zu den Themen:
Eigentlich heißt die MTC21-Schnittstelle ja 21MTC-Schnittstelle. Sie ist in der Norm NEM660
der MOROP, dem Verband der Modelleisenbahner und Eisenbahnfreunde Europas, definiert. Im Sprachgebrauch wird sie MTC21 genannt, deshalb habe ich mich auch
entschlossen diesen Namen zu verwenden.
Darin wird nicht nur der 21-polige Stecker und dessen Belegung, sondern auch die mechanischen Abmessungen eines MTC21-Decoders festgelegt. Auch die
Eigenschaften der elektrischen Signale sind zumindest allgemein beschrieben und ermöglichen so einen einfachen Tausch von Decodern.
Alle Lok und Decoderhersteller müssen obiges Logo verwenden, wenn ein Produkt der Norm entspricht.
Der Vorteil einer Norm liegt in der Langlebigkeit und damit in einer gewissen Zukunftssicherheit. Der MTC21-Standard ist weit verbreitet, namhafte
Modellbahnhersteller liefern ihre aktuellen Produkte mit dieser Schnittstelle aus. Deswegen haben wir uns auch entschlossen, auf converts
diesen Standard zu implementieren.
Einige namhafte Hersteller haben Decoder auf den Markt gebracht, die nicht ganz kompatibel zu MTC21 sind. Dazu gehören auch
die mLD- und mSD-Decoder von Märklin.
Betroffen ist die Ausführung der Schaltausgänge AUX3-AUX6. Anders als
die Norm es vorgibt sind in diesen Decodern bereits die Leistungstreiber, so wie bei AUX1 und AUX2, integriert.
Laut Spezifikation soll an den Ausgängen AUX3-AUX6 aber
ein Logikpegel herausgelegt werden, der nur den Zustand des Ausgangs anzeigt. Die Leistungsverstärker sollten normalerweise auf
der Systemplatine sitzen.
Beide Ausgangsarten, also Treiber- und Logikausgang, sind inkompatibel zueinander. Schlimmer noch: steckt man einen standardkonformen Decoder
in eine Lok, die für Decoder mit Treiberausgängen konzipiert ist, so kann der Decoder Schaden nehmen.
Diese Problematik trifft auch kommerzielle Lokomotiven, die von Haus aus digitalisiert ausgeliefert werden.
Gerade da ist es oft schwierig herauszubekommen, welcher Decodertyp nun passt.
Um das herauszufinden bieten wir den Lastdetektor an. Er zeigt mit zwei roten LEDs an (eine für AUX3/AUX4, eine für AUX5/AUX6),
ob eine Last direkt angeschlossen wurde. Wenn dem so ist, muss man einen Decoder mit integriertem Verstärker hernehmen.
Aus der Tabelle Decoderliste kann man entnehmen, welcher Decodertyp in Frage kommt.
Alle Typen mit einem "ja" in den Spalte AUX3-AUX6 haben dort einen Treiberausgang. Ein "L" zeigt an, dass es sich um einen
NEM660-konformen Logikausgang handelt.
Die converts-Systemplatine geht grundsätzlich von standard-konformen Decodern
mit Logikausgängen aus. Mit der Aux-Option werden die passenden Leistungstreiber bereitgestellt, damit an AUX3 und AUX4 ein Rauchsatz, eine
Telex-Kupplung oder ein Beleuchtungselement angesteuert werden kann.
Mit einfachen Modifikationen (siehe Bedienungsanleitung) kann man aber auch
Decoder mit Treiberausgängen benutzen.
Über die Digitalisierung von Lokomotiven gibt es zahrleiche Artikel in Fachzeitschriften und Diskussionen im Internet. Auch wir standen irgendwann vor der Frage, ob wir unseren Altbestand bzw. unsere Sammlerstücke umrüsten sollen. Letztendlich hat uns die Digitaltechnik überzeugt, und zwar aus folgendem Gründen:
Die Anlauf- und Langsamfahreigenschaften verbessern sich einfach dramatisch. Der Allstrom-Motor der Märklin-Modelle, der
für analoge Wechselspannung notwendig ist, hat bei niedrigen Fahrspannungen einfach zu wenig Kraft. Das Magnetfeld der
Feldspule ist bei kleinen Strömen schwach und dies führt zum Ruckeln der Lok beim Anfahren.
Die Digitalisierung bringt da entscheidende Vorteile:
Für den Interessierten ein paar Infos, wieso das Licht nach der Digitalisierung flackern kann.
Der Decoder hat intern einen Gleichrichter. Dieser "klappt" die negativen Anteile nach plus. Da die Spannung auf dem Gleis praktisch einem
Rechteck mit ca. +/-20V entspricht, ist die Spannung nach dem Gleichrichter eine relativ gleichmäßige Betriebsspannung
von 20V. Aber: das Bezugspotential nach dem Gleichrichter ist ein anderes, als vor dem Gleichrichter! Im Bild oben ist die schwarze Leitung
die Lokmasse (Schienenpotential) und die blaue Leitung stellt die Bezugsmasse des Decoders dar (Decoder-GND). Beide sind durch eine Diode des
Gleichrichters getrennt.
Die Verbraucher wie Beleuchtung, Entkuppler etc. werden auf der einen Seite mit den 20V des Gleichrichterausgangs verbunden, auf der anderen
Seite schaltet der Decoderausgang diese auf Decoder-Masse.
Es ist unter allen Umständen zu vermeiden, daß es Kurzschlüsse zwischen dem Decoder und der Lokmasse gibt!
