980080-D Wendezugautomatik

Elektor

12/98

Ein wesentlicher Vorteil der Schaltung
ist der Verzicht auf Trenngleise. Der
Zeitpunkt des Abschaltens und Umpo-
lens der Fahrspannung wird nur durch
die Position von zwei Reedkontakten
im Gleis festgelegt. Deshalb müssen
auf die Unterseite der auf der Pendel-
strecke von Bahnhof A nach Bahnhof
B und zurück verkehrenden Lokomo-
tiven kleine Magnete geklebt werden,
die die Reedkontakte beim Überfahren
schließen und so die Schaltfunktion
auslösen.

I E

C H A L T U N G S F U N K T I O N

Zun Verständnis der Funktionsweise
der Wendezugautomatik lassen wir
den Zug in Gedanken von A nach B
fahren. Der Zug darf nur dann fahren,
wenn keiner der beiden Timer IC2a
und IC2b gesetzt ist. Das ist immer
dann der Fall, wenn der Zug in A oder
B einen Aufenthalt hatte. Der obere
Ausgang (Pin 3 von IC1a) des Flipflops
mit den beiden NANDs IC1a und IC1b
ist dann Low (logisch 0), der untere

Die Funktion der hier

beschriebenen

Schaltung ist unter

Modelleisenbahnern

als Wendezugauto-

matik bekannt. Mit ihr

ist es möglich, einen

Zug zwischen zwei

Bahnhöfen hin und

herfahren zu lassen,

ohne manuell irgend-

welche Steuerungen

vornehmen zu müs-

sen. Gegenüber bis-

her bekannten

Lösungen zeichnet

sich die Schaltung

durch eine Reihe von

Vorteilen aus.

Von Dipl.-Phys. Mathias Metzner

Wendezugautomatik

Von A nach B und zurück

Highlights

4 Die beiden Bahnhöfe können beliebig weit auseinander liegen
4 Die jeweilige Dauer des Aufenthalts in den Bahnhöfen ist getrennt ein-

stellbar

4 Keine Trenngleise erforderlich
4 Keine galvanische Verbindung zwischen Betriebsspannung der Schal-

tung und Fahrspannung

4 Verschleißfreie elektronische Umschaltung der Fahrtrichtung
4 Preiswerte Standard-Bauteile

SPIEL & HOBBY

Ausgang  (Pin4  von
IC1b) ist High (logisch
1). Die Q-Ausgänge der
beiden  Timer  sind
ebenfalls  Low,

die

invertierten Ti m e r-Au s-
gänge (Pin 7 und 9 von
IC2)  hingegen  High.
Die  beiden  Eingänge
des  NANDs IC1c  sind
somit High, der Gatter-
ausgang Low, T1 leitet somit und läßt
die LED im Optokoppler IC4 leuchten.
In  der  Leistungsstufe  hinter  dem
O p t o koppler leiten nun die Tr a n s i s t o-
ren  T4  und  T5  und  legen  die  Fa h r-
spannung auf die Schiene. Die Loko-
motive kann Bahnhof A verlassen und
sich in Richtung Bahnhof B bewegen,
bis der Reedkontakt B beim Pa s s i e r e n
der  Lok  geschlossen  wird.  Das  mit
dem Kontakt verbundene Flipflop mit
IC1a und IC1b ändert nun seinen Au s-
gangszustand,  Pin  3  von  IC1a  wird
High,  Pin  4  von  IC1b  Low.  Dieser
S p rung auf Low (negative Flanke) trig-
gert den Eingang des Timers IC2b, des-
sen Ausgang (Pin 10) geht ohne Ve r z ö-
g e rung auf High, der invertierte Au s-
gang  Pin  9  hingegen  auf  Low.  Der
Ausgang  des  NAND-Gatters  bleibt
daher  noch  so  lange  High,  wie  der
Timer gesetzt ist. Während der Ablauf-
zeit des Timers sind somit die beiden
Darlingtonstufen (T1 und T2) gesperr t ,
ebenso die Leistungsstufe, so daß die
L o komotive so lange im Bahnhof B ste-
hen bleibt.
Sobald aber die vom Timer IC2b fest-
gelegte Haltezeit abgelaufen ist, geht
der Ti m e r-Ausgang Pin 9  wieder auf
High. Somit sind beide Eingänge des
NANDs IC1d High, der Gatterausgang
geht  auf  Low,  T2  leitet  und  läßt  die

