04.09.2017



   

 Weichenantriebe


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Weichenantriebe für Unterflureinbau

Auf dieser Seite:
1. Motorische Weichenantriebe
  Conrad und Hoffmann Weichenantriebe
  Fulgurex Weichenmotor
2. Servoantriebe
  Einbau der Servos
  Conrad Universalantrieb-Mechanik
  ESU Präzisions-Servoantrieb
  Eigenbau Winkel für Standard-Servos
  Generelle Einbauhinweise
3. Doppelspul-Weichenantriebe
  Märklin Weichenantrieb für K-Weichen
  Überbrückung der Endschalter
  Märklin Unterflurantrieb 7548

1. Motorische Weichenantriebe

Conrad und Hoffmann Weichenantriebe

Im  sichtbaren Bereich meiner Anlage setze ich vorwiegend K-Gleis Material ein. Teilweise kommen auch Weichen aus dem Zweileiter-Bereich zum Einsatz, wie Roco und Peco. Diese müssen dazu zuerst auf Dreileiterbetrieb (Mittelleiter) umgerüstet werden. Die Weichenantriebe sollen alle unsichtbar unter der Anlage montiert werden. Ich habe mich aus Kostengründen zuerst für die Antriebe von Conrad entschieden. Diese stehen zwar im Ruf, auf Dauer nicht sehr zuverlässig zu funktionieren. Das selbe gilt aber auch für die wesentlich teureren Märklin K-Weichenantriebe (7549), bei denen noch ein spezieller Unterflur-Zurüstsatz (7548) benötigt wird.

Bevor ich mich für die Conrad Weichenantriebe entschieden habe, wurden verschiedene Tests durchgeführt. Dabei galt es, einerseits den Antrieb im Dauereinsatz zu testen, andererseits die Montage und Justierung zu proben.

Der Weichenantrieb von Conrad ist äusserlich in etwa baugleich mit dem Hoffmann Weichenantrieb.
Offensichtlich verkauft sich dieser Antrieb sehr gut, weshalb Conrad in den letzten Jahren den Preis kontinuierlich heraufgesetzt hat und nun eindeutig für das Gebotene zu viel verlangt.
Und so sieht das Innenleben aus: Ein billiger DC Motor treibt über ein Zahnrad die Zahnstange an. Blechkontakte dienen der Endabschaltung.
In den Zuleitungen sind zwei Dioden vorhanden, womit die Polarität am Motor bei Verwendung von Wechselstrom gewechselt wird. Der Motor wird dabei jeweils nur mit einer Halbwelle betrieben. Ein kleiner Keramikkondensator ist zur Entstörung direkt an die Motoranschlüsse gelötet.
Das Original:
Der Weichenantrieb von Hoffmann - derzeit im Vertrieb von Aspenmodel -  ist ganz wesentlich besser gebaut als das billige Conrad Produkt.
So werden hier Microschalter für die Endabschaltung verwendet, während das Conrad Modell hier bloss unzuverlässige Blechkontakte verwendet.

Montage

Die Montage der beiden Weichenantrieben ist gleich, da sie sich in Form und Funktion kaum unterscheiden. Im Conrad Katalog ist die Montage des Antriebs in Zusammenhang mit den K-Gleis Weichen detailliert beschrieben. Bei meinem Testaufbau habe ich mich auch daran gehalten. Fazit: nicht empfehlenswert.

Im Folgenden soll dargestellt werden, weshalb:

Hier die Zeichnung aus dem Conrad Katalog. Problematisch sind hier die Schritte 2 und 4.
Der Handantrieb wird abgenommen und zerlegt. Hier wird empfohlen, den ganzen vorderen Bereich zu entfernen. Dadurch verliert der Schalthebel seine Führung. Besser ist nur eine schmale Öffnung mittig anzufertigen. Ein 12mm Loch ist zu gross. 10mm reichen völlig, das Loch wird dann durch den Handantrieb auch komplett abgedeckt. Nach Conrad wird der Draht in das bestehende Loch gesteckt. Da dieses aber im Antrieb "verschwindet", darf der Draht nicht vorstehen. Problem: der Draht rutscht  nach unten weg.
Die Einzelteile des Handantriebs. Es wird nur ein schmaler Streifen mit der Laubsäge ausgeschnitten. Dadurch wird der Schalthebel weiterhin geführt und kann nicht nach unten durchbiegen. Ein Loch vor 10mm Durchmesser reicht vollkommen aus. Der Schaltweg des Antriebes beträgt ca. 7mm. Der Draht wird nicht in einem der bestehenden Löcher gesteckt. Statt dessen wird ein neues Loch gebohrt, im Bild das erste von links zwischen den "Zapfen". Der Schaltdraht wird oben abgewinkelt und von oben eingeführt.

Die Montage und Justierung ist mit dieser Methode schnell und einfach durchzuführen und sieht dann im Einzelnen so aus:

