Der Einstieg in den digitalen Eisenbahnbetrieb - die digitale Eisenbahn - hier: die Zentraleinheit, der Booster, Fahrregler



Der Einstieg in den digitalen Eisenbahnbetrieb
-- Teil: 2 --


Inhalt

- Die Zentraleinheit

- Der Booster

- Der digitale Fahrregler



Die Zentraleinheit


Das Herzstück der digitalen Anlage ist die Zentraleinheit. Von der Zentraleinheit aus, werden zum Einen die Loks über ihren eingebauten Decoder gesteuert. Zum anderen können Weichen, Signale usw. über spezielle Schaltdecoder in das digitale System eingebunden werden.
Sehen wir uns Beispielhaft mal die Intellibox von Uhlenbrock an. Dieses Gerät beinhaltet die Funktionen von:
    - Zentraleinheit
    - Booster
    - Fahrtregler
    - Keyboard
    - Fahrstraßensteuerung
    - s88-Monitor
    - Programmer und Interface.

Die Zentraleinheit bildet somit das "Herz" jeder Digitalanlage, da hier alle Befehle die vom Modellbahner eingegeben werden verarbeitet und an die jeweiligen Komponenten (Lok, Weiche etc.) weitergegeben werden.

Märklin Unit
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Der Booster

Der Begriff kommt aus dem englischen "BOOSTER" gesprochen "buuster") und bedeutet Zusatzverstärker.
Das Gerät hat eine ähnliche Aufgabe wie das Gerät gleichen Namens, das die Leistung von Autoradios erhöht. Ein Booster "liest" die digitalen Signale der Digitalzentrale und gibt sie verstärkt an das Gleis weiter. Ein Booster ist immer dann erforderlich, wenn die Zentrale keinen Booster eingebaut hat, oder aber die Leistung der Zentrale nicht ausreicht, weil z.B. zuviele Züge gleichzeitig fahren sollen. Wichtig ist dabei das Verb "gleichzeitig".
Wenn z.B. 15 Züge im Schattenbahnhof stehen, aber nur maximal 3 davon unterwegs sind, braucht in der Regel kein (weiterer) Booster angeschafft zu werden. Der Primärbooster schafft das ohne weiteres.
Tüchtige Verkäufer, aber auch manche Modellbahner meinen Weichen und andere Magnetartikel brauchen zusätzlich einen eigenen Booster. Dies ist aber nicht immer der Fall. Der geldsparende Modellbahner sollte sich nur dann einen zusätzlichen Booster anschaffen, wenn der vorhandene Booster tatsächlich nicht mehr ausreicht.
Der Booster dient also einfach gesagt der Stromversorgung der Anlage mit digtalem Fahr- und Schaltstrom . Es ist somit ein Digitaler-Leistungsverstärker mit einem zusätzlichen TRANSFORMER. Einen Booster kann somit nicht, wie manche Modellbahner meinen, als Zusatztrafo für Analoganlagen eingesetzt werden.
Wenn man den Booster auf das Beispiel - Märklin Control Unit - anwendet, so ist der Booster im Prinzip eine Control Unit ohne Bedienelemente.
Der Booster wird zunächst wie die Control Unit mit dem zweiten Gleisabschnitt verbunden. Dabei ist strikt darauf zu achten, dass dieser zweite Gleisabschnitt elektrisch vom ersten Abschnitt getrennt ist.
Ein zusätzlicher Trafo versorgt den Booster. Jeder Booster benötigt also einen eigenen Trafo.
Da stellt sich dann die nächste Frage, wie gelangen die Steuerinformationen von der CU, die den ersten Stromkreis versorgt, in den zweiten Stromkreis, der vom Booster versorgt wird?
Nun der Booster besitzt keine Bedienelemente. Er bekommt die Digitalsignale somit von der Contol Unit mittels eines Steuerkabels. Der Booster ist somit nur der "verlängerte Arm" der Zentralstation - allerdings nur im zweiten Gleisabschnitt (= Stromkreis).
Festzuhalten ist somit folgendes:
Die beschriebenen Gleisabschnitte sind voneinander elektrisch getrennt, aber die Steuerbefehle der Controls sind in beiden Abschnitten identisch. Dies bedeutet wiederum, dass es völlig egal ist, in welchem Gleisabschnitt sich eine Lok befindet, da sie immer mit derselben Zentralstation gesteuert wird.
Im Fahrbetrieb merkt man also nichts von der Trennung.
Anders ausgedrückt:
Der Booster versorgt zwar einen eigenen Stromkreis auf der Anlage, die Steuerung einer Lok bleibt aber bei einer Digital-Anlage völlig unabhängig von der Einteilung der Stromkreise bei der Central Anlage. Die gleiche Lok kann immer auf dem gleichen (irgendeinem) Fahrpult gesteuert werden, egal, in welchem Stromkreis sie sich gerade befindet.

