Der Einstieg in den digitalen Eisenbahnbetrieb - die digitale Modelleisenbahn - hier: digitale Zusatzgeräte - Rückmelder,Funktionsdecoder



Der Einstieg in den digitalen Eisenbahnbetrieb
-- Teil 4 --


Inhalt

- Das Keyboard und die Schaltdecoder

- Digitale Zusatzgeräte

- Der Computer und die Modelleisenbahn

- Möglichkeiten der Digitalen Steuerung





Das Keyboard und die Schaltdecoder

Das Keyboard dient zum digitalen Schalten von Weichen und Signalen.
Bei einer analogen Anlage werden Weichen und Signale (Oberbegriff "Magnetartikel") über ein Stellpult kurzzeitig mit Masse verbunden. Dadurch wird der Magnet in eine bestimmte Richtung gezogen. Das Weichengetriebe bzw. Signalgetriebe ist mit dem Magneten verbunden und wird dadurch entsprechend verschoben.


Beim Digital-System sind die Abläufe ähnlich, wie für die Loksteuerung (sh. Ausführungen "Loksteuerung")

Das Keyboard ist das Standard-Stellpult im Digital-System. Es hat Tastenpaare zum Schalten der Magnetartikel. Beim Drücken auf eine gewünschte Taste, schaltet der richtige Magnetartikel umgehend auf der Anlage um.
Als Rückmeldung über den Schaltzustand leuchtet am Keyborad zwischen dem Tastenpaar eine rote Leuchtdiode auf oder erlischt.

So können z.B. beim Märklin Digital-System bis zu 256 Magnetartikel unabhängig voneinander gesteuert werden. Im DCC-Digitalprotokoll sogar noch mehr.

Dazu wird jeder Weiche und jedem Signal eine Magnetartikel- Adresse zugeordnet, ähnlich wie die Lokadresse bei den Lokomotiven. Die Auswertung der Adressen geschieht hier ebenfalls über einen Decoder. Dieser wird Schaltdecoder genannt

Keyboard      Funktionsdecoder
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Es gibt (zum Glück) keine Unterscheidung von "Digital-Magnetartikeln" und konventionellen Magnetartikeln, sondern die herkömmlichen Weichen und Signale werden einfach über einen vorgeschalteten Schaltdecoder angeschlossen.

Im Digital-System können nicht nur Magnetartikel geschaltet werden, es können auch Dauerströme wie Beleuchtungen oder Motoren ein- und ausgeschaltet werden. Dafür wird dann ein anderer Schaltdecoder eingesetzt.

Ansonsten gibt es für den Bediener keinen Unterschied.

Da z.B. das Keyboard von Märklin 16 Tastenpaare hat, aber bis zu 256 Magnetartikel unabhängig gesteuert werden können, kann man im Digital-System bis zu 16 Keyboards anschließen.
Für 256 Magnetartikel benötigt man somit 64 Decoder.
An jedem Magnetartikeldecoder ältere Bauart gibt es einen (achtpoligen) Codierschalter, an dem die Decoder-Adresse eingestellt wird, denn beim Schalten von Magnetartikeln wird nicht direkt die Adresse eines Magnetartikels weitergeleitet, sondern die Adresse eines Decoders. In der Steuerinformation für den Decoder ist dann verschlüsselt, welchen der Ausgänge dieser ansteuern soll.

Der Ablauf beim Schalten eines Magnetartikels sieht demensprechend wie folgt aus:

Beim Drücken einer bestimmte Taste an einem Keyboard rechnet der Mikroprozessor im Keyboard aus der eingestellten Keyboard-Adresse und der Tastennummer die zugehörige Decoder-Adresse aus. Diese Decoder-Adresse und die Information, welcher Decoder-Ausgang eingeschaltet werden soll, wird vom Keyboard in eine 0,1-Zahlenfolge umgewandelt und an die Zentraleinheit weitergeleitet.
Die Zentraleinheit kann immer nur eine Magnetartikel-Information zur gleichen Zeit bearbeiten. Sie wandelt die Magnetartikel-Information aus dem Stellpult in ein Digital-Format um (z.B. Motorola-Format), ordnet sie in den Wiederholungszyklus der Lokinformationen ein, verstärkt die Digital-Signale und gibt sie auf ihren Ausgang. Von hier gehen die Informationen zum Gleis und zu den über Kabel angeschlossenen Magnetartikel-Decodern.

