THEMA: Problem mit Fahrregler ohne Poolumschaltung

Hallo Markus,
ich denke Du beziehst Dich auf Schaltung Nr. 2.
Nach Deiner Schilderung würde ich zuerst auf die 0,47 Ohm Widerstände tippen,
aber bei der Vorarbeit hast Du die bestimmt geprüft.
Ein Kommafehler würde dennoch exakt zu den Werten passen.
In solchen Fällen blieb mir als letzte Rettung nur, die Schaltung oder den Schaltungsteil
noch einmal neu auf zu bauen.
Viel Erfolg.
MfG. Stefan

Hallo Markus,
Ich komme auf die gleiche These wie Stefan.

Die Strombegrenzung funktioniert so:  (Angaben in Klammern für gegengleichen Schaltungsteil) Wenn die Spannung über dem Messwiderstand R1 (R2) ca. 0,6V übersteigt, beginnt T3 (T6) zu leiten und saugt dem T1 (T4) die Basis auf null. Dieser beginnt zu sperren; in der Folge beginnt auch T2 (T5) zu sperren. Der Strom durch R1 (R2) sinkt, die Spannung über R1 (R2) sinkt, T3 (T6) leitet etwas weniger, T1 / T2 (T4 / T5) leiten etwas mehr, usw... Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem die Spannung über R1 (R2) gerade 0,6V beträgt. Der Strom durch R1 (R2) beträgt nun, gemäss Herr Ohm,

I = U / R = 0,6V / 0,47 Ohm = 1,27A

Wenn du für R1 den 270 Ohm Widerstand aus Schaltung 1 verwendet hast, dann ergibt sich eine Strombegrenzung auf
I = U / R = 0,6V / 270 Ohm = 2,2mA !!!

Und noch etwas: Du schreibst:

Dass bei Blockstreckenbetrieb (Einrichtungsbetrieb) keine Umpolung erforderlich ist, ist mir klar.
ABER
Sowohl Schaltung 1 als auch Schaltung 2 haben eine Umpolung eingebaut:
Schaltung 1 mit Kippschalter,
Schaltung 2 indem die linke Hälfte des Potis Spannung für "linksrum" erzeugt und die rechte Hälfte des Potis Spannung für "rechtsrum".

Wenn du nun keine Umpolung brauchst, wegen Einrichtungsbetrieb, dann ist die Lösung mMn nicht Schaltung 2, sondern Schaltung 1 jedoch ohne Kippschalter.

Felix

Grüß euch Stefan und Felix,
danke für eure Gedanken zu der Schaltung.
Kling sehr einleuchtend und werde mich mal mit den beiden R1 und R2 Widerständen spielen und Messungen vornehmen.
Was die Regelung betrifft, ich habe in einem Stromkreis die linke Schiene komplett auf 0V gelegt und die rechte Schiene ist in 5 Blöcken unterbrochen auf den ich mit der Schaltung aus Bild 2 auch mal zurück fahren kann. Der Bahnhofsbereich ist z.B. Block 1 und darin will ich auch mal rangieren, Block 5 ist dann automatisch gesperrt.

Markus

Hallo Markus,

unabhängig von Deinem Problem ist mir beim Vergleich der Schaltungen aus Bild 1 und 2 noch aufgefallen, daß bei der zweiten Schaltung der 270Ω-Widerstand (R1) direkt hinter dem Potentiometer fehlt. Meiner bescheidenen Meinung nach ist er aber wichtig, sonst raucht im Falle eines Vollausschlags des Potis und Kurzschlusses auf der Bahn Dir die Schaltung ab, da dann T3 bzw. T5 nicht mehr in der Lage sind, die Spannung herunter bzw. heraufzuziehen.

