THEMA: Fahrregler 9V Batterie

Ich würde eher mit PWM arbeiten, also was in dem Stil: http://www.circuitstoday.com/pwm-lamp-dimmer-using-ne555

Verheizt auch nicht soviel überflüssige Energie und man muss den Akku nicht so oft laden.

Gruß,
Harald.

Hallo Harald,

danke für den Hinweis. Habe mich auch schon mit den verschiedensten Möglichkeiten beschäftigt. Habe gelesen, dass es bei PWM-Steuerung wichtig ist, dass der Motor bei zu hohen Frequenzen zu heiß werden kann. Da ich mit Transistorschaltungen bereits mehr Erfahrung gesammelt habe, würde ich trotz des höheren Energieverlustes eher zu einer möglichst einfachen Transistorschaltung tendieren. Dennoch vielen Dank für die Anregung und den Link!

Ich habe mich vielleicht auch falsch ausgedrückt, da ich nach Alternativen gefragt habe. Dies soll lediglich auf Transistorschaltungen bezogen sein. Entschuldigung für die falsche Ausdrucksweise in diesem Zusammenhang!

Liebe Grüße
Maciek

Hi,
wäre es nicht einfacher wenn du dir den von Trix zulegst?

http://www.dm-toys.de/produktdetails/items/16996.html

M.f.g. Florian

Hallo Florian,

sorry, wenn ich deinen sicher ernst gemeinten Tipp etwas aufs Korn nehme, aber ein Gerät mit 3 'Fahrstufen', nähmlich


dürfte wohl nicht im Sinne des TE sein und für einen Güterbahnhof generell nicht geeignet

Grüße
Philipp

Du kannst dir die Kippschaltung auch mit 2 Transistoren anstelle eines 555 bauen. Bauanleitungen dazu gibts genug.

Ich würde die Frequenz gerade über der Hörschwelle wählen. Heiss ist mir deswegen noch kein Motor geworden, Decoder machen das ja auch so. Wenn man ängstlich ist, kann man 100Hz nehmen, das hat ja ein normaler Trafo auch.

Gruß,
Harald.

Hallo Maciek,

   nehm doch ein LM 317T. Das ist ein Spannungsregler den du mit Hilfe eines externen Poties zwischen 1.65V und fast betriebspannung einstellen kannst (maximal bis 37V). Danach machst Du einfach ein Polschalter mit nullstellung. Davor könntest Du noch ein Gleichrichter Bauen und den dann an den Wechselspannungsausgang von deinem Traffo anschliessen. Wichtig ist auch das du zwischen Gleichrichter und dem Spannungsregler einen 470 Elco und einen 100nF Keramik Kondensator anschliest, und auch am ausgang mindesten einen 100µF bis 220µF und einen 100nF Keramik Kondensator.
Die Keramik Kondensatoren dienen der Funkenstörung, da die Elcos mit schnellen stromspitzen nicht mitkommen.

Es gibt Beim Großen C sogar Bausätze dafür.

Datenblatt gibt es hier: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117.pdf

Gruß

       Andreas

Hallo Maciek,

mit dem BD 675 hab ich mehrere Fahrregler gebaut, der geht problemlos. Da ich für meine 16 Lokomotiven unterschiedliche Endgeschwindigkeiten habe, verwende ich 16 Regler mit individuellen Einstellungen, um aus dem Schattenbahnhof herauszufahren. Der Regler besteht nur aus dem Poti, dem Basiswiderstand und dem Darlingtontransistor (vgl. Anhang, auf der Leiterplatte die 4 unteren Reihen).

Grüße

Enrico

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Hallo,

vielen Dank für die vielen Ratschläge. Bevor ich mich entscheide habe ich noch ein paar Fragen zu den einzelnen Schaltungsvorschlägen:
@Harald: Wie berechnet sich die Frequenz bei der Schaltung? Nehme an, dass es da einen Zusammenhang zwischen Widerstand und Kondensatoren gibt?

@Andreas: Für den Fall, dass ich die Batterie anschließe, würden die Eingangskondensatoren wegfallen oder? Die zur Entstörung am Ausgang bleiben!

@Enrico: Hast du zufällig ein Schaltbild für eine Regelstufe? Oder für deine Gesamtschaltung (Dann könnte ich mir den benötigten Teil heraussuchen.)? Du nutzt den Leistungstransistor nach dem Bild komplett ohne Kühlkörper? Reicht das aus? (Kenne mich mit Kühlkörperberechnung leider noch nicht so gut aus!)

Ich bin auch für lesenswertes Hintergrundwissen sehr dankbar. War schon am überlegen mir ein Buch über Modellbahnschaltungen zuzulegen. Gibt es da eventuell ein lesenswertes, welches sich nicht nur auf zwei Seiten mit Fahrreglern beschäftigt und auch für kleine Anlagen einfache Lösungen anbietet?

Herzliche Grüße und vielen Dank für die tolle Hilfe hier!

Servus,

such dir ne analog-Maus von ROCO/ Fleischmann Startpackungen . Die haben ein sepapates Netzteil, welches du dann weglässt und dir nen Batteriehalter für deine 9V Batterie bastelst. Du kannst aber , wenns nicht unbedingt mit Batterie sein muss,auch ein schaltbares Netzteil dranhängen welches du einfach auf 7,5 oder 9 Volt einstellst. So betreibe ich meine Nebenbahn mit den kleinen Zügen.

Gruss Stefan

P.S. du findest solche Fahrregler auch von Bachmann. Allerdings hat dieser einen Richtingsschalter, regelt aber sehr gut.Der Drehregler hat mehr Weg für feinfühligeres Fahren.

Auch meinen Senf dazugeb...

Die Schaltung des Fremo-Reglers von Armin Mühl hat den grossen Vorteil, dass sie funktioniert und dutzendfach erprobt ist: Aufbauen und läuft. Ob da nun ein BDW 83 drin ist oder ein BD675 oder ein BDW 43 spielt keine Rolle. Das steht eigentlich auch so auf Armin Mühls Webseite.

Ich habe den Regler auch aufgebaut und er bewährt sich bei mir seit vielen Jahren; er ist dank des 270° Drehbereiches des Potis sehr feinfühlig zu fahren.
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/handregler.htm
Weil ich für den Fall von Kurzschluss / Überstrom nicht bloss eine Strombegrenzung wollte, erweiterte ich die Schaltung um eine echte Überstromabschaltung. Gerade wenn du den Regler an Batterie betreibst, könnte dies eine sinnvolle Erweiterung des Originalschaltplans sein.

Noch eine Anmerkung "aus der Praxis": Ohne C1 gibt der Regler ungeglätteten Gleichstrom ans Gleis. Damit fahren die Loks besser an als mit geglättetem Gleichstrom. Bei Batteriebetrieb geht natürlich nur geglätteter Gleichstrom...

Zum Kühlkörper: Der ist kritisch, im Gegensatz zum verwendeten Leistungstransistor. Der extremste Betriebspunkt ist "Kurzschluss". Da stellt sich der maximale Strom ein, den die Strombegrenzung noch zulässt: I = U(R3) / R3 = 0.7V / 0.47 Ohm = 1.5A
Gleichzeitig ergibt sich der maximale Spannungsabfall über T2: U(T2) = U(Speis) - U(R3) = 9V - 0.7V = 8.3V.
Damit ergibt sich eine maximal mögliche Verlustleistung für T2 von P = U(T2) * I = 8.3V * 1.5A = 12.5W Verlustleistung! Wenn das dein Kühlkörper nicht abführen kann, geht T2 hops.

Die Betrachtung gilt auch bei echter Überstrom-Abschaltung, denn "knapp vor dem Abschaltpunkt" ist ein zulässiger Betriebszustand.

Mehr Info zur Kühlkörperdimensionierung findest du hier:
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/12vdc.htm

Durch Ändern von R3 kann auch ein anderer Maximalstrom eingestellt werden. Unter 0.5A würde ich allerdings nicht gehen. Ich selbst wählte für meine Regler einen Maximalstrom von 0.75A.

Felix

Für 555: Steht doch auf der Seite und auch im 555er Datenblatt.
Und hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Multivibrator

PWM mit regelbarem Antein erhällt man wenn man in dieser Schaltung
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transistor_Multivibrator.svg
wenn man R2 und R3 nicht direkt an +V hängt, sondern einen Potentiometer zwischenschaltet, mit dem man das Verhältnis sozusagen von links nach rechts verschieben kann. Man kann R2 und R3 so klein machen, dass der maximal erlaubte Basisstrom fließt.

Gruß,
Harald.

Hi ihr Lieben,

ich berechne gerade den Kühlkörper für die Schaltung mit dem LM317. Dabei ist mir eine Formel etwas unklar!

PD = ((VIN − VOUT) × IL) + (VIN × IG)

Und zwar geht es um IL und IG. Das I die Stromstärke ist, ist mir klar. steht das L für Last und das G für Gesamt? Wenn ja, wie komme ich auf den Gesamtstrom? Entspricht der nicht dem Laststrom?

Vielen Dank schonmal für eure Hinweise!

Grüße Maciek

Hallo Maciek,

Wenn Du ne Batterie nehmen willst, kannst du den 470uF Kondensator weglassen. Den 100nF würd ich hinmachen, damit ganz kurze Strom Impulse gepuffert sind.

Willst Du als Batterie einen 9V Block nehmen? Die haben eine Kapazität von 200mAh für die billigen bis 600mAh für die gaaaaaaanz teuren. D.h. diese sind nach 1 bis 3 stunden intensiver Rangierfahrt leer.

Für den fall das du eventuell Interesse an einem PWM Fahrtenregler hast, da gibt es den L293 und L292. Diese beiden haben jeweils zwei H-Brücken drin. Eine H-Brücke besteht aus 4 Transistoren, die dann den Strom Puls Weiten Moduliert schalten und auf das Gleis geben. Wenn Du Interesse daran hast melde dich einfach.

Gruß Andreas

Hallo Maciek,

  Such mal bei Reichelt nach diesem Kühlkörper: V 5640A Spezial-Kühlkörper, 33x25,4mm, 20K/W. So etwas sollte ausreichen

Gruß Andreas

Ich hätte jetzt auch gesagt, dass IG in der Praxis das gleiche ist wie IL. Es fliesst zwar ein kleiner Steuerstrom durch den Spannungsregler-IC, dieser ist nicht enthalten in IL, aber das ist dann wohl eher vernachlässigbar.

Mehr Schwierigkeiten habe ich mit dem Term (VIN x IG). Was das wohl ist? *grübel*
Die Verlustleistung, die für den Kühlkörper relevant ist, ist doch die Verlustspannuing mal den Laststrom. Also PV = (VIN - VOUT) x IL.
(Wo hast du die Formel her? Ist da keine Legende angegeben, die die einzelnen Grössen beschreibt?)


Gute Frage. Du musst doch eh  mit einem Aderpaar ans Gleis, um die Fahrspannung zu transportieren. Was hindert dich, noch ein zweites Aderpaar zu verlegen und Energie (Wechselspannung) für den Regler ab Trafo zu beziehen?


Hast du das gerechnet, oder ist das nur eine Schäztung??
(Das kann ein himmelweiter Unterschied sein, sozusagen der Unterschied zwischen Versuch und Irrtum)

Felix

L292:

Etwas schwer mit 9V Batteri.



Genau deswegen hab ich gedacht, dass PWM besser ist als 90% des Effekts beim Rangieren verheizen.

Gruß,
Harald.

@Felix:

Zum Kühlkörper: Ja ist ne Schätzung Du hast Recht. Meine Schätzung basiert auf einige selbstgebaute Spannungsregler, die kleinere Kühlkörper hatten, mit größerem Spannungsabfall und höherem Strom, und die sind nicht kaputt gegangen. Die konntest Du alle noch mit der Hand anfassen. Also die Temperatur war unter ca. 65°C meist viel kälter. Daher Schätzung mit etwas Erfahrung. Wenn du ein Kühlkörper dimensionierst, und du entwickelst ein Gerät das in geringen Stückzahlen produziert wird, und es auch nicht auf die letzten Kubrick Millimeter drauf an kommt, nimmt man einfachen einen Kühlkörper der groß genug ist. Aber ich geh Dir recht, es ist immer eine gute Übung mal einen zu berechnen.

Zur Batterie und dem Abgriff am Trafo mit Gleichrichter hab ich auch vorgeschlagen ein paar Beiträge vorher. Hast du sicherlich in der eile überlesen. Oder soll ich für Gleichrichter schreiben: "Gleich riecht er"

Gruß Andreas

So da bin ich nochmal. Da es sich wirklich um eine sehr kleine Anlage handelt hält sich der Spielbetrieb da noch in Grenzen. Das die Batterie nach etwa einer Stunde verbraucht ist, habe ich mir schon gedacht. Möchte mich aber erstmal daran probieren. So hat man auch mal einen Regler, den man Mobil mitnehmen kann um bei Freunden mal eine Stunde Spiespaß zu haben. Wobei mir die Idee, das Ding an den Wechselstrom des vorhandenen Reglers anzuschließen durchaus gefällt! Dafür wären ja im Grunde nur vier Dioden als Gleichrichter zu schalten und ein Glättungskondensator einzufügen. Also auch durchaus mit dem LM317 zu machen.



Die Formel habe ich direkt aus einem ausführlichen Datenblatt des LM317 zur Berechnung der maximal zu erwartenden Sperrschichttemperatur.

Habe mir jetzt aber folgendermaßen Beholfen:

Die maximale Verlustleistung wäre ja (Kurzschluss ausgenommen) langsamste Fahrt. Dabei entsteht ein Strom von 100mA bei 9V. Als Reserve habe ich mit guten 0,25 Ampere gerechet. Damit kommt man auf Pv=2,25Watt.
Der Wärmewiderstand von Speerschicht zu Gehäuse zu Kühlkörper beträgt bei einem 20K/W Kühlkörper etwa 25K/W (24,3K/W)

2,25W x 25K/W = 56,25 K

Selbst mit Umgebungstemperatur dürfte der LM317 zwar heiß, aber nicht zu heiß werden. Im Falle eines Kurzschlusses müsste doch der integrierte Schutz des Chips schalten!

Einen Schaltplan für Batteriebetrieb habe ich mal angefügt. Hierzu die Frage, ob ein Kurzschlussschutz oder ein Schutz gegen Fremdspannung nötig ist? Der Güterbahnhof ist auf beiden Polen vom Rest der Strecke isoliert.

Liebe Grüße

Maciek

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@Harald: Da hast du recht, der L292 der arbeitet wirklich erst ab 18V. Ich dachte der arbeitet wie sein kleiner Bruder der L293 ab 4,5 V.

Zur Batterie, natürlich hält die bei der PWM länger. Aber die meisten Loks ziehen ungefähr 150-200 mA. Im Rangierbetrieb vielleicht nur 75-100mA. Aber nach ein paar Stunden ist die Batterie leer. Hinzu kommt das sich der Innenwiderstand der Batterie relativ linear zunimmt, und bei Belastung dann die Spannung an der Batterie abnimmt. Die 9V Blöcke sind für "höhere Ströme" nicht ausgelegt. Sondern für Geräte die einen niedrigen Strom verbrauch haben und ne höhere Spannung brauchen.

Gruß. Andreas

Ja schon, aber was ist "Kurzschluss"? Gem. Datenblatt garantiert der Hersteller, dass der LM317 1.5A Dauerstrom bringen kann, wobei es durchaus auch mehr sein kann - typisch seien 2.2A. Das heisst also, der LM317 schaltet so lange nicht ab.

