Hallo Thorsten,

für ein Schulprojekt klar die Diodenvariante. Man kann jeden Schritt mit dem Multimeter nachmessen.

Prinzip: In die Zuleitung einer Schiene des Abschnitts kommen Dioden, an denen eine kleine Spannung abfällt, sobald Strom fließt. Diese Spannung treibt die LED eines Optokopplers.

• Pro Stromrichtung zwei Dioden in Reihe, beide Richtungen antiparallel, also vier Dioden je Abschnitt. Eine einzelne Diode liefert nur rund 0,7 V, die Optokoppler-LED braucht aber etwa 1,2 V. Mit zwei Dioden hast du 1,4 V.
• Die Dioden müssen den vollen Fahrstrom und auch den Kurzschlussstrom aushalten, also 3-A-Typen nehmen, keine Kleinsignaldioden.
• Parallel dazu der Optokoppler mit etwa 47 Ohm in Reihe zu seiner LED. Weil Digitalstrom ein Wechselsignal ist, einen Typ mit zwei antiparallelen LEDs nehmen oder eine Schutzdiode antiparallel schalten.

Zwei Stolperfallen aus eigener Erfahrung:

Flackernde Meldung. Räder haben nie durchgehend Kontakt, der Melder zappelt daher zwischen „frei“ und „belegt“. Am Ausgang des Optokopplers einen Kondensator vorsehen oder in der Software entprellen: „belegt“ sofort melden, „frei“ erst, wenn eine halbe bis eine Sekunde lang kein Strom floss.

Unterschiedliche Geschwindigkeit. Abschnitte mit Melder haben 1,4 V weniger als Abschnitte ohne. Die Loks werden beim Wechsel sichtbar schneller oder langsamer. Entweder alle Abschnitte über Melder führen oder in die nicht überwachten Zuleitungen dieselbe Diodenkombination einbauen.

Und für den Unterricht: Spendiert jedem Kanal eine eigene Kontroll-LED auf der Platine. Fehlersuche mit acht LEDs vor Augen geht dreimal so schnell.

Andreas

Ein Punkt zur Empfindlichkeit, damit es keine Enttäuschung gibt. Loks und beleuchtete Wagen erkennt die Schaltung sicher. Bei Widerstandsradsätzen wird es knapp: 10 kOhm ergeben bei 14 V nur 1,4 mA. Bei so kleinem Strom fällt an den Dioden weniger Spannung ab, und ein einfacher Optokoppler schaltet nicht mehr zuverlässig durch.

Zwei Auswege: Radsätze mit kleinerem Widerstand, zum Beispiel 4,7 kOhm, das sind knapp 3 mA bei rund 40 mW Verlustleistung. Oder ein empfindlicher Optokoppler mit Darlington-Ausgang.

Das lässt sich im Unterricht schön als Messreihe aufziehen: Strom durch den Abschnitt gegen Spannung an den Dioden, einmal mit Lok, einmal mit Widerstandsachse.

Viele Grüße, Susanne

Zur Auswertung: Ich habe für meine Segmente etwas Ähnliches mit einem kleinen Mikrocontroller-Board gebaut. Acht Eingänge mit internen Pull-ups, die Optokoppler ziehen nach Masse. Das Entprellen läuft so, wie Andreas schreibt: Pro Kanal ein Zähler, der bei „Strom erkannt“ auf einen Startwert gesetzt und sonst alle 10 ms heruntergezählt wird. Erst bei null gilt der Abschnitt als frei.

Das sind keine dreißig Zeilen Programm, die verstehen auch Achtklässler. Wenn du magst, beschreibe ich dir den Ablauf per PN genauer. Ein Gehäuse für die Platine konstruiere ich euch gern.

Nils

Schöne Messwerte, die decken sich mit meinen. Mit dem Darlington-Typ solltet ihr die 10-kOhm-Achse sicher erkennen. Vergrößert dann den Widerstand vor der Koppler-LED nicht, sonst verschenkt ihr die gewonnene Empfindlichkeit wieder.

Berichte gern, wie es weitergeht. Acht Kanäle, von Schülern gebaut und verstanden, das wäre einen eigenen Baubericht wert.