Zurück zum Menü 1 1.2.22 Gabellichtschranke erkunden Erstellt ab 28.01.2017 |
Letzte Woche
erhielt ich einen freundlichen Telefonanruf
eines Modellbahners mit der Bitte, eine
Positionierung zu ersinnen, die besser sei, als
seine derzeit eingesetzten Mikroschalter.
Gefordert
ist eine Wiederholgenauigkeit von unter 1 mm
bei einer Positionierungsaufgabe.
Der Modellbahner
hatte bislang einen Gleichstrommotor mit
Getriebe eingesetzt. Seine Mechanik beinhaltete
an jeder Halteposition eines
Modellbahn-Schattenbahnhofs (in Form einer
Vitrine) einen Mikroschalter mit Springkontakt.
Diese Endschalter wurden von einer Rolle
tangential angefahren:
Im Original sieht
das so aus:
(© 2 Fotos :
Michael M.)
Zum einen sind
diese Springkontakte nicht genau genug, und zum
anderen verursacht eine Tangentiale Bewegung ja
eine Multiplikation der sowieso schon
vorhandenen Ungenauigkeit.
Eine tangentiale
"Querfahrt" eines Schlittens ließe sich aber
wohl am besten mit einer Lichtschranke
detektieren:
Bei einer
gewöhnlichen Lichtschranke käme man aber noch
nicht auf die gewünschte Genauigkeit. Mann
könnte dann mit einer Lochblende arbeiten, hätte
aber immernoch das Problem des
Fremdlichteinflusses.
Daher kam mir der
Gedanke, eine fertige, kleine Gabellichtschranke
einzusetzen, denn die in diesem Bauteil
verbauten Komponenten sind bereits mit einem
Tageslichtfilter ausgestattet, so dass es
möglicherweise ohne weitere Elektronik und ohne
Frequenzbeaufschlagung funktionieren könnte.
Zum Einsatz
für meine Experimente kommt die Lichtschranke
TCST 2103 von Vishay.
Schauen wir und
zunächst in zwei Ausschnitten des Datenblattes
das Aussehen dieser Lichtschranke an:
Ich habe dieses
Modell ausgewählt, weil es bastlerfreundliche
Kunststofflansche zur Befestigung an jeder Seite
hat und zudem ist es auch gut und haltbar
beschriftet.
Im Datenblatt ist
ein Vorwärtsstrom für die Sendediode von 60mA
angegeben. Wir müssen den nötigen Vorwiderstand
also auf diese 60 mA auslegen. Der
Empfangstransistor liefert einen maximalen Strom
von 100mA. Diesen Wert dürfen wir bei der
Bastelei ebenfalls keinesfalls überschreiten.
Nun muss ich beim
Modellbahner nachfragen, mit welcher Spannung er
diese Lichtschranke betreiben möchte, um die
richtigen Vorwiderstände berechnen zu können.
Bis ich das
Anfrage-Ergebnis bekommen habe, zeige ich Euch
hier die erste Ansicht der Lichtschranke:
Hier
sieht man:
... hmmm
... ich muss echt sauberer arbeiten ...
19-02-2017 ==> Ich habe noch einmal mit dem Modell-Eisenbahner telefoniert und dabei nannte er mir seine Spannungsversorgung. Es soll alles also mit einem 12 Volt Trafo betrieben werden. Hierbei ist es nun nötig, die entstehende Spannung nach einer Brückengleichrichtung zu berechnen, damit wir den Diodenstrom richtig auslegen können. Die formal ist recht einfach und auf deren Herleitung verzichten wir an dieser Stelle: Ugl = Uin * Wurzel 2 ==> 12 Volt * 1,414 ==> 16,968 Volt Wir berechnen also den LED-Vorwiderstand der Lichtschranke für 17 Volt: URv = Uversorgung - ULED Also: URv = 17V - 1,2 V ==> 15,8 V Am Vorwiderstand müssen also 15,8 Volt abfallen, um die Brennspannung der LED nicht zu überschreiten. Nun genügt uns das Ohm'sche Gesetz, um den Vorwiderstand für die 60 mA auszurechenen: U = R * I ==> R = U / I Also: R = 15,8 V / 0,06 A ==> 263,3333 Ohm Diesen krummen Wert gibt es nicht, also wählen wir den nächst größeren Widerstand. Damit wir der LED-Strom ein wenig geringer, so dass wir "in trockenen Tüchern" sind. Wir wählen also einen Vorwiderstand mit 270 Ohm ! Jetzt müssen wir aber noch einen Vorwiderstand für den