Die eingesetzte Technik Definitionen und Fakten

• Spannungsversorgung
• Kabelfarben und Bezeichnungen
• Gedanken zur Verkabelung
• Märklin Motoren
• Solid State Schaltungstechnik
• Gleichstromnetzgerät

Spannungsversorgung allgemein: Beschreibung der Stromquellen

• Die Anlage wird wahlweise konventionell oder digital betrieben. Analog bedeutet bei Märklin die Einspeisung der Fahrspannung (Bahnstrom B, rot, 4 - 16V~, Fahrtrichtungswechsel mit 24V~ Überspannung) in die einzelnen Streckenabschnitte, wobei für unterschiedliche Geschwindigkeiten an Berg- und Talstrecken jeweils eigene Trafos oder entsprechende Module notwendig sind.
  Digital bedeutet Einspeisung der Digitalspannung (Bahnstrom B, rot, 18V= in die gesamte Anlage, wobei eine Trennung in verschiedene Stromkreise - u. U. mit eigenem Booster - keine funktionelle Bedeutung hat, sondern nur kurzschlußtechnisch erforderlich ist.
  
  
• Magnetartikel werden über den Lichtstromanschluß L, gelb, (16V~) betrieben; da über diesen Stromkreis keine Lampen betrieben werden (Weichen- und Signallaternen sind generell getrennt), kann hier auch ein Block- oder Ringkerntrafo mit 18V/4A eingesetzt werden, um etwas "müderen" Antrieben die erforderliche Power zu verleihen. Besonders in diesem Fall ist die Überwachung der Magnetartikel wichtig, da ein Dauerbetrieb den Artikel unweigerlich zerstören wird! Ebenfalls ist für einen hinreichenden Kurzschlußschutz zu sorgen - (Kabel-) Brandgefahr!
  
  
• Lampen und Beleuchtung L1, weiß bzw. grau, werden über einen 12V~ /100VA Halogentrafo betrieben; sie sind dadurch nicht so hell und leben wesentlich länger als mit 16V; auch ist die Wärmeentwicklung deutlich geringer. Sehr wichtig ist hierbei jedoch die Absicherung des Halogentrafos (der bringt nämlich locker 20A Kurzschlußstrom, und die schmelzen in Sekundenschnelle ein Loch selbst in das Schotterbett der M-Gleise! - da schützt auch der eventuell eingebaute Thermosschalter des Trafos nicht; bis der auslöst, sind die Kabel verbrannt). Vogesehen ist hier die Trennung in fünf Stromkreise, die mit je einer Schmelzsicherung 2At abgesichert sind; je Kreis können dann 20 bis 30 Lämpchen angeschlossen werden.
  Der sekundäre Trafoausgang wird zusätzlich über eine 8A-KFZ Sicherung geführt, um im den Kurzschlußfall sicher abzuschalten. Im Gegensatz zum Bahnstromkreis können und dürfen im Lichtstromkreis keine betriebsbedingten Kurzschlüsse auftreten. [Wie wichtig die Absicherung ist, hat mir Anfang Sept 98 ein Motorbrand in unserer 16 Jahre alten Waschmaschine gezeigt: der Motor war gar nicht abgesichert, hat blockiert und hat dann für ein interessantes Programm im Bullauge gesorgt.]
  
  
• Die Elektronikmodule werden z.T. mit einer zentralen Gleichspannung G, schwarz [i'm sooo sorry :)], 12V versorgt; diese wird aus einem 20VA Halogentrafo mit nachgeschaltetem 7812-Regler gewonnen. Der Trafo ist schön klein und bietet hinreichend Reserven, der Regler gibt ja nur maximal 1A ab; allerdings sollte auch hier eine Schmelzsicherung auf der Sekundärseite und ein ausreichend großes Kühlblech für den Regler eingebaut werden.
  Je nach Strombedarf werden mehrere Gleichstromkreise verwendet.
  
