Tipps und Hinweise zur Modellbahnelektrik



Modellbahnelektrik
- Tipps und Tricks rund um die Modellbahnelektrik -



Einleitung
Jeder Modelleisenbahner hat - ob er es nun will oder nicht - mit der Elektrizität zu tun. Er kommt somit nicht daran vorbei Verdrahtungen und Schaltungen aufzubauen. Dabei stösst er sehr schnell an seine elektronische Fähigkeiten. Mit diesem Beitrag sollen dem Modellbahner einige Tipps zur Modellbahnelektronik an die Hand gegeben werden, dazu gehören natürlich auch Tipps zum Messen von Schaltungen. Auch der Umgang mit elektronischen Bauteilen - wie Lokdecoder - wird besprochen.


Das Werkzeug zur Reparatur von elektrischen Bauteilen
Ohne zu Übertreiben, aber ohne ein taugliches Werkzeug kann auch in der Elektronik kein vernünftiges und sicheres Arbeiten erfolgen. Deshalb ist zuerst der Augenmerk auf ein solides Werkzeug zu legen. Es werden nicht viele Werkzeuge benötigt, aber die sollten dann auch Handwerksqualität aufweisen. Werkzeuge die von Aldi, Lidl, Norma ect. angeboten werden entsprechen nicht diesem Qualitätsstandard.

Folgende Werkzeuge werden für elektronische Arbeiten an und auf der Modelleisenbahn benötigt:

  • Schraubenziehersortiment für elektrische Arbeiten.
  • Messgerät für Widerstandsmessungen, Stromstärkemessungen, Spannungsmessungen und Durchlassmessungen
  • Ein leistungsfähiger elektrischer Lötkolben
  • Kabelzange
  • Lötzinn


Werkzeuge
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Grundwissen zum Messen von elektrischen Bauteilen
Messungen an elektronischen bzw. elektrischen Bauteilen sind immer erforderlich. Bereits bei einem Kurzschluss auf der Modellbahnanlage wird zur gezielten Fehlersuche ein Messgerät benötigt.

Die Spannungsmessung
Um eine elektrische Spannung zu messen, muss klar sein, ob eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung gemessen werden soll. Dies ist relativ einfach festzustellen.
Bei der Spannung aus der Steckdose handelt es sich immer um einen Wechselstrom. Die Spannung auf der Modelleisenbahn ist in der Regel eine Gleichspannung - es sei den es ist eine analoge Märklin- Anlage - die wird mit Wechselstrom betrieben.
Mit der Spannungsmessung kann z.B. festgestellt werden ob im Stromkabel Strom fließt. Damit können defekte Bauteile festgestellt werden.

Ein einfaches Beispiel:
Die Züge auf der Modellbahnanlage fahren nicht. Nun wird zuerst der Trafo-Ausgang (Sekundärbereich) gemessen. Stellt sich heraus, dass dort keine Spannung vorhanden ist, dann kann natürlich auch keine Spannung auf den Gleisen vorhanden sein. Der Defekt ist dann entweder im Trafo selbst oder bei der Stromzuleitung zur Steckdose zu suchen. Als nächstes ist deshalb diese Zuleitung im Trafo zu pürfen. Dazu muss dann allerdings der Trafo geöffnet werden und am Anschluss der Stromkabel im Trafo die Spannung gemessen werden (Vorsicht hier liegen 230 Volt an - Lebensgefahr). Ist hier ebenfalls keine Spannung zu messen, liegt in der Regel ein Kabelbruch vor.


Mit diesem einfachen Beispiel kann erkannt werden, dass die Spannungsmessung zu den wichtigsten Messungen gehört um Stromflüsse zu messen

Messgerät
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Bei allen Spannungsmessungen ist die schwarze Messleitung in die „COM“-Buchse des Messgerätes einzustecken. Diese Buchse ist die sog. Masse oder Ground-Leitung. Die rote Messleitung ist in die sog. V-Buchse einzustecken. Die korrekte Farbzuordnung ist wichtig, damit die Polarität beim Messergebnis nicht vertauscht wird.

Messung einer Wechselspannung
Auf dem Messgerät ist der Wechselspannungsbereich mit dem Kürzel „AC“ (alternating current) gekenzeichnet (siehe nachfolgendes Bild). Die Einstellung ist bei jedem Messgerät manuell vorzunehmen. Eine falsche Auswahl des Bereiches wird entweder durch eine Fehlermeldung oder durch die Darstellung einer nicht realistischen niedrigen Zahl angezeigt. Um das Messgerät nicht zu beschädigen sollte immer mit der höchsten Spannungseinstellung begonnen werden. Danach kann schrittweise auf niedrigere Werte eingestellt werden. Bei den neueren Messgeräten wird bei einer zu niedrigen Einstellung der Wert 1 angezeigt. Bei älteren Messgeräten besteht die Gefahr eines Schadens am Messgerät, wenn die tatsächliche Spannung höher ist als die eingestellte Höchstspanung. Gemessen wird die Wechselspanung zwischen den Leitungen - siehe hierzu nachfolgendes Bild.

