Die Elektrik auf der Modellbahn - hier: Das Relais


Die Elektrik auf der Modellbahn
-- Das Relais --


Inhaltsverzeichnis

- Einführung

- Das monostabile Relais

- Das bistabile Relais

- Beispiele

- Relaismodule


Einführung
Eines der wichtigsten Schaltelemente, wenn wir uns mit Steuerungsaufgaben auf der Modellbahnanlage befassen ist das Relais. Wenn nun einige von euch sagen, ich brauche kein Relais auf meiner Modellbahn, dann vergisst er bestimmt, dass jeder Magnetartikel wie Weiche, Signal oder Entkupplungsgleis ein Relais darstellt.

Damit sind wir schon bei der Aufgabe eines Relais. Ein Relais ist nichts anderes als ein elektrsicher Schalter, der durch einen elekrischen Impuls ausgelöst wird. Dabei ist es unerheblich ob wir mit einem Relais Beleuchtungen oder wie bei einer Weiche eine mechanische Schaltung auslösen. Relais gibt es im Elektronikhandel in einer Vielzahl von Arten. Die wichtigste Unterscheidung bei einem Relais ist aber, ob der durchgeführt Schaltvorgang dauerhaft ist, oder ober er nur vorübergehend sein soll. Deshalb wird auch unterschieden zwischen bistablien Relais und nicht bistabilen Relais.

Ein bistabiles Relais löst einen Schaltvorgang dauerhaft aus. Als Beispiel nehmen wir die Weiche. Bei einem Schaltvorgang wird die Weiche auf gerade gestellt. Durch das bistabile Relais bleibt die Weiche in dieser Stellung bis ein weiterer Stromimpuls das Relais anspricht und auf "Abbiegen" schaltet.

Anders verhält sich ein nicht bistabiles Relais, man nennt es auch monostabile Relais. Die Funktionsweise ist vergleichbar mit der eines Tasters. Die Verbindung bzw. der Schaltvorgang bleibt nur so lange geschlossen/erhalten, wie die Spannung anliegt. Danach geht das Relais wieder in die Ruhelage zurück.

Es gibt aber noch ein weiteres Relais und zwar das "Relais 2xUm" . Bei diesem Relais sind im Relaisgehäuse zwei Umschalter enthalten. Das Umschalten zwischen den Verbindungen ist wegen des dabei entstehenden klackenden Geräusches deutlich hörbar.

Übersicht Relais
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Das monostabile Relais
Wie wir nun bereits wissen, behält ein monostabiles Relais den Schaltvorgang solange dauerhaft aufrecht, bis die Stromzufuhr wieder unterbrochen wird.. Wir werden uns die Funktionsweise anhand des nachfolgenden Bildes vergegenwärtigen. Aus der nachfolgenden Animation ist erkennbar, wie ein monostabiles Relais im einfachsten Fall ein Lämpchen anschaltet. Dazu wurde in der Animation eine einfache Blocksteuerung herangezogen (mit Dreileitergleis). Solange der Zug im Blockabschnitt 2 sich befindet leuchtet das Lämpchen, da eine dauerhafte Stromzufuhr gewährleistet ist. Wenn die letzte Wagenachse den Blockabschnitt 2 wieder verlassen hat, wird die Stromzufuhr zum Relais unterbrochen und der Kontakt im Relais geht wieder in die Ausgangsposition zurück. So kann mit einfachen Mitteln eine optische Blocksteuerung eingerichtet werden. Übrigens ist eine derartige Blocksteuerung interessant bei der Erstellung eines analogen Gleisbildstellwerkes.

Beispiel Blocksteuerung
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Das bistabile Relais
Im Gegensatz zum monostabilen Relais ist das bistabile Relais dann einzusetzen, wenn durch einen Stromimpuls dauerhaft eine entsprechende Umschaltung erfolgt. Es soll also nicht dauerhaft Strom fließen, sondern die Schaltung soll lediglich durch einen Stromimpuls erfolgen. Bistabile Relais gibt es in zwei Ausführungen und zwar als ein- und zweispulige Relais. Das einspulige Relais wird auch als polarisiert bezeichnet.
Als Beispiel für ein zweispuliges Relais nehmen wir einen schienengleichen Bahnübergang bei dem, bevor der Zug die Schrankenanlage durchfährt, die Schranken herabgelassen werden und nach der Durchfahrung sich die Schranken automatisch wieder nach oben bewegen, damit der Straßenverkehr die Schienen kreuzen kann. Das nachfolgende Bild zeigt diesen Fall und wir sehen, dass sich hier ein bistabiles Relais hervorragend eignet. Als Bauteil, das den Schaltimpuls sendet, nehmen wir einen Reedkontakt. Dem nachfolgenden Bild ist zu entnehmen wie der Schaltvorgang funktioniert.