Die Weiche ist bereits montiert und teilweise eingeschottert. Der Handantrieb funktioniert.
Nun wird der Handantrieb entfernt und nach der Anleitung oben bearbeitet. Die kleine Erhöhung  wird mit einer kleinen Fräse oder einem scharfen Messer entfernt. Im Bild ist die Stelle mit dem roten Pfeil markiert. Dadurch lässt sich der Schalthebel leichter bewegen. Der Hebel wird durch den Schaltdraht in Position gehalten, der Schalthebel muss also nicht mehr einrasten.
Anschliessend wird das Gehäuse des Handantriebes an die Weiche gelegt und die Position markiert.
Zuerst wird mit einem kleinen Bohrer vorgebohrt, etwa 2 bis 4mm Durchmesser. Danach mit einem 10mm Bohrer das Loch bohren.
Die Holzspäne werden entfernt.
Nun kann der Handantrieb zusammengesetzt werden. Der Draht wird oben abgebogen und versuchsweise eingeführt.
Je nach Entfernung des Antriebs wird ein dickerer Draht als die beiden mitgelieferten benötigt.
Der Conrad Weichenantrieb wird von unten angeschraubt. Der Schaltdraht wird von oben eingeführt und am Schalthebel des Antriebs festgeschraubt. Dies ist eine der Schwachstellen dieses Antriebs.
Wenn kein Platz unter der Weiche vorhanden ist, weil beispielsweise ein Gleis hier durchführt, kann der Schaltdraht problemlos abgebogen werden. In diesem Fall sollte eine Führung des Drahtes in der Nähe der Durchführung vorgesehen werden, im Bild die Halbrundkopf-Schraube rechts. Bei längeren Distanzen empfiehlt es sich, den Draht auf der ganzen Länge in einem dünnen Alu- oder Messing-Rohr zu führen. Auf diese Weise ist es möglich, den Weichenantrieb aus schwer zugänglichen Stellen beispielsweise an die vordere Anlagenkante zu versetzen.


Klicken zum vergrössern.

Schematische Darstellung des Antriebs:
Durch die Verwendung einer Lüsterklemme wird die Justierung wesentlich vereinfacht. Die Klemme wird ohne die Isolation verwendet (Schrauben ganz herausdrehen und Klemmenteil aus der Isolation heraus stossen). Das Messingrohr kann in gewissen Grenzen auch im Bogen verlegt werden, wenn der Radius nicht zu klein gewählt wird.
Die Ansteuerung der Weichen erfolgt bei meiner Anlage mit den Littfinski Weichendecoder für motorische Antriebe, welche das Märklin Motorola Format verarbeiten. Im Bild ein Versuchsaufbau mit zwei Antrieben, der Decoder kann deren vier ansteuern.
Um eventuellen Problemen, welche durch Störimpulse der Motoren verursacht werden, vorzubeugen, habe ich bei jedem Weichenanschluss ein Keramikkondensator von 4,7 nF direkt auf die Leiterplatte gelötet (im Bild die vier roten Bauteile). Bisher hatte ich noch keine Störungen im Betrieb.
   

Fazit

Der Antrieb von Conrad  war vor Jahren ein günstiges Produkt, welches aber bei den Kontakten und der Stelldrahtbefestigung seine (grossen) Schwachstellen hat. Mit den letzten Preiserhöhungen ist dieser Antrieb aber uninteressant geworden, zumal es für weit weniger Geld robustere, zuverlässigere Servos gibt. Der Hoffmann Antrieb dagegen ist durchaus empfehlenswert, auch das Preis/Leisungsverhältnis ist bei diesem Antrieb gut.

Fulgurex Weichenmotor

An einer Stelle hatte ich immer wieder Schwierigkeiten mit einem Conrad Weichenantrieb. Grund waren die beengten Platzverhältnisse am Anlagenrand und damit verbundenen Schwierigkeiten beim justieren des Stelldrahtes. Ich habe mir deshalb einen Fulgurex Weichenantrieb besorgt, auch um dessen Tauglichkeit zu prüfen. Da dieser wie der Conrad Antrieb zur Kategorie motorische Weichenantriebe gehört, kann er mit dem gleichen Littfinski Weichendecoder angesteuert werden.

Der Fulgurex Weichenantrieb ist vom Prinzip her ähnlich wie der Conrad Antrieb: ein kleiner DC Motor treibt über ein Getriebe einen Antriebshebel an. Zwei Endschalter überwachen die Endlagen und schalten die Stromzuführung zum Motor ab. Damit sind die Gemeinsamkeiten der beiden Produkte auch schon erreicht. Der Fulgurex Weichenantrieb ist wesentlich robuster aufgebaut. Hier sorgt ein Schneckengetriebe und Spindel für die Umsetzung der Drehbewegung des Motors in eine langsame Hin- und Her-Bewegung des Antriebshebels. Die Endschalter sind sehr robust - was man von denen der Conrad-Antriebe nicht behaupten kann - und können mit 5 A belastet werden. Genug also, um die Stromzuführung zu den Gleisen direkt zu schalten. Zwei Endschalter sind fest verdrahtet für die beiden Endlagen. In jeder Endlage ist ein weiterer Endschalter zur freien Verfügung, beispielsweise für die Herzstückpolarisierung. Reichen diese beiden Schalter nicht, können zusätzliche Kontakte nachgerüstet werden.
 

Erhältlich ist der Antrieb unter anderem bei Conrad unter der Artikel Nummer 211987.

 

Der Fulgurex Weichenmotor wird in offener Bauform geliefert. Die Blisterpackung kann im eingebauten Zustand als Staubschutz verwendet werden, die Verpackung ist also nicht Abfall.

Beim Fulgurex Weichenmotor erfolgt die mechanische Verbindung zur Weichenzunge über den mitgelieferten Draht.
Im Bild ist der eingebaute Weichenantrieb zu sehen. Unten links ist der Stelldraht gut erkennbar.
 

Montage

Die Montage ist relativ einfach. Da es keine Justiermöglichkeit gibt, muss das Loch für den Antriebsdraht sowie die Befestigung des Weichenantriebs exakt markiert und ausgeführt werden.
 
