Minianlage Teil XVII: Steuerung - 14. 3. 13

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Dieser Reihe von Beiträgen zeigt den Bau einer minimalistischen N-Anlage in Wort und Bild. Jeder Beitrag beschränkt sich auf einen Schritt, der in maximal zehn Bildern beschrieben werden kann. Ich hoffe einige Ideen und Anregungen zeigen zu können. Viel Vergnügen beim Lesen, Anschauen und vielleicht auch Kommentieren!

Zutaten in dieser Folge:
3 Kipp- oder Schiebeschalter
Potentiometer linear 10k … 100k
Leistungstransistor Darlington TIP122 o.ä.
4 Dioden 1N400x
Kühlblech
Print-Relais 2xUM, 12V
Microcontrollerboard, z.B. Olimex AVR-IO-b
Netzteil 12V, >0,5A
Schaltlitze
Reihenklemmen
Ggf. Weichenantriebe, z.B. Conrad




Zur Abwechslung geht es in dieser Folge einmal nicht um die optische, sondern die technische Ausgestaltung der Minianlage. Wie in einer frühen Folge einmal angekündigt, sollen sich auf der Minianlage zwei Züge im Wechselbetrieb automatisch abwechseln, einer ist im Uhrzeigersinn unterwegs, der andere entgegengesetzt. Zu diesem Zweck habe ich bereits beim Verlegen der Gleise auf beiden Gleisen des kleinen Schattenbahnhofs jeweils einen isolierten Halteabschnitt vorgesehen, der etwas länger als eine Loklänge ist.

Die Möglichkeiten, wie man diese Steuerung realisieren kann, sind vielfältig. Mangels passender Sensoren (Rückmeldekontakte) im der Bastelkiste habe ich mich für die Variante einer einfachen Zeitsteuerung entschieden. In meiner Microcontroller-Schachtel ist nämlich überraschenderweise ein Microcontroller-Board mit vier Relaisausgängen und vier Digitaleingängen aufgetaucht - genau das Richtige als Grundlage für die Zeitsteuerung.



Der Schaltplan zeigt den Einsatz der vier Relais. Das unterste wird zusammen mit zwei Dioden dazu verwendet, die Halteabschnitte stromlos zu schalten. Die Dioden sorgen dafür, dass man mit einem Relais für diese Aufgabe auskommt. Je nach eingestellter Fahrtrichtung fährt der jeweils richtige Zug los. Ein Relais ist vorgesehen, um die Weichen umzustellen. Dazu später mehr. Zwei weitere Relais verwende ich, um die Fahrtrichtung umzuschalten. Es sind einpolige Relais, daher werden zwei benötigt.




Die Fahrspannung wird mit einer einfachen Schaltung aus Potentiometer, Leistungstransistor und zwei Dioden erzeugt (siehe Schaltplan links oben). Das Potentiometer ist als variabler Spannungsteiler eingesetzt. Die abgegriffene Spannung steuert den Transistor an, der dem Signal die benötigte Leistungsfähigkeit verleiht. Die zwei Dioden sind sehr wichtig, wie die Erfahrung gezeigt hat: sie schließen mögliche Spannungsspitzen, die durch die Induktivitäten der Modellbahnloks entstehen, kurz. Dadurch wird der Transistor geschützt, der empfindlich gegenüber zu hohen Spannungen ist.



Die Weichen haben … sagen wir mal … zu ein paar Irritationen geführt. Zunächst war der Plan, sie als Rückfallweichen einzusetzen. Für den Zugwechselbetrieb würde es theoretisch genügen, wenn die einfahrenden Züge jeweils auf das richtige Gleis geleitet werden und beim Ausfahren die Weiche einfach aufschneiden. Hier wäre kein Umschalten der Weichen notwendig. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass leichtere Wagen die Weichen nicht aufschneiden können sondern nach oben gedrückt werden und entgleisen. Kein Problem, dachte ich mir, schalten wir die Weichen also elektrisch um. Nichts leichter als das, es war ja ein Relais bereits für diese Aufgabe vorgesehen. Leider waren die Bastelkisten-Weichen etwas älter, und die Original-Antriebe haben nicht zuverlässig geschaltet. Oft haben Sie die Endabschaltung nicht erreicht, und sind dabei ziemlich heiß geworden. Na gut, dachte ich, auch nicht so schlimm, versuchen wir mal, das Aufschneiden der Weiche durch leichte Wagen zu erleichtern. Dann wäre kein Antrieb notwendig. Nichts leichter als das, Weiche zerlegt, Federdraht ausgetauscht, Zungen leichtgängiger gemacht … aber: immer noch kam es zu Entgleisungen. Was also nun?

