Hallo Modellbahner und Freunde der Modelleisenbahn!

Einführung

Der unten folgende Text zur Zukunft des Modellbahnwesens und dafür notwendige Innovationen ist lange vor der Corona-Krise geschrieben worden, bis heute aber noch in einigen Punkten noch ergänzt worden. Ich habe aber gezögert, ihn zu veröffentlichen, weil ich bisher der Meinung war, das Thema WLAN-Steuerung der Modellbahn müsse im Rahmen der organisierten Modelleisenbahner, der einschlägigen Medien und der Industrie wegen der geballten Fachkenntnisse diskutiert werden. Das war eine Fehleinschätzung, denn man hat sich, aus welchen Gründen auch immer, verweigert. Meine seit 2012-13 geführten Versuche, dieses Thema ins Gespräch zu bringen, sind mir leider nur mit wenig Echo im Rahmen meines Modellbahn-Verbandes BDEF gelungen.

Weil meine Argumente nicht zu einer fruchtbringenden Entwicklung führten, habe ich mich entschlossen, konkrete und realisierbare Vorschläge zu erarbeiten und sie im folgenden und weiteren Texten vorzustellen.

Weit vor der Pandemie gab es bereits Besorgnis erregende Umstände des Niedergangs des Modellbahnwesens, deren Ursachen in sozialen Veränderungen der Gesellschaft liegen und die durch die Corona-Krise noch verschärft werden. Es ist absehbar, dass auch die Modellbahnindustrie mehr oder weniger große Rückschläge hinnehmen muss.

Aus meiner Sicht liegt der Ausweg zur Überwindung aller Schwierigkeiten sicher in einer Art Quantensprung technischer Innovationen der Modellbahnsteuerung durch die WLAN-Direktsteuerung der Modelle

Vielleicht ist der im folgenden Text beschriebene Gedanke vom Hybrid-Decoder eine derartige Innovation. Der hohe Entwicklungsgrad heutiger digitaler Mehr-System-Decoder lässt diese Überlegung zu.

Aber Achtung, mein Beitrag verlangt aktuelle Kenntnisse der Modellbahnsteuerung!

24. Februar 2021 Claus Dahl

 

Innovationen und Perspektiven der Modellbahnsteuerung

 (1) Als Modelleisenbahner der ersten Generation nach 1945 möchte ich mit diesem Text meine Besorgnis über die Zukunft der Modelleisenbahn äußern und Wege zu ihrem Bestand aufzeigen

In den letzten Jahren, eher Jahrzehnten, nahmen die nachteiligen Einflüsse zu, die den zukünftigen Bestand des Modellbahnwesens gefährden. Einflüsse, die sich aus den aktuellen sozialen und technisch-ökonomischen Entwicklungstendenzen der Gesellschaft ergeben. Ich erwarte, dass auch in Zukunft viele Interessenten sich der Modellbahn zuwenden, auch und vor Allem solche, die als Einzelkämpfer im Hobbykeller tätig werden wollen. Aber wegen ihrer Lebensumstände das nur dann tun können, wenn der Aufbau; ihre Montage und Inbetriebsetzung der Anlagen extrem vereinfacht wird, einfacher als heute noch üblich.

Im Zeitalter der gesellschaftlichen Umbrüche und der Digitalisierung des öffentlichen und persönlichen Lebens bin ich der Überzeugung, dass wir organisierten Modellbahner die Verantwortung tragen, die Zukunft unseres schönen Hobbys Modelleisenbahn zu sichern. Das verlangt von uns, immer wieder die Einführung smarter technischer Innovationen zu propagieren und einzufordern.

(2) Heutige Modellbahnmodelle sind bis zu den kleinsten Nenngrößen so hervorragend nachgebildet, dass Innovationen im Bereich der Vorbildtreue keine Rolle spielen.

