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Digitale Steuerung (erstellt von MHouben)
Form der Modellbahnsteuerung, bei der am Gleis eine konstante Spannung mit wechselnder Poliarität anliegt, welche gleichzeitig Energie und Informationen überträgt. Befehle zur Fahrtgeschwindigkeit und Richtung werden über diese Steuerimpulse an die Lokomotiven gegeben, wobei in den Lokomotiven ein Dekoder vorhanden sein muss, der die Befehle auswertet und den entsprechend benötigten Fahrstrom aus der Gleisspannung erzeugt. Auf diese Weise können auf elektrisch zusammenhängenden Gleisanlagen beliebig viele Fahrzeuge gleichzeitig voneinander unabhängig gesteuert werden. Die Helligkeit von in den Fahrzeugen befindlichen Lampen ist (anders als im Analogbetrieb) unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Auch Weichen, Signale und anderes Zubehör können auf entsprechende Weise digital gesteuert werden. Allerdings ist es durchaus auch möglich, im Digitalbetrieb zu fahren, die Weichen und Signale aber auf klassische Weise mit analoger Steuerung zu betreiben.
1. Unterschiedliche Digitalsysteme
Es gibt mehrere Systeme, die unterschiedliche Protokolle benutzen und daher nicht miteinander kompatibel sind, allerdings gibt es von verschiedenen Herstellern Komponenten, die mehrere Protokolle unterstützen und daher in mehreren Systemen einsetzbar sind.
Wichtig ist hierbei die Unterscheidung zwischen dem Protokoll des Gleissignals (begrenzt die Auswahl bei mobilen und gleissignalgesteuerten ortsfesten Dekodern und Boostern) und dem Protokoll, welches dem Steuerbus (begrenzt die Auswahl bei mobilen Handreglern und busgesteuerten ortsfesten Dekodern und Boostern) zugrunde liegt.
a) DCC
wurde 1984 urpsrünglich von der Firma Lenz entwickelt, von der NRMA in den USA normiert, gilt als das weltweit verbreitetste System, wobei sehr viele Hersteller dafür Produkte anbieten. Es hat sich für die Spur TT als Standard durchgesetzt. Das System kann auf einer Anlage derzeit bis zu 10.239 Loks mit 128 Fahrstufen (Geschwindigkeitsstufen) steuern und gleichzeitig bis zu 12 Sonderfunktionen (Licht, Geräusche, Kupplung) schalten. Zusätzlich können bis zu 2048 Magnetartikel (Weichen, Signale, Sonderfunktionen) mit einer Zentrale gesteuert werden. Die Datenstruktur des Digitalsignals ist flexibel, so daß zukünftig Erweiterungen wie z.B noch mehr schaltbare Sonderfunktionen integriert werden können.
b) Selectrix
wurde 1982 von der Firma "Döhler und Haas" entwickelt. Es kann pro 'Bus' 112 Adessen mit 31 Fahrstufen und 2 Zusatzfunktionen schalten und hat sich inbesondere unter Anhängern des N-Maßstabes weit verbreitet, weil die nötigen Dekoder sehr klein sind und selbst in Fahrzeuge der Spurgröße Z montiert werden können. Während die eingeschränkte Zahl an gleichzeitig steuerbaren Lokomotiven und Zubehörartikeln als Nachteil gilt, hat dies System auch einen wesentlichen Vorteil. Als einziges Digitalsystem wird das Digitalsignal auch mit einer eindeutigen Zeit-Komponente übertragen. Da die Geschwindigkeit einer Lok im Dekoder definiert wird und die verstrichene Zeit jederzeit berechnet werden kann, ist es möglich mit einem einzigen Bremsbefehl präzise zu definieren nach welcher Strecke eine Lok zum Stillstand kommt. Entsprechende Automatiken können daher mit deutlich weniger Gleiskontakten und Rückmeldebausteinen erstellt werden als bei anderen Systemen.
Inzwischen werden die zur Verfügung stehenden 111 Lokadressen dynamisch vergeben, so daß auch mehr als 111 Lokdecoder auf einer Anlage angesprochen werden können.
c) Märklin/Motorola
Das Motorola Format wurde 1984 von Märklin eingeführt und seitdem mehrfach erweitert bzw. weiterentwickelt. So ist 1994 das System mm2 und im Jahr 1999 ein erweitertes mm2 erschienen. Die Zahl der möglichen Lokomotivadressen wude dabei von 80 auf bis zu 300 erweitert, Komponenten der verschiedenen Generationen sind allerdings nur begrenzt untereinander kompatibel. Das Motorola-System ist dabei lange Zeit das 'Haussystem' der Märklinisten geblieben und hat im Bereich der Gleichstrommodellbahnen zunächst keine Rolle gespielt. Mittlerweile bieten die Firmen Uhlenbrock und Tams jedoch Motorola-Systeme mit erweitertem Funktionsumfang, die auch von nicht-Märklinisten benutzt werden (können).
d) Märklin mfx
Das neue 'Haussystem der Märklinisten' wurde im jahr 2004 von der Firma ESU entwickelt und bietet ähnliche Möglichkeiten wie das DCC-System. Neu und bemerkenswert war hier, dass sich die Lokomotiven beim Aufgleisen direkt bei der Zentrale anmelden und jeder Decoder eine eigene, nur einmal vergebene ID besitzt.
In letzter Zeit erschienen diverse Zentralen mit weiteren (eigenen) Bussystemen, was oft keine Kompatiblität mit den Peripheriegeräten (busgesteuerte ortsfeste Dekoder und Booster, Handregler) von anderen Herstellern gestattet.
2. Bestandteile einer Digitalsteuerung
a) Netzteil versorgt Zentrale, Booster und weitere Geräte mit Strom. JEDES Gerät muß ein eigenes Netzteil besitzen.
b) Zentrale.
Datenverarbeitungseinheit, die das Steuersignal erzeugt. Je nach Hersteller und Einzeltyp kann dabei eine Steuereinheit zur Bedienung integriert sein, oder aber es werden separate Handsteuereinheiten angeschlossen. Auch wenn die Zentrale eigene Bedienelemente enthält, können zusätzliche Steuereinheiten angeschlossen werden. Bei hochwertigen Zentralen existieren auch Anschlüsse für eine Steuerung durch einen Computer. Auch ein Booster kann bereits in die Zentrale integriert sein.
c) Handregler.
Sie enthalten die zur Bedienung der Anlage notwendigen Tasten, Regler und fast immer auch ein Display, können die Steuerbefehle aber nur über eine Zentrale an das Gleis übermitteln. Sie werden entweder über ein Kabel an die Zentrale angesteckt (bei großen Anlagen auch über dezentrale Stecker, die mit der Zentrale verbunden sind), zunehmend kommen aber auch kabellose Regler auf den Markt, die per Infrarot oder auch Funk die Steuerbefehle an die Zentrale übermitteln.
d) Booster.
Nicht jede Zentrale kann auch das Gleis mit der erforderlichen Leistung versorgen. Dafür, oder falls viele Lokomotiven gleichzeitig betrieben werden sollen und der Strombedarf aller Lokomotiven größer wird, werden Booster (Verstärker) benötigt, welche die Steuersignale einer Zentrale aufbereiten und den Fahrstrom an die Anlage übertragen. Dabei müssen dann für jeden Booster elektrisch getrennte Stromkreise angelegt werden, wobei die 'Grenzen' von den Fahrzeugen jedoch problemlos überfahren werden können.
e) Lokomotivdekoder.
Bauelemente, die in die Lokomotiven eingebaut werden müssen, heutzutage meist über genormte Stecker. Sie werten die über das Gleis übertragenen Steuersignale aus und erzeugen aus der Gleisspannung die jeweils zum Fahren benötigte Spannung für den Motor. Je nach Dekodertyp werden neben dem An- und Ausschalten von Licht auch mehrere Sonderfunktionen unterstützt, bis hin zu Sounddekodern, die zur aktuellen Fahrsituation passende Geräusche über einen in die Lokomotive eingebauten Lautsprecher erzeugen.
f) Funktionsdekoder
können in Fahrzeugen oder auf der Anlage installiert sein.
