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Modellbahn Elektronik

Wissenswertes zur Modellbahn-Elektronik

Was ist Modellbahnelektronik?

Moderne Modellbahnanlagen sind ohne clevere Elektronik undenkbar.

Die ersten elektrischen Modelleisenbahnen sind noch ganz ohne Elektronik ausgekommen, denn es gab nur ein Gleisoval auf dem eine Lokomotive mit wenigen Waggons ihre Runden drehte. Die Schienen dienten gleichzeitig als Stromleiter und an einem regelbaren Trafo (Fahrgerät) wurde die Fahrgeschwindigkeit eingestellt.

Doch sehr schnell wuchs bei den Modellbahnfreunden der Wunsch, die Modelleisenbahnanlage immer weiter auszubauen und mit vielfältigen Funktionen auszustatten. Die von Hand verstellbaren Weichen und Signale sollten elektrisch betätigt werden. Mit dem Ausbau der Gleisanlagen wuchsen dann auch die Anforderungen an die Zugsteuerungen.

Das war die Geburtsstunde der Modellbahnelektronik. Für fast alle Steuer- und Schaltaufgaben wurden elektronische Helfer entwickelt, die einen reibungslosen Zugverkehr auf der Modellbahnanlage gewährleisten. Und da Modellbahn-Freunde neben Pinsel, Spachtel und Leim auch perfekt mit dem Lötkolben umgehen können, werden auch heute noch im Bereich der Modelbahnelektronik viele Bausätze angeboten.

Wie funktioniert die analoge Steuerung einer Modellbahnanlage?

Bei der Stromversorgung einer elektrischen Modellbahnanlage sind die Hersteller unterschiedliche Wege gegangen bzw. haben unterschiedliche Philosophien verfolgt. Die Firma Märklin hat von Beginn an auf Wechselspannung mit ca. 18 V gesetzt, wobei die beiden Schienen das gleiche Spannungspotential (Masse) haben. Somit können selbst komplizierte Gleisfiguren (wie z.B. Kehrschleifen) ohne zusätzliche Elektronik aufgebaut werden ohne dass ein Kurzschluss entsteht. 

Die Stromzuführung für die Lokomotiven erfolgt über Punktkontakte, die zwischen den Gleisen montiert sind und über einen Schleifer den Strom zur Lokomotive übertragen. In den Lokomotiven ist ein mittlerweile elektronischer Umschalter integriert, der per kurzzeitigem 24 V Wechselspannungs-Impuls die Fahrtrichtung der Lokomotive ändert.

Firmen wie Arnold, Fleischmann, Hobbytrain, Liliput, Piko, Roco oder Trix, um nur einige zu nennen, setzten auf Gleichspannung. Das in Haupt-Fahrtrichtung rechte Gleis entspricht dem Plus-Anschluss und das linke Gleis dem Minus-Anschluss. Demzufolge müssen auch isolierte Radsätze verwendet werden, damit durch das rollende Material kein Kurzschluss zwischen den Gleisen entsteht.

Um eine Lokomotive auch rückwärts fahren lassen zu können, wird einfach die Spannung auf den Schienen umgepolt.

Wechselstrom- und Gleichstromgleis

Bei genauer Betrachtung erkennt man am linken Gleis (A) die Punktkontakte zwischen den beiden Schienen. Aus diesem Grund wird dieses Gleis auch "Dreileiter"-Gleis genannt und ist für den Betrieb mit Wechselstrom ausgelegt. Am rechten Gleis (B) fehlen die Punktkontakte. Dieses vorbildorientierte Zweileiter-Gleis ist für den Gleichstrombetrieb ausgelegt.

Bei beiden Systemen wird die Fahrgeschwindigkeit der Lokomotive durch die Höhe der Gleich- bzw. Wechselspannung auf dem Gleissystem bestimmt. Wenn also zwei Züge in einem Gleisoval fahren, erhalten beide Züge immer die gleiche Spannung und verhalten sich somit gleich. Bei komplexen Gleisanlagen mit einer Vielzahl an Zügen musste deshalb eine Lösung für dieses Problem her.

Blockstellenmodul zum Schalten der Fahrspannung.

Die Lösung sieht so aus, dass die Gleisanlage an einigen Stellen elektrisch getrennt wird und so verschiedene und untereinander isolierte Stromkreise vorhanden sind. So kann ein Zug im Bahnhofsbereich in einem Halteabschnitt stehen, während ein weiterer Zug in einem anderen Gleisabschnitt noch freie Fahrt hat.