Anders ist es bei der Steuerung der Modellbahnen, insbesondere der kleinen Nenngrößen (ab H0), hier sind entscheidende Veränderungen in Richtung Vereinfachung der Handhabung und Kostensenkung notwendig. Ein Grund dafür liegt in ihrer umfangreicheren Vielfalt in allen Bereichen, wodurch ein größeres Interesse an ihnen entsteht. Deshalb sind aus meiner Sicht Innovationen für zwei entscheidende, sehr komplexe Bereiche der Modellbahnsteuerung erforderlich. 

Der erste Komplex ist die Vereinfachung der Installation der Hardware-Komponenten der Steuerung. Oft sind aufwendige Arbeiten notwendig, um mit Leitungssystemen die Steuermodule (allgemein bezeichnet als „Decoder“) mit ihren zu steuernden Modellen zu verbinden. Leitungssysteme können durch die Verwendung drahtloser Steuerungen vereinfacht und Steuermodule können durch konstruktive Maßnahmen mit ihrem zu steuernden Modell oder Modellantrieb zu Baueinheiten vereinigt werden.

Beispielweise sollte bei Weichen, gleichgültig ob Über- oder Unterflurmontage, der Antrieb direkt montierbar sein bei gleichzeitiger Herstellung notwendiger elektrischer Verbindungen einschließlich der Herzstückstromversorgung. Außerdem ist ein Steckschacht für das Steuermodul (Decoder) vorzusehen. Damit sind nur noch zwei Zuleitungen für die digitale Betriebsspannung notwendig.

Der zweite Komplex betrifft die Steuerung der Funktionsmodelle an sich. Ihr haften trotz ihrer Entwicklung zum Digitalen viele Mängel an, weil die Einführung neuer Techniken immer auf der Basis historisch gewachsener Vorstufentechniken erfolgte, um zu ihnen Kompatibilität zu erreichen. Der Zwang, Mobilmodelle über die als Leiter benutzten Schienen gleichzeitig mit Energie und Steuer-Informationen zu versorgen, dominiert bis heute alle technischen Entwicklungen und war digital nur mit komplizierten technischen Tricks realisierbar. Denn dafür waren, zumindest bei den kleinen Nenngrößen, andere technische Mittel nicht verfügbar. Im Gegensatz dazu ist das beim derzeitigen Stand der Kommunikations- und Übertragungs-Technik sowie der Verfügbarkeit hochentwickelter elektronischer Bauelemente kein Problem mehr.

Die Folge der technischen Unzulänglichkeiten war und ist die unterschiedliche und oft gewollt kompatibilitätsfremde Gestaltung der von verschiedenen Firmen konzipierten, auf komplizierten Techniken beruhenden digitalen Steuerungssysteme. Diese Umstände fordern direkt die dringende Modernisierung der Modellbahnsteuerung. Fehlende Kompatibilität und technische Komplikationen führen zu Erschwernissen der Bedienung.

Die Lösung: Die Überwindung dieser Probleme kann nur darin bestehen, die von großen Nenngrößen bekannten, vom  Flug- und Schiffsmodellwesen übernommenen Funksteuerungen entsprechend modifiziert auf die „Kleinen“ zu übertagen. Denn bei ihrer viel größeren Vielfalt an mobilen und stationären Funktionsmodellen ist ihre Direktsteuerung durch Drahtlos-Techniken immer dringender notwendig. Die heute vorhandenen  elektronischen Bauelemente in Miniaturbauformen ermöglichen derartige Techniken.

Deshalb bin ich überzeugt davon, dass die kleinen Nenngrößen auch in Zukunft wachsendes  Interesse erregen werden, wenn moderne Digitaltechniken zusammen mit neuesten Elektronik-Komponenten und -Techniken den Aufbau und Betrieb der Modellbahn erleichtern.

