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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsversorgung Modeleisenbahn


Autor: Stefan_KM (Gast)
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Hallo zusammen.

Ich möchte gern meine Spannungsversorgung für die Modeleinsenbahn 
verbessern. Ich habe bisher das Problem, dass bei einer fest 
eingestellten Spannung am Trafo eine Lok mit einer gewissen 
Geschwindigkeit fährt. Fährt nun eine zweite Lok, fahren beide langsmer 
als allein. Also die Loks teilen sich die Leistung.

Jetzt möchte ich aber dass beide Loks immer gleich schnell fahren, egal 
ob nur eine fährt oder beide zusammen fahren.

Wie stelle ich das am Besten an? Hat jemand eine Idee?

Danke

Autor: Gast (Gast)
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Bleibt denn die Spannung konstant, wenn die 2.Lok mitfährt oder geht sie 
runter?

Autor: antwortet auch auf blöde fragen (Gast)
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das wird so einfach mit deinem Normalen Trafo nicht funktionieren.

Liess mal nach was einen Parallelschaltung macht.
Die Motoren der Loks kannst du einfach mal als Widerstände 
betrachten(ist eigentlich eine Induktive Last, aber das ist für die 
Verständnisfrage erstmal nicht wichtig)

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Ich glaube die Spannung bleibt konstant.
Kann ich zur Zeit nicht nachprüfen.

Wieso?

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Brauche ich einer steuerbare Konstantspannungsquelle (in Abhängigkeit 
der Trafospannung), oder eine Konstandstromquelle (in Abhängigkeit der 
Trafospannung)?

Gibt es vielleicht auch was fertiges?

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Ich bin mir sicher, daß die Spannung ´runtergeht, wenn Du die zweite Lok 
auf das Gleis stellst. Was Du brauchst, ist also ein Spannungsregler und 
einen Trafo, der dauerhaft mindestens 5V mehr ausgibt, als Du mit dem 
Spannungsregler einstellst, also 17V nach der Gleichrichtung, wenn Du 
12V haben willst. Den Spannungsabfall über dem Gleis kannst Du damit 
allerdings nicht kompensieren. Ist Dein Gleis und/oder die Zuleitung 
sehr lang, wirst Du noch einen gewissen Geschwindigkeitsabfall bemerken.

Autor: Jens G. (jensig)
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Du kannst auch versuchen, den Spannungsregler auch noch stromabhängig zu 
machen (sozusagen stromkompensiert). D.h., wenn mehr Strom fließt, dann 
gibt der Spannungsregler etwas mehr Spannung ab (aber nur etwas - nur 
soviel, daß der Spannungsabfall über Leitungen/Schienen kompensiert 
wird). Das wird/wurde wohl bei einfachen Motorregelungen 
(Kassettenrecorder) so gemacht.
Da die Loks allerdings immer un unterschiedlicher bzw. undefinierter 
Stelle sind, sind auch die Stromwege und damit auch die Spannungsabfälle 
immer noch unterschiedlich. Aber zumindest teilweise ließe es sich damit 
schon stabilisieren.

Autor: Michael Neumayer (neumi)
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Hallo!

Erst mal ein paar Fragen zu deiner Modellbahnanlage:
1.) Ist es eine Gleichstromanlage (z.B.: Fleischmann, Roco,...) oder 
eine Wechselstromanlage (z.B.: Märklin)
2.) Ist es eine analoge Anlage oder eine digitale?

Einen Tipp als Maßnahme gegen den Spannungsabfall auf den Gleisen kann 
ich dir aber auf jeden Fall geben: Verlege parallel zu den Gleisen 
Kupferdrähte mit einem Querschnitt von 1,5mm² oder besser 2,5mm² und 
schließe diese alle 2-3m an die Gleise an. Haben wir bei unserer 
Modellbahnanlage zum Beispiel so gemacht.

lg neumi

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Hallo.

Es handelt sich bei meiner Anlage um eine analoge Anlage von Fleischmann 
(die Schienen sind von Fleichmann). Mein Trafo ist ein alter Trafo aus 
DDR Zeiten.

Die Gleise haben doch schon an sich einen hohen Querschnitt. Mit 
Sicherheit 1mm² oder größer. Und meine Anlage hat in Summe vielleicht 
15-20m Gleis.

Autor: Michael Neumayer (neumi)
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Ok bei 15-20m Gleis ist das vieleicht nicht unbedingt notwendig. Unsere 
Anlage ist größer und unser Gleismaterial ist von Roco und aus Neusilber 
(aus Korrosionsgründen) und hat deswegen einen wesentlich größeren 
Widerstand als Kupfer.