Danach sendet die Zentrale eine Bestätigungsmeldung an die Stellpulte zurück. Daraufhin schaltet das zuständige Keyboard die zugehörige Leuchtdiode ein oder aus.
Grundsätzlich sind die Digital-Daten für Loks und Magnetartikel gleich aufgebaut. Damit sie sich nicht gegenseitig stören können, werden sie jedoch mit unterschiedlichen Frequenzen übertragen.

Da Magnetartikel nicht mit Dauerstrom betrieben werden dürfen, sondern nur einen kurzen Umschaltimpuls brauchen, schickt das Keyboard einen Abschaltbefehl an die Zentrale, sobald der Bediener die gedrückte Taste wieder loslässt. Dieser Abschaltbefehl wird auf die gleiche Weise behandelt wie der Schaltbefehl.
Erst nach dem Abschaltbefehl kann die Zentrale den nächsten Befehl für einen Magnetartikel annehmen, damit das Digital-System immer nur mit dem Schaltstrom für einen einzigen Magnetartikel belastet wird.
Bei Märklin gibt es neben dem Standard-Magnetartikeldecoder k83 mit vier Ausgängen auch einen Einbaudecoder k73. Die Platine ist zum direkten Einbau in Weichen der M-Gleise vorgesehen. Der Decoder hat daher nur einen Ausgang. Mit etwas Geschick kann er aber auch für Signale oder andere Magnetartikel verwendet werden. Mittlerweile gibt es bei Märklin neuere Schaltdecoder (m83 und m84)
Seine Digital-Informationen erhält der Einbaudecoder direkt über das Gleis. Es sind dann also keine Kabelanschlüsse mehr für einen solchen Magnetartikel erforderlich.

Zusammenfassung:

Die Aufgaben der Geräte beim digitalen Schalten von Magnetartikeln:

Digital-Stellpult: Aufgabe: Gedrückte Taste erfassen.In eine serielle Digital-Information umwandeln und an die Zentrale weiterleiten. Anzeigen ansteuern.

Zentraleinheit: Sortieren, Umwandeln der Stellpult-Informationen in ein Digital-Format. Einfügen in den Wiederholungszyklus der Lokdaten. Mit der Versorgungsspannung verknüpfen und ans Gleis weiterleiten. Außerdem Schutz vor Überlastung und Kurzschluß.

Magnetartikel-Decoder (Funktionsdecoder):
Aufgabe: Empfangene und eingestellte Adresse vergleichen. Gleichrichten des Digital-Signals oder Relais ansteuern.





Digitale Zusatzgeräte

Transformatoren
Um zusätzliche Leistung für die Beleuchtung von Häusern, Weichen etc zu bekommen wird ein Transformator benötigt.

Soundmodule
Diese Module, die in die Loks eingebaut werden sind relativ neu am Markt. Die IntelliSound-Module z.B. von Uhlenbrock haben eine dynamische Soundsteuerung, die sich automatisch an jede Fahrsituation anpasst. Der Sound ist lastabhängig. Bei Bergauffahrten ergibt sich ein anderes Geräusch als bei Bergabfahrten. Zwei weitere, zusätzlich abrufbare Geräusche, wie zum Beispiel Pfeife und Glocke, sind über die Funktionstasten abrufbar. Dampfloks können radsynchron per Kontakt gesteuert werden.
Das Modul ist in der Regel nur 25 x 15 x 5 mm groß und passt damit in fast jede Lok. Die Geräusche des Soundmoduls werden aus drei voneinander unabhängigen Soundkanälen zusammengesetzt. Die Module können bis zu 40 Sekunden Originalton speichern. Über eine intelligente Soundsteuerung wird aus den einzeln abgespeicherten Originalgeräuschen in Abhängigkeit von den verschiedenen Fahrsituationen ein klangvolles Fahrerlebnis, wie bei der echten Bahn.
Im Einzelnen kann das Modul selbständig die Situationen Stillstand, Beschleunigung, normale Fahrt, Leerlauf und Abbremsen unterscheiden. Selbst wenn die Lok bergauf oder bergab fährt, wird das von der Soundsteuerung erkannt.
Je nach Situation werden automatisch die richtigen Geräusche abgespielt. So erklingen beispielsweise bei einer Dampflok im Stand das Zischen der Dampfzylinder, der Injektor und das Kohle schaufeln.
Beim Anfahren werden gewaltige Dampfstöße hörbar, im Leerlauf das Geräusch der lastfrei laufenden Triebstangen. Wird die Lok abgebremst, so wird selbstverständlich auch das Quietschen der Bremsen wiedergegeben. Das Grundgeräusch der Lok kann mit einer Funktionstaste ein- und ausgeschaltet werden. Hier werden dann bei einer Diesellok das Anlassen des Motors bzw. das Auslaufen des Motors hörbar. Zwei zusätzliche Geräusche sind bei jedem Modul zum dynamischen Fahrgeräusch über Funktionstasten zuschaltbar. Hierbei kann es sich je nach Fahrzeugtyp um eine Pfeife, eine Glocke, ein Signalhorn oder um den Motorlüfter bei einer E-Lok handeln. Erhältlich sind verschiedene Sounds von Dampf-, Diesel- und Elloks in Fachgeschäften oder im einschlägigen Versandhandel.

