Ich versuche eine eigentlich ganz einfache Schaltung zu entwickeln aber bin leider an einem Punkt (und einer Uhrzeit^^) bei der ich nicht mehr weiterkomme. Auch eine Recherche hier im Forum und sowieso ist bisher leider ergebnislos geblieben, darum mein Eintrag. Wenn einer schon vorhanden sein sollte, bitte gerne verlinken.
Folgendes ist gegeben:
• Schaltung soll mit Transistoren aufgebaut werden (Bipolar/Mosfet)
• Schaltung soll polwechselnde Impulse von 24V verstärken und damit Relais ansteuern
• Hintergrund: Die polwechselnden Kontakte einer Hauptuhr sind schon rund 90 Jahre alt (Siemens HU9 aus den 1920ern) und schalten den vorhandenen Schwinganker zum Aufzug der Uhr nicht mehr zuverlässig
• Ziel: polwechselnde Impulse mit möglichst geringem Strom erzeugen
Also habe ich eine Schaltung ausgetüftelt. Als Informationsgrundlage dient mir dieser Artikel: https://de.elv.com/elvjournal/transistor-als-schalter/
Von dort habe ich die Bezeichnungen für die Widerstände entnommen.
Bitte schaut in den angehängten Schaltplan. Das ist mein derzeitiger Stand, aber ich bin mir nicht sicher, ob er funktionieren wird.
R1 und R2 sind die oben im Link bezeichneten Vorwiderstände RB. Mein Verständnis ist, dass über RB eine Spannung abfällt, wenn die Diode sperrt. Lege ich an Pin 2 des Anschlusses J1 die positive Spannung an und auf Pin 1 die negative, dann fließt der Strom durch R1 durch, da D1 sperrt. D2 lässt den Strom ungehindert passieren und über R2 fällt keine Spannung ab. Verwende ich statt RB einfach die Relaisspulen, funktioniert die Schaltung. Jeweils ein Relais zieht an, wenn ich eine Spannung anlege. Das andere Relais schaltet, wenn ich die Polarität wechsele. So etwas habe ich bereits erfolgreich gebaut.
Mein Ziel ist nun, einen Transistor einzuschleifen, um den Schaltstrom zu minimieren. Die Relais benötigen ca. 20mA, in einer empfindlichen Version 8mA. Der Transistor benötigt aber noch weniger Strom als dis Relais und schont damit meine Kontakte/macht die Uhr wieder gangbar.
Bei meiner ausgedachten Schaltung soll über RB ein Strom abfließen, der den Transistor leitend macht. RBE dient dazu, ein definiertes Potential zu erzeugen. Er ist sehr hochohmig, wie im obigen Link zu lesen. Bei unseren Betrachtungen sollte er eigentlich keine Rolle spielen.
Ich bin mir aber nicht sicher, ob das so funktioniert. Lege ich auf Pin 2 des J1 24V an, fließt ein Strom über R1 und D2 zum Pin 1 meines Anschlusses J1. Gleichzeitig wird Q1 leitend gemacht. Ein Strom fließt über Basis und Emitter ab. Das Relais K1 zieht somit an, wenn der Stromfluss durch Q1 ausreichend ist.
Da der Strom durch D2 läuft, wird auch Q2 angeregt. Das Relais K2 zieht ebenso an, was nicht erwünscht ist.
Nun meine Frage: Wie kann ich die Schaltung aufbauen, damit es funktioniert? Kann ich zwischen RB und RBE noch einen RB2 einbauen, sodass für den Strom kaum Anreiz besteht Q2 auch leitend zu machen? Da RB+RB2 von Q1 > als RB2 Q2 … aber das würde die Logik auch wieder umkehren und am Ende nix bewirken … ?!
Vielleicht ist die Lösung einfach und ich stehe gerade nur auf dem Schlauch. Oder es ist komplexer … Für weitere Fragen bin ich offen, für Vorschläge wie man diese Schaltung aufbauen könnte ebenso ;)
Mir kam noch eine Idee:
Was ist, wenn ich aus jedem RB zwei Widerstände (Wert jeweils ½*RB) mache und zwischen diesen Q1 bzw. Q2 anschließe. Dann fällt Strom über die beiden RB des Q1 ab, schaltet den Transistor, fließt dann weiter durch die Diode, die in freier Richtung liegt. Es sollte dann kein Strom über RB des Q2 abfallen.