Zuerst wird festgelegt, wo der Stelldraht angesetzt werden soll. Daraus ergibt sich die Position für die Durchführung des Drahtes (A, B, C oder D). Hier wird ein Loch mit 1.6mm Durchmesser gebohrt und das mitgelieferte Messingrohr eingesetzt.
Der Abstand von 19mm muss exakt eingehalten werden, da der Stelldraht auf der oberen Seite bereits abgewinkelt ist.
Das mitgelieferte Messingrohr wird in die Bohrung gesteckt und der Draht von oben eingeführt.
Die Weichenzunge wird nun mit Klebeband in Mittelstellung fixiert. Der Weichenantrieb muss für die Montage ebenfalls in der Mittelstellung sein.
Anschliessend wird der Draht unten abgebogen. Hier muss darauf geachtet werden, das der Draht rechtwinklig zum Weichenantrieb und 20mm vom Loch in dessen Antriebshebel eingeführt wird.
Der Winkel des Weichenantriebs zur Weiche hingegen kann beliebig gewählt werden.
Der Draht wird 4mm hinter dem Loch im Antriebshebel gekürzt und ein zweites mal abgebogen und in den Antriebshebel eingehängt. 
Ansicht von unterhalb der Anlage:
Der Winkel zwischen Antrieb und Weiche kann beliebig gewählt werden, was die Montage erheblich vereinfacht und bei beengten Platzverhältnissen ein grosser Vorteil ist.
Und so sieht der fertig eingebaute Antrieb von oben aus: Der Stelldraht ist hier zwischen zwei Schwellen durchgeführt und liegt an zwei Punktkontakten auf (in der oberen Grafik die Position C). Dies ist kein Problem, da der elektrisch gut leitende Messingdraht keinen Kontakt zu anderen Metallteilen hat.
In der Mitte oben ist noch das 10mm Loch des Conrad Weichenantriebes zu sehen.

Fazit

Dieser Weichenantrieb kostet in etwa soviel wie zwei Conrad Weichenantriebe. Das Teil ist aber den Preis wert. Einmal eingebaut, kann sich nichts mehr verstellen oder lösen. Die Weichenzunge wird dabei realistisch langsam bewegt. Durch den grossen Stellweg wird die Weichenzunge an beiden Endlagen sicher in Position gehalten. Die Federwirkung wird dabei durch Torsion des Stelldrahtes erzeugt. Als Negativpunkt zu erwähnen sei hier aber das laute Geräusch beim Schaltvorgang.

2. Servoantriebe

Seit geraumer Zeit haben die vom RC-Modellbau bekannten Servos auch in der Modellbahn Einzug gehalten. Dafür sind verschiedene Gründe massgebend:
bulletServos sind Standardprodukte und werden von verschiedenen Herstellern hergestellt und deshalb zum Teil sehr günstig angeboten.
bulletSie besitzen den Ruf, sehr zuverlässig zu funktionieren (man stelle sich ein ferngesteuertes Flugzeug vor, bei dem ein Servo im Flug ausfällt).
bulletSie sind relativ klein. Es sind vor allem zwei Grössen für die Modellbahn interessant.
bulletDurch das Untersetzungsgetriebe ist die Kraft am Stellhebel gross.
bulletEs können sowohl langsame wie auch schnelle Bewegungen ausgeführt werden, wobei die Geschwindigkeit im Steuerteil eingestellt werden kann.
bulletServos sind universell einsetzbar für viele Bewegungen bei der Modellbahn.

Damit unterscheiden sich Servos ganz wesentlich von herkömmlichen Weichenantrieben. Dies muss beim Einsatz entsprechend berücksichtigt werden.

Als erstes benötigen Servos eine spezielle Ansteuerelektronik. Diese sind mittlerweile für die Modellbahn von verschiedenen Herstellern erhältlich und an die dortigen Anforderungen angepasst. So verstehen diese Steuergeräte sowohl das DCC wie auch das Märklin Motorola (MM) Format und können damit wie normale Weichendecoder eingesetzt werden. Ein Beispiel eines solchen Steuergerätes ist der ESU Switchpilot Servo.

Der ESU SwitchPilot Servo (Artikelnummer 51802) kann 4 Standard-Servos direkt ansteuern.
Dabei versteht das Gerät DCC wie MM und kommt deshalb mit den meisten Steuergeräten wie CU 6021, IntelliBox, CS1, CS2, ECoS, TAMS MC etc. klar.

Einbau der Servos

Standard-Servos werden normalerweise mit verschiedenen Stellarmen (Servohebel) ausgeliefert. Diese sind für den Einsatz als Weichenantriebe durchaus geeignet. Etwas schwieriger gestaltet sich hingegen der Einbau des Servos unterhalb der Anlage, da das Servo mit den vier Befestigungslöchern an der oberen Seite nur eine Einbaurichtung erlaubt. Hier wird also noch ein Befestigungselement benötigt. Im Folgenden stelle ich drei Einbaumethoden vor, zwei davon mit käuflichen Teilen, eines mit Eigenbau-Winkel.

Zunächst einige Überlegungen zum Einbau und den Anforderungen.
Am Servo wird einer der Stellhebel befestigt, und daran der Stelldraht fixiert. Dieser Stelldraht wirkt wie bei den motorischen Weichenantrieben direkt auf den Handantrieb oder dem Stellhebel der Weiche.
Wichtig bei Servos ist, dass dieser Draht einerseits kräftig genug ist, die Weiche sauber zu betätigen, aber andererseits flexibel genug, damit das Servo in den Endlagen nicht dauernd gegen einen hohen Federdruck arbeiten muss. Denn im Gegensatz zu den herkömmlichen Weichenantrieben versuchen Servos die Position ständig durch nachregeln zu halten. Ist die Spannung durch den Stelldraht zu gross, wird der Stellhebel von seiner Position weggedrückt und das Servo muss versuchen die Position wieder herzustellen. Die Folge davon ist, dass dauernd ein brummen zu hören ist.
Um dies zu vermeiden muss der Stelldraht eine gewisse Länge besitzen, um flexibel genug zu sein. Ist der Stelldraht zu kurz, ist es nicht flexibel genug.

