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Modellbahnelektrik
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Seit dem Jahre 1935 wurde eine Unmenge von Märklin-Transformatoren produziert. Allen Transformatoren
ist gemein, dass sie weniger als 60W Leistung abgeben bei
einer Nennspannung von 16 V (Volt).
Ältere Trafos können bis 19 V Spannung als Fahrspannung abgeben.
Die Leistungsbegrenzung geschieht aus Sicherheitsgründen
(60W/16V ergibt einen eine Stromstärke von rd. 4 Ampere.
Diese Stromstärke reicht aus, um Metalle schweißen zu können.
Durch zwei neue europäische Verordnungen, die im Jahre 2010 in Kraft tritt, wird sich das Angebot an Versorgungseinheiten für Märklin-Modelleisenbahnprodukte wieder ändern. Anstatt der bekannten Trafos werden in den meisten Fällen nur noch sog. Schaltnetzteile von Märklin angeboten werden. Gleich mal vorweg; es können weiterhin vom Privatmann oder der Privatfrau gebrauchte Trafos betrieben und âuch wieder verkauft werden, die diesen europäischen Verordnungen nicht entsprechen. Auch repariert werden dürfen "alte" Trafos weiterhin. Die neue Regelung trifft die Hersteller von Transformatoren. Diese dürfen nur noch Versorgungseinheiten anbieten, die den in den Verordnungen genannten Kriterien entsprechen. 
Der Märklin-Trafo mit der Leistung von 32 VA (32 Watt) - Artikel-Nr. 6647 - fällt nicht unter die in den Verordnungen genannten Kriterien. Dieser Trafo wird daher von Märklin weiterhin angeboten und bleibt der Basistrafo für den Märklin Analog-Betrieb. Die neuen Schaltnetzteile von Märklin - entsprechend der europäischen Verordnungen und werden von Märklin drezeit in zwei Leistungsstufen von 36 VA (Nr. 66361) und 60 VA (Nr. 60061 ) angeboten. Die 36 VA-Version ist in vielen Märklin H0-Startpackungen zu finden und ist dort in der Leistungsfähigkeit auf die Mobile-Station Nr. 60653 ausgelegt. Die stärkere 60 VA-Version ist auf den Leistungsbedarf der Central-Station Nr. 60214 bzw. des Boosters Nr. 60173 abgestimmt. Zu beachten ist, dass das Schaltnetzteil Nr. 66361 nicht an die Central-Station Nr. 60214 oder den Booster Nr. 60173 angeschlossen werden darf. Es ist nur für die Mobile-Station Nr. 60653 zusammen mit der Anschlussbox Nr. 60112 oder Nr. 60113 geeignet. Das Schaltnetzteil Nr. 60061 passt im Gegenzug nicht an die Anschlussbox Nr. 60112 oder Nr. 60113. Der Anschluss dieses Gerätes ist nur für die direkte Versorgung der Central-Station Nr. 60214 bzw. des Boosters Nr. 60173 geeignet. Durch die Verwendung der Schaltnetzteile als Versorgungseinheit für die aktuellen Märklin-Digitalkomponenten ändert sich nichts an den Anschlussbedingungen für die einzelnen digital gesteuerten Verbraucher wie Signale, Weichenantriebe, Universalfernschalter usw. Leider sind die neuen Schaltnetzteile von Märklin für die Märklin-Digitalsysteme wegen der unterschiedlichen Anschluss-Stecker der einzelnen Versionen, nur für die Versorgung der Central-Station, Mobile-Station oder dem aktuellen Booster Nr. 60173 geeignet. Für Komponenten aus dem früheren Digitalsystem wie - Central-Unit (6020) - Control-Unit (6021) - Booster (6015) oder (6017) - Delta-Komponenten können diese Schaltnetzteile ohne Zusatzgeräte nicht verwendet werden. Märklin empfiehlt diesen Anwendern weiterhin die Verwendung der alten Transformatoren (z.B. Trafo Nr. 6002 oder Nr. 60052). Die bisherigen Transformatoren und die neuen Schaltnetzteile können nebeneinander zur Versorgung verschiedener Komponenten der Modelleisenbahn eingesetzt werden. Die Central-Station kann zum Beispiel von einem Schaltnetzteil versorgt werden, während der Booster seine elektrische Leistung von einem Transformator erhält. Weiterhin ist es nicht erlaubt - aus Sicherheitsgründen - gleichzeitig aus zwei