Ergibt das Sinn? Die Tage fertige ich ggf. eine neue Zeichnung an.
Warum nicht die Impulse jeweils über einen Basisvorwiderstand an jeweils
einen Transistor geben?
D1,D2,R1,R2 brauchst Du nicht, Basisvorwiderstand 10K, die Widerstände R3,R4 sind
auch nicht notwendig bei Bipolar...
In Deiner Kunstschaltung ist klar, dass über R1,R2 jeweils auch der andere
Transistor angesteuert wird, die Dioden davor ergeben überhaupt keinen Sinn...
Nimm doch einfach einen Dual-Optokoppler und schalte die beiden Eingangs-LEDs antiparallel. Dann ergibt sich wie von Geisterhand immer der richtige Impuls für die beiden Ausgangstransistoren, die dann je nach Polarität abwechselnd das richtige Relais schalten.
Für eine Mutteruhrsteuerung wäre aber eine H-Brücke, bestehend aus 4 Transistoren (2 Stück NPN und 2 Stück PNP Transistoren) die bessere Variante. Dadurch erspart man sich die Relais. Relais sind auf Dauer Verschleißteile.
Und wenn du nur einen verkürzten Impuls benötigst, dann kannst du sogar noch durch das Einschleifen eines bipolaren 10uF Elkos vor R1 und R2, für eine zeitlich begrenzte Dauer von ca. 1 Sekunde die Relais bestromen.
Und wenn du nur einen verkürzten Impuls benötigst, dann kannst du sogar
noch durch das Einschleifen eines bipolaren 10uF Elkos vor R1 und R2,
für eine zeitlich begrenzte Dauer von ca. 1 Sekunde die Relais
bestromen.
Dem Elko dann aber so 470K parallel schalten, dass sich dieser auch wieder
entladen kann...
polwechselnde Impulse mit möglichst geringem Strom erzeugen
"Möglichst geringer Strom" bedeutet aber auch "maximale Störempfindlichkeit". Und vor allem: zu wenig Strom ist für Schaltkontakte wegen des Frittstroms auch schlecht, die oxidieren dann zügig und schalten gar nicht mehr (https://de.wikipedia.org/wiki/Frittspannung).
Unter Technikern ist es üblich, solche qualitativen Angaben wie "möglichst gering" mit Quantitäten wie "höchstens 20 mA" zu fixieren. Wenn du also 20 mA fließen lassen könntest, dann vergiss die Transistoren und puffere das Signal nur mit "low coil power" bzw "high sensitive" Relais wie z.B. Finder 40.62.7.024.0000 (20mA) oder Hongfa HFD16 (10mA)
Ich versuche eine eigentlich ganz einfache Schaltung zu entwickeln aber
bin leider an einem Punkt (...) bei der ich nicht mehr
weiterkomme.
Warum maßen sich oft genau diejenigen an, eine Schaltung als "eigentlich ganz einfache" zu klassifizieren, die genau an so einem "ganz einfachen" Problem scheitern?
Dem Elko dann aber so 470K parallel schalten, dass sich dieser auch
wieder
entladen kann...
Das ist in diesem Fall nicht nötig, weil der Elko beim nächsten Gegenimpuls sowieso wieder komplett umgeladen wird. Außerdem reichen 470k aus, um den Transistor immer noch knapp durchzusteuern. Das wäre also kontraproduktiv.
Falls die BE-Reversespannung Probleme bereiten sollte, könnte man den 33k Widerstand noch auf 39k erhöhen, dann entsteht eine Spannung von -4,9V zwischen B und E, das dürfte der Transistor noch so eben verkraften.
Ich glaube aber fast, dass so ein Elko gar nicht nötig ist, weil es eigentlich immer 59 Sekunden lange Pausen zwischen den 24V Impulsen geben müsste.
