Magnetartikel (Weichen, DKWs, Flügelsignale)
Weichen / DKWs - Antriebe
Elektrische Problematik:
Die eingebauten Märklin K - Weichen und DKWs sind mit
Endabschaltern, in Form von sog. Microschaltern, ausgerüstet.
Die Probleme mit diesen
Endabschaltern, insbesondere in älteren Modellen, wurden und
werden im Internet
heftig diskutiert.
Die in diesem Projekt verwendeten Weichen und ihre Antriebe
wurden in den Jahren 2007 / 2008 erworben. Von daher bezieht
sich alles folgende auf diesen Zeitraum und diese
Fertigungsphase.
Betriebs-Situation:
Bei mir kam es beim Testbetrieb zu verschiedenen Ausfällen
beim Schalten mit einigen Weichen. Anfangs war auch kein klares
Bild vorhanden, da von dem Schaltproblem immer andere Weichen
betroffen waren.
Nachdem sich die Probleme festigten und das Bild klarer wurde
habe ich die Weichen / Antriebe im Labor näher untersucht.
Untersuchungsergebnis:
Die eingebauten µ-Endschalter stammen von der Fa. Cherry.
Aufgrund der optischen Übereinstimmung habe ich mir das
zugehörige Datenblatt aus dem Internet besorgt und festgestellt,
daß der eingebaute / verwendete Schalter aus elektrischer Sicht
überhaupt nicht so verwendet werden darf, wie er in dem Antrieb
eingebaut ist.
Die max. Abschaltspannung (30 V) als auch der max. zu
schaltende Strom (500 mA) -- Ohmsche Last -- wird um ein
vielfaches Überschritten, ganz abgesehen davon, daß keine
elektr. Schutzmaßnahmen vorgesehen sind, welche die
Abschaltspannung der Spule unwirksam werden läßt.
Fazit:
Der Schalter muß in seinen Kontakten langsam kaputt gehen und
damit zunehmend unzuverlässig werden, bis das er völlig
ausfällt.
Meßergebnisse (Labor):
Der Spulenwiderstand beträgt 15,1 -- 15,5 Ohm
Der Antrieb schaltet -- ohne angesteckte Weiche -- gerade
noch, d.h. nicht sicher, bei einer Spannung von DC ca. 8 V
und einem Strom von ca. 500 mA.
Erst ab DC ca. 12 V und einem Strom von
ca. 700 mA konnte ein
sicheres Schalten festgestellt werden.
Betriebsanschluß (Decoder):
Der verwendete Decoder wird mit 15 AC versorgt und formt diese
Spannung intern in eine Gleichspannung von ca DC 20 - 21 V um.
Bei Abzug von Decoder internen Schaltelementen liegt dann
eine Spannung von ca. 18 V an dem Antrieb an. Dies führt dann zu
einem Schaltstrom von ca. 1,1 A.
Seitens der mitgelieferten Dokumentation ist kein Hinweis
gegeben, auf die max. Schaltspannung, so daß ich davon ausgehe,
daß dieser Wert im erlaubten Bereich liegt.
Anmerkung:
Die Abschaltspannung einer Spule geht im ersten Moment
(theoretisch) auf unendlich. Deshalb haben elektronische
Bauteile ja auch eine Diode als Schutz. Da hier aber der
Endschalter vor der Elektronik schaltet, ist er vollkommen
ungeschützt und wird mit so hohen Spannungen und Strömen
belastet.
Maßnahmen:
Bei allen Antrieben wurden die µ-Endabschalter ausgebaut. An
ihre Stelle wurde ein 10 Ohm widerstand in Serie zum jeweiligen
Spulenwiderstand geschaltet.
Die Decoder - Spannung hat nunmehr einen Stromfluß von ca. 700
mA zu Folge. Damit liegt dieser wert wieder im Bereich der
positiven Laboruntersuchung.
Hinweis:
Im Juni 2011 fand ich im Internet Hinweise
auf geänderte Weichenantriebe für das C-Gleis, ob es auch welche
für das K-Gleis gibt oder geben wird konnte ich nicht ermitteln.
Laut diesen Informationen soll ein Varistor eingesetzt worden
sein, um die Endabschalterkontakte zu schützen. Die Fa. Märklin
ließ sinngemäß erklären, daß es sich um eine Verbesserung
der handelt, welche die Ausfälle minimieren soll.