Klaus

Hallo Marblu,
abgesehen von dem von Klaus schon genannten Fehler: Du wirst Probleme bekommen, wenn du dein Konzept so durchführen und in einem der Blöcke auch mal rückwärts fahren willst. Durch die nur einseitige Trennung der Schienen erhälts du immer einen Kurzschluss, solange du aus ein und demselben Transformator speist! Du musst also zumindest beidseitige Trennungen vorsehen und jede Einspeisung separat vornehmen, egal ob mit Schaltung 2 oder per Polwender (Schalter oder Relais). Einen Bahnhof würde ich nie als einen Block anlegen, wie man es auf Strecken macht (auch wenn diese beidseitig befahrbar sind). Der Sinn eines Blocks ist ja in der Regel ein automatisch ablaufender Betrieb. Zumindest bei hinter einander liegenden Blöcken auf einer längeren Strecke. Dort können sich Blöcke gegenseitig selbst steuern. Eigentlich benötigst du nur für den Bahnhof einen Fahrregler mit Richtungsumkehr.
Gruß Holger

Servus Holger,
ich habe am Trafo 3 Ausgänge Mittelanzapfung mit Masse oder 0V nach dem Gleichrichter dann einmal +12 V und -12 V wie es Schaltung von Bild 2 angegeben ist. Die Mittelanzapfung also 0 Volt kann ich doch komplett auf die Schiene eines Stromkreises legen und nur die Schiene unterbrechen die ich mit + oder - 12 Volt ansteuern will, oder habe ich da einen Denkfehler.
Markus

Grüße Euch,

ich habe die Widerstände überprüft R1 und R2 aus Bild 2 sind garantiert 0,47 Ohm Widerstände.
Ich habe auch diverse Messungen vorgenommen.
nun verstehe ich die Elektronikwelt gar nicht mehr,
Eine Spannung am R1 oder R2 ist in allen Stellungen von P1 nicht zu messen, egal ob mit oder ohne Lok am Gleis.
bei Fahrregler P1 in Mittelstellung also 0V auf der Schiene messe ich zwischen Minus 12 Volt und Basis T6 12 Volt.
Drehe ich den P1 nach rechts, (also zwischen Plus 12 Volt und Mittelabgriff P1 wird der Widerstand kleiner), erhöht sich Proportional die Spannung von Minus 12 Volt zur Basis von T6 auf 24 Volt.
Markus

Keine Ahnung

Die Grundschaltung (Bild 1) funktioniert; die ist nämlich nix anderes als Fremo schon vor vielen Jahren einsetzte:
http://www.muehlenroda.de/elektro/regler1.htm
Ich hab den ein wenig abgeändert (Überstrombegrenzung in Überstromabschaltung umgebaut) und mehrmals gebaut und ist bei mir im Betrieb:
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/handregler.htm

"Beissen" sich die beiden Schaltungsteile?
Nimm mal nur der Basis von T6 den Anschluss weg. Bei T3 lasse alles wie es ist. Der obere Teil der Schaltung hat nun Strombegrenzung, der untere aber nicht.
Wie verhält sich die Schaltung nun?

Felix

*nachdenk*

Wie funktioniert der Regler (Bild 2) überhaupt?

In Poti-Mittelstellung erhalten T1 und T4 den selben Basisstrom (T1 positiv, T4 negativ). Daraus folgt, T2 gibt eine positive Spannung aufs Gleis, T5 gibt eine negative Spannung aufs Gleis - beides gleichzeitig. Die beiden Spannungen werden addiert, Resultat ist 0V bezogen auf Masse.

Eigentlich müsste es so sein, dass (weil ja T2 und T5 aufgesteuert sind), bereits jetzt sich ein (unerwünschter) Strom durch T2, R1, R2, T5 einstellt!?
Wenn nicht, warum nicht? Was meinen die Elektroniker unter uns?

Wird das Poti nach rechts gedreht, wird der (positive) Basisstrom von T1 erhöht, der (negative) Basisstrom von T4 verkleinert. T2 gibt eine betragsmässig höhere (positive) Spannung ans Gleis, T5 eine betragsmässig kleinere (negative) Spannung ans Gleis. Die beiden Spannungen werden addiert, Resultat ist eine positive Spannung bezogen auf Masse.

Was passiert bei Überstrom in demjenigen Schaltungsteil, der den kleineren Spannungsbetrag beisteuert?

Fragen über Fragen...

* * * * *

Der fehlende 270 Ohm Widerstand beim Poti deutet darauf hin, dass Ferromel diese Schaltung gar nicht aufgebaut hat; es würde sich dann mehr um eine theoretische Betrachtung handeln. (Alle anderen Schaltungen auf der Seite basieren auf der Grundschaltung Bild 1 mit Polwendeschalter.)