Nimm doch einfach einen Dual-Optokoppler und schalte die beiden
Eingangs-LEDs antiparallel. Dann ergibt sich wie von Geisterhand immer
der richtige Impuls für die beiden Ausgangstransistoren, die dann je
nach Polarität abwechselnd das richtige Relais schalten.
Spannende Idee, auf die bin ich nicht gekommen. Sie haben den geringen Schaltstrom (<10mA) und können den Transistor sicher schalten.
Für eine Mutteruhrsteuerung wäre aber eine H-Brücke, bestehend aus 4
Transistoren (2 Stück NPN und 2 Stück PNP Transistoren) die bessere
Variante. Dadurch erspart man sich die Relais. Relais sind auf Dauer
Verschleißteile.
Auch richtig. Sie werden schon ein paar Jahre halten, sind dann aber eher hinüber als Halbleiter.
Telenorma stellte solche Nebenuhr Treiber her. Da kannst Du an einigen
Beispielen sehen, wie es gemacht werden könnte. (Der Anhang ist von
dort)
Danke, schau ich mir mal an als Referenz. Meine reine Relais-basierte Schaltung, von der ich die oben gezeigte ableiten wollte, basiert auf dem TN-Verstärker. Dort sind die Dioden so verteilt und RB einfach die beiden Relaisspulen.
Stimmen diese Annahmen (besonders auch 2.)?
Was sind die Werte für X, Y und Z?
Welcher Strom muss tatsächlich geschaltet werden?
Ja, deine Annahmen sind richtig. X und Y beträgt ca. 100–200ms. Genau kann ich es ohne Oszilloskop o.ä. nicht sagen. Die Zeit Z beträgt 60s-X bzw. Y, also ca. 59,9–59,8s.
Die numerisch genaue Last ist mir noch nicht bekannt. Sie beträgt definitiv über 200mA, aber wohl nicht mehr als 500mA. Leider habe ich die Uhr gerade nicht im Zugriff, sodass ich den genauen Wert ermitteln könnte.
Mea Culpa mit der Aussage „möglichst gering“ – Ja, die Schaltung sollte mit <20mA angesteuert werden.
Das Phänomen der Frittspannung ist auch neu, danke für den Hinweis. Wenn also mein Strom zum Aktivieren der Schaltung super gering wird, werden meine Kontakte dadurch nicht geschont, so wie ich mir das erhofft hatte …
Wie soll der Puls aussehen (Skizze) und wie groß sind die Zeiten
(min/max)?
Eine Skizze kann ich dir leider gerade nicht anfertigen, ich hoffe die Ausführungen weiter oben geben dir genug Aufschluss!
Wo soll der Strom "möglichst gering" sein, in der Ansteuerung oder im
Laststromkreis?
Der Strom soll „möglichst gering“ bei der Ansteuerung sein, um mit den vorhandenen Uralt-Kontakten einen zuverlässigen Stromfluss zu ermöglichen. Ein Austausch der Kontakte ist nur mit einem sehr großen Aufwand verbunden, ferner möchte ich die Uhr nicht verändern.
Ich entnehme den Antworten, dass ein möglichst geringer Schaltstrom nicht unbedingt förderlich ist in dieser Anwendung. Ein Lastwiderstand (z.B. 1000Ω) parallel zu den Pins von J1, der für einen Stromfluss von mindestens 20mA sorgt, umgeht dieses Problem.
Das Nutzen von Halbleitern ist sinnvoll, um Verschleißteile wie Relais zu vermeiden. Sie wären aber die einfachste Lösung und eine Möglichkeit.
Wie man die Transistoren potentialfrei ansteuert ist mir leider noch nicht klar, außer man verwendet Optokoppler oder verzichtet auf die Potentialfreiheit und legt den Emitter der Transistoren auf Minus der Versorgungsspannung.
Das Phänomen der Frittspannung ist auch neu, danke für den Hinweis. Wenn
also mein Strom zum Aktivieren der Schaltung super gering wird, werden
meine Kontakte dadurch nicht geschont, so wie ich mir das erhofft hatte…
Sie werden schon geschont, aber eben so sehr, dass sie gar nicht mehr schalten.
