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Selbstbau und Nutzung von Funktionsdecodern zur Wageninnenbeleuchtung unter Anwendung des Prinzips der "virtuellen Doppeltraktion"

Beleuchtete Züge sind zwar ein "Hingucker" auf der Modellbahnanlage, wirklichkeitsgetreu wird deren Einsatz aber erst durch eine ein- und ausschaltbare Beleuchtung. In diesem Artikel wird der kostengünstige Einsatz von Funktionsdekodern für eine realistische Wagenbeleuchtung in Spur-N-Wagen beschrieben.

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Grundsätze

Spur-N-Modellbahnwagen entnehmen den Strom für die Innenbeleuchtung über einseitig isolierte Radsätze und Kontaktschleifer bzw. -federn. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Rollreibung der Wagen. Um diese in Grenzen zu halten, gibt es zwei Möglichkeiten:

  1. Nur ein Wagen eines jeden Zuges wird mit einer Stromaufnahme versehen, die über einen besonders leistungsfähigen Kondensator (sogenannten GoldCap) gepuffert ist und alle Wagen mit Strom für die Innenbeleuchtung versorgt. Dazu müssen die Wagen mit stromleitenden Kupplungen ausgerüstet werden. Es wird nur ein Funktionsdekoder benötigt.
  2. Nur jeder zweite Wagen wird mit einer Stromaufnahme und einem Funktionsdekoder versehen, die mittels Standard/Elektrolytkondensatoren gepuffert ist und über die verschiedenen Ausgänge des Funktionsdekoders mehrere Beleuchtungsstufen und Effekte schalten kann. Jedes Wagenpaar ist mittels hochflexibler Litze fest miteinander verbunden.

 

In diesem Artikel wird die zweite Lösung beschrieben, die mehr Funktionen ermöglicht, aber auch mehr Funktionsdekoder erfordert. Zur Kostenreduktion werden diese basierend auf dem unter www.digital-bahn.de vorgestellten Selbstbauprojekt selbst hergestellt.

Selbstbau von Funktionsdekodern

Die Hardware wurde wie folgt abgeändert, um den Funktionsdekoder auch in Spur-N-Wagen einbauen zu können. Insbesondere wurde auf die Verwendung von möglichst dünnen Bauteilen geachtet. Dadurch ergeben sich folgende Einschänkungen:

  1. Statt 4 Funktionsausgängen nur 2 oder 3 Funktionsausgänge.
    Dies ist eine Einschränkung, mit der der N-Bahner leben kann.
  2. Absicherung per 47 Ohm-Widerstand anstatt einer Sicherung.
    Ohne Sicherung kann es im Kurzschlussfall (z.B. durch starkes Quetschen von 2 Kabellitzen) zu Wärmeschäden am Wagen kommen. Wagen nicht unbeaufsichtig lassen!
  3. Reduktion der Spannungsfestigkeit des Kondensators auf 16 V.
    Prüfen, ob diese Bedingung auf der eigenen Anlage eingehalten wird!
  4. Keine Treiberbausteine
    Die von mir verwendeten LED-Platinen beinhalten eine Stromkonstantquelle, die vom Mikroprozessor über einen in den Dekoder integrierten Vorwiderstand ohne weitere Treiberbausteine angesteuert wird.

Die Kosten pro Dekoder halten sich - wie die nachstehende Tabelle zeigt - in engen Grenzen.


Ref. Anzahl Bezeichnung Bauform  Best.Nr. Bezug Stückpreis
(Stand 08/2008)
IC1 1 Prozessor 12F629-04-SN SOIC-8 PIC 12F629-I/SN Reichelt 1,10 €
IC2 1 Spannungsregler 78L05 SOIC-8 µA 78L05 SMD Reichelt 0,12 €
D1 1 Diode LL1N4148 SOD87 1N4148 SMD Reichelt 0,04 €
D2 1 Gleichrichterdioden SOT-23 BAV 70 SMD Reichelt 0,04 €
D3 1 Gleichrichterdioden SOT-23 BAW 56 SMD Reichelt 0,04 €
C1 1 Keramik-Kond. 100 nF 1206 X7R-G1206 100N Reichelt 0,09 €
C2 1 Keramik-Kond. 47 pF 1206 NPO-G1206 47P Reichelt 0,05 €
C3 1 Tantal Elko 1.0 uF/16V Typ A SMD TAN.1,0/16 Reichelt 0,37 €
R1 1 Widerstand 47 1206 SMD 1/4W 47 Reichelt 0,03 €
R2 1 Widerstand 22k 1206 SMD 1/4W 22k Reichelt 0,03 € *
R3 1 Widerstand 10k 1206 SMD 1/4W 10k Reichelt 0,03 € *
R4 1 Widerstand 39k 1206 SMD 1/4W 39k Reichelt 0,03 € *
R5 1 Widerstand 39k 1206 SMD 1/4W 39k Reichelt 0,03 € *
R5 1 Widerstand 39k 1206 SMD 1/4W 39k Reichelt 0,03 € *
Summe 2,05 €
* Preis bei Abnahme von jeweils 100 Stück pro Wert

