Weichenverdrahtung für Motorantrieb

Motorantriebe: Varianten
Grundschaltung
- Betrieb mit Gleichspannung
- Betrieb mit Wechselspannung
Rückmeldung mit LED
- bei Motor mit Endabschaltung
- bei Motor ohne Endabschaltung
Motorantrieb kompatibel zu Doppelspulenantrieb
Und die Servo-Antriebe?

Motorantriebe sind eine gute, zuverlässige Alternative zu den Doppelspulen-Weichenantrieben der Modellbahnhersteller.

Das Grundprinzip ist immer gleich: Ein Gleichstrommotor dreht je nach Polarität der Steuerspannung linksrum oder rechtsrum.
• Dreht der Motor "linksrum", steuert er die Weiche in Linkslage.
• Dreht der Motor "rechtsrum", steuert er die Weiche in Rechtslage.

Motorantriebe: Varianten

Mit Endabschaltung
Bei Erreichen der Endlage schaltet der Motor automatisch ab. Die beiden Dioden sorgen dafür, dass nur der jeweils gewünschte Endlagenkonakt ausgewertet wird.
(Beispiele: Fulgurex, Lemaco, Hoffmann, Conrad)

"stall motor"
Bei Erreichen der Endlage bleibt der Motor angeschaltet, dadurch wird die Weichenzunge aktiv angepresst. Diese Motoren haben einen sehr kleinen Strombedarf. Dadurch macht es nichts, dass immer alle Weichenmotoren auf der ganzen Anlage eingeschaltet sind.
(Beispiele: Tortoise, Feather Products)

Ohne Endabschaltung
Bei Erreichen der Endlage muss die Steuerspannung abgeschaltet werden, sonst kann der Motor zerstört werden.
(Beispiele: Kato, Tomix, Rokuhan, LGB)

Grundschaltung

Die Motorantriebe können mit Gleichspannung oder mit Wechsel- spannung betrieben werden. Beiden Betriebsarten ist gemeinsam, dass zum Umstellen der Weiche der Motor umgepolt werden muss.

Betrieb mit Gleichspannung

Zum Umpolen des Motors wird ein 2x um Schalter als Polwendeschalter verdrahtet.

Bei der Variante mit Kippschalter (links im Bild) zeigt die Stellung des Kippschalters die Weichen-Solllage optisch an. Dies ist leider beim Kipptaster (rechts im Bild) nicht möglich, da dieser in die Mittelstellung "aus" zurückspringt.

Hinweis: Bei Motoren ohne Endabschaltung und daher Ansteuerung mit Kipptaster (rechts im Bild) muss der Taster so lange betätigt werden, bis der Weichenmotor die Endlage sicher erreicht hat.

Betrieb mit Wechselspannung

Aus der Wechselspannung werden positive und negative Halbwelle erzeugt. Dies geschieht mit den beiden antiparallelen Dioden ganz oben im Bild.
Hinweis: Diese beiden Dioden sind nur 1x pro Stellpult erforderlich. Die so erzeugte positive und negative Halbwelle kann für alle Weichenschalter gemeinsam verwendet werden.

Die positive bzw. negative Halbwelle wird dann je nach Stellung des Weichenschalters abgegriffen und mit einer einzigen Leitung an den Weichenmotor gegeben. Der andere Anschluss des Motors wird an die gewöhnliche AC-Masse gelegt.

Die Umpolung erfolgt also mit positiver Halbwelle gegen Masse bzw. negativer Halbwelle gegen Masse.

Auch hier zeigt die Variante mit Kippschalter (links im Bild) die Weichen-Solllage optisch an. Dies ist leider beim Kipptaster (rechts im Bild) nicht möglich, da dieser in die Mittelstellung "aus" zurückspringt.

Hinweis: Bei Motoren ohne Endabschaltung und daher Ansteuerung mit Kipptaster (rechts im Bild) muss der Taster so lange betätigt werden, bis der Weichenmotor die Endlage sicher erreicht hat.

Vorteile:
• Nur eine Kabelader pro Weiche
• Nur ein Umschaltkontakt pro Weichenschalter

Rückmeldung mit LED

Die Rückmeldung der echten Istlage eines Motorantriebs ist aufwendig: Man müsste den freien Umschalter des Antriebs, der für die Herzstückpolarisierung vorgesehen ist, mit zusätzlichen Kabeladern ins Stellpult zurückführen und die Herzstückpolarisierung anders lösen.

Wir können aber zumindest die Solllage der Weiche einach mit LED anzeigen:

Rückmeldung bei Motor mit Endabschaltung oder Stall-Motor

• Variante 1 "einfach":

Da der Kippschalter ja dauernd positive oder negative Halbwelle gemäss der Weichen-Solllage ausgibt, können zwei antiparallele LED im Stellpult direkt parallel zum Motorantrieb angeschlossen werden.