Moderne Kommunikations- und Übertragungstechniken sind gegenwärtig ursächlich mit den Smartphones verbunden. Sie sind Fluch und Rettung des Modellbahnwesens zugleich. Einerseits daddelt die Jugend lieber damit herum, als den Geist und Kraft zehrenden Bau einer Modellbahn zu betreiben. Andererseits wurde die Technik des digitalen WLAN-Funks verbreitet, die wegen ihrer Unkompliziertheit die Rettung des Modellbahnwesens sein kann! Denn auf dieser Basis sind viele technische Innovationen möglich, von denen mancher Modellbahner träumt. Der rein digitale Betrieb dieser Technik bietet die Möglichkeit, ein Master-System der Modellbahnsteuerung zu schaffen.

Das Innovationsziel muss also sein, einerseits bedeutende Vereinfachungen und Erleichterungen beim Aufbau und der Installation zukünftiger Modellbahnen möglich zu machen und andererseits alle bestehenden digitalen Steuersysteme unter einem wie ein Dach wirkenden Master-System steuern zu können.

 (3) Die auf dem mit technischen Schwächen belasteten Gleissignal beruhenden digitalen Modellbahnsteuersysteme gibt es nun schon mehr als 30 Jahre und es hat gegenwärtig den Anschein, als befänden sie sich in einer günstigen Entwicklungsphase. Sicher auch, weil die Industrie den WLAN-Funk eingeführt und damit neue Anreize geschaffen hat.

Aber diese Lösung ist nur ein halber (Fort)-Schritt, weil diese Funktechnik nur zwischen Komponenten der Steuerzentrale, -zwischen Controler und Box-, angewendet wird. Wodurch, -genau genommen-, nur ein Verbindungskabel zwischen den beiden verschwindet.

Die entscheidende Innovation wäre aber WLAN zwischen Controler und Modell, um alle auf der Anlage verteilten mobilen und stationären Funktionsmodelle direkt zu steuern.

Es stellt sich die Frage „Warum nur dieser halbe Fortschritt“? Denn auf diese Weise bleibt die schwierige Technik der digitalen Gleissignale erhalten, obwohl es mit dem WLAN-Funk seit mehr als einem Jahrzehnt bessere und einfachere technische Mittel zur Steuerung der Modelle gibt. Ökonomische oder andere Gründe dürfen wegen der oben genannten Prämissen keine dominierende Rolle spielen.

Positiv aber ist, dass mit der kürzlich erfolgten Einführung des WLAN-Funks in die Zentralsteuerung dort bereits die erforderlichen Hardware-Komponenten inklusive ihrer Software vorhanden sind, nicht aber bei den Decodern!

 (4) Die drahtlose Direktsteuerung verlangt einerseits die Eignung der Steuermodule (Decoder) für den WLAN-Funk und andererseits konstruktive Vereinfachungen ihres Einbaus in alle mobilen und stationären Modelle.

Kurz und knapp:

1. Alle Modelle und Modellantriebe müssen eine Decoder-Schnittstelle erhalten und mit ihrem Steuermodul (Decoder) eine Baueinheit/Baugruppe/Steuermodul bilden.

2. Jeder für die Steuerung eines Modells/Modellantriebs benutzte Decoder muss eine WLAN-Schnittstelle erhalten, zusätzlich zu den jeweils implementierten Digitalsystemen.

Bemerkung: Die WLAN-Schnittstelle besteht aus einem etwa erbsengroßen Spezialschaltkreis (WLAN-Sender & Empfänger). Dessen Steuerung übernimmt der Mikroprozessor des Decoders.

Zu 1.  Viele Mobilmodelle bilden bereits mit ihrem Decoder eine konstruktive Einheit. Das muss zur Vermeidung von aufwändigen Verbindungsleitungen auch bei Stationärmodellen (Weichen, Signale und anderem Zubehör) mit dem Modell angepassten Decodern erfolgen.

Zu 2.  Die Verwendung von Decodern mit WLAN-Funk ermöglicht die drahtlose Direktsteuerung aller mobilen und stationären Modelle und den möglichen Verzicht auf die digitalen Gleissignale.