Die Stromversorgung der einzelnen Gleisabschnitte erfolgt über sogenannte Blockstellenmodule, die teilweise auch noch die Lichtsignale mit ansteuern können. Reedkontakte in den Schienen und Magnete unter den Lokomotiven bzw. Waggons lösen bei Bedarf die notwendigen Schaltimpulse für einen automatisierten Fahrbetrieb aus.

Selbstverständlich ist über ein Stellpult auch eine manuelle Steuerung der Blockstellenmodule möglich.

Versteckt unter der Anlage "parken" die Züge.

Die Unterteilung der Gleisanlage in unterschiedliche und elektrisch voneinander getrennte Gleisabschnitte bietet aber noch weit mehr Möglichkeiten.

Automatische Pendelzugsteuerungen sind somit ebenso möglich, wie aufwändige Schattenbahnhofsteuerungen, bei denen die im Moment nicht benötigten Züge in einem nicht einsehbaren Bereich unterhalb der Modellbahnanlage abgestellt werden.

Gleisbesetztmelder erkennen genau in welchem Abschnitt Züge unterwegs sind und ermöglichen mit diesen Informationen selbst komplexe Zugsteuerungen, die vollkommen automatisch ablaufen. Anfahr- und Bremsautomatiken sorgen zudem noch für ein absolut realistisches und vorbildgetreues Fahrverhalten der Züge.

Wie funktioniert die digitale Steuerung einer Modellbahnanlage?

Bei der Steuerung von großen Modellbahnanlagen kommen selbst die findigsten Modellbahnprofis irgendwann an die Grenzen des Machbaren. Spätestens dann, wenn die analoge Technik mit ihrer Vielzahl von Schaltbausteinen, Steuerungen, Kabeln, Drähten und Litzen im wahrsten Sinn des Wortes „verwirrend“ wird. Doch das ist kein Thema mehr. Denn in den 1980er Jahren, als Waschmaschinen, Telefone oder sogar Toaster und Mixer anfingen immer intelligenter und die Funktionen immer umfangreicher wurden, zog die Digitaltechnik auch in die Modellbahnlandschaft ein.

Dabei haben sich verschiedene Formate am Markt etabliert:

  • Märklin Motorola (MM, mfx)
  • Selectrix bzw. Trix (SX)
  • Digital Command Control (DCC) als herstellerunabhängiges Format

Die grundsätzliche Funktion der unterschiedlichen Formate ist annähernd identisch. Die wesentlichen Unterschiede liegen im Aufbau des Datenprotokolls sowie in den unterschiedlichen Leistungsmerkmalen wie z.B. die Anzahl der unterstützten Fahrstufen. Mittlerweile gibt es schon digitale Steuerzentralen, die mehrere unterschiedliche Formate (Multiprotokoll) unterstützen.

Ausschnitt aus einem DCC Datenformat.

Und mit der neuen Digitaltechnik wurden viele alte Probleme gelöst. Denn bei einer digital gesteuerten Modellbahnanlage liegt auf der kompletten Gleisanlage eine gleichbleibend hohe Rechteck-Wechselspannung mit ca. 10 kHz an. Eine Aufteilung in elektrisch getrennte Gleisbereiche, so wie bei der analogen Steuerung, ist nicht mehr erforderlich. Lediglich bei Wendeschleifen müssen in Zweileiter-Gleissystemen (Schienen ohne Mittelkontakt) Trennstellen verwendet werden, um einen Kurzschluss zu vermeiden.

Die Informationen für die Geschwindigkeitseinstellung mit Hilfe unterschiedlicher Fahrstufen, die Fahrtrichtung und etwaige Sonderfunktionen, wie z.B. die Lok-Beleuchtung, werden von der digitalen Steuerzentrale verschlüsselt (codiert) und mit Hilfe der Rechteck-Wechselspannung in das komplette Gleissystem eingespeist. Je nach Dateninformation des digitalen Steuersignals (0 oder 1) fallen die rechteckigen Spannungsimpulse auf dem Gleissystem breiter (232 µs) oder schmäler (116 µs) aus.

Lok-Decoder beinhalten HighTec auf engstem Raum.

Damit eine Lokomotive die verschlüsselten Informationen „verstehen“ und auch umsetzen kann, ist ein elektronisches Bauteil (Lok-Decoder) eingebaut. Der Decoder entschlüsselt (decodiert) die Informationen und steuert dann entsprechend den Vorgaben von der Steuerzentrale den Antriebsmotor oder die Zugbeleuchtung.