Wenn alle Stricke reissen und die Schaltung mit Mittelabgriff nicht läuft, dann bleibt noch: Bahnhof mit einem garantiert galvanisch getrennten Fahrgerät versorgen (handelsüblicher Trafo, oder auch Fahrregler nach Bild 1 mit eigenem Trafo), Blöcke auf der Strecke mit Einrichtungs-Fahrregler versorgen (Grundschaltung Bild 1 OHNE Polwendeschalter).

* * * * *

Und noch ein Gedanke:
Das ganze Theater resultiert letztlich aus der Vorgabe des Anlagenbauers, dass nur eine Schiene getrennt werden soll. Hier liegt aus meiner Sicht der Hase im Pfeffer! Einseitige Trennung _kann_ funktionieren, _muss_ aber nicht. Tatsächlich ist immer wieder von "merkwürdigen" Problemen berichtet bei Anlagen, deren Stromkreise nur einseitig voneinander getrennt sind.

Darum empfehle ich grundsätzlich immer, Stromkreise ausschliesslich doppelpolig voneinander zu trennen. Es macht einfach weniger Probleme.

Felix

Hallo Markus,

ich kann Dir nicht viel weiterhelfen, weil ich es mit analogen Schaltungen nicht so habe (mal was vor mehr als 20 Jahren gelernt, aber selbst damals war ich nicht sattelfest). Nach meinem (diesbezüglich beschränkten) Verständnis sollte die Schaltung zumindest statisch funktionieren und die beiden Teile sich nicht gegenseitig beeinflussen, auch wegen des 1,4V-Spannungsabfalls an den jeweiligen Darlington-Transistor-Pärchen. Es gibt aber noch zwei Dinge, die mich an der rechten Schaltung stören. Ohne Last (keine Lok auf dem Gleis) ist das ganze etwas in hochohmigen, undefinierten Zustand, vermutlich existiert deshalb in der linken Schaltung der R3. Außerdem hat die linke Schaltung noch eine Diode D1, die vermutlich als Freilaufdiode für den induktiven Widerstand des Elektromotors der Lok dienen soll. Inweiweit beides für das anscheinende Nichtfunktionieren verantwortlich sein könnten, mag ich aber nicht zu abzuschätzen.

Die Meßwerte, die Du unter #7 nennst, klingen doch richtig, wobei Du mit Deinem Meßgerät eigentlich gegen die Mittelspannung messen solltest. Ich weiß nicht, wie Du testest, aber ich würde die Schaltung mal losgelöst von der Anlage testen. Statt der Lok würde ich mal eine Glühbirne anschließen oder einen Widerstand, sodaß ein paar Milliampere fließen (1-2kΩ). Ich würde den Aufbau der Schaltung auch nochmal prüfen, falls Du es nicht gemacht hast: Sind überall die richtigen Transistoren eingebaut (speziell NPN ws. PNP), sind die Anschlüsse korrekt?

Klaus

Hallo Markus und Helfer,
Ich hab die Sache mit Spannung verfolgt.
Da ich selber meine Bahn mit der Schaltung eines festen Bezugsgleises fahre, hab ich schon
ein paar Rückschläge weg.
Die Sache funktioniert aber sehr gut , wenn man Pendelbetrieb und Kehrschleife weg lässt.
Einige Dinge habt Ihr angesprochen , bei denen ich helfen kann.
1.  0,47 Ohm zu messen oder eine Spannung darüber  ist schwierig und meist ungenau.
Die Toleranzen der Ohmmeter sind zu groß.Und eine nennenswerte Spannung misst  Du erst ab
1 Ampere Strom durch den Widerstand.
2.  Die 270 Ohm sind ein Schutz , aber nicht unbedingt nötig , da die beiden Transistoren über
ihrer Emitter- Basis Strecke die Spannung konstant auf zusammen 1,4 Volt halten.
   Es fließt immer nur ein so großer Basisstrom, wie für den Emitterstrom, nach Stromverstärkung,   nötig.   Sagen wir gering geschätzt Faktor 100 , bei 1.5 Ampere Last (ergibt sich durch den Kurzschlussschutz) wären: 15 mA Basisstrom max.  an 1,4 Volt ,  da der Lastwiederstand die Spannung am Ausgang anhebt, ergibt sich 0,021 Watt fürs Poti.
3 . Die Schaltung ist ohne Last hochohmig , da der Emitter des Leistungstransistors ,ohne Last ,
   keinen Strom führen kann. Eine Betriebskontrollleuchte oder Fahrtrichtungsanzeige hilft hier schon.
4.   Die Freilaufdiode: Als N-Bahner (kleine Sröme) und bei dieser Schaltung (+/- 12Volt)
  kannst und mußt Du darauf verzichten.
Und jetzt bleibt mir als möglicher Fehler nur, Du hast Emitter und Kollektor vertauscht,denn dann fehlt der Schaltung die Leistung.
Bin schon mal gespannt wo der Fehler liegt.
Vielleicht bau ich die Schaltung selber mal nach.