Obgleich mir keine weiteren Informationen
vorliegen stelle ich mal folgende theoretische Betrachtung an:
1) pro Spule wird ein Varistor elektrisch
parallel zur Spule geschaltet
2) es wird weiterhin der gleiche µ-Schalter der Fa. Cherry, wie
bisher eingesetzt
dann ergibt sich folgende Situation ..
a) der Varistor muß so ausgelegt sein, daß er bei einer Spannung
von ca. 25 V niederohmig wird ("schaltet") und damit einen
leitenden Pfad herstellt, so daß sich die Energie der Spule
entladen kann ( > analog zu einer "Freilaufdiode" in einer
Transistorschaltung)
b) diese Spannungshöhe liegt über der Versorgungsspannung und
wird nur erreicht, wenn der Kontakt des Endschalters
bereits den Stromfluß unterbrochen hat und zwar durch den
steilen Spannungssprung, hervorgerufen durch den Energieabbau
in der Spule.
c) damit soll erreicht werden, daß sich die Spannung über
dem Kontakt nicht unbegrenzt aufbaut. In der Praxis ist die
Auswirkung von der Schaltzeit des Varistors, der wirklichen
"Schaltspannungshöhe" (Bauteile-Toleranzen) und dem Verlauf der
Widerstandsveränderung geprägt.
d) erfolgt die Umschaltung auf die Niederohmigkeit sehr schnell,
dann kann ein gegenteiliger Effekt eintreten, nämlich über die
"Kontakt-Funkenbrücke" fließt auf einmal der Kurzschlußstrom >
Spannungsquelle - Kontakt (öffnend) - Varistor (kleiner
Widerstand) - Spannungsquelle zusätzlich zum Abschaltstrom der
Spule.
e) die Kontaktbelastung wird auf jeden Fall im Strombereich bei
DC - Versorgung überschritten; bei AC hängt dies davon ab, wo
sich der Stromverlauf gerade befindet. Es ist jedoch davon
auszugehen, daß sich bei häufigem Schalten ein gemittelter Wert
einstellt, der über dem spezifizierten Wert des Kontaktes liegt.
Fazit:
Diese Maßnahme, so sie denn so ausgeführt ist, wie eingangs
definiert, bringt bestenfalls bei einer AC - Versorgung eine
leichte, tendenzielle Abhilfe. Der Kontakt ist aber nicht
wirklich sicher geschützt.
Bei einer DC - Versorgung, wie sie bei vielen Schaltdecodern
herrscht, ist diese Maßnahme eigentlich wirkungslos.
Ich persönlich empfehle in digital gesteuerten Anlagen den
Endschalter weiterhin auszubauen.
Der Problempunkt ist nämlich der Strom in seiner Höhe, der
geschaltet werden muß.
Dies ist der große Unterschied zu einer Transistorschaltung,
dort "verkraftet" der Transistor noch den Abschalt-Strom, nicht
aber die Spannungshöhe.
Anmerkung:
Im Internet findet man z.T. Hinweise darauf, diese
Kontaktprobleme dadurch zu umgehen, indem man eine höhere
Spannung (AC oder DC) verwendet.
Diese Maßnahmen, mögen kurzfristig einen "Erfolg" zeigen, im
nächsten Augenblick sind die Kontakte aber ganz kaputt -- nur
das schreibt keiner.
Warum der kurze Erfolg ??? --- Ein Kontakt wird nicht auf einmal
zerstört, sondern langsam durch "Abbrand" der Kontaktoberfläche
bilden sich kleine "Täler" und "Berge". Diese führen in einem
späteren Zustand zum "Verhaken" der Kontaktfedern. Schlägt man
jetzt z.B. auf einen solchen Schalter, dann wird die Verbindung
mechan. zerstört und der Kontakt arbeitet für eine gewisse Zeit
wieder. Es bilden sich aber sofort wieder neue "Krater" und
Verhakungen und zwar immer häufiger und in kürzerer Zeit.
Was der Schlag bewirkt, bewirkt auch eine höhere Spannung, denn
diese führt zu einem höheren Strom und damit wird eine stärkere
mech. Kraft in der Spule erzeugt. Das kann dann auch wieder zur
Zerstörung der Verhakung führen.