Die wahrscheinlich beste (und leider auch aufwendigste und teuerste) 
Lösung für das Problem wäre die Anlage auf digital umzurüsten. Es gibt 
digitale Fahrregler die so eine Geschwindigkeitsregelung schon 
integriert haben.

Wenn eine Umrüstung auf Digitaltechnik nicht in Frage kommt (Aufwand, 
Preis) würde ich einen elektronischen Fahrregler empfehlen. Diese 
arbeiten nicht mit einem einstellbaren Trafo, also einer veränderbaren 
Spannung sondern mit einer Pulsweitenmodulation (PWM), das heißt mit 
einer konstanten Spannung aber einem veränderbaren Tastverhältnis. Man 
kann sich das so Vorstellen:
+15V      _       _
         |  |     |  |
0V  _____|  |_____|  |_____  ist eher langsam (kleiner Effektivwert)

+15V   ____    _____    _
      |     |  |     |  |
0V  __|     |__|     |__|    ist schneller (größerer Effektivwert)

Bei vielen elektronischen Fahrreglern kann man den benötigten Trafo 
extern anschließen, und kann so je nach Bedarf Trafos von 20V bis 50VA 
und mehr verwenden. Außerdem ist das Langsamfahrverhalten der Loks bei 
elektronischen Fahrreglern wesentlich besser, da sie immer die volle 
Spannung bekommen und nur der Effektivwert verändert wird.

Leider verschwinden die elektronischen Fahrregler immer mehr vom Markt, 
weil sich die Digitaltechnik mehr und mehr durchsetzt. Ein guter 
elektronischer Fahrregler war z.B. der Roco ASC2000, der jedoch leider 
nicht mehr erhältlich ist. Man könnte sich so einen Fahrregler 
allerdings mit einem Mikrocontroller und einem Motorbrücken-IC relativ 
leicht selbst bauen. Ich hab auch schon mal mit der Planung eines 
solchen Fahrreglers begonnen, aus Zeitmangel steht dieses Projekt im 
Moment allerdings mehr oder weniger.

hoffe ein wenig Licht ins Dunkel gebracht, und nicht alle Klarheiten 
beseitigt zu haben ;-)

lg neumi

P.S.: An alle Regelungstechniker, ein Fahrregler ist vom 
regelungstechnischen Standpunkt aus kein Regler sondern nur eine 
Steuerung, weil es keinen geschlossen Regelkreis gibt. Der heißt nur so, 
warum auch immer.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Die Gleise haben doch schon an sich einen hohen Querschnitt. Mit
>Sicherheit 1mm² oder größer.

Das mag sein .
Aber 1. sind die nicht aus Kupfer
und 2. hast du ca. alle 20 cm einen Schienenverbinder und da je nach 
Qualitaet und Alter einen Spannungsabfall.

Gruss Helmi

Autor: Michael Neumayer (neumi)
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Weil mein Versuch die PWM mit ASCII-Zeichen zu erklären leider nicht so 
aussieht wie ich mir das vorgestellt habe, hab ich jetzt zwei 
Oszillogramme vom ASC2000 als Bild angehängt. Links sieht man eine 
langsame Einstellung also mit einem kleinen Effektivwert, und rechts 
eine schnellere Einstellung mit einem größeren Effektivwert.

P.S.: Die Oszillogramme wurden im unbelasteten Zustand gemessen, im 
Betrieb sieht das PWM-Signal klarerweise nicht mehr so schön aus aber 
für die Erklärung ist es so glaub ich besser.

Autor: Jens G. (jensig)
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>P.S.: An alle Regelungstechniker, ein Fahrregler ist vom
>regelungstechnischen Standpunkt aus kein Regler sondern nur eine
>Steuerung, weil es keinen geschlossen Regelkreis gibt. Der heißt nur so,
>warum auch immer.
weil das normale Volk eben keinen Unterschied zwischen beiden sieht - 
hat sich eben so eingebürgert. Wobei - ganz unrecht hat ja das gemeine 
Volk da gar nicht so sehr. Bei einer Steuerung, die der Mensch bedient, 
schließt sich der Regelkreis über eben diesen. Wenn du die Lok auf eine 
bestimmte Geschwindigkeit bringen willst, dann bist du es, der hier den 
Soll-Ist-Vergleich macht. Also Regelung ;-)

Autor: Michael Neumayer (neumi)
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@ Helmi:
Das Problem mit den Schienenverbindern kann man ein bisschen entschärfen 
indem man diese verlötet. Das setzt allerdings voraus, dass man die 
Schienen löten kann (mit Neusilber geht es, mit irgendwelchen 
Stahllegierungen nicht).

Aber wie schon gesagt die massiven Kupferdrähte sind auf jeden Fall 
besser als die Schienen selbst. Und die 20Eur die 2 Rollen Kupferdraht 
im Baumarkt kosten sind auch nicht die Welt.

