[basteljero]

Moin,
Eine kleinere Platte habe ich vor kurzen an eine bestehende Anlage "angedockt".
Das Problem:
Es mussten 2 Märklin Weichen durch den Zug selbst geschaltet werden.
Da das digitale System ständig Spannung auf dem Mittelleiter hat, konnte ein zusätzlicher
Kontakt in der Schiene angebracht werden.
Prinzip:
Der Schleifkontakt der Lok dient als Schaltkontakt (Überbrückung zum Mittelleiter der Schiene)
Eine Diode erzeugt aus der Wechselspannung dann positive Gleichspannungs-Impulse.
Diese steuern dann einen Leistungs- N-Mosfet (selbstsperrend) an.

Für jede der 2 Weichen-Spulenwicklung wird ein Leistungs-Mosfet benötigt.
Die Dinger sind für meine einfache Anlage optimal:
Schalten hohe Ströme, haben sehr geringe Verluste und brauchen praktisch keine
Ansteuerleistung.
Da ich die Mikro-Schalter im Weichenantrieb überbrückt habe, ist außerdem ein 1,5 µF-Kondensator
vorgeschaltet:
Er lädt sich nach erfolgtem Schaltvorgang langsam auf falls keine Abschaltung erfolgt, so dass nach etwa
2 sec. der Mosfet wieder sperrt. Das ist für den Fall, dass z.B. die Lok mit ihrem Schleifer direkt über
dem Schaltkontakt zum stehen kommt.

Im Anhang (PDF, ab und zu wird aktualisiert) sind Einzelheiten .
Zunächst noch im "Versuchs-Stadium" :
Es soll später noch möglich sein die Weichen von Hand zu schalten, es fehlt auch noch eine Anzeige-Möglichkeit
der Weichen-Stellung durch Leuchtdioden.
Trotz des sehr einfachen Kontaktes keine Schaltprobleme, auch bei schnellster Fahrt.

Die Spannungsversorgung erfolgt durch einen kleinen LGB Trafo, ein Vorwiderstand
lädt einen Elko, der die "Schaltenergie" liefert, es werden 2 Weichen gleichzeitig geschaltet.
Es wird auch für die Beleuchtung verwendet:
4 LED (aus "Weihnachts-Lichterketten") in Serie geschaltet mit Vorwiderstand 22 kOhm sind bei mir
der Standard.

[attachment=0]Dokumentation-Weichensteuerung_Module_2020-12-08.pdf[/attachment]
Die Spannungsversorgung hier:
viewtopic.php?f=21&t=186145


Jens

[digitalo]

Moin Jens

Danke fürs teilen, ich schau mir das mal an .

bis dahin

[basteljero]

Hallo miteinander,
Endlich ist die "Pseudo-Rückmeldung" der Weichenstellung Schaltungsmäßig fertiggestellt.
"Pseudo" deshalb , weil genaugenommen die Stellung eines Flip-Flops angezeigt wird, man
könnte durch gezielt hektisches Herumtasten erreichen, dass Anzeige und Weichenstellung
nicht übereinstimmen.
Oder dass die Weiche trotz Anzeige nicht richtig in ihrer Position ist (keine Federkraft spürbar).
Aber das war vorher auch nicht anders...

Dir Grundlegende Funktion hat übrigens Burkard Kainka auf seine besuchenswerten Seite erläutert:
"b-kainka.de/Experimente/Experimente10.html"

Praktisch jeder NPN Standard-Kleinsignal-Transistor mit genügend hoher Spannung ist brauchbar, der
BC 550 war halt greifbar.
2 Dioden verhindern, dass das Signal des Schienenkontaktes (über 22 kOhm) heruntergezogen wird,
deshalb auch Low-Current- LED, die leuchten auch gut mit hohem Vorwiderstand (100kOhm).
Wenn der Schleiferkontakt der Lok Signal gibt, ändert das Flip-Flop gegebenenfalls seinen Zustand.
Ab jetzt hat ein eventuelles "Prellen" keinen Einfluß mehr, da jetzt die Ansteuerung des entsprechenden
Mosfets über einen der beiden Transistoren erfolgt.
Für die Steuerung von Hand (Stellpult) habe ich mich für das Tasten nach Masse entschieden:
Dann ist es möglich, einen Schalter vorzusehen, der nach Passieren der Kreuzungsweiche umgelegt wird
und jenes Signal nach Masse kurzschließt, welches sonst die Ausfahrt des Zuges einleitet.
Möglich natürlich nur, weil direkt nach dem Schienen-Kontakt der recht hohe Entkopplungswiderstand (22k) kommt,
sonst würde der Zug stehenbleiben.

Die Mosfet-Treiber kommen dezentral jeweils nahe der zu schaltenden Weiche, ein 1500µF / 35V-Kondensator
reicht für "sattes" Schaltgeräusch der Kreuzungs-Weiche.

Der Neuaufbau meiner Platte ist hier kurz umrissen:
viewtopic.php?f=64&t=186470&p=2197259#p2197259

PDF im ersten Beitrag aktualisiert


Gruß
Jens

[shaddowcanyon]

Hallo Jens,

Danke für das Vorstellen der Weichensteuerung und das Einstellen der Schaltungen! Das ist hochinteressant. Die Idee mit den Mosfets gefällt mir sehr.

