Lokomotiven digitalisieren - die digitale Eisenbahn - die digitale Schnittstelle und der Einbau von Lokdecodern



Das Digitalisieren von Lokmodellen - Teil: 2


Inhaltsverzeichnis

Teil: 2
- Auswahl: Schnittstellenstecker
- Vorbereitende Überlegungen zum Einbau einer digitale Schnittstelle
- Einbau einer Schnittstelle
- Test der Schnittstelle




Auswahl von Schnittstellenstecker
    Es gibt verschiedene Decoderstecker (Schnittstellenstecker) im Handel. Eine Auswahl haben wir nachfolgend zusammengestellt, damit dem Modellbahner ein gewisser Überblick möglich ist.

    Adapter-Leiterplatte für 21 polige Decoder (21MTC)
    Diese Leiterplatte dient dazu, einen Decoder mit 21-poliger Schnittstelle in eine Lok ohne Schnittstelle einzubauen. Die Verdrahtung erfolgt dann an die Lötpads. Dieser Schnittstellenstecker ist also nicht zum Anstecken eines Decoders, sondern zum Anlöten von Decoderlitzen. Der Vorteil dieses "Schnittstellensteckers" liegt darin, dass er vor allem bei Loks mit wenig Raum interessant ist, da der Decoder und der digitale Schnittstellenstecker an getrennten Orten untergebracht werden können.

    Digitale Schnittstelle 21-polig
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    Adapter-Leiterplatte für 21 polige Decoder mit Litzen (21MTC))
    Baugleich mit der oben gezeigten ESU-Leiterplatte, jedoch mit Litzen nach DCC Farben, ist diese Schnittstelle. Der Leiterplatte liegen zudem 2 Drosseln für die Motorentstörung bei. Auch dieser Schnittstellenstecker ist gut für Loks mit wenig Raum geeignet.

    Digitale Schnittstelle 21-polig
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    Adapter-Leiterplatte für 21 polige Decoder (21MTC)
    Diese Leiterplatte von ESU hat dieselben Abmessungen wie die Märklin-Decoder der 6090... Reihe. Sie eignet sich deshalb gut für den Einbau in Märklin Loks der Serie 37.... Sie besitzt einen Schnittstellenstecker auf der Platine.

    Digitale Schnittstelle 21-polig
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    Adapter-Leiterplatte 8 zu 21 pol MTC
    Mit dieser Leiterplatte von Liliput-Bachmann können Decoder mit 8-poliger Schnittstelle in Loks mit 21 poliger Stecker eingesetzt werden.

    Adapter Leiterplatte
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    Schnittstellenbuchse 8-polig für Lokverdrahtung
    Diese digitale Schnittstelle ist auf die DCC-Norm ausgerichtet. Diese Buchse kann in die entsprechende Lok eingebaut werden und daran kann dann der Decoder angesteckt werden.

    Schnittstellenbuchse
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    Buchse 6-polig für Lokverdrahtung
    Diese Buchse wird in die Lok eingebaut, um Decoder mit 6-poliger Schnittstellen einstecken zu können. Die Farben entsprechen der DCC-Norm.

    Schnittstellenbuchse
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Vorbereitende Überlegungen zum Einbau einer Schnittstellenbuchse
    Um eine Austauschbarkeit von Decodern und Loks unterschiedlicher Hersteller zu gewährleisten, sind digitale Schnittstellen in Europa von der (MOROP)in den Normen der Europäischen Modellbahnen (NEM) und in den USA von der National Model Railroading Association (NMRA) genormt worden.

    Die für die Spurweite N und H0 geeignete Schnittstellen sind in den Normen NEM 650, NEM 651, NEM 652 und in den NMRA Recommended Practices RP-9.1.1 beschrieben. Nun haben wir uns ja bereits im Teil 1 über die möglichen Anschlüsse und PIN-Belegungen auseinander gesetzt. Was aber noch nicht erwähnt wurde ist, dass digitale Loks (also Loks die bereits Digitaldecoder beinhalten) mit einem Pictogramm nach NEM-(S) in den Katalogen gekenzeichnet werden. Das entsprechend Bild ist nachfolgend dargestellt.


