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Dauerbeleuchtung für Analogloks (und auch Züge)

Dieses Thema im Forum "Hilfe - Es wird technisch!" wurde erstellt von ateshci, 20. Januar 2018.

  1. ateshci

    ateshci Foriker

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    Hallo allerseits,
    es sind ja hier im Board und auch sonst noch genügend Analogfahrer unterwegs.
    Aus eigener Erfahrung bin ich der Ansicht, dass ein automatischer Ablauf wie z.B. bei Vorführanlagen, immer noch besser Analog als Digital zu bewerkstelligen ist. Der Aufwand dafür beim Digitalbetrieb ist immens und ohne Steuerprogramm im Hintergrund meist nicht zu bewerkstelligen. Muss z. B. eine Schadlok in einer solchen Anlage getauscht werden, geht es nicht ohne Eingriff in das Programm, das ja wissen muss, wie der Ersatz 'heißt', wenn nicht der gleiche Typ mit derselben Adresse als Ersatz zur Verfügung steht. Gerade bei Vorführanlagen z. B. in Museen mit nicht Digital-fachkundigem Personal ist das eine praktisch unlösbare Aufgabe. Daher möchte ich hier so nach und nach die Schaltungen zum besten geben, die auch im Analogbetrieb ein 'Fast-Digital'-Gefühl aufkommen lassen können, als da sind fürs erste:
    Dauerbeleuchtung mit richtungsabhängigem Stirnlichtwechsel ohne Risiko für die Motoren.
    Einstellbares Abbremsen vorm 'Halt' zeigenden Signal mit Kriechen zum Stillstand davor, dann wieder ebensolches Beschleunigen mit automatischer Anpassung an die Fahrspannung der davor- bzw. dahinterliegenden Abschnitte. dabei will ich besonders auf die Möglichkeiten eingehen, die der Arduino bietet, weil er mit seinen 'Sketchen' das Aufstellen von lauffähigen Programmen mittleren Umfangs im Vergleich zu vorher sehr erleichtert und man mit diesem als fertiges betriebsfähiges Bestandteil und einem passenden oder selbstgestrickten Aufsatz ( 'Shield' ) schnell zu brauchbaren Lösungen gelangt.

    Die Dauerbeleuchtung bei Analogbetrieb ist ein uraltes Thema, da gab's Akkus in den Loks oder überlagerte Hochfrequenz ( funktioniert sehr gut, habe ich selbst mit 16 gebaut ). Leider gibt es auch Vorschriften der Bundesnetzagentur, die gerade die Hochfrequenz ausschließen. Die Erfahrung mit den maximal zulässigen 9kHz sind nicht immer gut, erstens kann es unangenehm pfeifen und zweitens können sich Motoren ( besonders solche mit geringer Induktivität ) doch überhitzen. Der 9kHz-Generator ist auch nicht einfach zu realisieren. Man kann zwar einen entsprechenden HiFi-PA ( > 40 Watt) über Tonfrequenzkondensatoren und Drosseln ans Gleis anschließen und ein 9kHz-Signal an den Eingang geben, aber der Aufwand bleibt hoch. Da die Last am Ausgang des PAs schwankt, ist das Konstanthalten der Amplitude (= TF-Spannung ) unbedingt nötig.
    Richtungsabhängige Beleuchtung ist ein Problem, denn die Wechselspannung enthält darüber keine Information.
    Die nötigen bipolaren Elkos sind je nach benötigter Kapazität oft relativ groß und sie müssen in jedem beleuchteten Fahrzeug Platz finden.
     
    Zuletzt von einem Moderator bearbeitet: 21. Februar 2018
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  2. TTfranzl

    TTfranzl Foriker

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    Eine sehr interessante Thematik!
     