Ich habe bei mir auf der Anlage etwas Ähnliches gebaut, um die Weichen zuverlässig zu schalten und die Information über ihren Zustand unabhängig von der normalen Mikroschalter-Rückmeldung zu speichern. Die habe nämlich auch ich ausgebaut.

Ich habe die Steuerung komplementär aufgebaut, also mit PNP- statt NPN-Transistoren, Minus ist logisch 1 und Plus ist logisch 0. Und mit Relais statt Mosfet. Das Konzept ist aber abgesehen von Details das Gleiche.

Eine Frage hätte ich dann doch: Wenn ich recht sehe, ist immer einer der beiden Mosfets leitend. Der Stromfluss durch die Schaltmagnete endet aber, wenn der 1500-µF-Kondensator leer ist. Die Spulen sind also vor Überhitzung geschützt. Aber ich verstehe nicht, wann sich der Kondensator für den nächsten Schaltvorgang wieder aufläd. Dazu müssten doch beide Mosfets irgendwann einmal gleichzeitig nichtleitend sein. Oder habe ich da etwas übersehen ?

Grüße

Hans Martin

[basteljero]

Hallo zusammen,
bisher konnte ich meine alten Stellpulte (Märklin 7271) nicht verwenden.
Grund war der relativ niedrige gemeinsame Vorwiderstand (1,8 kOhm) für die LED's im
Stellpult.
Das ist natürlich schade, und deshalb habe ich heute einen "Stellpult-Treiber" gebaut:
Ein Transistor (wieder BC550) schaltet über einen zusätzlichen Vorwiderstand die entsprechende
LED im Stellpult. Der Widerstand hat mehrere Aufgaben:
- Schutz des Schalttransistors vor Falschpolung und Kurzschluß
- Zusätzlicher Vorwiderstand für die LED, da die 16V pulsierende Gleichspannung meiner Eisenbahn-Trafos
über 22 V am Siebelko (6700 µF) erzeugen. (Meine "Anlagen-Norm" ist 24 Volt)
- Ermöglichung eines Schaltimpulses, um das Speicher-Flip-Flop umzustellen.

Wenn einer der Transistoren geschaltet hat, leuchtet die betreffende LED, z.B. "rot".
Es fließt ein Strom, der Spannungsabfälle verursacht : Am Vorwiderstand im Märklin-Stellpult, an der LED,
am zusätzlichen Widerstand im Stellpult-Treiber.
Das führt dazu, das über einen "kleinen" 22 k-Widerstand und einen "sehr großen" 1M (1000k) -Widerstand
ein 1,5 µF-Kondensator "langfristig" auf etwa 10 V geladen wird.
Wird dann der entsprechende Taster für "grün" im Stellpult betätigt, liegen schlagartig 24 V über den 22 kOhm- Widerstand
an einem Pol des Kondensators an.
Der behält zunächst seine Ladung; es werden über eine "Sperrdiode rot" 24V (Betriebsspannung Stellpult) - 10V
(Spannung am Kondensator) = 15 V Schaltimpuls auf eine der beiden Steuerleitungen gegeben.
Das Flip-Flop (im 4 Meter entfernten) Speicherteil ändert schlagartig seinen Zustand.

Damit wird nun der Transistor für "grün" angesteuert, so dass die grüne LED im Stellpult leuchtet.
sein "Impuls-Kondensator" ist vollständig entladen gewesen, der erzeugte negative Spannungsimpuls
ist aber unschädlich, da die entsprechende "Sperrdiode grün" nur positive Schaltimpulse durchläßt.

@ Hans Martin
"Weichen-Treiber-Mosfets"
Ähnlich funktioniert die Ansteuerung der Weichen-Mosfets:
Nur muss hier zusätzlich zunächst ein kleiner 150 nF - Kondensator geladen werden. Der ist dafür, damit
nicht eventuelle sehr kurzzeitige Störsignale die Mosfets zum Schalten bringen.
Nach einer gewissen Zeit (angepeilt sind etwa 0,8s - 1s) teilt sich die Spannung des Flip-Flops
(etwa 14 Volt) an den Teiler-Widerständen ( derzeit 1000 kOhm und 100kOhm) 10:1 auf, der Mosfet
geht in den sperrenden Zustand über und die Weichen-Spulenwickung wird nicht mehr angesteuert.
(Ich versuche immer über 10 V Schaltspannung auf die Mosfets zu geben)

Der 1500 µF-Kondensator für die Weichen-Spulen ist nur eine Pufferung, da die Spannung von einem
Vorwiderstand (270 Ohm / 5 Watt) geliefert wird, der sich auf einer Verteiler-Platte befindet.
Das hat gleich mehrere Vorteile:
- Der Trafo für die Weichen Versorgung braucht nur für den Ladestrom der Puffer-Kondensatoren bemessen zu sein,
nicht für den Schaltstrom der Weiche [1].
- Beim eventuellen "Durchschlagen" (Defekt) eines Mosfets kann maximal der Ladestrom (100 mA) über die Weichenspule
fließen
-Der Fehler ist leicht auf die betreffende Weiche einzugrenzen.
-Der Kondensator kann für die Kreuzungsweiche mit ihrem höheren mechanischen Widerstand noch
etwas höher bemessen werden (2200 µF / 35 V als bei den einfachen Weichen.
-Wenn die Weiche ihre Endstellung erreicht hat, ist der Kondensator schon ziemlich entladen, Rückprellen
dürfte kein Problem sein.