Conrad Universalantrieb-Mechanik

Conrad bietet zum Preis von 5.50€ (Stand Mai 2010) eine universelle Einbaumechanik für Standard-Servos an (Bestellnummer 240617). Dieser besitzt einen weiteren Hebelarm zur Aufnahme des Stelldrahtes.

Der Hebelarm dient der Aufnahme des Stelldrahtes, welcher mit zwei M3 Schrauben befestigt wird.
Leider werden hier Muttern verwendet. Es hat für die Muttern auch keine Aussparung im Stellarm. Zum verstellen des Drahtes muss deshalb immer ein Gabelschlüssel und Schraubendreher verwendet werden - unter der Anlage also kaum noch möglich.
Die Endpositionen des Hebelarms werden durch zwei weitere M3 Schrauben bestimmt. Auch hier wieder keine Aufnahme für die M3 Muttern. Justieren wird so zum Geduldspiel. Schade.
Trotz der beachtlichen Grösse dieses Teils - was den Einsatz in beengten Platzverhältnissen doch recht einschränkt - ist der Stelldraht bis zur Weiche bei dünnem Trasse zu kurz.
Im Bild zu sehen ein Holzstück zur Verlängerung des Drahtes (Abstand zur Weiche).

 

Plus
bulletFür die Grobjustierung der Endlagen kann der Draht vom Servo zum Stellhebel ausgehängt werden.
bulletMechanische Begrenzung der beiden Endlagen
Minus
bulletPreis
bulletEinstellungen lassen sich nur mit zwei Werkzeugen vorzunehmen.
bulletPlatzbedarf
bulletFür die Bewegung des Stelldrahtes keine wirkliche Verbesserung.

Fazit

Die Universal-Mechanik wäre eine gute Sache, wenn die Einstellungen mit nur einem Werkzeug durchzuführen wäre. In der gelieferten Ausführung ist es zu teuer für das gebotene.

ESU Präzisions-Servoantrieb

Beim Präzisions-Servoantrieb von ESU (Artikel 51804 mit Kunststoff- bzw. 51805 mit Metallgetriebe) handelt es sich um ein Standard Mini-Servo mit Einbaumaterial und Servohebel. Was es zum Präzisions-Servoantrieb macht, entzieht sich meiner Kenntnis. Optisch scheint es sich um ein eher günstiges Produkt zu handeln. Auch die Kabellänge von 30 cm ist nicht überwältigend und nicht so "umwerfend" wie von ESU beworben: Seine Kabellänge von 30 cm (fast doppelt so lang wie bei Standard-Servos aus dem Versandhandel) ermöglicht auch größere Entfernungen zwischen Servoantrieb und dem Decoder.
Diese Beschreibung stimmt wohl auch nicht mehr: Gemessen habe ich knapp 17 cm!

Das interessanteste am Lieferumfang ist das Aufnahmestück für das Servo. Dies gestattet es, das Servo in verschiedenen Einbaulagen unter der Anlage zu montieren.
Daneben sind für den Modellbahner auch die beiden Federdrahtstücke und der Servohebel für die Aufnahme des Drahtes gut zu gebrauchen.
Das Servo wird durch zwei Schrauben in der Aufnahme gehalten. Einstellmöglichkeiten gibt es keine. Der Platzbedarf ist sehr gering - was letztlich auch durch die Verwendung des Miniservos herrührt. Auch bei der ESU Lösung ist der Stelldraht sehr nahe am Weichenantrieb, also nur knapp unterhalb der Platte.

 

Plus
bulletgeringer Platzbedarf
bulletEinbau des Servos liegend oder stehend möglich
bulletpassender Federdraht wird mitgeliefert
bulletpassender Stellhebel für den Draht
Minus
bulletPreis
bulletAnschlusskabel für die Modellbahn etwas kurz
bulletkeine Einstellmöglichkeit (liegend)

Fazit

Eine recht einfache Einbaumöglichkeit für Miniservos ohne weitere Einstellmöglichkeit (ausser den beiden Endlagen, welche im Steuergeräte festgelegt werden).

Eigenbau Winkel für Standard-Servos

Die wohl einfachste Möglichkeit ist der Eigenbau eines Befestigungswinkels für den Servo. Nach einigen Versuchen mit Holz habe ich für mich die optimale Lösung gefunden.
Von einem Aluminium-Winkelprofil (Baumarkt) werden kurze Stücke abgeschnitten - etwa doppelt so lang wie das Servo breit ist. Auf dem einem Schenkel werden zwei M3 Gewinde geschnitten für die Befestigung des Servos, auf dem anderen Schenkel werden zwei Durchgangslöcher gebohrt. Diese dürfen ruhig etwa 5 mm gross sein, so lässt sich die ganze Servoeinheit noch justieren.

Links das Standard-Servo mit dem Eigenbau-Winkel. Solche Winkel sind schnell aus einem handelsüblichen Alu-Winkelprofil hergestellt.
Das Servo wird mit M3 Schrauben befestigt, wobei ich hier eine Gummiunterlage zwischen Servo und Winkel verwendet habe.
Wie auf dem Bild zu sehen ist der Stelldraht ohne weitere Massnahmen genügend von der Platte distanziert.
Die Montage der Einheit ist sehr einfach, der Platzbedarf ist durch die senkrechte Anordnung des Servo äusserst gering, was speziell bei Weichenstrassen ein grosser Vorteil ist.
Der Winkel ist bewusst länger als die Breite des Servos. Damit lässt sich die vormontierte Einheit problemlos unter der Anlage anschrauben (Zugänglichkeit der Schrauben ist gewährleistet)..
Natürlich können auch Micro-Servos auf die gleiche Art und Weise eingebaut werden. Hier wird ein einziges Gewindeloch M2 für die Servo-Befestigung benötigt. Im Bild rechts ein Micro-Servo auf entsprechendem Winkel montiert, daneben die Winkel für beide Servergrössen.