  3. ateshci

    ateshci Foriker

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    So, nachdem ich in zwei Beiträgen schwadroniert habe, was es für Probleme gibt, will ich meine Lösung beschreiben. Vielleicht rückt ja einer der tt-opas, der auch so etwas gebaut hat, mit seiner Lösung hier in diesem Thread heraus.
    Meine Lösung besteht darin, dass ich abhängig von der Polarität der Fahrspannung einen positiven 15V-Impuls von 250µs Dauer im Abstand von 5ms auf die +Schiene gebe, und zwar eingekoppelt über eine Diode ( das heißt eine ODER-Schaltung). Diese Nadelipmpulse sind der Fahrspannung überlagert. Die ODER-Schaltung stellt sicher, dass nicht mehr als die höchste Fahrspannung am Gleis anliegen kann. Der arithmetische Mittelwert der Impulsspannung beträgt 0,75V, da dreht selbst ein Faulhabermotor in einer Lok nicht.
    In der Lok ist die Beleuchtung über einen Brückengleichrichter angeschlossen und wird mit einem Elko gepuffert. Wegen seiner Kapaziät ist der entnehmbare Strom für die Beleuchtung auf ca. 60mA begrenzt. Das ist entsprechend der üblichen Birne vorne bzw. hinten, bei LEDs kann man natürlich Stirn- und Schlußbeleuchtung betreiben. Eine kleine Auswerteschaltung (Flip-Flop) stellt fest, an welchem Eingang des Gleichrichters die +Polung anliegt und schaltet die Beleuchtung entsprechend. Bei Fahrspannung =0 reichen die Nadelimpulse aus, um die Beleuchtung weiter arbeiten zu lassen. Man kann also auch auf einem abgeschalteten Gleis über einen relativ kleinen Kondensator die Nadelimpulse einspeisen und die Lok beleuchtet stehen lassen.
     
    Zuletzt bearbeitet: 20. Januar 2018
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  4. Dixie

    Dixie Foriker

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    Oh, das klingt ja sehr interessant! :fasziniert:Ich bin gespannt auf die Schaltungen. :lupe: Werde ich auf alle Fälle mal probieren. :ichauch:
    Vielen Dank schon mal!:applaus:
     
  5. Bandi 60

    Bandi 60 Foriker

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    Hallo Heizer !
    Bin auch auf die Schaltungen gespannt, das wäre der Kluh auf der Anlage !
    MfG Bandi 60 + 2 !
     
  6. Monoflop

    Monoflop Foriker

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    In gespannter Erwartung

    herzlich grüßt Monoflop
     
  7. WolfgangTT

    WolfgangTT Foriker

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    Hallo miteinander,
    zähle mich nicht zu den TT-Opas, will aber kurz meine Lösung vorstellen.
    Mit dem Lösungsansatz vom Heizer habe ich auch schon experimentiert,
    aber dann nicht weiter verfolgt.
    Ich habe fast eine Insellösung, denn ich habe an meinen Loks etwas verändert,
    also meine Loks ( alles BTTB- Rundmotoren oder Mabucchi) fahren nicht
    so gut auf normalen Analoganlagen, für fremde Loks auf meiner Anlage kann
    ich aber das System umschalten.
    Ich habe die Anfahrspannung meiner Loks hochgelegt, so dass sie erst ab
    ca. 5,5V losfahren, der Fahrspannungssteller liefert dafür auch max. ca. 17V.
    Im Stillstand liegt also an den Gleisen 5,5V an, Lok steht, Beleuchtung leuchtet,
    LED´s über Konstantstromquelle + Elko ab 330myF bei Waggonbeleuchtung,
    bei den Lok´s habe ich die Elkos gespart.
    Die Anfahrspannung habe ich hochgelegt, indem ich in Reihe zum Motor
    antiseriell Z- Dioden (2,7V/ 1,3 W oder 3,3V/ 1,3W) oder normale Si- Dioden
    immer zwei antiparallel und diese Kombination 4x hintereinander geschaltet habe.
    Mein Fahrspannungssteller dazu ist Eigenbau, er liefert 2,5V bis 15V Gleichspannung,
    auf diese sind 2,5V zweiweggleichgerichtete Halbwellenspannung aufgeschaltet
    (aufaddiert) über OPV. Dadurch langsames butterweiches Anfahren und rangieren.
    Steht mein Fahrspannungssteller auf „Null“ bzw. in der Mitte, ist diese Spannung
    abgeschaltet und es liegt reine Gleichspannung an den Gleisen, die Loks
    brummen also auch nicht im Stillstand.
    Die Ausgangsspannung des Fahrspannungsstellers ist umschaltbar
    zwischen 0V bis 12V und 5,5V bis 17V, also können auch „normale“ Loks fahren.