Das Layout habe ich recht einfach erstellt, so dass man die Platine, die ja SMD-Bauteileaufnehmen soll, auch mit "Hausmitteln" noch herstellen kann. Auch wurden die jeweils größeren 1206er-Ausführungen für die SMD-Bauteile gewählt. Die 39k-Widerstände sind an meine LED-Beleuchtung angepasst und müssen an andere Beleuchtungsplatinen entsprechend angepasst werden.

Funktionsdecoder

Das etwas größere Layout beinhaltet 3 Funktionsausgänge und lässt sich z.B. bei Arnold-Schnellzugwagen zwischen Bodengruppe und Inneneinrichtung platzieren. Dazu muss das sich dort befindliche Balastgewicht halbiert werden. Dies schadet der Betriebssicherheit nicht, sofern man mit moderater Geschwindigkeit über sauber verlegte Gleise fährt.

Funktionsdecoder

Das etwas kleinere Layout beinhaltet lediglich 2 Funktionsausgänge und passt analog dazu in Arnold-Eilzugwagen (ohne Abbildung).

Der Dekoder ist bei Verwendung von dünnem Platinenmaterial 0,5 (Conrad 523630, 536253) oder 0,8 mm (Reichelt BEL 160x100-1-8, siehe Bild) mit den vorgeschlagenen SMD-Bauteile mit einer Höhe von maximal 1,6 mm nur wenig dicker als das ursprüngliche Balastgewicht mit 2,0 mm. Der Zusammenbau macht dabei keine Probleme, zumindest nicht, wenn hochflexible dünne Litzen (Conrad 244062-244072) zum Anschluss der LED-Platine benutzt werden.

Funktionsdecoder

Firmware:

Es werden zwei unterschiedliche Firmware-Versionen benutzt.

  1. Typ Schalten (http://www.digital-bahn.de/bau_weiche/wz_funktion_1.htm):
    Schnellzug-Abteilwagen werden individuell abteilweise ein- oder ausgeschaltet. Mit den 3 Funktionsausgänge lassen sich mittels der Tasten F0-F4 (oder höher, falls vorhanden) bis zu 3 LED-Gruppen separat schalten und damit bis zu 8 unterschiedliche Besetzungsdichten simulieren.
    Als Schlusswagen dient ein Gepäck- oder Postwagen. In diesem werkelt ein Funktionsdekoder, der die 1 oder 2 LED-Gruppen und die Schlussbeleuchtung schaltet.
  2. Typ Silberling (http://www.digital-bahn.de/bau_weiche/wz_funktion_2.htm):
    Bei Großraum-, Nahverkehrs- und einigen Eilzugwagen wird das Licht wagenweise mit einer Verzögerung von ein paar Sekunden eingeschaltet, um den Einschaltstrom zu begrenzen. Diese Funktionalität wird von dieser Firmware nachgebildet. Zudem wird die Neonbeleuchtung durch Flackern beim Einschalten simuliert.
    Zusätzlich unterstützt die Firmware  noch die fahrtrichtungsabhängige Beleuchtung von Steuerwagen.

Betrieb mittels "virtueller Doppeltraktion"

Ein Problem bei beleuchteten Wagenzügen stellt die Adressvergabe dar. Liegen der Lokdekoder und die Funktionsdekoder auf einer Adresse, lässt sich die Beleuchtung zwar einfach mittels der Tasten F1-F4 schalten (F0 ist für die richtungsabhängige Lokbeleuchtung reserviert), allerdings lässt sich die Lok jetzt nicht mehr ohne Umprogrammierung der Funktionsdekoder auswechseln.

Abhilfe bringt hier das Verfahren der "virtuellen Doppeltraktion". Dazu wird den Funktionsdekodern eines Wagenzugs eine eigene Adresse zugewiesen und eine Doppeltraktion bestehend aus dieser Adresse und der Adresse der momentan verwendeten Zuglok gebildet. (Es gibt nur eine Zuglok, daher "virtuelle" Doppeltraktion.) Die meisten Zentralen erlauben eine einfache Umschaltung (z.B. Umschalt-F1) zwischen diesen beiden Adressen. Eine neue Zuglok erfordert jetzt keine Umprogrammierung der Funktionsdekoder mehr, sondern nur noch eine neue Zusammenstellung der Doppeltraktion.