• Andere Module erzeugen sich die Betriebsspannung aus der Weichenspannung oder einer separaten, potentialgetrennten Wechselspannung von 12V~. Da grundsätzlich eine gemeinsame Masse erforderlich ist, kann im ersten Fall nur mit Einweggleichrichtung gearbeitet werden (so zB im Schattenbahnhof, Ub 21V-). Im zweiten Fall werden aus den 12V~ unter Last 15V- erzeugt.
  Aufgrund der vorgegebenen Struktur der Weichenrückmelde-Module erzeugen sich diese ihre eigene Gleichspannung; sie brauchen eine höhere Spannung zur Einspeisung der Testsignale in die Magnetspulen. Daher werden diese an einen separaten 16V~ Trafo angeschlossen, der sekundärseitig keine Verbindung zur übrigen Elektrik haben darf.
  
  
  

  Schaltungsvorschlag:

  
  
  
• Magnetartikel liegen prinzipiell stets an der Versorgungsspannung L, die Rückleitung wird gegen Masse 0, blau geschaltet. Ein Dauerkontakt der blauen Leitungen mit Masse führt in der Regel zur Überhitzung und Zerstörung des jeweiligen Magnetartikels. Man könnte alle blauen Leitungen der Magnetarikel mittels einer LowCurrent Leuchtdiode mit Vorwiderstand überwachen: solange die Diode leuchtet, ist der Artikel betriebsbereit.
  Eine normale Leuchtdiode oder ein Lämpchen parallel zum Artikel würde jede Ansteuerung, bei Dauerlicht einen Kurzschluß signalisieren.
  

Das Problem der Gesamtmasse Das gemeinsame Potential aller Spannungsquellen ist die Masse 0, braun. Beim Zusammenschalten der Masse der Wechselstromtrafos ist darauf zu achten, daß dies phasenrichtig erfolgt, da ansonsten die Spannung zwischen zwei gleichnamigen Polen (z.B. L - L) nicht Null ist, sondern das doppelte der Nennspannung beträgt!
Der Test erfolgt wie im den Märklinanleitungen beschrieben, indem die Massepole 0 direkt und die Ausgänge B bei mittlerer Stellung des Fahrreglers über eine Glühlampe verbunden werden; diese darf nicht leuchten! Wenn sie leuchtet, muß ein Netzstecker um 180° gedreht werden.
Dieser Test ist mit jedem Trafo zu wiederholen.
Zur Vereinfachung ist es daher sinnvoll, alle Trafos über einen Hauptschalter aus- und einzuschalten.
Die Masse aller Stromquellen wird direkt miteinander verbunden, die erfolgt am sichersten über eine braune Ringleitung mit ausreichendem Querschnitt, je nach Anlagengröße 0,5 bis 2,5mm².

Eine direkte Verbindung der übrigen gleichnamigen Pole (L-L, B-B) verschiedener Trafos/Spannungsquellen ist nicht zulässig, da zum einen durch die eventuellen Ausgleichströme die Trafos belastet werden (Wärme, Kosten) und zum anderen beim Ziehen des Netzsteckers eines AC-Trafos an diesem (durch Rückwärtsspeisung) die volle Netzspannung anliegt: wer diesen vermeintlich lose herumliegenden Stecker anfasst, erhält einen lebensgefährlichen Schlag!
Bei Digitalkreisen gilt dies sinngemäß. Dabei kommt es aber nur zur Vernichtung des aufwendig erzeugten Digtalsignals, ein Rückspeisung kann hier nicht auftreten.
Die Versorgungstrafos der einzelnen Digitalkomponenten dürfen nicht untereinander verbunden werden, da die Verbindung auf der Gleichstromseite erfolgt.

Wenn also alle Trafos phasenrichtig angeschlossen sind und es keine Verbindung ausser der gemeinsamen Masseleitung gibt, so existiert auch kein Problem mit der Gesamtmasse. Man kann hingegen sogar absolut sicher sein, daß gegenüber dem Gleispotential "0" keine höheren Spannungen als die zu erwartendenen auftreten können.