Wenn du also einen (ich sag mal) "hochohmigen Kurzschluss" hast, der einen Strom von 2A erzeugt, dann denkt der LM317 bloss: "bisschen heftig heut", aber spielt seinen Job brav weiter. Dann hast du aber, entsprechend dem höherenStrom, eine Verlustleistung von bis zu 18W !
Dieser Fall kann eintreten, denn er ist technisch zulässig und technisch möglich. Wenn dir dann der Spannungsregler hops geht weil der Kühlkörper zu klein ist, dann ist das, ich sag mal, "unschön"

Selbiges gilt für die Fremdspannungssicherheit. Wenn du dein System immer zu 100% im Griff hast, brauchst du keine Fremdspannungssicherheit (D5, D6 in Armin Mühls Schema). Aber wer garantiert, dass du dein System immer 100% im Griff hast? Was ist, wenn ein Zug von der "weiten Welt" in deinen Güterbahnhof einfährt und die Lok beim Überfahren der Trennstelle zwangsläufig kurzzeitig die beiden Stromkreise verbindet? Was ist, wenn du den Regler irgendwohin mitnimmst und an eine fremde Anlage anstöpselst?

Transistoren sind elektronische Halbleiterbauteile. Die tun manchmal sehr empfindlich und dann wollense nicht mehr. Die sind nicht so unkaputtbar wie Trafos oder Relais. Es hat schon einen Grund, weshalb Schutzschaltungen verwendet werden.

Die Diode D6 hat noch eine andere Funktion: Der Motor bedeutet eine induktive Last. Hierfür ist D6 auch eine Freilaufdiode und schützt somit den Leistungstransistor bzw. Spannungsregler nicht nur vor Fremdspannungen anderer Stromkreise, sondern auch vor Spannungsspitzen, die die Lok an den Regler zurück speist.

In deinem Schema mit dem LM317 sind (nebst dem eigentlichen Regler) ein Poti und drei Bauteile gezeigt. Dies ist die "nackte" Spannungsregelung. Wenn ich bei Armin Mühls Schema alle Bauteile für Gleichrichtung, Schutzschaltung und dergleichen weglasse, bleiben noch T2, ein Poti und der Widerstand R2 übrig. Macht drei Bauteile. Wenn wir noch R3 und T1 für die Strombegrenzung hinzunehmen, sind es fünf Bauteile. Also von der Anzahl Bauteile ist der LM317 kein Fortschritt.

Selbstverständlich darfst du deinen eigenen Regler entwickeln. Aber wenn du etwas suchst, das funktioniert - bau doch mal den Regler von Armin Mühl auf und schau was der so macht.

Felix

Es ist echt schwer sich zwischen den ganzen Möglichkeiten endgültig zu entscheiden.

@Felix: Du hast natürlich recht, warum das Rad neu erfinden?

Nehmen wir mal die Schaltung von Armin Mühl. Die vier gleichrichterdioden ließen sich doch auch durch einen Gleichrichter Baustein mit 40V 1,5A ersetzen. (Bei Anschluss an den Wechselstromausgang des Fleischmann Fahrreglers aus der Startpackung).

Ein BDA 675A sollte ebenfalls für den Betrieb mit einer Lok ausreichen. Der BC547 benötigt doch keinen Kühlkörper. Was für einen Kühlkörper würdet ihr für den BDA675 empfehlen (max. 150 Grad).
Der Regler soll in ein Gehäuse eingebaut werden, daher wird die Umgebungstemperatur ja etwas höher sein als Zimmertemperatur. Ebenfalls entsteht durch die höhere gleichgerichtete Spannung (etwa 14V würde ich schätzen, gegenüber der Batterie, auch eine höhere Verlustleistung. Sollte es da schon ein Kühlkörper mit 5K/W sein?

Liebe Grüße

Maciek

Natürlich. Aber vier Lötstellen mehr oder weniger, das spielt keine Rolle.
Bei meinem eigenen Nachbau war mir dann wichtiger, dass die vier Einzeldioden flacher bauen als der Brückengleichtichter, wodurch die Dioden unter dem Kühlkörper Platz finden konnten.
Gleichrichten tun beide Varianten gleich gut


Logisch!


Vorsicht: Ob ein Kühlkörer benötigt wird, hängt an der maximalen Verlustleistung und an der Temperaturkonstante bei "ohne Kühlkörper" (siehe Datenblatt).


