Weichensteuerung, analog

Weichensteuerung, analog

(erstellt von VT-Fan)


Analoge Steuerung von Weichenantrieben

Definition: klassische Steuerung von Weichenantrieben mittels einfacher Wechsel- oder Gleichstromimpulse ohne Nutzung von Digitaltechnik.

Zur Umschaltung von Weichen auf Modellbahnanlagen werden meistens zwei gängige Antriebsarten verwendet:

• Spulenantriebe
• motorische Antriebe.

Der Einsatz von Servomotoren sollen hier unberücksichtigt bleiben.

Im folgenden werden einige Standardsteuerungen gezeigt und erläutert, die ohne großen Aufwand Einzel- oder Gruppensteuerung (z.B. für Weichenstraßen) erlauben.

Zur Erläuterung der Funktionsweise der Antriebe siehe den Beitrag
Wiki: Weichenantriebe, Funktionsbeschreibung

Beispiele für Ausführungsformen von Antrieben und Einbautipps findet man unter
Wiki: Unterflurantrieb


Ansteuerung von magnetgetriebenen Weichenantrieben

Diese Antriebe enthalten zwei Spulen, die im Gehäuse meist hintereinander angeordnet sind. Wird eine der Spulen unter Strom gesetzt, schaltet der Antrieb um. Außerdem sind zwei Endlagenschalter eingebaut, die die Stromzufuhr zu den Spulen abschalten, wenn die jeweilige Endposition erreicht ist.
Der Antrieb hat drei Anschlusspole für die Steuerspannung; einen gemeinsamen 0-Pol und für jede Spule einen. Dadurch ergibt sich die denkbar einfachste Ansteuerschaltung:


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Benötigt werden nur zwei Taster bzw. ein Umschalter.


Schalter oder Taster?

Hier gibt es verschiedene Vorlieben unter den Modellbahnern.
Die Vor- und Nachteile seien kurz erläutert.


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Ein einfacher Umschalter als Kippschalter (1) hat zwei Stellungen, hier also 'gerade' und 'Abzweig'. An seiner Stellung ist ablesbar, wohin er zuletzt geschaltet wurde. Er legt die Steuerspannung kontinuierlich an den Antrieb an. Für Antriebe ohne Endabschaltung nicht geeignet, da die Spulen unter Dauerstrom stehen würden. Das bedeutet: der Antrieb belastet die Stromversorgung permanent.

Bei der Verwendung von Antrieben mit Endabschaltung ist die anliegende Dauerspannung ohne Belang, da die Endschalter ja den Strompfad nach dem Umschalten unterbrechen.

Aber im Fall einer nichtbemerkten Fehlfunktion (klemmende Weichenzunge o.ä.) kann auch bei Antrieben mit Endabschaltung Dauerstrom fliessen und die Antriebsspule unter Umständen zerstören.

Vorteil eines Schalters: er zeigt an, in welche Richtung die Weiche zuletzt geschaltet wurde und bietet somit die einfachste Form der Rückmeldung. Das muß aber nicht zwangsläufig mit der aktuellen Position der Weiche übereinstimmen!

Mit zwei Tastern (2) kann man ebenfalls eine Steuerung realisieren. Ein Taster schließt nur solange den Stromkreis, wie er gedrückt gehalten wird. Danach kehrt er in seine Ruhestellung zurück.

Durch Drücken einer Taste für ca. 1 Sekunde lässt sich ein Antrieb sicher umschalten. Die meisten einfachen, handelsüblichen Steuerpulte arbeiten auf diese Weise.

Nachteil: die Weichenposition wird ohne zusätzliche Rückmeldungsschaltung nicht angezeigt.

Eine Umschaltung mit nur einem Taster (Toggle-Funktion) ist ohne Verwendung von elektronischen Logik- bzw. elektromechanischen Relaisschaltungen nicht möglich.

Der Kipptaster (3) stellt eine platzsparende Alternative zu den Einzeltastern dar. Er besitzt eine Ruhestellung in der Mitte, wohin der Schalthebel nach dem Betätigen automatisch zurückkehrt.
Auch er zeigt die Weichenposition nicht an.


Gleich- oder Wechselspannung?

Diese Antriebe können mit Wechselspannung direkt aus dem 'Zubehör'-Anschluß eines Fahrreglers, einem Trafo oder auch mit Gleichspannung beliebiger Polarität gesteuert werden. Die Speisung mit Wechselspannung ist natürlich einfacher und in der Regel auch billiger. Einen Vorteil gibt es bei der Gleichspannungsspeisung nicht, wenn man keine direkte Ansteuerung aus Logikschaltungen heraus realisieren will.


Ansteuerung von motorgetriebenen Weichenantrieben

In motorischen Weichenantrieben arbeiten Gleichspannungs-Elektromotore, deren Laufrichtung je nach Polarität der angelegten Spannung wechselt.

Da wir aber normalerweise die Antriebe mit Wechselstrom ansteuern, sind zur Erzeugung einer positiven und negativen Antriebsspannung die beiden zusätzlichen, vorgeschalteten Dioden erforderlich. Sie sind in den Antrieben integriert oder ab Werk bereits an die Anschlußkabel gelötet.

N.B.: Im Schaltbild ist hier der Farbcode eines Conrad-Antriebs dargestellt; die Farben der Anschlusskabel anderer Hersteller können abweichen!


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Wenn jetzt mit einer der Tasten Wechselspannung auf die Dioden geschaltet wird, liegt am oberen Antriebseingang nur noch eine positive oder am unteren Eingang eine negative Steuerspannung an.

