Anschluss der Ampeln
So steuern Sie eine Durchfahrt mit einer Ampel
In einer schmalen Durchfahrt, auf einem Parkplatz, in Garagen oder an Verladerampen ist es manchmal nötig, eine Ampel einzusetzen. Typischerweise zeigt die Ampel standardmäßig Grün, schaltet aber auf Rot, sobald sich ein anderes Fahrzeug oder ein Fußgänger in der Durchfahrt befindet. Oder umgekehrt: Die Ampel zeigt die ganze Zeit Rot und schaltet bei Bewegung auf Grün.
Eine Ampel ist eigentlich nur eine LED-Leuchte mit farbigen Lichtern, die von sich aus nichts weiß. Sie leuchtet nur entsprechend dem Kabel, über das Sie Strom zuführen. So lässt sich das Ganze mithilfe eines Relais und eines Lichtschrankenpaars automatisieren.
Was benötigen wir?
- Lichtschranken: ein Paar (oder mehrere Paare) herkömmlicher Lichtschranken mit Relaisausgang (zum Beispiel NICE EPM, oder andere gängige Lichtschranken beliebiger Hersteller, die bei einer Unterbrechung des Lichtstrahls potenzialfrei schalten). Lichtschranken werden üblicherweise mit 24 V versorgt.
- Ampel (Rot / Grün): Sie kann ein- oder zweikammerig sein und entweder für 24 V oder 230 V. Das ist völlig frei wählbar und hängt nur davon ab, welche Versorgungsspannung Sie verwenden möchten und welches Netzteil Sie dafür auswählen. Aus unserem Sortiment empfehlen wir zum Beispiel eine einkammerige Dual-Ampel 24 V, oder die Variante für Netzspannung eine einkammerige Dual-Ampel 230 V.
- Zwischenstück (elektromechanisches Relais): Ein gewöhnliches Koppelrelais für die DIN-Schiene mit Wechslerkontakt (SPDT). Die Relaisspule muss für 24 V ausgelegt sein (da sie von den 24-V-Lichtschranken geschaltet wird); ihre Kontakte können jedoch problemlos 24 V oder 230 V für die Ampel schalten. Dieses Relais erhalten Sie in jedem Elektroinstallationsgeschäft.
- Netzteil: Wenn Sie eine 24-V-Ampel wählen, genügt ein gemeinsames 24-V-Netzteil für Ampel und Lichtschranken. Wenn Sie eine 230-V-Ampel wählen, schließen Sie die Leuchte an das 230-V-Netz an und verwenden für Lichtschranken und Relais einen kleineren 24-V-Adapter.
Wie funktioniert das?
Nehmen wir als Beispiel folgende Situation: Standardmäßig leuchtet Grün, bei Bewegung schaltet die Ampel auf Rot. Entscheidend ist dabei der Wechslerkontakt unseres Relais. Dieses Relais hat einen gemeinsamen Anschluss (COM) und zwei Ausgänge:
- NC (Normally Closed – im Ruhezustand geschlossen): Hier schließen wir GRÜN an.
- NO (Normally Open – im Ruhezustand offen): Hier schließen wir ROT an.
Solange der Lichtstrahl der Lichtschranke frei ist, „ruht“ das Relais und der Strom (24 V oder 230 V) fließt wie vorgesehen zur grünen Leuchte. Sobald jedoch ein Auto (oder ein Mensch, ein Hund …) den Lichtstrahl unterbricht, sendet die Lichtschranke ein Signal, das Relais schaltet sofort und leitet die Versorgung zur roten Leuchte um. Sobald das Auto die Durchfahrt verlassen hat, schaltet das System wieder auf Grün.
So schließen Sie unser Beispiel an – Grün leuchtet, bei Bewegung schaltet die Ampel auf Rot:
- Schritt 1: Lichtschranken und Relais in Betrieb nehmen Schließen Sie die 24-V-Versorgung (+ und −) sowohl an die Sende- (TX) als auch an die Empfangslichtschranke (RX) an. Bereiten Sie anschließend die Versorgung für die Ampel selbst vor (entweder 24 V oder 230 V, je nach Ampel) und schließen Sie sie an den gemeinsamen Relaiskontakt an, der üblicherweise mit COM gekennzeichnet ist.
- Schritt 2: Lichtschranke und Relais verbinden An der Empfangslichtschranke (RX) verwenden wir ihre Schaltkontakte. Verbinden Sie sie so, dass die Lichtschranke bei einer Unterbrechung des Lichtstrahls einen kleinen Steuerstrom (24 V) direkt an die Spule unseres Koppelrelais sendet.
- Schritt 3: GRÜN anschließen (Durchfahrt frei) Den Minuspol der Ampel (Minus bei 24 V oder Neutralleiter bei 230 V) verbinden wir direkt mit dem Netzteil bzw. dem Stromnetz. Das Kabel für das grüne Licht schließen wir anschließend an die mit NC gekennzeichnete Relaisklemme an. Dadurch leuchtet die Ampel immer dann grün, wenn die Durchfahrt frei und der Lichtstrahl nicht unterbrochen ist.