In Fahrzeuge eingebaute Dekoder steuern Beleuchtung in den Waggons oder erweitern den Funktionsumfang älterer Lokdekoder, stationäre Dekoder steuern Weichen, Signale und beliebiges sonstiges Zubehör. Dabei werden für unterschiedliche Steuerungszwecke teilweise unterschiedliche Dekoder benötigt, so gibt es z.B. Weichendekoder für Magnetspulenantriebe, motorische Antriebe und auch für Antriebe mit Servos.
g) Gleisbesetztmelder
erkennen, ob eine Lok oder ein anderer Stromverbraucher auf einem Gleisabschnit vorhanden ist und melden dies zur Auslösung bestimmter Steuerfunktionen an die Zentrale. Dies ist auch Voraussetzung für eine mögliche Steuerung des Digitalsystems über einen Personal-Computer.
h) Bremsbausteine
erzeugen ein spezielles Digitalsignal, welches Lokomotiven in einem bestimmten Gleisabschnitt abbremsen lässt. Als Beispiele können hier Bremsgenerator, ABC-System und Bremsen mit Gleichspannung angeführt werden.
3. Besonderheiten beim Digitalbetrieb
Die Steuerung von Lokomotiven ist im Digitalbetrieb sehr viel komfortabler als mit einer klassischen Analogsteuerung. Zum einen, weil auf einer elektrisch einheitlichen Gleisanlage fast beliebig viele Lokomotiven unabhängig voneinander gesteuert werden können und verschiedenste Sonderfunktionen möglich sind. Allerdings ist der Digitalbetrieb anfälliger gegenüber Kontaktproblemen. Bereits kleinste Gleisunsauberkeiten und Stromunterbrechungen wirken sich im Betrieb störend aus. Neuere Dekoder bieten jedoch auch hier Abhilfe (Fahrstufen'gedächtnis', Stromspeicher).
Hinweis zur weiteren Bearbeitung: Ich würde an dieser Stelle keine weiteren Details zu den Systemen (Schaltbeispiele, unterschiedliche Zentralen etc...) einfügen, sondern zu den in diesem Artikel aufgeführten Einzelpunkten künftig jeweils einzelne Artikel bevorzugen, auf die dann (sogar automatisch) verlinkt wird. Ansonsten droht dieser Artikel extrem lang und unüberschaubar zu werden. Wenn dagegen für jeden hier von a bis i aufgeführten Einzelpunkt ein eigener Artikel existiert, kann dieser allgemeinere Text als komfortables 'Inhaltsverzeichnis' dienen und gleichzeitig jedes Einzelinformation auch von anderen Texten aus einzeln abgerufen werden.
Form der Modellbahnsteuerung, bei der am Gleis eine konstante Spannung mit wechselnder Poliarität anliegt, welche gleichzeitig Energie und Informationen überträgt. Befehle zur Fahrtgeschwindigkeit und Richtung werden über diese Steuerimpulse an die Lokomotiven gegeben, wobei in den Lokomotiven ein Dekoder vorhanden sein muss, der die Befehle auswertet und den entsprechend benötigten Fahrstrom aus der Gleisspannung erzeugt. Auf diese Weise können auf elektrisch zusammenhängenden Gleisanlagen beliebig viele Fahrzeuge gleichzeitig voneinander unabhängig gesteuert werden. Die Helligkeit von in den Fahrzeugen befindlichen Lampen ist (anders als im Analogbetrieb) unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Auch Weichen, Signale und anderes Zubehör können auf entsprechende Weise digital gesteuert werden. Allerdings ist es durchaus auch möglich, im Digitalbetrieb zu fahren, die Weichen und Signale aber auf klassische Weise mit analoger Steuerung zu betreiben.
1. Unterschiedliche Digitalsysteme
Es gibt mehrere Systeme, die unterschiedliche Protokolle benutzen und daher nicht miteinander kompatibel sind, allerdings gibt es von verschiedenen Herstellern Komponenten, die mehrere Protokolle unterstützen und daher in mehreren Systemen einsetzbar sind.
Wichtig ist hierbei die Unterscheidung zwischen dem Protokoll des Gleissignals (begrenzt die Auswahl bei mobilen und gleissignalgesteuerten ortsfesten Dekodern und Boostern) und dem Protokoll, welches dem Steuerbus (begrenzt die Auswahl bei mobilen Handreglern und busgesteuerten ortsfesten Dekodern und Boostern) zugrunde liegt.