Die Überlegung ist völlig richtig. Je weniger K/W desto besser. Aber ein Kühlkörper mit 5 K/W ist schon ziemlich riesig...

Schau dir mal meinen eigenen Nachbau an. Da sind viele der Fragen "wie setze ich den (theoretischen) Schaltplan in die Praxis um" beantwortet:
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/handregler.htm

Felix

Hallo Maciek,

schau dir folgende Seitean :
http://www.der-moba.de/index.php/Datei:Analogelektronik_Fahrregler3.png

Das entspricht meiner Schaltung, allerdings habe ich die Überstromsicherung weggelassen, wie gesagt 1 Poti, ein Basiswiderstand und ein Darlingtontransistor.

Die Kühlung hab ich aus Platzgründen nicht verwendet, da meine Lokomotiven nur kurzzeitig im Betrieb sind und nach jeder Fahrt wird auf den nächsten Regler weitergeschaltet.

Für einen längeren Betrieb ist ein Kühlkörper notwendig, im oben angegebenen Link steht auch eine Kühlkörperberechnung.

Die von mir verwendete Literatur ist schon etwas älter, vielleicht gibt es eine Neuauflage:
Bruno Heller: Modelleisenbahn-Elektronik von Anfang an, Franzis Verlag München 1983

Viele Grüße

Enrico

Hi hab da noch eine kleine Verständnisfrage,


Würde in diesem Fall nicht der Temperaturschutz greifen und den Strom auf ein Minimum reduzieren? Wie könnte man den LM317 Kurzschluss- und Fremspannungsgeschützt machen?

@Felix: Deine Beschreibung für den Kurzschlussschutz bezieht sich ja auf den Darlington Regler von Armin Mühl. Ist der Kurzschlusschutz mit den Dioden 1zu1 auf den Spannungsregler LM317 übertragbar?

Liebe Grüße

Maciek

D5, D6 ergeben den Fremdspannungsschutz. Der funktioniert auch mit dem LM317.

Kurzschlussschutz hat der LM317 bereits eingebaut, wenn ich es richtig verstanden habe, d.h. der LM317 macht "zu" wenn der Strom zu gross wird.

Temperaturschutz? Wäre mir neu. (kann ja sein; ich hab jetzt das Datenblatt nicht auswendig im Kopf.) Der Kühlkörper ist dazu da, die Temperatur unter 150°C zu halten.

Felix

Hallo

Eigentlich sollte der LM317 einen internen Temperaturschutz haben.

Nach TI datasheet  hat er einen. (gibt es im Netz)


Gruß

Hallo, ich habe die Tage ein wenig nachgedacht und mir die ganzen Vorschläge durch den Kopf gehen lassen. Letzendlich habe ich mich für die Version mit LM317 entschieden und nach langem Datenblätter durchforsten, aufgrund des günstigen Preises einen Bausatz ausgewählt. (http://www.pollin.de/shop/dt/MDc5OTgxOTk-/Bausaetze_Module/Bausaetze/Spannungsregler_Bausatz.html)

Zu diesem Bausatz benötige ich jetzt noch eine kurze Beratung.
1. Hier kann ich doch Problemlos den Wechselstrom Ausgang meines vorhandenen Fleischmann Fahrreglers als Eingangsspannung verwenden?
2. Bei Kurzschluss sollte der interne Überlastschutz des LM317 greifen.
3. Das Poti kann ich durch eines mit gleichem Wert austauschen, sodass ich bei Einbau in ein Gehäuse den Regler nach außen führen kann. Notfalls Kabel als Verlängerung zum Poti einlöten?

4. Hat jemand eine Idee für ein günstiges, aber schickes Gehäuses? Ich weiß es gibt etliche auf den einschlägigen Versandhausseiten! Aber vielleicht hat ja jemand einen ähnlichen oder sogar den gleichen Bausatz verwendet und gute Erfahrungen mit einem bestimmten Gehäuse gemacht.

Nochmals vielen Dank für die viele Hilfe, auf die ich hier im Forum gestoßen bin! Habe selten ein so freundliches und hilfsbereites Forum erlebt!

Liebe Grüße

Maciek