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H/V-Lichtsignale, handgeschaltet

H/V-Lichtsignale, handgeschaltet

Veröffentlicht am 21.11.2022

Um einige Standardsituationen besser erläutern zu können, seien sie zunächst im Handbetrieb erklärt.

Hp korrekt schalten

Bild SignalschalterBild SignalschalterEin zweibegriffiges Hauptsignal von Hand zu schalten, ist überhaupt keine Schwierigkeit: Ein simpler Umschalter reicht aus, um zwischen Hp 0 und Hp 1 zu wechseln. Die Lampen oder LED im Signal werden über die meist farblich passenden Kabel mit den Ausgängen des Schalters verbunden, und der gemeinsame Rückleiter geht gen Plus.

Hp 2 lässt sich ebenfalls einfach schalten, denn hier geht es nur darum, das Gelblicht zum Grünlicht dazu zu schalten. Das lässt sich mit zwei hintereinander geschalteten Schaltern erledigen, der erste wechselt zwischen Hp 0 und Hp 1, der zweite liegt am Hp 1-Ausgang des ersten Schalters und schaltet bei Bedarf das Gelblicht hinzu. Wer Signale lieber mit einem Drehschalter schaltet, benötigt einen doppelten Drei-Phasen-Schalter wie ihn die Abbildung in der Mitte zeigt. Die zweite Schaltebene ist erforderlich, um Hp 2 zu realisieren, ohne mit beiden anderen Phasen ins Gehege zu kommen.

Mit Hilfe einer Diode können wir jedoch auf die zweite Schalt­ebene verzichten. Sie wird so zwischen die Ausgänge Hp 1 und Hp 2 geschaltet, dass die grüne Lampe auch dann angesteuert wird, wenn der Schalter auf Hp 2 steht, aber nicht umgekehrt. Wegen des positiven gemeinsamen Rückleiters müssen Sie bei der Logik von Durchlass- und Sperrrichtung umdenken. Die Diode sperrt also in Gegenrichtung, weil vom Schalter negatives Potential kommt.

Diese »eindimensionale« Beschaltung ist wichtig für das Automatisieren, wenn es darum geht, elektrische Eingangssignale in angesteuerte Lichter umzusetzen. Diese liegen auch nicht »in mehreren Ebenen« vor. Ziel jeder Service-Schaltung ist, Eingangspotentiale so miteinander zu verknüpfen, dass für jedes Signallicht genau ein Anschluss für das zugehörige Lampenanschluss­kabel herauskommt.

Vr korrekt schalten

Bei Vorsignalen wird es komplizierter:

  • Bei Vr 0 leuchten beide gelbe Lampen,
  • bei Vr 1 beide grüne,
  • bei Vr 2 die untere gelbe und die obere grüne.

Die beiden letztgenannten Lampen erhalten also Betriebsspannung aus unterschiedlichen Schaltzuständen. Die Stromkreise der Lampen oder LED müssen deshalb entkoppelt werden.

Ein Vr wird so gut wie nie selbst geschaltet, denn sein Signalbild ist immer abhängig von nachfolgenden Hp. Das bedeutet, die drei Signalbilder des Hp müssen in drei Signalbilder des Vr umgesetzt werden. Einfacher gesagt als getan, denn aus den elektrischen Signalen für drei Lampen müssen vier generiert werden.

Naheliegend ist der Gedanke, zum Entkoppeln Dioden zu verwenden, so wie in dem Beispiel mit dem handgeschalteten Hp 2. Die Abbildungen zeigen eine solche Entkopplung. Die unteren Dioden am Vr verteilen das Signal Vr 2 auf Gelb unten und Grün oben, ohne dass Vr 0 und Vr 1 Auswirkungen auf den gelben Eingang haben. Ebenso verhindern die oberen Dioden, dass bei Vr 2 Gelb oben und Grün unten mitleuchten.

Auch hier muss bei der Interpretation von Sperr- und Durchlassrichtung der Dioden vom Schalter aus umgedacht werden, denn es wird mit Minus geschaltet; Plus ist der gemeinsame Rückleiter.

