Stromversorgung, sicher und regelbar

Der kleine Bauhnhofsvorsteher vom noch kleineren Reitzenklein steht vor der Aufgabe die Bahnstromversorgung sicherzustellen. Wie sieht sein Pflichtenheft aus?

• Sicherheit, von der Anlage sollen nur unwahrscheinliche Risiken ausgehen, Regelkonform, keine Kompromisse, alle berührbaren Teile erdfrei, möglichst auch die Computersteuerung, SELV und Schutzklasse III konform zur Spielzeugnorm: DIN EN 61558-2-7
• Zuverlässigkeit, auf längere Sicht: Einschalten, Losfahren
• Wartbarkeit, der letzte Zug könnte erst in 30 oder 40 Jahren abfahren, Komponenten müssen in diesem Zeitraum austauschbar sein
• Galvanische Trennung alle Sekundärkreise
• Regelbare, stabilisierte Fahrspannung zwischen 12 und 15V einstellbar
• Fahrstrom zwischen 3 und 5 A wählbar
• Zubehör: stabilisierte Spannungen zwischen 5 und 16V, 1 bis 2 A
• Dauerhaft auslösende, rückstellbare, gegen Fehlbedienung geschützte Sicherungen
• Vernünftige Verlustleistung

Ja, aus dem ersten Punkt folgt erst mal, wenn man es nicht selber bauen will/kann, dann muss man die sauteuren Modellbautrafos nehmen. Ich habe die nicht nur in blau, es gibt verschiedene Brandings, aber ich bin mir sicher, die kommen alle aus der gleichen Maschine. Prinzipiell sollte dieses Zeichen auf dem Trafo sein.

Ein Computernetzteil (Schutzklasse I) geht in meinem Haushalt nicht, es spielen auch Kinder damit . Und auch billige Schaltnetzteile (Schutzklasse II) kann ich nicht zulassen. Solche Sachen wie: Wenn meine Tochter ihr IPhone an der Ladebuchse hat und ich fasse sie am Kopf an kribbelt es komisch, finde ich nicht wirklich witzig. All diese Geräte funktionieren wunderbar, haben aber keinen passiven Schutz, durch verstärkte Isolierung, der im Fehlerfall das Leben rettet. Sicherheit ist groß, schwer und teuer.

Wie löst Ihr das? Es gibt ja viele Möglichkeiten: z.B. hat das Multimausstartset einen richtigen Trafo, aber die Spannung ist nicht regelbar. Richtige Booster können per Software konfiguriert Strom begrenzen und Spannung regeln. Aber was macht man mit dem Zubehör?

Wer von Euch nutzt Spielzeugtrafos und wie macht Ihr das?

Viele Grüße
Loetkolben

Loetkolben schrieb:

...z.B. hat das Multimausstartset einen richtigen Trafo, aber die Spannung ist nicht regelbar...

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...leider mußte ich erfahren, daß auch Roco-Startsets nun ein Steckernetzteil haben. Also hatten sie mal einen Trafo...

Das sind ja eine Menge Anforderungen.

Wichtig wäre es, den Leistungsbedarf der Anlage zu kennen. Prinzipiell könnte man einen oder mehrere Zubehörtrafos (z.B. den Roco 10725) als Grundlage nehmen. Dann sind schon mal die Sicherheitsanforderungen erfüllt.

Dahinter kann man dann mit Spannungsreglern entsprechende Spannungen ableiten. Mir ist nicht ganz klar, wie Du Dir die Fahrspannung vorstellst. Ich nehme an, Du willst analog fahren. Die Forderung „Regelbare, stabilisierte Fahrspannung“ ist schwer mit der Forderung „Fahrstrom zwischen 3 und 5 A wählbar“ vereinbar. Das müsstest Du etwas näher erklären.

Es geht erst mal um Eure Erfahrungen. Als Baustrom nehme ich eine Multimaus, die dann irgendwann einem GBMBoost oder etwas besserem (noch besser?) weicht. Diese Booster brauchen eine geregelte Gleichspannung als Versorgung.

Jenny_Lo schrieb:

Das sind ja eine Menge Anforderungen.
Wichtig wäre es, den Leistungsbedarf der Anlage zu kennen.

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Reitzenklein Planung hat 4m² je Etagen. Es sind 3 Etagen. Im schlimmsten Fall stehen in den beiden Schattenbahnhöfen je 11 Zuggarnituren. Je nach Bedienmannschaft fahren maximal drei Züge gleichzeitig.
Reitzenklein selbst kann in Krisensituationen auch diese Menge aufnehmen. Dann sieht es aber wie Rushhour aus und Reitzenklein soll einen viel verschlafeneren Charakter haben.

