THEMA: Stellpult für Doppelspulen-Weichen mit Endlagenabschaltung

oder wie man mit Kanonen auf Spatzen schießt. Das ist keine Anleitung zum Nachbau, nur ein Denkanstoß. Meine kleine Anlagen wird digital gefahren aber die 24 Minitrix Weichen analog geschaltet. Deren Doppelspulen-Antrieb mit Endlagenabschaltung wird mit den grünen Impulstasten von Minitrix 6596 gesteuert. Da ich diese Tasten als hässlich empfinde und ich nach jedem Sommer vergessen hatte, welche Taste welche Weiche steuert, habe ich mir nun ein 24-Tasten Stellpult (17x14 cm) mit schematischer Darstellung der Weichenanordnung gebaut.

Die Installation besteht aus dem Stellpult, mit 3 gestapelten Leiterplatten in Skelettbauweise, und 4 dezentralen Modulen zum Schalten von jeweils 6 Antrieben. Das Stellpult ist durch ein DSUB-25 Kabel mit einem käuflichen Schraubklemmen-Modul verbunden. Von diesen Schraubklemmen gehen jeweils 6 Signalleitungen zu den 4 Schaltmodulen. Zusätzlich wird alles mit Gleichspannung aus einem variablen Schaltnetzteil mit 16V/4A versorgt.

Die Frontplatte des Stellpultes ist eine schematisch bedruckte Leiterplatte und ist durch 4 mm Abstandshülsen mit der darunter liegenden Tastenplatine und durch M3/14 mm Schraubhülsen mit der Grundplatte verbunden. Zwecks Einsparung, besteht die Grundplatte aus der gleichen Leiterplatte wie die mittige Tastenplatine; sehr schick. Damit das Stellpult unverrückbar steht, ist die Grundplatte mit 100x100x3 mm / 220 g Edelstahl beschwerte. Diese Platte wollte ich zentral durchbohren, um eine weiter Schraubhülse unterzubringen, aber der Edelstahl widerstand allen meinen  Bohrern. Zum Glück ist das Leiterplattenmaterial steif genug, um die Drucktasten bombenfest zu stützen.

Das Stellpult beherbergt neben den 24 Tasten, eine digitale Anzeige der Weichenspannung und eine Test-Elektronik, zum gestaffelten Schalten aller 24 Antriebe innerhalb einer Sekunde. Diese Funktion macht die trägsten Weichenantriebe und auch die, im Weichenkörper verborgenen, Stoppweichen-Schalter nach 15 Minuten wieder fit. Man sieht es deutlich am Lichtspiel der zugeordneten Taste. Die Elektronik ist auf der Unterseite der Tastenplatine angeordnet.

Für jeden Weichenantrieb oder Weichenpaare oder Entkuppler ist eine Taste zuständig, die im Dunkeln schwach erleuchtet ist und bei Stellung Abbiegen der Weiche hell leuchtet. Diese Tasten sind von AliExpress, aber nur weiß, blau und rot leuchten gleichmäßig hell. Jede Taste kann einstellbar, einen 100 ms Impuls zum Weichenantrieb oder Dauerstrom zum Entkuppler schicken. Da die von mir gemessene Umschaltzeit der Weichen nur 7 ms beträgt, sind 100 ms mehr als ausreichend, bilden aber gleichzeitig ein Sicherheitspolster, zusammen mit der Endlagenabschaltung im Antrieb. Die Kontakte der Endlagenabschaltung der Antriebe, werden durch einen Frittstrom von 10 mA sauber gehalten.

Die 4 dezentralen Schaltmodule für jeweils 6 Antriebe, erkennen die aktuelle Stellung der Weichen an Hand der Endlagenabschaltung, so dass nach Strom-an oder nach manueller Weichenbetätigung alles richtig ist. Sind zwei oder mehr Weichenantriebe an einem Kanal angeschlossen, die in verschiedener Richtung stehen, bevorzugt der nächste Schaltvorgang die Stellung Geradeaus und schaltet nur die momentan auf Abbiegen stehenden Weichen. Diese Logik kann durch Vertauschen der Magnetspulen am Schaltkanal verkehrt werden.

Mikrocontroller oder SMD sucht man vergeblich. Es kommen nur DIL-Schaltkreise der CMOS 4000 Reihe, N-MOSFETs und stehende bedrahtete Bauelemente zum Einsatz, wobei der Leistungsteil mehr als Überdimensioniert wurde. 98 Prozent der Bauteile stammen von AliExpress, die Leiterplatten von JLCPCB und der Rest von Reichelt. Viele keramische Kondensatoren und 50 SAY-Dioden aus DDR-Zeiten konnte ich hier endlich unterbringen. Die Kosten belaufen sich auf 155 €, 56 € alleine für die nackten Leiterplatten, zuzüglich 45 € an Lehrgeld für Steckbrett samt Brückendrähten, sowie falsch gewählten Bauteilen.

Das war ein schönes Winterprojekt mit viel Arbeit, insbesondere 4 Wochen stupidem Löten von 2300 Lötstellen. Löten ist nicht meine Passion! Jetzt kommt die Aufgabe des Entfernens der alten Weichenverdrahtung und Installation der Neuen. Wer unbedingt die von freerouting unterstützten KiCad Dateien ansehen will, kann sie hier runter laden http://fstramp.com/stellwerk.zip . Anzumerken ist, freerouting, mit deaktivierten Vias, schafft es oftmals erst nach mehreren Versuchen, vollständig durch zu kommen.

PS: Und nun die Bauchklatscher

Das Stellpult enthält in der Stromversorgung zwei 47µF Kondensatoren, liegend. Leider hatte ich als Footprint stehende Kondensatoren vorgesehen, die von der Höhe aber nicht passen konnten. Zum Glück reichte der Platz, um die liegenden Kondensatoren trotzdem auf der Leiterplatte unter zu bringen.

Die Kunststoffgehäuse für die Schaltmodule habe ich bei Aliexpress gekauft und habe die Maße für die Leiterplatte an Hand der Grundplatte ermittelt. Nachdem alles gelötet war, passte die Oberschale nicht auf die Bauelemente der Leiterplatte, weil der Ausschnitt der Oberschale an der Längsseite schmale ist als es die Grundplatte vorgaukelt. Deshalb war ich gezwungen, die Oberschalen an allen 4 Ecken mit Dremel-Ähnlichem, bei kleiner Drehzahl mit kleiner Sägescheibe aus Blech, um wenige Millimeter zu erweitern. Ging schnell und problemlos.

Auf Anhieb funktionierten alle 24 Schaltkanäle! Zwei der ICs CD4001 erhitzten sich jedoch nach einer Minute auf über 90°C (Thermokamera). Der Grund ist und bleibt rätselhaft. Also musste ich bei TME eine spezielle Knipszange TR-20-TM, zum trennen der Beine vom IC-Gehäuse bestellt. Danach dann Bein für Bein auslöten und ICs ersetzen.

Gruß von Aron

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