ABER, die Spule wird über ihren spezifizierten Werten betrieben
UND der Abschaltstrom ist auch wieder höher.
Beide beschworenen Maßnahmen können dauerhaft keine Lösung
bringen.
Neue
Erkenntnisse und Erfahrungen zum Märklin-Weichenantrieb:
Im Januar 2012
gab es im
TC*-Forum
(siehe dieser Link.
http://www.freiwald.com/forum/viewtopic.php?f=8&t=16804 )
eine Fragestellung mit anschließender Diskussion zum Thema
"Überwachung der Weichenstellung". Im Verlauf dieser Diskussion
trat auch die Frage auf: "wer schaltet eher, der elektronische
Schalter oder der mechan. Endschalter. ?"
Der Endschalter ist vom gleichen Typ wie der bei der K-Weiche.
Wie aus den Graphiken zu ersehen ist, schaltet der Endschalter
vor dem elektronischen Bauteil. -- Dies entspricht auch meiner
Erkenntnis bei den von mir eingesetzten K-Weichen.
Damit stand wieder die Frage
im Raum, wieso hält beim Forumsteilnehmer der Endschalter so
lange klaglos durch??
Des Rätsels Lösung liegt in
der Verwendung einer anderen Spule mit ganz anderen elektr.
Daten, sowie der Spannungshöhe mit der die Weichen versorgt
werden.
Die Betrachtungen ergaben, daß
in diesem Fall der Strom, der durch den Endschalter
abgeschaltet wird bei ca. 0,6 A (600 mA) DC liegt; der
Schalter ist für 500 mA ausgelegt. Somit andere Grenze,
aber wohl noch verträglich.
Fazit:
Es wurden (werden ??) im Hause Märklin unterschiedliche Spulen
mit unterschiedlichen elektr. Parametern eingesetzt. In
Verbindung mit der jeweils eingesetzten Versorgungsspannung
(Spannungshöhe) kommt es zu unterschiedlichen Ergebnissen
(Erfahrungen) in Bezug auf die Haltbarkeit der Endschalter in
vor dem Jahr 2010 beschafften Weichen.
Danach haben C-Weichenantriebe bei max. 15 V DC
(Spannungsversorgung) eine reelle Chance langfristig
zufriedenstellend zu funktionieren;
hingegen steht bei K-Weichenantrieben bei keiner
Spannungsversorgungshöhe (DC) zu erwarten, daß diese langfristig
einwandfrei arbeiten.
Spätere Varianten wurden nicht
untersucht.
Anmerkung für die Verwendung
von AC Versorgungsspannung (Wechselspannung):
Nehmen Sie den AC Spannungswert (Ueff) und multiplizieren Sie
diesen mit dem Faktor 1,4 , dann erhalten Sie grob den DC
Spannungswert, nach einer Gleichrichtung mit Siebungskondensator
(Stützkondensator) , die im allgemeinen in Decodern stattfindet;
welcher dann um ca. 1 V DC an dem Weichenantrieb anliegt.
Mechanische Problematik:
Vor der Austauschaktion wurden bei einigen µ-Schaltern
Einbauprobleme festgestellt. Diese Schalter waren so eingelötet,
daß die Bewegung der Spulenkerne gehemmt wurde, so daß diese
nicht immer sauber die Endstellungen erreichen konnten.
Nach der obigen Austauschaktion traten dann immer noch
Schaltstörungen auf.
Die näheren Betrachtungen und Untersuchungen unter dem
Vergrößerungsglas brachten folgende Störungsquellen zutage ...
- unsaubere Spritzgußteile
Min. (zehntel Millimeter) Ansätze der Spritzformen führten zu
Verklemmungen beim Bewegungsablauf ( >> mit der Schlüsselfeile
beseitigt)
- unsaubere Führung
Hier, ebenfalls im zehntel Millimeterbereich, führten
Verbiegungen (Torsion) zu Blockierungen ( >> mit der
Schlüsselfeile Wege erweitert)
- Gleitmittel
Dieses wurde vorsorglich entfernt.
- Spulen-Lagerung
Die Spulen waren nicht sauber in die Halterungen geklemmt, so
daß der Spulenkern am inneren Metall schleifte.