Ich rechne schon aus baulichen Gründen mit drei Boosterbezirken. Da die Schattenbahnhöfe in Schubladen liegen werden, müssen die Booster da mit rein. So habe ich nur zwei Kabel: Versorgungsspannung und Netzwerk in die Schublade.

Einen Hilfsbooster brauche ich evtl für ein Programmiergleis.

Oftmals haben Decoder für Zubehör (Rückmelder, Weichendecoder) Linearregler verbaut. Die will ich nicht brücken, also biete ich denen (Hofnung auf Low-Drop) 7,5V an. Andere Sachen brauchen 16V AC, das lasse ich auf mich zukommen.

Jenny_Lo schrieb:

Prinzipiell könnte man einen oder mehrere Zubehörtrafos (z.B. den Roco 10725) als Grundlage nehmen. Dann sind schon mal die Sicherheitsanforderungen erfüllt.

Dahinter kann man dann mit Spannungsreglern entsprechende Spannungen ableiten. <snip> Ich nehme an, Du willst analog fahren. Die Forderung „Regelbare, stabilisierte Fahrspannung“ ist schwer mit der Forderung „Fahrstrom zwischen 3 und 5 A wählbar“ vereinbar.

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Die Multimaus ist mit 3A glücklich, dann funktioniert die Kurzschlusserkennung. Den GBMBoost kann man zwischen 2,5 und 5A einstellen. Prinzipiell sollte die Versorgung 20% mehr Strom liefern als der Booster bei der Kurzschlusserkennung braucht. Ich möchte aber nicht ungesichert riesige Ströme über die Anlage führen. Das meinte ich.

Viele Grüße
Loetkolben

...ich habe die "veralteten" (überzähligen) Verstärker 10764, zu Booster umgebaut.
Materialpreis, je Umbau: -,56 ct (und ein wenig "Angst").
Als Zentrale fungiert der 10830.
Die Stromversorgung realisiere ich mit baugleichen Trafos 12V/3A Für jeden Booster und die Zentrale, je einen.
Da ist jegliche Überlast, für eine Heimanlage, ein Fremdwort.
Zusatzartikel, wie Rückmelder und Kehrschleifen können separat, mit 16V, versorgt werden.
Da die 10830 getrennte Ausgänge für Betriebs- und Programmiergleis hat, muß nur sie versorgt werden. Eine Extraversorgung zum Programmieren erübrigt sich...

Loetkolben schrieb:

...Als Baustrom nehme ich eine Multimaus...

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erklär mal bitte den Zusammenhang (Schrebfeihler?)

Das Wort "Baustrom" hat mich auch erst irritiert. Damit ist aber wohl gemeint, dass eine Multimaus während der Bauphase als Zentrale benutzt werden soll. Danach kommt das Digitalsystem "GBMBoost" zum Einsatz.

Richtig?

Die Sicherheit der Sicherung

Jenny_Lo schrieb:

Das Wort "Baustrom" hat mich auch erst irritiert. Damit ist aber wohl gemeint, dass eine Multimaus während der Bauphase als Zentrale benutzt werden soll.
Richtig?

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Genauso ist es gemeint, wie beim Hausbau, als Provisorium um mal schnell losfahren zu können.

Zum Test von Stabilisierung und Sicherung:
Ich habe Jenny_Lo's Vorschlag mal aufgebaut:

Versuchsaufbau Bild1

1. Alle Kabel 0,5 mm²
2. Spannungsversorgung ist ein Conrad Trafo, 70VA, 4,35A, 19V Leerlaufspannung, 16V unter Last.
3. Zunächst muss man gleichrichten. Für die Leiterplatte habe ich einen Bausatz von pollin.de geschlachtet. Auch die Schraubklemmen und der Kondensator ist von da. Der Brückengleichrichter aus dem Bausatz kann nur 1,5A. Kinderkram. Zum Glück haben die die Löcher für 10A Brücken schon gebohrt. Ich hatte auch noch eine rumliegen.
4. Zur Stabilisierung nehme ich einen Step-Down Wandler. Bekommt man für unter 10€. Bauartbedingt kann der nicht hochwandeln. Die Spannung bleibt also im ungefährlichen Bereich.
5. Dann kommt eine Geräteschutzsicherung, rückstellbar. Ich habe heute fünf verschiedene ausprobiert.
6. Ein Killswitch ist hier ein Luxusgegenstand.
7. Als Last und Sicherungstest verwende ich in Ermanglung einer elektronischen Last (oh' wie gerne hätte ich eine) 100W Widerstände. Die kann ich mit einem 70W Trafo nicht ruinieren.