verschiedenen Versorgungsquellen den elektrischen Strom beziehen. Auch bei den meisten analogen Schaltungen sind die Schaltnetzteile verwendbar. Sowohl die doppelspuligen Weichenantriebe als auch Signale, Universalfernschalter, Bahnübergänge etc. lassen sich mit den Schaltnetzteilen betreiben. Für folgende Sonderfälle kann jedoch aktuell nur eine Versorgung über die bisherigen Transformatoren erfolgen: - die Märklin Hobbysignale der 743xx-Serie zusammen mit dem Stellpult (72750). - der motorische Spur 1-Weichenantrieb (59079) - alle LGB-Produkte mit dem EPL- Antrieb - alle sonstigen Verbraucher, die sowohl mit einem positiven als auch mit einem negativen elektrischen Potenzial arbeiten. Bei allen Produkten, die mit Leuchtdioden arbeiten, ist bei der Verwendung von Schaltnetzteilen auf die Polarität zu achten. Funktioniert zum Beispiel eine Straßenleuchte mit eingebauter LED nicht, so ist es sehr wahrscheinlich, dass einfach nur die Polarität beim Anschluss dieses Zubehörartikels vertauscht wurde. Probleme mit der Digitaltechnik Viele Märklin Trafo sind für die analoge Märklin-Modellbahn konzipiert. Sie können aber auch ohne Probleme für die Spannungsversorgung von anderen Modellbahnanlagen verwendet werden (Beleuchtungsaufgaben, Sonstige Spannungsversorgung von Wechselstrom betriebenen Artikeln auf der Modellbahnanlage). Beim Digitalbetrieb mit diesem Trafo ist folgendes zu beachten: Beim Einsatz des Delta-Decoder sind die "alten" Trafos kein Problem. Es kann bei diesen Trafos aber eine Gefährdung von mfx- und auch fx-Decodern nicht ausgeschlossen werden. Um auch diese Trafos im Analogbetrieb für Fahrzeuge mit fx- und mfx-Decodern gefahrlos einsetzen zu können, gibt es von Märklin sog. Vorschaltdioden, die zwischen Trafo und der Anlage geschaltet werden. Diese Vorschaltdioden können auch im Elektrohandel bezogen werden. 
Eine Diode funktioniert wie ein Rückschlagventil - in unserem Fall ein "elektrisches Rückschlagventil". Die Diode lässt den Strom nur in eine Richtung durch. Der entscheidende Nebeneffekt in unserem Fall ist, dass über die Diode ca. 0.6 bis 0.7 V Spannung abfällt. Das bedeutet, dass die Spannung nach der Diode um 0.6 - 0.7 V kleiner ist und zwar unabhängig von der Stärke des Stromes (Ampere), der durch die Diode fliesst. Dieser Spannungsabfall ist immer gleich. Diesen Effekt kann man sich zu Nutze machen. Wenn zwei Zwei Dioden (1N4001) in Serie geschaltet werden, ergibt sich hier eine Spannungsreduktion von 1,4 Volt. Drei Dioden würden dann eine Spannungsreduzierung von 2.1 Volt ergeben. Dies kann mann so weiterführen mit beliebig viel Dioden. Da aber die Diode den Strom in die andere Richtung komplett absperrt, wird noch für jede Diode noch eine zweite Diode benötigt, die antiparallel zur ersten geschaltet wird. So heben sich die "Rückschlagventile" gegenseitig auf, die Spannungsreduzierung bleibt aber. Nun ist dies aber nur eine Spannungsbegrenzung. Die alten Trafos haben aber ggf. noch ein weiteres Problem mit der sog. Stromstoßschaltung. Bei dieser Schaltung, die entweder durch starkes Rechtsdrehen des Fahrreglers oder durch ein Drücken des Fahrreglers aktiviert wird, entsteht kurzzeitig eine relativ hohe Spannung (ca. 24 bis 30 Volt). Durch ein versehentliches Betätigungen dieses Stromstoßschalters kann eine Gefährdung für digitale Bauteile zustande kommen. Um dies zu Verhindern, kann entweder der Stromstossschalter entfernt oder durch einen sog. Überspannungsschutz kompensiert werden. Da die Trafos nur sehr schwer zu öffnen sind, um den Stromstoßschalter "lahmzulegen" ist es sinnvoll eine sog. Spannungsbegrenzung zwischen Trafo und Gleis zwischen zu schalten. Wennn diese Lösung gewählt wird, ist selbstverständlich eine Diodenvorschaltung nicht mehr nötigt. 