Anwendungsbeispiel

Die folgenden Bilder mögen einen Einblick geben, wie separat beleuchtete Wagen auf der MoBa wirken. Es wurden LED-Platinen verwendet, die in 2 Abschnitte unterteilt sind, somit ist jeder Wagen in 2 Stufen schaltbar.

Frühmorgens irgendwo in Deutschland in den 70er Jahren. Ein Schnellzug - bestehend aus 26,4 m-Schnellzugwagen im alten Epoche 3-Farbkonzept - wurde bereits auf der Abstellgruppe zusammengestellt und wartet auf die Streckenlok. Diese fährt im Rangiergang an den Wagenzug heran, der anschließend angekuppelt wird. Nach Anschluss der Stromversorgung wird die Schlussbeleuchtung eingeschaltet.

Funktionsdecoder

Der Schnellzug fährt vor zum Abfahrt-Bahnhof. Neben dem Dienstpersonal im Gepäck- und Speisewagen sind nur wenige Passagiere eingestiegen, erkennbar an der geringen Anzahl an beleuchteten Abteilen.

Funktionsdecoder

Funktionsdecoder

Einige Haltestationen weiter hat sich der Zug gut gefüllt und auch der Speisewagen hat sich gefüllt. Der Zug strebt nun hell beleuchtet seinem Ziel entgegen.

Funktionsdecoder

Anmerkung: Meine Kamera verzeichnet einen ziemlichen Blaustich. Die Farbe der Beleuchtung würde ich als Leuchtstoffröhren-Weiß und somit passend zu modernen Schnellzugwagen bezeichnen.

Natürlich ließe sich der Aufwand noch steigern, z.B. durch einen Dekoder pro Wagen, der eine noch individuellere Beleuchtung ermöglicht, indem bis zu 4 verschiedene LED-Gruppen geschaltet werden. Eine solche Lösung könnte mittels eines auf der LED-Platine integrierten Funktionsdekoders erzielt werden.

Leiterplatten-Layouts

Die Layouts für die D-Zugwagen und Eilzugwagen können als Eagle-Dateien (Freeware für Privatanwender, www.cadsoft.de) heruntergeladen werden. Die Eagle-Dateien wurden mit der Freeware-Linzenz erstellt - eine kommerzielle Nutzung ist daher untersagt!
Download: Eagle-Leiterplatten-Layouts


Danke an Burkhard für die Zusendung.


Das sagen User zu diesem Thema (die letzten 5 Beiträge, 6 Beiträge insgesamt):

Am: 12.06.10 07:55

@elsoft: du hast recht, die PICs müssen natürlich noch programmiert werden. Hierfür gibt es zwei Wege:
1. Nachbau des PIC-Programmers wie in http://www.digital-bahn.de/bau_pic/pic.htm beschrieben oder
2. Kaufen des fertig programmierten Chips http://www.digital-bahn.de/shop/index.php?cat=c9_WeichZwei.html (Version fdekoder_schalten).
Von: elsoft
Am: 22.05.10 22:06

hallo, der decoder interesiert mich auch. wenn ich das richtig verstehe, müssten die ic's aber programiert werden. leider habe ich davon keine ahnung.
würde das jemand für mich machen?
mfg
Am: 09.12.08 21:09

Hallo Heiner,
ich antworte einmal, weil ich denke, dass ich gemeint bin ;-)
Die passende Innenbeleuchtung wurde unter http://www.1zu160.net/scripte/forum/forum_show.php?id=345284 diskutiert. Letztendlich hatte ich bereits vorher die LED-Platinen mit der Stromkonstantschaltung nach http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210253.htm in SMD-Technologie aufgebaut.
Wenn ich noch einmal anfangen würde, würde ich versuchen, den Dekoder auf der LED-Platine zu integrieren. Fertige "Digitale LED-Platinen" kann man auch von einam Forumsmitglied unter http://atw.huebsch.at/Elektronik/Digital_LED.htm beziehen. Für Eigenbauversuche eignen sich übrigens alte Arnold-Schnellzugwagen (wie im Umbaubericht gezeigt) gut, die Stromabnahme ist auch relativ reibungsarm und man muss ja nicht unbedingt dass neuste Modell modifizieren...
Von: Heiner
Am: 29.11.08 11:13

Hallo Markus!
Der Decoder ist eine tolle Sache.
Kannst Du einen Link geben zu der Led Ansteuerung oder den Treibern der Leds oder Platine.
Gruß
Heiner
Am: 13.11.08 20:21

Hallo Markus,
gemäß Aussage auf www.digital-bahn.de werden nur das DCC- und das Motorola-Protokoll (MM) unterstützt. Da SX sich technisch zu sehr von diesen beiden Formaten unterscheidet, ist eine Verwendung von SX nicht möglich und auch nicht vorgesehen.
Viele Grüße
Burkhard



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