Ergebnis:
An 2,5 Ohm Lastwiderstand liefert der Schaltregler schöne eingestellte 14V und 5,25A (Bild 2). Anscheinend sind die Krokodilklemmen im Versuchsaufbau nicht besonders gut.

1. Zuerst eine 4A Sicherung/2,5Ohm Last eingebaut: Die blieb 30min drin, dann hatte ich Angst um meine Tischplatte (unter dem Widerstand).
2. 3A Sicherung/2,5 Ohm Last fliegt nach 30s raus
3. 2A Sicherung/2,5 Ohm Last fliegt nach 5s raus
4. 4A Sicherung/0,47Ohm Last fliegt nach ewigen 11s raus. Lege den Widerstand jetzt auf eine Untertasse. Nehme, weil der Lastabwurfalarm nervt, das Ampermeter aus dem Lastkreis. Spannung bricht auf 7V ein.
5. Voller Mut: 4A Sicherung/Kurzschluss, es dauert ganze 9s bis die Sicherung kommt, aber sie kommt.

Fazit: Man kann das so aufbauen. Die Schaltung erfüllt alle Anforderugen, aber die Sicherung sollte nie für den Betriebsfall geplant sein. Das ist ein Backup für extreme Krisen:
Gequetschte oder verletzte Kabel, Ausfall von Baugruppen, Altersschwäche von Bauelementen, z.B. Elkos.

Nächster Schritt: Alles in einen Schaltschrank packen

Edit: Weitere Messwerte eingefügt

Da Labornetzteile nicht das Spielzeugzulassungszeichen Tragen (Kein unlößbares Angegossenes Anschlußkabel, Lüftungsschlitze) fallen die ja leider für dich aus, auch wenn sie Kurzschlussfest sind und auch in jeder Richtung einstellbar.
Also einen Entsprechenden Spielzeugtrafo suchen, und dann die Schaltung eines Labornetzteils dahinter hängen. Ich habe in den 90ern aus einem TV-Trafo (Cromat, 4x25V/5A und 5V10A) ein Netzteil gebaut wo ich die Schaltung vom Statron3205 Labornetzteil nachgebaut habe. Diese erlaubt stufenlose Strombegrenzung von 0 bis Imax und stufenlose Spannungsregelung von 0 bis Umax.
Material je Versorgungskanal: 2 Wendelpotis, ein Doppel-OPV und als Leistrungstransistor einen LM317 oder höher (gibt es bis 7,5A maximal)
Wenn du die Schaltung hinter einen Zubehöhrtrafo setzen willst, dann kann ich sie dir raus suchen.

ptlbahn schrieb:

Da Labornetzteile nicht das Spielzeugzulassungszeichen Tragen (Kein unlößbares Angegossenes Anschlußkabel, Lüftungsschlitze) fallen die ja leider für dich aus,
<snip>
Material je Versorgungskanal: 2 Wendelpotis, ein Doppel-OPV und als Leistrungstransistor einen LM317 oder höher (gibt es bis 7,5A maximal)
Wenn du die Schaltung hinter einen Zubehöhrtrafo setzen willst, dann kann ich sie dir raus suchen.

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Danke für das Angebot. Ja, das nehme ich auch gerne als Baustrom, ich hatte ehe ich mir den Modellbahntrafo besorgt hatte immer ein Labornetzteil genommen. Für diesen Fall habe ich leider nicht mal im Ansatz eins, dass die 4A auslöst. Auch in der Firma nicht. Ich dachte schon die Sicherungen sind defekt und ich teste grundsätzlich alles, ehe ich es einbaue.

Zweitens, die Dinger sind nicht erdfrei. Die erzeugten Spannungen vielleicht, aber die haben immer einen Schukostecker und ein geerdetes Metallgehäuse ist definitiv nichts für Kinderhände.

Drittens, wenn ich mit 3,5A fahren will, brauche ich 4,3A (besser 5A) für die Kurzschlussüberwachung des Boosters. Solche Geräte sind schwer verfügbar und wahrscheinlich geradezu unbezahlbar.