    Bild-1


       Kontakt   

    1
    2
    3
    4
    5
    6

       Kabelfarbe   

    Orange
    Grau
    Rot
    Schwarz
    Weiß
    Gelb

      Bedeutung   

    Motoranschluss 1
    Motoranschluss 2
       Stromabnehmer rechte Schiene oder Dachstromabnehmer, zum Motoranschluss 1   
    4 Stromabnehmer linke Schiene / Masse zum Motoranschluss 2
    5 Stirnbeleuchtung vorn (Minuspol)
    6 Stirnbeleuchtung hinten (Minuspol)



    Die obige NEM-Schnittstelle ist sechspolig, die Kontakte sind mit den Nummern von 1 bis 6 durchnummeriert und haben die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Bedeutungen:

    Wie wir bereits bei der Besprechung der Schnittstellen im Teil 1 festgestellt haben, sind Schnittstellenstecker bei neuen Loks (ab dem Jahre 2000) eigentlich Standard. Wenn eine digitale Schnittstelle vorhanden ist, sollte natürlich der Decoder auch eine kompatible Steckverbindung aufweisen. Es sollte also kein Decoder gekauft werden, der nicht in die Schnittstelle passt. Die dann erforderlichen Lötarbeiten kann man sich sparen und bei der Vielzahl von Decodern auf dem Markt dürfte es auch nicht schwierig sein, einen passenden Decoder, mit den gewünschten Eigenschaften, für diese Schnittstelle zu finden.

    Mit einer digitalen Schnittstelle ist es auf einfache Weise möglich - auch für einen Nichtfachmann - einen Lokdecoder in eine Lok einzubauen.

    Meistens haben aber Modellbahner nicht nur neue Loks, sondern auch ältere Modelle, die zum Einen nicht Digitalisiert und zum Anderen natürlich auch keine digitale Schnittstelle aufweisen. Wenn in dieser Lok ohne digitale Schnittstelle ausreichend Platz in der Lok vorhanden ist sollte in jedem Fall eine Schnittstelle eingebaut werden. Wie bereits im Teil 1 erwähnt, gibt es eine Vielzahl von digitalen Schnittstellen für die verschiedensten Einbaubedingungen.

    Der Einbau einer digitalen Schnittstelle entspricht im Wesentlichen dem Einbau eines Decoders ohne Schnittstelle. Auch hier gestaltet sich die Nachrüstung sog. "billiger" Loks mit einer digitalen Schnittstelle schwierig. Nicht nur allein der Platzbedarf ist manchmal ein Problem, auch das Material (z.B. Kunststoffrahmen) kann den Umbau mitunter unmöglich machen. Wenn hier beim Löten nicht höllisch aufpasst wird, kann es bei Kunststoff zu Verschmorungen und Verziehungen am Motorauflager, Rahmen oder im Bereich des Getriebes kommen. Die Gebrauchsfähigkeit der Lok kann dann am Ende sein.

    Bei Gussloks ist das Problem eher, dass Fräsarbeiten anfallen, da der Decoder keinen Platz findet.

    Egal aber, ob alte Lok oder neue Lok, der Einbau einer digitalen Schnittstelle lohnt sich immer aus folgenden Gründen:

    - Der Austausch eines Lokdecoders bereitet keine großen Probleme mehr (keine Lötarbeit mehr).
    - Beim Austausch bzw. Einbau des Lokdecoders werden keine Lokteile beschädigt.
    - Die Umrüstung von Lokdecodern ist auf ein anderes System schnell und problemlos möglich.
    - Durch die kurze Umrüstungszeit lassen sich Decoder freizügig unter den Lokomotiven tauschen. Dies ist von Vorteil, wenn z.B. aus Kostengründen weniger Decoder als Loks vorhanden sind.


