THEMA: ? Elektronikbastelei: Kurzschlussab- & Wiedereinschaltung

Hallo Felix,

mit meinem sicher verbesserungswürdigen Englisch lese ich aus der Beschreibung des PSX Circuit Breakers, dass dessen Hauptaufgabe die Unterscheidung zwischen echten Kurzschlüssen und dem Überstrom durch Kondensatoren beim Einschalten zu unterscheiden. Also eine etwas andere Aufgabenstellung. Deine Anforderung ist hingegen eine Art elektronische Bimetallsicherung.

Ich will hier nicht bis zum Ende dabeibleiben, aber ein paar Ideen einbringen.

Was mich wundert, ist der dort verbaute NF-Übertrager. Bei genauerer Überlegung ist der jedoch ziemlich interessant, sozusagen als Schaltungsidee für zukünftige Meßschaltungen. Wir sind ja daran interessiert, den Misswiderstand möglichst klein zu halten. Bei 0,1Ω und 4A haben wir nur 0,4V. Wenn wir parallel zum Widerstand einen NF-Übertrager 1:10 anschließen und hinterher eine Spannungsverdoppler-Gleichrichtung, bekommen wir aus den 0,4V satte 8V. Und diese sind auch noch galvanisch von einer aus dem Gleissignal gewonnenen Versorgungsspannung getrennt.

Zur Auswertung könnte ich mir einen schnöden NE555 vorstellen. Das aus dem Fahrstrom gewonnene Gleichspannungssignal lädt ein RC-Glied und triggert bei Überschreitung eines festzulegenden It-Integrals einen NE555. Der 555 kann ja bekanntlich zum Triggern mit einer externen Referenz versehen werden. Also sollte sich die Schaltschwelle per Poti einstellen lassen.
Sobald der 555 getriggert ist, schaltet er den Fahrstrom ab. In der Folge entlädt sich der Kondensator des RC-Glieds, die Spannung fällt langsam ab, nach Ablauf der Zeitkonstante wird die untere Schaltschwelle unterschritten und der Fahrstrom wieder freigegeben.

Durch den Verzicht auf Operationsverstärker ließe sich die Hilfsspannung "primitiv" mittels Vorwiderstand, Z-Diode und Kondensator aus dem Gleissignal-Signal gewinnen. Damit wäre auch der Spannungsregler verzichtbar.

Das ist ein etwas anderer Ansatz, der aber aus meiner Sicht leicht umzusetzen sein sollte. Die Schaltung sollte mit allen Arten von Versorgungsspannung klar kommen, die sich transformieren lassen. Das sind Digitalsignale, herkömmlicher Trafo mit ungesiebter Gleichspannung, Impulsbreitenregler. Lediglich die "modernen" Analogregler mit DC-Steckernetzteil und elektronischem Poti funktionieren damit nicht.

Viele Grüße
Zwengelmann

Mit dem NE555 habe ich schlechte Erfahrungen. Konkret: Ich habe ihn nie zum laufen gebracht. Ganz im Gegensatz zum OP, die sind sehr robust und vielseitig.

Den Spannungsregler braucht es nicht wegen dem OP, dem genügt eine geglättete Gleichspannung. Der Spannungsregler erzeugt hauptsächlich geordnete Verhältnisse bei der Triggerspannung. Klar, mit dem NF Wandler entschärft sich das. Aber was ist jetzt sinnvoller: Ein Spannungsregler (Pfennigartikel) oder ein NF Wandler = Trafo? Dem Kondensator ist es egal, ob er auf 0.4V, 0.7V oder 8V geladen ist - das Entladen dauert immer gleich lang.

Der "Kern" meiner Schaltung ist eine Ausschaltverzögerung, die mit zwei OP entkoppelt ist, und hat sich schon in zahlreichen Anwendungen bewährt. Die möchte ich nicht durch die "Baustelle"  NE555 ersetzen.

Und ach ja: eine Einschaltverzögerung = Trägheit von ca. 0.25s sollte noch hinzu. Das fehlt noch in der Schaltung.

Felix

Nur mal zum Grundproblem:



Wenn aus einem Booster mehr als 1 Ampere rauskommen sollen und das der normale Betriebsstrom ist, dann wird es schwierig diesen von einem Kurzschluß zu unterscheiden. Bei 1 Ampere der quer durch ein Drehgestell fließt, ist in der Regel die vollständige Verformung des selben die Folge.

Daher ist eine Abschaltung nach einer Maximalstromgrenze jenseits von vielleicht 200 oder 400 mA nicht sicher gestellt, daß nicht durch einen Kurzschluß Schäden an Fahrzeugen entstehen. Soll nun aber die maximale Stromabgabe von Boostern & Co gewährleistet bleiben, hilft eine Stromabschaltgrenze ganz und gar nicht weiter.

Was hier wirklich helfen kann ist eine Analyse des Stromverlaufs, also des zeitlichen Verhaltens. Bei einem Kurzschluß dürfte der Strom, egal bei welchem Absolutwert, sprunghaft  ansteigen. Und genau diesen schnellen Anstieg gilt es zu finden. Dabei ist es dann egal, ob der von 100mA nach 600 mA passiert oder bei 2.2A nach 2.8A. Somit ist der Schaltungsvorschlag von Dir keine Sicherung vor Fahrzeugschäden!

Eine einfache Abschaltung bei Überstrom kann man mit Polyfuses viel einfacher bekommen. Die schalten auch selber wieder ein... von daher lohnt der hier gezeigte Aufwand erst mal nicht.

Daher würde ich erst mal einen Meßwiderstand nehmen, Op-Amp dahinter mit Gleichrichterschaltung, dann einen Hochpass, der bei entsprechend steiler Flanke dann einen Pegelwechsel macht um die Ausgangsspannung abzuschalten. Das erneute Einschalten sollte nicht passieren bevor der Widerstand am Gleis auch abgesunken ist, sprich der Kurzschluß auch wirklich weg ist. Eine einfache zeitgesteuerte Wiedereinschaltung erscheint mit hier auch nicht sinnvoll.

Gruß
Klaus

Aufgrund der Hysterese ist eine Polyfuse nicht geeignet (siehe die Probleme, wo die Dinger in Loks eingebaut sind).

@Felix: zweckentfremde doch ein Kehrschleifenmodul auf Basis der Kurzschlußerkennung, z.B. das von tams - die Dinger reagieren schnell genug.

Grüße Michael Peters

Ohne oder mit zu kleiner Hysterese habe ich einen Schwingkreis. Egal wie groß ich dann die Zeitkonstante mache, die das Wiedereinschalten erledigt, es wird immer wieder hin und her geschaltet.

Ich denke, wie schon beschrieben, daß der Ansatz einer konstanten Abschaltschwelle einfach ungeeignet ist. Das Problem der Hysterese kommt dann später

Aber noch als Ergänzung zu den schon oben von mir benannten Probleme dieses Schaltungsentwurfes:
Was passiert beim Überfahren von unterschiedlichen Versorgungsbereichen? Wenn hoffentlich die beiden Segmente zumindest phasensynchron die gleiche Gleisspannungsfolge ausgeben, dann ergibt sich auch hier ein Stromsprung, wenn der Zug einfährt. Ggf. sogar ein sehr deutlicher, denn ggf. ist die Spannung in einem Segment niedriger als im anderen und ein Booster übernimmt nun schlagartig einen Teil des Laststroms, der dann auch komplett durch das Fahrzeug geleitet wird, welches gerade die Trennstelle überfährt. Ohnehin schon ein gruseliges Szenario!

Gruß
Klaus

Das ist im Prinzip schon richtig. Wobei der "Schweissstrom" ungefähr bei 3A liegt - bei NTRAK haben wir jahrelange Erfahrung 1A ist völlig unbedenklich.


Gute Idee! Ist ja mit einem OP nicht wirklich schwierig. Schwierig wäre eher, eine Flankensteilheit zu finden, die dem Unterschied zwischen "Dreck auf der Schiene" und "Kurzschluss" entspricht.

BTW: Ich behaupte, von denjenigen Boostern, die abschalten, wertet kaum einer die Flankensteilheit aus. Ich lass mir gerne das Gegenteil beweisen.

