Idee: elektrische und elektronische Schaltungen für die Modellbahn-Steuerung ohne Löten aufbauen und ausprobieren und leicht verändern können.
Um diese Idee umzusetzen bieten sich "breadboards" (Steckbretter) in verschiedenen Größen an. Einige der Schaltungen mit Tastern und/oder Schaltern können auch auf kleinen breadboards (anstelle von Lötplatinen) mit einem Gehäuse aus dem Recycling-Material versehen oder in einem größeren Schaltpult (siehe auch Schaltpult für die Test-Anlage) oder am Boden der Module installiert werden.
Für den Aufbau und das Testen der Schaltungen helfen folgende Utensilien:
> Brems- und Anfahrtsschaltung auf Breadboard
> LED-Reihenschaltung auf Breadboard
> Weichenrückmeldung auf Breadboard
Material:
- Breadboards / Steckbretter (groß und klein, je nach Anwendung), siehe Abb.1.a-d,
- Breadboard-Kabel mit Steckverbindungen, siehe Abb.3.a-c,
- Kupferdraht / Klingeldraht (0,4 - 0,8mm Durchmesser, Abb.5 ) - keine Litze! -
- dünne Labor-Prüfkabel mit Krokoklemmen (Abb.4) für Testzwecke
- notwendige elektrische Bauteile (Schalter, Taster, LEDs, Lampen, Potis, Widerstände, Dioden, Transistoren usw.)
- Modellbahntrafo mit 0-12V Gleichspannung und 14V~ Wechselspannung,
- Steckernetzteil mit verschiedenen einstellbaren Spannungen,
- Adapter von Netzteil-Hohlstecker auf Schraubklemme,
- notwendige Gleise (u.a. auch kleine Gleisstücke, 4-5cm) und Weichen, eigene Signale (siehe auch (Signal-Modell und Haltebereich)
- selbstgefertigte Schienenverbinder mit Stromanschluss, siehe Abb.6 (anstelle von Lötstellen an den Gleisen)
- Isolier-Schienenverbinder aus Kunststoff für Trennstellen in den Gleisen
- Schrauben und doppeltes Klebeband für die Festinstallation der Breadboards in den Modulen oder Schaltpulten
Werkzeug: (siehe Abb.2.a-c)
- Kleine Rundzange mit Seitenschneider, für Leitungszuschnitt und Bauteilplatzierung
- Abisolierzange, für den Klingeldraht
- Dremel zum Bohren, Schleifen und Trennen
- kleine Schraubendreher
Abb. 1.a, Breadboard groß mit 830 Pins (Kontaktlöcher), ca. 3,50 EUR 1)
Abb. 1.b, Breadboard mit 400 Pins,
3 Stück ab 3,30 EUR 1)
Abb.2.a, Rundzange mit Seitenschneider
Abb.2.b, Abisolierzange
Abb.2.c, Dremel+Zubehör
Abb.3.a, Breadboard-Kabel-Set Abb.3.b, 120 Kabel 20cm in Abb.3.c, 40 Kabel 30cm
12-24cm, 65 Stück ab 1,30 EUR 1) 3 Variationen, ca. 4,50 EUR 1) f-m Anschluss, ca. 2,50 EUR 1)
Auf dem großen Breadboard (Abb.1.a) mit 830 Pins hat man viel Platz zum Stecken von Schaltungen und kann leicht Veränderungen mit den Bauteilen und den Breadboard- Kabeln (s. Abb.3) vornehmen. Dort können auch mehrere kleinere Schaltungen Platz finden, die dann als Festinstallation auf dem Breadboard in einem Schaltpult eingebaut werden können, wobei als feste Verbindungen flach eingebaute Klingeldrahtstücke gegen die Breadboard-Kabel getauscht werden können. Ebenso müssen für einen flachen Aufbau evtl. auch die Leitungsanschlüsse der Bauteile gekürzt werden.
Die Klingeldraht-Verbindungen können leicht mit der Rundzange inklusive Seitenschneider angefertigt werden.
Die Breadboards von Abb.1.b bis Abb.1.d können für einzelne kleinere Schaltungen (z.B.einzelne Mini-Boards von Abb.1.d für eine Hausbeleuchtung mit LEDs, siehe unten) genommen werden und (falls nicht schon vorhanden) z.B. mit doppeltem Klebeband auch als Festinstallation auf der Modellbahn-Anlage (z.B. in Häusern und Gebäuden oder andersartig verkleidet) direkt platziert werden - evtl. auch unter der Anlagenplatte. Leitungen von Schaltern können von dort zum Schaltpult oder an bestimmte Schaltstellen des jeweiligen Moduls geführt werden.