Das Nutzen von Halbleitern ist sinnvoll, um Verschleißteile wie Relais
zu vermeiden.
Aber warum hast du dann in deiner Schaltung doch wieder Relais drin?
Und nicht vergessen: auch Halbleiter (wie die vorgeschlagenen Optorelais) haben Alterungseffekte.
Siehe den Bericht dort, wo der OK für graue Haare sorgte:
Ich entnehme den Antworten, dass ein möglichst geringer Schaltstrom
nicht unbedingt förderlich ist in dieser Anwendung.
Eventuell verschlimmert sich dann dein Problem, wenn die Schaltkontakte durch zu geringe Belastung nicht mehr gereinigt werden.
Wichtig wäre, wenn damit Relais geschaltet werden, den Schaltfunken, bedingt durch die Spule, zu entschärfen.
Das, was bei einer Transistoransteuerung eines Relais zwingend ist, ist auch hier nicht von Schaden.
Ich habe schon in meinem Job als Instandhalter erlebt, das ein Treiberrelais, was ein Magnetvebtil schaltete, nach 20 Jahren ausgebrannte Kontakte hatte und deswegen versagte.
Hintergrund: Die polwechselnden Kontakte einer Hauptuhr sind schon rund
90 Jahre alt (Siemens HU9 aus den 1920ern) und schalten den vorhandenen
Schwinganker zum Aufzug der Uhr nicht mehr zuverlässig
Dann würde ich an dieser Stelle ansetzen. Wobei sich schon die Frage stellt, ob es an den Kontakten liegt (verschlissen oder verschmutzt?) oder am Verbraucher (schwergängige, verharzte(?) Lager).
Wobei ich mit "Schwinganker zum Aufzug der Uhr" wenig anfangen kann. Dient der Impuls nicht eher zum Antrieb von Nebenuhren?
Auf jeden Fall bringt eine Behebung der Ursache mehr als das herumdoktoren an Symptomen.
Der Transistor benötigt aber noch weniger Strom als dis Relais und
schont damit meine Kontakte/macht die Uhr wieder gangbar.
Ich denke mal Du bist auf dem Holzweg, was den Kontaktstrom Deiner Uhr betrifft.
Mechanische Kontakte benötigen einen Mindeststrom, damit die Oxid- und Schmutzschichten auf den Kontakten zuverlässig durchschlagen werden und es einen guten elektrischen Kontakt gibt. Ein dauerhafter Strom unter 10-20mA wirkt sich auf die Kontaktgabe negativ aus. Das trifft zumindest für nicht beschichtete oder mit Silber beschichtete Kontakte zu. Bei Kontakten mit Goldbeschichtung, darf der Strom sehr gering sein, da es hier zu keiner Oxidbildung kommt.
Dann wirst Du noch ein weiters Problem haben. Nach 100 Jahren Betrieb wird wegen Materialermüdung auch die Kontaktkraft nachgelassen haben, so daß die Kontakte nicht mehr mit der nötigen Kraft aufeinander drücken.
Ich würde erst mal die Kontakte mit einem geeigneten Mittel gründlich reinigen, wenn möglich ausbauen und ins Ultraschallbad legen. Es gibt verschiedene Kontaktreiniger die dafür geeignet sind. Nach der Reinigung die Reinigerrückstände sorgsam entfernen.
Wenn Reinigen alleine nicht ausreicht, kann man die Kontaktkraft prüfen und gegebenenfalls leicht nachjustieren.
Sehr oft ist im Kreis des Aufzugsmagneten noch ein Widerstand und ein Gleichrichter enthalten. Diese auch prüfen, ob sie noch in Ordnung sind. Alle weiteren Bauelemente, sofern vorhanden, ebenfalls prüfen.
Die Transistorschaltung wird das Problem nur temporär lösen. Wenn Du was dazu bastelst nimm nur die 2 Relais, die 20mA schaden den Kontakten nicht.