Ummm, dieses noch: Auch ein Kondensator in der Lok erzeugt einen Stromstoss, ist aber kein Kurzschluss. Man müsste also die Flankensteilheit UND den zeitlichen Verlauf berücksichtigen... und dann ist es zweckmässiger, von Anfang an die PSX zu kaufen.


"Schluckauf-Modus" ist Stand der Technik, und stellt sicher, dass keine gefährliche Energiemenge zum "Tatort" transportiert wird.


Es stellt sich ein Ausgleichsstrom ein, der sich nach dem Ohm'schen Gesetz ergibt aus der Differenzspannung am Übergang und dem Systemwiderstand. Da die Differenzspannung klein ist (selbst bei ungleich eingestellten Boostern dürften es kaum mehr als 2V sein), ist auch der Differenzstrom klein. Keine Gefahr. Das ist die Praxiserfahrung.

Das wirkliche Problem ist der Phasendreher, weil dann die Lok genau auf dem Übergang anhält und die Maximalströme der beiden Booster konstant durch die Radschleifer fliesst. Aber darüber brauchen wir, denke ich, nicht zu diskutieren.


Danke für die Idee. Das hat was.

Felix

Was ich gern hätte wäre ein Teil, dass konfiguierbar (Pulshöhe und Pulslänge) einen Puls erkennt. Das könnte man dann sowohl zur Kurzschlusserkennung und zur Ackpulserkennung beim DCC-Service-mode nehmen. Im zweiten Fall mit etwas kleineren Strömen aber im Prinzip das Gleiche. Dazu brauchts einen uCPU und etwas Programmierung. Da könnte man auch einbauen dass nach X Wiedereinschaltversuchen endgültig ein Signal zum ganz Abschalten gegeben wird. Warum ich das bis jetzt noch nicht gemacht hab? Weil ich z.Z. nicht genug Stunden "Tüftelzeit" _am_Stück_ zustandebekomme um sowas innerhalb dieses Jahrzehnts an Land zu ziehen.

Gruß,
Harald.

Hi

Bei einem Kurzschluß ist doch das Signal weg, oder?
Warum nicht einen einfachen Decoder, der wie alle anderen Zubehördecoder am Eingang das DCC Signal erwartet. Nur diesen so programmieren, daß er die Boosterausgänge abschaltet, wenn das Signal nicht mehr da ist.

Gruß
Thomas

Hier geht es eben um jene Schaltung, die dafür sorgt, daß das Signal bei einem Kurzschluß weg ist. Ich glaube mal, da zäumst Du gerade das Pferd von hinten auf

Gruß
Klaus

Ich hab mir die Anleitung zum KSM-1 angeschaut. Da ist ein Mikrocontroller drin, das kann ich nicht brauchen


Ja, das ist richtig: Bei einem (idealen) Kurzschluss ist die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Schienen null. Es stellt sich aber die Frage, wie sich ein "tatsächlicher" Kurzschluss von einem "idealen" Kurzschluss unterscheidet... *koppgratz*

Aber diese Methode wird durchaus angewandt! Beim Littfinski DB-2 wird als Kurzschluss deklariert, wenn die Gleisspannung unter einen Schwellwert fällt. Ebenso beim TAMS B-2.

Noch was:
Dieser Faden ist bewusst allgemein gehalten. Ich bin wegen dem DB-2 auch mit Littfinski im Mailverkehr. Wenn sich da eine Lösung ergibt, dann kann die Kurzschlusserkennung (Gleisspannung unter Schwellert gesunken) so angepasst werden, dass sie bei 14.5V am Gleis und 2A Max-Strom funktioniert. Das wäre dann quasi die "Anpassung für Spur N" am DB-2.

Die Detektion der Pegelabsenkung bei Überstrom funktioniert übrigens nur wirklich gut, wenn die Eingangsspannung geregelt ist. Der TAMS B-2 hat das, der Littfinski DB-2 aber nicht. D.h. schon das Einbrechen der Trafospannung bei Last erzeugt die Kurzschlussmeldung, bzw. eine zu hohe Leerlaufspannung verhindert sie.

Fragen über Fragen...

Felix

Wow! 2 Ampere als fester Kurzschlußwert. Das ist ja eine "brandheiße" Schwelle. Mein VT Drehgestell ist bei rund 600 mA abgeraucht. Ich glaub, da werd ich bei dieser Schaltungsidee wohl mal abtauchen

Gruß
Klaus

Hi Klaus

Drehgestell bei 600mA abgeraucht?

Darf ich zurückfragen: Welche Konfiguration hast Du denn? Trafo - Zentrale - Booster??

Heinzpeter

Hallo Felix,

einen konkreten Schaltungsvorschlag kann ich nicht beitragen
Aber schau die mal diese Schaltung an (gibts nur fertig):
http://www.trainmodules.hu/module_84.html

Grüße
Peter

@12: Analog! Abgeraucht bei angeschlossenem Multimeter bei einer Entgleisung auf einer Weiche

Gruß
Klaus

Hi Klaus

... und wie lange gebraten?

Gruss
Heinzpeter

Rund 2 bis 3 Sekunden... hab aber nicht auch noch auf die Uhr geschaut

Gruß
Klaus

Dein Beispiel ist ein gutes Beispiel, weil es zeigt, dass es nicht nur auf den Strom ankommt, sondern auch auf die Einwirkungszeit. Konkret ist für die "Schweisswirkung" die transportierte Energie entscheidend. Und diese berechnet sich Spannung mal Strom mal Zeit [Ws].

Um Schäden zu vermeiden, kann man also
• die Gleisspannung möglichst klein halten
• den Kurzschlussstrom möglichst klein halten
• die Einwirkzeit möglichst klein halten
• oder alles zusammen.

Und darum muss ein Booster schnell (innert Millisekunden) abschalten. PTC oder MultiFuse halte ich aus diesem Grund für ungenügend.

Nebenbei: Jeder olle Regeltrafo aus der Startpackung hat 17VA, das ist bei Reglerstellung "voll" etwa 1.5A, bei Reglerstellung "halb" vielleicht auch mehr. Wenn die Konstruktion des VT das nicht aushält, muss ich mich schon am Kopf kratzen. *koppgratz*

Felix

Doch!
Statt des Umpolrelais baust Du ein selbsthaltendes Relais ein, das den Strom nach dem Modul abschaltet. Wenn du dann die Kurzschlußquelle gefunden hast, schaltest Du über einen Resettaster den Strom wieder ein.

Grüße Michael Peters

Doch das macht ZIMO seit 20 Jahren, daher bin ich immer so verwundert über geschmolzene Drehgestelle zu lesen. Die Lösung in den ZIMO Zentralen ist simpel kostet wenig, halt ein paar Euros.

Es reicht aber nicht die Flanke zu checken sondern auch ob's wider abfällt um leere Pufferkondensatoren zu erkennen. Die Erzeugen eine ähnliche Flanke wie Kurzschlüsse aber dann fällt der Strom sehr schnell. Es gibt Normen die fordern daß Booster in einen Stromquellen Mode gehen bei Kurzschluss, nur es kümmern sich kaum Hersteller drum. Ganz im Gegenteil es werden oft relativ große Pufferkondensatoren in der Nähe der Booster Stufe eingebaut. Das sorgt bei KS zu zusätzlich höheren Strömen als das was die Versorgung des Boosters eigentlich hergeben würde.

Weiters sind Mikrokurzschlüsse zu unterscheiden z.B. bei Weichen. Also Flanke erkennen, zunächst auf Stromquellen Mode umschalten und erst nach einer gewissen Zeit wenn weiterhin keine Änderung am Hochstrom zu erkennen ist abschalten.

Das Einschalten sollte eher nicht automatisch erfolgen, da das zusätzliche Spannungsspitzen durch die Induktivitäten der Zuleitungen erzeugen kann. Bei jedem Einschaltversuch der erfolgt aber der Fehler nicht weg ist erzeugt man eine Spannungsspitze. Damit hat man zusätzliches Schadenspotential. Viele N Decoder schaffen nur knapp die 25V darüber sind's defekt. Da braucht man gar nicht an die cT Elektronik Dinger denken.

