Hobby-Lichtsignal-Experimente

von Manfred G. Fischer, 28. Januar 2007

Aufgabe: die neuen preisgünstigen Hobby-Lichtsignale von Märklin (Gleissperrsignal 74371, Blocksignal 74391) konventionell an alten Stellpulten oder Universalfernschaltern betreiben.

Die neuen Hobby-Lichtsignale sind mit LEDs ausgestattet und weisen nur zwei Zuleitungskabel auf. Die Farbkodierung ist hellblau für den gleisnäheren Lötpunkt und dunkelblau für den außen liegenden Lötpunkt. Die SMD-LEDs erfordern zu ihrem Betrieb die Einspeisung von Gleichstrom. Sie sind auf der kleinen Trägerplatine so verbaut, dass die roten und grünen/weissen LEDs verschieden gepolt mit der Zuleitung verbunden sind. Deshalb kommen diese Signale auch mit zwei Zuleitungen aus, ohne dass ein eigener kleiner Microprozessor zur Lichtwechselsteuerung im Signal benötigt wird. Märklin geht davon aus, dass die Anwender diese neuen Signale nur mit den neuen Stellpulten betreiben. In diesen Stellpulten sind kleine Schiebeschalter eingebaut, die als Polwender und gleichzeitig als Ein-/Ausschalter für den Bahnstrom dienen.

Dieses Funktionsprinzip läßt sich aber mit zwei Dioden an einem konventionellen Universalfernschalter nachstellen und macht so den Weg frei, diese neuen Signale auch in bestehende alte anlagenkonzepte einzubauen:

Die obige Auswahl, den hellblauen Anschluß des Signals mit Masse des Lichttrafos zu verbinden, ist rein willkürlich. Bei Tauschen der Anschlüsse müssen dann entweder die beiden Si-Dioden 1N4007 (1000V, 1A) anders herum gepolt eingebaut werden oder die Tasterbelegung getauscht werden. Es empfiehlt sich einen Vorwiderstand (hier: 680 Ohm) mit einzuplanen, um die Lebensdauer der LEDs zu erhöhen. Es empfiehlt sich, eigene Werte zu ermitteln in Abhängigkeit des verwendeten Stroms.

---

Nächste Aufgabe: Verwendung der neuen Hobby-Gleissperrsignale aus dem Hause Märklin 74371 nutzen, um den Fahrstrombelegungszustand für Drehscheibenzufahrten anzuzeigen.

Drehscheiben haben Zufahrts- und Abstellgleise (grob gesprochen). Modellbahndrehscheiben (wie z.B. die von Roco) schalten den Fahrstrom aller Gleise ab, die nicht mit der Drehbühne in Kontakt stehen. Eine feine Einrichtung, um bei konventionellem analogen Zugbetrieb mehrere Loks tatsächlich stromlos abzustellen. Beim Digitalbetrieb ist dies nicht immer wünschenswert, weil man ja auch die abgestellten Loks evtl. noch beleuchten oder "qualmen" lassen möchte. Trotzdem kann es aus Sicherheitsgründen sinnvoll sein, die letzten Fahrzentimeter der Drehscheibengleise auch im Digitalbetrieb stromlos zu schalten, sobald kein Bühnekontakt mehr vorliegt, um ein versehentliches Fahren in die Drehscheibengrube zu verhindern. Bei unserer Drehscheibe habe ich mich entschlossen, dies für die beiden Zufahrtsgleise auf ganzer Loklänge vorzusehen. Dazu werden die Zufahrtsgleise komplett gegen übrige digital betriebene Anlage isoliert. Bei Bühnenkontakt erhält dann das jeweilige Zufahrtsgleis Fahrstrom über die Drehscheibenbühne. Dies wäre auch eine Möglichkeit, um eine Quasi-Gleisbesetztanzeige zu erhalten (Strom an = es kann gefahren werden). Tatsächlich ist es aber besser, bei Märklin-Mittelleitergleisen eine Gleisbesetztmeldung über die Massetrennung der beiden Außenschienen zu erzielen: eine Außenschiene bekommt bei der Roco-Drehscheibe nämlich auch Massekontakt über die Drehbühne. Die andere Außenschiene kann mit dem Rückmeldekontakt (s-88 Modul) verbunden werden. Man erhält also beides: Gleisbesetztmeldung und Meldung, ob Fahrstrom von der Bühne aus dem Zufahrtsgleis anliegt. Will man letzteres auch visuell darstellen (mit Gleissperrsignalen), braucht man eine Funktion, die "Rot" zeigt, falls kein Strom anliegt und "Weiss", wenn Strom anliegt. Dies läßt sich preisgünstig mit einem gepolten monostabilen Relais erreichen. Dieses läßt Strom durch in Ruhestellung und schaltet um, wenn Strom anliegt, um dann die andere Stromquelle fließen zu lassen. Dann lassen sich auch die preisgünstigen Hobby-Gleissperrsignale von Märklin verwenden (die leider gelbes statt weißem Licht zeigen).