Als ein Test für die Weichengängigkeit wurde eine "60° Test"
eingeführt, d.h. der Antrieb wurde in die waagerechte gehalten
und dann um ca. 60° nach links und rechts gedreht (in Richtung
senkrechte). Aufgrund der Schwerkraft muß jetzt der Spulenkern
sich in die entsprechende Endlage bewegen und den
Plastik-Stellhebel mitnehmen.
Erst wenn dieser Test einwandfrei abläuft wurde der Antrieb
wieder eingebaut.
Ein weiterer Störfaktor trat auf, wenn die Weiche / DKW nicht
absolut spannungsfrei ins Gleis eingebaut war.
Hier klemmten dann die Führungen unterhalb der Schwellen.
Weichen / DKWs - Decoder
Aufgrund des recht hohen Stromes beim Schalten der Weichen
(vor der obigen elektr. Umbauaktion) kam es beim Decoder zu
Schaltproblemen, wenn schnell hintereinander Weichen, die am
GLEICHEN Decoder angeschlossen waren, geschaltet wurden.
Ursache war, daß die Spannung am Stütz- / Gleichrichter-
Kondensator so weit einbrach, daß davon die Elektronik betroffen
wurde.
Die Wiederaufladezeit war dann zu knapp.
Abhilfe schafft der Einbau eines Kondensators mit einer größeren
Kapazität.
Anschluß / Kabel / Leitungs - Verbindung:
Da die Märklin - Antriebe steckbar sind, wurden die
elektrischen Anschlüsse ebenfalls steckbar ausgeführt (Mini -
Bananenstecker / "Modellbahnstecker"), so daß im Wartungsfall
ein schneller, leichter Austausch der Antriebe möglich ist.
Diese Maßnahme hat sich bereits bei den obigen Aktionen voll
bewährt.
Flügelsignale - Viessmann - Ansteuerung (Decoder)
Mit Beginn des Projekts St.
Margareten hatte ich mich entschieden Signale von
der Fa. Viessmann (Modellbau) einzusetzen.
Die zweiflügeligen, ungekoppelten Formsignale sind intern mit
einer Diode so geschaltet, daß sie einen positiven Schaltimpuls
benötigen.
Im gesamten Selectrix - System, und wohl auch darüber in den
anderen digitalen Systemen, wird mit einem negativen
Schaltimpuls gearbeitet.
Zum Zeitpunkt der Festlegung und ersten Bestellung hatte die
Fa. Viessmann auch noch Selectrix - Schalt-Decoder im Programm,
die diese Anforderung erfüllten.
Bei einer zweiten Bestellung waren diese Selectrix -
Schalt-Decoder nicht mehr erhältlich. Auch heute (03.2011) sind
keinerlei Selectrix - Schalt-Decoder im Internet-Shop der Fa.
Viessmann gelistet.
Maßnahme:
Es wurde ein Selectrix - Weichendekoder der Fa. Müt als
Decoder eingesetzt und diesem ein in Eigenentwicklung erstelltes
Modul zur "Potentialumkehr" vorgeschaltet.
D.h. der negative Schaltimpuls des Weichen-Decoder wird als
Schaltimpuls in der "Potentialumkehr" verwendet und diese gibt
einen positiven Schaltimpuls an die Formsignale.
Weitere Informationen unter
der Projektbeschreibung (Register) >> Adaption Viessmann
Signale > unter Elektronik Entwicklung.
Hinweis:
Werden nur einflügelige Signale eingesetzt, dann können die
auch direkt an den Weichendekoder verdrahtet werden. Das Problem
ist die Diode. Wer will kann auch die Diode umbauen, allerdings
erlischt dann die Werksgarantie.
Anmerkung:
Nachdem dieses "Vorschalt-Modul" entwickelt war (2011) und auch testweise
erprobt worden ist, bekam ich aus einer Modellbahnzeitschrift und
dem Internet Hinweise, daß die Viessmann - Formsignal - Spulen
einem Dauerbetrieb nicht gewachsen sein sollen.
Nachdem auch ich bemerkt hatte, daß die Endstellungen der Signale
nicht immer sauber erreicht wurden und dies mit der exakten Höhe
der Versorgungsspannung zusammen hängt, entschloß ich mich einen
Antrieb zu "zerlegen" und zu untersuchen.
Das Ergebnis veranlaßte mich auf einen / zwei Servo-Antrieb(e) pro
Formsignal "umzusteigen".
