Beginn des Inhalts.

Digital–Betrieb

Pufferung mit Kondensatoren

Wer seine Modellbahn–Triebfahrzeuge über Strom aus den Schienen versorgt, ist selber schuld - oder sanfter formuliert: „darf sich über schlechten Kontakt und stromlose Gleisabschnitte nicht wundern”.

Das gelegentliche Zucken bei der Fahrt mag noch verschmerzbar sein. Tonunterbrechungen fallen schon deutlich mehr auf. Während mechanischen Unzulänglichkeiten noch gut mit einer ausreichend dimensionierten Schwungmasse begegnet werden kann, ist das im Digital– und Sound–Bereich nicht mehr ganz so leicht. Da helfen nur noch elektronische „Reservekanister”. Von denen soll hier die Rede sein.

Noch ein Tipp aus der Praxis. Bei gemischtem Betrieb mit Echtdampf– und elektrisch betriebenen Modellen auf den selben Gleisen kommt es wegen der Öl– und Wasserabscheidungen der live steam–Dampfloks auch gerne zu Kontaktschwierigkeiten.

Abschnitte dieser Seite:

  Zusatzseite: Gesamtschaltplan Lok mit Decoder und Pufferung

 

Anzeige

 

Das Prinzip

Lokdecoder wandeln am Eingang die eintreffende, nicht Sinus–förmige Wechselspannung durch Gleichrichter in Gleichspannung um. Diese Gleichspannung steht auch nachgeschalteten Verbrauchern zur Verfügung.

Auf verschmutzten Gleisen oder bei isolierten Weichenherzstücken kann die Stromversorgung ungewollt zusammenbrechen.

Moderne Decoder können sich über Kondensatoren eine gewisse Zeit lang die zuletzt empfangenen Befehle merken und einige sogar den Sound noch sehr kurze Zeit weiter puffern. Diese Zeit ist jedoch oft zu kurz, um die Problemzone zu überwinden, zumal manche Motore und vor allem die Tonausgabe kräftig Strom verbrauchen. Daher empfehlen viele Decoder–Hersteller, die Decoder zumindest mit Elektrolyt–Kondensatoren (Elkos) zu unterstützen.

Die Elkos werden (meist) an dafür vorgesehenen Lötflächen der Decoder angeschlossen. Ihre Kapazität ist jedoch immer noch gering oder ihr Platzbedarf groß, so dass keine deutliche Verbesserung eintritt. Ein Auslauf war bei Versuchen auch mit 10.000 µF noch nicht zu bemerken.

Kondensatoren mit hoher Kapazität erzeugen beim Anlegen der Versorgungsspannung einen großen Ladestromstoß. Das kann dazu führen, dass die Sicherungen der Versorgung schon ansprechen. Dieser Ladestromstoß muss daher aufgefangen werden. Das geschieht über einen ausreichend dimensionierten Widerstand in der Verbindung zwischen dem Pluspol und dem Kondensator. Bei Lokomotiven im Maßstab 1:22,5 sollte dieser Widerstand nicht weniger als 4, besser 5 Watt vertragen.

Damit der Kondensator sich schnell entladen kann, wird der Widerstand mit einer in Richtung Verbraucher gepolten Diode überbrückt. Der Strom kann nun (fast) ungehindert vom Pluspol des Kondensators dorthin fließen. Für diese Anwendung sind Schottky–Dioden empfehlenswert, da sie schnell sind und nur 0,3 statt 0,6 Volt Spannungsabfall haben.

 

Doppelschicht–Kondensatoren

Doppelschicht–Kondensatoren, auch EDLC–Kondensatoren (für englisch „Electrochemical Double Layer Capacitor”) haben die größte Energiedichte dieser Speicherelemente. Sie sind eher unter den Markennamen Goldcaps (Gold Caps) oder Ultracaps bekannt.

Die ersten dieser Superkondensatoren hatten noch einen sehr hohen Innenwiderstand und waren daher ungeeignet, größere Lasten zu puffern (wie sie bei Modelleisenbahnen vorliegen). „Erst” 1982 kamen die ersten Typen mit niedrigem Innenwiderstand auf den Markt.

Für die Pufferung von Triebfahrzeugen sollten daher 2,5 Volt–Typen mit zum Beispiel 1 Farad (F) verwendet werden. Um die nötige Spannung zu erzielen, werden zum Beispiel zwölf davon in Reihe geschaltet.

Da der Kehrwert der Gesamtkapazität in Reihe geschalteter Kondensatoren der Summe ihrer Kehrwerte entspricht, ergibt sich im Beispiel eine Kapazität von 83.333 mF (1 F ÷ 12).

Wichtig: Bevor Sie die Goldcaps zu Paketen verlöten, müssen sie ganz und gar entladen sein. Ein unterschiedlicher Ladezustand könnte später im Betrieb zur Zerstörung der Kondensatoren führen. Benutzen Sie zum Entladen einen Widerstand, mit dem Sie die Pole überbrücken.

