THEMA: ? Weichenschalter+Kondensatorschaltung

Du findest hier die Schaltung:

http://img314.imageshack.us/img314/518/weichenschaltung5ar.gif

Die Funktion ist einfach - in der geraden Stellung wird der Kondensator aufgeladen, beim Umschalten in die Ablenkung wird die Energie des Kondensators für die Umstellung in die Ablenkspule geleitet, Weiche schaltet um. Beim Zurückschalten in die gerade Stellung fließt der Ladestrom des Kondensators über die Weichenspule für die gerade, die Weiche wird zurückgeschaltet.
Der Wert 2200µF/35 V sollte für die meisten Weichen ausreichend sein.
Der Brückengleichrichter (ich verwende meist B80C3200) reicht für mehrere Weichen aus, wenn nicht mehr als 3 Weichen gleichzeitig in die gerade geschaltet werden (soviel Strom können aber die Trafos meist eh nicht liefern).

LG
eNrico

Konnte Dir das helfen, Andreas?

LG
Enrico

Hallo Andreas !
Falls du nicht gerade der Selfmade Elektronikertyp bist, sowas gibt es auch fertig :
http://www.gaugemaster.co.uk/modules.html#cdu
gibt es teilweise auch hier zu kaufen.
Gruß Uwe

@ #1+2

Hallo Enrico, erstmal danke für Deine Bemühung.

Hier ein Bild, wie ich mir sowas vorstelle: http://mitglied.lycos.de/aschahn/Eisenbahnbilder/Weichenschaltung.jpg

Nur sind die Angaben für den Widerstand (ca. 800Ohm) und und den Kondensator (10000uF) für eine Betriebsspannung von 18-24V Gleichstrom. Funktioniert diese Schaltung eigentlich so einfach auch mit Wechselstrom und 14V Spannung und welche Werte muß der Widerstand und der Kondensator für 14V Wechselstrom haben?

Ich muß zugeben, ich habe wenig Ahnung von Kondensatoren und deren Verhalten bei Gleich- bzw. Wechselstrom.


Beitrag editiert am 03. 11. 2005 01:34.

Hallo Andreas

Bei Wechselspannung funktioniert diese Schaltung nicht. Ein Kondensator kann nur Gleichspannung speichern. Irgendwie kannst Du Dir ein Kondensator wie eine kleine aufladbare Batterie vorstellen.

Der Kondensator würde an Wechselspannung wohl unter fürchterlichem Gestank zerstört.

Eigentlich sollten sich die Weichen auch mit Gleichspannung schalten lassen. ( Bitte korrigiert mich, wenn dem nicht so ist ). Du brauchst dazu nur einen Gleichrichter zwischen dem Trafo und Deiner Schaltung. Entsprechende Infos findest Du unter Elektrik auf diesen Seiten. Für Deinen Zweck dient eine einfache Diode zwischen Trafo und Widerstand.

Gruss, Kessi

Erstmal danke an alle.

O.K., das mit der Gleichstromschaltung sollte kein Problem sein, jetzt müßte ich nur wissen, wie ich die Werte für den Widerstand und Kondensator ermitteln kann, wenn ich z.B. nur max. 14V Ausgangsspannung und nicht 16-20V habe oder ist das egal oder kann ich den Widerstand ca. 800Ohm und den Kondensator 10000uF auch für 14V verwenden!

Mal ganz doof gefragt:

Sollte Gleichstrom nicht sogar generell besser geeignet sein zum Schalten von elektromagnetischen Antrieben?
Bei Wechselstrom wechseln in der Spule doch ständig der Nord- und Südpol.
Für mich stellt sich dass dann so dar, dass ein Teil der Leistung dadurch verloren geht, dass der Strom ständig gegen sein eigenes soeben aufgebautes Magnetfeld ankämpfen muss, während bei Gleichstrom die komplette Leistung zum Aufbau des magnetischen Feldes verwandt wird und ergo eine größere mechanische Kraft ausgeübt werden kann.

Denke ich da falsch, oder habe ich etwas nicht bedacht?

Frank,
der seine Weichen nicht alle gleich, aber mit Gleichstrom stellen möchte

Hallo Andreas,

schau doch mal im amp Band 4 (Alba-Modellbahn-Praxis) S.38ff und S.58ff nach. Da wirst du bestimmt was passendes finden.
Ich habe leider keinen Scanner um dir konkrete Beispiele geben zu können.
Bei mir funktionieren aber die dort vorgestellten Schaltungen schon seit längerem und das auch mit bis zu 6 gleichzeitig zu stellenden Weichen.