Breadboards und Microcontroller
Breadboards z.B. in der Größe von Abb.1.c mit 170 Pins können u.a. auf den Microcontrollern von "Arduino" ("UNO" oder "MEGA") auf einem Protoshield platziert und miteinander verbunden in Schaltpulten oder Modulen - z.B. eines nachfolgenden "Modellbahn-Schulprojektes für Fortgeschrittene" - eingebaut werden. Dazu ist für Schülerinnen, Schüler und Anfänger sehr hilfreich das Skript "Der ARDUINO als Steuerzentrale" vom Schülerforschungszentrum Bad Saulgau (https://sfz-bw.de/)
Verbindungen der Pins auf den Breadboards:
Auf allen Breadboards sind die Pins (Kontaktlöcher) entlang der blauen und roten Line am oberen und unteren Rand waagerecht jeweils in einer Zeile leitend miteinander verbunden. Während die anderen Pins in der Mitte jeweils Spalte für Spalte senkrecht mit einander verbunden sind (siehe Abb.1.e). Hat ein Breadboard einen Graben in der Mitte, können dort Bauteile platziert werden, deren Kontakte oben und unten getrennt verbunden werden müssen (z.B. ICs mit Gleichrichtern, Microcontrollern oder Logikgattern u.a., 6-Pol-Schalter usw.).
Breadboards können auch als "Verteilerplatten" für den Strom genutzt werden (s. auch Stromverteiler).
Schaltungsbeispiel 1:
Brems- und Anfahrtsschaltung auf Breadboard mit 400 Pins (Abb.1.b)
Dieses Beispiel stammt aus dem Kapitel Bremsen vor Kurven und Gefällen mit Dioden.
Hier die Ausgangsschaltung mit nur einer Fahrtrichtung:
Abb.7, Brems- und Anfahrtsschaltung in Fahrtrichtung rechts
Dies ist eine Erweiterung der Schaltung von Abb.7 mit 2 Fahrtrichtungen
auf einem Breadboard mit 400 Pins :
Abb.8, Brems- und Anfahrtsschaltung auf Breadboard, für diese
Schaltung würde ein Breadboard mit 400 Pins anbieten.
Die 3 Schalter sollten ins Schaltpult oder an entsprechender Stelle im Modul versetzt und mit Breadboard-Kabeln, Klingeldraht oder Kupferlitze (s.o.) mit den Pins am Breadboard verbunden werden.
Schaltungsbeispiel 2:
LED-Reihenschalrung mit Vorwiderstand auf Breadboard mit 55 Pins (Abb.1.d)
Dieses Beispiel stammt aus dem Kapitel LEDs anschließen (Licht für Gebäude, Straßen,
Abb. 9.a, Reihenschaltung mit 4 LEDs an 14V~ Abb. 9.b, Reihenschaltung mit
und Berechnung des Vorwiderstands 4 LEDs auf Breadboard mit 55 Pins
Schaltung und Breadboard von Abb.9.b können zusammen mit anderen Schaltungen auf 55-Pins-Breadboards auf ein Adapterbrett gesteckt werden (siehe Abb.1.d) und dann gemeinsam in einem Schaltpult, einem Modulkasten oder auf der Anlage installiert werden.
Schaltungsbeispiel 3:
Weichenrückmeldung auf Breadboard mit 170 und 55 pins
Dieses Beispiel stammt aus dem Kapitel Schaltpult für die Test-Anlage
Hier die Schaltung dazu:
Abb.10 Schaltung für eine Weichenrückmeldung
Hier zwei Beispiele für eine Umsetzung der Schaltung auf Breadboards:
Abb.10.a, Schaltung auf Breadboard mit 170 Pins Abb.10.b, auf Breadboard mit 55 Pins
ACHTUNG! Für S1 und S2 müssen bei Abb.10 unbedingt TASTER genommen werden (z.B. wie die. Taster im Schaltpult oder wie in Abb.10.c), keine EIN- AUS-SCHALTER !
Der Weichenantrieb braucht nur einen kurzen Stromstoß, um umzuschalten. Wenn er längere Zeit eingeschaltet wird, werden die Spulen im Weichenantrieb zu heiß und der Spulendraht verliert seine Lackisolierung (sie schmilzt weg) und schaltet den Antrieb kurz oder brennt sogar durch!
Für den Festeinbau können Kabel auf und zum Breadboard am Breadboard, der Adapterplatte oder dem Modulboden mit Klebeband (z.B. Isolierband) befestigt werden, damit sie nicht herausrutschen. Die Bauteile auf dem Board müssen jedoch wegen der Wärmeableitung frei bleiben. Auf einem Modul-Holzboden können die Zuleitungen mit kleinen Kabelschellen befestigt werden.
