26.5.2020 - Aufhängen, Messen, Nachdenken

So langsam wird es ernster mit dem Fahrpult - Zeit, ein bisschen Tagebuch zu schreiben! :-)


Die Aufgabe von unserem Auftraggeber lässt sich ganz leicht formulieren: Wir sollen uns darum kümmern, dass ein U-Bahn-Fahrpult mit LOTUS verbunden werden kann!



Als erstes hab ich natürlich erstmal das ganze Fahrpult gründlich in Augenschein genommen. Zunächst einmal haben wir da links den Fahrtaster mit integriertem SiFa und rechts den Fahrschalter und den Bremsschalter. Dazwischen und rechts davon befinden sich die gesamte Mechanik und Elektrik dieser drei Hauptelemente, abgedeckt durch einen abnehmbaren Deckel. Links befinden sich diverse Leuchtmelder, die teilweise auch Taster sind, darüber zwei Kippschalter Typ F von Schaltbau, dann mittig hinter der Hebelbank natürlich Tacho und Bremsmanometer und dann gibt's noch ein Voltmeter und ein paar weitere Taster bzw. Leuchtmelder. Noch vorhanden sind sechs dicke Stecker mit jeweils 24 Pins, drei dicke Druckluftschläuche, die das Fahrerbremsventil einst mit dem Rest der Druckluftanlage verbanden, und zwei dünne, die zum Bremsmanometer führen. Gelagert wurde das Fahrpult offenbar primär auf zwei übereinanderliegenden Angeln auf der rechten Seite. Diese definierten die Lage des Fahrpults bis auf die Möglichkeit, es schwenken zu können:



Da sich das Fahrpult auf einer soliden Stahlkonstruktion gründet und auch die Hebelbank äußert solide und nach allen Regeln der Maschinenbauer-Ingenieurskunst gefertigt sind, wiegt das ganze Ding im zweistelligen Kg-Bereich! Selbst die sechs Kabelbäume mit den Steckern dürften es locker auf 1 kg bringen. Aus diesem Grund war natürlich die erste Aufgabe die, wie man das Pult solide aufstellt und befestigt – alleine schon deshalb, weil alle "Experimente" mit den Einzelbauteilen erst dann bequem möglich sind, da man erst dann alle Stellen einigermaßen gut erreichen kann. Günstigerweise stehen Wände zur direkten Montage zur Verfügung. Es erschien mir am Besten, wenn man die vom Erfinder vorgesehene Befestigungsmöglichkeit nutzt. Aus dem Baumarkt waren tatsächlich passende Angeln als Einheits-Metallteile erhältlich, die hier genutzt werden konnten.

Zunächst aber habe ich an der relativ schiefe Wand einen lotrechten Balken montiert. Daran kam eine kurze Unterleg-Latte, da es die Form des Fahrpultes nicht erlaubt, die Angeln direkt an den Hauptbalken zu befestigen. Das Einhängen des Pultes klappte auch wunderbar, aber natürlich hatte diese im wahrsten Sinne des Wortes einseitige Befestigung zur Folge, dass das Pult weiterhin vertikal federt... und alleine schon fürs gute Gewissen (man hört den Balken ja fast schon knarrzen....!), aber auch damit alles perfekt sitzt, kam noch links eine relativ simple Konstruktion aus zwei Balken (einem horizontalen von der Wand gegenüber, der den Drehwinkel definiert und den vertikalen Balken fixiert, und einem vertikalen unmittelbar unter dem linken Auflagepunkt) zur Anwendung. Links befindet sich passenderweise ein Loch an der Unterseite, durch welches sehr günstig eine Schraube gesetzt werden konnte, sodass sich das Fahrpult nun wirklich gar nicht mehr bewegen kann.


     


Nun geht es allmählich zum Eingemachten: Was kann wie verkabelt werden? Da wäre als Erstes die Hebelbank: Wenn Fahrtaster, SiFa, Fahrschalter und Bremsschalter bewegt werden, dann öffnen und schließen sich Kontakte, welche sehr leicht erreicht und wo sehr leicht eigene Kabel angeklemmt werden können.