    Doch auch beim analogen Fahrbetrieb, kann über die Buchse der digitalen Schnittstelle eine Adapterplatine eingesteckt werden, die z.B. das Fahrverhalten der Lok positiv beeinflussen kann.

    Probleme beim Einbau einer Schnittstelle bereiten insbesondere die N-Loks mit ihren geringen Platzangebot. Vielfach sind hier Fräsarbeiten erforderlich. Bei den TT-Loks sind in der Regel nur die Tenderloks ein Problem. Bei Schlepptenderloks kann die Schnittstelle in den Tender eingebaut werden.

    Wenn kein Digitaldecoder eingebaut ist, ist bei neueren Modellen immer eine Adapterplatine enthalten, um für den analogen Fahrbetrieb - z.B. mit Gleichspannung - die Radschleifer mit dem Motor zu verbinden und für eine mit der Fahrtrichtung wechselnde Stirnbeleuchtung zu sorgen. Wenn ihr eine derartige Lok besitzt, dann muss diese Adapterlatine gegen eine Schnittstelle ausgetauscht werden.

    Wir wollen uns nun ansehen wie eine sechspolige Schnittstelle mit einer Lok verdrahtet wird.

    Sieht man sich die sechspolige Schnittstelle genauer an, so befindet sich der Kontakt 1 oben. Der künftighe Lokdecoder solte am besten von der rechten Seite in die Kontakte geschoben werden.

    Bild-3
    Bild: Anordnung von Decoder und Schnittstelle


    Wichtig für eine digitale Nachrüstung ist die korrekte Ausführung der Steckverbindung. Sie ist nach NEM 650 mit metrischen Maßen standardisiert. Beim USA Standard mit inch Maßen.




    Anschlüsse
    Teil im Triebfahrzeug
    Raster (Kontaktabstand)
    Stiftform
    Stiftlänge
    Stiftdurchmesser
    Dauerbelastbarkeit
    Spitzenbelastbarkeit

    NEM 650 und NEM 6512
    6 (1x6)
    Buchse
    1,27mm
    Rund
    5mm
    0,25mm
    0,5A
    0,75A
    NMRA RP-9.1.1
    6 (1x6)
    Buchse
    1,27mm
    Rund
    0,200"
    0,010"
    0,5A
    0,75A


    Die Größe von Lokdecodern variiert sehr stark. Es gibt Lokdecoder, die eine normgerechte Schnittstelle aufweisen, aber viel zu groß sind um z.B. in eine N-Spur-Lok zu passen. Bei N-Spur-Loks ist auch noch ein anderes Problem vorhanden, hier sind die Stiftdurchmesser und die Stiftlänge noch zu beachten.


    Digitale Schnittstelle      Digitale Schnittstelle
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    Nun wenden wir uns der Verdrahtung der Schnittstelle zu:

    Alle Motoranschlüsse müsse komplett von der Chassis isoliert werden, wenn das Chassis auch zur Stromübertragung verwendet werden soll. Besser ist allerdings, wenn die Chassis vollkommen von der Stromübertragung befreit wird. Geht aber leider nicht immer. Mit einem Multimeter ist dann zu überprüfen, ob der Motor auch keinen Kontakt mehr zur Chassis besitzt. Wenn ihr dies nicht beachtet, ist der dann in die Schnittstelle eingesteckte Decoder sofort ins Nirwana abgetaucht. Loks die mit einer Schnittstelle bereits werkseitig ausgestattet sind, sind die Motoren bereits isoliert. Ferner ist bei den Motoren noch folgendes zu beachten:

    Der Motor von analogen Loks ist mit den üblichen Bauteilen zur Funkentstörung ausgerüstet, also mit zwei Spulen L und einem Entstörkondensator C. Bei manchen Loks ist nur eine Spule vorhanden. Wir nehmen bei einer Digitalisierung der Lok diese Teile vom Motor immer ab und entstören ihn entsprechend den Angaben des Decoderherstellers.

