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Wechselstrom Spannungswandler

S

shmuel

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Guten Tag

Ich möchte für mein Schulprojekt einen Wagen mit einem Bluetooth Lautsprecher ausstatten und die Stromversorgung über einen Schleifer leiten lassen. Da die meisten Bluetoothbauteile mit USB versorgt werden muss ich einen einen Gleichrichter einbauen. Da dies mein erstes gebasteltes Projekt im Bereich der Elektronik der Modelleisenbahn ist wollte ich wissen mit was für einer Stromspannung der Schleifer gespiessen wird und welcher Wandler der geeignete ist?

Ich fahre auf Märklin H0 C-Gleisen und Digital.

Für zahlreiche Tipps bin ich sehr dankbar.
 
S

Siki

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Unter AC Digital hast du eine Spannung von ca. 20V. Ich würde bei den Bauteilen eine Festigkeit von 35V anpeilen...
 
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Heizer
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Hallo und guten Abend shmuel


Erst einmal herzlich willkommen auf dem Modellbahnforum!


Ich finde das sehr interessant, was Du da machen möchtest.

Was Du da brauchst ist eine Konstantspannungsquelle. Dies kannst Du, da Du Märklin Digital fährst, mit relativ einfachen Mittel selber herstellen.

Ich habe derzeit auch so ein Projekt auf meiner Pendenzenliste. Nur geht es nicht um eine 5 Volt Konstantspannungsquelle, sondern um eine für 12 Volt. Eine die nicht in ein Fahrzeug eingebaut würde, sondern in einem Modelleisenbahn-Modul zur Speisung einiger wenigen kleinen 12 Volt Glühbirnen und sonstigem Zubehör, ohne gleich eine separate Speiseleitung zu verlegen.

Um Dir in der Sache weiterzuhelfen, um vielleicht eine solche Konstannspannungquelle zusammen selber zu bauen, brauche ich hier ein bisschen mehr Informationen:


Was hast Du so für elektronischen Kenntnissen? Kennst Du Dich aus im Löten von elektronischen Bauelementen? Hast Du Beispielsweise selber oder unter Mithilfe schon eine Lokomotive digitalisiert?

In welche Klasse gehst Du denn so, in die Sekundarschule oder gar ins Gymnasium?

Vielleicht finden wir ja irgendetwas Geeignetes ab Stange zu kaufen, da stellt sich die Frage wie viel Kohle dies kosten darf.



Noch einen schönen Abend und einen guten Start in die neue Woche

Christoph
 
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teddych

teddych

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Hallo und herzlich willkommen!

Ich würde dir empfehlen auf einen Schaltregler zurückzugreifen. In deinem Fall konkret auf einen R-78C5.0-1.0

Darum herum brauchst du noch zwei Kondensatoren und einen Brückengleichrichter.
Ein Auszug aus dem Datenblatt des R-78C5.0-1.0

schaltregler.png

Die Kondensatoren würde ich mit 1uF und einer Spannungsfestigkeit von 35V oder mehr auslegen. Der Brückengleichrichter sollte 1A vertragen.

Speisen kannst du das mit allen auf der Modellbahn üblichen Digitalspannungen. Diese sind je nach Zentrale in der Grössenordnung zwischen 10 und 24V Rechteckspannung.

Damit solltest du dein Vorhaben realisieren können.

Aufpassen musst du mit der Temperatur. Der Gleichrichter und der Schaltregler können je nach Verbraucher (also dein Lautsprecher) heiss werden.

Viel Erfolg!

Gruss
Teddy
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Übernamen und Spitznamen von Schweizer Loks und Triebwagen
 
Nr. 13465

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Heizer
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Teddy warum so eilig?

Warten wir doch erst die Antwort auf meine Fragen ab.

Wir müssen doch erst wissen was shmuel für technische Grundlagen hat und wie viel Kleingeld er zur Verfügung hat.

Dieses Wissen ist vielleicht auch von Interesse von Dritten, die nicht so eine Ahnung haben von Elektronik und sich um das Thema interessieren.

Es gibt meines Erachtens heute modernere Lösung als die 78er-Regler. Aber vielleicht genügt ja schon eine Lösung auf der Grundlage einer Zehnerdiode.