 
Plus
bulleteinfachste Montage
bulletEinstellung der Lage in gewissen Grenzen möglich
bulletServo lässt sich jederzeit wechseln, ohne die genaue Position zu verlieren (keine erneute Justierung notwendig).
bulletsehr günstig
bulletsehr geringer Platzbedarf
bulletStelldraht hat idealen Abstand zur Platte
bulletsehr robust
Minus
bulletEigenbau (Werkzeug und Zeit erforderlich)

Montagewinkel aus dem 3D Drucker

Mit dem Aufkommen der 3D Drucker, welche nun auch für Private erschwinglich werden, eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten. So können die Winkel für die Servomontage problemlos mit solchen Geräten ausgedruckt werden. Die Vorteile dieser Lösung gegenüber dem einfachen Alu-Winkel sind:

bulletLanglöcher sind einfacher zu realisieren und erleichtern die Montage
bulletSchneller hergestellt
bulletKeine besonderen Werkzeuge erforderlich (ausser dem 3D Drucker natürlich)
bulletEs können sehr einfach kompliziertere Formen hergestellt werden. In diesem Fall wird dem Befestigungsteil noch seitliche Führungen für das Servo spendiert.
 
Und so sieht der Winkel aus.

Dieser kann im Shop unter der Artikelnummer 7001 bezogen werden.

Und so mit montiertem Servo.
Eine sehr stabile Montage. Durch die Führung kann das Servo auch nicht verdrehen.
Die Langlöcher erleichtern die Justierung.
Für die liegende Montage des Servo habe ich ebenfalls einen Winkel hergestellt.

Dieser kann im Shop unter der Artikelnummer 7002 bezogen werden.

Fazit

Wer eine kostengünstige Lösung sucht, ist mit selbstgebauten Winkeln bestens bedient. Hier hat man auch die Auswahl aller handelsüblichen Servos mit Kunststoff oder Metallgetriebe.

Generelle Einbauhinweise

Wie oben beschrieben sollte der Stelldraht speziell bei der Verwendung von Servos flexibel genug sein, um in den beiden Endlagen eine Federwirkung auf die Weichenzunge zu erzeugen, ohne das die Kraft auf das Servo zu gross ist.
Dazu ist ein genügend langer Federdraht erforderlich. Sehr gut bewährt hat sich auch eine Schlaufe im Stelldraht um die Achse des Stellhebels. Damit können die Endlagen wesentlich einfacher eingestellt werden, da der Stellhebel in beiden Endlagen etwas weiter drehen kann, ohne das Servo zu blockieren.
 
 

Stelldraht

 

am Stellhebel angebracht

zur Weiche

Hier im Bild ist dies gut sichtbar.
Damit lassen sich Servos sehr nahe an der Weiche montieren.

Einstellung der Endlagen

Servos haben meist einen Stellbereich von mehr als 180°. Dieser Bereich kann vom Steuergerät eingeschränkt werden, was beim Weichenantrieb auch erforderlich ist. Das Vorgehen dazu ist vom verwendeten Steuergerät abhängig. Zu beachten ist aber, dass sich die Position des Stellhebels beim ersten einschalten verändern kann. Deshalb macht es Sinn, eine Grobjustierung der Endlagen vorzunehmen, bevor der Stelldraht mit der Weiche verbunden ist.

Eine einfache Methode dazu ist ein Stellhebel ohne Stelldraht am Servo anzustecken. Mit diesem kann eine erste Einstellung der beiden Endlagen vorgenommen werden, was im Fall der Weichenantriebe meist nur wenige Grad bis 20 Grad Stellweg entspricht. Anschliessend wird der Stellhebel mit dem Draht an das Servo angebracht und mit der Weiche verbunden. Nun können die Positionen bei Bedarf noch genauer eingestellt werden.

Beim ESU SwitchPilot Servo können die Endlagen und die Bewegungsgeschwindigkeit aller vier Servos bequem mit Taster eingestellt werden. Dazu besitzt das Gerät drei Taster: eine Programmiertaste und zwei Taster für (+) und (-).
 

  1. Zuerst wird die Programmiertaste gedrückt und gehalten, bis die benachbarte LED wie folgt blinkt: kurz - kurz - Pause - kurz - kurz - Pause usw., danach die Taste loslassen.
    Damit ist das Gerät im Einstellmodus für die Servo Endlagen und die LED für Servo 1 leuchtet dauernd.
  2. Stellen Sie nun mit Hilfe der (+) und (-) Tasten die gewünschte neue Endlage A ein. Das Servo wird Ihrer Wahl sofort folgen.
  3. Betätigen Sie die Programmiertaste kurz. Damit fährt das Servo in die Endlage B und Sie können die neue Endlage wieder mit (+) oder (-) einstellen.
  4. Durch erneutes betätigen der Programmiertaste bewegt sich nun das Servo mit der aktuell eingestellten Geschwindigkeit zwischen Endlage A und B hin und her.
  5. Betätigen Sie die (+) Taste zum erhöhen bzw. die (-) Taste zum verringern der Geschwindigkeit.
  6. Weiteres betätigen der Programmiertaste schaltet auf Servo 2 weiter und die LED 2 leuchtet. Wiederholen Sie ab Schritt 2 die Einstellung für Servo 2 bis 4. Falls keine Servos angeschlossen sind oder eine Endlage nicht verändert werden soll, wird einfach die Programmiertaste betätigt zum überspringen des Schrittes. Wenn die LED 4 erlischt ist die Einstellung abgeschlossen.