Die Realisierung dieser zwei Forderungen sind echte Innovationen und mit ihnen erweitert sich der Einsatzbereich der technisch hochwertigen Decoder beträchtlich. Ihre insgesamt gesteigerte Verendung in allen Modellen führt zur massenhaften Herstellung der Decoder, wirkt kostensenkend und erleichtert den gesamten Montage-/Installations-Aufwand der Modellbahnanlage

(5) Aus der Übernahme der obigen Prinzipien in die Modellbahn-Steuerung folgen logisch alle notwendigen technischen hard- und softwaremäßigen System-Lösungen. Eine Hauptaufgabe der zentralen Steuersoftware ist, mit dem Funksystem die Kompatibilität zwischen den beteiligten Digitalsystemen herzustellen. Das führt zu einem übergeordneten Steuersystem (Master-Betriebssystem), das alle nicht kompatiblen Steuersysteme mit Hilfe des Direktfunks unter einem Dach vereint und so ein Universal-Modellbahn-Steuersystem bildet.

Dabei werden bestehende Kompatibilitätsprobleme durch die Master-Software ausgeglichen bzw. berücksichtigt. Das heißt, die dem jeweils verwendeten Digitalsystem zugehörenden originalen Steuer-Datensätze werden mit dem WLAN-Funk im Bitformat übertragen. Dadurch können die Daten vom Prozessor des Decoders direkt verarbeitet werden. Die komplizierten Techniken von Modulation/Demodulation des digitalen Gleissignals werden nicht mehr benötigt. Es sei denn, dass Nachhaltigkeit zu berücksichtigen ist. Die Aussicht auf ein solches Universalsystem muss doch eigentlich alle Modellbahner begeistern.

Wichtig sind folgende Modernisierungsergebnisse:

- Die Verwendung des WLAN-Funks ermöglicht die Echtzeit-Datenübertragung durch den Fortfall der langsamen systemspezifischen Kodierung/Decodierung des digitalen Formats des Gleissignals. Dabei bleibt das Pipapo der CVs, der Steuerfunktionen und Steuerprogramme der Decoder erhalten.
Der Decoder-Firmware muss die Verwaltung der WLAN-Schnittstelle hinzugefügt werden. Die vier Kontakte für die WLAN-Hardware (ähnlich USB) sind auf jedem modernen Decoder bereits vorhanden.

- Mit WLAN-Schnittstelle ausgestattete Mehr-System-Digitaldecoder können mit zwei Übertragungssystem-Arten betrieben werden, entweder mit einem der vorhandenen Digitalsysteme, mit dem WLAN-Funksystem oder parallel mit beiden (Mischbetrieb). Diese Betriebsarten werden automatisch von der Zentral-Software gewählt, sofern die notwendigen Informationen in dem Datenspeicher des Betriebssystems abgelegt sind.

- Diese „Zwei-Übertragungssystem-Decoder“ nenne ich „Hybrid-Decoder“. Sie sind für alle Modellbahn-Steuertechniken verwendbar, von analog-bis funkgesteuert. Die mit diesem Decoder ausgestatteten Modelle können auf jeder mit beliebigem digitalem Steuersystem arbeitenden Modellbahnanlage betrieben werden, sofern der Hybrid-Decoder mit dem digitalen Anlagensystem arbeiten kann.

- Die Hybrid-Decoder sichern sowohl den Bestandserhalt älterer Steuersysteme ohne Funksystem (Nachhaltigkeit) wie auch die Errichtung und Rekonstruktion von Modellbahnen mit der effektiven neuen drahtlosen Direkt-Steuertechnik. Digitalbetrieb ist nur bei Modellen oder Anlagen ohne Funktechnik erforderlich. Es ist absehbar, dass die Hybrid-Decoder noch über lange Zeit dominieren werden, während reine WLAN-Funk-Decoder erst mit der Zunahme neuer Modellbahnanlagen benötigt werden.