Wenn wir mit unserem Natel oder eben Handy (ich meine jetzt nicht das Abwaschmittel von der Migros) so unterwegs sind, haben wir für die verschiedenen Netzspannungen auch nicht verschiedene Netzgeräte mehr, sondern eines. Die funktionieren rasch einmal zwischen etwas weniger als 100 Volt Wechselspannung und etwas mehr als 240 Volt Wechselspannung.

Sinngemässe Produkte gibt es Beispielsweise bei Conrad Electronic auch unter dem Begriff DC-DC Wandler oder für die jungen von Heute DC-DC Converter für unsere Anwendung. Diese haben einen Gleichspannungs-Eingang mit einer bestimmten Minimalspannung in Volt und einer bestimmten Maximalspannung in Volt. Die Ausgangsspannung ist dann eine bestimmte Gleichspannung. Im Falle von shmuel müsste diese dann 5 Volt Gleichspannung oder in meinem Falle 12 Volt Gleichspannung sein.

Wie wir dann von Märklin Digital Rechtecksignal (nicht vom Märklin Wechselstrom Ausgang mit dem Überspannungsimpuls, ist hier nicht Gegenstand der Fragestellung, bei mir übrigens auch) auf effiziente Art eine Gleichspannung erhalten, ist dann wieder eine andere Frage. Ist aber auf shmuel Bezogen auch einer Frage der angehängten Last, denn wir wollen ja nicht gleich bei jedem noch so kleinen Spannungsunterbruch einen lästigen Soundausfall der auch noch lästige Synchronisationsprobleme mit der Bluetooth Verbindung zur Folge haben kann.

Christoph


@Teddy, schaue Dir einmal die beiden DC-DC Converter Conrad Artikel 156673 - UP für 5 Volt und Conrad Artikel 156677 - 62 für 12 Volt an. Zumindest für meine Anwendung eine gute Lösung. Für shmuel, bei einem Einbau in ein Spur H0 Wagen mit einer Grösse von etwa 12 x 11 x 8 mm ohne Beine sicherlich etwas das in Frage kommen könnte. Von der Leistung her könnte dies bei shmuel mit einem Stromausgang von 1 Ampere je nach Anwendung knapp werden, aber der Ausgang schient immerhin effizient gegen Überlast geschützt.
 
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teddych

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Hoi Christoph

Teddy warum so eilig? Warten wir doch erst die Antwort auf meine Fragen ab.
Ich habs nicht eilig, wir können schon warten. Andererseits hat er eine Frage gestellt und ich habe eine mögliche Lösung geschrieben. Ist daran etwas falsch? Vielleicht ist es nicht die beste Lösung, es ist zumindest nicht die Einzige.

Es gibt meines Erachtens heute modernere Lösung als die 78er-Regler
Da bin ich absolut einig mit dir. Deshalb habe ich auch nicht einen 7805 Linearregler vorgeschlagen, sondern einen modernen Ersatz in der Form eines DC-DC Wandlers (ich habe es Schaltregler genannt). Dummerweise hat mein Ersatz auch ein 78 im Namen, hat aber mit den alten Linearreglern gerade ein Mal die geregelte Ausgangsspannung gemeinsam.

Aber vielleicht genügt ja schon eine Lösung auf der Grundlage einer Zehnerdiode.
Möglich. Wenn ich aber Lautsprecher und Bluetooth höre, dann tönt das für mich nach zu viel Leistungsaufnahme. Ich würde davon absehen es damit zu versuchen.

@Teddy, schaue Dir einmal die ... DC-DC Converter Conrad Artikel 156673 - UP für 5 Volt ... an.
Hab ich gemacht. Das Teil kann ziemlich genau das was mein Vorschlag auch kann. Conrad hat mein Teil übrigens auch im Angebot: RECOM R-78C5.0-1.0 DC/DC-Wandler, Print 5 V/DC 1 A

Wir können uns jetzt über Wirkungsgrad, Kurzschlusssicherung, Kosten und vieles mehr unterhalten, ich glaube aber, das hilft unserem namenlosen Neuling nicht wirklich weiter. Für ihn passen beide Bauteile.