Es lässt sich sehr leicht erkennen, wann welcher geöffnet und geschlossen wird und so habe ich erstmal geprüft, welcher Kontakt bei welcher Stellung der Elemente aktiv wird. Heraus kam, dass der Fahrschalter komplett "dekodiert" werden kann, für jede Fahrschalterstellung ist die Kombination der zugehörigen Kontakte eindeutig. Über eine gewisse Anzahl von Digital-Eingängen lässt sich das also leicht realisieren. Der Fahrtaster/SiFa ist ganz simpel: Hier gibt es schlicht und ergreifend für beide jeweils einen Kontakt, der jeweils schließt. Schade ist, dass die Zwischenraste des Fahrschalters, welche bei den Doras noch für weiches Abschalten genutzt wurde, mechanisch zwar noch vorhanden ist, elektrisch aber leider keinen eigenen Kontakt hat. Nun ja, kann man (erstmal?) nichts machen.


Der Bremsschalter ist kniffeliger: Dieser verfügt über die Rasten "Abschluss", "Fahren", "Lösen", "E1", "E2", "E3", "E4", "Luftbremse" und "Schnellbremse". Die Rasten zwischen den Stellungen E1 bis E4 sind aber deutlich schwächer ausgeprägt, da die F-Züge grundsätzlich ein stufenloses Bremsen ermöglichen. Dementsprechend gibt es auch keine eigenen Kontakte für die einzelnen E-Bremsstufen. Aber siehe da, an der Seite des Bremsschalters befindet sich offenbar ein Poti, welches sich mitdreht! Nun war der Gedanke natürlich, dass man hier einfach den Wert abgreift und darüber die Bewegung des Bremsschalters per Analog-Eingang einliest. Das geht nun aber leider auch wieder nicht so einfach! Ein erstes Durchmessen des Potis ergab, dass tatsächlich NUR die E-Bremsstufen valide Werte ergeben! Die restlichen Stufen haben keinen Einfluss mehr aufs Poti! Schade... aber natürlich gibts es für die weiteren Stufen auch noch Kontakte, diese sind aber recht übersichtlich: Einer wird aktiv, wenn irgendeine E-Bremsstufe eingelegt ist, einer, wenn explizit E4 eingelegt ist, je eine gibts für "Fahren", "Lösen" und "Schnellbremse" und dann gibt es noch eine für die Festhaltebremse, die ausgelöst wird, wenn man auf E4 den auf dem Bremsschalter befindlichen Taster drückt. Leider ist es aber nicht möglich, mittels Kontakten und Poti die Stellungen "Abschluss" und "Luftbremse" zu unterscheiden, da in beiden Fällen nichts "Elektronisches" passiert, sondern nur die Luftwege im Fahrerbremsventil geändert werden. Die Lösung wird hier wohl sein, dass die Software berücksichtigt, welche Stufe vorher eingelegt war: War es "Fahren", dann befindet sich der Schalter auf "Abschluss", war es E4 oder Schnellbremse, dann ist er auf "Luftbremse". Damit sollte die Hebelbank abgehakt sein! :-)



Dann gibt es natürlich die Taster. Soweit erkennbar, scheinen diese herkömmlich aufgebaut zu sein, sodass auch hier einfach mit digitalen Eingängen gearbeitet werden kann. Nun kommen wir aber zu den komplizierten Dingen: Leuchtmelder, Tacho, Steuerstrom-Voltmeter und Manometer. Was ist das Problem der Leuchtmelder? Nun, im Gegensatz zu einem Straßenfahrzeug beträgt hier die Steuerspannung satte 110V (was in Anbetracht der 750V in der Stromschiene dennoch harmlos ist ;-) ), die einerseits schon sehr hoch sind für einen Laien-Elektroniker und andererseits handelt es sich hierbei um 110V Gleichstrom! Hierfür muss man erstmal eine passende Spannungsquelle finden! Ich hab die Leuchtmelder noch nicht mit niedrigen Spannungen getestet, wer weiß, vielleicht waren die ja entweder über eine schwächere Spannung angeschlossen, oder reagieren schon bei niedrigeren Spannungen. Zur Not müssen die Lampen darin getauscht werden, aber das wird dann Fummelarbeit.