LED  im  Optoko p p l e r
IC3 leuchten. In der Lei-
stungsstufe  leiten  nun
die Transistoren T3 und
T6 und legen Fa h r s p a n-
nung mit umgeke h r t e r
Polarität auf  das  Gleis.
Die Lokomotive verläßt
Bahnhof B und bewegt
sich in Richtung Bahn-
hof A. Sobald sie beim

Passieren den Reedkontakt A schließt,
kippt das Flipflop wieder zurück, und
der ganze Ablauf beginnt wieder von
v o rne. Jetzt wird der Timer IC2a getrig-
gert,  der  dann  die  Ve rweildauer  im
Bahnhof  A  festlegt.  Auf  diese  We i s e
fährt  die  Lokomotive  immer  wieder
zwischen Bahnhof A und Bahnhof B
hin und her.
Die beiden Leuchtdioden D1 und D2
zeigen an, welcher der beiden Opto-
koppler gerade angesteuert wird und
in  welche  Richtung  der  Zug  fährt.
Während  der  Haltezeit  in  einem
Bahnhof sind beide LEDs dunke l .
Da bei IC2 die invertierten Tr i g g e r e i n-
gänge Pin 5 und Pin 11 verwendet wer-
den, werden die beiden Timer mit den
negativen Flanken an den Flipflopaus-
gängen (Pin 3 und 4 von IC1) getrig-
gert. Da die Timer nach ihrem Ablauf
wieder zurückkippen, auch wenn die
Triggereingänge noch Low sind, wird
eine mögliche Fehlfunktion verm i e d e n .
Dies ist in zwei Fällen wichtig, nämlich
dann, wenn die Lokomotive wegen
hoher Geschwindigkeit beim Umke h-
ren der Fahrtrichtung noch einmal
schließt oder wenn sie bei geringer
G e s c h w i n d i g keit über dem Reedko n-
takt stehenbleibt und ihn dadurch
geschlossen hält.
Die Fahrspannung für die Loko m o t i v e

wird aus dem üblichen Eisenbahntrafo
auf der Gleichspannungsseite in für die
gewünschte Geschwindigkeit einge-
s t e l l t e r   H ö h e   e n t n o m m e n .   D e r
B r ü c kengleichrichter im Stromkreis der
Fahrspannung stellt sicher, daß die Lei-
stungsstufe (Transistoren T3...T6)
immer mit der richtigen Polarität betrie-
ben wird. Der Elko C7 glättet die Fa h r-
spannung und fängt Störimpulse ab.
Die Betriebsspannung für die Schal-
tung der Wendezugautomatik selbst
wird mit Brücke n g l e i c h r i c h t e r, Elko
und einem dreibeinigen Spannungs-
regler aus der 14-V-We c h s e l s p a n n u n g
gewonnen,  die  der  Eisenbahntrafo
für  Beleuchtungszwecke  zur  Ve rf ü-
gung stellt.

R A K T I S C H E

I N W E I S E

Der Aufbau der Schaltung wird durch
die  in  Bild  2 angegebene  Platine
wesentlich vereinfacht. Wer noch nicht
so  viel  Erf a h rung  im  Bestücken  von
Platinen  hat,  sollte  vor  allem  darauf
achten,  daß  die  “gepolten”  Bauteile
( E l kos,  Dioden,  ICs,  Gleichrichter)
“richtig  herum”  eingelötet  werden.
Unbedingt  kontrollieren  sollte  man
auch, ob alle Drahtbrücken eingelötet
wurden, ohne die es bei der einseitigen
Platine nun mal nicht geht.
Da die Transistoren T3 bis T6 als elek-
tronische  Schalter  betrieben  werden,
braucht man sie im normalen Fa h r b e-
trieb eigentlich nicht zu kühlen. Kritisch
wird es aber bei einem Kurzschluß der
Schienen, wie er beim Entgleisen des
Zugs auftreten kann. Damit die Tr a n s i-
storen  dann  nicht  zu  schnell  durch-
brennen, sollte man besser doch kleine
Kühlkörper vorsehen. Für IC1 (die vier
N A N D-Gatter  IC1a...IC1d)  wurde