Grüße Micha

Hallo Andreas,

Kleine Anmerkung zu Wechselstrom oder Geichstrom. Die Weiche braucht nur einen kurzen Stromstoß mit ausreichender Spannung. Dazu genügt eine Halbwelle. Also Diode vorschalten um die andere Halbwelle zu sperren. Ich nutze zahlreiche Dioden für Weichenstraßenschaltungen (ein Druck für bis zu 4 Weichen !), die filtern auch nur eine Halbwelle. Als Spannungsquelle nehme ich ein Ladegerät für Autobatterien. Das schafft bis zu 8 A= (keine weitere Diode, nur richtig polen), also genügend Saft für 5 und mehr Weichen, wenn die Kabelstärke dafür ausreicht (also ggf. doppelte Kabelstränge).

Gruß
Andreas

Leider ist meine eigentliche Frage nirgendwo beantwortet:

Welchen Diodenwert, Widerstandswert, Kondensatorwert muß ich verwenden? Wie kann man solche Werte ermitteln, sodass es auch ein Laie versteht?

Die Sache mit der Funktion solcher Schaltungen habe ich jetzt verstanden!

-->--> Mal ein ganz andere Frage!!?? Muss ich eigentlich unbedingt einen Kondensator verwenden, es gibt doch sicherlich auch Schalter, die nur einen kurzen Impuls abgeben, auch wenn man länger auf den Schalter drückt? Kann da jemand einen bestimmten Schalter, z.B. von Conrad-Elektronik empfehlen?

Danke vorab.

Beitrag editiert am 03. 11. 2005 10:21.

Hallo Andreas

Also als Diode würde ich eine 1N4007 verwenden. Für jede Weiche separat. Es ginge auch mit einer Diode für alle Weichen. Ich würde es aber halt so machen.

Ansonsten würde ich mal mit den Werten Deiner Schaltung versuchen. Es wird Dir hier kaum jemand exakte Werte oder Berechnungen liefern. Es sei denn, jemand macht das genau so wie Du.

Wie höher der Widerstand und der Kondensator, wie länger dauert es, bis der Kondensator wieder geladen ist und Du die Weiche ein zweites mal stellen kannst. Formeln dazu findest Du unter Elektrik auf diesen Seiten.

Die höhe des Kondensators bestimmt auch die Dauer des Stromstosses für Deine Weiche. das hängt aber von der Stromaufnahme Deiner Weiche ab. Den kenn ich aber nicht. Formeln dazu findest Du wieder unter Elektrik auf diesen Seiten.

Dass es mechanische Schalter gibt, die nur kurz Kontakt geben auch wenn Du länger drauf drückst, ist mir nicht bekannt.

Es gilt halt das Motto : Probieren geht über Studieren....

Gruss, Kessi

Hallo Andreas,
ein Tipp als Alternative: man kann eine Endabschaltung auch mit einem parallelgeschalteten Relais simulieren. Die Endabschaltung beruht dann darauf, dass mit der zeitgleichen Weichenschaltung das Relais auf Unterbrechung des Schaltstroms geschaltet wird. Sicher eine "Holzhammer-Methode" und Relais sind auch bei Conrad-Electronic teurer als Widerstände und Kondensatoren. Aber die zweitbeste Lösung ist immer noch besser als gar keine.
Gruß
Andreas

#10
Der Vorteil von meiner skizzierten Schaltung besteht darin, dass Du aus der Stellung des Schalters die Weichenstellung erkennst, was bei Tastern nicht der Fall ist - obendrein brauchst Du nur einen (einpoligen) Umschalter und nicht zwei Taster.

Die üblichen Weichen lassen sich sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom schalten - bei der Weichenstellung gerade wird beim Betätigen des Schalters der Weicheisenkern (also magnetisierbares Material) in die Weichenspule für die Ablenkung  hineingezogen (und aus der Weichenspule für die Gerade heraus). Dieser Vorgang des magnetischen Anziehens geht sowohl mit Gleich- als auch Wechselstrom, da ja der bewegliche Eisenkern entweder nur in eine Polung magnetisiert wird (N-S) und die Spule wird in die andere Richtung (S-N) gepolt - als Folge wird der Kern in die Spule hineingezogen. Bei Wechselstrom wird 50mal in der Sekunde ummagnetisiert (also N-S-N-S-...), der kern in der anderen Richtung (S-N-S-N-...). Also wird der Kern auch hineingezogen, Effekt ist der gleiche. Beim Umschalten gehts dann wieder in die andere Richtung, usw.
Während bei Gleichstrom der durch die Spule fließende Strom nur durch den Widerstand des Drahtes begrenzt wird, kommt bei Wechselstrom auch noch der induktive Widerstand hinzu - allerdings ist der Unterschied weder gravierend noch für die Funktion erheblich, daher kann man sowohl Gleich- als auch Wechselstrom für die Weichenumschaltung verwenden.