    Viele Grüße Wolfgang
     
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  8. ateshci

    ateshci Foriker

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    Die erste Lösung für die Erzeugung des Nadelimpulses ist ein selbstgebautes PWM-Fahrpult mit einem 555 als Taktgeber für die 200Hz. Der wird einfach so im Zeitglied beschaltet, dass er bei Poti-Stellung '0' die Nadel herausgibt. Über den Umpolschalter ist damit gewährleistet, dass diese auch immer an der richtigen Schiene liegt. Ich werde das mal als konventionelle Schaltung und für die Freaks auch mit Arduino zeigen, wobei die Kosten für die konventionelle Elektronik wesentlich günstiger sind ( auch wenn die chinesischen Klones einem schon fast nachgeschmissen werden ). Aber jetzt gehe ich erst mal pennen und baue den Prototypen des Fahrpults erst morgen auf. Dann gibt's auch, wenn Ihr brav seid, ein Schaltbild davon.
     
  9. Per

    Per Foriker

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    Kann man die Stirn-/Schlusslichter nicht über die "normalen" Dioden + Kondensator betreiben? Dann brauchst du keinen Flip-Flop. Für die Innenbeleuchtung wird erst hinterher oder separat zusammengefasst.
     
  10. Andre1980

    Andre1980 Foriker

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    Moin :)

    Beim lesen von "7/AMP Modellbahn Elektronik - alba" wurde auch das Thema angeschnitten. Auf Seite 32, Kapitel 2.3 Notschleuse Zener-Diode wird das Thema auch aufgegriffen.

    Dort wird jeweils eine 3V (oder andere, passend zu dem Leuchtmittel) Z-Diode parallel zum jeweiligen LED-Kreis geschaltet, also antiparallel zueinander. Davor kommt noch jeweils eine Diode. Das bewirkt das das Leuchtmittel immer gleich hell leuchtet (ab 3,6V) und der Motor Erst über den 3,6V anspricht. Somit leuchtet der Zug, in die richtige Richtung, sobald der Fahrregler etwas in die Fahrrichtung gedreht wird. Und über 3,6V setzt sie sich dann in Bewegung.

    Natürlich Fahren die Loks dann etwas langsamer in der Endgeschwindigkeit. Dies wäre aber kein Problem angesichts der handelsüblichen "Rennmotoren"


    Ich denke das ist ungefähr das, was auch WolfgangTT beschreibt. Und ich denke auch das ihr diese Lösung schon kennt, und somitmit der Lösung nicht ganz zufrieden seit.


    Ich freue mich schon auf weiteres von ateshci :)


    Das Buch ist auch richtig schön geschrieben. Schade das der Autor nicht weiter auf OpAmps ein geht. Er meint
     
  11. Klein_Elektro_Bahn

    Klein_Elektro_Bahn *Ehrenmitglied*

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    Es gab in den 1970er Jahren die Elektronische Mehrzug Steuerung von Trix, kurz Trix EMS. Unter grinsen.de findet sich eine ausführliche Beschreibung des Systems, bei dem die Fahrgleichspannung mit einem 9 kHz-Tonsignal überlagert wird, das eine Lok mit Tondekoder steuert. Das NF-Signal kann alternativ auch als dauerhafte Stromversorgung für Wagenbeleuchtungen genutzt werden, die damit unabhängig von der Fahrspannung leuchten.