Messgerät-Wechselspannung
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Messung einer Gleichspannung
Auf dem Messgerät ist der Gleichspannungsbereich mit dem Kürzel „DC“ (direct current) gekennzeichnet. Die Enstellung ist ebenfalls manuell vorzunehmen. Die Messung erfolgt dann wie bei der Wechselstrommessung - siehe auch nachfolgendes Bild.

Messgerät-Gleichspannung
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Stromstärkemessung
Bei der Stromstärkemessung ist ebenfalls manuell entweder der Gleichstrombereich oder der Wechselstrombereich am Messgerät einzustellen. Bei einer falschen Einstellung kann es aber im Gegensatz zur Spannungsmessung zu großen Schäden am Messgerät kommen, da hier der Strom durch das Messegrät fließt. Die meisten Messgeräte besitzen zwei Strommessbuchsen und zwar eine für größe Stromstärken und eine für geringere Stromstärken. Bei Profi-Messgeräten schützt auch eine Sicherung das Gerät vor einem zu großen Stromfluss, wenn der max. verträgliche Strom (Ampere) überschritten wird. Dadurch wird das Messgerät geschützt. Bei billigen Messgeräten kann eine falsche Einstellung zur Zerstörung des Gerätes führen.

Grundsätzlich sollte eine Strommessung immer mit dem höchsten einstellbaren Wert erfolgen (sprich die Buchse mit der höchsten Amperezahl verwenden). Das nachfolgende Bild zeigt die Anschlüsse und die Messung. Die Stromstärke wird in Ampere (A) angegeben.

Messgerät-Stromstärke
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Durchgangsmessung
Die Durchgangsmessung (oder auch Durchlassmessung) wird beim Messgerät - entsprechend dem nachfolgenden Bild - durchgeführt. Wichtig ist bei der Durchlassmessung, dass an der Schaltung kein Strom anliegt.

Messgerät-Durchgangsmessung
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Die Durchgangsmessung ist vom Modelleisenbahner insbesondere bei folgenden Ereignissen durchzuführen:
Testen, ob eine Stromverbindung zwischen zwei Anschlüsse besteht.

Beispiele:
Es soll überprüft werden, welche Kabel miteinander verbunden sind. Dies ist bei der Überprüfung von Kabelsträngen sehr hilfreich. Dazu werden die einzelen Kabelstränge jeweils mit dem Messgerät abgegriffen. Fließt ein Strom wird er vom Messgerät angezeigt.

Die Durchgangsprüfung ist auch interessant zu erfahren, ob ein Radsatz isoliert ist oder nicht. Märklin Radsätze sind nicht isoliert. Dies liegt daran, dass Märklin mit einem 3-Leiter-Wechselstromsystem fährt und dementsprechend die beiden Schienen nicht voneinander isoliert werden müssen. Lediglich der Mittelleiter stellt einen eigenen Pol dar. Nachfolgendes Bild stellt den Messvorgang vor.
Bei Gleichstrombahnen (zweileitersystem) müssen die Räder immer gegenseitig isoliert werden, da sonst ein Kurzschluss auf der Anlage entsteht. Achtet bitte bei der Aufgleisung von unbekannten Wagentypen darauf, ob der Radsatz isoliert ist oder nicht. Dadurch können Kurzschlüsse auf der Modellbahnanlage vermieden werden.


Radsatzmessung
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Diodenmessung
Die Diodenprüfung wird beim Messgerät entsprechend der Durchgangsmessung durchgeführt. Mit dieser Messung kann die Diodenrichtung oder der Defekt einer Diode festgestellt werden. Diese Aussage ist auch bei Leuchtdioden anzuwenden. Auch bei der Diodenmessung darf keine Spannung an der Schaltung anliegen.

Werden Dioden bzw. Leuchtdioden an die beiden Anschlüsse des Messgerätes gehalten, bedeutet die Anzeige „1“, dass die Diode in Sperrrichtung an das Messgerät gehalten wurde. Wird ein Wert angezeigt, so bedeutet dies, dass eine Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen besteht. Bei LEDs bedeutet die Anzeige eines Wertes, dass sie bei dieser Polung (das „Beinchen“ an der roten Messspitze muss Plus bekommen) leuchten würde, meist leuchten die LEDs am Messgerät auch sehr schwach (je nach Farbe).

Messgerät-Diodenmessung
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Widerstandsmessungen
Widerstandsmessungen sind wie Durchgangsmessungen durchzuführen. Sie benutzen dieselben Anschlüsse am Messgerät und - das ist wichtig - es darf am gemessenen Objekt keine Spannung anliegen. Die Messung erfolgt im "Ohm-Bereich" des Messgerätes.

