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mein Switcher: die elektrische Ausrüstung

die Steuerung

Die Geschwindigkeitssteuerung übernimmt ein PWM zwei-Quadrant-Regler von 4QD, ein Uni4 (24V/40A). Er erlaubt eine feinfühlige Regelung der Fahrgeschwindigkeit und kann im Gefälle auch bremsen, besitzt aber weder Umsteuerung noch Rekuperation. Er braucht darum für den Fahrt­richtungswechsel einen Umpol­schalter, den Sie aber auf keinen Fall unter Last betätigen dürfen.

Gesamtschaltung
Verdrahtungsschema für den Steuerteil

Wenn Sie ein wirklich disziplinierter Mensch sind, genügt ein kräftiger zweipoliger Kippschalter als Wendeschalter. In diesem Fall brauchen Sie auch diese Ausführungen zur Steuerung nicht zu lesen. Für den anderen Fall stelle ich Ihnen hier einen mitdenkenden Wendeschalter vor: Vier Relais schalten die Fahrtrichtung um, ein fünftes legt die Motoren in der Neutralstellung des Wendeschalters an einen Bremswiderstand. Schaltbild und Verdrahtungsplan können Sie von der Downloadseite im Format A4 herunterladen und ausdrucken.

Meine Steuerung besteht neben dem Akku aus zwei Baugruppen, der Handbox mit Wendeschal­ter, Regler und optional einer Ladekontrolle, und dem eigentlichen Steuerteil mit der Uni4 und den Relais des Wende­schalters. Die beiden Teile sind über ein neunpoliges Kabel miteinander verbunden. Keinesfalls weglassen sollten Sie den Hauptschalter am Pluspol des Akkus, er dient zum Abtrennen des Akkus von der Steuerung, wenn Sie Ihr Fahzeug abstellen, und schaltet in meinem Vorschlag auf einen Ladestecker um.

Die Motorenstrom führenden Leitungen sind dick rot (2.5mm²), die Steuer­leitungen des Wendeschalters dünn blau (0.5mm²) gezeichnet. Das Potentiometer für die Geschwindigkeits­regelung ist durch ein dreipoliges Kabel (rot-blau-grün) direkt mit der Uni4 verbunden.

Die Betriebsspannung ist 24V. Die beiden 12V-Motoren sind in Serie geschaltet und laufen an zwei ebenfalls hinter­einander geschalteten Autoakkus. Wenn Sie es wünschen, regelt die Steuerung die Beschleu­nigung des Fahrzeugs selbsttätig, also unabhängig davon, wie schnell Sie den Regler öffnen. In meinen Augen ist das eine sehr praktische Einrichtung. Die zwei Trimmpotis auf der Platine erlauben eine Einstellung zwischen 0.3 und 7 Sekunden Beschleunigungszeit - ich bin mit 7 Sekunden sehr zufrieden, es könnte sogar noch geruhsamer zugehen. Für weitere Einstellmöglichkeiten verweise ich Sie auf das dem Kontroller beiliegende Instruction Manual.

die Handbox

Als Geschwindigkeitsregler für die Uni4 dient ein einfaches lineares Potentiometer von 10KΩ (45 00 16), das Sie natürlich mit einem möglichst eindrucks­vollen Drehknopf bestücken sollten. Wie Sie im Bild unten sehen, habe ich einen Schieberegler verwendet (44 18 17), weil bei diesem die Stellung besser sichtbar ist. Als Wendeschalter habe ich einen grossen Kippschalter mit drei Stellungen ausgesucht (70 11 65). Die drei Stellungen sind belegt mit den Funktionen: Fahrt vorwärts - Halt/Bremsen - Fahrt rückwärts.

Die beiden Dioden bilden eine einfache ODER-Schaltung, sodass Relais 3 in beiden Stellungen des Wendeschalters anzieht, den Bremswiderstand also abschaltet. R2 (68Ω/1W) lässt das 12V-Relais unter 24V arbeiten.

Die Uni4 besitzt keinen Schutz vor Tiefentladung des Akkus. Damit ich dessen Ladezustand im Auge behalten kann, habe ich schliesslich eine Ladekontrolle eingebaut. Sie arbeitet mit einer LED-Zeile und ist für den Alltag genügend genau. Sie finden eine Bauanleitung dazu auf meiner Webseite oder einen Bausatz (19 71 65) im Handel.

Steuerteil und Handbox sind über ein neunpoliges Computerkabel miteinander verbunden. Solche Kabel wurden für die serielle PC-Schnittstelle gebraucht und liegen in jeder Bastelkiste herum, sie haben einen Stecker auf der einen und eine Buchse auf der anderen Seite. Die passenden Chassisstücke sind: ♀ 74 20 82 und ♂ 74 20 66.

der Steuerteil

Betrachten wir zuerst die Wendeschaltung. Sie besteht aus den vier Relais 1a, 1b, 2a und 2b, die zusammen eine H-Brücke bilden. Sind die Relais 1a und 1b geschlossen, drehen die Motoren in die eine Richtung, sind 2a und 2b geschlossen, drehen sie in die andere Richtung. Der Kippschalter in der Handbox steuert diese vier Relais. Über die beiden Dioden ist bei Fahrt gleichzeitig das Relais 3 angezogen und öffnet den Bypass über den Brems­widerstand R1.

Geht der Wendeschalter in die Mittelstellung, fallen alle Relais ab, die Motoren werden stromlos und Relais 3 schliesst sie über den Bremswiderstand R1 kurz . Der Wendeschalter ist also gleichzeitig eine Art Notschalter: Er schaltet die Motoren aus und bremst sie ab. Dasselbe passiert natürlich auch bei Stromausfall.

Der Wert des Bremswiderstands R1 liegt beim ein- bis dreifachen Wert der Ankerwiderstände, die typisch knapp 1Ω betragen, und muss ausprobiert werden. 2 bis 5Ω sind ein guter Anfangswert. Je kleiner der Widerstand, desto grösser die Bremswirkung. Diesen Widerstand können Sie aus Blumendraht selber herstellen (GARBA 2011/4) oder kaufen (zB 1Ω/50W: 42 15 45).

Aufbau

Für die Handbox habe ich ein EURO-Gehäuse 150x50x80 gewählt (52 05 86), das sich verhältnismässig gut bearbeiten lässt. Ob Sie statt des Schiebereglers einen Drehregler einbauen, ist Ihnen überlassen. Das nebenstehende Bild zeigt den Aufbau des Steuerteils auf einem Brett von etwa 15x24cm, das Sie irgendwo im Fahrzeug verstecken können. Vergessen Sie nicht, beim Prüfen des Aufbaus in die Plusleitung des Akkus zwei hintereinander geschaltete Autolampen (12V/40W) zu legen, sie schützen bei Kurzschluss.

Denken Sie beim Einbau in Ihr Fahrzeug daran: Ihre Lok ist kein Auto! Verbinden Sie darum niemals den Minuspol des Akkus mit den Metall­teilen des Fahrzeugs, sondern schliessen Sie alle Verbraucher zweipolig an. Sie gehen damit vielen Gefahren aus dem Weg.