Sicherungen mit Signalisierung

[güntter]

In meinem Beitrag "Bau eines BayWa-Moduls" habe ich über die Verwendung von Polymersicherungen berichtet. Auf Wunsch eines Forumteilnehmers erstelle ich für dieses Thema einen eigenen Beitrag.

Motivation:
Angeregt durch die in den Stromfühlern von Peter Gilling verwendeten selbstrückstellenden Polymersicherungen habe ich begonnen meine Module mit Polymersicherungen auszustatten.
Durch eine kleine Zusatzschaltung wird ein auftretender Kurzschluß auch über eine LED signalisiert.

Durch diese Absicherung mit Signalisierung bleibt ein Kurzschluß örtlich begrenzt und kann Dank der Signalisierung sehr schnell lokalisiert werden.

Erfahrungen:
Meine Heimanlage betreibe ich mit dem Booster ORD-3 nach Peter Gilling. Bei diesem Booster hatte ich zunächst bei Verwendung der Polymersicherung Typ PFRA 050 (Reichelt) keine Probleme, d.h. die Polymersicherung löst aus bevor der Booster einen Kurzschluß meldet.

Auf dem Modultreffen in Arberg 2017 hat sich aber herausgestellt, daß manche Booster empfindlicher reagieren. Hier hat die Polymersicherung zwar teilweise ausgelöst, aber der Booster hat auch reagiert. Erkennbar war dies an einer pulsierenden Kurzschlußsignalisierung.

Ich habe nach diesem Treffen verschiedene Messungen durchgeführt und nach geeigneten Sicherungen gesucht.
Der nun von mir verwendete Typ in SMD-Bauweise löst ab 350 mA aus und reagiert auf Kurzschluß sehr schnell ( unter eine Sekunde).
Ich hoffe, damit eine universell für TT verwendbare Polymersicherung gefunden zu haben.

 

[Grischan]

Hallo Günter, ich denke hier ist Kontakt zu Heizer und dem Tunnelmathias gefragt. Beide sind ja auch im Board. Die recht neuen von Matthias gebauten Booster haben eine sehr schnelle Kurzschlusserkennung. Vielleicht können sie mal was zur verbauten Elektronik sagen. Dann kann man sich vielleicht direkt auf die Bauteile abstimmen.

Noch ne andere Frage: in ein Zweigleisermodul müssen dann 2 von den Schaltungen rein?

 

[güntter]

Hallo Grischan,

... ich denke hier ist Kontakt zu Heizer und dem Tunnelmathias gefragt.

Ich werde die beiden mal ansprechen.

in ein Zweigleisermodul müssen dann 2 von den Schaltungen rein?

Genau, für Zweigleiser zwei Absicherungen (jeden Stromkreis extra) und in Betriebsstellen gerne noch mehr.
Was genau sinnvoll ist muß ich noch herausfinden.

Grundsätzlich denke ich, daß bei Streckenmodulen große Abschnitte abgesichert werden sollen, während im Weichen- und Kreuzungsbereich kleinere Bereiche sinnvoll sind.

 

[Per]

löst ab 350 mA aus

Das kommt mir wenig vor (beleuchtete oder schwere Züge, Doppeltraktion), aber Module sind ja meist recht eben. Und beim Baywa sind die Züge kürzer.

in ein Zweigleisermodul müssen dann 2 von den Schaltungen rein?

Sowieso, da beide Gleise ja von einer eigenen Leitung versorgt werden.

hier ist Kontakt zu Heizer ... gefragt

Auch, was den Betrieb zusammen mit den Stromtrafo-Meldern angeht. Wenn die Sicherungen auslösen, werden die Gleise als frei gemeldet.

 

[güntter]

Hallo Per,
ich habe den Eindruck, die Stromaufnahme von TT-Triebfahrzeugen wird oft überschätzt.
Ich habe mal gemessen: 70 mA für eine Lok, 150 mA bei einem 3m langen Zug in der Ebene.
Hinzu kommt noch ein Leerlaufstrom (Dekoder) von ca. 7 mA pro Tfz. Wenn also 50 Tfz herumstehen, kann eine 350 mA-Sicherung an ihre Grenze kommen.
Es ist also immer etwas Planung beim Einsatz der Sicherungen erforderlich und je nach Boostercharakteristik können auch stärkere Polymersicherungen eingesetzt werden.

Auch, was den Betrieb zusammen mit den Stromtrafo-Meldern angeht. Wenn die Sicherungen auslösen, werden die Gleise als frei gemeldet.