Gruß Stefan

Hallo,
einfache Transistorschaltungen ( Poti -> Widerstand -> Transistor ) haben keine Lastregelung. Je nach Anwendung muss man eben manuell nachregeln. Poti hochdrehen oder runter. Eine Lok mit 50mA fährt demnach schon viel früher los als eine mit 200mA. Und, sie ziehen dementsprechend auch mehr oder weniger Last ( bei gleicher Potistellung ). Solche "einfachen" Spannungssteller sind im Modellfahrbetrieb nur bedingt geeignet.

Freilaufdiode ist bei ungeschützten Endstufen immer empfehlenswert! Sie schützt z.B. auch vor so genannten Gegenströmen, die die Sperrspannung der Emitterdiode (  im Leistungstransistor ) überschreiten, wie sie bei Kurzschlüssen auftreten.

VG kkStB

Edit: wenn die Schaltung aber schon wie in #0 beschrieben in die Knie geht, ist sicher die Bemessung der Strombegrenzung falsch.

Hallo,
kleiner Nachtrag . Ich hab die Schaltung auf dem Steckbrett nachgebaut.
Funktioniert einwandfrei.
Kleiner Nachteil , man muß mit dem Poti immer durch die Null.
Dadurch ist der Bereich für den Fahrbetrieb sehr eng.
Und bitte Vorsicht mit den kleinen Widerständen , im ungünstigsten Fall müßen die 1 Watt abkönnen.
Beim Kurzschlußtest hat es bei mir geraucht.
Für den Automatikbetrieb ist die Schaltung o.k. .
Für den Rangierbetrieb hab ich meine Gleise mit einem Umschalter für einen weiteren Regler versehen.
Der geht auch noch auf das Nullgleis. Funktioniert dank Maschenregel.
Und wenn das Rangieren richtig Spass machen soll gibt es bei ELV einen Schaltplan für einen wirklichen DC Drehzahlregler mit Drehzahlabfrage. Den Regler hab ich mir mit Polwenderelais und einem kleinen Kniff auf Einknopf Betrieb umgebaut.

Mit fröhlichem N-BAhnergruß Stefan

Ich habe mir das nochmal genauer angeschaut.
Die Schaltung 2 stellt praktisch zwei Fahrregler dar, für jede Richtung einen. Durch die Versorgung aus zwei Spulen, die zu einer Mittelanzapfung verbunden sind, kann man es so handhaben, nur eine Schiene zutrennen und eione durchgehende Masseschiene zu verwenden.
Aber mit der Schaltung selbst habe ich so meine Probleme. Speziell die T1 und T4- Basisströme werden nicht begrenzt, lediglich durch P1. Jedoch voll links oder rechts Anschlag bedeutet unbegrenzter Basisstrom= Transistortod. So kann die Schaltung nicht funktionieren, zumindest nicht dauerhaft. Daher sollte zumindest ein Widerstand zwischen Mittelabgriff P1 und den Basen T1 / T4. Die angesprochenenen 270 Ohm sind ein guter Wert dafür.
Aber das löst noch nicht dein Problem mit der Strombegrenzerschaltung. Wie schon richtig vermutet, sind hierfür die Widerstände  R1 / 2 entscheidend. Ab einem errechenbaren Strom (wurde weiter oben schon berechnet) fallen an diesen Widerständen die 0,6V oder mehr ab. Wenn du hier trotz angeschlossenen Gleisen und Lok darauf überhaupt keine Spannung messen kannst, dann hast du irgendwo eine Unterbrechung in der Verkabelung.
Andererseits schreibst du, wenn du Basis T3 und 6 entfernst, funktioniert die Schaltung. Das zeigt doch, dass die T3 / T6 durchsteuern, also dass an der Basis mehr als + / - 0,6V anliegt. Das widerspricht sich. Wenn du nun den R1 bzw. R2 kurz schliest, sollte der Regler doch wieder laufen. Teste mal, ob es so ist und melde dich wieder.

