Hans Martins Bastelseiten


Der Lokomobilisator
oder
Ein Schaltnetzteil mit Röhren

Letzte Änderung an dieser Seite: 23.1.2018

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Das Gesamtkonzept der röhrenbetriebenen Spielzeugeisenbahn:

Konzept

Das Fahrgerät:


Der Lokomobilisator ist ein röhrenbestücktes Fahrgerät für die Spielzeug-Eisenbahn. Ein Schaltnetzteil, das die Netzspannung von 230 V in eine niedrige, variable Gleichspannung umwandelt, mit der eine Spielzeugeisenbahn betrieben werden kann. Das Gerät ist eine Kombination aus Eisenbahntrafo, Röhrensender, Metallbaukastenobjekt, Volksempfänger, Vogelkäfig und Maschinentelegraph. Äußerlich soll es zum Stil einer Blecheisenbahn von 1931 passen. Technisch steckt die Entwicklung und Optimierung eines Schaltnetzteils mit einer TV-Leistungspentode dahinter, wobei es mir um den absoluten Minimalismus an Schaltungs- und Konstruktionselementen ging.

"Der Ingenieur arbeitet stets sparsam und ökonomisch. Er löst die gestellte Aufgabe mit dem Minimum an Ausgaben und Kosten. Sonst wäre er ein Heiliger."

Gesteuert wird der kleine Zug mit der Handkurbel auf der Vorderseite:
linke Stellung = Stop,
rechte Stellung = Höchstgeschwindigkeit.
Die beiden Schalter sind Ein/Aus und Fahrtrichtung (Polaritätsumkehr).

Ein paar Daten: 230 V, 50 Hz primär, 5-20 V= sekundär. Stromabgabe: 1 A. Die Fahrspannung wird nach dem Prinzip eines Schaltnetzteils durch eine Hochfrequenzspule (eisenlos!) erzeugt. Das Gerät ist gerade mal 22 cm hoch und 950 g schwer.

Mittels Röhren lassen sich mit vergleichsweise geringem Schaltungsaufwand erstaunlich komplizierte Funktionen und zuverlässige, leistungsstarke Geräte realisieren. Das wollen wir mit dem Lokomobilisator demonstrieren, ein Gerät, mit das ich zur Steuerung einer uralten Blecheisenbahn konstruiert habe.

1. Der Lokomobilisator entsteht

2. Der Lokomobilisator im Garteneinsatz

3. Die Weihnachts-Eisenbahn-Session 2016



Dieses röhrenbestückte Schaltnetzteil ähnelt dem Konzept nach dem Universator, meiner röhrengetriebenen Energiesparlampe.

Das Schaltnetzteil erzeugt aus der Netzspannung induktiv über einen Hochfrequenztransformator eine niedrige, regelbare Fahrspannung von etwa 20 Volt bei maximal 1 Ampere. Hohe Anfahrströme, regelmäßige Kurzschüsse, funkensprühende Polwender und Schleifkontakte sind da inbegriffen. Ein Graus für jede Stromquelle.

Schienen-Stromkreis und Lichtnetz sind galvanisch strikt getrennt und uneingeschränkt kurzschlussfest. Das versteht sich von selbst.

Ein bisschen was über die Funktionsweise von Schaltnetzteilen habe ich aus einer Anwenderbroschüre der Firma Siemens abgekupfert ("Halbleiter-Schaltungsbeispiele", Siemens AG München, Ausgabe 1972/73, S. 64-66, Best.-Nr. B 10/1129). Allerdings habe ich statt eines Thyristorschalters hier eine TV-Vertikal-Pentode verwendet, mit allen schaltungstechnischen Konsequenzen.

So funktioniert der Lokomobilisator im Detail:


Der Schaltplan des "Lokomobilisators"

Netzgleichrichter und Heizstrom

Hochfrequenzteil und Fahrstromregler

Der Ausgangsgleichrichter

Gehäuse und Aufbau

Anschluss und Betrieb

kleine Gartenbahn

Das Fahren der Eisenbahn mit dem Schaltnetzteil ist ganz einfach. Stecker einstecken und Gleise anschließen, Röhre etwa 1 Minute vorheizen. Dann den Oszillator einschalten und Fahrtregler aufdrehen. Funkensprühend und ratternd fährt die kleine Lok auf den alten oxidierten Gleisen an. Bei einer alten Blecheisenbahn, die wie im Bild auch noch auf einem holprigen Rasen aufgebaut ist, fordert das Fahren allerdings das Geschick des Lokführers heraus (was weniger am Lokomobilisator liegt, sondern vielmehr am Alter des Rollmaterials und der Gleise).

Ich habe einen zusätzlichen Umschalter eingebaut, der die Polarität umkehrt. Damit kann man die Fahrtrichtung schalten. Im Prinzip jedenfalls. Bei meiner alten Blechlok funktioniert das übrigens nicht. Die hat einen Allstrommotor, der mit Gleich- und Wechselspannung läuft. Unabhängig von der Polarität geht es immer in dieselbe Richtung.

 




PL 508 (links) und die PL 504 (rechts)

Die Röhren der Typen Typ PL 500, 504, 508 oder 509 wurden speziell für die um 1965 aufkommende Farbfernsehtechnik entwickelt und kamen in den Horizontal- und Vertikalendstufen der Ablenkeinheiten für die Bildröhre zum Einsatz. Sie eignen sich vorzüglich zum schnellen Schalten von hohen Strömen. Da hierbei wegen der besonderen Konstruktion (sog. Strahlbündelpentoden sind es) ungewöhnlich wenig Restspannung zwischen Anode und Kathode vonnöten ist, entsteht in der Röhre relativ wenig Verlustwärme, und wir dürfen bei diesem Schaltnetzteil mit einem guten Wirkungsgrad rechnen. Anodenspannungsspitzen im kV-Bereich sind auch kein Problem.

Doch wie nutzt man ihre Fähigkeiten optimal aus ? Am Beispiel des hier gezeigten Schaltnetzteils wurde dies wieder erarbeitet. Hohe Effizienz und Stabilität der erzeugten Fahrspannung für die Spielzeugeisenbahn war das Ziel, bei Verwendung wesentlicher Schaltungskonzepte für TV-Zeilenendstufen. Und regelbar ist die Spannung auch noch!

Hier ein kleines Schienenoval, das wir auf dem Balkon aufgebaut haben. Die Spannung, die der Lokomobilisator liefert, ist nicht sehr konstant. Sie sinkt bei Belastung merklich ein. Im Leerlauf maximal 24 Volt, bei voller Belastung etwa 14 V. Für eine alte Blecheisenbahn, die früher direkt(!) über einen Vorwiderstand aus dem 110-Volt-Lichtnetz betrieben werden konnte, ist das ganz und gar akzeptabel und stellt kein Problem dar.

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Balkonbrunnen

Auch wenn die Eisenbahn gerade in ihrer Vitrine schlummert, hat der Lokomobilisator zu tun. An heißen Sommertagen versorgt er die Pumpe unseres kleinen Balkonbrunnens. Auch langem Dauerbetrieb ist er ohne Weiteres gewachsen. Man kann damit ganz schön weit spritzen, wenn man den Regler aufdreht.

Balkonbrunnen

(C) Hans Martin Sauer 2016-17, Alle Rechte vorbehalten