Hallo zusammen,
die einfache Lösung für den Schutz unserer Signal- und Weichenantriebe gegen Schäden durch Dauerstrom bei hängendem Taster oder auf dem Impulsgleis stehender Lok heißt PTC-Sicherung (auch bekannt als Polymer-Sicherung oder „selbstrückstellende Sicherung“).
Man kann diese Sicherung als Schutz für die Magnetspulen aller Weichen- oder Formsignalantriebe einfach zentral in die schwarze Zuleitung vom Trafo zur Schaltergruppe legen.
Es geht sogar mit einer einzigen Sicherung für gemischte Schaltergruppen für Weichen und Formsignale, obwohl die Stromaufnahme mit 0,7 A (Weichen) und 0,4 A (Signale) sehr unterschiedlich ist.
Noch besser ist es daher, wenn man die Schaltergruppen trennt, so dass man jede Gruppe mit einer optimalen Sicherungsstärke absichern kann.
Einzusetzen sind dann folgende Typen:
Gemischte Blöcke (Weichen und Signale): R030
Nur Signale: R025
Nur Weichen: R030 oder evtl. sogar R040
Zur Bezeichnungsweise:
Die beiden letzten Ziffern beziehen sich auf den Stromwert, bis zu dem gar nichts passiert R025 steht für 0,25 A; R030 für 0,3 A usw. (wird als Ihold bezeichnet). Erst darüber kommt es nach bestimmter Zeit zur Abschaltung, abhängig von der Stromstärke.
Man kann die Sicherungen z. B. von Fa. Reichelt beziehen. Eine R025 heißt dort PFRA 025, die R030 also PFRA 030 usw.).
Falls bei einem Lieferanten nur ein Stromwert angegeben wird, dann ist dies der Wert von Ihold.
Soweit ist eigentlich schon alles gesagt, um die Teile direkt einsetzen zu können. Die Antriebe sind nun gesichert. Man muss für die technischen Einzelheiten nun nicht zwingend weiterlesen, und kann stattdessen gleich zu den beiden Bildern ganz unten scrollen.
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Ich mache aber auch immer Messungen zu den genaueren technischen Eigenheiten, weil ich Systeme nicht „irgendwie“ einsetzen will, sondern auch die evtl. Nachteile kennen will.
Das Folgende geht also mehr in die Einzelheiten, was viel Text bedeutet. Aber ich hoffe, es interessiert Euch.
Immerhin bedenkt bitte Eines: die ganzen untenstehenden Angaben und Ergebnisse könnt Ihr derzeit nirgends sonst im Internet finden.
-Spannungsverlust:
An einem R025 messe ich im Normalzustand (also nicht durch Überstrom aufgeheizt) einen Widerstand von 1,4 Ohm. Das bedeutet einen Spannungsverlust für das Schalten einer Weiche von ca. 1,0 V und eines Signals von ca. 0,6 V. Bei den stärkeren Typen ist es weniger (0,7 V bei Weichenschaltung mit dem R030). Normalerweise hat man genug Reserve und merkt davon nichts. Es bleibt aber zu beachten.
- Zeit bis zur Abschaltung (mit kalter Sicherung bei Beginn)
am Beispiel R025 gemessen (Nennwert von Ihold also = 0,25 A):
Bei Strom 0,35 A: 50 sec (noch kein Problem für den Antrieb wegen träger Aufheizung)
0,4 A: 25 sec
0,5 A: 12 sec (0,5 A = 2 x Ihold = Itrip. Ich messe an allen mir vorliegenden
Sicherungen weit höhere Zeiten als in den technischen Daten für Ttrip
angegeben, das ist bemerkenswert).
0,6 A: 8 sec
0,7 A: 5 sec (das ist der gemessene Weichenstrom; außer Bogenweiche).
Bei den stärkeren Sicherungs-Typen ergeben sich natürlich deutlich höhere Zeiten, was bei einer Weiche aber kein Problem ist.
-notwendige Erholzeit nach Abschaltung (also nach dem Ende eines Störfalls):
am Beispiel R025 gemessen:
Bis etwa 80 % der ursprünglichen Abschaltzeit wieder erreicht werden können, müssen ca. 30 sec vergangen sein. Die nur kurze erforderliche Impulszeit für eine neue Weichenschaltung ist aber schon nach etwa 2 bis 3 sec wieder möglich.