Allerdings wird die Weichen-Solllage ja bereits durch die Stellung des Kippschalters angezeigt. Daher stehen hier aus meiner Sicht Mehraufwand und Mehrertrag in einem eher ungünstigen Verhältnis.

Leistungsfähiger ist die Variante mit freiem Umschaltkontakt:

• Variante 2 "mit freiem Umschalter":

Wenn ein Kippschalter verwendet wird, der einen Umschaltkontakt mehr hat als für die Ansteuerung des Weichenmotors benötigt wird, bekommen wir einen freien Umschaltkontakt, der mit der Weichen-Solllage synchron läuft. An diesen freien Umschalter können die LED angeschlossen werden.
Mit den freien Umschaltern kann auf einfache Weise eine Fahrstrassenausleuchtung realisiert werden.

Rückmeldung bei Motor ohne Endabschaltung

Da hier kein Kippschalter verwendet werden kann, haben wir keinen freien Umschaltkontakt, der die Weichen-Solllage anzeigt. Also müssen wir in die Trickkiste greifen: Wir benötigen ein bistabiles Relais pro Weiche. Das Relais K1 wird im Stellpult platziert und parallel zum Weichenmotor angeschlossen. Die beiden Dioden in Serie zu den beiden Spulen von K1 sorgen wiederum für das Erkennen der Richtung.

Da das bistabile Relais  K1 seine Stellung auch nach dem Loslassen des Kipptasters behält, haben wir nun einen freien Umschaltkontakt, der die Solllage der Weiche anzeigt. An diesen freien Umschalter K1 können die LED angeschlossen werden.
Auch hier kann mit den freien Umschaltern auf einfache Weise eine Fahrstrassenausleuchtung realisiert werden.

Als Relais eignen sich normale kleine preiswerte Industrierelais.
Beachte: Die Spule wird bei 16V Halbwellenspannung mit einem Gleichspannungsäquivalent von 6.6V betrieben ((16V / 2) - (2 * 0.7V)). Da die Relaisspulen nur kurzzeitig angeschaltet werden, können problemlos Relais mit einer Nenn-Spulenspannng von 5V verwendet werden.

Motorantrieb kompatibel zu Doppelspulenantrieb

Eine Diodenmatrix kann systembedingt nur Plus an die Weichen ausgeben. Wenn Weichenstrassen mit Motorweichen mittels Diodenmatrix angesteuert werden sollen (z.B. Start-Ziel-Tastenbedienung), dann müssen die Motorweichenantriebe kompatibel sein zu Doppelspulenantrieben. Das machen wir mit einem Zwischenrelais:

Mit Endabschaltung oder Stall-Motor
Als Zwischenrelais K1 wird ein bistabiles Relais verwendet. Dieses verhält sich exakt gleich wie eine Weiche mit Doppelspulenantrieb, denn eine Weiche mit Doppelspulenantrieb ist im Grunde auch nichts anderes als ein bistabiles Relais.

Das Zwischenrelais wird mit Plus angesteuert (im Bild dargestellt mit Tastern). Mit dem Arbeitskontakt wird dann der Weichenmotor angesteuert - genau gleich wie bei der Grundschaltung für Wechselspannung.

Ohne Endabschaltung
Da der Weichenmotor nicht dauernd angeschaltet werden darf, können wir kein bistabiles Relais verwenden. Daher müssen wir zwei monostabile Relais L1 (für links) und R1 (für rechts) verwenden.

Die beiden Zwischenrelais werden mit Plus angesteuert (im Bild dargestellt mit Tastern). Mit den Arbeitskontakten wird dann der Weichenmotor angesteuert - genau gleich wie bei der Grundschaltung für Wechselspannung.

Viel Aufwand? - Ja! Aber dafür erhalten wir die Möglichkeit, die bewährte Diodenmatrix-Technik (Start-Ziel-Tastenbedienung) auch für Weichenmotore zu nutzen.

Vorteile:
• Kompatibel mit Doppelspulenantrieb
• Dadurch wird Fahrstrassensteuerung mittels Diodenmatrix möglich

Und die Servo-Antriebe?

Servo-Antriebe sind toll, aber sie haben einen entscheidenden Nachteil: Sie brauchen ein speziell aufbereitetes Steuersignal. Hierfür ist in der Regel ein Microcontroller bzw. ein Decoder erforderlich. Das Ansteuern mit einem simplen Kippschalter funktioniert nicht. Daher werden die Servo-Antriebe hier nicht näher betrachtet. Wende dich hierfür an die einschlägigen Digitalforen.

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