Autor: juppi (Gast)
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Stefan_KM (Gast)

>Es handelt sich bei meiner Anlage um eine analoge Anlage von Fleischmann
>(die Schienen sind von Fleichmann). Mein Trafo ist ein alter Trafo aus
>DDR Zeiten

Die DDR Trafos haben große U-Änderungen bei Belastung.(besser nicht mehr 
einsetzen)

Macht Ihn doch nicht meschucke.

Wie meine Vorredner.
mehrere Gleiseinspeisung.

Einen Gleichspannungsregler nach deinen Trafo.
Conrad zeigts es dir oder einer von hier.

Autor: Wolf (Gast)
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So ist es, die Spielzeugtrafos sind alle so gebaut, hat nichts alt und 
DDR zu tun.
Sie müssen kurzschlußfest sein und das wird anderem Blechaufbau bewirkt.

Autor: Wolf (Gast)
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Es fehlen 2x "mit".

Autor: Paul Baumann (Gast)
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Diese Franstormatoren, äh Transformatoren haben einen Doppel-L-Kern. Auf 
einem Schenkel befindet sich die Sekundär- und auf dem anderen die 
Primärwicklung. Vorteil: Es kann keinen Wicklungsschluß geben und der 
Bediener ist geschützt. Sie sind auch (wie oben schon gesagt) 
kurzschlußfest.
Nachteil: Bedingt dadurch ist die Kennlinie sehr "weich" und die 
eingebaute
Graetzbrücke aus Selen tut ein Übriges.

MfG Paul

Autor: juppi (Gast)
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Hallo

Ob das den Fragenden Interessiert?

Wolf (Gast)

sehr gut  1

Autor: Michael Neumayer (neumi)
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juppi wrote:

> Macht Ihn doch nicht meschucke.

Ich wollte in nicht "meschucke" machen. Er hat gefragt welche Lösungen 
es für sein Problem gibt und ich habe ihm die aufgezeigt die ich kenne, 
bzw. sogar selbst verwende und die auch gut funktionieren.

> Wie meine Vorredner.
> mehrere Gleiseinspeisung.

Das ist nicht alleine auf meinem Mist gewachsen. Das machen viele 
Modelleisenbahner mit größeren Anlagen so, und es steht auch in einigen 
Büchern zu dem Thema. Und dass Neusilber mit Schienenverbindern einen 
wesentlich größeren spezifischen Widerstand als Kupfer hat kann man wohl 
nur sehr schwer abstreiten. Bei Belastungsspitzen von einigen Ampere 
kann sowas durchaus eine Rolle spielen.

> Einen Gleichspannungsregler nach deinen Trafo.
> Conrad zeigts es dir oder einer von hier.

Ein Gleichspannungsregler ist in diesem Fall ganz sicher fehl am Platz! 
Bei Modelleisenbahnen will man die Geschwindigkeit der Züge im 
Normalfall einstellen können. Soweit noch kein Problem, es gibt ja 
einstellbare Spannungsregler werden jetzt manche sagen (LM317,...). Ja 
die gibt es. Nur sind die für etwas anderes gedacht. Mit 
Spannungsreglern erzeugt man stabilisierte Gleichspannungen, wie man sie 
zum Betrieb von elektronischen Schaltungen braucht. Dem Motor in der Lok 
ist die Restwelligkeit der Spannung allerdings mehr als egal! Nur die 
Verlustleistung im Regler ist bei langsamen Geschwindigkeiten gewaltig! 
Außerdem sind Spielzeugtrafos wie schon erwähnt absichtlich 
kurzschlussfest gebaut (Spannung nimmt bei großer Belastung stark ab) 
also würde der Spannungsregler unter Umständen ohnehin nicht 
funktionieren, da dieser einen Spannungsabfall je nach Typ von ein paar 
Volt benötigt.

Entweder man bleibt beim einfachen "Spielzeugstelltrafo" und findet sich 
mit dem "bescheidenen" Verhalten ab, oder man verwendet einen guten 
elektronische Fahrregler oder baut die Anlage auf Digitaltechnik um.

Autor: juppi (Gast)
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@Michael Neumayer (neumi)

Stefan_KM  will mehrere Loks laufen lassen.

Er hat jetzt noch DDR Trafos.

Das billigste und einfachste ist nun mal ein "Gleichspannungssteller".

Macht doch nicht immer alles Hoch wissendschaffendlich daraus(nicht bös 
gemeint)
Bei C schon ab 5 Eus.
Wenn der Steller einmal hier nicht gebraucht wird, auf einer Modellbahn
wird er immer benötigt.

P.S. Lassen wir doch erst einmal Stefan_KM  Antworten.