Booster-Bild     Booster-Bild     Booster-Bild
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Eine Frage taucht im Zusammenhang mit dem Einsatz von Boostern immer wieder auf:

Weshalb muss ich die Stromkreise so radikal voneinander trennen.
Dazu folgendes:
Der Boosters hat als Zusatzverstärker, wie die Zentraleinheit zwei Leistungsendstufen (eine für die negativen, die andere für die positiven "Impuls-Halbwellen"). Nun können Transistoren oder integrierte Schaltungen, die in verschiedenen Geräten eingesetzt werden, niemals völlig identisch hergestellt werden. Vor allem unterscheiden sie sich geringfügig in ihrem Zeitverhalten.
So kann es z. B. passieren, dass die Endstufe der Zentraleinheit einen positiven Spannungsimpuls um einen winzigen Sekundenbruchteil später durchschaltet als die Endstufe eines Boosters. Wären die beiden Stromkreise dann nicht voneinander isoliert, würden für einen sehr kurzen Moment sehr hohe Ausgleichströme zwischen den beiden Stromkreisen fließen, begrenzt nur durch die Strombegrenzung der Endstufen.
Eine solcher Betrieb wäre auf Dauer weder den Endstufen der Geräte noch der Betriebssicherheit der Anlage zuträglich. Es muss also immer auf eine einwandfreie Isolierung zwischen den verschiedenen Stromkreisen geachtet werden.

Zusammenfassung:

Es ist jedem nun klar, jede Lokomotive und jede Lampe verbraucht beim Betrieb eine bestimmte elektrische Leistung. Diese Leistung muss von einem Transformator zur Verfügung gestellt und von der Zentraleinheit verarbeitet werden. An eine Modellbahnanlage müssen hohe Anforderungen an die elektrische Sicherheit gestellt werden. Die Ausgangsleistung der Geräte darf deshalb nicht beliebig groß werden. Zusätzlich müssen besondere Schutzmaßnahmen für den Kurzschlussfall vorgesehen werden.
Die maximale Ausgangsleistung einer Zentraleinheit, die von einem Trafo versorgt wird, beträgt ca. 45 Watt oder, in der Technikersprache, 45 VA (Volt-Ampère). Das reicht aus, um etwa 5 kleine oder 4 große H0-Digital-Lokomotiven zu betreiben (ohne zusätzliche Beleuchtungen oder Magnetartikel).

Da aber auch jede Lampe Strom verbraucht, stößt man bei einer größeren Anlage bald an die Leistungsgrenzen der Zentraleinheit.
In der Regel sind bei den meisten Herstellern in der Zentraleinheit bereits Booster mit eingebaut. Allerdings ist deren Leistung sehr begrenzt.

Bei der Control Unit von Märklin sind zusätzliche Booster erforderlich, wenn viele Züge, Weichen, Zugbeleuchtungen etc. in Betrieb genommen werden. Hier muss dann zusätzlich ein Booster eingebaut werden, um mehr Leistung in die Gleise einzuspeisen (siehe obiges Bild).