Mal von den ganzen Problemen abgesehen, frage ich mich die ganze Zeit, ob solche Schaltungen überhaupt noch zeitgemäß sind. Ich hatte mal in einem anderen Kontext ein bißchen gegoogelt (Stichwort Gleichspannungswandler). Im Trend scheinen MOSFETs zu sein, die dann meist über spezielle Regler-ICs getaktet werden. Der Vorteil ist, daß der Spannungsabfall am FET minimal ist und damit auch die Verlustleistungen sehr gering sind. Je nach Anwendungsfall werden sie mit Induktivitäten oder Kapazitäten kombiniert.

Für Motorsteuerungen werden eigentlich nur noch integrierte H-Bridges, ebenfalls aus MOSFETs, eingesetzt, und die können selbst ohne Kühlkörper mehrere Ampere vertragen. Überlast-/Kurzschlußschutz und Überhitzungsschutz haben die meist auch schon eingebaut. Die meisten sind auch PWM-fähig.

Klaus

Hallo Klaus,
Mosfets werden spanungsgesteuert, da fließt am Gate (die "Basis" des Mosfet's) kein Strom. Daher praktisch leistungslos zu steuern. Hat aber auch Nachteile. Solche Transistoren lassen sich vorzüglich für getaktete Schatungen einsetzen. Für rein analoge Regelungen, wie hier gewünscht, ist die Bandbreite der Gatespannung (natürlich je nach verwendeten Typ) sehr klein. Erfordert eine aufwändige "Vorbeschaltung". Bipolare Transistoren sind hier klar im Vorteil. Daher kann man nicht pauschal von "veralteter Technik" sprechen. Und H-Bridges gibt es sowohl als Mos als auch als Bipolar. Mit Mos-Technik wird fast ausschließlich immer mit getakteten Signalen, also PWM gearbeitet. Vorteil ist die größere Leistung bei geringerem Aufwand. Und wenn Spannungswandlung mit MOS gemacht wird, sind fast immer Transformatoren, allerdings sehr klein wegen der relativ hohen Frequenzen, im Spiel- Stichwort Schaltnetzteil.
Wenn man aber in diesem speziellen Fall mit H-Bridge arbeiten wollte, kann man das Prinzip der einseitigen Trennung nicht mehr anwenden. Daher ungeeignet für den Fragesteller.

Man könnte auch einen fertigen Darlington-Transistor nehmen statt diesen diskret aufzubauen. Das wär auch schon eine Verbesserung.

Man könnte auch die Ferromel-Schaltung nehmen, die PWM generiert.
Aber es gibt auch Gründe, PWM zu meiden... (Fauli)

Man könnte auch... pi pa po... Aber die Schaltung tut was sie soll, wenn sie funzt.
Mit Polwendeschalter (also ohne Mittel-Masse) habe ich eine Abwandlung der Schaltung seit vielen Jahren im Einsatz und bin sehr zufrieden mit der feinen Regelbarkeit der Fahrzeuge.
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/handregler.htm

Felix

@Digimoba: Ja, was Du schreibst, ist mir im Prinzip alles klar. Man braucht sich nur mal die Wikipedia-Seite zu dem Thema anschauen, dann sieht man, daß es unzählige Varianten von DC-DC-Konvertern gibt. Für einfache Step-Down-Konverter braucht man allerdings nicht zwingend Induktivitäten oder Transformatoren. Letztendlich sind diese Schaltungen nichts anderes als eine gesteuerte Imputsbreitenmodulation mit nachgeschaltetem RC-Glied, das aus den Impulsen wieder eine halbwegs glatte Gleichspannung formt.