    Ich hatte das EMS-System vor fast 12 Jahren hier schon einmal thematisiert, mich mit den Versuchsergebnissen aber nicht mehr gemeldet. :( Bei grinsen.de erhält man auch einen N-Bahn-Dekoder ("N-Baustein"), den ich mir versuchsweise in eine ozeanblau/beige BTTB-Lok V 221 eingebaut habe. Mit einem originalen Trix-EMS-Trafo liefen dann eine original belassenen rot/weiße, analoge BTTB-Lok V 221 und die mit dem Tondekoder nachgerüstete blau/beige V 221 problemlos unabhängig voneinander auf einem Gleisoval. Kurze Zeit später habe ich die Lok samt eingebautem Dekoder und EMS-Trafo abgegeben. Zum Umbau einer ROKAL-Lok kam es dann nicht mehr.

    Das nur am Rande zu diesem interessanten Thema von mir ...

    K_E_B :winker:
     
    Zuletzt bearbeitet: 21. Januar 2018
  12. WolfgangTT

    WolfgangTT Foriker

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    Hallo,
    In Ergänzung zu #8:
    Mein Fahrspannungssteller hat zusätzlich zwei Steuereingänge.
    Signal an Eingang 1 „Anhalten“: Der Potiausgang wird umgeschaltet auf einen festen Spannungsteiler,
    der so eingestellt ist, das die Loks sehr langsam fahren.
    Beim Umschalten verringert sich also zeitverzögert die ursprüngliche Geschwindigkeit
    auf „Kriechen“.
    Signal an Eingang 2 „Stopp“: Der Ausgang des Spannungsteilers wird umgeschaltet
    auf einen zweiten festen Spannungsteiler, der so eingestellt ist, das die Loks
    langsam anhalten und vor dem roten Ausfahrtsignal stoppen.
    Diese zwei Signale, also „Anhalten“ und “Stopp“ erzeuge ich mit UV- Reflexlichtschranken
    zwischen den Schwellen.
    Dieser automatische Anhaltvorgang läuft nur ab, wenn das Ausfahrtsignal der
    Anhaltestrecke auf „Rot“ steht.
    Der Automatikbetrieb lässt sich natürlich abschalten.
    Alle Umschaltvorgänge im Fahrspannungssteller erfolgen über 5V- Subminiaturrelais
    mit zwei Wechslern in DIL- Bauform.
    Soweit erst mal von mir, das ist aber das Thema vom Heizer.
    Seine Lösung mit Impulsen zur Beleuchtung hat den Vorteil, das man mit ihr
    separat eine bestehenden Analoganlage ergänzen kann.

    Per,
    im Stillstand, wenn nur noch die Impulse für die Beleuchtungen an den Gleisen
    liegen, müssen doch Stirn- oder Schlusslicht auch wissen, wer leuchten soll.
    Deswegen die Fahrtrichtungsspeicherung von Heizer im Flip-Flop, dieser erhält
    seine Betriebsspannung aus der Beleuchtungsspannungserzeugung

    Viele Grüße Wolfgang
     
    Zuletzt bearbeitet: 21. Januar 2018
  13. ateshci

    ateshci Foriker

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    Hallo allerseits,
    ich habe mal eben schnell den PWM-Steller mit dem 555 gemacht, im Prinzip wie hier gezeigt und erklärt. Zum Verständnis empfehle ich diese Seite sowieso wärmstens. Das funktioniert auch prima, so lange man nicht damit die abschaltbaren Gleisabschnitte versorgen will. Denn der sagen wir 10µF-TF-Kondensator, mit dem der Gleispannungsschalter überbrückt wrden müsste, lässt ja auch einen Teil der PWM-Fahrspannung durch, sobald man das Fahrpult aufdreht. Man muss also die Nadel mit einem eigenen Schaltkreis erzeugen und dann auch bei einem PWM-Fahrpult polrichtig 'außen' einspeisen. Dazu braucht man einen 556 und einen 4-fach-Umpolschalter. So kann das Fahrpult dann doch gleichzeitig als Lichtspannungserzeuger dienen. Das muss aber erst mal aufgebaut werden und deshalb kommt ein Schaltbild erst morgen.
     