Lösung: Schaltregler die das Verhalten bereits so vorgesehen haben, oder einen µP der die komplexen Stromverläufe analysiert und dann schaltet. Mit einfache Filtern und Timern kommt man nicht weit weil man damit eine der Fehlerfälle s.o. nicht abwickeln kann. So eine µP Lösung mit einem kleinen 8-Bitter und einer Leistungsstufe die den Strom abschaltet sollt' mit €15-30,- Bauteile Aufwand zu machen sein. Ich denk da an einen Arduino der fadisiert sich dabei.
-AH-

Gut, dann ändere ich meine Aussage wie folgt: "Ich behaupte, von denjenigen Boostern OHNE MICROCONTROLLER, die abschalten, wertet kaum einer die Flankensteilheit aus. Ich lass mir gerne das Gegenteil beweisen."

Den DB-2 habe ich jetzt dann analysiert. Der wertet den Pegelrückgang am Gleis aus, und wenn der Pegel unter den Schwellwert sinkt, der 2.5A entspricht, dann wird die Abschaltmeldung "Überstrom" an die Zentrale geschickt. Diese soll dann bitte abschalten. Währenddessen wird fröhlich weiter gebrutzelt. Immerhin hat der DB-2 eine Strombegrenzung drin, also "Stromquelle", gibt also nicht mehr als 3.5A ab. Auch nicht beim Einschalten.

Weil nicht der Spannungsabfall am Shunt, sondern der Pegelrückgang gemessen wird, kann man nicht einfach die Speisespannung von 18V~ (25V gleichgerichtet) auf 12V~ (16.5V gleichgerichtet) absenken, weil dann der Pegel am Gleis schon im Leerlauf abgesenkt ist. Eigentlich eine Fehlkonstruktion, weil spannungsabhängig statt stromabhängig. - Einerlei: Es wird nicht die Flanke ausgewertet.

Der TAMS B-2 ist plus/minus gleich.


...Schaltregler siehe oben. Microcontroller ist nicht mein Ding. Dann mach mal... oder so.


Vorläufige Zusammenfassung:

Hier wird wieder mal seitenweise rumgemosert, "was wäre wenn" usw. aber die eigentlichen Fragen, die ich im Eingangsbeitrag stellte, hat noch niemand auch nur ansatzweise beantwortet.

Vorläufiges Fazit: Die "Plug-in" Überstromabschaltung wird hier immer wieder nachgefragt - zu recht - aber ausser amerikanisch oder ungarisch (was beides nicht so unser Ding ist) gibt es keine funktionierenden Lösungen. Bloss einen grossen Haufen Bedenkenträger und Klugschwätzer.

Ich will etwas machen das schneller abschaltet als die hochgelobten MultiFuse (die die Flanke im Übrigen auch nicht auswertet). Wer macht mit?

Zielführende Beiträge sind natürlich weiterhin willkommen.

Felix,
leicht frustriert

Bremslichtbirne und MultiFuse in Serie?

Wie wäre das eigentlich, wenn man Bremslichtbirne und MultiFuse kombiniert (in Serie schaltet)?
Bei Kurzschluss reisst die Birne im ersten Moment die Spannung am Gleis gegen null, wobei der Strom natürlich hoch bleibt. Dann löst die MultiFuse aus und stellt den Strom auf null. Die Birne wird wieder kalt. Die MultiFuse bleibt aus, bis ganz "aus" geschaltet wird.

Würde das gehen?

Felix

Guten Morgen,
wir waren auch eine zeitlang mit dem Schmorproblem beschäftigt.
Ich fahre mit SX und meine 3 Gleisbooster (2xMuet 3A, Magnus 3A) schalten im Kurzschlussfall auch schnell ab.
Mein Problem im Bezug auf diesen Thread (ich hatte noch das Problem, das im Falle einer Notabschaltung oft unsere langen Züge entgleisten, was dann in der Folge wieder Kurzschlüsse und Notabschaltungen mit sich brachte), waren die Boosterübergänge, die Kehrschleifen und der Nothalt an sich.

Boosterübergänge:
Ist einer der drei Boosterbereiche wegen Kurzschluss abgeschaltet und es kommt ein Zug vom Nachbarboosterbereich,ist die Schmorgefahr sehr gross, da der Übergangswiderstand durch die Lok, die dann die beiden Boosterkreise überbrückt zu hoch sein kann, damit auch der zweite Boosterkreis abschaltet.
Folge ist dann das Schmoren, meist in einem Drehgestell.

Kehrschleifen:
Das zweite Problem war "hausgemacht", aber auch gut zum Loks töten. Unsere Kehrschleifen in Verbindung mit den FLM Weichen.
Ein Relais wird als Kehrschleife von TrainController während der Zugfahrt  zeitgenau geschaltet, gesteuert über die Belegtmelder und die Wegberechnung im TC. Das funktioniert auch sehr zuverlässig.
Dabei wurden uns aber unsere im Abstellbahnhof verbauten FLM Weichen zum Verhängnis.
Wenn da mal eine nicht schaltet, fährt der ankommende Zug ins falsche Gleis. Dadurch erreicht der Zug natürlich nicht mehr seinen vorgesehenen Brems und Haltmelder und wird dadurch vom TC nicht gestoppt. Dann wildert dieser Zug unkontrolliert mit etwas reduzierten AbstellBHF Geschwindigkeit durch die Anlage. Danach können zwei Dinge passieren.
1. - der gute Fehler: im falschen Gleis steht schon ein Zug. Der falsch eingefahrene Zug fährt auf den stehenden Zug auf. Dabei passiert, in Hinsicht auf Beschädigung, am wenigsten.
2. - der schlechte Fehler: das falsche Gleis ist frei. Der falsch einfahrende Zug fährt durch den Abstellbahnhof durch und erreicht danach die Kehrschleife. Diese wird aber nicht geschaltet, da es zu diesem Zeitpunkt keine vom TC gesteuerte Zugfahrt mehr ist. Je nach Widerstand durch die Lok schalten die Booster mal ab oder auch nicht, dann raucht es.

Nothalt:
Mir war mit der Zeit aufgefallen, das wir beim Ausstellungsbetrieb, unverhältnismässig viele Entgleisungen hatten, die dann wieder das Problem mit den Boosterübergängen mit sich bringen.
Beim Testen zuhause lief die Anlage aber eigentlich sehr " entgleisungssicher".
Hier wurden uns unsere langen Züge zum Verhängnis.
Auf Ausstellungen betreiben und überwachen wir die Anlage meist mit 5-6 Personen.
Eine Person sitzt am Computer und der Rest überwacht die Anlage.
Entgleist jetzt, aus welchem Grund auch immer, eine Achse, ist es schwierig, diese wieder während der Fahrt einzugleisen.
Also passiert folgendes: Der Bediener, der die entgleiste Achse festgestellt hat, meldet dies per Zuruf an den Bediener am PC. Da es aber ein " Notfall" ist und der Bediener am PC nicht schnell zuordnen kann, um welchen Zug genau es sich handelt und wo genau dieser Zug im TC gerade unterwegs ist, um ihn anzuhalten, gibt es nur eine "schnelle" Lösung - Zentrale auf Notaus.
Folge. alle Züge auf der Anlage werden sofort stromlos. Die entgleiste Achse kann wieder eingegleist werden und danach geht es wieder weiter.
Allerdings meistens nicht lange. Durch das Notaus schalten konnte die festgestellte Achse wieder eingegleist werden, oft sind dadurch aber wieder bei anderen, langen Zügen, die durch das Notaus schlagartig abgebremst, auch wieder Achsen entgleist. Das zog manchmal einen richtigen Rattenschwanz hinter sich her.