a) DCC
wurde 1984 urpsrünglich von der Firma Lenz entwickelt, von der NRMA in den USA normiert, gilt als das weltweit verbreitetste System, wobei sehr viele Hersteller dafür Produkte anbieten. Es hat sich für die Spur TT als Standard durchgesetzt. Das System kann auf einer Anlage derzeit bis zu 10.239 Loks mit 128 Fahrstufen (Geschwindigkeitsstufen) steuern und gleichzeitig bis zu 12 Sonderfunktionen (Licht, Geräusche, Kupplung) schalten. Zusätzlich können bis zu 2048 Magnetartikel (Weichen, Signale, Sonderfunktionen) mit einer Zentrale gesteuert werden. Die Datenstruktur des Digitalsignals ist flexibel, so daß zukünftig Erweiterungen wie z.B noch mehr schaltbare Sonderfunktionen integriert werden können.
b) Selectrix
wurde 1982 von der Firma "Döhler und Haas" entwickelt. Es kann pro 'Bus' 112 Adessen mit 31 Fahrstufen und 2 Zusatzfunktionen schalten und hat sich inbesondere unter Anhängern des N-Maßstabes weit verbreitet, weil die nötigen Dekoder sehr klein sind und selbst in Fahrzeuge der Spurgröße Z montiert werden können. Während die eingeschränkte Zahl an gleichzeitig steuerbaren Lokomotiven und Zubehörartikeln als Nachteil gilt, hat dies System auch einen wesentlichen Vorteil. Als einziges Digitalsystem wird das Digitalsignal auch mit einer eindeutigen Zeit-Komponente übertragen. Da die Geschwindigkeit einer Lok im Dekoder definiert wird und die verstrichene Zeit jederzeit berechnet werden kann, ist es möglich mit einem einzigen Bremsbefehl präzise zu definieren nach welcher Strecke eine Lok zum Stillstand kommt. Entsprechende Automatiken können daher mit deutlich weniger Gleiskontakten und Rückmeldebausteinen erstellt werden als bei anderen Systemen.
Inzwischen werden die zur Verfügung stehenden 111 Lokadressen dynamisch vergeben, so daß auch mehr als 111 Lokdecoder auf einer Anlage angesprochen werden können.
c) Märklin/Motorola
Das Motorola Format wurde 1984 von Märklin eingeführt und seitdem mehrfach erweitert bzw. weiterentwickelt. So ist 1994 das System mm2 und im Jahr 1999 ein erweitertes mm2 erschienen. Die Zahl der möglichen Lokomotivadressen wude dabei von 80 auf bis zu 300 erweitert, Komponenten der verschiedenen Generationen sind allerdings nur begrenzt untereinander kompatibel. Das Motorola-System ist dabei lange Zeit das 'Haussystem' der Märklinisten geblieben und hat im Bereich der Gleichstrommodellbahnen zunächst keine Rolle gespielt. Mittlerweile bieten die Firmen Uhlenbrock und Tams jedoch Motorola-Systeme mit erweitertem Funktionsumfang, die auch von nicht-Märklinisten benutzt werden (können).
d) Märklin mfx
Das neue 'Haussystem der Märklinisten' wurde im jahr 2004 von der Firma ESU entwickelt und bietet ähnliche Möglichkeiten wie das DCC-System. Neu und bemerkenswert war hier, dass sich die Lokomotiven beim Aufgleisen direkt bei der Zentrale anmelden und jeder Decoder eine eigene, nur einmal vergebene ID besitzt.
In letzter Zeit erschienen diverse Zentralen mit weiteren (eigenen) Bussystemen, was oft keine Kompatiblität mit den Peripheriegeräten (busgesteuerte ortsfeste Dekoder und Booster, Handregler) von anderen Herstellern gestattet.
2. Bestandteile einer Digitalsteuerung
a) Netzteil versorgt Zentrale, Booster und weitere Geräte mit Strom. JEDES Gerät muß ein eigenes Netzteil besitzen.
b) Zentrale.
Datenverarbeitungseinheit, die das Steuersignal erzeugt. Je nach Hersteller und Einzeltyp kann dabei eine Steuereinheit zur Bedienung integriert sein, oder aber es werden separate Handsteuereinheiten angeschlossen. Auch wenn die Zentrale eigene Bedienelemente enthält, können zusätzliche Steuereinheiten angeschlossen werden. Bei hochwertigen Zentralen existieren auch Anschlüsse für eine Steuerung durch einen Computer. Auch ein Booster kann bereits in die Zentrale integriert sein.
c) Handregler.