Soundmodul
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Lautsprecher für Soundmodule
Die Lautsprecher, die z.B. speziell für Uhlenbrock IntelliSound Module angeboten werden, zeichnen sich durch kleinste Abmessungen aus. Der fertig montierte Resonanzkörper gibt dem Lautsprecher den entsprechenden Schalldruck und sorgt für einen hervorragenden Klang. Es gibt runde und ovale Bauformen.

Lautsprecher
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Signalbaustein
Signalbausteine werden zur Einrichtung digitaler Bremsstrecken benötigt.
Schaltbar sind diese Produkte durch Tasten-Stellpulte, Kontakt- oder Schaltgleise, Weichendecoder
Geeignet für Licht- und Formsignale.
Abbremsen durch negative Gleichspannung
getrennter Brems- und Stopp- Bereich

Die Kombination aus einem Umschaltrelais und digitalem Anfahr- und Bremsbaustein macht die Einrichtung einer Bremsstrecke und den Anschluss eines Lichtsignals mit Zugbeeinflussung einfach.
Zum sicheren Anhalten der Lok werden drei Gleisabschnitte eingerichtet. Der Übergangsabschnitt dient dazu, Kurzschlüsse an der Digitalzentrale zu vermeiden. Im Bremsbereich wird bei rotem Signal das Bremssignal auf das Gleis gelegt.
Die Lokomotiven bremsen mit der im Decoder eingestellten Verzögerung ab. Der nachfolgende Stoppbereich verhindert, dass bei zu lang eingestelltem Bremsweg der Zug über das Signal hinausfährt. Auf diesen Bereich kann bei eingeschränkten Platzverhältnissen verzichtet werden. Vertrieben werden diese Bausteine z.B. von der Firma Uhlenbrock.

Signalbaustein
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Der Gleisbesetztmelder
Der Baustein dient zur zuverlässigen Anzeige von stehenden und fahrenden Zügen auf dem Gleis. Ausserdem eignet er sich zur Verwendung als elektronischer Schalter.
Die Besetztmeldung meldet jeden Fahrstrom ab 1 mA im Trennabschnitt, den sie überwacht. Sie reagiert somit auf alle Loks und alle Wagen mit Beleuchtung. Das Modul kann zwei verschiedene Gleisabschnitte überwachen.
An die Ausgänge können alle Lampentypen, LEDs, Relais, Weichen und Signale mit Endabschaltung angeschlossen werden.

Gleisbesetztmelder
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Rückmeldemodule
Rückmeldebausteine geben die Information des Gleisbesetztmelders, ob sich in dem von ihm überwachten Gleisabschnitt ein Fahrzeug befindet, an die angeschlossenen Geräte (z.B. Schaltgerät), oder ein Computersteuerungsprogramm weiter.
Diese führen automatisch den Schaltbefehl aus, der für diese Rückmeldung hinterlegt worden ist.
Hierbei kann es sich um das Schalten eines einzelnen Magnetartikels (z.B. Weiche) oder einer ganzen Fahrstraße handeln. Eine Spannungsüberwachung verhindert, dass bei abgeschalteter Spannung eine fehlerhafte Freimeldung erfolgen kann. Rückmeldemodule gibt es für Zweileiter und Dreileiter Systeme
Die Baustein stellen i.d. Regel um die sechzehn Überwachungseingänge zur Verfügung. Jeder Eingang dient zur Überwachung eines Gleisabschnittes.
In den zu überwachenden Gleisabschnitten wird eine Schienenseite isoliert und mit dem Meldeeingang verbunden. Die in dem Gleisabschnitt befindlichen Fahrzeuge lösen über ihre Achsen eine Belegtmeldung aus. Jeder Rückmeldeeingang kann auch durch einen Reedkontakt oder manuell per Taster gesteuert werden.
Der Rückmelder meldet jede Änderung des Zustands eines Gleisabschnitts von 'frei' zu 'belegt' oder von 'belegt' zu 'frei', wie sie bei der Ein- oder Ausfahrt einer Lokomotive entsteht, an die Schaltzentrale.