Da gibt es überhaupt keine Probleme. Im Gegensatz zu einer Schmelzsicherung mit einem unendlich hohem Widerstand nach der Auslösung, hat eine Polymersicherung die Charakteristik eines Kaltleiters. Im ausgelösten Zustand fließen immer noch einige zehn mA, das ist weit über der Ansprechschwelle der Heizerschen Stromtrafo-Melder mit etwa 1 mA Ansprechschwelle.

 

[Grischan]

Die Infos sind schon mal cool. Ich baue ja gerade den Einfahrgleiswechsel für KZZ (damit nicht immer TBC mißbraucht werden muß). Da sind die Stromfühler drin und über so eine Sicherung denke ich auch nach.

 

[güntter]

Sammelbestellung Leiterplatte für eSi

Ich möchte für mich einige Leiterplatten für die elektronische Sicherung herstellen lassen und habe mir dazu einen Entwurf mit folgenden Eigenschaften ausgedacht:

• pro Leiterplatte sind 8 elektronische Sicherungen untergebracht
• Größe der Leiterplatte ca 86 x 48 mm, Einzelsicherung ca 22 x 25 mm
• die Leiterplatte kann in Einzelsicherungen oder Gruppen zertrennt werden
• es können sowohl bedrahtete Bauteile als auch SMD-Bauteile verwendet werden

Da die Platinenherstellung bei größerer Stückzahl günstiger wird, organisiere ich gerne eine Sammelbestellung.

Wer also an dieser Leiterplatte interessiert ist, soll bitte bei mir per E-Mail bis 12.04.2017 seinen Bedarf melden.
Was eine einzelne Leiterplatte genau kostet, kann ich natürlich erst sagen, wenn ich auf Basis der Stückzahl Angebote vorliegen habe. Schätzungsweise kommt eine LP auf ca. 4 - 5 EUR.

 

[Per]

Die Infos sind schon mal cool.

soll bitte bei mir per E-Mail bis 12.04.2017 seinen Bedarf melden.

Werde ich tun, aber drei Anmerkungen dazu:
1. kann man die obere Reihe umdrehen, damit die Terminals jeweils außen liegen?
2. sollte der obere und untere Bereich nicht besser getrennt sein? 8 Abschnitte über einen Anschluss sollte seltener sein als je 4 an zwei.
3. sollen die LP fertig gebohrt werden?

 

[güntter]

Hallo Per,

1. kann man die obere Reihe umdrehen, damit die Terminals jeweils außen liegen?
2. sollte der obere und untere Bereich nicht besser getrennt sein? 8 Abschnitte über einen Anschluss sollte seltener sein als je 4 an zwei.
3. sollen die LP fertig gebohrt werden?

zu 1.) ja, das ist sinnvoll, das mache ich.

zu 2.) du brauchst ja nur die Leiterbahn an der Anschlußklemme zu durchtrennen und schon ist eine Sicherung isoliert. Du kannst auch den gemeinsamen Strang so trennen, daß Gruppen entstehen.
Im Beispiel wurden durch 3 durchtrennte Leiterbahnen eine Einzelsicherung, sowie eine 3-er und 4-er Gruppe geschaffen.
Du kannst die Leiterplatte auch zersägen und Einzelsicherungen bzw Gruppen dort platzieren, wo sie gebraucht werden.

zu 3.) Nein, das soll m.E. jeder selbst machen, ist schließlich ein Kostenfaktor. Für SMD-Bestückung ist ohnehin keine Bohrung erforderlich, manch einer verwendet keine AKL, sondern lötet den Draht direkt auf und die 2 Bohrungen für die LED kann jeder doch selbst bohren.

 

[Per]

ist schließlich ein Kostenfaktor

Deshalb frage ich. Könntest du aber dennoch dort ein kleines (!) Loch im Kupfer und nicht nur im Druck vorsehen? Dann hat der Bohrer eine gute Führung.
Diese Löcher wären auch praktisch an den "Sollbruchstellen", also diesen Stellen, an den die "umlaufende" Masse-Bahn unterbrochen werden kann/soll/darf. Das geht dann mit dem Bohrer besser als mit einem Kratzwerkzeug.

Ansonsten finde ich, dass da noch einiges an Luft ist. Und da die Platinengröße direkt in den Preis eingeht...
Mal sehen, ob ich heute abend zum Zeichnen komme.

 

[güntter]

Hallo Per,

Könntest du aber dennoch dort ein kleines (!) Loch im Kupfer und nicht nur im Druck vorsehen? Dann hat der Bohrer eine gute Führung.

Das ist kein Problem.

Ansonsten finde ich, dass da noch einiges an Luft ist. Und da die Platinengröße direkt in den Preis eingeht...