Ich habe im Netz noch ein interessantes PDF gefunden und hier mal mit angehangen. Google mal nach "reinhard helsper hauptuhren", da werden noch mehrere Veröffentlichungen vom Autor des beigefügten PDF's zum Thema gefunden. Den Herrn Helpser kannste leider nicht mehr befragen.
Nachtrag: Lothar hatte es ja schon im vierten Post ähnlich wie ich beschrieben.
Aber warum hast du dann in deiner Schaltung doch wieder Relais drin?
Und nicht vergessen: auch Halbleiter (wie die vorgeschlagenen
Optorelais) haben Alterungseffekte.
Siehe den Bericht dort, wo der OK für graue Haare sorgte:
Ich wollte erstmal die Schaltung weiter treiben mit Relais, da ich dort schon eine Lösung für hatte. Natürlich wäre es sinnvoller, eine H-Brücke oder einen LM293D oder dergleichen zu verwenden. Vermutlich werde ich diesen Schritt auch gehen, doch diese Betrachtung ist für mich erstmal zweitrangig. Zuverlässiger Kontakt ist wichtiger!
Dann würde ich an dieser Stelle ansetzen. Wobei sich schon die Frage
stellt, ob es an den Kontakten liegt (verschlissen oder verschmutzt?)
oder am Verbraucher (schwergängige, verharzte(?) Lager).
Wobei ich mit "Schwinganker zum Aufzug der Uhr" wenig anfangen kann.
Dient der Impuls nicht eher zum Antrieb von Nebenuhren?
Auf jeden Fall bringt eine Behebung der Ursache mehr als das
herumdoktoren an Symptomen.
Ja Axel, damit triffst du den Nagel auf den Kopf. Die Kontakte sind das Problem, da auch eine angeschlossene Nebenuhr nicht korreft mitlief. Die Hauptuhr selber wurde auch erst vor zwei Jahren komplett zerlegt und überholt. Der Kontaktsatz erzeugt einen polwechselnden Impuls für die Nebenuhren, richtig. Ferner aber auch einen Impuls für den Aufzugsmechanismus:
In der Uhr sind zwei dicke Spulen nebeneinander angeordnet. Über den Spulen ist ein länglicher Anker, der oben im Werk befestigt ist. Er schwingt in jeder Minute mit dem Stromimpuls zur einen, und beim nächsten Impuls zur anderen Seite. Dabei wird über einen Ratschenmechanismus das Gewicht angehoben. Das angehängte Bild gibt vielleicht etwas mehr Klarheit, die schwarzen Spulen und der Anker sind oben links im Bild. Die silbernen Arme rechts sind der Ratschenmechanismus.
Da ich keinen Ersatzkontaktsatz habe möchte ich mir mit geringerer Stromstärke eine Lösung schaffen. Dass die Kontakte ggf. nur ordentlich gereinigt gehören, sehe ich natürlich vollkommen ein. Eine weitere Lösung!
Dann wirst Du noch ein weiters Problem haben. Nach 100 Jahren Betrieb
wird wegen Materialermüdung auch die Kontaktkraft nachgelassen haben, so
daß die Kontakte nicht mehr mit der nötigen Kraft aufeinander drücken.
Es gibt verschiedene Kontaktreiniger die dafür geeignet sind. Nach der
Reinigung die Reinigerrückstände sorgsam entfernen.
Wenn Reinigen alleine nicht ausreicht, kann man die Kontaktkraft prüfen
und gegebenenfalls leicht nachjustieren.
Dann werde ich diese Spur auch weiter verfolgen, neben dem Einfügen einer Verstärkerschaltung. So habe ich die sichere Kontaktgabe und entlaste die Kontakte durch einen geringeren, aber nicht so geringen Strom.
Sehr oft ist im Kreis des Aufzugsmagneten noch ein Widerstand und ein
Gleichrichter enthalten. Diese auch prüfen, ob sie noch in Ordnung sind.
Alle weiteren Bauelemente, sofern vorhanden, ebenfalls prüfen.
