Verpolungswarner gesucht

[Oxytocin]

Moin an alle Transistorschubser,

Ich hätte gerne mal ein Problem - das ist jedenfalls üblicherweise die Folge, wenn ich Elektronikern erkläre, was für ein Problem ich lösen möchte. Völlig klar: Ich bin kein Elektroniker und ich werde es auch nicht mehr in diesem Leben. Löten kann ich trotzdem und was ich an Bausätzen gebaut hab, funktioniert auch bis heute gut.

Für folgenden Fall finde ich keinen geeigneten Bausatz oder es fehlt mir an Begriffen, wonach ich suchen sollte:

Eine analoge Gleichstrom-Modellbahn hat eine Doppeltrennstelle (beide Gleise aufgetrennt). Auf beiden Seiten dieser Trennstelle kann der gleiche Trafo aufgeschaltet sein, aber auch zwei verschiedene. Das liegt daran, dass jeder Gleisabschnitt über einen jeweils eigenen mechanischen Umschalter im Gleisstellpult dem einen oder anderen Trafo zugeordnet werden kann.

Da der zweite Trafo in Fahrtrichtung von rechts nach links aufgedreht sein kann, soll keine Lok von links nach rechts die Trennstelle überfahren können, nur weil der erste Trafo gerade so eingestellt ist. Will man den Zug stoppen, braucht man natürlich noch eine Trennstelle für einen Bremsabschnitt - eh klar.

Mir geht es jetzt aber eher um die Signalisierung, anhand derer ich erkennen kann, wann beide Trafos die richtige Polung an der Trennstelle aufweisen, so dass eine unkritische Überfahrung möglich ist. Dazu habe ich Signale, die mit Glühlampen an 10 V betrieben werden. Sie können in Ruhelage in beiden Fahrtrichtungen immer rot anzeigen, sollen aber auf grün umspringen, wenn die Polung des Fahrstroms beiderseits der Trennstelle passend für die jeweilige Fahrtrichtung ist - und zwar weitgehend unabhängig von der Fahrspannung, die ja auf beiden Trafos noch immer unterschiedlich hoch sein kann.

Das Signal soll aber nicht abhängig von der Fahrspannung unterschiedlich hell leuchten. Also brauche ich schon mal ein Relais, das getriggert von einem Optokoppler eine von den 0-10 V Fahrspannung unabhängige Betriebsspannung erhält. Den Optokoppler schütze ich mit einem 1,5 kOhm Widerstand vor der variablen Fahrspannung und brauche nun vmtl. trotzdem noch einen Transistor, der das Relais anziehen lässt. Ich denke nämlich nicht, dass der Optokoppler schon früh niederohmig genug wird, um die Spulenspannung des Relais freizugeben und für einen zuverlässigen Schaltpunkt zu sorgen. Für einen solchen Kipppunkt kann evtl. noch eine Zenerdiode sorgen.

So, und jetzt hab ich den Salat. weder weiß ich, ob das ein schlauer Ansatz ist, noch kann ich irgendwas davon selbständig berechnen. Ein paar Bauteile hab ich angeschafft, weiß aber nicht, was ich zu welchem Zweck messen oder berechnen sollte. Tutorials und Schaltpläne überfordern mich, weil dort nur in kryptischen Begriffen erklärt wird. Diese Sprache spreche ich nicht.

Ich brauche Werte, die ich überprüfen muss und jemanden, der mir daraufhin sagt, was ich verbauen muss. An Bauteilen mangelt es nicht.

Ich selbst habe keine Möglichkeit, Schaltpläne zu erzeugen. Sicher gibt's dafür ganz tolle Software, aber für meine drei Anwendungsfälle im Jahr lohnt sich die Anschaffung nicht. Das will ich auch gar nicht alles lernen. dafür gibt's ja Profis. Gibt's die?

[Alexander470815]

Die Optokoppler Lösung wird prinzipiell schon funktionieren.
Aber sie spricht eben auch erst ab der Schwellspannung der LED im Optokoppler an.
Diese liegt für gewöhnlich im Bereich 1-1,2V, darunter wird das Ganze also nicht funktionieren.

Will man auch geringere Spannungen sinnvoll detektieren dann muss man aktive Elektronik (z.B. einen Komparator) dazu nehmen, diese braucht natürlich auch eine extra Versorgungsspannung die immer anliegt.