In folgenden Bildern kann man sehen, wie der Strom durch Lok, Decoder und Verbaucher fließt.
|
Stromlauf, wenn Verbraucher gegen +20V am Decoder geschaltet (empfohlen)
|
Stromlauf wenn Verbraucher gegen Lokmasse geschaltet
|
Links im Bild der Anschluß des Verbrauchers gegen die Betriebsspannung (20V) des Decoders. Je nach Polung der Spannung am Gleis nimmt der Strom einen anderen Zweig des Gleichrichters, es fließt aber immer Strom in eine Richtung durch den Verbraucher.
Rechts im Bild die Verschaltung eines Verbrauchers gegen Lokmasse, z.B. weil eine Seite der Lampenfassung auf das Chassis
genietet ist.
Hier gibt es nur noch einen Weg durch den Gleichrichter, eine Polung der Gleisspannung wird abgeschnitten. Wenn am Schleifer die Spannung
positiv im Bezug zur Schiene ist, fließt kein Strom.
Die Schienenspannung ist gleichzeitig die digitale Information. Hier schematisch für das Märklin-Motorola-Format dargestellt.
Es werden Datenpakete geschickt, die durch Pausen (grün) getrennt sind. Während der Pausen ist die
Schienenspannung negativ.
In den Datenpaketen werden die Informationen wie Lokadresse, Geschwindigkeit, Richtung, Zustand der Funktionen übertragen.
Der Anteil der positiven und negativen Spannung hängt jetzt von den Daten ab.
Das blaue Datenpaket links enthält z.B. mehr 0en, d.h mehr negative Anteile.
Das Datenpaket rechts dagegen hat mehr 1en, was sich durch mehr positive Signalanteile bemerkbar macht.
Während des Betriebes werden permanent an alle angemeldeten Lokomotiven der aktuelle Zustand gesendet.
Und jetzt erklärt sich auch das Flackern, wenn ein Lämpchen gegen die Lokmasse geschaltet ist:
Die Lampe sieht so ja nur die negativen Signalanteile, die während der Signalpakete ständig schwanken.
So variiert die Helligkeit abhängig von der Information, die übertragen werden muß.
Bei Leuchtdioden ist das übrigens noch deutlicher zu sehen, da diese kein Nachleuchten haben.
Kupplungen oder Rauchsätze können zwar nicht flackern, sie erhalten aber nicht die volle Energie, wenn
sie gegen Lokmasse geschaltet sind.
Stromunterbrechungen bei der Fahrt mit der Modelleisenbahn kennt jeder: Schmutz auf den Schienen, Fahrten über Weichen oder Bahnübergängen führen u.U. zu kurzen Kontaktunterbrechungen. Aber auch wenn ein verbogener Schleifer an einer Schraube hängen bleibt oder die Kupplung des letzten D-Zug Wagens über den Mittelleiter schrappt, werden auf der Schiene kurze Spannungsunterbrechungen durch Kurzschlüsse erzeugt.
Die Digitalisierung der Lokomotiven verschärft das Problem ein wenig. Der Decoder neigt dazu, bei Stromunterbrechungen einen Reset
zu machen, d.h. der interne Prozessor startet von neuem und muss den aktuellen Zustand der Lok (Geschwindigkeit, Schaltausgänge) erst
einmal wiederherstellen. In der Zwischenzeit ist alles aus.
Gewichtiger ist aber das geänderte Verhalten des Motors. Der Allstrommotor bei analogen Loks läuft ohne Strom länger nach, weil dann das Magnetfeld im Motor auch aus ist.
Die digitalisierten Loks haben einen Permanentmagneten, der den Anker versucht festzuhalten. Die Lok bleibt abrupt stehen.
Man kann jetzt versuchen, alle Ursachen für Spannungsunterbrechungen zu vermeiden. Schienen putzen, Weichen reparieren, Kupplungen anpassen. Aber letztendlich wird man nicht alle Ursachen los und die Rangierlok bleibt einfach mitten in der Anlage stehen...
Alternativ kann man den Decoder mit einer internen Energiequelle versorgen, die einen kurzen Spannungsausfall überbrückt. Die Lok
fährt dann weiter bis sie wieder Kontakt hat. Man spricht von einer Pufferung.
In der Praxis sind das Kondensatoren, die während des Betriebs aufgeladen werden und im Bedarfsfall die notwendige Energie
liefern.
Der Decoder kennt zwei Spannungen:
Auf der MTC21-Schnittstelle sind die Spannungen und die Bezugsmasse vorhanden, so dass die Pufferung ohne weiteres realisierbar ist. Die Puffer-Option von converts sieht den Ladewiderstand und die Dioden zur Überbrückung im Bedarfsfall für beide Kondensatoren vor. Der Kondensator für die Betriebsspannung kann direkt angelötet werden. Der dicke Brummer für die Versorgungsspannung muss ohnehin an passender Stelle in der Lok angebracht werden.
Leider ist das Design der Decoder von Hersteller zu Hersteller und von Typ zu Typ unterschiedlich.
Decoder, die gut konstruiert sind, leiten die Betriebsspannung von der Versorgungsspannung ab, so dass
der Kondensator für die Betriebsspannung nicht verbaut werden muss.
Einige Decoder sind auch nicht für die Pufferung vorgesehen. Sie legen sich bei einem Spannungsverlust auf der
Schiene - obwohl Betriebs- und Versorgungsspannung weiterhin vorhanden sind - vorsorglich schlafen und schalten
alles ab.
Am Besten man probiert das bei seinem Lieblingsdecoder mal aus: funktioniert die Pufferung, so fährt eine
langsam fahrende Lok nach Abschalten der Zentrale ein paar Zentimeter weiter.
Hervorragend puffern lassen sich die Decoder:
