Ik kan me niet aan de indruk onttrekken dat hier twee zaken door elkaar heen lopen. Of eigenlijk vooral langs elkaar heen. Het begint met de vraag hoe op een analoge M-rail baan een wissel in een bepaalde stand geschakeld kan worden wanneer ergens anders twee sporen bezet zijn. Daarop heb ik nog geen antwoord gelezen. Wel zie ik een aantal posts over bezetmelding op een wissel. Nu wordt ik niet gehinderd door veel kennis van analoog rijden of M-rail, maar lang geleden heb ik wel eens wat geëxperimenteerd met elektronica. Daarmee heb ik iets bedacht dat misschien in de goede richting gaat.
Uit de omschrijving "wanneer twee sporen bezet zijn" in de vraagstelling concludeer ik dat er detectie nodig is over de volle lengte van de stationssporen. Hoe dat met M-rail moet, weet ik niet, daar moeten anderen hun licht maar over laten schijnen. Voor C-rail denk ik aan volledige massadetectie door het doorslijpen van alle verbindingen tussen de railstaven over de volle lengte waardoor één van de twee railstaven over de volle lengte geïsoleerd is van de andere. Die geïsoleerde railstaaf zou je op een digitale baan als input van een s 88 of GBM-1 kunnen gebruiken, maar voor een analoge baan zou ik niet weten wat ik daarmee zou moeten doen. In plaats daarvan zou ik het signaal van de geïsoleerde railstaaf rechtstreeks gebruiken als input voor een volgende stap.
De basis daarvoor is een eenvoudige elektronische schakeling:
1. Voeding (bijvoorbeeld 5 V gelijkspanning)
2. De '-' van die voeding verbinden met de massa van de baan (oftewel de niet-geïsoleerde railstaaf).
3. Een weerstandje en relais tussen de '+' van de voeding en de geïsoleerde railstaaf.
Wat hebben we daarmee?
Als het spoor bezet is, is de geïsoleerde railstaaf via de wielstellen van de trein elektrisch verbonden met de andere railstaaf en daardoor zal er een stroompje lopen door het relais (de weerstand is om te zorgen dat dat stroompje niet te groot wordt voor het relais). Als het spoor vrij is, loopt er geen stroom. Het kleine stroompje door het relais volstaat om een veel grotere stroom te schakelen, ruim voldoende om een wissel om te zetten.
Er zijn echter nog (minstens) twee openstaande problemen: het mag pas als beide stationssporen bezet zijn en bovendien mag er maar heel even stroom lopen bij het omschakelen van de wissel, anders gaat de aandrijving kapot.
Om met het eerste te beginnen: dit gaat prima met een elektronische NOR gate, waarbij de geïsoleerde railstaven rechtstreeks op de inputs aangesloten worden . Alleen als beide sporen bezet zijn, zijn beide inputs van de NOR gate '0' en alleen dan zal de output '1' zijn. Met de weerstand en relais tussen de output van de NOR gate en de '-' van de voeding zal er nu alleen maar stroom door het relais als beide stationssporen bezet zijn.
Blijft over het laten stoppen van de schakelstroom. Belangrijkste component daarvoor is een condensator. Samen met een paar weerstanden en diodes kwam ik op de onderstaande schakeling.
De werking
De NOR gate heeft twee inputs, één voor de geïsoleerde railstaaf van elk stationsspoor. Zolang er een spoor vrij is, zorgt weerstand R1 of R2 ervoor dat de bijbehorende input van de NOR gate '1' is en daarmee de output '0'. Er loopt geen stroom door het relais en de wisselaandrijving doet niets.
Als één van de stationssporen bezet raakt, wordt één van de inputs van de NOR gate '0'. Daardoor verandert de output niet. Pas zodra beide stationssporen bezet zijn, worden beide inputs '0' en pas dan wordt de output '1'. Op dat moment begint er een stroom te lopen door weerstand R3, diode D1 en het relais. Daardoor krijgt ook de wisselaandrijving stroom en de wissel gaat om. Met de stroom door het relais wordt een condensator opgeladen. Dat duurt niet zo lang en de stroom neemt dan ook snel af, totdat hij te laag is om het relais nog langer te bekrachtigen. Vanaf dat moment krijgt de wisselaandrijving geen stroom meer.
In het diagram heb ik voor een electronisch relais gekozen. Dat is goedkoop, betrouwbaar en werkt al bij een lage schakelstroom. Een ouderwets relais zou ook kunnnen, maar misschien is er dan een versterkingstrap nodig tussen de NOR gate en het relais.
Tezijnertijd zal een stationsspoor vrij komen. Daarmee verandert een input van de NOR gate naar '1' en de output wordt '0'. De condensator zal nu via diode D2 ontladen, niet via het relais, waarna hij weer klaar staat voor de volgende keer dat beide sporen bezet zijn.
Met deze schakeling zijn de (minstens) twee openstaande problemen opgelost. Wat nog meer? Wel, er ontbreekt iets in de vraagstelling. De wissel moet niet meteen omgezet worden zodra beide stationssporen bezet zijn, maar pas als ook de wissel zélf vrij is. Daarmee komen we zowaar uit bij het tweede onderwerp, hoe te detecteren dat de wissel vrij is. Mijn eerste gedachte is om er een lichtsluis voor te gebruiken. Als je die zelf met wat electronische componenten maakt kost dat bijna niets en de rails hoeft er niet voor aangepast te worden. En met een lichtsluisschakeling die '0' oplevert als de wissel vrij is, hoeft in de onderstaande schakeling de 2-input NOR gate alleen maar vervangen te worden door een 3-input NOR gate en het werkt. Exclusief voeding hoeven deze componenten niet meer dan een paar euro te kosten.
Als iemand nu nog even zou kunnen uitleggen hoe ditzelfde met M-rail zou kunnen...
P.S. Ik heb nog wat antieke IC's liggen en met een SN7402N als NOR gate heb ik een iets vereenvoudigde versie van deze schakeling op een testbordje gezet. Het werkt. 5 V voeding, R1 en R2 = 1 MΩ, R3 = 470 Ω, condensator 470 μF. Een relais heb ik niet bij de hand, in plaats daarvan heb ik voor D1 en het relais gewoon een rode LED gebruikt. Zodra beide inputs van de NOR gate '0' worden, brandt de LED eventjes. Korter of langer is een kwestie van andere weerstand R3 of een andere condensator. Kwestie van uitproberen, in combinatie met het relais. Daarbij moet R3 een waarde hebben waardoor er voldoende stroom kan lopen om het relais eventjes te bekrachtigen. Ik had 470 Ω gekozen omdat er dan voldoende stroom door de LED loopt om hem te zien branden.