Hinweis zum Betrieb mit der Märklin Central Station 2

Die Adresseinstellung im Lernmodus funktioniert unter Umständen nicht wie gewünscht. Beim betätigen der Programmiertaste wird gleich eine Adresse empfangen und quittiert. Ich empfehle deshalb die Adresseinstellung des SwitchPilot mit einem anderen Steuergerät vorzunehmen wie beispielsweise einer Control Unit 6021 mit Keyboard oder dem ESU Programmer.

3. Doppelspul-Weichenantriebe

Die herkömmlichen Weichenantriebe der europäischen Modellbahnhersteller sind allesamt Doppelspulantriebe. Bei diesen wird ein Metallschieber durch zwei gegenüberliegenden Spulen in die eine oder andere Position gezogen.
Die Vorteile dieser Bauart sind der einfache Aufbau und einfache Ansteuerung. So genügen zwei Taster (je eine pro Spule) für den Handbetrieb. Da die beiden Spulen nicht für Dauerstrom ausgelegt sind, besitzen viele Doppelspulenantriebe ein oder zwei Endschalter, welche die Stromzuführung nach erreichen der Endlage unterbricht. Genau diese Endschalter sind der Schwachpunkt dieser Antriebsart.

In der Praxis verliert dieser Antriebstyp zunehmend an Beliebtheit. Es sind zwei Gründe dafür massgebend: einerseits kann die Stellgeschwindigkeit nicht eingestellt werden. Diese ist bei Doppelspulenantriebe immer unrealistisch hoch. Andererseits - und dies mag der Hauptgrund sein - haben viele Modellbahner schlechte Erfahrungen gesammelt mit den original Märklin Weichenantrieben.
 

Märklin Weichenantrieb für K-Weichen

Märklin hat die Weichenantriebe - insbesondere dasjenige der K-Gleise - im Laufe der Zeit immer wieder konstruktiv geändert. Aktuelle Antriebe für C- und K-Weichen besitzen Mikroschalter für die Endlagenabschaltung. Diese funktionieren anfangs meist recht zuverlässig. Trotzdem gibt es beim Einsatz verschiedenes zu berücksichtigen, damit nicht mit der Zeit Probleme mit nicht schaltenden Weichenantrieben auftreten.

 
Im Bild rechts zwei Märklin K-Gleis Weichenantriebe. Oben das neuere Modell mit den Microschaltern (erkennbar am grossen "Klotz" in der Mitte), unten das ältere Modell mit Kontaktlaschen als Endschalter.
Und hier die gleichen Modelle mit geöffneter Abdeckung. Gut zu sehen sind die beiden Microschalter - der Grund, weshalb die neueren Ausführungen etwas grösser sind als das ältere Modell. Sieht man sich die Konstruktion der Endschalter an, sind die älteren Antriebe wohl robuster als die neuen.

Überbrücken der Endschalter

Problem Endabschaltung...

Das Problem der Doppelspulenantriebe ist vor allem die Endabschaltung. Die Endschalter fallen nach einer gewissen Betriebsdauer aus. Danach lässt sich der Weichenantrieb meist nur in einer Richtung betätigen, bis auch der zweite Endschalter ausfällt. Das Problem liegt konstruktionsbedingt an der Spule und nicht am Endschalter selber. Eine Spule lässt sich nicht ohne weiteres ausschalten. Es wird immer eine Selbstinduktion erzeugt. Diese hohe Spannung erzeugt am Endschalter jeweils einen Funken, was mit der Zeit zur Zerstörung des Kontaktes führt.

Bei den neueren K-Gleis Weichenantrieben hat Märklin auf die Eigenentwicklung der Endschalter verzichtet und stattdessen Standard-Microschalter verwendet. Obwohl diese von guter Qualität sind, kommt es auch bei den neueren Weichenantrieben zu Problemen mit der Endabschaltung. Nachdem ich die defekten Weichenantriebe bzw. die darin eingebauten Endschalter untersucht habe, ist auch klar geworden, weshalb es zu diesen Aussetzern kommt: Die verwendeten Microschalter sind für diesen Einsatzzweck vollkommen ungeeignet. Der Abschaltfunken führt unweigerlich zum Abbrand der Kontakte und damit zu oben beschriebenen Effekt, das die Weichenantriebe zunächst in einer Richtung nicht mehr zuverlässig schalten.
Links im Bild ein geöffneter Microschalter aus einem neueren K-Weichenantrieb. Der kleine Kontakt und der extrem kurze Schaltweg ist zum Schalten induktiver Last völlig ungeeignet, weshalb es nach relativ kurzer Einsatzdauer zu Aussetzern kommt.

... und die Lösungen

Da nun das Problem bekannt ist, können wir uns nun an die Lösung heranwagen. Es gibt verschiedene Lösungsansätze:

  1. Überbrücken der Endschalter
  2. Verhindern des Funkens
  3. Austausch der Endschalter mit Resettables

Je nach Einsatz werden diese Lösungen praktiziert. Dabei gilt es, für den Einsatz die optimale Lösung anzuwenden, um den Weichenantrieb vor Dauerstrom und somit einer Zerstörung zu schützen.

1. Endschalter überbrücken

Die einfachste Lösung ist, den Endschalter zu entfernen und zu überbrücken. Dies kann einfach und schnell durchgeführt werden. Werden die Weichen über ein Steuergerät geschaltet, bei welchem die Schaltdauer festgelegt werden kann, kann durchaus auf die Endlagenabschaltung verzichtet werden. In diesem Fall übernimmt das Steuergerät die Funktion, einen Dauerstrom auf den Spulen zu verhindern. Ein Beispiel für ein solches Steuergerät ist der ESU SwitchPilot. In diesem Fall können die beiden Microschalter überbrückt werden.

