<<terug naar de startpagina

laatste wijziging van deze pagina: 30 juni 2003

WISSELENDE FRONTSEINEN

Inleiding
Bij het 2-rail gelijkstroomsysteem is het betrekkelijk eenvoudig om de frontseinen automatisch te laten omschakelen met de rijrichting. We maken daarbij gebruik van het feit dat voor het omkeren van de rijrichting alleen maar de polariteit van de railspanning moet worden omgekeerd. Daardoor zijn vaak maar 2 diodes nodig om het doel te bereiken, en als we LED's als lichtbron gebruiken zijn die diodes niet eens nodig omdat de LED's zelf als diode werken.

Het blijkt in de praktijk dat het doel op vele verschillende manieren bereikt kan worden.
Hierna volgen een aantal van de mogelijke schema's.
In de schema's staan een paar afkortingen die steeds weer terugkeren:
SAR: stroomafname rechterzijde
SAL: stroomafname linkerzijde
V: voorzijde
A: achterzijde
Bij een stoomloc of een dieselloc met neus is het wel duidelijk wat de voorzijde is.
Bij symmetrische loc's zoals e-loc's is het wat minder duidelijk. Maar meestal hebben de cabines een nummer, 1 en 2. Cabine 1 is de voorkant.
In gevallen waar het helemaal onduidelijk is moet je zelf een voorkant aanwijzen en daar consequent aan vasthouden. Daarmee leg je ook vast wat links en rechts is.

Uitleg bij de symbolen:
Een geelgekleurde diode stelt een gele LED voor (frontsein)
Een roodgekleurde diode stelt een rode LED voor (sluitsein)
Een zwart getekende diode is een gewone diode, b.v. type 1N4148 of 1N4004.


Schakeling 1
Het eerste plaatje is een klassiek schema zoals voorkomt in veel fabrieksloc's. Aan elk einde van de loc zit een gloeilampje dat via lichtgeleiders de twee of drie lichten van het frontsein laat oplichten. Als de loc vooruit rijdt is de stroomafname rechts (SAR) de plus, SAL is de min. De lamp V gaat dan branden. De andere lamp (A) is uit omdat daar de diode in sperrichting staat. Als de loc achteruit rijdt is SAL de plus, SAR is de min. Dan brandt A en V is uit. Dit is het principe van alle schakelingen.

In het rechterplaatje is een variant hierop getekend. Tussen beide circuits is een dwarsverbinding gemaakt. Dit maakt elektrisch gezien geen verschil. Maar vaak is de schakeling in een loc of treinstel op een printplaatje gemonteerd en het kan voor de layout van de printplaat wel eens voordelig zijn om het zo te doen.


Schakeling 1a
De werkelijkheid ziet er vaak heel anders uit dan een schema. Het blijkt dat veel niet-elektrotechnici moeite hebben om een schema te vertalen naar een praktische opbouw of andersom. Om hierbij wat te helpen heb ik hieronder een opstelling getekend die in sommige Roco locomotieven voorkomt, met name de 2200. Deze loc is opgebouwd volgens het schema hierboven links.
De opbouw bestaat uit twee identieke printplaatje die voor en achter de motor liggen. De printsporen die hierop met SAR zijn aangeduid zijn verbonden met de wielen aan de rechterzijde van de loc, de stroomafname rechts dus.
Op dezelfde manier zijn de wielen links verbonden met de printsporen SAL (stroomafname links). De overeenkomstige sporen op beide printen zijn met draadjes aan elkaar verbonden.

Op de linker print zit een glazen diode die van SAR loopt naar het klemmetje waar de lamp in zit. Aan de achterkant van de lamp zorgt een kontaktveer voor de verbinding naar SAL.
Op de print rechts zit een identieke schakeling, maar dan gespiegeld. De stroom loopt hier van SAL via de diode en de lamp naar SAR.
Op deze print zit bovendien de aansluiting naar de motor. De motor is via kleine smoorspoeltjes verbonden met SAR en SAL. Tussen de beide motoraansluitingen zit ook nog een condensator, maar die is op de tekening niet te zien. Hij zit onder de print.
De smoorspoeltjes en de condensator dienen voor de radio-ontstoring.


Schakeling 2
Tegenwoordig worden frontseinen vaak met LED's uitgevoerd. Voordeel van LED's is dat er geen aparte diodes nodig zijn omdat de LED's zelf als diode werken. Er moet wel altijd een weerstand in serie met de LED's staan om de stroom te begrenzen. In het voorbeeld hieronder links is een eenvoudige uitvoering getekend. Per kant zijn er twee LED's, die als de twee koplampen dienen. Bij een loc met een 3-lichts-sein staan er uiteraard 3 LED's in serie.

In dit schema kan nog bezuinigd worden op onderdelen. Omdat voor en achter toch nooit tegelijk branden kan de weerstand gemeenschappelijk worden gebruikt. We komen dan tot het schema rechts.


Schakeling 3
De sluitseinen komen erbij. Het volgende plaatje is een schema dat voorkomt in enkele Lima modellen.
Als de trein vooruit rijdt zullen aan de voorzijde de gele LED's branden. De rode LED's voor staan in sperrichting en zijn dus uit.
Aan de achterzijde zullen juist de rode LED's branden en de gele zijn uit.
Als de trein de andere kant op rijdt (achteruit) dan is de situatie net andersom.
Voor de rode LED's is een extra weerstand geplaatst omdat deze anders te fel branden.