Kollektor des Empfängertransistors heraus suchen. Für unsere ersten Versuche schalten wir eine LED an den Empfangtransistor. Eine normale LED darf aber nur mit maximal 20 mA betrieben werden. Das ist ein Drittel der Brennspannung der Sende-LED. Da das in diesen Bereichen soweit alles linear ist, wählen wir erstmal ein fach also einen Widerstand, der drei mal so groß ist, wie der "Sende-Widerstand" Wir wählen für den ersten Versuch also 820 Ohm. Das ist uns noch "zu krumm", also gehen wir in den sicheren Bereich und wählen 1k Ohm. Daraus ergibt sich dieser erste Versuchsaufbau:
Hier wird der daraus
entstandene Versuch durchgeführt:
Um ein scharfes Ein-
und Ausschalten (steile Flanke) der LED zu
bekommen, habe ich zu einem Relais geriffen, was
eine Art Schmitt-Trigger-Effekt hat. Der
folgende Versuch zeigt dann schon fast das
fertige Ergebnis:
20-02-2017 ==> Wie im Video versprochen, habe ich nun also den Schaltplan für die zweite Versuchsanordnung gezeichnet. Wichtig ist noch zu erwähnen, dass der Vorwiderstand R1 eine Leistungsklasse von 1 Watt haben sollte. Der Widerstand, der im Video zu sehen ist, ist etwas zu "schwach auf der Brust" und wurde doch teuflisch heiß. Hier nun also der Schaltplan: 26.01.2018:
Im Laufe der Zeit kam es zu
einem guten Dialog mit dem Modellbahner
Michael M. und wir telefonierten auch
ausgiebig miteinander. In dem Gespräch kam
seitens Michael der Wunsch auf, mit weiteren
Modellbahnern in Kontakt treten zu wollen um
ein wenig zu fachsimpeln.
Dazu kannst du dich bei mir melden und ich leite die Email dann an Michael weiter. Abschließend bat ich Michael, doch ein paar eigene Worte und noch ein paar Fotos zu veröffentlichen. Er kam diesem wunsch gern nach: Ziat:
„Ausgangspunkt für den geplanten Lift war zunächst die leicht zu beziehende Vitrine (sog. Sammlervitrine), mit der die einzelnen Lokomotiven aus ihrem „Schachtelleben“ befreit und zur eigenen Freude ins rechte Licht gerückt werden können. Um das teilweise umständliche Hantieren zum Aufgleisen der Lok auf die Modellanlage zu erleichtern, bietet sich u.a. eine bewegliche Vitrine an, wie sie als „Loklift“ seitens mehrerer Anbieter im Handel beworben wird. Nicht nur aus Kostengründen reizt den Bastler der Eigenbau, wobei die erforderliche Mechanik die eigentliche Herausforderung sein dürfte. Nach einigen Umwegen wurde ich bei einem Gleitlagerspezialisten fündig, der mir den passenden Linearantrieb zur Wandbefestigung liefern konnte. Der Antrieb erfolgt durch einen Gleichstrommotor, die Ansteuerung an das feststehende Zufahrtgleis (im Bild li. unten) wurde zunächst mittels Mikroschalter bewerkstelligt, was sich aber im Spielbetrieb als zu ungenau herausstellte. Die
exaktere
Steuerung mittels Lichtschranke ermöglichte
ein findiger Elektroniker nach dem Motto: „strippenstrolch.de. Und gut“. Die wenigen Teile sind im Elektronik-Handel günstig zu erstehen und auf der Leiterplatte im Streichholzschachtelformat schnell verlötet. Der jeweilige Halt des einzelnen Vitrinengleises auf Höhe des Zufahrtgleises wird durch einen entsprechend positionierten dünnen Stift bei der Durchquerung der Lichtschranke ausgelöst, wodurch die Anlage problemlos befahren werden kann.“ Beste Grüße,
Michael M. (Bauingenieur i.R.) Ziat Ende. Ich danke Michael für
diese Zeilen und die tollen Fotos. Wir
sprachen noch eine Weile über das
Copyright und Michael entschloss sich, die
im strippenstrolch.de vorliegende CC-Lizenz
der Einfachheit halber ebenfalls zu
gewähren.
Ich bin gespannt, wie sich dieser schöne Internet-Kontakt noch so entwickeln wird, beste Grüße,
|
|