Unterschiedliche Lösungen für digitale und analoge Anlagen

In digitalen Anlagen muss die Kehrschleifensteuerung grundsätzlich die Polarität des Datensignals innerhalb der Kehrschleife an die außerhalb der Kehrschleife anpassen. Würde die Polarität außerhalb der Kehrschleife geändert, würden am Übergang zum nächsten Boosterabschnitt unterschiedliche Polaritäten aufeinandertreffen, das Problem wäre somit nur verlagert.

Kehrschleifensteuerungen für analoge Anlagen müssen anders funktionieren: Der Abschnitt, in den die Lok einfährt, muss die gleiche Polarität haben wie der Abschnitt, aus dem sie hinausfährt, da sie bei einem Polaritätswechsel die Fahrtrichtung ändern würde. Je nachdem, ob die Lok in die Kehrschleife hinein- oder hinausfährt, wird demnach die Polarität im Abschnitt innerhalb oder außerhalb der Kehrschleife angepasst. In analogen Anlagen funktioniert diese Lösung, da Kehrschleifen hier üblicherweise nur mit isolierten Streckenabschnitten in Verbindung stehen, die nur von einem Zug befahren werden (z.B. bei Pendelstrecken).

Kehrschleifensteuerungen für digitale Anlagen

Digital-Variante 1: Kurzschlüsse schnell aufheben

Eine Lösung für digitale Anlagen ist, auftretende Kurzschlüsse möglichst schnell durch Änderung der Polarität innerhalb der Kehrschleife zu beseitigen. Kehrschleifenmodule reagieren

• entweder auf den plötzlich höheren Strom bei einem Kurzschluss (Prinzip "Fehlerstrom"). Der Schwellenwert für den Fehlerstrom, bei dem das Modul reagiert, ist normalerweise fest eingestellt (z.B. 100 mA).
• oder auf den Abfall der Gleisspannung. Da die Gleisspannung recht unterschiedlich sein kann, muss die Schaltung auf die tatsächlich anliegende Spannung eingestellt werden (i.d.R. an einem Trimmpoti). Dadurch wird gewährleistet, dass die Schaltung möglichst schnell auf einen Kurzschluss reagiert. Bei Verwendung ungeregelter Booster kann bei einem plötzlich höheren Stromverbrauch innerhalb des Boosterkreises  (z.B. beim Anfahren einer stromhungrigen Lok oder beim Einschalten von zahlreichen Wagenbeleuchtungen) und dem damit verbundenen Spannungsabfall die Kehrschleifensteuerung reagieren und einen Polaritätswechsel innerhalb der Kehrschleife auslösen.

Wesentliches Qualitätsmerkmal einer Kehrschleifensteuerung nach diesem Prinzip ist, wie schnell sie bei einem Kurzschluss reagiert. Ganz verhindern lässt sich ein Kurzschluss mit keiner der beiden Lösungen. Nur wenn die Dauer des Kurzschlusses minimiert ist,

• wird die Bildung von Funken verhindert. Ansonsten können Gleise, Räder und Stromabnehmer korodieren.
• ist im Fahrbetrieb von dem Kurzschluss nichts zu sehen. Ansonsten kann die Lok beim Überfahren der Trennstelle zucken oder sogar kurz stehenbleiben.
• wird verhindert, dass die Kurzschlussabschaltung des Boosters reagiert.  Ansonsten können in besonders ungünstigen Fällen kurzfristig so hohe Ströme auftreten, dass die Kurzschlussabschaltung des Boosters reagiert.

In Kombination mit Drehscheiben ist diese Variante die einzige Lösung, um die Polarität des Gleises auf der Drehscheibe an die Polarität außerhalb der Drehscheibe anzupassen.

Digital-Variante 2: vorausschauend die richtige Polarität einstellen

Ein anderer Lösungsansatz ist, die Polarität innerhalb der Kehrschleife zu ändern, bevor ein Kurzschluss überhaupt auftreten kann. Dazu werden Übergangsbereiche zwischen Anlage und Kehrschleife angeordnet (auch als "Sensorgleise" bezeichnet). Über integrierte Gleisbesetztmelder werden Fahrtrichtung und Position der Lok in den Übergangsbereichen der Kehrschleife sowie im Gleisabschnitt innerhalb der Kehrschleife von Gleisbesetztmeldern detektiert.

Prinzipbedingt ist diese Variante für den Einsatz mit Drehscheiben nicht geeignet.

Erläuterung des Funktionsschemas:

Phase 1: Die Übergangsbereiche sind stromlos geschaltet.

Phase 2: Die Einfahrt der Lok wird von einem integrierten Gleisbesetztmelder erkannt. Daraufhin wird die Polung innerhalb der Kehrschleife "passend" zur Polarität außerhalb der Kehrschleife eingestellt. Die kurze Unterbrechung der Stromversorgung an der vorderen Achse der Lok beim Einfahren in den zunächst stromlosen Übergangsbereich ist auf der Modelleisenbahn quasi ein "Normalfall", der z.B. auch beim Überfahren von Weichen oder Schmutzstellen auftritt und in der Regel keinerlei sichtbaren Auswirkungen auf das Fahrverhalten der Lok hat.

Phase 3: Nach Einstellung der richtigen Polarität werden die beiden Trennstellen am noch stromlosen Übergangsbereich durch Schalter geschlossen, der Übergangsbereich wird mit Strom versorgt. Ein Kurzschluss kann bei dieser Variante nicht auftreten.

Zu unseren Kehrschleifenmodulen für digitale Anlagen:

• KSM-3: kurzschlussarm mit integrierter Weichensteuerung
• KSM-4: ohne Kurzschluss durch die Kehrschleife

Kehrschleifensteuerungen für analoge Anlagen

Eine Kehrschleifensteuerung für eine analoge 2-Leiter-Anlage kann realisiert werden mit

• einem Gleisbesetztmelder (z.B. GBM-1), der das Innere der Kehrschleife und den an die Kehrschleife angrenzenden Gleisabschnitt überwacht und die Einfahrweiche und ein bistabiles Relais schaltet und
• einem bistabilen Relais (z.B. Relaisplatine RL-2), das die Polarität im Gleisabschnitt außerhalb der Kehrschleife schaltet.

Erläuterung des Funktionsschemas:

Phase 1: Die Polarität innerhalb der Kehrschleife ist so eingestellt , dass sie bei Weichenstellung "gerade" zur Polarität außerhalb der Kehrschleife "passt". Bei Einfahrt in den Gleisabschnitt vor der Kehrschleife wird der Zug am Eingang 1 des Gleisbesetztmelders detektiert. Der zugehörigen Ausgang 1 des Gleisbesetztmelders schaltet über den Weichenantrieb die Weiche auf "geradeaus".

Phase 2: Nachdem der Zug den Übergangsbereich passiert und das Innere der Kehrschleife erreicht hat, wird er am Eingang 2 des Gleisbesetztmelders detektiert. Der zugehörige Ausgang 2 des Gleisbesetztmelders schaltet über den Weichenantrieb die Weiche auf "Abzweig" und das bistabile Relais. Dieses sorgt für den erforderlichen Wechsel der Polarität im Gleisabschnitt außerhalb der Kehrschleife. 

Bei einem Richtungswechsel wird die Polariät außerhalb der Kehrschleife gewechselt. Gleichzeitig muss das bistabile Relais zurückgesetzt werden.