Verbinden der Gesamtmasse mit dem Null- oder Erdpotential des Hauses.
Ganz alte Märklin Trafos (wie der Super 280) hatten eine dreipolige Zuleitung, bei der der Schutzkontakt (N bzw. PE) auf eine seitliche Klemme am Trafo geführt wurde und somit mit der Masse 0 der Gleisanlage verbunden werden konnte.
Dies ist heute nicht mehr erlaubt. Die Schutzklasse der Trafos erfordert die unbedingte Trennung von Primär- und Sekundärseite, was durch die Verbindung der Gleismasse 0 mit dem Schutzleiter PE aufgehoben würde, da PE spätestens im Zählerkasten mit dem "Rück"leiter N verbunden ist. Als Folge erlischt die Betriebserlaubnis des Trafos.
Technisch gesehen spricht nichts gegen den Anschluß des Masse an den Schutzleiter, wenn ein FI-Personenschutzschalter in dem Stromkreis vorhanden ist. Dies würde sogar verhindern, da bei einem zugegebenermaßen unwahrscheinlichen Defekt in einem Trafo die Netzspannung unbemerkt an den Gleisen anläge.

Verwendete Kabelfarben und Bezeichnungen

Ausführung der Verkabelung

• Ringleitung
  ausgehend von einem zentralen Speisepunkt wird ein hinreichend starkes Kabel unterhalb der Gleisanlage so geführt, daß es letzlich wieder am Startpunkt endet, also einen mehr oder weniger zerbeulten Ring bildet. Der Querschnitt muß so gewählt sein, daß selbst bei maximaler Belastung nicht mehr als 1 Volt Spannungsunterschied in diesem Ring entstehen kann.
  Für Licht- und Bahnstrom sollten also Querschnitt von 0,5 - 1,5mm² ausreichend sein, für die Masse 1,0 - 2,5mm². Die Verlegung von Litze ist generell einfacher als von (starrem) Draht, dieser ist jedoch formstabiler.
• Sternleitung
  Jeder Verbraucher (Blockbereich, Gruppe von Weichen, Signalen oder Lampen) wird über eine separate Leitung sternförmig zum zentralen Schalt- und Speisepunkt geführt.
  Dies erhöht zwar die Zahl der Einzelleitungen erheblich, hat aber nicht zu unterschätzende Vorteile - weiteres unten. Der Querschnitt dieser Zuleitungen reicht von der normalen 0,14mm² Modellbahnlitze bis hin zu 0,5mm² Schaltschranklitze für weite Strecke und/oder größere Verbraucher.

Realisierung:
Es kommt eine Mischform zum Einsatz:

• Eine Hauptmasseleitung wird als Ringleitung unterhalb der Gleistrasse gezogen, der Leitungsquerschnitt beträgt bis zu 0,75mm². Alle braunen Kabel von den Anschlußgleisen bzw. den Beleuchtungseinrichtungen werden direkt mit dieser Masseleitung verbunden.
  Dies entlastet zum einen das Gleismaterial von den Rückströmen, die im Fehlerfall oder bei schlechten Schienenverbindungen Ursache für unangenehmene Potentialerhöhungen und somit einer effektiven Spannungsverschiebung zwischen Schiene und Mittelleiter sein können. Folgen wären neben Schwankungen in der Zugbeleuchtung eventuell auch Störungen im Digitalbereich, besonders bei älteren Dekodern (zB. 6080)
  
• Die Gleisanlage wird in Blöcke aufgeteilt und jeder Block wird einzeln zum zentralen Schaltpult durchverkabelt. Dies hat den unbestreitbaren Vorteil, daß bei einem eventuellen Kurzschluß der betroffene Block durch Abschalten stromlos geschaltet werden kann und somit der Betrieb auf der übrigen Anlage weiterlaufen kann.
  Meist ist es ja gar nicht so einfach, den Kurzschluß zu finden: ein Schräubchen im Schattenbereich, eine abgebrochene Schwelle, die normalerweise (bei K-Gleis) den Mittelleiter von der Schiene trennt, eine kaum sichtbare Einzelader ...
  Durch Abschalten und manuelles Wiedereinschalten der einzelnen Anschlüsse läßt sich der gestörte Block schnell einkreisen.
  Blöcke sind hier:
  • Einzelene Gleise im Schattenbahnhof
  • Der Ausfahrbereich bis zum ersten Streckensignal
  • Der eigentliche Signalhalteblock
  • Die Strecke bis zum nächsten Signal
  • ... usw. bis
  • Hinter dem letzten Streckensignal der Einfahrbereich zum Schattenbahnhof
  • In Steigungsbereichen wird ein zusätzlicher Block eingefügt (Streckenlänge verkürzt)
  • BW-Bereich
  • Bahnhofsgleise
  Bei Analogbetrieb können die Blöcke mit unterschiedlicchen Fahrspannungen versorgt werden, um zB. sicherzustellen, daß
  - der Güterzug die Rampe hoch kommt (höhere Spannung),
  - der Schnellzug am Fuß der Rampe nicht aus der Kurve fliegt (geringere Spannung) und
  - im Schattenbahnhof langsam (an-)gefahren wird.
  