    Unabhängig von dem jetzt gesagten ist es wichtig die Decoderbeschreibung in diesem Punkt besonders gut durchzulesen. Hier steht wie der Motor entstört wird, um Störimpulse zum Decoder zu vermeiden. Störimpulse können dazu führen, dass das Digitalsignal falsch decodiert wird und der Decoder nicht korrekt funktioniert. Es kann zu plötzlichem Fahrtrichtungswechsel und falscher Lokomotivgeschwindigkeit kommen. Diese Entstörung sollte bereits beim Einbau der Schnittstelle erfolgen.

    Um es nochmals zu wiederholen, der Motor darf keinesfalls über die Lokmasse mit einem Radkontakt verbunden werden. Wird der Lokdecoder in die Schnittstelle eingebaut, erzeugt diese Verbindung einen Kurzschluss und der Lokdecoder wandert in das Nirwana ab.

    Beleuchtung

    Einige ältere Modelle von Märklin, Piko etc. sind mit Lämpchen von mind. 200mA Stromaufnahme ausgerüstet. Diese müssen beim Einbau einer Schnittstelle mit neuen Lämpchen oder besser mit LEDs ausgerüstet werden. Die handelsüblichen Decoder haben eine maximale Stromabgabe von ca 100mA für die Beleuchtung. Bei Beibehaltung der Beleuchtung sit sehr schnell die max Strombelastung des Decoders erreicht.

    Platzierung der Schnittstelle und des Decoders

    Bei Modellen mit Schnittstellen ist in der Regel bereits durch den Hersteller ein bestimmter Platz für den Decoder vorgesehen. In diesem Falle kann der Decoder mit dem in der Regel beigelegten doppelseitigen Klebeband befestigt werden. Auf jeden Fall ist auch hier immer darauf zu achten, dass der Decoder keinen direkten Kontakt zu stromführenden Teilen hat. Bei Modellen wo die Schnittstelle erst eingebaut werden muss, kann es sein, dass zuerst durch Fräsen Platz geschaffen werden muss. Bei Modellen mit viel Platz muss die Schnittstelle und der Decoder so befestigt werden, damit sie nicht im Gehäuse herumfliegen.

    Planung der Verkabelung

    Bei Modellen mit Schnittstellen ist in der Regelung keine Planung der Verkabelung notwendig. Hier wird der vorhandene Blindstecker für den Analogbetrieb entfernt und der Decoder mit dem Schnittstellen Stecker eingesteckt. Decoder befestigen und fertig.

    Bei Modellen ohne Schnittstellen ist es notwendig eine Skizze der Verdrahtung zu erstellen. Dies verhindert unnötige Probleme und Kurzschlüsse durch falsches Anschliessen.




Der Einbau der Schnittstellenbuchse
    Nun wollen wir uns den Einbau einer Schnittstellenbuchse ansehen:

    Schnittstellenbuchsen können auf mehrere Art in eine Lok eingebaut werden.

    1. Möglichkeiten
    Die Lok besitzt eine Adapterplatine. Dies ist bei alten Loks und insbesondere bei alten Märklin und Trix Loks nicht der Fall. Wenn eine Lok bereits eine Adapterplatine besitzt, so kann diese einfach gegen eine Platine mit einer digitalen Schnittstelle ausgetauscht werden. Derartige Platinen werden z.B. von der Fa. Rautenhaus Modellbahntechnik angeboten. Sie kosten mit Adapterplatine um die 40,00 Euro. Sie sind für viele verschiedene Modelle erhältlich.
    Anbieter: www.rautenhaus.de
    Der Einbau dieser Plantinen ist in der Regel problemlos. Es muss nur darauf geachtet werden, dass keine Kontaktschwierigkeiten an der Schnittstellenbuchse auftreten. Durch ein geringes Biegen der Kontaktdrähte des Decoders kann dieses Problem behoben werden. Es können auch die Drähte durch Lötzinn verdickt werden. Allerdings ist dann darauf zu achten, dass der Decoder nicht überhitzt wird.