- mögliches Tastverhältnis:
Gemessen am Typ R025:
Ich nehme den fiktiven Zustand, dass ein Schaltimpuls mit einer Stromstärke von 0,7 A (für eine Weiche) immer ca. 0,5 sec anhalten soll. Diese Impulslänge –weit mehr als für eine Schaltung eigentlich erforderlich- kann nun immer wieder dann neu gegeben werden, wenn mindestens 1,5 sec Erholzeit zwischen den Impulsen liegen. Das max. Tastverhältnis ist also 1:3 bzw. ca. 25 %.
Im durchschnittlichen Anlagenbetrieb reicht das völlig, trotzdem rate ich genau deshalb im Falle von reinen Weichenschaltergruppen für den stärkeren Typ, an dem höhere Tastverhältnisse gefahren werden können. Verzerrungen kann es ja immerhin durch Impulsgleise geben.
- jede Grundlast mit kleiner Stromstärke vermeiden:
Außerhalb der Schaltungen dürfen keine Ströme fließen. Ich hatte an der Anlage zuerst einen ständigen winzigen Strom durch die Sicherung fließen (0,08 A), weil hinter der Sicherung wenige LED`s ständig mitversorgt wurden. Das geht gar nicht, die Sicherung ist dadurch nie ganz kalt, so dass nichts mehr passt. Die obigen max. Tastverhältnisraten wären drastisch verschlechtert.
Aus gleichem Grund darf die Sicherung nicht in das weiße Kabel gelegt werden. Hier könnten ja Signal-Beleuchtungen dranhängen.
- Reststrom im abgeschalteten Zustand (im Störfall):
Die Stromstärke sinkt bei Abschaltung fast schlagartig auf einen Reststrom von nur 0,03 A (Typ R025) oder 0,035 A (Typ R030).
Bleibt die Störung bestehen, gibt es kein Hin- und Herschalten, sondern der Strom bleibt stabil bei diesem völlig unschädlichen Wert stehen. Der kleine Strom hält die Sicherung also auf Abschalttemperatur.
- Blick über den Tellerrand:
Im Stummi-Forum gibt es einen riesigen Thread mit Thema „Meine C-Gleis-Weichen machen mich verrückt“.
Hintergrund dort ist, dass die Endabschaltung der Weichenantriebe diese nach kurzer Zeit so schwergängig macht, dass die Weichen nicht mehr schalten und als allgemeine Empfehlung der Ausbau der Endabschaltung empfohlen wurde.
Zur Verhinderung von dadurch durchgeschmorten Weichenantrieben hat schließlich jemand ebenfalls die PTC-Sicherung empfohlen. Er hat aber das Einlöten einer Sicherung direkt in jeden einzelnen Weichenantrieb angegeben, mit Bild.
Welch ein Aufwand, an einer größeren Anlage mit vielen Weichen so etwas bei eingeschotterten Antrieben zu machen. Ein Unding. Deshalb habe ich die obigen Messungen gemacht, um festzustellen, dass eine oder zwei zentrale Sicherungen für die kompletten Schaltergruppen im Normalfall völlig genügen.
-Spezialfall Bogenweiche:
Die Bogenweiche hat eine außergewöhnlich hohe Stromaufnahme von ca. 1,2 A.
Nun ist auch die PTC-Sicherung keine eierlegende Wollmilchsau. Man kann die Weiche zwar immer noch gut mit dem Typ R030 schalten. Wenn man aber aus irgendwelchen Gründen ein paar Mal kurz hintereinander die Bogenweiche hin und her schalten will (z.B. aus Testzwecken), dann geht das nicht mehr. Hier könnte man daher schon den Typ R040 nehmen, die Abschaltzeit bei dieser hohen Weichen-Stromstärke ist dann in einem Störfall immer noch sehr kurz.
Schalter für Signale (0,4 A) wären dann aber in einer eigenen Schaltergruppe mit niedrigerer Sicherungsstufe vorzusehen.
- Langzeitstabilität der Kennliniendaten (Toleranzen):
In meinen Tests wurden die Sicherungen über lange Zeit unmittelbar vor der Abschaltschwelle betrieben, um das Ihold zu überprüfen (also im Grenztemperaturbereich).