Der erste Lösungsansatz betraf das Notabschalten:
( Noch eine kurze Randbemerkung an alle die jetzt denken: Im TC gibt es doch die Funktion: Alle Zugfahrten stoppen. Richtig. Wir haben aber noch keine Möglichkeit gefunden, wieder alle Zugfahrten zusammen auf einen Mausklick zu starten. Und sich durch den Gleisplan zu suchen und jede Zugfahrt wieder von Hand zu starten dauert viel zu lange. Auch der Umweg, in den Editiermodus zu wechseln und wieder zurück dauert viel zu lange )

Folgendes sollte im erten Schritt erfüllt werden:
Im Notfall erst alle Züge innerhalb von 2 Sekunden schnell aber gezielt runterbremsen und dann erst, nach den 2 Sekunden sollte die Anlage abschalten.
Zu diesem Zweck kam eine seperate SX Zentrale zum Einsatz.
Die Booster Steuerleitung wurde erst über ein Relais, später über Logikbauteile, umschaltbar gemacht.
( Die Schalthysterese im von mir verwendeten Relais war zu lang, was wieder das Rucken bei den Zügen hervorgerufen hat. Ebenso hat es mir durch die Abfolge von - Strom ein/aus/ein - hin und wieder Lokdekoder umprogramiert. Danke an Johannes "Joni", der mir die Schaltung dazu entworfen und aufgebaut hat. )
Alle Lokdekoder wurden mit einer Bremsrampe programiert, so das die Loks aus der Reisegeschwindigkeit innerhalb von 2 Sek bis nahezu zum Stillstand bremsten.
Im Notaus Fall wurde die Booster Steuerleitung von der normalen, TC gesteuerten Zentrale auf die seperate Zentrale umgeschaltet. Diese ist nur eingeschaltet und gibt auf alle Adressen Fahrstufe 0 aus. Damit bremsen sofort alle Loks mit ihrer Rampe herunter. Nach 2 Sekunden werden alle Booster ausgeschaltet.
Zum Wiedereinschalten wird die Booster Steuerleitung wieder auf die normale Zentrale zurück geschaltet, die Booster gehen wieder an und die Züge beschleunigen wieder mit der entprechenden Rampe bis auf ihre vom TC vorgegebene Reisegeschwindigkeit.
Um das ganze noch etwas zu Vereinfachen und zu Beschleunigen, wurde das Umschalten in den Nothalt durch einen Funkschalter durchgeführt, damit, falls es für den Einsatzt taugt, später von jedem Bediener per Funksender geschaltet werden kann, was sich inzwischen auch bewährt hat.

Im zweiten Schritt sollte sich die Anlage bei einer entsprechenden Fehlfunktion selbst abschalten.
Folgende Fehlfunktionen lösen das Abschalten aus:
Einer oder mehrere Booster Aus ( durch Kurzschluss im entsprechenden Boosterkreis )
Kurzschluss in einer oder mehrerer Kehrschleifen ( es gibt 4 davon )

Booster aus:
ein Relais im Boosterkreis fällt ab, wenn der Booster aus ist und löst die gleiche Schaltfunktion wie die Funksender aus.

Kurzschluss in der Kehre:
Hier haben wir zuerst mit Glühlampen versucht und sind, nachdem es gut funktioniert, auch dabei geblieben.
Unsere digitale Gleisspannung ist 19 V. Als Glühlampen verwenden wir 12V 21W.
Im Kurzschlussfall beginnt die Glühlampe zu brennen. Parallel zu Glühlampe ist ein 6V Relais geschaltet. Dieses schaltet erst dann. wenn die Glühlampe brennt ( war auch wieder eine Idee von Joni) und löst ebenfalls die gleiche Funktion wie die Funksender aus.

Seither ist mir kein Rollmaterial mehr abgeraucht.

Inzwischen wurde das Ganze noch um eine für alle gut sichtbare Anzeige, welche den genauen Ort und Grund des aufgetretenen Fehlers anzeigt, und einen Piepser erweitert.

Die ganze Schaltung war bei unserer letzen Austellung vor 2 Wochen zum ersten Mal im Ausstellungseinsatz und hat sich sehr gut bewährt.

Gruss Klaus

PS: durch die Notabschaltung wird auch TC in den Frostmodus geschaltet und beim wieder Einschalten in den normalen Betriebsmodus zurück geschaltet.

@22 MaNNikkla
Beitrag aus der Praxis: "gefällt mir"

Kannst du den Teil der Schaltung hier anhängen, die die Spannung elektronisch umpolt (statt mit Relais)? Denn dies ist eine meiner Fragen ans Forum. Dein Beitrag ist die erste Antwort darauf.

Felix

Löst das Problem nicht. Durch die Glühlampe wird der Strom gesenkt die PolyFuse wird nie auslösen. Die Lampe kann den Strom soweit senken, daß der Booster nie abschaltet, aber je nach Dimmensionierung noch genügend Strom liefern um Erhitzungen zu ermöglichen. Wenn die Lampe noch kleiner wäre, noch stromempfindlicher, würde nix mehr fahren können.

@20 Gebe Dir recht, daß hier keine Lösung präsentiert wurde. Mein früherer Beitrag sollte nur die Komplexität aufzeigen. Ich meine eine klassische Analogschaltung hinter einem Booster die die Anforderungen erfüllt wird schwierig. Sind die Forderungen an die Genauigkeit höher wird's wohl ohne Rechenknecht nicht abgehen. Mir ist schon klar, daß das für Dich unerwünscht ist, weil'st lieber mit eine OpAmp basteln willst.

Empfehlungen:
Ausreichend dicke Ringleitungen zum Verteilen der Ströme. Im Vergleich zu allem anderen sind die Kosten für das bisschen mehr Kupfer unbedeutend. Anlagen kleiner Maßstäbe (z - H0) die ich betreue haben zumindest 1,5mm2 auf der Verteilerebene. Anlagenausmaße von einigen Metern. Für Modulanlagen würd' ich da sogar 2,5mm2 vorschlagen weil da oft 50 Meter Leitungslänge und mehr zusammen kommen. Das führt zu hohen Strömen, sehr steilen Flanken und Schutzschaltungen greifen schneller, auch simple Booster, bei aller Unzulänglichkeit, können KS besser erkennen.

Wiedereinschalten nie automatisch machen - gibt ja etliche Lösungen die das tun - weil das ziemlich verlässlich zu Überspannungen führt.

Vielleicht find' ich einmal Zeit mir so eine "Sicherung" für's Gleissignal zu überlegen. Wär' natürlich besser einen Booster zu bauen wei's dann viel einfacher wäre, aber das ist ja nicht die Frage. Zumal oft Booster in der Zentrale integriert sind.
-AH-

Klar. Das sollte mittlerweile jedem klar sein und das setze ich einfach voraus. Das ist die Grundlage, dass ein "Münztest" funktioniert.


DIe Idee ist eben gerade, die grosse Modulanlage in "kleine" Boosterbezirke zu unterteilen - schon deshalb, damit nicht der Betrieb auf der ganzen Anlage zusammenbricht beim Kurzschluss hinten links.

"Ein Boosterbezirk (Speisebezirk) pro Betriebsstelle" bewährt sich bei FREMO seit vielen Jahren. Und führt dazu, dass der einzelne Booster nur 2A abkönnen muss. 5A und mehr sind nur bei Gartenbahnen sinnvoll.


Das kommt auf die Betriebsform an.
• Bei automatischem Betrieb, wo also die Kurzschlüsse quasi "unbeaufsichtigt" entstehen, stimme ich zu.
• Bei "Lokführerbetrieb", wo jeder Zug von einem Lokführer manuell gefahren und begleitet wird, habe ich es mit FREMO: Da soll der Booster selbsttätig wiedereinschalten, weil der Gang zu den (dezentral irgendwo platzierten) Boostern nicht praktikabel ist.

zur Überspannung: Die kann man ja ableiten mit zwei 18V Z-Dioden. Das sollte genügen um einen Überspannungspuls zu beseitigen, nicht wahr?

Felix

Entschuldige, daß man Dir da nicht weitergeholfen hat, sondern versucht hat Dir zu erklären, warum Dein Ansatz vom Prinzip her ungeeignet ist, daß *eigentliche* Problem zu lösen!

Was wäre denn nun, wenn man Dir eine kleine Schaltung mit Feststromerkennung und kleiner Hysterese-Stufe zur Wiedereinschaltung gemalt hätte, Du das Ding in Betrieb nimmst und feststellst, daß es mal gar nichts gebracht hat, weil mal eben ein Drehgestell verschmort ist. Würdest Du dann auch wieder solche Sätze schreiben?