Da ist sicher noch Luft, aber die Platine ist in erster Linie als Einzelsicherung gedacht, d.h. die 8-fach Platine wird zerteilt. Dann muß aber noch soviel Fleisch an der Platine sein, daß sie mit einem Distanzröhrchen angeschraubt und die LED z.B. durch die Seitenwand des Moduls geführt werden kann. Kleiner als die derzeitigen 2 x 2,5 cm für eine Einzelsicherung will ich sie eigentlich nicht machen.

Mir ist aber ein anderer Gedanke gekommen. Die derzeitige Schaltung eignet sich für Digitalbetrieb und Wechselstrom (Märklin H0). Bei Gleichstrombetrieb funktioniert sie zwar auch, die Signalisierung ist aber abhängig von der Fahrtrichtung.

Ich habe deshalb einen weiteren Schaltungsentwurf gemacht, der dieses Problem behebt. Durch den Brückengleichrichter ist die Platine universell einsetzbar.
Aus Kostengründen, aber auch um die Varianten überschaubar zu halten, würde ich für die Bestückung nur SMD-Bauteile vorschlagen. Natürlich die größeren Typen.
Was meint ihr ?

 

[Per]

Kleiner als die derzeitigen 2 x 2,5 cm für eine Einzelsicherung will ich sie eigentlich nicht machen.

Mit zentraler Schraube zwischen Terminal und Sicherungshalter solte es problemlos schmaler gehen bei besserem Händling, die außermittige Halterung finde ich nicht so toll.

Mir ist aber ein anderer Gedanke gekommen. Die derzeitige Schaltung eignet sich für Digitalbetrieb und Wechselstrom (Märklin H0). Bei Gleichstrombetrieb funktioniert sie zwar auch, die Signalisierung ist aber abhängig von der Fahrtrichtung.

Gegenvorschlag: zwei gleiche, antiparallele LED. Dann kannst du (bei Modulen oder anderen Digis) sogar eine LED rausführen und eine auf der Platine unter der Anlage sehen.

würde ich für die Bestückung nur SMD-Bauteile vorschlagen.

Statt Terminal zwei dicke Drähte, welche in eine Lüsterklemme passen? Die kann man festschrauben, spart man wiederum das Loch.
Wenn man dann soweit ist, kann man noch die spezielle Leiterplatte sparen und eine Lochraster nehmen.

Natürlich die größeren Typen.

Also ich habe letzten Samstag das erste Mal (!) SMD gelötet, bis 1206 habe ich ungeübt geschafft. Bei deutlich höherer Bauteilzahl und -dichte.

 

[güntter]

Hallo Per,

Mit zentraler Schraube zwischen Terminal und Sicherungshalter solte es problemlos schmaler gehen bei besserem Händling, die außermittige Halterung finde ich nicht so toll.

Da gibt es sicher noch Möglichkeiten zur Optimierung. Die Frage für mich ist jedoch wie lange ich mich mit dem Layout beschäftigen will um 1 qcm Platine einzusparen. Man kann die Platine auch mit Heißkleber befestigen, dann gehts noch kleiner.

Gegenvorschlag: zwei gleiche, antiparallele LED. Dann kannst du (bei Modulen oder anderen Digis) sogar eine LED rausführen und eine auf der Platine unter der Anlage sehen.

Wer braucht sowas ? Es reicht doch, wenn der Kurzschluß an einer Stelle erkannt wird.

Statt Terminal zwei dicke Drähte, welche in eine Lüsterklemme passen? Die kann man festschrauben, spart man wiederum das Loch.
Wenn man dann soweit ist, kann man noch die spezielle Leiterplatte sparen und eine Lochraster nehmen.

Kannst du gerne so machen.

Also ich habe letzten Samstag das erste Mal (!) SMD gelötet, bis 1206 habe ich ungeübt geschafft. Bei deutlich höherer Bauteilzahl und -dichte.

Gratuliere ! Dann schafft du sicher auch noch 805.
Ich denke, wer an einer TT-Lok die Kollektorkohlen wechseln kann, der ist feinmotorisch auch in der Lage SMDs der Bauform 805 zu löten.
Also ich habe vor etlichen Jahren die Weichendekoder von Holger Wagenlehner zusammengelötet. Das geht, man braucht halt eine ruhige Hand und eine beleuchtete Lupe.

 

[Per]

Dann schafft du sicher auch noch 805.

Habe die Sicherung "nur" in 1210 gefunden, dafür á 0,20 € (+ Porto) aus D, finde ich ok. Würde auch die Streifentechnik unterstützen, weil man die beiden äußeren Bahnen nutzen kann und die innere als Stützpunkt für LED und Widerstand.