In diesem Fall ist an der Uhr nichts weiter enthalten als der Kontaktsatz und die Spulen des Aufzugs. Es ist sehr schade, dass die originalen Teile ausgeweidet wurden.
Ich habe im Netz noch ein interessantes PDF gefunden und hier mal mit
angehangen.
In der Tat ein sehr hilfreiches Dokument/Quelle! Es zeigt mir, dass ein Aufzugsrelais bei der Uhr vermutlich vorhanden war – wohl genau aus dem Grund, damit der Kontaktsatz nicht abraucht. Immerhin hat der Schlingel, der die Uhr vor mir so wieder in Betrieb gesetzt hat, Freilaufdioden über die Kontakte gelegt. Es funkt also nichts, das wäre mir auch schon aufgefallen und das hätte ich als erstes korrigiert.
Da ich die Relais und Dioden rumliegen habe, werde ich den Kontaktsatz reinigen, ggf. einstellen (nach welchen Werten … hm) und dann mal gucken.
Oh wie cool, ich habe so ein Projekt mit Arduino, DCF-Empfänger, DCF-Library, LED-Display und selbstgebauten H-Brücken realisiert. Diese übernimmt derzeit auch die Hauptschaltung meiner Uhrenanlage (inkl. Sekunden- und Stundenimpulse sowie Impulse für eine Pendelsynchronisation), die HU9 und meine weiteren Hauptuhren sind dagegen die schöne „Deko“ ;)
Das hier schaue ich mir mal an, da ein Freund Interesse an so einer Schaltung äußerte und dies hier vielleicht ein gutes Upgrade mit weniger Bastelaufwand ist, als meine.
Ein Kandidat wäre auch der betagte L298. Kann bis zu 40V. Mit einem Komparator kann man auch Überstrom durch Kurzschluss beherrschen. Gibt es auf fertigen Platinchen. Nur die Schottky Schutzdioden nicht auslassen.
In diesem Fall ist an der Uhr nichts weiter enthalten als der
Kontaktsatz und die Spulen des Aufzugs. Es ist sehr schade, dass die
originalen Teile ausgeweidet wurden.
Dann würde ich versuchen zunächst erst mal wieder den Orginalzustand herzustellen. Ganz Orginal wird es natürlich nicht wieder werden, weil es die damals benutzten Bauelemente nicht mehr gibt. Man kann das auch mit neueren Bauelementen machen, die die gleiche Funktion haben. Das wird sogar im Sender Grimeton gemacht, da gibt es an einer Stelle eine moderne Halbleiterdiode.
Wie die Bauelemente einzubauen sind ist ja in dem PDF von Herrn Helsper recht gut beschrieben. Das würde ich erst mal als Vorlage nehmen und die Uhr wieder, so gut es geht, in den Orginalzustand versetzen.
Elektronikbasteleien, egal ob Transistorrelaisstufe oder H-Brücke, würde ich an dieser Uhr nicht machen. Damit verbastelt man nur das gute Stück. Mit Reinigung und Nachjustierung der Kontakte sowie der Ergänzung der fehlenden Schaltungsteile wird das gute Stück wieder für viele Jahre zuverlässig funktionieren. Der neumodische Kram ist an dieser Stelle so unnötig wie ein Kropf.
, ggf. einstellen (nach welchen Werten … hm) und dann mal gucken.
Werte wird man für diese Kontakte nicht mehr finden. Da braucht es halt einfach ein bischen mechanisches Feingefühl. Dummerweise hat man das oder auch nicht.
Ich habe hier https://clockdoc.org/default.aspx?aid=4862 ein paar Dokumente gefunden die da vielleicht hilfreich sein könnten. Für die Uhren gibt es bestimmt auch Wartungs- und Reparaturpläne, man muß sie halt finden.
Schau Dich auch mal im Netz um, es gibt bestimmt Foren die sich mit dieser Thematik beschäftigen. Dort wird es vermutlich auch Leute geben die so was schon mal gemacht haben und mitentsprechendem Wissen auch weiter helfen können. Auf die Schnelle habe ich dieses Forum https://forum.dg-chrono.de/ gefunden.