- Schritt 4: ROT anschließen (Durchfahrt belegt) Das Kabel für das rote Licht schließen wir an die mit NO gekennzeichnete Relaisklemme an. Sobald jemand den Lichtstrahl unterbricht, leitet das Relais die bereitgestellte Spannung (24 V oder 230 V) von NC nach NO um und die Ampel wechselt sofort von Grün auf Rot.
Theoretisch könnte man die Ampelfarben direkt an die Kontakte der Lichtschranke anschließen, da auch diese ein Miniaturrelais enthält. Bei energiesparenden 24-V-LED-Ampeln mit geringer Leistungsaufnahme würde das theoretisch zwar funktionieren, die Verwendung eines externen Koppelrelais ist jedoch deutlich sicherer. Es schützt die Elektronik der Lichtschranke vor Stromspitzen oder einem möglichen Kurzschluss, zum Beispiel wenn Feuchtigkeit in die Ampel eindringt.
Weitere Erkennungsmöglichkeiten: Mikrowellendetektoren und Induktionsschleifen
Neben herkömmlichen Lichtschranken gibt es weitere Möglichkeiten, der Ampel zu signalisieren, dass sich etwas in der Durchfahrt bewegt. Das Prinzip der Relaissteuerung bleibt gleich; nur das Gerät, das den Impuls auslöst, ändert sich:
- Mikrowellen-Bewegungsmelder: Wir führen Melder, die zwischen Menschen und Autos (bewegten Metallgegenständen) unterscheiden können. So können Sie das System so einstellen, dass die Ampel nur auf Fahrzeuge reagiert und Fußgänger ignoriert. Das ermöglicht verschiedene Einsatzszenarien in Industrieanlagen und auf Privatgeländen.
- Induktionsschleifen: Das Kabel wird direkt im Boden verlegt und funktioniert wie ein großer Metalldetektor. Die Schleife reagiert nicht auf Menschen, sondern schaltet das Relais nur, wenn ein Auto (Metallgegenstand) darüber steht oder fährt.
Zusammengefasst gibt es mindestens drei Möglichkeiten, eine Ampel zu steuern:
Lichtschranken
Mikrowellendetektor
Induktionsschleife
Wie lässt sich eine Sicherheitspause zwischen den Farbwechseln einrichten?
Wenn die Ampel nach dem Verlassen der Durchfahrt nicht sofort auf Grün, sondern erst nach einigen Sekunden schalten soll, können Sie ein Zeitrelais. Damit können Sie genau einstellen, wie lange eine bestimmte Ampelfarbe eingeschaltet bleiben soll, bevor das System in den Ausgangszustand zurückkehrt.
Wechselverkehr auf einer Spur (Lösung für zwei Ampeln)
Für die Steuerung einer Durchfahrt, bei der Fahrzeuge aus beiden Richtungen dieselbe Spur nutzen (wie etwa an Baustellenampeln: Eine Seite wartet, während die andere fährt, dazwischen gibt es eine kurze Pause, in der beide Seiten stehen), verwendet man eine einfache Steuerung für zwei Ampeln.
Dieses System stellt sicher, dass eine Seite Rot zeigt, solange auf der anderen Seite Grün leuchtet. Außerdem überwacht die Steuerung automatisch die Sicherheitspause, in der beide Seiten gleichzeitig Rot zeigen. So können die letzten Autos (und Rennfahrer :)) sicher durchfahren, bevor der Verkehr aus der Gegenrichtung freigegeben wird. Bei dieser Schaltung benötigen Sie kein externes Relais. Wir führen zwei Versionen der Steuerung, je nach Versorgungsspannung:
Wie eingangs erwähnt, ist eine Ampel im Grunde nur eine Leuchte und verhält sich entsprechend den Impulsen, die sie von einem Gerät erhält. Theoretisch können Sie sich also ein beliebiges Szenario ausdenken und mit Relais und Zeitsteuerungen die gewünschte Funktion erreichen.
Meistens genügen Lichtschranken, da sie die kostengünstigste Lösung sind. Nachteilig ist jedoch, dass ihr Relais bei jeder Unterbrechung des Infrarotstrahls schaltet. Es unterscheidet also nicht, ob ein Auto oder ein Tier die Lichtschranke passiert oder ob gerade Kinder dort spielen.
Eine Induktionsschleife unterscheidet das (sie erkennt Metallgegenstände), hat aber den erheblichen Nachteil, dass sie im Boden verlegt ist und daher bereits beim Bau eingeplant werden muss. Sie nachträglich an einer Stelle mit schönem neuen Beton einzubauen, ist ziemlich teuer.
Die besten technischen Eigenschaften bietet ein Mikrowellendetektor, der Autos und Menschen sowie sogar die Bewegungsrichtung erkennen kann. Diese Lösung ist zwar die teuerste, doch müssen dafür keine Kabel unterirdisch verlegt werden. Soll sie an einem bestehenden Objekt nachgerüstet werden, ist sie baulich die einfachste Lösung. Außerdem lässt sich der Erfassungsbereich genau einstellen.