Wer braucht sowas ? Es reicht doch, wenn der Kurzschluß an einer Stelle erkannt wird.

Es gibt Leute, die unter der Anlage mittels roter und grüner LED die Stellung der oben drüber stehenden Signale wiederholen. Außerdem kann man statt der LED einen Optokoppler nehmen und "fernmelden". Entweder mit Open Collector als Sammelmeldung oder mittels Encoder (die Belegtmelder vom Heizer brauchen das ja eh) über den Bus.

 

[güntter]

Habe die Sicherung "nur" in 1210 gefunden, dafür á 0,20 € (+ Porto) aus D, finde ich ok.

Ich habe mir diese hier gekauft: SMD Rückstellbare Sicherung SMD1210P035TF/24 1210 350MA 0.35A 24 V PPTC

50 Stück für € 3,66 bei AliExpress, also etwas mehr als 7 Cent pro Stück. Dauert halt 4 - 6 Wochen bis man die Bauteile hat.

Aber nun gehe ich ins Bett, alles weitere Morgen.

 

[güntter]

Hallo Per,

Außerdem kann man statt der LED einen Optokoppler nehmen und "fernmelden". Entweder mit Open Collector als Sammelmeldung oder mittels Encoder (die Belegtmelder vom Heizer brauchen das ja eh) über den Bus.

wer ein Signal in einen Bus übergeben will, der kann doch einfach Peters GCA93-Leiterplatte nehmen, da ist alles schon vorhanden.
Einfach in den Einbauplatz der Polymersicherung eine Drahtbrücke setzen und an Stelle des Brückengleichrichters die Polymersicherung. Der Vorwiderstand des Optokopplers sollte dann höher dimensioniert werden, vielleicht 2k2. Fertig !

 

[WolfgangTT]

Anmerkung

Sollte D4 die Schutzdiode vor zu hohen Sperrspannungen sein, dann wäre besser, sie antiparallel zur LED zu schalten.
Nimmt man bedrahtete Bauelemente, kann man diese kleine Schaltung bequem an einer zweipoligen Lüsterklemme verschalten und hat das Anschlussproblem und das Befestigungsproblem gelöst. Wenn man will auch eine Reihe Lüsterklemmen nehmen, dann kann man die Überwachung zentral anbringen.

Grüße WolfgangTT

 

[güntter]

Anbei nun die finale Form der Leiterplatte.
Die Abmessungen sind nun etwa 38 x 97 mm.
Die Bohrung für die Befestigung sitzt in der Mitte, die Anschlußklemmen sind aussen und die Schaltung ist sowohl für reinen Gleichstrombetrieb, für Digitalbetrieb und auch für Märklin Wechselstrom geeignet.

Dann überlegt euch mal, ob ihr die Leiterplatte brauchen könnt.

 

[güntter]

Ich habe heute mal mit den SMD-Bauteilen auf einer Lochrasterplatine eine Einzelsicherung als Muster zusammengebaut.
Ich muß zugeben, daß die SMD-Bauteile auf der 2 x 2,5 cm großen Platine etwas verloren wirken, aber dafür hat man wenigstens eine Platine zum Anfassen.

Erste Tests haben folgendes ergeben:

• Signalisierung ab etwa 3,5V Fahrspannung möglich, darunter leuchtet die LED nicht mehr hell genug.
• Bei 12 V beträgt der Kurzschlußstrom etwa 85 mA, genug für alle Belegtmelder. Die SMD-Sicherung wird dabei auch schön warm.

 

[güntter]

Es ist soweit !
Ich habe doppelseitige Leiterplatten für Bestückung mit SMD-Bauteilen in 4 verschiedenen Typen machen lassen:

• Typ 1: geeignet für Digital- oder Wechselstrom
  
• Typ 2: mit Brückengleichrichter, deshalb auch für DC geeignet
  
• Typ 3: Variante des Typ 2, jedoch 2 LED
  
• Typ 4: 4-fach Sicherung für Digital- oder Wechselstrom mit Optokoppler. Dieser Typ kann z.B. an Rückmelder angeschlossen werden

Bei mir hat sich eine Absicherung mit 350 mA bei TT bewährt, es sind aber auch höhere Absicherungswerte möglich ( z.B. 500 oder 750 mA). Bei höheren Absicherungswerten ist aber immer zu beachten, daß durch die Gesamtlast am Booster dessen Maximalstrom nicht überschritten werden darf. Wenn z.B. ein 3A-Booster schon mit 2,5 A ausgelastet ist, dann wird eine 0,75A-eSi im Kurzschlußfall nicht auslösen, sondern den Booster zur Abschaltung bringen. Ähnlich verhält es sich auch bei Analogbetrieb.