Fazit: Kein Labornetzteil

Zum LM317: Ja, das hatte ich auch schon überlegt, aber was muss ich denn über dem Ding verheizen? 2 bis 3V beim Fahrstrom, da ist schon die Frage, ob es die für 5A als Low-Drop gibt. Beim Zubehör 11V an 2 bis 3A macht 33W auf einem Quadratzentimeter, da hat je meine Herdplatte weniger. Bedeutet wahrscheinlich große Kühlkörper und viel teure (wegen der teuren Trafos) Energie weg.

Fazit:
Ich bleibe beim gezeigten Schaltregler. Da bekomme ich aus einem Rocotrafo 21V/2,5A: lässig 2x7,5V/2A und nochmal 5V/2A.

Trotzdem vielen Dank.

Loetkolben

Hmm, ich muss gestehen: ich verstehe die Anforderung mit geerdeten Geräten dürfen Kinder nicht spielen nicht so ganz. Die Erdung dient doch genau dazu, dass, wenn im Gerät was kaputt geht, Du garantiert keine gewischt bekommst.

Ich halte es mit meinen Kinder übrigens simpler: Die Trafos sind so eingebaut, dass im Normalfalll beide Pole abgeschaltet sind, und wenn sie in Betrieb sind, bin ich dabei. Zusätzlich wird eine gewisse Vorsicht eingetrichtert - das ist mehr Wert als jedes GS oder sonstwas Gütesiegel.

Luchs.

Luchs schrieb:

Hmm, ich muss gestehen: ich verstehe die Anforderung mit geerdeten Geräten dürfen Kinder nicht spielen nicht so ganz. Die Erdung dient doch genau dazu, dass, wenn im Gerät was kaputt geht, Du garantiert keine gewischt bekommst.
Luchs.

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Hallo Luchs, geerdete Gehäuse sind nur Schutzklasse I und lassen hohe Körperströme zu. Das ist für Kinder gefährlich. Geräte mit geerdeten Gehäusen haben dazu noch bauartbedingt nur einfache Isolierung. Vielleicht hilft das.

Man hat, wenn man hochohmig ist, eine weitere Sicherheitsebene zur doppelten Isolierung (Schutzklasse II), auf die man bei Kinderspielzeug nicht verzichten kann. Außerdem haben die Spielzeugtrafos noch mehr lobenswerte Eigenschaften und stellen eine verschärfte Form von Schutzklasse III dar. Das ist hier auch gar nicht mein Thema: Es gibt genug Threads "Wie gewinne ich aus einem Computerschaltnetzteil meinen Fahrstrom".

Es ist sehr kompliziert immer an alles zu denken. Außerdem fehlt es mir an Fachwissen, um zu sagen "Auf diese Regel kann ich verzichten". Übertrieben ist es aber garantiert nicht.

Viele Grüße

Loetkolben

okay, du willst alle Spannungen aus einem Zubehöhrtrafo gewinnen. dann ist so ein Regler sicher nicht schlecht.
Da die 317er einen integrierten Termischen schutz haben (wenn er zu heiß wird macht er einfach den Längstransistor zu), habe ich da nicht weiter drüber nachgedacht.
eine Einfache Sicherung ist eine Stromüberwachung, und wenn der Strom zu groß wird wird ein Relais zur Abschaltung genutzt.

Loetkolben schrieb:

...
Es ist sehr kompliziert immer an alles zu denken. Außerdem fehlt es mir an Fachwissen, um zu sagen "Auf diese Regel kann ich verzichten". Übertrieben ist es aber garantiert nicht.

Viele Grüße

Loetkolben

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Auch auf die Gefahr hin wieder mal anzuecken:
Du solltest vielleicht mal über eine Stromversorgung aus Akkumulatoren nachdenken.
Dabei aber wiederum die Ah nur sehr sehr niedrig wählen. Nicht daß dann ...
Und vor allem auch Deine Wohnung/Dein Haus vom Netz Deines Energieversorgers trennen lassen.

Vorschlag:
Bau doch an einem Fahrrad an einem der Räder ringsum Dynamos an.
Am besten natürlich am Hinterrad.
Wenn dann die Puste zum strampeln nicht mehr reichen sollte, mußt Du aber darauf achten daß Du dann bloß keine elektrostatische Aufladung (bei Einsatz eines Riementriebes) provozierst.