In unserem Beispiel wird der Motor aber nur reagieren, wenn die Taste 'gerade' gedrückt wird, weil der andere Strompfad durch den Endschalter abgeschaltet ist. Dieser Endschalter hat also auch eine Umpolfunktion, die den Motor entweder mit der positiven oder der negativen Spannung aus den Dioden verbindet.


Einfache Weichenansteuerung für Motorantriebe mit Rückmeldung

Den durch den Endschalter vorgegebenen Strompfad kann man sich für eine Rückmeldung per LED nutzbar machen. Der Bauteileaufwand beträgt nur 2 (LowCurrent) LEDs und 2 Widerstände.
Zusätzliche Leitungen werden nicht benötigt, da sinnvollerweise die Rückmelde-LEDs direkter Nähe zu den Tastern plaziert werden.


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Wie funktioniert's?
Im Beispiel ist der Antrieb auf 'Abzweig' geschaltet (es wurde der obere Taster betätigt) und der Antrieb erreichte seine Endstellung.
Der Endlagenschalter steht nun also auf 'gerade'. Die obere Eingang ist jetzt also im Antrieb ab- und der untere zugeschaltet.

Der Endlagenschalter steht in Ruhestellung also immer der Weichenzunge entgegengesetzt!

Jetzt kann aber 'rückwärts' über den Motor und die untere Diode über die LED 'Abzweig' und den Widerstand ein Strom fließen (einige Milliampère, je nach verwendeter Diode), der die LED zum Leuchten bringt. Dieser ist aber viel zu klein, um den Motor in Gang zu setzen. Man nutzt sozusagen den 'Ruhestrom' des Antriebs, um eine dauerhafte Rückmeldung zu erreichen.

Die Tasten haben mit der Anzeige nichts zu tun; es ist unerheblich, dass sie offen bzw. nicht im Strompfad sind.

Legt man jetzt über den unteren Taster 'gerade' die Steuerspannung an, fährt der Motor, jetzt in umgekehrter Richtung, wieder zurück, der Endschalter schließt in Stellung 'Abzweig' und die 'gerade' LED leuchtet. Und so fort...

Die LEDs leuchten übrigens nur, wenn der Antrieb in seiner Endstellung steht und die Stellung der Weiche somit mit einiger Sicherheit der angezeigten Lage entspricht.


Fahrstraßenschaltung

Selbstverständlich kann man auch mit motorisch betriebenen Weichenantrieben Fahrstraßenschaltungen mit einer sogenannten Diodenmatrix realisieren. Die gezeigte Schaltung beinhaltet jetzt aufgrund eines Hinweis' von Ateshci eine Modifikation, die die Ansteuerung gegenläufig arbeitender Antriebe verbessert.
Zur Erläuterung ist hier ein hypothetisches Bespiel beschrieben, eine Weichenstraße mit den Startpunkten A und B sowie den Zielpunkten C und D. Jeder Startpunkt kann mit jedem Zielpunkt verbunden werden.


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Betrieben wird die Schaltung aus Conrad-Antrieben mit 16V Wechselspannung. Die roten Zuleitungen (bezeichnen wir sie mal der Übersichtlichkeit halber mit „Masse“) werden parallel geschaltet. Aus den braunen Zuleitungen werden die Dioden entfernt.

Jeder Weichenantrieb benötigt jetzt zum Schalten eine positive oder negative Steuerspannung (über die braunen Leitungen), die je nach einzunehmender Lage über eine entsprechend gepolte Diode zugeführt wird.

Jede Fahrstraße erfordert zwei „Steuerbusse", von dem die erforderlichen Dioden in der erforderlichen Flussrichtung abgehen. An diese können jetzt beliebig viele (begrenzt durch die Belastbarkeit des Trafos) Antriebe angeschlossen werden.

Wird jetzt eine Fahrstraße aktiviert, fließt der Strom für die beteiligten Antriebe über die Busse je nach Flussrichtung der Dioden als positive oder negative Steuerspannung über die Weichenmotoren und die gemeinsame Masse ab.

Bedient wird die Schaltung hier im Beispiel mit 4 zweipoligen Tastern (einer für jede Weichenstraße). Sie sind hintereinandergeschaltet, um Mehrfachauslösung zu verhindern. Eine Start- /Ziel-Eingabe ist auch möglich, dazu muss allerdings eine zweite Matrix vorgeschaltet werden, die mittels Relais diese Schaltung ansteuert.


Dimensionierung der Anzeige-LEDs

An LEDs können vorteilhafterweise z.B. runde Typen mit 3 oder 5 mm Durchmesser in rot/grün/gelb verwendet werden. Sie lassen sich einfach durch eine entsprechende Bohrung in der Frontplatte stecken und mit Sekundenkleber fixieren.

Diese farbigen LEDs haben i.d.R. eine Schwellenspannung von ca. 2V. Die Vorwiderstände sollten für LEDs mit 20mA Nennstrom mit ca. 820 bis 1500 Ohm dimensioniert sein; je kleiner, desto heller leuchtet die LED. Bei niedrigeren Widerstandswerten kann der Antrieb zu Brummen anfangen!

Bei der Verwendung von Low-Current LEDs (ca. 2 bis 3 mA Nennstrom) benötigt man Widerstände mit Werten von 6,8k bis 10kOhm .



Der Beitrag wird fortgesetzt bzw. ergänzt. VT-Fan