  14. Per

    Per Foriker

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    Wenn der Impuls nur "einseitig" kommt, leuchtet auch nur eine Seite außen. Natürlich muss das Steuerpult die Richtung "wissen" bzw. vorgeben.
    Und "innen" durch die beiden Dioden halt immer.
     
  15. WolfgangTT

    WolfgangTT Foriker

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    Per,
    ich glaube, Du hast das Problem noch nicht verstanden.

    Viele Grüße Wolfgang
     
  16. ateshci

    ateshci Foriker

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    @Per
    Dann braucht man zwei Kondensatoren. Aber gerechnet an den Bauteilen, dürfte das insgesamt weniger kosten und keinen großen Eingriff in die sowieso schon vorhandene Schaltung zum Lichtwechsel darstellen. Ja, das sieht sogar nach der besseren Lösung aus.

    Und wenn man jetzt noch das Tastverhältnis des EMS-Signals mit der Umpolung des Trafos koppelt, dann kann man sogar auch damit richtungsabhängige Dauerbeleuchtung erzeugen. Aber das kommt erst nachher. Dazu braucht's erst noch ein paar Experimente.
     
    Zuletzt von einem Moderator bearbeitet: 21. Februar 2018
  17. Per

    Per Foriker

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    Oder sogar 3: vorn, hinten und innen, je nach Bedarf.
    Vorteil ist die einfache, "analog-kompatible" Verkabelung.
     
  18. ateshci

    ateshci Foriker

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    So, mal ein Zwischenbericht. Der Detailteufel hat mich natürlich eine Weile aufgehalten, aber jetzt funktioniert alles, wie es soll. Es sind so einige Abhängigkeiten zwischen der Fahrspannungspolung und der Lichtspannung zu beachten, damit es auch in abgeschalteten Gleisabschnitten bzw. mit der Diode vorm Prellbock funktioniert. Da Schöne ist, dass in der Lok außer zwei 220µF-Kondensatoren parallel zur Beleuchtung nichts zusätzlich hineinmuss. Die Lok behält beim Abschalten der Fahrspannung die Stirnlampen in Fahrtrichtung an, bis wieder Spannung kommt. Das Licht wechselt noch vor dem Anfahren.
    Der Lichtgenerator wird zwischen Fahrpultausgang und Gleis eingeschleift und aus dem getrennten(!) Wechselspannungsausgang versorgt. Die stromlos schaltbaren Abschnitte müssen zusätzlich mit einer Doppelleitung ( wegen der Polung ) versorgt werden, die in Form einer Ringleitung ausgeführt werden kann. Die stromlosen Abschnitte werden über Dioden entkoppelt. das war's mal für's Erste. Ich werde jetzt mal ein Video davon machen und zur allgemeinen Belustigung hochladen.
     
  19. marcok123

    marcok123 Foriker

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    Oh da bin ich aber gespannt auf das Video, auch wenn das für mich nicht mehr von Bedeutung ist, da ich Digital fahre. Aber interessieren tut es mich trotzdem.
     
  20. ateshci

    ateshci Foriker

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    Ich habe die Frequenz auf ~2kHz gesetzt, das ist ein Kompromiß zwischen Ladezeit und Geräuschentwicklung. Man hört also bei manchen Loks im Stillstand einen leisen Ton. Er verschwindet, sobald die Fahrspannung hoch genug ist, dass der Motor dreht. Und noch etwas: Fahrgeräte mit Mittelstellung sind manchmal recht 'zickig' im Finden des Nullpnkts. Ist mir geadre bei einem alten TRIX-Trafo aufgefallen. Das F2 ist dagegen problemlos.
     
  21. magicTTfreak

    magicTTfreak Foriker

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    Tolles Thema!