Obwohl die Kraftpakete im Vergleich zu ihrer Leistung klein sind, brauchen sie doch einigen Platz. Die Goldcaps auf dem Foto des Abschnitts haben 8,3 mm Durchmesser und sind 22 mm lang. Die untere Skizze zeigt als Beispiel (Schnitt von vorne), wie zwei Fünfer–Pakete hintereinander in der oberen Hälfte eines Dampflok–Kessels versteckt werden können.

Hier folgt noch ein guter Tipp von fido, dem Betreiber des Fremde Seite Buntbahn–Forums. Schalten Sie am Decoder so umgerüsteter Fahrzeuge beim Digital–Betrieb den „Analogmodus” aus, wenn das geht.

Sonst kann es nämlich geschehen, dass das Digitalsignal wegen eines Kurzschlusses entfällt. Der Decoder wird meinen, den Analog–Betrieb erkannt zu haben. Sind die Goldcaps nun gerade aufgeladen, wird die Lok unkontrolliert und mit voller Geschwindigkeit losrasen.

 

Transistorschalter und Festspannungsregler

Nun sind Decoder, Motor, Licht und Sound hinreichend gepuffert. Was aber, wenn Ihre Lokomotive auch rauchen soll? Da werden Sie bei kleineren Decodern wie zum Beispiel dem Zimo MX64 H auf ein Problem stoßen. Der darf insgesamt zwar 1,8 Ampère (A) Strom liefern, an den Funktionsausgängen jedoch nur 500 mA. Ein kalter Rauchentwickler alleine braucht schon so viel, dazu kommen ja noch die Lampen.

Transistor als Schalter am Ausgang eines Decoders.
[ ± ].

Nehmen wir zunächst an, Sie möchten einen Rauchgenerator mit 18 Volt Nennspannung betreiben. Er soll über einen Funktionsausgang schaltbar sein. Der Decoder darf am Gesamtausgang genug Strom liefern. Benutzen Sie in so einem Fall einen PNP–Transistor als Schalter an einem Funktions–Ausgang, zum Beispiel einen BC 327. Die Kabel des Rauchentwicklers schließen Sie an dessen Ausgang und den Minuspol des Decoders an.

Bei einigen Decodern - nicht bei allen! - können Sie noch einen weiteren Kniff anwenden. Die Dioden der Eingangsgleichrichter sind nämlich oft für höhere Ströme aufgelegt, als sie der Decoder selbst liefern darf. Wenn es Ihnen gelingt, sich am Ausgang des Gleichrichters Plus und Minus abzugreifen, können Sie daran (mäßige) zusätzliche Lasten betreiben. Schließen Sie Ihre Pufferschaltung an diesem Punkt an.

Dieser Tipp ist besonders interessant für Modellbahner, die ihr Fahrzeug gelegentlich auch analog betreiben und die bei uns vorgestellte analoge „Konstantbeleuchtung” (weiter) verwenden möchten.

Schließen Sie parallel zu der Pufferschaltung den da verwendeten Festspannungsregler an. Die 6 Volt–Verbraucher werden gemeinsam an den Plus–Ausgang des Reglers angeschlossen. Da die Funktionsausgänge der Decoder gegen Minus schalten, können Sie das Licht darüber schalten. Der Rauchgenerator hingegen behält seinen mechanischen Schalter und wird mit dem zweiten Pol mit Minus verbunden.

Zumindest mit dem Zimo MX64 H wurde diese Schaltung schon drei Mal verbaut und funktioniert einwandfrei.

 

Kondensatoren und Schwungmassen

Diese Energiespeicher können sich sehr gut ergänzen. Mechanische Schwungmassen sorgen - sofern sie nicht unwuchtig sind - für einen weicheren und ruhigeren Lauf des Fahrzeugs. Sie dienen nicht nur der Massensimulation, sondern auch der Überwindung kleiner mechanischer Hindernisse (zum Beispiel Schienenstöße).

Bei Decodern sorgt die Lastregelung für diese Aufgabe.

„Lastregelung” ist genau das richtige Stichwort. Damit Goldcaps und Schwungmasse sich gut vertragen und als Team zusammen arbeiten, muss meist die Lastregelung des Decoders an die Situation angepasst werden. An dieser Stelle sollten Sie auch den Hebel ansetzen, wenn Sie eine untypische Situation vorfinden, beispielsweise stark verschmutzte Schienen bei einer Gastfahrt.

Bei sauberen Gleisen wird ein kleiner Regelungseinfluss dazu führen, dass die Lok nicht ganz so lang ausläuft. Wenn es genau auf diesen Auslauf ankommt, ist ein höherer Einfluss besser. Bei unbelastetem Antrieb und ohne Ballastgewichte sorgt die kleine Schwungmasse auf dem Foto am Anfang der Seite immerhin schon für 60 Zentimeter Auslauf aus umgerechneten 25 km/h Höchstgeschwindigkeit.

Durch den kleineren Regelungseinfluss wird ihre Bewegungsenergie schneller aufgebraucht, als wenn der Decoder auch noch am selben Tau zieht.

Anzeige

 
 
Ende der Seite.