 
Hier ein geöffneter K-Weichenantrieb neueren Datums. Die beiden Microschalter sind mittig angeordnet, die Anschlüsse direkt auf der Leiterplatte verlötet.
Zuerst wird der Schalter entfernt. Grundsätzlich könnten hier einfach die Anschlüsse mit einem Seitenschneider durchgeschnitten werden.
Anschliessend werden die Anschlüsse mit einem Draht überbrückt.
Der so umgebaute Antrieb ist im Betrieb etwas lauter, da das anfahren der Endlagen nicht mehr durch die Microschalter gebremst wird.
Die Microschalter könnten auch im Antrieb belassen werden und nur die Kontakte überbrückt. Eine weitere Variante ist, die Anschlüsse der Microschalter abzulöten und mit einzelnen Litzen (3) getrennt herauszuführen. So lässt sich auf einfach Art eine Rückmeldung der Weichen-Endlagen über S88 Eingänge realisieren.

Ein so modifizierter Weichenantrieb hält nun praktisch ewig und steht in Sachen Zuverlässigkeit einem Servoantrieb nicht nach. Allerdings kann ein solch modifizierter Weichenantrieb nur digital betrieben werden. Dazu müssen Weichendecoder verwendet werden, welche selbständig nach einer definierten Zeit den Ausgang (also den Strom durch die Spule) abschalten.

2. Verringern des Abschaltfunkens

Mittlerweile gibt es elektronische Bauteile, welche die Spannung begrenzen und dabei sehr schnell reagieren. Solche Bauteile - Varistoren genannt - sind in verschiedenen Bauformen erhältlich und sind dabei recht kostengünstig.
 
SMD Varistoren in der Bauform 1206.

Für unsere Zwecke eignen sich Varistoren in SMD Bauweise in der Grösse 1206 mit einer Schwellspannung von 26 V. Diese werden zwischen den Endschalterkontakten eingelötet - es braucht also zwei Stück pro Weichenantrieb. Damit wird die beim Abschalten der Weichenspule entstehende Induktionsspannung auf 26 V begrenzt. Der Funken, welcher für den Abbrand der Endschalter verantwortlich ist, ist kaum mehr vorhanden.  Diese Massnahme sollte natürlich bei möglichst neuen Weichenantrieben erfolgen. Bereits abgebrannte Kontakte werden durch den Einbau eines Varistors nicht besser.
 

K-Gleis Weichenantrieb (alt). Die offenen Kontakte können hier gereinigt werden. Einfach einen Papierstreifen mit etwas Kontaktreiniger besprühen und durch die geschlossenen Kontakte ziehen.
Der Varistor-Einbau ist im Detailbild rechts zu sehen.

   

Die neueren K-Gleis Weichenantriebe haben Mikroschalter eingebaut. Hier einfach den mittleren Anschluss abknipsen. Die Varistoren haben anschliessend gut Platz zwischen den äusseren Anschlüssen.

   

C-Gleis Weichenantrieb.
Der Einbau der Varistoren erfolgt wie oben zwischen den äusseren Mikroschalter-Anschlüssen.

3. Austausch der Endschalter durch Resettables

Die in den Weichenantrieben eingebauten Endschalter haben nur eine Funktion: Sie sollen die entsprechende Schaltspule ausschalten, sobald der Weichenantrieb die Endposition erreicht hat. Die Spulen der Weichenantriebe vertragen nämlich keinen Dauerstrom. Schon nach wenigen Sekunden erhitzen sich die Spulen bei Dauerstrom massiv, was zu einem verbrennen der Spule führt.

Das Problem mit den kleinen Endschalter haben wir im Text weiter oben gesehen.
Es gibt aber auch eine andere, sehr einfache Lösung, die Spulen vor Dauerstrom zu schützen:

Die Endschalter können auch durch automatisch rückstellende elektronische Sicherungen, sogenannte Resettables, ersetzt werden. Im Prinzip handelt es sich dabei um PTC Widerstände (PTC=positive temperature coefficient). Diese Widerstände verändern den Widerstandswert je nach Temperatur. Bei einem kleinen Strom ist der Widerstand klein, bei einem grösseren Strom steigt die Temperatur in diesem Bauteil, und der Widerstand wird hoch, womit der Strom durch die Spule massiv sinkt und die Spule nicht mehr erhitzt wird.

Und so wird's gemacht:
 
Dieser Märklin Weichenantrieb wird umgebaut.
Es handelt sich hier um einen älteren Antrieb. Es geht aber auch mit neueren Antrieben mit der Artikelnummer 74491.
Und so sieht der Weichenantrieb aus.
Zum Öffnen müssen mit einem kleinen Schraubendreher einseitig die Metall-Laschen aufgebogen werden.
Und das sieht dann so aus.
Die Leiterplatte lässt sich dann einfach herausnehmen.
Beim Umbau werden zuerst die Endschalter ausgelötet.
Dazu eignet sich Lötsauglitze hervorragend.
An deren Stelle werden die Resettables eingelötet.
Auf der Rückseite müssen die Anschlüsse kurz abgeschnitten und mit Isolierband abgedeckt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Die so modifizierten Weichenantriebe sind nach wie vor mit Gleich- oder Wechselstrom verwendbar. Durch den Wegfall der mechanischen Endschalter halten diese modifizierten Antriebe praktisch unbegrenzt.