Gruss
Teddy
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Nachtzug Malmö-Berlin
 
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Heizer
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Teddy,

danke für Deine zusätzlichen Information.

Ich warte jetzt einmal ab bis sich shmuel wieder meldet.

Noch einen schönen Tag wünscht

Christoph
 
S

shmuel

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Danke erst mal für die rege Beteiligung und die grosse Hilfsbereitschaft.

Zu den Fragen von Christoph:
Eine Lok habe ich noch nie digitalisiert, auch lötete bisher nur Kabeln die abgefallen waren und ich sie einfach wieder zusammenlöten musste ohne genau die Funktionsweise zu hinterfragen. Ich bin also ein, wenn man das so sagen kann, ein Laie.
 
S

shmuel

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und ich gehe in die Steinerschule.
Wegen den Kosten machte ich mir auch schon Gedanken. Da ich Schüler bin sollte es natürlich nicht zu teuer sein. Ich möchte jedoch auch das die Qualität nicht darunter leidet, wo es mir das Geld schon wert ist.
Da ich auch in der Zeit begrenzt bin würde ich evtl auch auf fertige Umwandler zurückgreifen.
Das Problem mit dem Spannungsunterbruch wurde mir nun auch bewusster. Wie sieht es dort mit kleinen Power Packs aus?

Einen schönen Tag wünscht
Samuel
 
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Heizer
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Samuel danke für Deine Rückmeldung!

Ich denke uns könnten jetzt zwei Informationen wichtig sein:

- Was für ein Wagen hast zu zur Verfügung für Dein Lautsprecher?

- Bei Deinem Lautsprecher, handelt es sich um einen kleinen Bluetooth-Lautsprecher? Um was für einen Lautsprecher handelt es sich genau? Was genau hat der für Anschlüsse? Ein USB-Stecker?

Versuche Deinen Wagen und Dein Lautsprecher zu Fotografieren und mit einem kleine Beschrieb hier ins Forum zu stellen.

Mit dem Beschrieb wird es sicherlich klappen. Mit dem Foto vielleicht nicht. Verlier nicht zu viel Zeit damit. Wir werden schon eine Lösung finden.

Halt zwischenzeitlich auch die Augen und Ohren offen, wer bei Dir in der Gegend Dir das Löten beibringen könnte, woher Du einen Lötkolben kriegen könntest, wenn Du nicht schon einen zur Verfügung hast. Ich schliesse nicht aus, dass Dir dies jemand aus dem Umfeld der Schule vermitteln könnte.

Ich versuche zwischenzeitlich ein einfach verständliches Schema zu erstellen, wie denn eine entsprechende Schaltung aussehen könnte. Diese werde ich dann ins Netz stellen, damit dieses allenfalls auch andern kommentieren können.

Noch einen schönen Abend wünscht

Christoph
 
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Heizer
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Hallo zusammen

Beiliegend das versprochene Schema zum Diskutieren. Vielleicht finden wir ja noch eine bessere Lösung, vielleicht auch nicht. Das Schema ist selbstsprechend beschriftet und müsste sowohl für den Schaltregler von Teddy wie auch mein Spannungswandler funktionieren.



Gleichrichter gibt es als Block mit vier Beinen günstig zu kaufen. Er könnte auch aus vier Dioden zusammengestellt werden. Ich würde hier wie Teddy geschrieben einen Gleichrichter oder Dioden die eine Stromstärke von mindestens einem Ampere aushalten wählen. Meist finden sich solche Gleichrichter oder Dioden bereit in der Bastelkiste.

Für den Kondensator C1 im Zwischenkreis würde ich ein Elektrolytkondensator mit einer auf die Platzverhältnissen abgestimmten möglichst hohen Kapazität in µF (Mikro Farad) wählen. Ein Wert unter 220 µF würde ich der Spannungsunterbrüche bei einem Einsatz in einem fahrenden Fahrzeug nicht wählen. Besser 470 µF oder noch grösser. Die Spannungsfestigkeit sollte mindestens 25 Volt betragen. Beide Werte finden sich auf den Kondensatoren gut leserlich angeschrieben. Meist finden sich solche Elektrolytkondensatoren bereit in der Bastelkiste.