Was Relais angeht, versuche ich auch diese zu vermeiden, die Mosfets sind weitaus billiger als gut Relais
und bieten mehr Möglichkeiten:
Da keine Steuerleistung benötigt wird, kann man Zeitschaltungen z.B. für eine Schranke mittels
Ladekondensator sehr einfach verwirklichen, Abbrand von Kontaktern entfällt auch.

[1] Märklin nennt
https://www.maerklin.de/fileadmin/media/...ik-tipp-404.pdf
für einen Weichenantrieb 5 - 10 VA Leistung, bei meinen 20 Weichen hätte ich 200 Watt, das ist
doch absurd. Bei 100 mA Ladestrom für einen Kondensator : 100 mA x 24 Volt x 20 Weichen = 48 W.
Und noch weniger, wenn man davon ausgeht, dass maximal 5 Weichen gleichzeitig geschaltet werden müssen.


Eine "Schaltpause"
von 1s ist für mich kein Problem.
Gruß
Jens

[basteljero]

- Edit, nicht mehr aktuell-
An dieser Stelle war ein Sromfühler beschrieben, der den Mittelleiter des C-Gleises als Kontakt benutzte.
Einfacher und besser erwies sich aber, die Schienen selbst als Kontakt zu benutzen:
(Machte Märklin schon bei meiner alten Blech-Schranke...)
Man hat dann die Wahl: Ob man innerhalb der Schiene selbst abfragt (Überbrückung durch die Metall-Achsen
von Loks und Wagen mit Metall-Rädern) oder von Schiene zu Schiene.

Auf jeden Fall bleibt aber die Stromliefernde Funktion der als Kontakt dienenden Schiene erhalten, da nur
ein kleiner Spannungsabfall erfolgt, ähnlich wie wenn man mit einem Amperemeter den Strom misst und
keine Schaltungsunterbrechung durch das Meßgerät erfolgt.
Im folgenden Beitrag ist die Schaltung erläutert.

Jens

[basteljero]

Hallo,
Mein "Standard-Kontaktgleisfühler"
Für die Weichenansteuerung habe ich mir eine kleine Schaltung gebaut, die auf ein Signal anspricht, welches von einem
Kontaktgleis über den Radsatz der Lok ausgelöst wird. (Schienen dienen als Kontakt).
Das Kontaktgleis ist wie beim Stromfühler üblich über 2 antiparallele Dioden mit dem Potential der benachbarten Schienen
verbunden.
Der Schienenkontakt erhält über einen Vorwiderstand negative Vorspannung, eine der beiden genannten Dioden begrenzt
die Spannung auf etwa -0,45 Volt.
Die so gewonnene Spannung wird auf die Basis eines NPN-Transistors gegeben.
Sein Emitter liegt auf etwa -0,82 V. Diese stabile Spannung wird durch eine Silizium-Diode (0.6V) und Schottky-Diode (0,22V) erzeugt.
Der Transistor ist also sperrend (hochohmig), erst wenn eine Lok Kontakt über ihren Radsatz herstellt liegen 0V an seiner Basis
und über 0,6 V an der Basis-Emitter-Strecke an und er geht in den niederohmigen Zustand über ("schaltet durch").
Ein zweiter, vorher leitender nachgeschalteter Transistor geht umgekehrt vom ersten angesteuert in den sperrenden Zustand über
("invertiert").
An seinem Kollektor entsteht positive Spannung. Hier lässt sich ein Dauersignal z.B. für eine Schranken-Steuerung (Mosfet)
abnehmen oder über einen Kondensator auch nur ein Impuls erzeugen.
Einen solchen brauche ich für meine Weichen-Steuerung zum Umschalten eines Flip-Flops, danach darf die Lok dieses
nicht mehr blockieren, dafür sorgt eine zusätzliche Diode:
Nach Aufladen des Kondensators liegen 0V an einem Pol der Diode an, der andere (Flip-Flop-Potential) kann sich
jetzt unabhängig Zustand des Kontakt-Modules ändern.

Die erforderliche negative Hilfsspannung muss nur wenig Strom liefern, sie konnte von einer bestehenden Vollweg-Gleichrichtung
eines 10VA-Märklin Trafos abgenommen werden, da der Strombedarf gering und die Spannug nur über 10 V liegen braucht.

Die Schaltung ist in der PDF des ersten Beitrags eingearbeitet.

Die Gleichrichterschaltung des Märklin-Trafos ist nur angedeutet, komplett hier: (ohne negative Hilfsspannung)
viewtopic.php?f=21&t=186145

kiss : keep it simple, stupid

Jens