Sorry, aber die Leute, die hier breit dargelegt haben, daß ein Schutz für Fahrzeuge mit einer Feststromabschaltung nicht funktioniert, wissen auch warum. Und das es Hersteller gibt, die durchaus in der Lage sind eine ordentliche Abschaltung zu bauen, indem diese die Flankensteilheit und Energie des Ereignisses auswerten, machen so etwas ja nicht aus reiner Verschwendung.

Aber wer nicht will, der hat schon!

Ich muß sagen, daß mich Deine Antwort sehr ärgert, denn man hat Dir versucht zu erklären, was zu einer Lösung Deines Problems helfen würde. Aber die richtige Lösung gehört dann halt nicht zu Deiner Lösungsmenge und schon sind die, die da helfen wollten, nur noch "Bedenkenträger".

Danke!


Und auch noch mal zum Ausgangsthema: Was bitte soll denn beim automatischen Wiedereinschalten passieren? Der Kurzschluß besteht ja weiter, also wird weiter Energie in das kurzschließende Fahrzeug gepumpt! Was soll das? Oder soll die Schaltung im abgeschalteten Zustand "messen" können, ob der Kurzschluß weg ist? Die von Kollegen hier vorgeschlagene "Konstantstromquelle" dann also? Was passiert aber bei Digitalfahrzeugen, wenn die Gleisspannung abfällt? Einige Dekoder halten dann an, der scheinbare Strom am Gleis wird geringer. Ggf. schaltet gar die Mehrheit der Dekoder einfach mal ab. Und dann? Der Strom fällt, die Spannung steigt wieder und der Kurzschluß ist immer noch da. Nur daß jetzt die gesammte Energie in den Kurzschluß wandert. Sorry, aber was soll das? Oder soll nur noch hochohmig mit kleiner Spannung nach einem kleinen Widerstand irgendwo auf der Anlage "gemessen" werden. Wie aber verhalten sich die vielen Dekoder und kondensator-gepufferten Wagenbeleuchtungen? Aber alles nur "Bedenkenträgerei"...

Die Welt ist ja schon nicht so kompliziert, aber manche Dinge sind dann einfach zu einfach.

Und wie andere auch schon geschrieben haben, es gibt mindestens eine echte Lösung für das Problem. Dann verwende sie doch einfach und gut ist...


Gruß
Klaus

Dein Fleiss in Ehren, aber: Wenn dir eine Lok bei Analog bei 600mA innerhalb 3 Sekunden abraucht, dann kann etwas nicht stimmen. Entweder ist die Zeitmessung falsch, oder die Strommessung, oder die Erinnerung, oder alles zusammen.

Deine Praxiserfahrungen widersprechen meinen Praxiserfahrungen.

Meine Praxiserfahrung ist: Bei 1.5A permanent schmilzt nix. Bei 3A schmilzt es leicht ( = Schaden vorhanden) und bei 5A und mehr kannste zuschauen wie die Lok schmelzenderweise "in die Knie" geht.


Die hab ich im Übrigen schon selber hingemalt. Sechs, setzen.


Wer so etwas pauschal behauptet, hat den Grund der Wärmeerzeugung nicht verstanden:

W [J] = U [V] * I [A] * t (s)

Um Schäden zu vermeiden, spielt der auftretende Strom also nur eine der drei Rollen.

Man kann zusätzlich das Ohm'sche Gesetz einarbeiten und die Formel anders schreiben:

W [J] = U [V] ^ 2 / R [Ohm] * t (s)

Wo bitte ist jetzt der Einfluss des Stromes? *wink*


Das bestreitet ga rniemand, aber das war nicht die Aufgabenstellung. Sechs, setzen.

Die Aufgabenstellung ist: Etwas machen was flinker abschaltet als eine MultiFuse, nämlich etwa so flink wie eine Glühbirne die Spannung zusammenreisst. Es muss also nicht die eierlegende Wollmilchsau sein.


Nein! Statt zusammen eine Lösung für die Aufgabe zu finden, hat man hat dargelegt wieso das sowieso nie etwas wird, und dies mit monströsen Szenarien ("Lok raucht bei 600mA ab") untermauert.

Das nervte mich, und weil es eine verbreitete Krankheit hier im Forum ist, hab ich mich erfrecht, es zu sagen.


Schau noch mal die oben angeführten Formeln zur Energie an. Möglicherweise siehst du dann die Antwort.

Felix

Bei all Deiner Formelpinselei: Wie unterscheidest Du mit Deiner Schaltung 4 Loks die normal je 500 mA ziehen und einem Kurzschluß von nur 1 Ampere?

Mit einem völlig willkürlich festgelegtem Stromwert wird das einfach nicht gehen.

Und was bitte haben Deine Formeln mit dem Problem der thermischen Verformung zu tun? Es geht doch schlicht darum, daß man mit der Energie nennenswert über den Schmelzpunkt des Kunststoffs kommt. Und mit etwa Pech reicht es sogar Kontaktfeder auszuglühen, wie in meinem Beispiel. Das Fatale daran ist doch, daß ein Metallblech, wird es erst mal so heiß, das es oxidiert, auch noch zum schlechteren Leiter wird und damit dank des höheren Widerstands dann schlagartig an einer sehr kleinen Stelle noch mehr Wärme freisetzt.

Was Deiner Formelsammlung fehlt ist somit:

1) Wärmekapazität der gefährdeten Stelle. Wie schnell wird bei einer zugeführten Energie also die Temperatur erreicht, die einen Schaden verursacht?

2) Die Wärmeleitfähigkeit, die ggf. ausreicht genügend Energie abzuführen, so daß man unter der kritischen Temperatur bleibt oder die dazu führt, daß weiter entfernte Stellen in Mitleidenschaft gezogen werden.

3) Die Leitfähigkeit im Temperaturverlauf, also das Verhalten des Leitermaterials bei starker Erwärmung, i.d.R also mit sprunghaftem Anstieg des Widerstands und dann sehr spontaner kleinflächigen Abbranderscheinungen ( Eingeprägte Schleifer in Kupferblech oder Blechschleifer auf Spurkränzen. In beiden Fällen extreme Stromdichte bei schlechter Wärmeableitung, ggf. sogar mit Lichtbogenbildung )

4 ) bla bla bla....

5....

Nützt alles nichts! Letztlich ist jedes Fahrzeug anders konstruiert und es gilt bei einer solchen Schaltung, wenn man sich schon die Mühe macht, den schädlichen Kurzschlußstrom vom nützlichen Fahr- und Lichtstrom zu unterscheiden. Das geht aber nicht mit Feststrombegrenzung oder Feststromabschaltung!

Habe fertig! Wünsche dann frohes Basteln und melde mich aus diesem Faden ab Wir bleiben offenbar völlig gegensätzlicher Meinung ( was an sich kein Problem ist, nur die Meckerei geht mir auf den Sack!).

Gruß
Klaus

Hallo Felix,

das größte Problem bei deiner Frage ist der Ersatz des Relais durch Elektronik.
Hier, und nur hier möchte ich ansetzen.
Vorher noch ein Wort zu dem Unganprodukt: Das Teil verfügt auch über einen Microcontroller, habe ich leider jetzt erst gesehen.
So, jetzt zum Thema:
Jürgen Köhler hat im 4. Band der Elektor-Reihe Elektronik & Modellbahn ein Digitalsystem aufgebaut. Dort ist eine Endstufe beschrieben, die als Grundlage dienen könnte.
Vielleicht hilft dir aber diese Seite eher weiter:
http://www.opendcc.de/elektronik/booster/booster.html

Mit der von dir schon gezeigten OP-Schaltung könnte es was werden...


Hoffe etwas geholfen zu haben
Peter

PS. Vielleicht kann ja H. Hübsch nochmal was sagen.