Den Kondensator C2 ist meines Erachtens zumindest bei meinem Spannungswandler nicht zwingend notwendig.

Ein schönes Wochenende wünscht

Christoph
 
teddych

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Hoi Christoph

Zu den beiden Kondensatoren habe ich noch eine kleine Anmerkung:

Den zweiten Kondensator C2 kann man ganz weglassen. Mit beiden Reglern. Sofern es Platz hat im Wagen würde ich jedoch einen rein tun. Schaden tut es sicher nicht.

Den ersten Kondensator C1 möglichst gross zu wählen ist verlockend. Vor allem bei Unterbrüchen in der Versorgung ist dies sicher von Vorteil. Aber: Wenn man einen Kondensator direkt (bzw. mit Gleichrichter) an eine Digitalzentrale anschliesst, ist es durchaus möglich, dass diese direkt auf Kurzschluss abschaltet. Wenn der Kondensator so gross gewählt wird wie von Christoph vorgeschlagen, dann sollte für das Laden auch ein 100Ω Widerstand und zum Entladen eine Diode verwendet werden. Und wie ich bereits weiter oben beschrieben habe würde ich zumindest für den C1 eine Spannungsfestigkeit von mindestens 35V vorsehen, für den Fall dass der Wagen mal mit einem Umschaltimpuls eines Analogtrafos "versorgt" wird. Ich selbst kaufe nur solche mit 50V und mehr. Wegen Überspannung oder falscher Polung explodierende Kondensatoren fliegen u.U. weit und machen eine (giftige) Schweinerei. Lieber nicht ausprobieren.

Gruss
Teddy
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Braucht es die Kondensatoren beim Digitalumbau noch?
 
Bastler

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Hoi Teddy und Christoph

Muss euch einmal ein Kompliment machen... woher wisst ihr das alles? Ich bin echt sprachlos

Gruss Barni
 
teddych

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Hoi Barni

Danke für die Blumen.

Ich habe vor 20 Jahren Elektroniker gelernt. Und diesen Sommer habe ich einen Master in Mikroelektronik abgeschlossen. Da ist das eine oder das andere hängen geblieben.

Gruss
Teddy
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LED an Wechselstrom
 
Bastler

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Hoi Teddy

Dann gratuliere ich dir zu den akademischen Weihen....Und weiss nun auch warum du diesen Sommer etwas weniger aktiv im Forum warst. Ich bin aber trotzdem immer wieder erstaunt, wie du die Dinge erklaerst...so als wuerdest du schnell jemandem den Weg zum Bahnhof beschreiben.

Gruss Barni
 
teddych

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Hallo Barni

Ich war nicht nur diesen Sommer weniger aktiv, sondern etwas über zwei Jahre. Die Modellbahn hat noch mehr darunter gelitten als das Forum. Ich hoffe ich finde nun wieder etwas mehr Zeit für die Modellbahn (und das Forum). Und wenn meine Wegbeschriebe zum Bahnhof jemandem nützlich sind, ist das um so besser. :)

Gruss
Teddy
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Diodentrick, auch für S88 mit Optokoppler
 
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Hallo zusammen, Hallo Teddy

Beiliegend ein aktualisiertes Schema mit einem zusätzlichen Widerstand zwischen dem Gleichrichter und dem Spannungsregler vor dem Kondensator:



Teddy, ich kann nachvollziehen, dass auf den C2 verzichtet werden kann, ich würde diesen auch weglassen. Für meine Anwendung, die Speisung von Zubehör (Beleuchtung, Blinklicht bei unbeschrankten Bahnübergängen…) mit 12 Volt Geleichspannung über die Schiene, statt einer zusätzlichen separaten Einspeisung, kann dieser in der Tat weggelassen werden.

Teddy, das mit dem Vorschalten eines Widerstandes vor einem Kondensator zur Einschaltstrombegrenzung kann ich nachvollziehen. Das mit einer zusätzlichen Diode aber nicht. Eine zusätzliche Diode kenne ich als Freilaufdiode bei Spulen wie Relais Beispielswiese. Kannst Du das ein wenig genauer erklären, wohin Du da eine Diode willst und warum genau.