Dann ist da der Tacho: Hier nahm ich zuerst an, dass er über irgendeine Art von Rechteckspannung (womöglich wieder 110V) angesteuert wird, mit deren Frequenz der Ausschlag gesteuert würde. Hier gab es eine positive Überraschung, aber dazu später mehr. An das Steuerstrom-Voltmeter habe ich todesmutig einfach mal ne 9V-Batterie angeschlossen - und siehe da: Auf einer Skala bis über 110V bewegt sich der Zeiger bis fast zum ersten Strich... nur ein Zucken, aber soweit korrekt. Hier gilt nun: Selbst wenn ich bei den anderen Elementen drumrum komme - soll ich jetzt extra hierfür ein 110V-Netzteil kaufen...?! Oder womöglich 13 9V-Blockbatterien in Reihe schalten...!? :-D Nun, mal schauen. Das Gute ist, dass man insbesondere in einer virtuellen U-Bahn auf das Ding nicht wirklich draufschaut, wenn der Steuerstrom ausfällt oder die Batterie leer ist, dann startet man ggf. einfach die Simulation neu. ;-) Also zur Not kann man darauf auch verzichten.


Dann aber kommt das schwierigste Element: Das Manometer! Warum? Tchja, das ist ein echtes, physikalisches Manometer, da gibts nix Elektronisches, da gehen einfach die beiden Schläuche rein und der Druck der Leitungen wird direkt gemessen. Also bleiben zwei Möglichkeiten: Entweder muss ich den zur Simulation gehörenden Druck real liefern oder ich muss das Manometer zerlegen und umbasteln und einen Servo o.Ä. einbauen. Und das mit zwei übereinanderliegenden Zeigern! Und leider braucht man das Manometer auch andauernd, letztendlich komme ich also nicht drumherum! Naja, es gäbe noch die Möglichkeit, einen kleinen Bildschirm dahinter zu klemmen, aber das wäre dann wirklich alles andere als stilecht...


  


Nachdem das Fahrpult angeschraubt war, habe ich nun überlegt, ob ich die Tatsache, dass da die riesigen Stecker schon vorhanden sind und die ganzen komplett angeschlossenen Kabel schon aus dem Fahrpult geführt werden, ausnutzen sollte. Deshalb habe ich erstmal einen Stecker geöffnet - und siehe da: Hübsch sortiert und sauber beschriftet kommen dort die Kabel raus, die oben (ebenfalls beschriftet) an den einzelnen Bauteile angeschlossen sind! Das ist natürlich eine schicke Sache, da kann ich mir etwaigen Fummelkram im Pult sparen! :-) Dachte ich... denn als ich fertig war (und das war bei den Steckern ein ziemlicher Akt!) und auch alle Nummern aufgeschrieben hatte, stellte sich allmählich raus, dass die allerwenigsten Nummern oben in den Steckern auffindbar waren! Was für eine Enttäuschung! Nun ist es so, dass das Pult schon sehr vollgestopft ist. Es verbegen sich auch weitere Bauteile im Inneren, die vermutlich noch alles Mögliche tun können - z.B. gibt es da eine Hutschiene mit einer ganzen Reihe von anscheinend Dioden. Meine Theorie ist daher, dass der überwiegende Teil der oben angeschlossenen Kabel erst durch diverse weitere im Innenleben befindlichen Bauteile durchgeführt werden. Oder aber die einzelnen Kabel sind tatsächlich oben anders beschriftet als unten. Insofern ist mein erster Impuls, doch die vorhandenen Kabel direkt an den Bauteilen abzustöpseln oder abzukneifen und dann mit eigenen Kabeln herauszuführen.



Da ich vorort noch keinen Rechner zu stehen habe, nutzte ich die Zeit für weitere Analysen. Da beim Manometer erstmal noch nichts zu holen ist, hab ich mir den Tacho mal angesehen. Die Website von Deuta hilft da insofern nicht weiter, weil sie damit werben, für jeden Zweck individuell konfigurierte Tachos zu liefern. Und draußen drann steht leider nichts. Bis mein Blick auf das "Ziffernblatt" fiel: Ganz unscheinbar steht da "10 mA entsprechen 80 km/h"! Na, das ist doch mal eine schicke Info! Der Tacho scheint also direkt über die Stromstärke angesteuert zu werden! Dann sollte die Spannung ja eigentlich auch keine Rolle spielen, das wäre natürlich sehr schick! Dann würde sich das "110V-Problem" nämlich auf die (ggf. änderbaren) Leuchtmelder und das (unwichtige) Voltmeter beschränken!