Nachteil dieser Schaltung ist, dass wir drei Leitungen vom Hp zum Vr benötigen, je eine für jedes Signalbild.

Bild VorsignalschaltungBild Vorsignalschaltung

Soweit die grundsätzlichen Erwägungen des logischen Zusammenwirkens abhängig vom zu zeigenden Signalbild.

Eine Steuerleitung sparen

Eine Eigenheit des Transistors verhilft uns zur Halbierung der Steuerleitung für das Hp.

Der Transistor ist ja Schalter und Verstärker in einem. Ein geringer Steuerstrom lässt einen um mehrere Zehnerpotenzen stärkeren Schaltstrom aufsteuern. Der Steuerstrom kann so gering sein, dass er durch einen anderen Verbraucher fließt, ohne dass dieser reagiert, aber für einen nachgeschalteten Transistor wirkt der Verbraucher wie ein Pull-up- oder Pull-down-Widerstand.

Schaltplan Transistor-UmschalteffektSchaltplan Transistor-Umschalteffekt

Die Abbildung zeigt eine solche Situation: In der linken Zeichnung ist der Schalter geöffnet, deshalb leuchtet die linke Lampe nicht. Aber am Transistor passiert Seltsames: Über die linke Lampe und den Basiswiderstand gelangt positives Potential an die Basis. Der Stromfluss ist zwar zu gering, um die linke Lampe leuchten zu lassen, doch ausreichend, die Emitter-Kollektor-Strecke zum Leiten zu bringen! Damit leuchtet die rechte Lampe. Schließt man den Schalter (rechtes Bild), dann fließt ganz normal Strom durch die linke Lampe und den Schalter. Über den Schalter ist aber auch die Basis des Transistors direkt mit Minus verbunden und negatives Potential an der Basis sperrt die Emitter-Kollektor-Strecke, die rechte Lampe bleibt dunkel.

Schalter und linke Lampe wirken quasi wie ein Spannungsteiler, wobei der Widerstand im Schalter Unendlich oder Null ist. Das durch die Lampe reduzierte positive Potential, das im linken Beispiel zur Basis gelangt, wird bei geschlossenem Schalter vom vollen negativen Potential überlagert. Der einfache EIN-Schalter wird dank der Verstärkung des durch die dunkle linke Lampe fehlfließenden Steuerstroms zum Umschalter.

Schaltplan Transistor-Umschalteffekt mit SignalSchaltplan Transistor-Umschalteffekt mit SignalÜbertragen wir die Situation auf ein zweibegriffiges Hauptsignal: Üblicherweise benötigen wir für »Fahrt« und »Halt« zwei Zuleitungen. Mit Hilfe des Transistors reicht aber eine, indem das Rotlicht über einen NPN-Transistor gesteuert wird, dessen Basis mit der Zuleitung des Grünlichts verbunden ist. So leuchtet das Rotlicht, solange für das Grünlicht kein negatives Eingangspotential vorliegt; erst wenn Grün angesteuert wird, sperrt der Transistor und rot leuchtet.

Diese minimale Schaltung spart einige Meter Kabel pro Hp ein. Die Betriebsspannung besorgen sich Signal und Schaltung aus der allgegenwärtigen Ringleitung.

In den weiteren Abschnitten dieser Seite werden Sie sehen, was mit diesem simplen Trick noch alles möglich ist, um auch komplexere Signalbilder vorbildgerecht und effizient zu erzeugen.

Hp 2 am dreibegriffigen Hauptsignal bekommen wir mit demselben Trick wie bei der Handschaltung hin: Eine Diode verbindet die Eingänge von Grünlicht und Gelblicht derart miteinander, dass bei Hp 2 negatives Potential von Gelb nach Grün übergeben wird, aber nicht umgekehrt von Grün nach Gelb bei Hp 1.

Vr abhängig vom Hp schalten

Da die Anzeige des Vr mit dem Hp korrespondieren muss, ist naheliegend, beide Schaltungen miteinander zu koppeln.

Bild gekoppeltes Vr mit HpBild gekoppeltes Vr mit Hp

Wir benötigen also lediglich Steuerleitungen für Hp1 und Hp2, um das Hp und das zugehörige Vr korrekt anzusteuern.

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