Da wie gesagt das Digital-System auch für wesentlich größere Anlagen ausgelegt wurde, muss zusätzliche elektrische Leistung zur Verfügung gestellt werden. Jede Digital-Anlage braucht somit nicht nur eine Zentraleinheit (eine Zusammenarbeit von mehreren Zentraleinheiten ist nicht vorgesehen), sondern auch Booster, also reine Leistungsverstärker. Die Booster bekommen alle Informationen direkt von der Zentraleinheit.
Der Booster stellt somit zusätzliche Leistung für eine Digital-Anlage zur Verfügung. Technisch gesehen, entspricht somit ein Booster einer Zentraleinheit ohne eigene Informationsverarbeitung.

Bei Bedarf können auch mehrere Booster eingesetzt werden. Jeder Booster muss an einen eigenen Trafo und an einen eigenen Stromkreis angeschlossen werden. Da der Booster aber nur die Digital-Informationen aus der Zentraleinheit verstärkt, sind die Informationen in allen Stromkreisen der Anlage identisch. Überfährt eine Lok den Übergang von einem Stromkreis zum anderen, bemerkt der Lokdecoder davon nichts.

Der Modellbahner braucht somit beim Betrieb der Anlage nicht mehr zwischen den verschiedenen Stromkreisen unterscheiden. Eine Lokomotive wird durchgehend mit demselben Fahrpult unter derselben Adresse gesteuert, egal in welchem Stromkreis sie sich gerade befindet.

Fazit:
Mit dem Booster kann ein Stromkreis versorgt werden.
Bei mehreren Stromkreisen sind entsprechend mehr Booster erforderlich (für jeden zusätzlichen Stromkreis ein Booster).
Eine größere Digital-Anlage ist somit immer in Versorgungsabschnitte zu unterteilen.
Der erste Abschnitt wird durch die Zentraleiheit versorgt. Die weiteren Abschnitte werden durch eigene Booster mit je einem Transformator versorgt.
Die Booster haben die Aufgabe die Befehle der Zentraleinheit zu vestärken, so dass alle Versorgungsabschnitte identische Informationen erhalten und die Lokdecoder den Übergang von einem Abschnitt in den anderen Abschnitt nicht bemerken.





Der digitale Fahrregler

Mit einem analogen Fahrregler können Loks auch ohne Digitaldecoder in verschiedenen Stromkreisen, unabhängig voneinander, gesteuert werden. Natürlich können auch mehrere Handregler miteinander kombiniert werden, von denen jeder auf jeden Stromkreis zugreifen kann.

Beim digitalen Einstieg ist aber festzuhalten, dass die analogen Fahrregler hier nicht mehr zum Einsatz kommen können. In der Regel sind in einer digitalen Zentraleinheit bereits mind. 1 Fahrregler enhalten. Zum komfortablen Mehrzugbetrieb sollten aber zusätzliche Fahrregler angeschaffen werden.

Wie das Steuern einer Digital-Lok vor sich geht haben wir bereits besprochen.

Booster-Bild
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Einige Anmerkungen aber dennoch hier noch:

Mit dem Fahrregler wird eine bestimmte Geschwindigkeit eingegeben. Die Stellung des Fahrreglers ist eine "analoge" Information, die zunächst im Fahrpult "digitalisiert", also in eine entsprechende Zahl umgewandelt, wird.
Außerdem wird der Wert der Zusatzfunktion (16 = ein, 0 = aus) dieser Information hinzugefügt.
Der Mikroprozessor im Fahrpult wandelt nun beide Zahlen, Lokadresse und Geschwindigkeit, in eine Folge von 0 und 1 Werten um. Diese 0 und 1 Werte können nacheinander über eine einzige Leitung (+ Stromrückleitung, also 2 Kabel) geschickt werden. Dieses "nacheinander" nennt man in der Technikersprache "seriell". Die seriellen Infomationen werden über die z.B. seitliche Steckerleiste zur Zentraleinheit übertragen.
Die Zentraleinheit überprüft als erstes, ob die gewünschte Lok nicht vielleicht schon auf einem anderen Fahrpult aufgerufen ist, denn es ist nicht möglich, eine Lok von zwei Fahrpulten gleichzeitig zu steuern. Ist das der Fall, schickt die Zentraleinheit eine "Besetzt" Meldung zum aufrufenden Fahrpult. Dieses lässt daraufhin die gewählte Loknummer in der Anzeige blinken, als Hinweis darauf, daß die Lok bereits auf einem anderen Fahrpult aufgerufen ist. Ohne weiteres Zutun des Bedieners "klopft" das Fahrpult nun immer wieder bei der Zentrale an, um nachzufragen, ob die Lok mittlerweile vielleicht doch gesteuert werden könnte. Es könnte ja in der Zwischenzeit auf dem anderen Fahrpult eine andere Lok aufgerufen worden sein.
Tatsächlich laufen die hierbeschriebenen Vorgänge mit großer Geschwindigkeit ab, so dass zwischen Eintippen der Lokadresse und Blinken der Anzeige nur ein winziger Augenblick liegt.

Der Ablauf der Informationsübertragung beim Steuern einer Lok (schematisch).
Blaue Pfeile: analoge Ströme
rote Pfeile: Digital-Daten
ist im Bild dargestellt.
Wenn die gewünschte Lok frei ist, wandelt die Zentrale das interne Datensignal vom Fahrpult in ein digitales Datenformat z.B. das Motorola-Protokoll oder das DCC-Protokol um und sendet die Befehle an das Gleis.

Die Lok fährt daraufhin mit der am Fahrpult eingestellten Geschwindigkeit los. Danach schickt die Zentrale eine Bestätigung an das Fahrpult zurück, und erst daraufhin leuchtet am Fahrpult die eingegebene Adresse dauernd auf. Solange die Lok auf dem Fahrpult aufgerufen ist, wird jede Änderung der Geschwindigkeit, Fahrtrichtung oder Zusatzfunktion sofort auf den Weg zur Zentraleinheit und von hier zur Lok gesandt.

Die reine Verarbeitung der Informationen im Fahrpult und in der Zentraleinheit benötigt sehr wenig Energie. In der Zentraleinheit müssen allerdings die Digital-Informationen verstärkt werden (durch einen eingebauten Booster, oder durch einen separaten Booster), und zwar so, dass sie gleichzeitig als Betriebsspannung für den Motor und die Beleuchtung benutzt werden können. Die verstärkte "Digital-Spannung" wird dann an das Gleis gegeben.

Der Schleifer der Lok nimmt diese Digital-Spannung dann vom Gleis ab.

In der Digital-Lok gelangt die Spannung aber nicht direkt zum Motor, sondern zunächst in den "Digital-Lokdecoder".

Der Begriff Decoder kommt von "Decodieren", das heißt: eine Information entschlüsseln.

