Infrarot-Lichtschranke 1

Nachdem ich im Insider-Forum von Märklin meine Lichtschranke erwähnt habe und daraufhin einige interessierte Resonanz kam, hier nun die (vorläufige) Version zum Nachbau.

Zielsetzung

Die Lichtschranke soll möglichst „oberirdisch“ installiert werden, die Elektronik jedoch unter dem M-Gleisbett verschwinden. Der Grund: im Moment bin ich noch dabei, dem „Teppichbahner“-Dasein loszusagen und eine Anlage aufzubauen, und während der Testphase werde ich sicher auch weiterhin recht oft umbauen und keine festen Gleise und Verkabelung anlegen.

Unter C-Gleisen ist ein weitgehend verdeckter Einbau ebenso problemlos möglich wie bei M-Gleisen. Bei K-Gleisen müssten IR-LED und IR-Transistor von der Elektronik getrennt werden.

Für die sichere Funktion mit s88-Decodern ist ein Relais erforderlich, da diese Decoder sehr empfindlich reagieren. Für die S88-Rückmeldung reicht dabei ein Reed-Relais. Falls mit der Lichtschranke Magnetartikel direkt geschaltet werden sollen, ist ein Reed-Relais nicht mehr ausreichend, da hier die Stromstärke auf Dauer zu groß ist.

Gleichzeitig bietet das Relais die Möglichkeit, die Lichtschranken von einer zusätzlichen Stromquelle versorgen zu lassen, um die Digital-Stromversorgung zu entlasten. Dies habe ich allerdings nicht umgesetzt, da der Stromverbrauch der Schaltung so minimal ist, dass sich der Aufwand meiner Ansicht nach nicht lohnt.

Grundlagen

Zunächst der Schaltplan – man möge mir falsche Symbole und Bezeichnungen verzeihen, ich bin nur „Bedarfs-Elektroniker“. In der Erläuterung stehen in Klammern die Bauteile bzw. Werte, die ich für meine Schaltung eingesetzt habe.

Der linke Teil (1) dient nur der Spannungsversorgung der Schaltung. Wichtig bei der Umsetzung für Märklin Digital ist hier, dass der Gleiskörper fast nur positives Potential führt, der Mittelleiter negatives. Die Diode D muss also am „Gleis“ angeschlossen werden, der Mittelleiter ist der „Rückleiter“ unten.

Im mittleren Teil (2) ist die IR-LED (IRL81A) mit ihrem Vorwiderstand R1 (1 kOhm) untergebracht.

Interessant wird’s im rechten Teil (3). R2 (47 kOhm) und der IR-Transistor IR-T (LPT80) bilden einen Spannungsteiler. Wenn IR-T genug Licht aus der IR-LED bekommt, leitet er und zieht die Basis des Transistors T (BC337-40) über R3 (100 kOhm) auf negatives Potential. T leitet nicht.

Wenn IR-T nicht genug Licht bekommt, weil die Lichtschranke unterbrochen ist, wird die Basis von T über R2 und R3 positiv. T leitet, das Relais (DIP 7212-L 12V) zieht an. Der parallel geschaltete Kondensator (22 µF) wird aufgeladen und hält das Relais fest, damit es im (digitalen) Wechselstrom nicht „flattert“.

Umsetzung

Am linken und rechten Rand erkennt man die IR-LED und den IR-Transistor. Beide habe ich damals nur bei Conrad gefunden, inzwischen gibt es sie jedoch flächendeckend bei den meisten Versendern. Sie gehören zwar nicht zu den billigsten Typen, eignen sich aber von der Bauform her perfekt für „meine“ Lichtschranke. Da ich sie später auch im sichtbaren Bahnhofsbereich einsetzen möchte, müssen die Bauteile möglichst klein sein, um sich leicht verstecken zu lassen.

Die IR-Elemente ragen nur minimal über die Schiene hinaus. Die Genauigkeit der Lichtschranke ist dabei groß genug, um sogar einzelne Achsen erfassen zu können.

Das Reed-Relais DIP 7212-L 12V gibt es bei Reichelt, den Rest habe ich bei Conrad bestellt. Wer sich nicht das Ziel setzt, die Schaltung unter den M-Gleiskörper zu bauen, kann hier u.U. ebenfalls noch etwas Geld sparen und auf andere Relais zurückgreifen, die nicht ganz so flach sind. Auch bei den IR-Elementen lässt sich noch etwas sparen, da die von mir verwendeten Osram-Komponenten relativ teuer sind. Bei anderen optischen Bauteilen müssen aber gegebenenfalls die Widerstände angepasst werden.

Hier meine „Einkaufsliste“ für die Lichtschranke. Die verlinkten Bauteile sind natürlich nur Beispiele – es können auch andere Hersteller verwendet werden.

Für Nachbauwillige hier die Leiterbahn- und Bestückungsseite meiner Platine. Die gesamte Platine ist 50x20mm groß.

Einfach auf das Bild klicken und das Ergebnis 1:1 ausdrucken.

Variablen

Bei der Bestückung ist darauf zu achten, dass alle Werte für die Widerstände sich auf die von mir verwendeten Bauteile beziehen. Andere LED oder Transistoren bedeuten fast zwangsläufig auch andere Widerstände, wobei R1 und R3 normalerweise unkritisch sind. Mit R2 sollte ggf. etwas experimentiert werden. Dabei am besten am Relais messen: Bei Unterbrechung der Lichtschranke muss genug Spannung anliegen, bei nicht unterbrochener Lichtschranke hingegen darf kein „Kriechstrom“ fließen.

Für Testzwecke kann R2 relativ klein gewählt und durch ein Trimmpoti ersetzt werden. Damit kann die Empfindlichkeit der Lichtschranke dann variabel eingestellt werden. Vorsicht: Wenn R2 nur durch das Trimmpoti ersetzt wird, kann man sich schon mal vom IR-Transistor verabschieden.