- Die Einführung der Funk-Decoder ermöglicht die Weiterverwendung rein analoger Anlagen bei Umstellung der Stromversorgung der Gleisanlage auf die konstante Decoder-Betriebsspannung. Prinzipiell ist die Weiterverwendung der vorhandenen analoge Fahrwegsteuerung (Steuerung der stationären Modelle: Weichen, Signale usw.) möglich, sofern sie noch betriebsfähig ist. Selbstverständlich gilt das auch bei vorhandenem Digitalsystem und der Verwendung von Hybrid-Decodern.

- Bei Mischbetrieb erfolgt die Stromversorgung der Hybrid-Decoder mit Digitalstrom, bei reinem Funkbetrieb aus Gleich- oder Wechselstromquellen. Das Energie-Leitungssystem am Gleis bleibt für alle Fälle gleich! Leider bleibt das bereits vom Analogbetrieb bekannte Problem der Gegenpoligkeit bei Wendeschleifen/Kehrschleifen und der Weichen-Herzstück-Stromversorgung erhalten und erfordert entsprechende Maßnahmen.

 

Bild: Strukturschema des mit digitalem Funk-Netzwerk gestützten, drahtlosen Direkt-Steuersystems, dessen Automatisierungsgrad bei einem Control-System hoch und bei einem Mobil-Controller niedrig ist. Die beiden Steuersysteme können allein oder gemeinsam betrieben werden.Digitalstrom-Versorgung wird nur bei Betrieb der Mehr-System-Decoder benötigt.Bemerkenswert ist, dass das Leitungssystem nur für die Stromversorgung und gegebenenfalls für räumlich abgesetzte Sensoren/Aktoren (z. B. am Gleis) erforderlich ist.- Die mit WLAN unkompliziert mögliche Übertragung der Daten in beiden Richtungen erlaubt die umfangreiche Erfassung und Rückmeldung verschiedener Betriebs- und Zustands-Messwerte und ihre Auswertung in der Zentralsteuerung zwecks Steuerung des Betriebsablaufes bzw. Erleichterung seiner Bedienung.

 

Fazit: Hybrid-Decoder werden wegen ihrer Flexibilität zur Basis eines zukunftsfähigen Universal-Modellbahn-Steuersystems, dessen Verwaltung mit entsprechend ausgestatteter Computer-Software erfolgt. Bei Installation entsprechender Hardware (Sensoren, Aktoren) erscheint mir die Erweiterung dieses Systems nahezu unbegrenzt, gerade wegen der Funk-Rückmeldefähigkeit der Hybrid-Decoder.

 (6) Wie einfach wäre die WLAN-Steuerung aller Fahrzeuge, Weichen usw., weil viele überflüssige Steuerleitungen, Geräte, Baugruppen und Bauelemente entfallen würden und die Anlagen-Installation entscheidend einfacher wäre.

Modellbahn-Steuern würde ungebunden drahtlos, smart und vergleichbar mit der Steuerung von Flug-, Schiffs- und Straßenfahrzeug-Modellen werden. Außerdem werden viele neue, Software gestützte Steuerfunktionen möglich, auf die an dieser Stelle nicht eingegangen werden soll.

Liebe Modellbahnfreunde, aus Altersgründen bin nicht in der Lage, mit Euch in eine Diskussion einzutreten. Wenn Euch aber meine Argumente überzeugen konnten, wäre es sicher nicht falsch, wenn Ihr Eure Meinungen direkt an die Modellbahn-Medien und/oder an die Modelleisenbahn-Verbände, die Technische Kommission des MOROP und die Industrie richten und so nicht nur eine Diskussion einleiten sondern auch den Anstoß für die Einführung der neuen Techniken geben würdet.

Es ist mir völlig klar, dass mit diesem Artikel nicht alle Argumente behandelt werden konnten.

Schaut mal bei www.modellbahn-steuerung.de vorbei, wenn Ihr mehr über die Modellbahn-Direktsteuerung wissen wollt. Zu empfehlen ist zunächst der Artikel „Überlegungen zur Zukunft des Modellbahnwesens“

Beste Grüße

Claus Dahl                                                                                     20. November 2020      

 

 

Hallo Modellbahner und Freunde der Modelleisenbahn!

Heute will ich meine Serie über „Innovationen der Modelleisenbahnsteuerung“ fortsetzen. Es geht mir darum, wie der von der WLAN-Schnittstelle hervorgerufene größere Flächenbedarf auf der Decoder-Platine vermieden werden kann-

Zur Erinnerung, meine Beiträge verlangen aktuelle Kenntnisse der Modellbahnsteuerung!

Claus Dahl                                                                                                8. März 2021

Innovationen und Perspektiven der Modellbahnsteuerung II

 (1)  Die im voran gehenden ersten Beitrag [1] „Innovationen der Modellbahnsteuerung“ von mir formulierten Innovationsziele „Direktwirkender WLAN-Funk auf Modelle“ und der „Vereinigung von Modell und Decoder“ zu einer Baueinheit bieten den Ansatz zu weiteren Innovationen. Der nachfolgende Text bezieht sich auf die Steuermodule, die Decoder selbst.

Zunächst das Problem: Der von mir in [1] favorisierte Hybrid-Decoder  erfordert wegen der Nachrüstung der WLAN-Schnittstelle die Einfügung zusätzlicher Bauelemente auf der Decoder-Leiterplatine. Da die Bauelementedichte auf der Platine üblicher Decoder bereits sehr hoch ist, wird das zu einem Problem. Entweder muss die Leiterplatine wie bei Soundmodulen vergrößert werden oder es wird ein WLAN-Modul zusätzlich installiert.

Unabhängig davon, ob die Industrie bereits eine Lösung dafür gefunden hat, habe ich einige ergänzende Anregungen. Sie zielen darauf, das Problem der Bauelementedichte zu lösen.

 (2)  In [1] habe ich erwähnt, dass Mobilmodelle als Baueinheit interpretiert werden können. Die Decoder befinden sich innerhalb des Modells und sind über eine Schnittstelle mit ihm verbunden. Möglicherweise können aber die Metallgehäuse für den WLAN-Funk  als Abschirmung wirken. Deswegen kann, gegebenenfalls abhängig von der Gehäuseform, kein oder nur unzureichender WLAN-Funkverkehr zustande kommen.

Die relativ einfache Lösung wäre in diesem Fall die Verwendung einer indirekten Verbindung, einer Huckepack-Konstruktion, die aus einer kleinen WLAN-Funk-Platine (ca. 1 cm²) besteht und mit einem kurzen Kabel mit der Decoderplatine verbunden wird, möglich ist das auch mit einem Steckverbinder. Die WLAN-Platine ist nun an einer geeigneten Stelle im Modell positionierbar.

Diese Lösung kann sofort realisiert werden, weil die dafür erforderlichen Schnittstellen-Anschlüsse (Dta, Clk, VCC, GND) bei den modernen Digitaldecodern bereits vorhanden sind. Im Prinzip muss dann nach dem Anschluss der Huckepack-Platine nur die Firmware des Decoders für WLAN-Betrieb erweitert werden. Einerseits erübrigt sich nun das Problem des Mangels an Montagefläche auf der Decoderplatine,  weil diese prinzipiell nicht verändert werden muss.  Andererseits sind  die handelsüblichen WLAN-Adapter, die nicht viel Größer sind als der USB A Stecker, in dem sie sich befinden, für diesen Vorschlag geeignet, weil der Aufwand für eine Neukonstruktion vermieden wird. Mit der für diesen Zweck modifizierten Platine ließe sich eine Kosten und Zeit sparende  Lösung realisieren. Es bleibt eigentlich nur noch die Anpassung der Firmware. Und , das wäre auch etwas für die Elektroniker unter uns.