Ich denke halt, mit ein paar integrierten Bausteinen käme man vielleicht einfacher zum Ziel und ohne die Verluste eines Linearreglers. Allein, mir fehlt der Überblick darüber.

Klaus

Grüß euch zusammen,
ich habe meine Schaltung komplett nochmal überprüft, ich kann keinen Schaltfehler finden. Auch die beiden 0,47 Ohmwiderstände habe ich mal überbrückt. Der Effekt bleibt der gleiche. Auch Basis Emitter und Kollektor sind richtig angeschaltet.
Ich habe mal die Spannung zwischen E und C bei T3 und T6 gemessen. Sie Differieren von minus 0,8 V auf plus 0,8 Volt bei 0 bis 10 kOhm von P1.
im gegensätzlichen Verhältnis.
Nur wenn ich beide Basis von T3 und T6 trenne läuft die Lok einwandfrei vor und zurück.
Wenn ich die Basis nur von T3 trenne bricht die Spannung am Ausgang T2 zusammen, die Lok bekommt nur noch 0 bis minus 12 Volt.
Trenne ich die Basis nur von T6 bricht die Spannung am Ausgang T5 zusammen und die Lok bekommt nur noch im Plusbereich 0 bis 12 Volt.
Also genau umgekehrt als man es vermuten möchte.
Ich glaube ich gebe diese Schaltung auf und bau mir eine andere.
Übrigens habe ich für die beiden Transistoren T1 und T2 den Darlingtontransistor TIP120 (NPN) und für die Transistoren T4 und T5 den Darlingtontransistor TIP125 (PNP) eingesetzt, die aber sicher nichts mit dem Problem zu tun haben.

[quote #19= Marblu= ]Übrigens habe ich für die beiden Transistoren T1 und T2 den Darlingtontransistor TIP120 (NPN) und für die Transistoren T4 und T5 den Darlingtontransistor TIP125 (PNP) eingesetzt, die aber sicher nichts mit dem Problem zu tun haben. [/quote]
Ich denke doch, denn diese Darlingtons haben integrierte Freilaufdioden (s. Datenblatt). Die schließen die Spannung des jeweils geöffneten Zweig über den gegenüberliegenden gesperrten Darlington kurz. Vielleicht sind diese auch schon hochohmig geworden (sonst könntest du nicht ohne Basis T3 /6 regeln). Bau das ganze diskret mit normalen Bipolars auf und schau, was passiert.

Hallo zusammen,

@Digimoba: An die Diodentheorie glaube ich nicht, denn die sind in die Gegenrichtung gepolt.

Ich habe gerade nochmal versucht, meine Transistor-Kenntnisse aufzufrischen, und dabei bin ich auf die "inverse Verstärkung" gestoßen. Wenn ich das richtig verstehe, tritt das auf, wenn (beim NPN) die Spannung am Kollektor niedriger ist als an der Basis.

Wenn z.B. das Poti in Richtung Minuspol gedreht wird, dann schaltet der untere Darlington-Transistor durch. Wenn ich das Datenblatt vom TIP125 richtig lese, beträgt der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter 2,5V Volt. Am Kollektor vom T3 liegt also dann tatsächlich eine 2,5V tiefere Spannung als an der Basis.

Meine Überlegung ist nun, daß T3 vielleicht im inversen Betrieb durchschaltet und damit die Spannung nach oben zieht. Das würde dann den unteren Darlington-Transistor wieder zum Sperren bringen. Könnte das sein? Passen würde es zu dem Verhalten, das Marblu in #19 berichtet. Vielleicht tritt der Effekt mit den Originalbauteilen wegen anderer Kennzahlen nicht auf, oder die Schaltung funktioniert tatsächlich nicht.

Klaus

Edit: Referenz korrigiert

Ich habe die Schaltung komplett neu aufgebaut nun mit getrennten Transistoren für die Darlington Stufen.
Der gleiche Effekt an Fehler ist aufgetreten.
Die Schaltung habe ich nun zu Elektronik Spezialisten gegeben um sie zu untersuchen.
Ihr hört wieder von mir wenn sich was ergeben hat und danke euch allen für eure Unterstützung.

Markus