Schakeling 4
Een schakeling met de LED's in serie heeft een bezwaar. Over elke LED valt namelijk een spanning van ongeveer 2 volt. Als er drie LED's in serie staan is er dus 6 volt nodig voordat ze licht gaan geven. Bij lage snelheid zijn de lampen dus niet zichtbaar. Een oplossing daarvoor is het parallel zetten van de LED's. Theoretisch kan dat eigenlijk niet omdat de doorlaatspanning van LED's iets kan verschillen, waardoor ze een verschillende lichtsterkte kunnen hebben. Maar in de praktijk blijkt dat reuze mee te vallen als de LED's van hetzelfde type zijn. De LED's beginnen hier al te branden vanaf een spanning van 2 volt.
Ook hier staat voor de rode LED's vaak een extra weerstand omdat ze anders te fel branden.


Schakeling 5
De schakelingen die hiervoor zijn getoond hebben allemaal als nadeel dat de lichtsterkte afhankelijk is van de railspanning en dus van de snelheid. Het hieronder getoonde schema heb ik uit een GŁtzold loc en daarin is het probleem van de veranderlijke lichtsterkte op een enigszins bizarre wijze opgelost.
Als de loc vooruit rijdt is de stroomafname rechts (SAR) positief en de stroom zal dan lopen door D1, door de gloeilamp en zal zich dan verdelen over de gele LED's voor en de rode LED's achter. Bij achteruit rijden loopt de stroom door D2, de gloeilamp en de gele LED's achter en de rode LED's voor.

In beide gevallen loopt de stroom door de gloeilamp. Het is bij deze lamp echter niet om het licht te doen. Hij zit ergens binnenin de loc verstopt en het licht van de gloeilamp is van buiten niet te zien. Daarom heb ik hem in een zwart vierkantje getekend.
De gloeilamp dient hier als temperatuurafhankelijke weerstand. Als de spanning toeneemt zal ook de stroom willen toenemen, en daardoor wordt de gloeilamp warmer en krijgt een hogere weerstand. De gloeilamp dient hier dus als een primitieve stroomstabilisator. Hoewel, primitief, het werkt wel.


Schakeling 6
Een schema dat een echte stroomstabilisatie levert is hieronder afgebeeld. Als de loc vooruit rijdt is SAR positief. De stroom loopt dan via D1, de drie LED's, de transistor T1 en de weerstand van 15 ohm naar SAL.
De transistor T1 krijgt basisstroom via de weerstand van 4k7. Als de spanning over de 15 ohm weerstand groter wordt dan 0,5 volt gaat de transistor T2 geleiden en "steelt" de basisstroom van T1. De stroom door T1 kan dan niet verder toenemen.
Bij een weerstandswaarde van 15 ohm zal de stroom zich stabiliseren op ongeveer 30 mA, dat is 10 mA per LED. Dit kan worden aangepast door de weerstand iets groter of iets kleiner te kiezen. Voor de andere rijrichting is een zelfde schakeling nodig, maar dan op zijn kop geplaatst.

De diodes D1 en D2 dienen om de schakeling te beschermen tegen de verkeerde polariteit. De LED's en de transistors kunnen namelijk niet tegen verkeerd gepoolde spanningen die groter zijn dan 5 volt. In de praktijk blijkt dit overigens erg mee te vallen. De diodes kunnen weggelaten worden zonder dat er schade ontstaat.


Schakeling 7
Een eenvoudige schakeling die is aangetroffen in een Jouef loc is deze:

De motorstroom loopt door een serieschakeling van 3 diodes, afhankelijk van de rijrichting door de ene of de andere keten.
Over de diodes ontstaat dan een spanningsval van ongeveer 2V, genoeg om een LED te laten branden.
Bij de rijrichting vooruit (SAR is positief t.o.v. SAL) branden de gele LEDs voor een de rode LEDs achter. Als de loc achteruit rijdt branden de andere LEDs.
In serie met de rode LEDs staat een kleine weerstand omdat deze LEDs anders te fel branden.


Schakeling 8
In de nieuwe versie van de Roco Blokkendoos motorwagen zit deze schakeling:

Dit is de situatie voor analoog bedrijf.
Deze motorwagen is voorbereid voor het inpluggen van een digitale decoder.
De rode lijnen geven de verbindingen in de dummy stekker aan.
Links op de tekening staat nog een rood lijntje, dit geeft de brugstekker aan waarmee je kunt kiezen tussen stroomafname van de rails of van de bovenleiding.
De motor is via de dummy stekker direct verbonden met de stroomafname.

De diodeschakeling voor de verlichting ziet er op het eerste gezicht tamelijk ingewikkeld uit. Maar dit is zo gemaakt om te zorgen dat bij digitaal bedrijf de diodes niet in de weg zitten.
De rode en blauwe driehoekjes geven de stroomrichtingen aan. Als de motorwagen vooruit rijdt loopt de stroom volgens de rode pijltjes, rijdt de wagen achteruit dan loopt de stroom volgens de blauwe pijltjes.
Lamp V = frontsein voorzijde, A = frontsein achterzijde, Bi = binnenverlichting

Voor digitaal bedrijf wordt de dummy stekker verwijderd, en in plaats daarvan wordt een decoder ingeplugd.
We krijgen dan deze situatie:

De blauwe draad van de decoder komt aan bus 7, dit is de inwendige plus van de decoder.
Bij vooruit rijden wordt de witte draad aan de inwendige min van de decoder geschakeld.
De stromen lopen dan volgens de rode pijltjes.
Bij achteruit rijden wordt de gele draad aan de min geschakeld.
De stromen lopen dan volgens de blauwe pijltjes.


Ken je een bijzondere schakeling voor lichtwisseling die hier nog niet bij staat? Stuur me dan een mailtje. Misschien is die schakeling wel de moeite waard om hier te worden opgenomen.
Voor e-mail adres zie startpagina.


<<terug naar de startpagina