Loetkolben schrieb:

• Sicherheit, von der Anlage sollen nur unwahrscheinliche Risiken ausgehen, Regelkonform, keine Kompromisse, alle berührbaren Teile erdfrei, möglichst auch die Computersteuerung, SELV und Schutzklasse III konform zur Spielzeugnorm: DIN EN 61558-2-7
• Zuverlässigkeit, auf längere Sicht: Einschalten, Losfahren
• Wartbarkeit, der letzte Zug könnte erst in 30 oder 40 Jahren abfahren, Komponenten müssen in diesem Zeitraum austauschbar sein
• Galvanische Trennung alle Sekundärkreise
• Regelbare, stabilisierte Fahrspannung zwischen 12 und 15V einstellbar
• Fahrstrom zwischen 3 und 5 A wählbar
• Zubehör: stabilisierte Spannungen zwischen 5 und 16V, 1 bis 2 A
• Dauerhaft auslösende, rückstellbare, gegen Fehlbedienung geschützte Sicherungen
• Vernünftige Verlustleistung

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Vor diesem Problem stand ich auch mal; ist jetzt etwa 20 Jahre her.
Gelöst habe ich es wie folgt: 10A Trafo mit mehreren Abgriffen in ein Kunststofflaborgehäuse. Primär Kaltgerätebuchse mit Schalter und Schmelzsicherung. Sekundär zwei Laborbuchsen und eine zweipolige Neutrikbuchse; Absicherung mit 6A Kfz-Automatensicherung. Die Verkabelung im Inneren habe ich so ausgeführt, daß auch im Fehlerfall nichts von der Primärseite mit dem Rest in Berührung kommen kann.
Durch die Überdimensionierung des Trafos stelle ich sicher, daß er mit maximal 60% läuft, also auch nicht überhitzen kann und daß im Kurzschlußfall die Spannung nicht einbricht, so daß die Kurzschlußerkennung der Booster auch sicher funktioniert.
Das Gerät hat jahrelang meine Heimanlage sicher versorgt und funktioniert mittlerweile auch im mobilen Einsatz auf Modultreffen anstandslos.
Regelung, Stabilisierung und Strombegrenzung des Fahrstromes machen die Booster. Das muß das Netzteil nicht können.

Gruß Jens

jf- schrieb:

Vor diesem Problem stand ich auch mal; ist jetzt etwa 20 Jahre her.
Gelöst habe ich es wie folgt: 10A Trafo mit mehreren Abgriffen in ein Kunststofflaborgehäuse.
<snip>
Regelung, Stabilisierung und Strombegrenzung des Fahrstromes machen die Booster. Das muß das Netzteil nicht können.

Gruß Jens

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Ja, genauso mache ich das, wenn mir die Modellbahntrafos ausgehen. Ich habe gerade ein paar aus zerteilten Startsets günstig bekommen.

Bei Reichelt bekommt man einen fertigen Sicherheitstransformator nach EN 61558-2-6 für 34 Euronen. Vergossen und Verkapselt. Auf den Bildern sieht es sogar so aus, als ob man ein zugentlastetes Netzkabel dranbekommt. Ansonsten packe ich die in eine Kunststoffbox. Das wäre dann ein Drittel des Conradpreises ohne Abstriche bei der Sicherheit.

Nur das eben meine beiden in Frage kommenden Booster (Multimaus und GBMboost) eine Stabilisierung verlangen. Aber das Problem löse ich mit Schaltreglern.

Viele Grüße

Loetkolben

Weihnachtszeit, schönste Zeit: Die Stromversorgung ist fast fertig. Die Stromkreise sind einzeln schaltbar, von den Fahrstromkreisen wird die Spannung und die Stromaufnahme angezeigt. Beim Zubehör nur der Strom. 20m Kabel und hundert Aderendhülsen und Kabelschuhe später leuchtet es wie ein Weihnachsbaum. Innenwiderstand 0,2 Ohm, Kurzschlussauslösung kommt. Alles mit Moba-Trafos gebaut.

Ansonsten das ist das Pflichtenheft abgearbeitet. Die Schaltregler leisten ganze Arbeit Mehr Strom, die richtige Spannung. Eine Freude

Viele Grüße
Loetkolben

Ein Schmuckstück, dieser Stromkasten!

Vielen Dank für die Blumen. In der Zwischenzeit habe ich öfter mal die eingebauten Amperemeter zur Fehlersuche gebraucht, die mir am Anfang übertrieben vorkamen, aber die Kosten ja nur 2-3€. Was ich unbedingt noch brauche ist eine ordentliche Beschriftung, den das ist alles so lange her, dass ich schon Sachen verwechsle. Und ich baue noch einen Betriebsstundenzähler ein, damit ich mal sehe wieviel Zeit ich mit schönen Dingen verbringe.

Viele Grüße
Loetkolben