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Automatische LichtschrankensteuerungBei größeren Anlagen hat man nicht alle Züge jederzeit im Blick und "im Griff", so ist es ganz praktisch, wenn man einen "unsichtbaren Mitarbeiter" im Stellwerk hat, der sich darum kümmert, dass die schienengleichen Straßenübergänge auch gesichert sind. Die üblichen automatischen Schrankenschaltungen verwenden Gleiskontakte (z.B. magnet-geschaltete Reed-Kontakte), bei deren Überfahren die Schrankenantriebe aktiviert werden (siehe auch die Seite "Gleiskontakte"). Die prinzipiellen Nachteile einer Schrankensteuerung auf der Basis von Gleiskontakten wurden auf der Seite "Gleiskontakte" dargestellt. Die Steuerung eines Schrankenübergangs mit Hilfe von Gleiskontakten ist also nur ein Notbehelf! Die Vorteile der im folgenden beschriebenen Steuerung:
Zwei Lichtschrankenpaare auf beiden Seiten des Übergangs identifizieren die Fahrtrichtung des Zuges und veranlassen das Schließen und Öffnen der Schranken. Die Schranken werden vor dem Zugkopf rechtzeitig geschlossen und erst wieder geöffnet, wenn der letzte Wagen (oder die schiebende Lok) den Übergang passiert hat. Die Züge müssen nicht besonders ausgestattet werden. Die Schaltung |
FunktionsbeschreibungAngenommen, es werde zunächst Fototransistor L1 abgedunkelt. Nach Impulsformung mit dem SCHMITT-Trigger S1 und Invertierung des Signals durch NAND-Gatter 1 gelangt der positive Impuls auf das Gatter 4. Ist das Flip-Flop B (gebildet aus den NAND-Gattern 8 und 9) im Ruhezustand, ist auch der andere Eingang des Gatters 4 auf H-Pegel und Flip-Flop A (Gatter 6 und 7) wird mit einer negativen Impulsflanke gesetzt. Das invertierte Signal wird durch den Treiber B1 stromverstärkt und öffnet das Transistorenpaar T1/T2, auf Ausgang "Z" (Schließen) erscheint eine positive Spannung, die so lange erhalten bleibt, bis L1 und L2 wieder beleuchtet werden (dann hat der Zug beide Lichtschranken vor dem Übergang passiert); das Gatter 2 besorgt nun das Zurücksetzen des Flip-Flops A. Beim Passieren der Lichtschranke 3 wird ganz analog Flip-Flop B' gesetzt. Dieses Signal bewirkt nun nicht ein Durchschalten, der für den "Öffnen"-Impuls zuständigen Transistoren T3/T4, sondern erst, wenn L3 wieder beleuchtet wird, gelangt der Impuls durch die Wirkung von Gatter 10 über den Treiber B3 und die Transistoren T3/T4 an den Ausgang "A" (die Schranke öffnet wieder). Werden nun L3 und L4 wieder beleuchtet, wird auch das Flip-Flop B' wieder zurückgesetzt und der ursprüngliche Zustand ist wieder hergestellt. Bei entgegengesetzter Fahrtrichtung wird ganz entsprechend durch Abdunkeln von L4 und L3 zuerst Flip-Flop A' gesetzt (die Schranken schließen). Hat die Zugspitze den Übergang passiert, wird zunächst L2 abgedunkelt (Flip-Flop B wird gesetzt). Wenn der letzte Wagen an L2 vorbei ist, erscheint ein Impuls an "A" und die Schranken öffnen. |
Verwendete Bauteile |
| Halbleiter | SCHMITT-Trigger
S1 - S4 NAND-Gatter 1 - 10 , 1' - 10' BUFFER B1 - B4 T1 , T3 T2 , T4 4 Fototransistoren L1 - L4 Dioden D1 - D4 4 IR-Dioden |
CD 4093 5 x CD 4011 CD 4050 BC 559 C oder andere pnp-Transistoren BC 160 oder andere pnp-Kleinleistungs-Transistoren z.B. SFH 309 Standard Si-Dioden, z.B. 1N4148 z.B. SFH 409 oder SFH 485 |
| Widerstände | P1 - P4 R1 , R2 R3 , R4 Vorwiderstand für IR-Dioden |
Trimmer
50 kOhm 100 kOhm 22 kOhm Wert abhängig von Diodentyp und Versorg.-Spannung (bei 12 - 15 V ca. 330 - 470 Ohm) |
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BauhinweiseFür den kompakten Aufbau der Schaltung wurde eine einseitige Platine mit den Maßen 7 x 10 cm (halbe Europa-Karte) entwickelt. Die Platine kann über den Shop bestellt werden. Die Leiterplatte wird mit einer Polyester-Bestückungsfolie ausgeliefert. Die Platine wird gemäß folgender Skizze mit den Bauteilen bestückt:
Die Versorgungsspannung sollte gut geglättet sein, da die Logik empfindlich gegen Fehlimpulse reagiert. Gut geeignet ist ein eigenes kleines Netzteil mit einem Festspannungs-IC (z.B. µA78S12), das eine stabile Ausgangsspannung von 12 V bei 2 A Laststrom liefert. Wenn der Magnetartikel-Anschluss des Modellbahntrafos (Wechselspannung ca. 16 V) verwendet werden soll, so ist ein Brückengleichrichter B40C1500 zwischenzuschalten und ein Siebelko mit 1000µF/40V am Ausgang des Spannungsreglers einzusetzen. An den Anschlüssen a und z der Platine können Taster angeschlossen werden, über die die Schranken auch manuell zu bedienen sind. Die vier Trimmpotis P1 - P4 dienen zum Einjustieren der Empfindlichkeit der Lichtschranken. Zu den
Lichtschranken: Statt der Fototransistoren
sind prinzipiell auch Fotowiderstände (LDR)
verwendbar, diese jedoch haben zwei Nachteile: Erstens sind sie
größer als die
nur ca. 3 mm großen Fototransistoren. Zweitens sprechen die
LDR auf sichtbares
Licht an, das bedingt die Verwendung von
Glühlämpchen, die man leuchten sieht
und die Wärme entwickeln, beides von Nachteil, wenn man die
Lichtschranken auf
der Anlage "wegtarnen" will. Verwendet man Fototransistoren, kann man
Infrarot-Dioden als "Lichtquellen" verwenden, die ebenfalls sehr klein
sind und weder Wärme noch sichtbares Licht erzeugen.
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© Bernd Raschdorf
