Bahnübergang gesteuert durch Lichtschranken
Die nachfolgende Schaltung beschreibt einen Bahnübergang mit blinkenden Leuchtdioden in den Andreaskreuzen, die durch die Züge automatisch ein- und ausgeschaltet werden.
Dies geschieht über 2 Lichtschranken, die rechts und links vom Bahnübergang angebracht werden. Die Anzahl der Gleise zwischen dem Bahnübergang bzw. den Lichtschranken ist unerheblich.
Die Schaltung eignet sich daher besonders für Teppichbodenbahner. Zum einen kann sie ohne Veränderung für ein- oder mehrgleisige Strecken eingesetzt werden.
Zum anderen kann der gesamte Aufbau auf einer kleinen Grundplatte erfolgen, auf der man den Bahnübergang, die Lichtschranken, ein Häuschen zur Aufnahme der Schaltung sowie ein Gleisstück zur Abnahme der Digitalspannung, die unsere Schaltung mit Strom versorgt, anbringt (siehe Kapitel 'Stromversorgung'). Ohne ein sichtbares Kabel kann diese aus einem Stück bestehende Einheit jederzeit an anderer Stelle eingesetzt werden. Sofern die Entfernung der Lichtschranken vom Bahnübergang verlängert werden soll, führt man rechts und links unter dem befestigten Gleisstück jeweils ein 30 cm langes Kabel heraus, das man unter dem anschließenden Gleis versteckt und an dessen Enden die Lichtschranken angebracht sind.
Wir brauchen diesmal allerdings nicht nur eine Blinkschaltung und einen Einschalter für diese. Folgende Faktoren sind zu bedenken:
1. Die Blinkschaltung wird eingeschaltet, sobald die Lichtschranke durch einen dazwischen befindlichen Zug unterbrochen wird. Zumindest zwischen Güterwagen kann es aufgrund der Pufferabstände dazu kommen, dass die Lichtschranke zwischen den Wagen geschlossen wird. Diese kurzen Impulse würden am Blinklicht unkontrollierte Lichtzeichen produzieren, da die Blinkschaltung ständig ein- und ausgeschaltet wird.
2. Wir sollten nicht davon ausgehen, dass alle Züge so lang sind, dass ihre Länge mindestens der Entfernung zwischen den Lichtschranken entspricht. Es sollte auch eine einzelne kleine Lok den Bahnübergang passieren könen, ohne dass das Blinklicht abschaltet, bevor sie die zweite Lichtschranke passiert hat.
Aus den genannten Gründen brauchen wir also eine zusätzliche Verzögerungsschaltung für das Abschalten des Blinklichts. In unserem Schaltplan ist die Verzögerung durch das Potentiometer stufenlos einstellbar. Am Anschlag oben wirkt die Verzögerung fast nicht, am unteren Anschlag ist die Blinkschaltung im Dauerbetrieb. Je nach Entfernung der Lichtschranken voneinander, der Länge sowie der Geschwindigkeit der Züge kann man so individuell die optimale Verzögerungsdauer bestimmen, denn das Nachblinken soll ja auch nicht unnötig lange nach passieren der zweiten Lichtschranke andauern.
Kurze technische Erläuterung: Die IR-Dioden beleuchten die Fototransistoren, wodurch diese leiten, die Basis des ersten Transistors mit positiver Spannung versorgen und dieser durchgeschaltet ist. An seinem Kollektor liegt dadurch keine positive Spannung an, so dass die nachfolgende Schaltung nicht reagiert.
Zum Vermeidung von Fremdlicheinfluß müssen die Fototransistoren übrigens hinten schwarz angemalt und vorne mit einer schwarzen Tülle versehen werden.
Fährt nun ein Zug zwischen eine der IR-Dioden und einen Fototransistor, so leitet einer der Fototransistoren nicht mehr, die Basis des linken Transistors erhält keine positive Spannung mehr und der Transistor sperrt. Nun entsteht am Kollektor bzw. über den 2,2 K-Widerstand und die Diode eine positive Spannung an der nachfolgenden Schaltung, wodurch sich zum einen der Elko auflädt, zum anderen diese positive Spannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers anliegt.
Der OP ist als Komparator geschaltet. Solange die Spannung am positiven Eingang höher ist als die am Potentiometer einstellbare Spannung am negativen Eingang, ist die Ausgangsspannung des OP positiv. Wird sie unterschritten, wird die Ausgangsspannung schlagartig negativ.
Die Ausgangsspannung am OP ist also so lange positiv, wie entweder die Lichtschranke unterbrochen ist und die positive Spannung über den 2,2 K-Widerstand kommt, oder - nach Schließen der Lichtschranke - der Elko noch positive Spannung enthält. Der Elko wird über den 470 K-Widerstand langsam entladen, eine Entladung über den linken Transistor ist wegen der Diode ausgeschlossen.
Zwar ist die Entladezeit des Elkos - vollständige Ladung unterstellt - immer gleich. Der OP erhält aber schon dann eine negative Spannung am Ausgang, wenn die Elko-Spannung unter die am Potentiometer eingestellte Spannung sinkt. Insofern läßt sich durch die Potentiometerstellung die Einschaltdauer für das Blinklicht regeln.
Solange am Ausgang des OP eine positive Spannung anliegt, wird der zweite Transistor durchgeschaltet und verbindet die nachfolgende Blinkschaltung über Kollektor und Emitter mit dem Minuspol der Stromversorgung.
In der Blinkschaltung sind die beiden Transistoren so geschaltet, dass immer nur einer der beiden Transistoren gesperrt und der andere durchgeschaltet ist. Es leuchten also immer nur die beiden Leuchtdioden an einem der Transistoren. Die Schaltungsfunktion (blinken) ergibt sich dadurch, dass sich die beiden Elkos ständig abwechselnd laden und entladen. Die Blinkfrequenz kann durch Änderung der 47 K-Widerstände verändert werden.
Die dargestellte Schaltung der Leuchtdioden ist für den Eigenbau von Andreaskreuzen geeignet. Benutzt man einen fertig gekauften Bahnübergang, sind je 2 Leuchtdioden ggf. parallel statt in Reihe zu schalten. Außerdem sind die Vorwiderstände weg zu lassen, sofern diese bereits im Bahnübergang enthalten sind.
Bitte beachten Sie folgende Schaltungsergänzung:
Ein Leser hatte das Problem, dass die Blinkschaltung ständig im Betrieb war, weil die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers nie gering genug war, um den nachfolgenden Transistor zu sperren. Um dieses Problem von vorne herein auszuschließen, nehmen Sie bitte folgende Schaltungsergänzung vor:
Fügen Sie zwei Siliziumdioden (z.B. 1N4148 oder 1N4001) in Reihe (hintereinander) zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem 22K-Widerstand ein, jeweils mit dem Pluspol in Richtung des OP. Schalten Sie außerdem von der Verbindung der zweiten Diode zum 22K-Widerstand einen 4,7K-Widerstand gegen Minus (der Betriebsspannung).
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