Eine Spannungsbegrenzung ist mit einem Varistor möglich. Ein Varisator dient dem Schutz vor Überspannungen. Im Normalbetrieb ist ihr Widerstand sehr groß, während bei Überspannung der Widerstand fast verzögerungsfrei sehr klein wird und damit Ladung ableitet. Ein Varisator ist somit ein spannungsabhängiger Widerstand. Oberhalb einer bestimmten Schwellspannung, die kennzeichnend für den jeweiligen Varistor ist, wird der Widerstand abrupt kleiner. Die Kennlinie ist dabei symmetrisch zur Spannung, die Polarität spielt somit keine Rolle. Varistoren haben Ansprechzeiten von unter einer Nanosekunde und können bei Überspannungen große Energien absorbieren, ohne zerstört zu werden. Varistor ist ein aus den englischen Begriffen „variable resistor“ zusammengesetztes Wort. Varistoren werden auch als VDR bezeichnet. VDR steht für "Voltage Dependent Resistor", also spannungsabhängiger Widerstand. Für Metalloxid-Varistoren ist die Abkürzung MOV üblich. Wie schon gesagt, eignen sich Varistoren zum Schutz vor Überspannungen. Im Normalbetrieb ist ihr Widerstand sehr groß, während bei Überspannung der Widerstand fast verzögerungsfrei sehr klein wird und Ladung ableitet. Zu unterscheiden ist zwischen - ZnO-Varistoren (Zinkoxid-Varistoren) - SiC-Varistoren (Siliciumcarbid-Varistoren) ZnO-Varistoren altern, dass bedeutet ihre Schwellspannung wird mit der Zeit niedriger bzw. ihr Leckstrom erhöht sich. SiC-Varistoren dagegen zeigen diese Art der Alterung nicht. Varistoren haben Ansprechzeiten von unter einer Nanosekunde und können bei Überspannungen große Energien absorbieren, ohne zerstört zu werden. Dementsprechend können Sie auch für die alten Märklin-Trafos als Schutzschaltung verwendet werden. Mit einem derart ausgestatteten Märklin-Trafo - nur die blauen Metall-Trafos sind davon betroffen - kann dann auf der digitalen Modellbahn - strommäßig - nichts mehr passieren. Bei den analogen Anlagen braucht in dieser Richtung nichts beachtet werden. Da können alle Trafos ohne Probleme eingesetzt werden. Wie funktioniert nun so ein Varisator ? Der Varisator besteht aus einer Vielzahl von parallel und in Reihe geschalteten bidirektional arbeitenden Dioden, die im Sperrbetrieb betrieben werden. Während anfänglich Siliciumcarbid-Varistoren eingesetzt wurden, werden heute hauptsächlich Zinkoxid-Varistoren verwendet. 
Der gesinterte Werkstoff der Zinkoxid-Varistoren besteht zu 90% aus Zinkoxid und zu 10% aus anderen Metalloxiden. Der Varistor-Effekt entsteht bei der Sinterung an den Grenzen zwischen zwei Zinkoxidkörnern. Durch die Sinterung bildet sich ein polykristallines Gefüge, bei dem gut leitende ZnO-Körner teilweise mit hochohmigen Zwischenphasen umhüllt sind. An den Stellen, wo die ZnO-Körner sich berühren, kommt es zur Bildung von Mikrovaristoren, die sich wie symmetrische Z-Dioden von ca. 3V verhalten. Diese Reihen und Parallelschaltung von Mikrovaristoren prägen das elektrische Verhalten der Zinkoxidvaristoren.So kann man mit der Dicke den Schutzpegel und mit der Fläche die zulässige Stromstärke der Varistoren einstellen. Eine interessante Frage ist nun wie den der Varistor in eine Schaltung eingefügt wird ? Nun, der Varisator wird parallel zur schützenden Einrichtung geschaltet. Bei normalen Betriebsbedingungen ist der Strom, der durch den Begrenzer fließt, sehr gering, so dass eine geringe Verlustleistung entsteht. Wenn eine Überspannung auftritt, ändert sich der Varistorwiderstand von einem sehr hohen zu einem sehr niedrigen Wert, so dass der Strom durch den Varistor exponentiell mit der Spannung ansteigt. Auf diese Weise wird die Überspannung auf einen Wert begrenzt, der ungefährlich für das zu schützende Element ist. Bei einem 106-fachen Strom steigt die Spannung nur auf das 2 bis 2,5 fache. Die Schaltzeiten werden nur durch die Induktivität der Anschlussleitungen begrenzt. 
Varistoren haben eine symmetrische Stromspannungskennlinie. Ihr Widerstand nimmt mit steigender Spannung ab, so dass bei hohen Spannungen dann ein gutes Ableitevermögen zustande kommt. Für hochfrequente Datenübertragungen lassen sich Varistoren aufgrund ihrer hohen Eigenkapazität nicht einsetzen. Gemeinsam mit der Induktivität der angeschlossenen Drähte bilden sie einen Tiefpass, der die hochfrequenten Signale herausfiltert. Bis hin zu 30kHz ist die Verwendung von Varistoren jedoch unbedenklich. 
Alternativ zu Varistoren werden bei Schutzschaltungen auch Suppressordioden eingesetzt. Suppressordioden werden bei Überspannung allerdings schon durch geringe Energien zerstört, so dass sie hauptsächlich für kleinere Spannungen verwendet werden. Für den Einsatz auf der Modellbahn sind sie eigentlich nicht geeignet. |
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