 (3) Da fest davon auszugehen ist, dass Digitalsteuerungen bei der Modellbahn zum Standard werden, bietet sich eine aufwendigere aber zukunftsträchtigere Lösung an. Um diese verständlich zu machen, muss ich zuvor auf die Schaltungsstruktur der üblicherweise verwendeten Digitaldecoder eingehen.

Unabhängig von dem verwendeten Digitalsystem haben sie alle einen Komplex mehrerer nacheinander arbeitenden Schaltungsblöcke (siehe Bild Blockschaltung). Deren Aufgaben sind bei allen Digitalsystemen prinzipiell gleich.

Das liegt daran, dass alle Codes zur Verschlüsselung (Kodierung) der Steuersignale rechteckige Formen der Gleisströme benutzen. Im zeitlichen Abstand der Rechtecke beziehungsweise ihrer zeitlichen Dauer werden die Steuerbits verschlüsselt. Bei der Decodierung werden die Steuerbits  zurück gewonnen.

Für diese Aufgabe nutzen die Decoder drei Hauptarbeitsstufen, die Eingangsstufe zur Trennung und Rückgewinnung von Energie und Information aus dem digitalen Gleissignal, die Verarbeitungsstufe zwecks programmmäßiger Auswertung der Steuerbefehle und Ausgabe der Stellbefehle sowie der Leistungsstufe zur Bereitstellung benötigter Stellströme.

 

Bilderklärung:

Die Eingangsstufe:  In dieser Schaltung wird aus dem digitalen Gleissignal die Information in Form von Impulsen ausgekoppelt. Gleichzeitig wird mit einer Gleichrichterschaltung aus den Rechteckpulsen des Gleissignals eine Decoder-Betriebsgleichspannung für die nachfolgenden Arbeitsstufen erzeugt.

Die Verarbeitungsstufe: Diese Stufe ist gewissermaßen ein Mini-PC mit einem Mikroprozessor. Dessen Aufgabe ist zunächst, das aus dem digitalen Gleissignal gewonnen Steuersignal zu decodieren. Dabei werden Adressen, Fahrstufen, CVs und andere Steuersignale in das Bitformat überführt. In dieser Form werden die Steuerbits vom Mikroprozessor nach seinem Betriebsprogramm ausgewertet und dann als Stellsignale an die Leistungsstufen ausgegeben.

Die Leistungsstufen: Für alle Steuerfunktionen werden Arbeitsströme benötigt, die die Leistung der Mikroprozessor-Ausgänge überlasten würden. Deshalb werden Leistungsstufen (Treiber, Booster) verwendet, die die erforderlichen Arbeitsströme erzeugen. In der Regel sind das normale Leistungstransistoren. Eine Ausnahme bildet die Steuerung der Motoren. Sie werden mit gepulstem Strom (PWM) angesteuert, um sie fein abgestuft steuern zu können. Den Takt für diese Steuerung liefert der Decoder.

 

 (4) Die Aufgaben der oben beschriebenen Schaltungen übernehmen auf der Decoderplatine angeordnete elektronische Bauelemente mit nicht vernachlässigbarem Platzbedarf. trotz Verwendung von Miniaturbauformen (SMD-Technik). Dabei handelt es sich bei den Eingangs- und Leistungsstufen um unkomplizierte Standardschaltungen mit einfacheren Bauelementen. Im Gegensatz dazu wird die Verarbeitungsstufe mit speziellen Bauelementen (teils hochintegrierte Schaltkreise) gestaltet.

Trotz Minimierung ihrer Abmessungen nehmen insbesondere die Standardelemente der Leistungsstufe wegen der  notwendigen Stromflüsse und deren Wärmeentwicklung relativ viel Platz auf der Decoder-Platine ein. Daraus ergibt sich meine Überlegung, die einfachen Bauelemente (Gleichrichter, Transistoren) an anderer Stelle zu platzieren. Das würde auf der Decoder-Platine Raum für Zusatzfunktionen schaffen, z.B. für die WLAN-Funktion.

Aber wohin mit diesen Standardschaltungen?