Auch hier hat die berühmte Bastelkiste wieder geholfen, in deren Tiefe sich doch tatsächlich noch zwei günstige Conrad-Weichenantriebe fanden. Letztlich habe ich mich entschieden, diese einzubauen. Etwas zögerlich, denn dies sind Unterflurantriebe, und können nicht vor Ort per Hand betätigt werden. Also musste auch ein entsprechendes Bedienelement für den Manuelbetrieb vorgesehen werden. Na ja, nichts leichter als das, Weichenantriebe unterflur eingebaut, angeschlossen und … aaaah! Die Antriebe sind für den Betrieb mit Wechselspannung vorgesehen, man muss die Polarität hin und her schalten, um die Antrieb hin und her zu bewegen, meine Steuerung verfügt aber nur über 12V Gleichspannung. Zum guten Schluss hat ein weiteres 2xUM-Relais geholfen, das durch das vorhandene einpolige Weichen-Relais angesteuert wird und seinerseits die Weichenantriebe umpolt. Nicht gerade eine effiziente Lösung, aber eine, die sich mit vorhandenen Komponenten erreichen ließ. Jetzt funktioniert alles zuverlässig. Das Bild oben zeigt den Stelldraht der Unterflurantriebe, wie er von Unten den Umstellhebel betätigt.




Die Software für den Microcontroller besteht nur aus wenigen Zeilen C-Code, der die Schaltfolge der Relais festlegt und zwischen Manuel- und Automatikbetrieb wechseln kann. Ich habe den ATtiny-Controller auf dem Board mit meinem guten alten STK500 programmiert. Natürlich könnte man auch jede andere Art von Microcontrollerboard und Entwicklungsumgebung einsetzen, oder die Steuerung ganz anders realisieren bzw. ganz darauf verzichten.



Das Konzept der Minianlage ist auf jeden Fall gut aufgegangen: im (normalerweise verdeckten) Schattenbahnhof sind zwei Züge geparkt, vor den Augen des Betrachters gut verborgen. Diese präsentieren sich dann abwechselnd in durchgestalteten "Bühnenbereich".



Hier eine Ansicht der im Untergrund werkelnden Steuerung. Die Leistungen hätte man natürlich ordentlicher verlegen können, es funktioniert aber auch so sehr gut. Leider sind die Weichenantriebe, insbesondere da immer zwei synchron geschaltet werden, relativ laut.



Die Anzahl der Bedienelemente hält sich in Grenzen. Von links nach rechts: Fahrtrichtung, Geschwindigkeit, Auto/Manuell, Weichen. Das Bedienpanel ist etwas zurückversetzt, so dass die Schalter und Knöpfe geschützt sind.



Hier sieht man deutlich, dass nun Bewegung in die Anlage gekommen ist. Die Gleislänge reicht sogar aus für eine vierachsige Lok und ein Personenzug bestehend aus zwei Altbau-Vierachsern.



Im offenen Bereich der Strecke kann man sich jetzt mit der Kamera auf die Lauer legen, und mal schauen, was so vorbeikommt.

Wird fortgesetzt.

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Folgende Kommentare wurden hinzugefügt:

Kommentar von Okieh am 15. 3. 13
Hallo Friedrich,

jetzt kann ich der bisher sehr schön beschriebenen Serie leider nicht mehr folgen, bin halt kein Elektroniker.

LG
Heiko

Kommentar von HWST am 15. 3. 13
Hallo Friedrich,
sehr gute Arbeit und passend erläutert.
Dieser Anlagenbaubericht kann für viele als Tolle Einsteigerlektüre benutzt werden und dürfte beim Vorhaben zu verwirklöichen hilfreich sein.
Grüße
H-W

Kommentar von Kupzinger am 15. 3. 13
Lieber Heiko,

ja, das war mir beim Schreiben bewusst. Ich wollte diesen Teil aber nicht weglassen. Man kann die Steuerung natürlich wie geschrieben auch weglassen oder einfacher realisieren. Ein detailliertes How-To hätte hier leider den Rahmen gesprengt.

Beste Grüße
Kupzinger

Kommentar von Trixi am 18. 3. 13
Hoi Kupzinger,

sehr schöne Lösung - gefällt mir !

Doei
Trixi

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