@27 fgee - ich weiß schon daß Du nicht beraten werden willst nur für die anderen Mitleser gewisse Dinge zum Thema müssen schon ins rechte Licht gerückt werden. Die Mathematik Abhandlung die den Strom rausrechnet ersetzt ihn halt durch einen U/R Bruch was willst Du uns damit erklären? Nur weil die Formel jetzt anders geschrieben ohne einem I da steht - egal das ist nicht das Thema.

Die Frage ist: wie Dinge abzugrenzen - wann darf/soll abgeschaltet werden:
Einschaltstrom: hier muß man Unterscheiden ob Kurzschluss oder Ladestrom der Kondensatoren. Kondensatoren können heutzutage einige 100µF groß sein. Bei vielen Fahrzeugen am Gleis läuft man Gefahr nicht mehr einschalten zu können, wenn die PufferCs viel Strom saugen..
Unterschiedliche Last: in N wird man von 50mA Betriebsstrom einer fahrenden Lok bis etwa 3A legalen Stromverbrauch auf einer Anlage haben. Ein fixer Schwellwert bringt nix. Wenn durch einen KS der Strom plötzlich um 500mA steigt RELATIV zum vorhandenen Betriebsstrom DANN soll abgeschaltet werden.
Mikrokurzschlüsse: auf Weichenherzen entstehen immer wieder Mikrokurzschlüsse von wenigen ms die keine Abschaltung auslösen sollen. Man muß also kleine Impulse ignorieren können aber nicht zu lange und nicht zu viele.
Spikes am Gleis: durch den Fahrbetrieb gibt's ständig "elektrischen Schmutz" im Gleis durch Bürstenfeuer und Mikrokurzschlüsse das soll auch keine Abschaltung verursachen. Ebenso verursachen Sounddecoder recht interessante Muster im Stromverbrauch!
PTC Verhalten von Bauteilen: viele dünne Bleche haben einen positiven Temperatur Koeffizienten. Die Dinger werden bei Erwärmung hochohmiger. Das senkt den Strom nach einiger Zeit, wärmt aber schön weiter und lässt schmelzen. Fixe Schwellwerte können so trotz flüssigen Kunststoff nicht erreicht werden. Wie kann man so einen Anstieg von einem Kondensatorladestrom unterscheiden?

Das ist anders formuliert was ich schon zuvor geschrieben habe.

Beim Widereinschalten hat man die gesamte Anlage als Last. Übliche Anlagen Verkabelungen verhalten sich stark induktiv. Kapazitäten die aufgeladen werden sollen verkomplizieren die Sache. Es entstehen Spannungsspitzen. Die kann man leicht messen gehen üblicherweise auf einige 100V hoch. Diese sind oft aber nicht beim Booster wo man sie abfangen kann sondern irgendwo in der Anlage wo keine Begrenzer Bauteile aber Decoder sind. Die Spannungsspitzen fallen über empfindliche Decoder her die das mit einem Abgang quittieren. Daher mein Rat nicht automatisch einschalten und wenn dann recht selten. Damit sich Schutzkondensatoren in der Zwischenzeit entladen können, bzw Bauteile abkühlen können. Auf jeden fall mehrere Sekunden zwischen den Versuchen warten.

Man kann aber die Sach' auch pragmatischer betrachten, vernünftige Verkabelung und nicht all zu hohe Spannungen lassen genügend Reserven daß die meisten Komponenten die obige Todestheorien ohnehin überleben.
Also lasst Euch nicht verrückt machen ...

-AH-

Wenn bei dir eine normale Lok 500mA zieht und bei 600mA abraucht, dann stimmt etwas nicht.

Ich hab gemessen: Bei durchdrehenden Rädern (was ja nicht der "Normalfall" ist) rund 320mA.


Natürlich nicht, da hast du recht. Es geht darum, den Maximalstrom _so_klein_wie_möglich_ festzulegen; mehr ist so oder so nicht sinnvoll.

Wieviel ist "so klein wie möglich"? So, dass der normale Betrieb gerade noch möglich ist. Wenn jede Betriebsstelle ihren eigenen Booster (bzw. "Speisebezirk mit eigener Absicherung") hat, was schon aus Gründen der Betriebsaufrechterhaltung wünschenswert ist, dann fahren kaum je mehr als zwei Züge pro Boosterbezirk. Wenn wir zwei Doppeltraktionen annehmen, dann ist dies ein Bedarf von max. 1.3A. Zuzüglich etwas Reserve macht 1.5A, das würde eigentlich gut reichen für die meisten Anwendungen. Insofern hast du recht: 2A sind eigentlich auch schon mehr als genug.



Antwort: DIE ZEIT, DIE ZEIT... *wink*

mehr steckt wirklich nicht dahinter!



Danke für den Link. Ich hab mir das angeschaut. Da ist eine H-Brücke als Endstufe drin. Interessant, wenn man einen Booster baut, aber als kontaktloser Schalter eher nicht geeignet.



Klar. Ist ja auch ok. Nur sollten auch Antworten auf die Fragen dazu gehören.


Dass Spannung und Zeit im Grunde die grössere Rolle spielen als der Strom.

* * * * *

So geht es weiter:

Ich werde jetzt als Nächstes die OP-Schaltung im Labor aufbauen. Wenn die tut, werde ich einen "Schalter" hinzufügen. Auf AMW-Huebsch (an dieser Stelle mal: Danke, Arnold!) schaute ich das Schema zum DSR an und fand zwei MOSFET. Mal schauen, ob ich das als Schalter verwenden kann.

Felix

Ist jetzt nicht Dein ernst, oder?

Wenn bei einer Lok bei 600 mA Strom über ein Kontaktblech selbiges ausglüht, dann hat das doch so gar nichts damit zu tun, daß andere Loks bei diesem Strom normal laufen. Suchst Du gerade nach Fehlern wo keine sind, nur um noch irgendwas schreiben zu können? Ich versteh langsam Deine "Argumente" gar nicht mehr!



Das ist dann Deine "Universal Referenz Lok" oder wie? Bei mir läuft 'ne BR70 mit 20 mA inklusive Licht bereits los während eine V188 satte 850 mA ( 2 Motoren) aus dem Gleis saugt. Also bitte, was soll Deine Aussage denn sagen? Oder soll Deine Schaltung genau für eine einzige "Referenz-Lok" funktionieren?



Achtung Wiederholung!: Bei 1.5A als Kurzschlußstrom bleibt nicht viel übrig!



Dann wird es langsam richtig teuer... Und wie wird dann das Überfahren der Trennstellen gehandhabt? War da nicht das Problem mit Phasengleichheit, Lastübernahme bei Spannungsdifferenzen, Aushebeln der Strombegrenzung, da nun 2 Meßwiderstände den dann schaltungstechnisch gemeinsamen Abschnitt versorgen und das dann auch noch über die Kontaktbleche des Fahrzeugs welches gerade den Abschnitt überfährt?

Ich glaube, es wird immer abstruser...



Ja die Zeit... hatten wir nun alles schon! 600mA und 3 Sekunden-> Totalschaden eines Drehgestells. Oben schriebst Du noch 1.5 Ampere Nennstrom ohne Abschaltung. Was denn jetzt?



So ein Nonsens! Es ist völlig egal, ob ich mit 400mA und einem Spannungsbfall von 5 Volt am Blech rumglühe oder mit 1200mA und nur 1.6 Volt. Nach einer gegebenen Zeit wird je nach Wärmeabfuhr da das Ende gekommen sein. Oben hast Du noch selber von Energie gesprochen, nun ist es nur noch Spannung und Zeit...

Meine Bitte: Komm wieder zurück auf den Boden der Tatsachen und der Physik. Wir helfen hier bestimmt gerne weiter. Auch wenn es um Filter/Integrator/Kippstufen usw. mit Op-Amps geht oder mit 'ner Einführung in die uC Programmierung. Aber Deine "Argumente" sind für mich nun wirklich nicht mehr nachvollziehbar. Ich möchte Dich wirklich bitten einfach mal den Tatsachen ins Auge zu sehen und das ganze Projekt mal zu überdenken. Der (echten) Argumente hast Du nun ja von verschiedener Seite genug gehört, auch wenn Du mich als "Bedenkenträger" einsortiert hast. Aber auch Arnold sagt ja nichts anderes...