    Wird das auch mit einem Heißwolf funktionieren?
    Auch bei totaler Gleichspannung?
    Wie reagieren eingebaute elektronische Gleisbesetztmelder? (habe welche von Conrad)
     
  22. ateshci

    ateshci Foriker

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    @magicTTfreak
    1. SFR 2000: nach der Beschreibung arbeitet das Teil ohne Gegen-EMK-Regelung und da machen die paar Impulse zusätzlich nichts.
    2. Reine Gleichspannung ( ausprobiert) macht keinerlei Probleme
    3. GBMs reagieren ganz normal wie sonst auch ( ausprobiert )
    Weswegen ich die Gegen-EMK-Regelung anspreche: Manche samplen auf einen Kondensator ohne zu filtern. Dann würde sich dieser auf die Spitzenamplitude der Lichtspannung aufladen können ( wenn gerade in die Impulspause der Fahrspannung ein Lichtspannungsimpuls 'einschlägt') und damit einen zu hohen Istwert vortäuschen.

    Hier mal ein Spezialfall -PWM-Steller und Lichtgenerator in einem. In die Loks muss hinter die Diode parallel zu den Lampen /LEDs ein Elko von 100...220µF/35V
    KONSTANT.jpg
    Ich habe jetzt das Ganze komplettiert und auch eine Überstromsicherung ergänzt

    Ich habe mir auf www.grinsen.de das ems-System zu Gemüte geführt. Wenn man Platz für einen ems-Baustein hat, kann man den auch zur Dauerzugbeleuchtung mit Richtungsabhängigkeit nutzen. Ein Schaltbild für einen Generator findet man auch auf der Webseite. Dessen Tastverhältnis muss nur mit der Umpolung der Fahrspannung gekoppelt werden, dann schalten die Lampen, die vom ems-baustein gespeist werden, in der Lok fahrtrichtungsabhängig um. Der Vorteil ist, dass man absolut keine Restspannung am Gleis und damit praktisch kein Geräusch hat, ebenso ist die Versorgung der abgeschalteten Gleise über einen bipolaren Elko recht einfach. Nachteilig ist, dass man etwas mehr Platz für den ems-Baustein in der Lok braucht, die zwei Elkos sind oft leichter unterzubringen. Jedoch würde die kleinste Variante gerade mal 15x16x7mm³ Platz benötigen. Im Gegensatz zu meiner Variante leuchten dann die Lampen beim normalen Gleichspannungsbetrieb nicht mehr.
     
    Zuletzt von einem Moderator bearbeitet: 21. Februar 2018
  23. magicTTfreak

    magicTTfreak Foriker

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    Aber eine Komponente um sie mit einem bestehen Fahrregler (bei mir vorhandener Impulsbreitenregler bzw. auch Heißwolf) zu kombinieren ist das wohl nicht.
     
  24. Per

    Per Foriker

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    Das Problem ist, an die Richtungsinformation zu kommen. Beim "Neubau" oder zumindest einem offenen Modell, am Besten mit Fahrtrichtungsumschalter, ist es einfacher als bei einer "Black Box". Dann hast du ein ähnliches (aber deutlich kleineres!) Problem wie mit einem Digitalmodell auf einer analogen Anlage: du brauchst eine Mindestspannung.
    Bei einem PCM-Regler hingegen ist sofort die volle Spannung da, dort wäre es relativ einfach, allerdings funktioniert das da, bis auf "bei Fahrstufe 0", ohnehin schon nach Einbau der Kondensatoren ist die Fahrzeuge.
     
  25. ateshci

    ateshci Foriker

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    @magicTTfreak
    Das mit jedem Fahrpult zu kombinierende Teil steht noch bei mir auf dem Arbeitstisch. Da optimiere ich noch ein bisschen dran rum. Es benötigt eine mittlere Spannung von ~2V, um umzupolen. Ich habe das Schaltbild des PWM-Stellers nur deswegen eingestellt, um die Ungeduldigen zu besänftigen.
    So eine eierlegende, alle Bedürfnise befriedigende Wollmilchsau gibt es halt nicht.
     

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