Rückmelder
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Zeitgebermodul
Die intelligente Zeitmaschine gibt ein einstellbares Zeitsignal ab oder schaltet zeitversetzt. Dadurch können Relais, Signale, Weichen, Lampen u.ä. zu bestimmten Zeiten geschaltet werden.
Die Auslösung erfolgt entweder durch Reedkontakt, Taster, Gleisbesetztmelder oder Relais.

Zeitgeber
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Der Computer und die Modelleisenbahn


Für manche Modellbahner ist das Steuern der Modellbahn über den PC das einzig wahre.
Nun mit einem PC lassen sich auch nahezu alle Aufgaben einer Modellbahnsteuerung bewältigen:
- das Fahren der Lokomotiven
- das Schalten von Weichenstrassen mit der entsprechenden optischen Anzeige der Fahrstrasse,
- die Stellung der Signale auf dem Monitor sind zu sehen
- einen halb- oder vollautomatischen Ablauf ist möglich
- eine zuverlässige Blockstreckensteuerung und -überwachung ist durchführbar

Damit der PC und die Loks "kommunizieren" können, benötigt man eine Digitale-Zentrale, die über ein Interface (Kabelverbindung) mit dem PC verbunden wird.
Software zur Modellbahnsteuerung gibt es mittlerweile viele am Markt. Wer selbst programmiert ist natürlich im Vorteil, da er die Software auf seine Bedürfnisse auslegen kann.
Eine Modellbahn kann aber auch ohne Digital-Zentrale über einen PC gesteuert werden. Dafür wird nur ein Booster, welcher die digitale Befehle des PCs verstärkt und auf das Gleis legt, benötigt.
Hierzu wird aber dann DDW = DigitalDirect for Windows oder DDL = DigitalDirect for Linux benötigt
Da der Booster nicht die Aufgaben einer Zentrale ersetzen kann, muss der PC die korrekte Signallage liefern. Die Programmierung ist für einen Laien nicht einfach und erfordert schon einiges an Fachwissen. Im Internet können Interessierte DDW-Server herunterladen und kostenlos installieren (http://home.snafu.de/mgrafe/)

Das DDW läuft aber nicht so stabil wie eine der etablierten Zentralen. Das liegt aber am Betriebssystem Windows.

Für die meisten Modellbahner dürfte aber, wenn überhaupt, eine PC-Steuerung nur mit einer Digitalen Zentralstation in Frage kommen. Deshalb nachstehend das Grundprinzip einer derartigen "Verkabelung":

PC-Steuerung     PC-Steuerung
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Möglichkeiten der digitalen Steuerung


Wir wir bereits aufgrund unserer bisherigen Erkenntnisse wissen, sind die Möglichkeiten, die uns eine digitale Modellbahnsteuerung eröffnet eigentlich unbegrenzt. Bevor wir mit dem Aufsatz abschließen wollen wir uns noch ein wenig mit erweiterten Möglichkeiten der digitalen Modellbahnsteuerung befassen.

Fahrbetrieb mit Blockstrecken
Der einfachste Fall für eine Blockstreckensteuerung besteht darin, dass auf einem Gleisoval zwei oder mehr Züge hintereinander herfahren.

Ein weiterer anspruchsvollerer Einsatzbereich für den Digitalbetrieb ist eine Blocksteuerung. Unter Blocksteuerung ist folgendes zu verstehen:
Wenn Züge über Weichenstraßen zum vorgesehenen Haltepunkt (Bahnhofsgleis) fahren und dort sicher ankommen sollen (ohne Unfälle mit anderen Zügen) und dies noch bei kreuzendem Zugverkehr wird eine Blocksteuerung benötigt.

Wie realisiert man nun so eine Blocksteuerung?