Ein unerwartetes Problem war allerdings der Schaltstrom selbst: im Digitalsystem liegen messbar ca. 7V nur vor (das liegt aber am Messgerät, tatsächlich sind es mehr), man benötigt also Relais, die auch schon bei 5V zuverlässig schalten. Wie schon Eingangs erwähnt, benötigen diese mit LEDs bestücken Signale Gleichstrom, und auch monostablie Relais schalten (nur) mit Gleichstrom. Die Digitalspannung im Falle des Hauses Märklin ist eine modulierte Wechselstromspannung, ungeeignet ein monostabiles gepoltes 5V-Relais umzuschalten (es kommt lediglich zu einem herzsynchronen Flackern).

Ich habe mich daher entschlossen, den Fahrstrom des jeweiligen Drehscheibenzufahrtsgeises in einen "Verstärker und Gleichrichter" einzuspeisen, der seinerseits dann das Relais und die Signal-LEDs mit Strom versorgt. Dazu habe ich für jedes Zufahrtsgleis ein Viesmann Powermodul (vi5215) beschafft (nicht ganz billig), eigentlich ein großer Kondensator mit Gleichrichtdioden. Gepolte monostabile Relais gibt’s bei Conrad (Relais 5V 4xUM, Bestellnummer 502901), ferner wird pro Gleis benötigt: 3 Si-Dioden 1N4007 und ein Widerstand 68 Ohm (niedriger Wert, weil pro Signal zwei LEDs vorhanden sind und die Spannung mit 7V auch nur halb soc hoch wie bei einem normalen Lichtrafo ist). Bei Verwendung von Signalen mit weißen LEDs kann der Widerstand kleiner sein oder möglicherweise ganz entfallen.

Es lassen sich dabei problemlos auch mehrere Signale anschließen, die dann anzeigen, ob das Gleis befahren werden kann. Eigentlich sollte die obige Schaltung nicht funktionieren, das Powermodul ist aber tolerant genug auch die obige Verpolung zu akzeptieren, sobald das Signal auf "Rot" schaltet. Es sei darauf hingewiesen, dass die obige Schaltung nur bei Einspeisung von Wechselstrom aus dem Lichtrafo und Digitalspannung aus dem alten Märklin-Digitalsystem funktioniert.

Rechnet man die Kosten zusammen (Signal und Powermodul je ca. 15,-- EUR, Relais ca. 8,-- EUR), dann kann man natürlich auch über Alternativen nachdenken, wie z.B. eine Schaltung der Signale parallel zur Drehscheibensteuerung selbst (sobald die Drehscheibe sich dreht, gehen alle Signale aller Zufahrtsgleise auf "Halt", dies ist über einen Universalfernschalter realisierbar (bistabiles Relais)).

Nachtrag August 2007: mittlerweile habe ich das Powermodul durch einen Brückgleichrichter ersetzt (Conrad 501883, 2,2 A, Kosten < 1,50 €). Allerdings mußte ich dazu den Plus- und Minus-Pol in dem obigen Schaltschema vertauschen. Effekt ist dann aber der gleiche.