Zunächst prüft der Lokdecoder, ob die gesendete Digital-Adresse mit seiner eingestellten Adresse übereinstimmt. Wenn nein, geht ihn die gesendete Information nichts an, er kümmert sich also nicht um die nachfolgenden Daten, sondern behält seine bisher gespeicherten Werte für Geschwindigkeit und Zusatzfunktion bei.
Nur wenn die gesendete Adresse "seiner" Adresse (Telefonnummer) entspricht, wertet der Decoder die Informationen für Fahrrichtung und Geschwindigkeit aus und speichert sie in seinem eingebauten Speicher.
Schließlich steuert er mit Hilfe der gleichgerichteten Digital-Spannung den Motor entsprechend der ausgewerteten Information "Fahrgeschwindigkeit". Ebenso schaltet er, entsprechend der neuen Information, die Zusatzfunktion ein oder aus.
Die neue Fahrgeschwindigkeit und Zusatzfunktion bleibt als Zahl in seinem internen Speicher festgehalten, bis er wieder eine neue, für seine Adresse bestimmte Information erhält. Mit der gespeicherten Geschwindigkeit fährt daher die Lok weiter, egal, ob sie noch auf einem Fahrpult aufgerufen ist oder nicht.
Kommt die Lok an ein rotes Signal, hält sie an, weil sie in der Signal-Haltestrecke keine Spannung mehr für den Motor erhält.
Die Informationen über Fahrgeschwindigkeit und Zusatzfunktion bleiben auch ohne äußere Stromquelle weiterhin im Speicher des Lokdecoders. Zumindest eine Zeitlang, denn die Elektronik im Lokdecoder verbraucht ebenfalls eine, wenn auch sehr kleine, Leistung.
Bei älteren Lokdecodern wurde diese Speicherzeit mit ca. zwei Minuten angegeben, bei neueren Versionen kann sie auch mehrere Stunden betragen. Damit die Lok auch bei einem längeren Signalhalt ihre gespeicherten Informationen nicht vergisst, kann man in die eigentlich abgeschaltete Signal-Haltestrecke einen sehr kleinen Strom fließen lassen. Dazu muss nur ein keiner Widerstand in die Verdrahtung eingebaut werden. Dieser kleine Strom reicht aus, um den winzigen Stromverbrauch des Decoders zu decken. Er reicht natürlich nicht, um den Motor oder die Beleuchtung in Gang zu halten. Auf diese Weise erfährt der Decoder sogar während eines Signalhaltes eingegebene Änderungen. Er führt sie sofort aus, sobald die Signalstrecke wieder freigeschaltet wird.
Die Lokdecoder c80 und c81 von Märklin können z.B. erkennen, wenn die Lok auf einem konventionellen Gleisabschnitt fährt, wo keine Digital-Spannung zur Verfügung steht. Sie schalten automatisch auf diesen Betrieb um und können dann durch einen konventionellen (analogen) Trafo gesteuert werden.
In ihrem Speicher bleibt aber die letzte "digitale" Fahrgeschwindigkeit weiterhin gespeichert. Sobald sie wieder auf einen digital versorgten Gleisbereich kommt, schaltet der Decoder automatisch auf die gespeicherte Geschwindigkeit und Zusatzfunktion um.

Aber auch die Zentrale speichert die jeweils letzten Informationen für alle aufgerufenen Loks. Sie wiederholt diese Informationen selbständig (ohne Zutun der Fahrpulte) in regelmäßigen Abständen, damit auch Loks, die vorübergehend "schlecht hören" (z. B. wegen schlechtem Stromübergang am Schleifer) auf dem laufenden bleiben.

Festzuhalten bleibt somit folgendes:

- Das Digital-Fahrpult:
erfasst Steuerinformationen wie Geschwindigkeit, Fahrtrichtung und Zusatzfunktion, wandelt es in ein serielles Digital-Signal um und gibt es an die Zentrale weiter.

- Die Zentraleinheit:
Sortiert und Zwischenspeichert die Daten, wiederholt die Lokdaten, wandelt die Signale ins entsprechende Digitale-Datenformat um, verknüpft sie mit der Versorgungsspannung und leitet sie an das Gleis weiter. Außerdem bietet die Zentraleinheit Schutz vor Überlastung und Kurzschluss.

- Der Lokdecoder:
vergleicht empfangene und eingestellte Adresse, Fahrgeschwindigkeit, Fahrtrichtung und Zusatzfunktionen und wertet sie aus. Das Digital-Signal wird gleichgerichtet und Motor bzw Zusatzfunktionen werden angesteuert. Die Lokdaten werden zwischengespeichert.



Hinweis:
Für die Erstellung dieser Seite wurden Textauszüge mit freundlicher Genehmigung von www.1zu160.net zur Verfügung gestellt.


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