220µ

16V

IC2a

RCX

≥

10k

IC1a

IC1c

RCX

≥

IC2b

IC1b

IC1d

220µ

16V

10k

500k

100n

BC516

R10

150k

CNY17

IC3

CNY17

BD243

BD244

IC4

R11

5k6

R12

5k6

2200µ
25V

B40C3300

B40C800

IC5

7810

100n

1000µ
25V

C11

1µ
25V

100n

C10

100n

10V

IC1

10V

100n

IC2

10V

D3...D6 = 1N4003

980080-11

14V

IC1 = 4093

IC2 = 4538

Bild 1. Die Schaltung
der Wendezugautoma-
tik. Die Fahrtrich-
tungsumschaltung
erfolgt elektronisch
mit T3...T6. Die Halte-
zeit im Bahnhof kann
mit P1 und P2 für
jeden Bahnhof
getrennt eingestellt
werden.

wegen der höheren Störimmunität der
4093 angegeben, bei dem die Gatter
Schmitt-Trigger-Eingänge aufweisen.
Wer aber noch einen 4011 (mit norma-

len CMOS-NANDs) in seiner Bastelki-
ste findet, kann auch dieses mit dem
4093 pinkompatible IC verwenden.
Nach dem Einschalten (Anlegen von
Fahr- und Betriebsspannung) sind die
beiden Timer wegen der Triggerung
auf die negativen Flanken zunächst
gesetzt, so daß der Zug nicht sofort,
sondern erst dann abfährt, wenn die
Timer abgelaufen sind. Das kann bei
der ersten Inbetriebnahme eine Weile
dauern.
Wenn die Lokomotive bei der ersten
Inbetriebnahme in die falsche Rich-
tung fährt und beim Überfahren des
Reedkontakts keine Reaktion erfolgt,

muß die Polarität der Fahrspannung
am Gleis (Anschlüsse P und Q) ver-
tauscht werden.
Da die Steuerung der Schaltung nicht
über Trenngleise, sondern ausschließ-
lich über zwei Reedkontakte erfolgt,
können die Magnete auch jeweils
unter die Lokomotive und den letzten
Wagen geklebt werden. Dies hat den
Vorteil, daß die Anzahl der dazwischen
liegenden Wagen - also die Länge des
Zugs - beliebig groß sein kann und der
Abstand vom Zuganfang oder
Zugende zum jeweiligen Ende des
Pendelgleises immer gleich groß bleibt.

980080

Elektor

12/98

Stückliste:

Widerstände:
R1...R4 = 10 k
R5,R8 = 150 k
R6,R7,R9,R10 = 1 k
R11,R12 = 5k6
P1,P2 = 500 k Trimmpoti

Kondensatoren:
C1...C3,C6,C9,C10 = 100 n
C4,C5 = 220

µ/16 V stehend

C7 = 2200

µ/25 V stehend

C8 = 1000

µ/25 V stehend

C11 = 1

µ/25 V stehend

Halbleiter:
B1 = B40C3300
B2 = B40C800
D1,D2 = LED high eff.
D3...D6 = 1N4003
T1,T2 = BC516
T3,T4 = BD243
T5,T6 = BD244
IC1 = 4093 (oder 4011, siehe Text)
IC2 = 4538
IC3,IC4 = CNY17-2
IC5 = 7810

Außerdem:
S1,S2 = Reedrelais
PC1...PC10 = Lötnägel
Platine 980080-1 (siehe Serviceseiten

in der Heftmitte)

(C) ELEKTOR

980080-1

(C) ELEKTOR

980080-1

C10

C11

IC1

IC2

IC3

IC4

IC5

R10

R11

R12

980080-1

14V

Bild 2. Platinenlayout
und Bestückungsplan
der einseitigen Pla-
tine.