Sicher gibt's dafür ganz tolle Software, aber für meine drei Anwendungsfälle im Jahr lohnt sich die Anschaffung nicht.

KiCad funktioniert und kostet nichts.

[Thunderbolt]

KiCad funktioniert und kostet nichts.

Und um das ganze mal zu Simulieren kann man entweder
den Falstad Online Simulator
https://www.falstad.com/circuit/
oder
LTSpice
https://www.analog.com/en/resources/des ... lator.html
Benutzen

[Oxytocin]

Simulieren find ich ne gute Idee. Danke für den Tipp. Wie tief gehen die Simulationsprogramme auf die Datenblätter der Komponenten ein?
Bringt es also etwas, mit dem Tausch von Komponenten zu experimentieren, die leicht unterschiedliche Eigenschaften haben? Auch die Toleranzen sollten von Programm erkannt werden. Sonst bringt die Simulation keine nennenswerten Vorteile gegenüber dem physischen Probeaufbau. Man braucht nicht lange nachdenken, um sich vorstellen zu können, dass schon Toleranzen von etwa 10 Komponenten hässliche Wechselwirkungen bedingen können. Vor allem, wenn man an Grenzwerte heran will, wie im vorliegenden Fall eine möglichst niedrige Spannung, die bereits zuverlässig erkannt werden soll. Theorie und Praxis können hier ein wenig auseinander fallen.
Ich weiß, wovon ich rede, weil ein Stimmenverzerrer-Bausatz erst nach Austausch von fünf gleichartigen Bauteilen bereit war, seinen Dienst zu versehen. Der Hersteller des Bausatzes riet dazu, weil man bei Billigbauteilen nicht drinsteckt, inwieweit Toleranzen überlappen. Das hat mich angesichts der damaligen Raumfahrtprogramme ziemlich erschüttert.

[Alexander470815]

Wenn eine Schaltung schon innerhalb der Toleranzen der Bauteile versagt ist es kein gutes Design.

Deswegen würde ich zur Komparator Lösung raten, diese funktioniert auch mit Bauteilen größerer Toleranz.

[Norbi]

Nen Komparator (zB. LM 393 für 0,24 €) für jeden Gleisabschnitt und dann ein XOR Gatter (zB. SMD 4070 für 0,22€) am Übergang hört sich für mich auch recht vernünftig an. Sollte doch für unter nen Euro Bauteilkosten gehen + nem Steckernetzteil aus der Schublade.

Sind die Gleise potentialfrei?

Na egal hatte grad nix zu tun, vielleicht klappts so, ohne Gewähr.

[Thunderbolt]

Simulieren find ich ne gute Idee. Danke für den Tipp. Wie tief gehen die Simulationsprogramme auf die Datenblätter der Komponenten ein?
Bringt es also etwas, mit dem Tausch von Komponenten zu experimentieren, die leicht unterschiedliche Eigenschaften haben? Auch die Toleranzen sollten von Programm erkannt werden. Sonst bringt die Simulation keine nennenswerten Vorteile gegenüber dem physischen Probeaufbau. Man braucht nicht lange nachdenken, um sich vorstellen zu können, dass schon Toleranzen von etwa 10 Komponenten hässliche Wechselwirkungen bedingen können. Vor allem, wenn man an Grenzwerte heran will, wie im vorliegenden Fall eine möglichst niedrige Spannung, die bereits zuverlässig erkannt werden soll. Theorie und Praxis können hier ein wenig auseinander fallen.
Ich weiß, wovon ich rede, weil ein Stimmenverzerrer-Bausatz erst nach Austausch von fünf gleichartigen Bauteilen bereit war, seinen Dienst zu versehen. Der Hersteller des Bausatzes riet dazu, weil man bei Billigbauteilen nicht drinsteckt, inwieweit Toleranzen überlappen. Das hat mich angesichts der damaligen Raumfahrtprogramme ziemlich erschüttert.

Wenn du das zeug bis ins kleinste detail modellieren willst wäre LTSpice vermutlich das mittel der wahl
das kann auch Parameter-Sweeps, d.h. du kannst die simulation mit verschiedenen werten durchrechnen lassen. Und Monte-Carlo Analyse (statistische Toleranzbetrachtung, https://www.analog.com/en/resources/tec ... lysis.html)