Sie enthalten die zur Bedienung der Anlage notwendigen Tasten, Regler und fast immer auch ein Display, können die Steuerbefehle aber nur über eine Zentrale an das Gleis übermitteln. Sie werden entweder über ein Kabel an die Zentrale angesteckt (bei großen Anlagen auch über dezentrale Stecker, die mit der Zentrale verbunden sind), zunehmend kommen aber auch kabellose Regler auf den Markt, die per Infrarot oder auch Funk die Steuerbefehle an die Zentrale übermitteln.
d) Booster.
Nicht jede Zentrale kann auch das Gleis mit der erforderlichen Leistung versorgen. Dafür, oder falls viele Lokomotiven gleichzeitig betrieben werden sollen und der Strombedarf aller Lokomotiven größer wird, werden Booster (Verstärker) benötigt, welche die Steuersignale einer Zentrale aufbereiten und den Fahrstrom an die Anlage übertragen. Dabei müssen dann für jeden Booster elektrisch getrennte Stromkreise angelegt werden, wobei die 'Grenzen' von den Fahrzeugen jedoch problemlos überfahren werden können.
e) Lokomotivdekoder.
Bauelemente, die in die Lokomotiven eingebaut werden müssen, heutzutage meist über genormte Stecker. Sie werten die über das Gleis übertragenen Steuersignale aus und erzeugen aus der Gleisspannung die jeweils zum Fahren benötigte Spannung für den Motor. Je nach Dekodertyp werden neben dem An- und Ausschalten von Licht auch mehrere Sonderfunktionen unterstützt, bis hin zu Sounddekodern, die zur aktuellen Fahrsituation passende Geräusche über einen in die Lokomotive eingebauten Lautsprecher erzeugen.
f) Funktionsdekoder
können in Fahrzeugen oder auf der Anlage installiert sein.
In Fahrzeuge eingebaute Dekoder steuern Beleuchtung in den Waggons oder erweitern den Funktionsumfang älterer Lokdekoder, stationäre Dekoder steuern Weichen, Signale und beliebiges sonstiges Zubehör. Dabei werden für unterschiedliche Steuerungszwecke teilweise unterschiedliche Dekoder benötigt, so gibt es z.B. Weichendekoder für Magnetspulenantriebe, motorische Antriebe und auch für Antriebe mit Servos.
g) Gleisbesetztmelder
erkennen, ob eine Lok oder ein anderer Stromverbraucher auf einem Gleisabschnit vorhanden ist und melden dies zur Auslösung bestimmter Steuerfunktionen an die Zentrale. Dies ist auch Voraussetzung für eine mögliche Steuerung des Digitalsystems über einen Personal-Computer.
h) Bremsbausteine
erzeugen ein spezielles Digitalsignal, welches Lokomotiven in einem bestimmten Gleisabschnitt abbremsen lässt. Als Beispiele können hier Bremsgenerator, ABC-System und Bremsen mit Gleichspannung angeführt werden.
3. Besonderheiten beim Digitalbetrieb
Die Steuerung von Lokomotiven ist im Digitalbetrieb sehr viel komfortabler als mit einer klassischen Analogsteuerung. Zum einen, weil auf einer elektrisch einheitlichen Gleisanlage fast beliebig viele Lokomotiven unabhängig voneinander gesteuert werden können und verschiedenste Sonderfunktionen möglich sind. Allerdings ist der Digitalbetrieb anfälliger gegenüber Kontaktproblemen. Bereits kleinste Gleisunsauberkeiten und Stromunterbrechungen wirken sich im Betrieb störend aus. Neuere Dekoder bieten jedoch auch hier Abhilfe (Fahrstufen'gedächtnis', Stromspeicher).
Hinweis zur weiteren Bearbeitung: Ich würde an dieser Stelle keine weiteren Details zu den Systemen (Schaltbeispiele, unterschiedliche Zentralen etc...) einfügen, sondern zu den in diesem Artikel aufgeführten Einzelpunkten künftig jeweils einzelne Artikel bevorzugen, auf die dann (sogar automatisch) verlinkt wird. Ansonsten droht dieser Artikel extrem lang und unüberschaubar zu werden. Wenn dagegen für jeden hier von a bis i aufgeführten Einzelpunkt ein eigener Artikel existiert, kann dieser allgemeinere Text als komfortables 'Inhaltsverzeichnis' dienen und gleichzeitig jedes Einzelinformation auch von anderen Texten aus einzeln abgerufen werden.