Teddy, auch den Wert des Widerstandes von 100 Ohm kann ich nicht nachvollziehen. In den Datenblättern meines Spannungsreglers findet sich eine Leistungsangabe von 6 Watt. Diese ist wohl die maximale Leistung. Zumindest bei meiner Anwendung werde ich da schon einige Watt brachen. Ich denke, dass meine Mikroglühlämpchen bei 12 Volt schnell einmal 25 bis 50 Milliampere, oder in einer anderen Schreibweise 0,025 bis 0,050 Ampere, saufen. Pro Stück.

Bis zum nächsten Mal

Christoph
 
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teddych

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Hallo Christoph

Ich hab mich nicht klar ausgedrückt. Ein Bild sagt mehr als tausend Worte. Ich habs halt nicht so schön gezeichnet wie du, ich hoffe aber, man sieht was gemeint ist:

IMG_3560.JPG

Im Normalbetrieb wird der Spannungregler direkt vom Gleichrichter gespiesen und der Kondensator wird über den Widerstand von 100Ω langsam geladen.

Gibt es einen Stromversorgungsunterbruch, so wird der Spannungsregler vom Kondensator über die Diode (und minim über den Widerstand) gespiesen.

Mit 100Ω wird die Zentrale beim Einschalten mit ~190mA belastet (19V/100Ω). Dies hat sich als guter Wert erwiesen. Man kann den Widerstand auch verkleinern, dann wird der Strom und die Verlustleistung grösser. Oder man kann ihn vergrössern, dann wird die Ladezeit grösser.

Die Originalfrage war, wie man einen Lautsprecher mit USB-Stromanschluss versorgen kann. USB ist klar 5V. Bei ~19V Gleisspannung und ~7-8V Minimalspannung am Spannungsreglereingang kann der Kondensator knapp 10V einbrechen bis dem Spannungsregler der Saft ausgeht.

Bei deinen 12V Ausgangsspannung am Spannungsregler benötigst du je nach Regler 14-15V Eingangsspannung. Berücksichtigt man auch den Gleichrichter mit 1.4V und die Diode mit 0.7V Spannungsabfall, dann bleiben lediglich noch rund 2V übrig, die der Kondensator am Eingang einbrechen darf. Das ist nicht mehr gerade viel und reicht nur noch für sehr kurze Unterbrüche.

Gruss
Teddy
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Heizer
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Hallo zusammen, hallo Teddy

Teddy, ich zieh den Hut, warte auf eine Lieferung von Conrad und schreib jetzt erst einmal gar nichts mehr.

Doch etwas schreibe ich noch:

Gibt es in den gängigen Modelleisenbahnnormen irgendwo offizielle Symbole für eine Stromabnahme ab einem Schleifer und den Rädern?

Mal schauen wann sich Samuel das nächste Mal meldet und ob da dann ersichtlich ist, ob allenfalls der Bluetooth Lautsprecher schon einen kleinen eingebauten Akku beinhaltet. Das könnte zur Folge haben, dass wir uns den Zwischenkreis vor dem Spannungsregler aus Widerstand, Kondensator (C1) und Diode ersparen können, den Kondensator (C2) nach dem Spannungsregler auch gleich noch.

Ein schönes Wochenende schon jetzt wünscht

Christoph
 
teddych

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Hallo Christoph

schreib jetzt erst einmal gar nichts mehr.
Nö, das ist nicht das Ziel. Wie ich schon geschrieben habe sind meine Lösungen nicht die einzigen, üblicherweise gibt es mehrere. Und meine Lösungen sind auch nicht immer die besten. Das setzt aber voraus, dass andere Ihre Ideen auch präsentieren.

Gibt es in den gängigen Modelleisenbahnnormen irgendwo offizielle Symbole für eine Stromabnahme ab einem Schleifer und den Rädern?
Ist mir zumindest nicht bekannt. Ich habe halt improvisiert.

Gruss
Teddy
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S88-Rückmeldung
 
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