Gleisplan
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Als erstes ist ein Gleisplan erforderlich (siehe obiges Bild). Jeder Gleisplan enthält abzweigfreie Strecken, Weichen und eine ganze Reihe Signale. Alle Signale sollen auf „Halt“ stehen. Im abgebildeten Gleisbild steht ein Zug vor Signal 1, der beispielsweise nach Signal 2 fahren soll. Um dort hinzugelangen, muss er mehrere Weichen und Strecken überfahren.

Vorab sind nun zuerst alle Strecken (=Streckenblock) und Weichen (=Weichenblock) fortlaufend zu nummerieren. So kann man genau ermitteln, wo der Zug steht, nämlich in Block 11, und über welche Blöcke der Zug fahren muss, um zum Signal 2 zu kommen. Im vorliegenden Fall sind es die Blöcke 6, 5, und 3. Diese Blöcke bilden zusammen eine Blockstrecke (=Abstand zwischen zwei Signalen). Eine Blockstrecke besteht im Normalfall aus mehreren Strecken- und Weichenblöcken. Bevor unser Zug freie Fahrt erhält, muss er erst einmal diese Blockstrecke mit allen ihren Blöcken anfordern. Dies wird mit einem Befehl an die Zentralstation - sofern die dafür eingerichtet ist - oder zweckmäßiger mit einem Computerprogramm vorgenommen. Nun laufen drei Dinge ab:
    • der Computer oder die Zentralstation prüft, ob alle angeforderten Blöcke (= deren Zahlenwerte) frei sind. Das heißt, er prüft, ob kein anderer Zug noch einen der Blöcke für sich beansprucht,
    • wenn alle Blöcke der angeforderten Blockstrecke frei sind, werden vom Computer diese Blöcke für unseren Zug reserviert und alle Weichen zum Signal 2 richtig gestellt
    • jetzt erst bekommt unser Zug freie Fahrt bis zum Signal 2, indem der Computer Signal 1 auf „Fahrt“ stellt.

    Sobald unser Zug mit dem letzten Wagen einen Block verlassen hat, meldet er diesen Block frei (z.B. Block 11 usw.) und stellt hinter sich Signal 1 wieder auf „Halt“. Die frei gemeldeten Blöcke stehen nunmehr den anderen Zügen wieder zur Verfügung. Bei Signal 2 beginnt dann der gleiche Vorgang für die Blockstrecke bis Signal 3. Die Blockstrecke von Signal 1 nach Signal 2 wird als Richtungsblockstrecke, oder kurz als Richtungsblock bezeichnet, weil er die Richtung vorgibt, in die der Zug fahren soll. Wollte z.B. unser Zug nicht nach Signal 2, sondern nach Signal 7 fahren, so müßte er einen anderen, vorab definierten Richtungsblock anfordern, da dieser ja andere Strecken- und Weichenblöcke enthält und auch andere Weichenschaltungen erfordert. Theoretisch ist für jede mögliche Richtung ein separater Richtungsblock zu definieren. In der Praxis wird man aber nur die definieren, die auch tatsächlich von den Zügen gefahren werden. Um weiterhin die Blockanzahl niedrig zu halten, wird man nicht jede Weiche als Block definieren müssen und zum anderen mehrere Weichen zu einem sogenannten Sicherungsblock zusammenfassen (z.B. Block 9). Bei richtiger Auswahl wird dadurch trotz dichten Zugverkehrs die Sicherheit nicht gefährdet. Wichtig ist das einmalige, korrekte Festlegen aller Strecken-, Weichen- und Sicherungsblöcke, sowie der Richtungsblöcke mit den zugehörigen Schaltungen und der stete Wechsel von Anfordern und Freimelden durch die Züge. Zum besseren Verständnis ist weiterhin wichtig: Die Festlegung der einzelnen Blöcke ist nur eine Art Ordnungsmodell, es gibt also keinerlei elektrische Trennungen zwischen den Blöcken. Der PC kennt nur die Zahlenwerte der Blöcke, vergleicht diese, verteilt freie Zahlen auf Anforderung an eine Lok und gibt sie nicht eher für andere Loks frei, bis die erste Lok sie freigemeldet hat.



Hinweis:
Für die Erstellung dieser Seite wurden Textauszüge mit freundlicher Genehmigung von www.1zu160.net zur Verfügung gestellt.
Wir haben mit unseren Ausführungen versucht, euch einen Einblick in die digitale Modellbahntechnik zu geben. Weitergehende, vertiefte Informationen könnt ihr aus der entsprechenden Fachliteratur bekommen.

gez. hpw-modellbahn


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