Gruß
Klaus

Ja, das merke ich.

Ist nicht weiter schlimm...

Felix

Hallo Felix,

bei deiner Schaltung sehe ich noch einen Fehler bei der Relaisansteuerung.
Der Transistor zieht die Versorungsspg. der OPs mit runter ,bestimmt so nicht gewollt.
Vielleicht das ganze erst mal auf einem Steckbrett aufbauen.

Gruß
Thomas



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Hi zusammen,
ich noch mal.
@ Felix - Boosterstrom begrenzen haben wir auch versucht. Johannes hat dazu einen Booster modifiziert, so das dieser nur noch max. 1,5 A leistete.
Standen allerdings ein paar Loks im Bahnhof ( ist schon lange her, ich glaub mich zu erinnern, das es 4 Loks waren), schaltetet der Booster nach einem Kurzschluss nicht mehr ein, weil die Stromaufnahme beim Einschalten durch die 4 stehenden Loks bereits zu hoch war.

Mit Umpolschaltung meinst du wohl die Schaltung welche den Boosterkreis zwischen den Zentralen wechselt. Dieser Schaltplan ist von Johannes ( Joni ). Den hab ich glaub ich nicht. Evtl mal bei Joni nachfragen.

Und wie Arnold schon schrieb - das Thema Microkurzschlüsse - ich befürchte auch, das sich diese nicht wirklich ganz vermeiden lassen.

In unserer Schaltung haben wir dieses wie folgt behandelt:

Schaltet eine Kehrschleife wegen Kurzschluss ( die Glühlampe brennt ), wird sofort in die 2 Sek. Notaus Routine geschaltet. Kann nur mit dem Funksender wieder eingeschaltete werden, denn zuerst muss der Kurzschluss beseitigt werden.

Schaltet einer der Booster aus, kann es auch "nur" ein Microkurzschluss sein.
In diesem Fall ist das Schaltverhalten etwas abgeändert.
Für ca. 0,3  Sek passiert nichts ( damit die Schaltung nicht ständig hin und her flattert )
danach wird in die 2 Sek.Notaus Routine geschaltet.
Wenn es aber nur ein Microkurzschluss war ( der kann ja bei einem in der Bahnhofseinfahrt langsam fahrenden Zug, bei dem eine Achse eine falsche Weichenzunge berührt, auch etwas länger wie nur
"Micro" sein - oder die auslösende Achse gleist sich an der Weiche selbst wieder ein - passiert auch oft ), dann schaltet sich die Schaltung selbst wieder in den normalen Betriebsmodus, wenn sich innerhalb dieser in Summe 2,3 Sek. der Kurzschluss aufgelöst hat.

Gruss Klaus

Ich war im Hobbyraum aka Labor und habe ein bisschen rumgemacht an der OP-Schaltung. Das Ergebnis seht ihr im Video. Grüne LED = Gleisspannung ein, rote LED = Gleisspannung aus.

https://youtu.be/kPBKe50y92Q

@Teppichbahner: Vielleicht verstehst du mit dem Video, warum die Zeit eine Rolle spielt?

ABER

Grundsatzfrage: "Welcher Strom fliesst eigentlich, wenn eine Lok eine Weiche aufschneidet?"

Also machte ich hierfür den ultimativen Test: MS2 -> Littfinski DB-2 (der begrenzt den Strom auf 3.5A und sendet nur einen Short Report an den Boosterbus, der aber von der MS2 nicht ausgewertet wird) -> Gleis.
Booster mit 12V~ gespiesen gibt nach der Strommessschaltung fast genau 15V DCC am Gleis.
Minitrix Ae 6/6 gegen falsch gestellte Weiche fahren lassen. ZIRRRP!
Nachdem ich den Wert am Multimeter ablesen konnte, drückte ich bei der MS2 auf Stop. Der Kurzschlussstrom floss ca. 3-4 Sekunden. Der Ablesewert (0.34V am 0.1 Ohm Shunt) ergibt einen Strom von 3.4A. D.h. die Strombegrenzung im Booster greift ein.

Damit wäre dann auch die Aussage von Arnold Huebsch empirisch untermauert: Wenn die Verkabelung vernünftig ist, dann sind genügend Reserven im System, sodass der Kurzschluss auch erkannt wird.

3.4A mal 3-4 Sekunden, da war ich selber erstaunt. Ich untersuchte dann die Drehgestelle bzw. Räder und konnte keine Beschädigungen feststellen. Nochmal Glück gehabt!

Felix

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@tom
Danke für den Hinweis - Hast natürlich recht.

Inzwischen habe ich eine funktionierende Schaltung, siehe Video, der aber noch die Endstufe fehlt. Ich brauchte aber einen dritten OP um die kleine Spannung am Shunt zu verstärken. Der erste OP verstärkt die Spannung am Shunt, der zweite OP triggert und bedient das RC-Glied, der dritte OP ist ein Komparator mit Hysterese, damit der Kondensator auch wieder leer wird. Der vierte OP im Gehäuse ist "kostenlos dabei" und kann für sonstwas verwendet werden, z.B. einen Inverter. Damit kann ich das Relais mittels gewöhnlicher Emitterschaltung ansteuern. Oder einen MOSFET. Mal schauen.

@MaNNikla und andere:
Thema Mikrokurzschlüsse, Einschaltspitzen usw:

Das ist oftmals so gelöst, dass der Booster erst nach (sagen wir mal) 0.1 bis 0.2s abschaltet. So arbeitet auch meine OP-Schaltung: Das Grundprinzip ist: Nach 0.2 Sekunden Überstrom wird für 2 Sekunden abgeschaltet. Dann wird eingeschaltet, Wenn der KS noch da ist, wird gleich wieder ausgeschaltet usw - siehe Video. Dies ist der Schluckauf-Modus, den ich nicht erfunden, sondern nur nachgebaut habe. Über die Zeiten für Abschalten und Einschalten kann verhandelt werden.

Soviel für heute. Gute Nacht!

Felix

Ah, du hast die hiccup Funktion einer SX-Zentrale angewendet.
Scheint mir wesentlich anwenderfreundlicher zu sein, als eine Dauer-Aus Abschaltung.
Eine RMX-Zentrale "hicct"  im knapp unter 1 s Takt, scheinbar mit Strombegrenzung, da dabei nichts warm wird.
Leider sind ja vielen diese Zentralen zu teuer, wie oft zu lesen ist.
Da kauft man lieber Drehgestelle

Jürgen H.

Ja, wobei diese Funktion auch in anderen Zentralen bzw. Boostern vorhanden ist, z.B. Lenz LV-102, TAMS B-4 usw. Auch Industrienetzteile arbeiten so.

Zwecks Begrenzung der Einschaltspitzen trage ich mich gerade mit dem Gedanken, die Spannung nicht schlagartig einzuschalten, sondern über eine Rampe langsam aufzusteuern, z.B. während 0.1s.

Gehe ich richtig in der Annahme, dass das mit einem Bipolar-Transistor einfacher ist? Immerhin sind Spannungsregelungen i.d.R. mit Bipolar-Transistoren ausgeführt.

Felix

Der FDPF39N20  ist hart im Nehmen kann auch kurzzeitig mal 200A die 200V sind auch nicht übel. Mit etwa 40A Dauerstrom sollte er an N Bahnen nicht so leicht überfordert werden. Ich hol' die von DigiKkey.
Fummle an der Schaltung rum wie Du willst - deshalb stell' ich die Sachen online vielleicht kann jemand was draus machen.
-AH-

Zusammenfassung:
Heute habe ich nochmal eine konzeptionelle Frage: Strombegrenzung "extern" (im Booster) oder "intern" (im "Sicherungsautomat")?

Ausführlich:
Dass der Steuerstromkreis für die Aus- und Wiedereinschaltung funktioniert, ist im Video zu sehen.
Nun geht es um den "Schalter".