Zu Deinem Dimensionierungsbeispiel:

Der Kondensator stellt für einen kurzen Augenblick am Anfang des Ladevorgangs einen Kurzschluss dar, der Widerstand begrenzt den Ladestrom. In Deinem Beispiel sind das I=U/R=24V/800 Ohm= 0,03A 0der 30mA. Damit benötigt der Kondensator für die Aufladung auf die Betriebsspannung eine bestimmte Zeit, die vom Widerstand und dem Kondensator abhängt und einer natürlichen logarithmischen Funktion folgt. Die Zeitkonstante, die mit dem griechischen Buchstaben Tau bezeichnet wird, ist: Tau=R x C = 800 x 10000 µF = 800 x 0,01 F= 8 sec. (Siehe Grundlagen hier --> http://www.1zu160.net/elektrik/kondensator.php ).
Vollgeladen ist der Kondensator nach etwa 3 x Tau, was hieße, dass Du nur alle 24 sec die Weichenstellung ändern könntest...

Der Wert des Kondensators hängt letztendlich von der Weiche ab - es muss soviel Energie gespeichert sein, dass eine Weiche zuverlässig umschaltet. Eine Minitrixweiche tut das bei den üblichen 16 - 18V AC eines normalen Fleischmann/Trix/Arnoldregler am Lichtanschluss ohne Probleme mit 2.200 µF - allerdings sollte der Elko schon etwas Reserve in der Spannungsfestigkeit aufweisen, daher habe ich auch 35V angegeben, da liegt man auf der sicheren Seite.

Aus dem Grund der Zeitkonstante hat meine Schaltung, die vorweg angeführt ist, gegenüber der von Dir angeführten Schaltung den Vorteil, den Kondensator für die Umschaltung in eine Stellung zu entladen und für die Umschaltung in die andere Richtung zu laden, daher steht einer schnellen weiteren Umschaltung nichts im Weg. Wenn Du einen zweipoligen Umschalter verwendest, kannst Du auch noch die Stellung der Weiche über zwei Leds (oder eine zweifarbige) anzeigen.

Liebe Grüße

eNrico

Beitrag editiert am 03. 11. 2005 12:51.

Hallo Enrico,
du schreibseltes in deinem Beitrag 13 folgendes:

>
Während bei Gleichstrom der durch die Spule fließende Strom nur durch den Widerstand des Drahtes begrenzt wird, kommt bei Wechselstrom auch noch der induktive Widerstand hinzu - allerdings ist der Unterschied weder gravierend noch für die Funktion erheblich, .......
<

Ich denke, im groben hast du recht, allerdings kann ich nicht mut der Aussage übereinstimmen, das der Unterschied nicht gravierend sein soll.
Rechnen wir mal und nehmen folgende Werte als Grundlage:
Spule mit Eisenkern wie bei Weichen üblich,
Induktivität L = 100mH
Kupferwiderstand R = 2 Ohm
Spannung U = 18V
Frequenz f bei AC Betrieb =50 Hz

Rechnen wir mal den Blindwiderstand aus:
Xl = 2*pi*f * L  (Hz, Henry,Ohm)
= 2 * 3,14 * 50 * 100E-3  = 31,416 Ohm

Kupferwiderstand R wird nun geometrisch addiert um den Scheinwiderstand Z zu erhalten:

Z= Sqrt (Xl ^2 + R^2)    (Ohm)
= Sqrt (31,416^2+2^2) = 31,498 Ohm.

Der Strom errechnet sich dann aus

I = U / Z   (Ampere, Volt, Ohm)
= 18 / 31,489 = 0,5718A


Betrachten wir den reinen DC Betrieb:
Hier ist nur der ohmsche Widerstand der Wicklung wirksam, also gilt:

I = U / R   (Ampere, Volt, Ohm)
= 18 / 2 = 9 A


Diesen Strom kann nur ein über einen Elko gepufferter MoBa Trafo bringen, incl. Gleichrichtung versteht sich.
Ob die Zahlenwerte für die Weichenspulen für alle AC Antriebe identisch sind, weiß ich natürlich nicht. Aber die Tendenz (Xl >> R) ist bei allen gleich.

Grüße,
Günter



Beitrag editiert am 03. 11. 2005 20:47.

Lieber Günter, ich kann zwar Deine Rechnung nachvollziehen, aber die real gemessene Wirklichkeit sieht doch etwas anders aus.