Eingesetzt habe ich hier folgende Bauteile:

Littlefuse 60R020XPR, mit folgenden Daten:
Nennspannung 60 VAC/DC
Strom max. 40 A
Haltestrom @ 23 °C 0.2 A
Auslöse-Strom 0.4 A
Leistung max. 0.41 W
Auslösezeit  2.2 s@ 1 A
Widerstand min. 1.83 Ohm
Widerstand max. 4.4 Ohm

 

Märklin Unterflurantrieb 7548

Für die K-Weichenantriebe liefert Märklin unter der Artikelnummer 7548 einen Einbausatz, um den Weichenantrieb unterhalb der Anlage einbauen zu können. Dieser Unterflurantrieb steht - nicht ganz zu unrecht - im Ruf, mehr schlecht als recht zu funktionieren. Weniger bekannt ist, dass Märklin im Laufe der Zeit die Konstruktion überarbeitet hat. Die neueren Version, welche leider unter der gleichen Artikelnummer vertrieben werden, funktionieren dagegen sehr gut.

 
Die ältere Ausführung erkennt man an der blauen Verpackung, welcher einen einzigen Unterflurantrieb enthält.
Bei dieser sind sämtliche Teile aus Kunststoff.
Die neue Ausführung kommt in der weissen Verpackung daher, welcher gleich zwei Stück sowie verbessertes Hilfsmaterial für den Einbau enthält.
Die neuere Ausführung hat einen Stelldraht.

Einbau

Da die ältere Ausführung kaum noch erhältlich und technisch weniger empfehlenswert ist, gehe ich hier nur auf die neue Ausführung ein.

Der Einbau selber ist auf der mitgelieferten Anleitung sehr detailliert beschrieben.
Zu Beginn muss die Weiche bereits fest montiert sein.

 
Zuerst wird der Handschalthebel entfernt.

Anschliessend werden drei Löcher in die Anlagenplatte gebohrt - für dessen genaue Lage liefert Märklin eine Schablone mit, welche an die Weiche angesteckt wird

.
Diese Bohrungen müssen unbedingt exakt senkrecht sein, vor allem bei etwas dickeren Anlageplatten. Leider hat Märklin hier Löcher von 2.2 mm vorgesehen. Solche Bohrer sind nicht in üblichen Bohrersets enthalten.

Am besten man besorgt sich 2.2mm Bohrer bei einem spezialisierten Fachhändler, da die meisten Baumärkte diesen Durchmesser ebenfalls nicht führen.

Die Schablone wird entfernt und das mittlere Loch auf 10mm Durchmesser vergrössert.

Dies sollte in mehreren Schritten erfolgen, damit die Position genau stimmt. Also beispielsweise mit 3, 5, 8 und 10mm Bohrer erweitern.

Die Schablone wird wieder angesetzt und die Montagelehre durchgesteckt (dessen Stifte 2.2mm Durchmesser haben, weshalb es zwingend ebensolche Löcher bedarf).
Die Montagelehre wird ganz eingesteckt und gibt so die Position der Bodenplatte unterhalb der Anlage vor.
Nun kann die Bodenplatte des Unterflursatzes auf der Unterseite der Platte an die Montagelehre gesteckt werden. Dessen Position ist also genau bestimmt, es bedarf bei diesem Einbausatz also keinerlei Justage.


Jetzt können die Befestigungslöcher für die Bodenplatte angezeichnet werden. Die Bodenplatte wird entfernt und die drei Positionen mit einer Ahle vorgestochen.
 

Als nächstes werden die Einzelteile des Einbausatzes zusammengebaut. Achten Sie darauf, dass alle Teile sauber entgratet sind.
Die beweglichen Teile habe ich mit Faller Teflonöl leicht eingeölt. Dieses eignet sich besonders zur Schmierung von Kunststoffteilen.
Setzen Sie den Weichenantrieb ein und überprüfen Sie die Funktion und die Antriebseinheit auf Leichtgängigkeit.
Die Antriebseinheit kann nun mit den mitgelieferten Schrauben befestigt werden.


Der Weichenantrieb selber ist nur aufgesteckt und kann deshalb jederzeit ohne Werkzeuge ausgetauscht werden.
 

Nun wird oben der Antriebskasten aufgesteckt und die Zunge eingesetzt. Bei Platten von 8-12mm dicke ist die Zunge mit dem Rundloch zu verwenden, bei 12-25mm dicken Platten dasjenige mit dem Langloch.
Hinweis: In der englischen Anleitung ist dies genau verkehrt beschrieben.
Der überstehende Stelldraht wird mit einem Seitenschneider gekürzt. Verwenden Sie keinen Elektronik-Seitenschneider, da dieser durch den recht harten Draht beschädigt werden könnte.

Zum Schluss wird die obere Abdeckplatte aufgesetzt.

Alles ist perfekt montiert, aber die Weiche schaltet trotzdem nicht immer sauber?
Das mag daran liegen, dass der Weichenantrieb durch das Eigengewicht etwas nach unten durchhängt. In diesem Fall hilft eine Rundkopfschraube, mit welcher der Antrieb fest an die Anlagenplatte gehalten wird. Diese einfache Massnahme ist so effektiv, dass ich dies nun bei allen Antrieben nachgerüstet habe. Der Antrieb lässt sich nun allerdings nicht mehr ohne Werkzeug auswechseln.

Fazit

Der Märklin Unterflur-Einbausatz ist wesentlich besser als sein Ruf. Werden die Löcher mit der Schablone genau senkrecht gebohrt, stimmt die untere Position der Bodenplatte exakt und die Antriebseinheit funktioniert tadellos. Es muss auch nichts eingestellt werden, was die Montage erheblich vereinfacht.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Weichenantrieb jederzeit nachträglich ausgewechselt werden kann, wozu nicht einmal ein Werkzeug erforderlich ist.

 

     

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Letzte Änderung:

24.03.2007
04.09.2017

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