Der erste Ansatz ist ein Mosfet IRF740, siehe Bild 1.
Funktion:
- Die Spannung über dem 0.1 Ohm Widerstand ist proportional zum Strom.
- Der Steuerstromkreis (nicht dargestellt) misst die Spannung über dem 0.1 Ohm Widerstand und entscheidet, ob "EIN" oder "AUS" sein soll.
- Bei "EIN" kommen 6.5V aus dem letzten OP, der Mosfet wird eingeschaltet.
- Bei "AUS" liegt der OP-Ausgang an Masse, der Mosfet sperrt.

Nun ist es so, dass die Abschaltung mit einer Verzögerung von ca. 0.2 Sekunden ausgeführt ist. Damit können Kondensatoren, Mikrokurzschlüsse, Bürstenfeuer usw. "ausgefiltert" werden.

Bis der Steuerstromkreis den Mosfet abschaltet (also während der 0.2 Sekunden) fliesst im Kurzschlussfall der maximale Strom. Wie hoch dieser ist, wird extern bestimmt. In meinem Fall begrenzt die Strombegrenzung im Booster DB-2 den maximalen Strom auf 3.5A. Durch Ändern der betroffenen Widerstände kann der Maximalstrom einfach auf 2.7A begrenzt werden.

Bei einem Ein-Aus-Tastverhältnis von ca. 1:7 entsteht bei Kurzschluss am Drehgestell eine Wärmebelastung, die 1/8 des Maximalstromes entspricht, also 430mA (bei Begrenzung auf 3.5A) bzw. 330mA (bei Begrenzung auf 2.7A). Beide Werte sind für Spur N Loks völlig ungefährlich, weil sie im Bereich des normalen Betriebsstromes liegen.

Aber was machen wir, wenn der Booster eine ungeeignete Strombegrenzung hat? z.B. 5A oder gar 10A?

Der zweite Lösungsansatz ist daher, statt dem Mosfet einen gewöhnlichen Darlington-Transistor zu verwenden und mit der üblichen Strombegrenzungsschaltung zu kombinieren (siehe Bild 2).
Funktion:
- Die Spannung über dem 0.22 Ohm Widerstand ist proportional zum Strom.
- Übersteigt die Spannung den Wert von ca. 0.6V, wird T2 leitend und zieht die Basis von T1 auf Masse; T1 beginnt zu sperren. Dadurch wird der Strom kleiner, dadurch sinkt die Spannung am 0.22 Ohm Widerstand, T2 beginnt zu sperren, T1 leitet wieder mehr usw - es stellt sich ein stabiler Arbeitspunkt ein, bei welchem die Spannung über dem Widerstand 0.6V beträgt. Dies entspricht einem Strom durch den Widerstand von 2.7A. Der Maximalstrom wird also auf 2.7A begrenzt.
- Unabhängig davon misst der Steuerstromkreis (nicht dargestellt) die Spannung über dem 0.22 Ohm Widerstand und entscheidet, ob "EIN" oder "AUS" sein soll.
- Bei "EIN" kommen 6.5V aus dem letzten OP, was durch den 1k Widerstand in einen 6mA Strom umgewandelt wird. Bei einer "Pi mal Daumen" Verstärkung des Darlington Transistors von 1000:1 ergibt sich ein Strom durch T1 von theoretisch 6A. D.h. T1 ist voll ausgesteuert.
- Bei "AUS" liegt der OP-Ausgang an Masse, der Basisstrom von T1 ist null. T1 sperrt.

Kann man sich darauf verlassen, dass der Booster den Strom auf einen "vernünftigen" Wert begrenzt (dann reicht der Mosfet)?
Oder sollte auch die Strombegrenzung im "Sicherungsautomaten" drin sein für eine universelle Verwendbarkeit?

Welches Design scheint euch insgesamt zielführender?

Felix

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Hi fgee!
Die Transistor basierende Strombegrenzungsschaltung ist in sich autark, garantiert aber daß der vom Boosterhersteller ersonnene, so vorhanden, Überstromabschalter nicht greift. Weiters haben die Bipolaren Transis üblicherweise deutlich höhere Ron widerstände als durchgesteuerte MOSFETs.

Neuer Gedanke, handle mir vermutlich damit wider den Vorwurf des Bedenkenträgers ein, der hier noch nicht geäußert worden ist: wie kann der RAILCOM Strom von den Fahrzeugen durch die neue Sicherung hin zum Booster wo der globale Detektor sitzt?
-AH-

Ja, natürlich. Ist ja dann aber auch egal, oder nicht?


Darüber habe ich auch nachgedacht.

Gemäss Datenblatt haben Feld-Wald-Wiesen-Mosfet in der benötigten Leistungsklasse einen Ron von ca. 0.5 Ohm. Wenn es wesentlich weniger sein soll, wird es sehr schnell sehr teuer.

Gemäss Datenblatt haben bipolare eine Saturation Voltage bei 4A von ca. 2V, in der Kurve sieht man dann dass bei 2A noch ca. 1.1V an der CE-Strecke abfallen. Gemäss Ohmschem Gesetz ergibt dies einen Ron von ebenfalls ca. 0.5 Ohm.

Daher bin ich zum Schluss gekommen, dass es nicht so drauf ankommt.


Guter Punkt! Antwort: Er kann überhaupt nicht. Das Dings ist, so wie oben gezeigt, nicht Railcom-fähig.
Das muss man halt in die Anwendungsbedingungen aufnehmen.

Vielleicht kann man ja die Schaltung (siehe Bilder in Nr.41) Railcom-fähig machen, aber da ich selber kein Railcom brauche, würde ich das eher anderen überlassen.

Edit: Man könnte das Railcom-Signal nach dem "Sicherungsautomaten" mit einem Sniffer abgreifen, z.B. TAMS RCD-1
http://www.tams-online.de/htmls/produkte/RCD-1/produkte_RCD-1.html


Felix

http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/bilder/DCCsicherungsautomat01.jpg

Sodele, die Schaltung funktioniert. Sie macht das Gleiche wie eine MultiFuse, aber besser und zuverlässiger: Überschreitet der Strom im Gleis 2 A, wird nach 0.25 Sekunden abgeschaltet. Nach weiteren 1.7 Sekunden wird das Wiedereinschalten versucht. Ist der Kurzschluss noch da, wird gleich wieder abgeschaltet und so fort. Während die Gleisspannung eingeschaltet ist (also VOR dem Abschalten), wird der Strom zusätzlich begrenzt auf max. 2.7A. Zusammen mit dem Tastverhältnis von 0.25s : 1.7s ergibt sich ein "Effektivwert", der 350mA Dauerstrom entspricht. Dies ist für alle mir bekannten Modellbahnloks ungefährlich.

Das Schönste an der Schaltung ist: Weil sie ohne Microkontroller auskommt und (wie bei mir üblich) unter Creative Commons veröffentlich wird, kann sie jeder nach seinen persönlichen Bedürfnissen abändern. Und genau hierin sehe ich das grösste Potential für den deustchen Sprachraum.

Auf den Kühlkörpr könnte auch verzichtet werden, jedoch gibt dieser mehr thermische Reserve.

Video: http://youtu.be/xaZvOTlHFzc

Jetzt brauche ich noch ein paar Tage um die Dokumentation fertig zu stellen.

Felix

Edit: Video nochmals hochgeladen.

Hm,

... in älteren Model Railroader Fachpublikationen z.B. "Easy-to-Build Electronic Projects for Model Railroaders", "34 new Electronic Projects for Model Railroaders, aber auch im NTRAK Handbuch sind bei diversen Schaltungen Lampen (?) als Kurzschlußsicherung angegeben. Dabei sind sie als Scheinwerferlampen von PKW beschrieben.

mfG.
"tattoo"
.... habe dies selbst nie ausprobiert.

Das zweite Gerät ist gebaut, und funktionierte ebenfalls.

Und die Dokumentation wurde fertiggestellt. Wie immer auf meiner Webseite: http://www.1zu160.net/links/click.php?id=274
Dort sind auch noch ein paar andere Gedanken zu Digital Gleisspannung, Gleisstrom und Phasendreher.

Allen, die mir geholfen haben, danke ich. Und allen, die mich kritisiert haben, danke ich ebenfalls, denn dadurch wurden mir Fragen und andere Sichtweisen aufgezeigt, die ich in den Bericht auf meiner Webseite einarbeiten konnte.

Felix