• Die Magnetartikel ohne Rückmeldeelektronik können über eine Ringleitung (Litze 1,0 - 1,5mm²) versorgt werden.
  Bei Einsatz der Rückmeldemodule empfiehlt sich der Einsatz von fertig konfektionierter 3poliger Litze (blau blau gelb, zB. Brawa) oder selbst gebündelten Einzeladern von der Weiche/Signal direkt zum Rückmeldemodul.
  
• Die Beleuchtung der Weichen- und Signallaternen erfolgt in Gruppen zusammengefasst (ca. 20 Lämpchen zu 0,05A) über 0,5mm² Litze.
  Gleiches gilt für Haus- und Straßenbeleuchtung: hier werden funktionelle Gruppen gebildet (max. je 20 Brennstellen) und diese über 0,5mm ² Litze zum entsprechenden Schaltpult geführt.
  
• Die Elektronikmodule werden unter Berücksichtigung ihrer Stromaufnahme auf die Gleichstromquellen aufgeteilt, die Rückmeldemodule werden über einen potentialfreien 16V~ Trafo versorgt.
  

Märklin Motoren

SLFCM (Superlarge FCM) - aus der Spur 0/1 Entwicklung, in den 50. Jahre in Modellen wie Gußtriebwagen oder Krokodil eingesetzt
Ab den 70. Jahren wurde der Trommelkollektormotor eingeführt (DCM Drum Commutator), hier wird vor allem zwischen drei- und fünfpoligen Anker unterschieden.
Insbesondere die fünfpoligen Anker (5-Stern-Antrieb) sind als Schnelläufer bekannt.

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Vor- und Nachteile der diskreten Elektronik

Einige mögen sich an dieser Stelle fragen: "Warum setzt der noch eine so veraltete Technik mit diskreten Transistoren, Dioden und vereinzelten CMOS-ICs ein?".
Die Antwort darauf ist zunächst relativ simpel: ich habe von dem Zeugs kistenweise rumliegen; PICs, GALs oder Mikrocontroller müsste ich kaufen.
Weiterhin sind Modellbahner in aller Regel keine Elektronik- und Programmierprofis, so daß der Nachbauanreiz bei einer hochintegrierten Schaltung mit CustomerICs schnell gegen Null geht. (So geht es zumindest mir)
Bei Störungen läßt sich in der gewählten Bauweise problemlos das defekte Bauteile wechseln; bei höher integrierten Bausteinen wechselt man dann statt der drei Pins eines Transistors 16Pins (und 5 funktionierende Transistoren) des TreiberICs.
Die Stromversorgung gestaltet sich ebenfalls recht einfach; es genügt eine stabilisierte 12V/1A Versorgung für die Elektronik von etwa 10 Modulen.
Und letztlich möchte ich an der Schaltung nix verdienen, denn was wäre einfacher, als die Diodenmatrix in ein GAL zu packen und dieses für 25,00EUR an Nachbau-Interessierte zu verscherbeln?
Als Nachteil steht demgegenüber der (zahlenmäßig) hohe Bauteilaufwand, die höhere Verlustleistung der gesamten Schaltung sowie die Platinengröße.

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© 1997-2009 Klaus Ortwein - KraKor
Letzte Aktualisierung: 12.10.02