Um Schaltungen auf Breadboards als Aufbau-Vorlage für Schüler und Schülerinnen umzusetzen eignet sich die kostenlose Sofware "fritzing" .
Mit einer Bildschirmkopie kann die Breadboard-Grafik aus "fritzing" in einem Grafikprogramm dann individuell weiter bearbeitet und beschriftet werden (s.o.). Hier ein Link zum kostenlosen Download von "fritzing" 2), dass auch auf älteren "windows"-Versionen läuft.
Abb. 1.c, Breadboards mit 170 Pins, 6 Stück ca.4,30 EUR 1)
Abb. 1.d, Breadboards mit 55 Pins, 7 Stück ca.2,40, mit Adapterbrett 3,50 EUR 1)
Abb.1.e, Verbindungen der Pins
Abb.4, Krokoleitungen, 10 Paar ca. 3,-EUR 1)
Abb.5, Klingeldraht, 10m, 2x0,5mm, 6,-EUR 1)
Abb.6, Schienenverbinder mit Stromanschluss
Zur Schaltung von Abb.8:
Für eine Festinstallation in einem Schaltpult oder einem Modul sollten die Leitungen auf dem Breadboard aus Klingeldraht bestehen. Die anderen Leitungen
- zur Stromschiene,
- zu den 3 Stufen (den Schienen-verbindern mit Stromanschluss an den Gleisen) und
- zum Trafo
können auch flexibel aus Kupferlitze bestehen, deren Ende am Breadboard jedoch so verzinnt (verlötet) werden muss, das es ins Breadboard gesteckt werden kann.
Die Bauteile sollten flach auf dem Breadboard liegen und ihre Anschlüsse entsprechend zu geschnitten und gebogen werden.
Abb.8.a, Minischalter EIN/UM oder AUS für Platinen und Breadboards, 20 Stück ca. 2,30 EUR 1)
Für Breadboards und Platinen eignen sich Ein-Aus-Schalter von Abb.8.a.
Zu den Schaltungen von Abb.9.a+b:
Abb.9.a, links, zeigt die Ausgangs-
schaltung, ein Beispiel für Reihenschaltungen von LEDs am Trafo-Ausgang mit 14V~.
Abb.9.b zeigt diese Schaltung auf einem kleinen Breadboard mit 55 Pins, das gleichzeitig als "Lampen-Sockel"
in einem Gebäude dienen kann - mit direktem Anschluss an den Trafo. Zwischen Trafo und Breadboard könnte zudem ein Ein-Aus-Schalter in einem Schaltpult geschaltet werden.
Die LEDs wie auch die anderen Bauteile können natürlich auch anders auf dem Breadboard platziert werden, um eine andere Ausleuchtung des Gebäudes zu erreichen.
Ebenso können einzelne LEDs aus dem Breadboard heraus genommen und an anderen Orten im Gebäude oder auch außerhalb installiert werden und mit Breadboard-Kabeln oder anderen Leitungen mit dem Breadboard verbunden werden.
Abb. 10.c,, Mini-Taster für Breadboards und Platinen, 20 Stück ca. 2,50 EUR 1)
Zu den Schaltungen von Abb.10..a+b:
Zum Testen der Schaltung eignet sich gut das Breadboard mit 170 Pins von Abb.10.a. Es bietet genügend Platz, um die Schaltung übersichtlich und annähernd positionsgleich zur elektronischen Schaltung mit den Schaltzeichen von Abb.10 umzusetzen.
Fehler können hier leicht gesehen und behoben werden.
Für Testzwecke kann die Verbindung zwischen Weichenantrieb und dem Breadboard z.B. mit Breadboard-Kabeln (Abb.3.1-c) und Krokoleitungen (Abb.4) hergestellt werden.
Für einen Festeinbau in ein Schaltpult oder Modul kann ein Breadboard mit 55 Pins genommen werden, das die Anschlüsse von LEDs, Tastern und Weichenantrieb zu den entsprechenden Plätzen der Bauteile nach außen führt, z.B. wie in Abb 10.b.
Hier werden die Pins und der Platz auf dem Breadboard optimal genutzt.
Für mehrere Weichen können mehrere dieser kleinen Breadboards mit Weichen-Schaltung auf das Adapterbrett (s. Abb.1.d) gesetzt werden. Bei mehreren Weichen mit diesen Breadboards bietet sich auch an, ein Breadboard auf dem Adapterbrett als Stromverteiler (s.o.) zu nehmen.
Wenn mit dem Dremel zwei kleine Löcher in das Adapterbrett gebohrt werden, kann es auch am Schaltpult oder Boden des Moduls angeschraubt werden.
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