Ich habe 3 verschiedene Booster getestet, ORD-3, Digikeijs 5000 und den ESU-Navigator. Bei allen drei Boostern lösen die Sicherungen mit 0,35 und 0,5 A problemlos aus.

Ein besonderer Fall ist der bei Modultreffen beliebte Booster "Bauart Heizer". Die Auslösung erfolgt durch diesen Booster so schnell, daß mal meine Sicherung gewinnt, mal der Booster.
Da ich keinen derartigen Booster besitze, wäre ich dankbar wenn jemand meine (modifizierte) Sicherung an einem "Heizer-Booster" für mich testen könnte.

Ansonsten bin ich in Gotha bei FKTT anwesend und werde auch einige Muster meiner eSi mitbringen. Wer Interesse hat kann mich ja mal danach fragen.

 

[güntter]

Anbei noch einige Fotos von den fertig zusammengebauten Sicherungen.

 

[WolfgangTT]

Fehler im Stromlaufplan

Im Stromlaufplan für den Typ 4 in #20 müssen die LED´s 24,25,29 und 30 um 180 Grad
gedreht werden, also die Anoden müssen nach oben zeigen (wie beim Optokoppler).
Die Anzeige- LED´s und die Optokoppler- LED´s (IR- LED´s) haben unterschiedliche
Flussspannungen, eine direkte Parallelschaltung dieser sollte deswegen unbedingt
vermieden werden, also für jede LED einen eigenen Vorwiderstand, dann lassen
sich außerdem die LED- Ströme getrennt optimal einstellen.
Auf der Leiterplatte #21 Bild 1 für Typ 4 sind die LED´s richtig herum eingelötet.


Viele Grüße WolfgangTT

 

[güntter]

Hallo Wolfgang,
die LEDs im Typ 4 sind schon richtig im Schaltplan eingezeichnet. Die LEDs sind antiparallel geschaltet.
Sollte ein Analogfahrer Typ 4 verwenden wollen, dann braucht er nur als Optokoppler statt PC847 den PC844 einzusetzen. Die LED zur lokalen Signalisierung entfallen dann.

mfG
Günter

 

[WolfgangTT]

Hallo Günter,
akzeptiert, dann ist also Hauptzweck der antiparallelen LED´s der Schutz der
IR- LED´s im Optokopplerschaltkreis vor zu hoher Sperrspannung und das Leuchten
dieser bei ausgelöster Sicherung im Wechselstrombetrieb nur ein Nebeneffekt.
Trotzdem ist aber auf der Leiterplatte von Typ 4 die Anode von LED30 mit Pin 1
des Optokopplers (auch Anode) verbunden. Oder hast Du den seltenen Fall,
wo bei SMD- LED´s der Balken die Katode kennzeichnet?
Wenn keine Rückmelder benötigt werden, wäre die Schaltung nach Typ 3 optimal
und ausreichend, funktioniert für Digitalbetrieb, Wechselspannungsbetrieb und
Gleichspannungsbetrieb und bei gewünschter Fernmeldung wird der zweite
1,5kOhm- Widerstand aufgelötet.

Viele Grüße Wolfgang

 

[güntter]

Hallo Wolfgang,
vollkommen richtig. Typ 3 ist universell und kann immer eingesetzt werden.
Wer aber nur digital fährt, wird sicher lieber Typ 1 nehmen, da einfacher und billiger.

Trotzdem ist aber auf der Leiterplatte von Typ 4 die Anode von LED30 mit Pin 1
des Optokopplers (auch Anode) verbunden. Oder hast Du den seltenen Fall,
wo bei SMD- LED´s der Balken die Katode kennzeichnet?

Da muß ich etwas erklären. Diese Platinen waren mein erster Versuch mit einem Softwaretool Leiterplatten zu entwerfen. Es gab dabei Fehlermeldungen und ein Freund hat mir dann geholfen. Er hat es gut gemeint und meinen Entwurf "verbessert", nur leider waren dann hinterher die SMD-LEDs bei Typ 3 und 4 auf der Unterseite und ich habe es nicht bemerkt. Im Prinzip ist es ja egal wie herum man die LP befestigt, aber Klemmen und SMD-LED sollten sichtbar bzw zugänglich sein. Ich habe deshalb für die SMD-LED Löcher mit 1,6 mm gebohrt und die LED umgekehrt aufgelötet. Damit wird nun zur Oberseite signalisiert.

mfG
Günter