 

 

Das Bild zeigt die Hauptplatine eines H0-Tenderlok-Modells. Grüne Flächen könnten je nach den räumlichen Gegebenheiten oberhalb und unterhalb beschaltet werden. Die Unterseite der Platine zeigt ein ähnliches Bild der Freiflächen. Viele der hier sichtbaren Elemente entsprechen nicht mehr den aktuellen Abmessungen. 

 

Die Lösung: Mein Vorschlag ist, die genannten Schaltungselemente dem Modell angepasst  auf der Hauptplatine (Mainboard) des Modells unterzubringen. Derartige Platinen hat die Industrie schon vor der Digitalisierung zur Verteilung verschiedener Ströme im Modellfahrzeug eingeführt. Dabei wird aber die verfügbare Fläche sehr unvollständig ausgenutzt (s. Bild). Das gilt heute noch. Es liegt also nahe, diese Freiräume mit den genannten Bauelementen zu bestücken.

Mit der beschriebenen Lösung befindet sich nun auf der Decoder-Platine nur noch der Schaltungskomplex der Verarbeitungsstufe, so dass Freiraum für die WLAN-Technik entsteht. Da dieser Komplex nur kleine Ströme braucht, ist die Wärmeentwicklung der Bauelemente vernachlässigbar. Zusätzlich bietet  diese Lösung  mehr Betriebssicherheit des Decoders, da nur noch eine Betriebsspannung 5V (VCC) für verbliebenen Schaltkreise verwendet wird. Bei den herkömmlichen Decodern sind es drei (Gleissignal 18 V. gleichgerichtet 9V und 5 V).

Im Ergebnis muss sowohl der Decoder als auch die Hauptplatine des Modells den Veränderungen angepasst werden. Möglicherweise ist sogar eine weitere Minimierung der Decoder-Platine möglich.

Bei der Einführung dieses Vorschlages müsste die Industrie, Modell- und Elektronik-Hersteller, sich allerdings auf die Basis-Standardschaltungen einigen. Die, angepasst an die jeweils verwendeten Decoder-Schnittstellen, auf der Hauptplatine der Modelle untergebracht werden. Diese Schaltungen sind eigens für die Gegebenheiten der jeweiligen Hauptplatine zu entwickeln.

 Auf der Basis von Industrie-Vorschlägen kann dieser Schaltungsstandard z. B. von der Technischen Kommission des MOROP zu einer NEM erarbeitet werden.

Fazit: Für die übergangsweise oder dauerhafte Gestaltung der Hybrid-Decoder durch die Integration eines WLAN-Funkmoduls sind zwei konstruktive Wege praktikabel. Der einfachere Weg ist kurzfristig realisierbar, wobei das kleine WLAN-Funkmodul mit einem kurzen Kabel als Rucksackmodul an die Decoder-Platine angefügt wird.

Ein zweiter, zukunftsträchtiger Vorschlag verlagert die einfachen Standardelemente der Decoder auf die Hauptplatine des Modells, um Fläche für das WLAN-Funkmodul auf der Decoder-Platine zu schaffen. Diese Lösung bedarf der Vereinbarung von Schaltungsstandards, die als Innovation in jedem zukünftigen Modell verwendet werden sollten. Da die WLAN-Schaltung sich nun auf der Decoderplatine befindet, ist gegebenenfalls auf eine optimale Position im Modell zu achten.

(5) Liebe Modellbahnfreunde, aus Altersgründen bin nicht in der Lage, mit Euch in eine Diskussion einzutreten. Es wäre sicher nicht falsch, wenn Ihr Eure Meinungen direkt an die Modellbahn-Medien und/oder an die Modelleisenbahn-Verbände und die Industrie richten würdet.

Schaut auch mal bei  meiner Internetseite  www.modellbahn-steuerung.de vorbei, wenn Ihr mehr über die Modellbahnsteuerung wissen wollt.

Beste Grüße Euer Claus Dahl                                                                               Burg, den 28. Februar  2021