Dies mögen die Sicherungen nicht. An 2 der getesteten Sicherungen kam es dadurch zu deutlichen bleibenden Kennlinienverschiebungen in unterschiedliche Richtungen. Aus einer R020 wurde eine R015 und aus einer R025 mindestens eine R030. Erkennbar war das nicht nur an den veränderten Auslöseschwellen, sondern auch an entsprechend deutlich veränderten ohmschen Widerständen im kalten Zustand. Die Schädigung ist nicht reversibel.
Der kleine Reststrom in einem dauerhaften Abschaltzustand stresst offenbar weit weniger, wozu die Sicherung ja für den Störfall auch gedacht ist.
Wenn man solche Stresstests so wie ich selbst macht, sollte man die Sicherungen dann also nicht mehr in der Anlage verwenden (Wegwerfen !). Eine Überprüfung vorab kann stattdessen ganz einfach mit einer Messung auf einen plausiblen ohmschen Widerstand erfolgen (falls Digitalmultimeter zur Hand schon im Neuzustand aufnehmen).
-Rein theoretischer Grenzfall:
Wie in meinen Tests kann man mit einer entsprechend sehr niedrig eingestellten Spannung die Stromstärke auf knapp unter die Auslöseschwelle bringen. Ein so eingestellter Strom von 0,27 A bei einer R030 würde auf Dauer den Bogenweichenantrieb zerstören, das hatte ich an anderer Stelle ja schon benannt. Das ist aber für die PTC-Sicherung reine Theorie, denn praktisch schalten wir ja mit 14 V und den hohen Strömen, so dass der Antrieb blitzschnell abgeschaltet wird. Selbst unter Einrechnung eines schwachen Trafos und stark erhöhter Spannungsverluste z. B. an den Schaltergruppen wird nichts passieren.
-Wie die Sicherung einbinden ?
Vorgesehen ist die Sicherung zum Einlöten in eine Platine.
Ich habe hier als Vorschlag eine andere Anordnung gewählt. Ich habe das grüne Gehäuse eines alten Trix-Metallschalters genommen und dazu den Schalthebel entfernt (von unten abschrauben).
Die Sicherung lässt sich nun einfach zwischen die Kupferfahnen löten, siehe Bild:
Das Gehäuse ist in dieser Form potentialfrei, so dass die beiden Anschlussklemmen direkt in die schwarze Litze einzubinden sind (man kann natürlich auch einen Pol an das Gehäuse legen, dann wird das Teil wie gewohnt direkt an die vorhandene Schaltergruppe gesteckt und nur 1 Klemme belegt. Damit sähe der ganze Block wie aus einem Guss aus).
Parallel zur Sicherung kann man ein Micro-Lämpchen schalten und in den Schalthebelschlitz stecken. Dadurch hat man auch gleich eine Kontrolllampe für den Störfall.
In meinem Fall ist es eine Rechteck-Leuchtdiode, die allerdings etwas mehr Lötarbeit erfordert (Vorwiderstand + antiparallele Schutzdiode wegen Wechselstrom ist dann notwendig; der Platz im Gehäuse reicht aber). Mir gefällt es so am Besten.
Das Gehäuse verändert die Kennlinie der Sicherung übrigens nicht, das habe ich überprüft.
Untenstehend noch einmal der Vorschlag zur Gesamtanordnung im Bild, mit neuer Farbe des Sicherungsgehäuses (orange). Dabei ist der Störfall mit leuchtender Kontrolle simuliert (mit stehender Lok auf dem Impulsgleis wäre die Reaktion natürlich gleich). Die blaue Brücke von der Sicherung zum Gleis-Mittelleiter wird natürlich nur bei der Verwendung von Impulsgleisen eingesetzt:
Übrigens sollte man bei größeren Schaltergruppen ganz dringend ab ca. dem 4. Schalter eine weitere Einspeisung (der schwarzen Litze) vorsehen, denn die Spannungsverluste zwischen den einzelnen Schaltern über die Steckelemente sind gewaltig hoch. Die Steckelemente kontaktieren nicht so gut wie man es erwartet. Für die Plastikschalter gilt das sicher auch. So wird der kleine Spannungsverlust durch die Sicherung häufig schon mehr als kompensiert.
Viele Grüße
Uwe