Widerstandsmessung
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Zur Messung des Widerstandes ist die Kenntnis des eigentlichen Wertes des Widerstandes wichtig. Auf den Widerständen sind deshalb Ringe unterschiedlicher Farbe angeordnet, die den Widerstandswert angeben. Wenn also eine Widerstand in einer Schaltung überprüft werden soll, muss der tatsächliche Wert des Widerstandes bekannt sein, sonst kann nicht festgestellt werden, ob er defekt ist - es sei den der Widerstand ist erkennbar durchgeschmort. Um nun diese Farbringe lesen zu können sind nachfolgende Hinweise erforderlich:

Es gibt auf den Widerständen vier, fünf oder sechs Ringe.

Bei vier Ringen geben die ersten beiden Ringe die Zahlenwerte an, der dritte Ring gibt den Multiplikator und der vierte Ring gibt die Toleranzklasse an.

Farbcodierung - vier Ringe -
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Bei fünf Ringen geben die ersten drei Ringe den Zahlenwert an, der vierte Ring ist der Multiplikator und der fünfte Ring die Toleranzklasse.

Farbcodierung - fünf Ringe -
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Bei sechs Ringen geben die ersten drei Ringe den Zahlenwert an, der vierte Ring ist der Multiplikator, der fünfte Ring die Toleranzklasse, der sechster Ring gibt eine Information über den Temperaturkoeffizienten oder -stabilität.

Farbcodierung - sechs Ringe -
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Da es eine Vielzahl von Widerstandsarten gibt, wollen wir uns die wichtigsten Vertreter anhand des nachfolgenden Bildes ansehen:

Widerstandsarten
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Der elektronische Umgang mit Lokdecodern
Ein neues elektronisches Feld hat sich für die Modellbahner durch die Einführung der Digitaltechnik ergeben. Verglichen mit der Modellbahnlok vor dem Digitalzeitalter sind im Umgang mit dem sich in der Lok befindlichen Lokdecoder wichtige Regeln zu beachten.
Der Lokdecoder ist nichts anderes - elektronisch ausgedrückt - als eine elektronische Schaltung mit Digitalkomponenten. Dementsprechend ist - wie bei der Handhabung anderer digitalen Schaltungen - auf folgendes zu achten:
  • Lötvorgänge direkt am Decoder sind zu vermeiden. Die normalen "Lokdecoder" besitzen Anschlusskabel, nur über diese sollten Lötvorgänge vorgenommen werden. Lokdecoder ohhe Anschlusskabel, die Lötstellen direkt an der Platine besitzen, sollten nicht gekauft werden. Die Gefahr der Zerstörung des Decoders beim Lötvorgang ist sehr groß (Hitzeentwicklung).
  • Die „Kurzschlussfestigkeit“ eines Decoders bezieht sich in den meisten Fällen auf den Decodereingang. Der Decoderausgang demgegenüber ist i.d. Regel nicht kurzschlussfest. Ein Kurzschluss am Motor oder am Funktionsausgang kann auch einen sog. „kurzschlussfesten“ Decoder zu Schaden bringen.
  • Ist der Decoder in eine isolierende Ummantelung verpackt ist diese Ummantelung zu belassen. Allerdings ist darauf zu achten, dass er dennoch im kühlen Bereich der Lok angebracht wird.
  • Das Nachrüsten von alten Loks mit einem Digitaldecodern macht nur Sinn, wenn der Motor auch im analo gen Betrieb gut läuft. Ein Motor, der schlecht läuft, ruckelt oder verölt ist, zieht erheblich mehr Strom, als in der Beschreibung angegeben und kann somit den Motorausgang am Decoder überlasten oder ggf. sogar zerstören.



LED und die Vorwiderstände
LED sind - vor allem wegen des niedrigen Stromverbrauchs - auf der Modelleisenbahn unentbehrlich geworden. LED können aber nicht direkt an das 12 oder 16 Volt Stromnetz angeschlossen werden, sie benötigen hierzu einen Vorwiderstand. Wird dieser nicht eingesetzt, geht die LED in den Elektronikhimmel.

Der Modellbahner muss sich deshalb mit einer einfachen Berechnung des Vorwiderstandes auseinandersetzen. Die Formeln die hierzu benötigt werden sind nachfolgend dargestellt:

Vorwiderstand - Formeln
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Berechnen wir nun anhand dieser Formel den Vorwiderstand eine LED:
Ausgangswerte:
LED: 2,3 Volt -- Stromaufnahme 20 mA (Standardwert) - Werte können aus einschlägigen Katalogen genommen werden. Anschluss-Trafo: 16 Volt Wechselstrom
Die Berechnung: R = U/I = 16 V - 2,3 V (LED) / 0,020 A = 685 Ohm --> der gewählte Widerstand muss dann größer sein als der errechnete Wert. Dabei sollte duchaus großzügig umgegangen werden. Je größer der tatsächliche Widerstand zum errechneten Wert ist, desto länger hält die LED. Die Helligkeit der LED ist dann nur gerinfügig niedriger.

Wie LED geschaltet werden können ist nachfolgendem Bild zu entnehmen:

Vorwiderstand - Formeln
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Führung durch die Elektrizität
Zuletzt gibts noch eine kleine Führung durch die Grundlagen der Elektrizität. Viel Spass dabei. Hier geht zum Rundgang



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