Die Induktivität einer Luftspule läßt sich sehr leicht aus den geometrischen Abmessungen ermitteln - ich habe das näherungsweise für eine Weichenspule von Kleinbahn gemacht (H0), weil die noch aus meiner Jugendzeit herumlag. Rechnerisch komme ich bei der Luftspule auf etwa 1mH. Bei der anschließenden Messung mit einer Maxwell-Brücke kommt diese Spule auf < 1mH ohne Kern, mit halb in die Spule getauchten Kern auf  etwa 5mH und mit ganz eingetauchtem Kern auf etwa 8 mH.
Der Blindwiderstand ohne Eisenkern ist XL=2 x pi x f x 0,01 = 2 x pi x 50 x 0,01 = 3,14 Ohm, mit halb eingetauchten Kern etwa 15 Ohm und mit voll eingetauchtem Kern etwa 26 Ohm. Der Kupferwiderstand der gemessenen Spule ist 92 Ohm.

Idc= 18V/92Ohm = 0,195 A = 195 mA.

Bei Wechselstrom kommt es zu einer vektoriellen Addition, da ja der Blindwiderstand 90° phasenverschoben ist. Nehmen wir als Extremfall den nicht eingetauchten Kern, dann ergibt der resultierende Scheinwiderstand Z=Wurzel aus (92² + 3,14²)=92,5 Ohm - im Fall des eingetauchten Eisenkerns Z=Wurzel aus (92² + 26²)=95,6 Ohm.

In einer Extremstellung fließen damit 18/92,5=195mA, im anderen Extremfall 18/95,6=188 mA - ein Unterschied von 4%.

Daher komme ich zu dem Schluss, dass der Unterschied nicht gravierend ist, da für mich die 4% alleine schon nahe den Messtoleranzen sind. Vielleicht haben die Trix-Wreichen etwa höhere Induktivitäten, dann wird der Unterschied wohl größer, aber er spielt - für den Endverbraucher - keine Rolle.

Leider kann ich nicht nachvollziehen, wie Du zu 100mH für die Spuleninduktivität kommst - bei nur 2 Ohm Spulenwiderstand nicht wirklich ohne hochpermeable Ferritkerne machbar. Vielleicht solltest Du den DC Spulenwiderstand noch einmal nachmessen...

LG
eNrico

BTW - die Kleinbahnweiche lässt sich exakt mit der oben gezeichneten Anwendung umschalten, ein Oszilloskop mit 0,1 Ohm Stromfühlerwiderstand bestätigt auch meine gerechneten Stromwerte größenordnungsmäßig.

Enrico,
Kurzmail an dich ist unterwegs.

editierter Nachtrag:
hohe Induktivitäten und kleine DC-Widerstäde sind möglich. Ist nur eine Frage des Querschnitts von the Draht und der Anzahl der Wicklungen......


Günter

Beitrag editiert am 05. 11. 2005 08:25.

Ihr Lieben, abseits der Theorie ein Erfolgserlebnis aus der Praxis:
Diese Schaltung habe ich nach einem Asbach-Uralt-Schaltplan aus der MIBA für 60 Weichen zusammengelötet, anfangs ohne die Schaltung richtig zu verstehen. "Chinesisch kopieren" nennt man das,  Abkupfern ohne es richtig zu verstehen. Hat super funktioniert! Die Versorgung erfolgte aus einem Startpackungs-Trafo und ich habe die Schaltung nur ersetzt, weil PECO-Zusatzkontakte jeglicher Art störanfällig sind. Ganz zurückhaltend formuliert.

Bitte entschuldigt die schlechte Qualität des Plans, ich hatte ihn für einen Freund mal schnell skizziert. Die Platinen gelten für 2 und für 3 Weichen.

http://img213.imageshack.us/my.php?image=kondensatorschaltungfr2weichen.jpg
http://img213.imageshack.us/my.php?image=kondensatorschaltungfr3weichen.jpg
http://img213.imageshack.us/my.php?image=kondensatorschaltungschaltzkiz.jpg

Gruss
Cox

Cox,
die Schaltung stellt letztlich nichts Anderes als die hier in diesem Thread vorgestellten Lösungen dar.
Sie beruhen alle auf die Fähigkeit eines Kondensators, Energie zu speichern und kurzfristig wieder abzugeben.
Zu beachten ist nur, das ich die Energie auch erstemal in den Kondensator hinbringen muss. Dies geschieht leider nicht in "0-Zeit"

Gruß,
Günter

#16
Als Nachrichtentechniker wird es ja nicht schwierig für Dich sein, zu errechnen, wie Du bei steigender Zahl der Windungen und immer stärkeren Querschnitten (um den gleichen Widerstand zu haben) irgendwann größer wirst als die Weiche selber

LG
Enrico