    2. Möglichkeit
    Wenn die in der Lok vorhandene Adapterplatine weiter verwendet werden soll, ist die Bastelarbeit um ein Vielfaches größer. In die vorhandene Platine muss ein Loch eingearbeitet werden, das in seiner Größe zum gewünschten Decoder passt. Die Lage des Lochs für den Lokdecoder ist abhängig von der Lage:
    - der Kontaktfedern,
    - des Schiene-Oberleitung-Umschalter bei Eloks
    - den Anschlüssen auf der Platine.

    Die Lage des Bohrung ist deshalb jeweils individuell zu ermitteln.
    Es ist auch auf ausreichenden Platz zwischen der Platine und dem darüber liegenden Lokgehäuse zu achten. Der Lokdecoder und die Buchse sind normalerweisen etwas dicker als die vorher vorhandene Platine.
    Bei H0-Loks ist hier in der Regel kein Problem vorhanden.
    Bei N-Loks ist das Problem latent vorhanden.
    Nachdem nun die Öffnung gefräst wurde, muss die digitale Schnittstelle (Schnittstellenbuchse) eingebaut werden. Zu beziehen sind die Buchsen z.B. bei der Fa. Rautenhaus, Uhlenbrock etc.
    Die Buchse wird neben der Öffnung auf die Platine geklebt. Es gibt hier verschiedene Klebemöglichkeiten. Zu bevorzugen ist hier der Heißkleber. Es kann aber auch ein Zweikomponentenkleber verwendet werden.
    Dann müssen mit dünnem Draht die Verbindungen zwischen den sechs Kontakten der Buchse und den entsprechenden Kontakten der Lok hergestellt werden.
    Achtet penibel darauf, dass der Motor massefrei ist und keine elektrische Verbindung zwischen Motor und anderen Buchsenanschlüssen über das metallene Lokgehäuse oder Lokrahmen besteht.
    Die neuen Verbindungsdrähte auf der Platine sollten ebenfalls mit einem Heißkleber befestigt werden, damit sie nicht durch Bewegungen bzw Vibrationen beschädigt werden.


    Wenn nun die mit einer digitalen Schnittstelle ausgerüstete Lok analog fahren soll, muss als Abschluss eine Adapterplatine in die digitale Schnittstellenbuchse gesteckt werden. Die Adapterplatine kann ebenfalls fertig gekauft werden (ist für die meisten Modellbahner die beste Lösung, da einfach und problemlos).

    Elektronikfans können aber auch die Adapterplatine aus einer Experimentierplatine für SMD-Bauteile, die u.a. von Conrad Elektronik, von Westfalia oder von der Fa. Reichelt angeboten werden, herstellen. Die Adapterplatine sollte ca. 43mm x 32mm groß sein. Man kann aber die Platine auch selbst ätzen.

    Wenn nun alles soweit vorbereitet ist, kann der passende Lokdecoder in die Schnittstellenbuchse eingesetzt werden. Darauf achten, dass der Lokdecoder auch in Hinblick auf seine Leistung zur Lok passt. Achtet auch darauf, dass die Mechanik des Motors und des Getriebes nicht durch Kabel behindert wird. Auch auf einen korrekten Kontakt ist zu achten.


    Digitale Schnittstelle      Digitale Schnittstelle      Digitale Schnittstelle      Digitale Schnittstelle
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Der Test der eingebauten Schnittstelle
    Vor dem ersten Test der Schnittstelle nochmals die Verkabelung genauestens kontrollieren auf auf korrekten Anschluss der Drähte und sauberer Befestigung der Schnittstelle achten.