Servo - Antriebe / Motoren (für Weichen, DKWs,
Formsignale, Zubehör)
Bei den Einstellungen der Servo - Antriebe / Motoren sollten
die von den verschiedenen Decoder - Herstellern angebotenen
Einstellhilfen eingesetzt werden.
Nicht nur das die Einstellung der Parameter hiermit wesentlich
einfacher auszuführen ist, es ist auch schonender für die
angeschlossenen Geräte, da die Endstellungen leichter
abzustimmen sind und extreme Ausschläge vermieden werden können.
Am besten ist es, wenn man zur ersten "Grobeinstellung" der
Eckpositionen noch keine mechanische Verbindung zu den Weichen,
Signalen, etc. (Objekten) hat.
Diese nach dieser Justierung herstellt und dann die
"Feinabstimmung" vornimmt.
Ferner ist es hilfreich, wenn das Erreichen der Endposition
mit einem µ-Schalter (Endschalter) elektrisch ausgewertet werden
kann. Sind solche Endschalter vorhanden, dann kann in TC*
der Ablauf schneller erfolgen, denn anderenfalls müßte in TC
* mit Standardwartezeiten inkl. Sicherheit gearbeitet werden;
wobei letztendlich immer noch eine Unsicherheit verbleibt, ob
z.B. die Weiche wirklich umgeschaltet hat.
Anmerkung:
Aufgrund der Mechanik und des Aufbaus kommt es zu
unterschiedlich langen Servo-Laufzeiten. Arbeitet man mit
Wartezeiten, so sollten diese möglichst individuell erfaßt und
in die TC* Objekte eingetragen werden.
Lichtsignale
In diesem Projekt setze ich die Lichtsignale der Fa.
Viessmann (Modellbau) ein.
Die
einzelne LEDs der Signale werden über die SAM1 Signalanzeigemodule *
der Fa. Müt
angesteuert.
Von der elektr. Verdrahtung ist dies unter Einhaltung der
Vorgaben kein Problem.
Was etwas aufwendig -- aber nicht schwer -- ist und sich am
besten mit dem SW - Tool der Fa. Müt / DIGIRAIL lösen läßt, ist
die optimale Belegung der Ausgänge des Signalanzeigemoduls in Bezug auf das / die
anzuzeigende(n) Signalbild(er) und die entsprechende Bit -
Kombination für die Ansteuerung des Decoders über den SX - Bus.
Die Ansteuerung über den SX - Bus erfolgt nicht "bitweise",
sodaß anhand der Bits die LEDs direkt ansteuerbar wären, sondern
-- wenn man so will in Form von Signalbildern "codiert" -- z.B. als HP0, HP1, HP2
-- und
demzufolge mit 2 Bits, die in jeweiliger Kombination den Zustand
0 oder 1 annehmen können.
Zum Einsatz von SAM1* und dem Tool wird ausdrücklich auf die entsprechende Dokumentation aus
dem Hause Müt verwiesen.
Da alle Lichtsignale pro LED auch einen Vorwiderstand
besitzen an den der jeweilige SAM1 * - Ausgang zu
verdrahten ist, muß hierfür eine Aufnahme geschaffen werden, die
so geartet ist, daß auch ein schneller Austausch des
Lichtsignals (pro LED ein Draht mit Widerstand) möglich ist.
Der Anschluß der Lichtsignale ist von daher eher eine
elektro-mechan. Herausforderung.
Maßnahme:
Der jeweilige SAM1 * - Ausgang wird an einen
SUB-D-Stecker geführt, von dem ein Kabel zu den Lichtsignalen
führt.
An den jeweiligen SUB-D-Stecker-Pin wurde die eine Seite des
Widerstandes gelötet, an die andere Seite ein Draht, der zum SAM1
* - Ausgang führt.
Das Kabel überbrückt die "große" Distanz zu den Lichtsignalen und
teilt sich dort mit den jeweiligen Leitungen (Adern) zum
einzelnen Signal auf.
An den einzelnen Kabeladern werden einzelne Stecker-Buchsen aus
der Leiterplatten-Verbinder-Technik gelötet und an die
Signaladern die Gegenstücke > Stecker-Stifte.
Damit können die einzelnen Adern, die eine Schlaufe unter dem
Signal bilden, mit dem Stecker durch das Befestigungsloch des
Signals gezogen und oberhalb der Platte getrennt / gesteckt
werden.