Beispiel Schranke mit bistabilen Relais
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Beispiele für den Einsatz von Relais
Damit wir eine Vorstellung bekommen an welchen Orten der Modellbahn Relais eingesetzt werden können, haben wir einige Beispiele dargestellt.

1. Beispiel:
als erstes Beispiel nehmen wir Abstellgleise, wo automatisch nach der Einfahrt in das Abstellgleis das Relais den Strom abschaltet. Dazu benötigen wir ein bistabiles Relais. Durch einen Impulsschalter kann dann das Relais wieder die Stromzufuhr zum Abstellgleis öffnen und die Lok bzw. Zug kann aus dem Abstellgleis herausfahren. Das nachfolgende Bild stellt die Situation dar. Wir weisen darauf hin, dass hier lediglich eine Prinzipskizze angefertigt wurde und es sich um keinen Schaltplan handelt.

Beispiel 1: Abstellgleis
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Der Ablauf ist folgender. Eine Lok fährt vom Hauptgleis in das Abstellgleis. Beim Überfahren des Reedkontaktes am Abstellgleis (Lok muss einen Magneten auf der Unterseite besitzen) wird dieser ausgelöst. Durch diesen Impulskontakt wird das Relais veranlasst die Stromzufuhr zum Abstellgleis abzustellen. Wenn nun die Lok wieder aus dem Abstellgleis ausfahren will, muss der Impulsgeber gedrückt werden. Dadurch schaltet das Relais die Stromzufuhr wieder ein. Das System arbeitet hier halbautomatisch. Das bedeutet, dass der Abschaltvorgang durch die Lok - beim Einfahrten in das Abstellgleis automatisch ausgelöst wird. Das Ausfahren muss jedoch manuell geschaltet werden. Das System ist für den analogen Modellbahnbetrieb gedacht. Im Digitalsystem wird das anders gelöst.

2 . Beispiel:
Als zweites Beispiel nehmen wir eine analoge Kehrschleife. Sie sind auf analogen Modellbahnen eine kleine elektrische Herausforderung, da durch die Umdrehung der Fahrtrichtung natürlich sich auch die Polung sich ändert. Natürlich gibt es sog. Kehrschleifenmodule im Handel. Aber man kann die Umpolung relativ einfach selbst erstellen, ohne dabei teure Geräte kaufen zu müssen. Im nachfolgenden linken Bild sehen wir uns zuerst einmal die Umpolung der Spannung in der Kehrschleife an (wir betrachten hier das Gleichstrom Zweileitersystem).

Beispiel 1: Kerschleife     Beispiel 1: Kerschleife
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Sehe Dir das rechte obige Bild an. Wie wir alle wissen, kehrt sich die Spannung bei einer Kehrschleifenfahrt um. Deshalb muss die eigentliche Kehrschleife auch eine physikalische Trennung von übrigen Gleissystem aufweisen. Eine Einschränkung: Die Kehrschleife wird nur in einer Richtung befahren. Sollte sie in zwei Richtungen befahren werden, so ist der Schaltungsaufwand höher.

Nun zum Ablauf:
Ein Zug fährt in die Kehrschleife ein. Dabei überfährt er die erste Trennstelle. Die Kehrschleife selbst ist so geschaltet, dass bei der Stellung der Weiche "Geradeaus" in der Schleife (rosa Farbe) die gleiche Polarität vorherrscht wie auf der "braunen" Strecke. Bei der Weiterfahrt des Zuges passiert er auch den Reedkontakt in der Schleife. Beim Überfahren des Reedkontaktes polt das Relais die "braune" Strecke um, sodass der Zug bei Überfahren der zweiten Trennstelle von rosa auf braune Strecke wieder die gleiche Polarität vorherrscht. Ferner wird gleichzeitig die Weiche entsprechend geschaltet. Bei der Rückfahrt des Zuges muss die Weiche wieder auf geradeaus geschaltet werden, damit die Polung in die Einfahrt stimmt. Die Schaltung der Weiche erfolgt ebenfalls synchron über das Relais (sie wurde in der Skizze nicht dargestellt). Nun muss nur noch sichergestellt werden, dass die Weiche nicht falsch gestellt ist, wenn der Zug in die Schleife einfährt. Das bedeutet, dass die Weiche immer auf Geradeaus stehen muss, wenn der Zug in die Schleife einfährt. Wir machen dies dadurch, dass bei + Pol auf der rechten Schiene und - Pol auf der linken Schiene (in Richtung Schleife), die Weiche immer auf Geradeaus geschaltet wird. Dies bedeutet, dass jedesmal mit Umkehrung der Polarität die Weiche synchron mit dem Relais geschaltet wird.