Um eine einzelne Lokomotive gezielt steuern zu können, selbst wenn mehrere Lokomotiven auf dem Gleis stehen, hat jeder Decoder eine individuelle Adresse, die im System nur einmal vorhanden ist. Über diese Adresse kann die zentrale Steuerung nun jeden Decoder gezielt ansprechen und die erforderlichen Informationen übertragen. Zusätzlich zu den Adress- und Befehlsinformation wird u.a. auch ein Prüfbyte übertragen, mit dessen Hilfe der Decoder die Richtigkeit des Steuerbefehls feststellen kann.

Da die Rechteck-Wechselspannung auf den Schienen nicht nur zur Datenübertragung, sondern auch zur Stromversorgung der Lokomotiven dient, müssen bei größeren Modellbahnanlagen u. U. zwischen der digitalen Steuerzentrale und dem Gleis noch Booster geschaltet werden, um die notwendigen Ströme zu liefern.

Selbstverständlich können an den erforderlichen Stellen auch einfache Magnetartikel-Decoder direkt am Schienensystem angeschlossen werden, die dann Weichen oder Signale steuern. Der Verdrahtungsaufwand reduziert sich dadurch auf ein Minimum. Weitere Funktions-, Schalt- und Sounddecoder bieten die unterschiedlichsten Einsatzmöglichkeiten für eine realitätsnahe Steuerung der Modellbahnwelt.

Welche Vorteile bietet die Beleuchtungs-Elektronik?

LED-Lichterketten für eine effektvolle Beleuchtung.

Eine reizvolle Modellbahnanlage wird bei Dunkelheit noch viel reizvoller. Besonders dann, wenn sie vorbildgetreu beleuchtet wird.

Neben einer Vielzahl von kontinuierlich leuchtenden LEDs und Glühbirnchen, sind es die kleinen aber feinen Lichteffekte, die oft eine große Wirkung auf den Betrachter haben.

Da ist z.B. die defekte Straßenlaterne, die ständig flackert, oder auch das gleißende Schweißlicht, das durch die offene Werkstatttür den Hof hell erleuchtet. Egal ob Einsatzfahrzeug, Ampeln, Reklameschilder, Bahnübergänge, Baustellen oder flackernde Fernseher in den Wohnzimmern: Dank cleverer Beleuchtungselektronik blinkt, blitzt und flackert es nach Einbruch der Dunkelheit überall auf der Modellbahnanlage.

Übrigens: Mit winzig kleinen LED-Lichterketten und einer passenden Lichtsteuerung können selbst Kirmeskarussells originalgetreu illuminiert werden, wie das Bild beweist.

Aber auch beim rollenden Material hört die Beleuchtung nicht auf. Logisch, denn beim großen Vorbild sind die Fenster auch alle hell erleuchtet, wenn ein Personenzug durch die dunkle Nacht rollt. Mit der richtigen Beleuchtungs-Elektronik ist die Lichtgestaltung auf der Modellbahnanlage genauso vielfältig und lebendig, wie in der Realität.

Welche Vorteile bietet die Geräusch-Elektronik?

Vorbildgetreu mit Dampf und Sound unterwegs.

Wenn eine Dampflok mit rauchendem Schornstein abfahrbereit im Bahnhof steht und dabei keinen Mucks von sich gibt, dann ist es so, als ob der Koch das Salz in der Suppe vergessen hat. Für echte Modellbahnfans ein Ding der Unmöglichkeit.

Denn nur wenn die typischen Dampflokgeräusche mit Pochen, Zischen und Fauchen zu hören sind, weiß der Betrachter sofort, dass die Fahrt gleich losgehen muss. Wenn dann die Dampfpfeife ertönt und die Lok sich mit immer schnelleren Auspuffschlägen in Bewegung setzt, ist der Eindruck einer zum Leben erweckten Dampflokomotive im Miniaturformat perfekt.

Aber auch rund um die Lokomotiven gibt es viel zu hören. Zum Beispiel das akustische Warnsignal an einem Bahnübergang, das typische Geräusch einer Kettensäge oder das Martinshorn eines Einsatzfahrzeuges. Und pünktlich um 12:00 Uhr ertönen die Mittagsglocken im Kirchturm. Mit der richtigen Geräusch-Elektronik können selbst statische Bereiche der Modellbahnanlage im Handumdrehen zum Leben erweckt werden.

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