    Testen der Lok mit sechspoliger Schnittstelle im analogen Modus

    Schritt 1: Lok mit installiertem Brückenstecker so auf das Gleis stellen, dass der Pluspol auf der rechten Schiene in Fahrtrichtung vorwärts anliegt. Das Fahrzeug sollte jetzt vorwärts fahren; die entsprechende Beleuchtung muss aktiv sein.

    Schritt 2: Umpolen der Fahrtrichtung. Es wird Minus an die rechte Schiene angelegt, sowie Plus an die linke Schiene. Die Lok fährt nun rückwärts.

    Schritt 3: Pin 1-Test ---> Identifizieren des Pin 1 (Motor +). Diesen Pin markieren, um ein Verdrehen der 8 Pins zu vermeiden.

    Schritt 4: Pin 8-Test --> Anlegen des Ohmmeter zwischen Pin 8 und der rechten Schiene in Fahrtrichtung vorwärts. Auch direkte Verbindung messen, denn Pin 8 ist der rechte Stromabnehmer.

    Schritt 5: Pin 3/Pin 7-Test --> Diese Messung ist besonders wichtig, um Decoderzerstörung zu vermeiden. Messen mit dem Widerstandsmeßgerät nun zwischen den Pins 3 und 7. Nur wenn eine Sonderfunktion im Triebfahrzeug an Pin 3 angeschlossen wird, ist die Belastung dieser Funktion messen. Es darf kein Kurzschluss messbar sein.

    Schritt 6: Pin 7 --> ist der gemeinsame Lichtrückleiter und Pin 3 muss für Sonderfunktionen freigehalten werden. Sonderfunktionen sollten vom Hersteller dokumentiert sein.

    Damit ist der analoge Test der Schnittstelle abgeschlossen


    Testen der Schnittstelle mit Decoder

    Am besten auf einem Programmiergleis. Dazu muss das digitale System eingeschaltet und der Programmiermodus ausgelöst werden - gemäss Betriebsanleitung des Systems. Es darf auf keinen Fall die volle Fahrspannung auf dem Programmiergleis liegen. Das Modell ohne Montage des Gehäuses auf das Programmiergleis stellen. Abfrage eines Parameters, z.B CV1 abfragen. Dies ist die 2-stellige Adresse des Decoders. Ist alles richtig angeschlossen wird die standardmässige Adresse 03 angezeigt.

    Findet die Zentrale den Decoder nicht wird eine entsprechende Meldung angezeigt. Auch bei einem Kurzschluss wird eine entsprechende Meldung angezeigt. In diesem Falle muss die Verdrahtung nochmals auf Fehler untersucht werden. Ist alles in Ordnung kann man zur Programmierung des Decoders gehen.

    Schritt 1: DCC Test --> Nun wird der geprüfte Decoder installiert, wobei das orange Kabel mit Pin 1 (markiert) verbunden wird. Die Lok sollte nun richtig vorwärts fahren und unabhängig Licht vorwärts und rückwärts schalten. Die evtl. vorhandene Sonderfunktion F1 sollte ebenfalls unabhängig ansteuerbar sein.

    Schritt 2: Licht Test vorwärts --> Bei Vorwärtsfahrt die Lichtfunktion aktivieren und das weiße Frontlicht sollte leuchten.

    Schritt 3: Licht Test rückwärts --> Bei Rückwärtsfahrt sollte nun bei aktivierter Lichtfunktion das entsprechende Licht der Gegenfahrtrichtung aktiviert werden.

    Schritt 4: Sonderfunktionstest --> Bei aktivierter Sonderfunktion F1 sollte jetzt die Sonderfunktion ausgelöst werden. Nun sollte der Decoder auch im analogen Fahrbetrieb richtig vorwärts fahren, falls diese Funktion optional genutzt werden soll, bzw. überhaupt vom Decoder unterstützt wird. Das heißt, mit positiver Spannung an der in Fahrtrichtung rechten Seite sollte die Lok vorwärts fahren, und das entsprechende Licht muss auch aktiv sein.




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