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Relaismodule
Wir haben uns nun das Grundprinzip der Relaisschaltung angesehen. Da es der Handel Bausätzen für Relais bis hin zu fertigen Schaltmodulen anbietet, wurden nachfolgend einige Schaltmodule ausgewählt um hier einen kleinen Überblick zu bekommen.

Busch Elektronik Relais 5740
Als erstes betrachten wir das Elektronik Relais 5740. Das Modul besitzt Anschlüsse für Taster, Lichtschranken, Kontaktgleise und Reedkontakte - also für Impulsschalter. Ferner können auch Dauerstromschalter eingesetzt werden. Es ist also einsetzbar für klassische Relaisschaltungen. Das Modul benötigt eine Betriebsspannung zwischen 10 und 16 V (Wechselstrom). Hier können alle einschlägigen Modellbahntrafos genommen werden, die einen Sekundarausgang in Wechselstrom haben (Lichtausgang).
Die Buchsen mit den Nummern 1 bis 6 können für Lichtschranken verwendet werden.
Die Buchsen mit den Nummern 7 bis 9 können für Taster mit Rückmeldung verwendet werden.
Die Buchsen mit den Nummern 10 bis 11 können für Kontaktgleise, Reedkontakte, Taster oder Dauerkontaktschalter verwendet werden.
Die Buchsen mit den Nummern 12 bis 17 sind die eigentlichen Relaisanschlüsse für Schaltvorgänge.

Alles weitere ist natürlich in der Beschreibung angegeben. Uns kommt es aber darauf an zu sehen, welche Möglichkeiten dieses Modul bietet. Es kann sowohl für den analogen Betrieb, als auch für den digitalen Betrieb eingesetzt werden. Ferner können mehrere Schaltvorgänge auf dieses Modul geschaltet werden. Geschaltet werden kann über diese Modul eigentlich alles was es auf der Modellbahn so zu schalten gibt, wie Warnblinkanlagen, Bahnübergänge, Beleuchtungen, Blockstrecken, Schattenbahnhöfe, Kehrschleifen, Pendelstrecken etc. Dabei ist es unerheblich, ob die Schaltkontakte Impulskontakte oder Dauerkontakte sind.

Relaismodule - Busch 5740
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Busch Steuerbaustein 5745
Das nächste Relaismodul stammt ebenfalls von Busch (keine Angst es kommen noch andere Hersteller). Das Modul besitzt Anschlüsse für Taster, Lichtschranken, Kontaktgleise und Reedkontakte - also für Impulsschalter. Dieses Modul bietet aber bei den Ausgängen entscheidende Vorteile. So gibt es spezielle Ausgänge für Signale und Beleuchtungen und ferner gesonderte Ausgänge für Relaisschaltungen bis 8 Ampere. Das bedeutet, dass auch sehr hohe Ströme geschaltet werden können.

Relaismodule - Busch 5745
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Viessmann Relais
Bei der Firma Viessmann hat man die Module spezielle Schaltvorgänge ausgelegt. Soe gibt es bei Viessmann Schaltmodule für die Pendelzugsteuerung, Lichtsignale, Blocksignale, Zeitrelais, Aufenthaltsschalter etc. Diese Module eignen sich speziell für die angegebenen Aufgaben. So genannte Universalschalter haben wir bei Viessmann nicht gefunden.

Viessmann
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Bausätze und Relaisschalter von verschiedenen Herstellern
Wir haben hier verschiedene Bausätze und Fertigmodule von Relaisschalter zusammen gefasst. Das Angebot ist riesig und im Gegensatz zu den Modellbahnherstellern bzw. Modellbahnzulieferer wie Busch, Viessmann etc. sind die Module wesentlich kostengünstiger, allerdings mit weniger Möglichkeiten. Wer aber nur für bestimmte Aufgagen ein Relaismodul sucht, wird hier durchaus kostengünstig fündig.

Fernschalter
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