Gruß

Autor: -_-_-_ (Gast)
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Guten Tag

Zu meiner Anlage:
Ich habe bei meiner Anlage Gleise von Rocco.
Die sind aus Messing und haben den Vorteil dass sie keine 
Mehrfachspeisung benötigen.
Außerdem schaun die Schienen inzwischen durch die Patina originalgetreu 
aus.
(Die meißten anderen Hersteller verwenden damals beim Erstellen der 
Anlage Stahlschienen.)
Ich verwende 5 Stromkreise die durch Kleinbahntraffos gespeist werden.
(Die guten, alten mit Stromabnehmer auf der obersten Traffowicklung.)

Ich habe mehrere Stromkreise weil ich das gleiche Problem hatte wie 
Stefan_KM.

Dass beide Loks langsamer fahren hat den gleichen Grund wie bei mir.
Wir beide verwenden ungeregelte Traffos und da bricht die Spannung 
unweigerlich ein wenn man sie belastet.
Aber auch wenn Stefan_KM neue, geregelte Traffos oder gleichwertiges 
verwendet, werden beide Loks nie gleich schnell fahren, da die Locks 
alle normalerweise eine unterschiedliche Übersetzung, andere 
Motorleistungen,... haben.
Selbst gleiche Modelle vom gleichen Hersteller werden immer etwas 
unterschiedlich schnell sein.

Es gibt für dieses Problem nur 3 Lösungsmöglichkeiten.

Die 1. Möglichkeit ist, dass man mehrere Stromkreise verwendet auf denen 
je eine Lock, bzw. ein miteinander gekoppelter Verband fährt.
Wenn man hier im Verband fährt, sollten beide Loks annähernd gleich 
schnell fahren, da immer eine die andere anschiebt/abschleppt und 
dadurch belastet wird.

Die 2. Möglichkeit ist, alles (zumindest den Lok-Betrieb) auf digital 
umzustellen.
Dies kann man mit Fertigmodulen oder selbst mit einem Can-Bus ähnlichen 
Bus machen.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Dies kann man mit Fertigmodulen oder selbst mit einem Can-Bus ähnlichen
>Bus machen.

Da wuerde ich doch sagen das man bei den etablierten Standarts bleibt.
Bei 2 Leiterbahnen halt DCC und bei 3 Leiter Motorola- Maerklin.

Auch in echt ist ja nicht jede Lok gleich schnell. Bei den Digitalen 
Loks kann man aber innerhalb der Lok in deren Controller die maximale 
Hoechstgeschwindigkeit und auch die Kennlinie einstellen.

Gruss Helmi

Autor: -_-_-_ (Gast)
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>>Auch in echt ist ja nicht jede Lok gleich schnell
Desswegen gibt's da ja auch eigene Abschnitte auf der nur eine Lok bzw. 
ein Verband fährt.
Es wird in der wirklichen Weld also soetwas wie die 1. von mir 
vorgeschlagene Lösung verwendet, nur dass im Modellbau normalerweise 
jedem Stromkreis eine gesammte Fartstrecke (Kreis) zugewiesen ist.
Außerdem ist normalerweise, wenn mehrere Loks im Verband fahren alle bis 
auf eine im Leerlauf.
Die Ausnahme ist, wenn die Antriebsleistung nicht ausreicht.
Da tritt aber der von mir beschriebene Zieh-Schibefekt auf.

Ich kenne den ein oder anderen Modellbauklubb der nicht die 
vorgefertigten Digital-Module verwenden, da die ihnen nicht genug 
können.
(Meines wissens nach verwenden die eine Art Can-Bus.)
Z.B. ist bei den meißten Digitalsystemen kein Rückkanal vorgesehen.
Außerdem sind fertige Digitallösungen nicht gerade für Flexibilität 
bekannt und können nicht für diverse Zusatzaufgaben erweitert werden.

Autor: Michael Neumayer (neumi)
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-_-_-_ wrote:
>>>Auch in echt ist ja nicht jede Lok gleich schnell
> Die Ausnahme ist, wenn die Antriebsleistung nicht ausreicht.
> Da tritt aber der von mir beschriebene Zieh-Schibefekt auf.

Das ist so seit es Zugbus gibt nicht mehr wirklich gültig. Die meisten 
halbwegs modernen Loks sind mit Steuerrechnern ausgestattet die dafür 
sorgen, dass dieser Effekt nicht auftritt. Deswegen braucht so ein 
Verbund auch nur einen Lokführer und nicht einen pro Lok.

Autor: Guru (Gast)
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@-_-_-_:

schau mal, man mach sich schon über dich lustig:
Beitrag "Wiederstand und Standart zensieren"

Autor: oszi40 (Gast)
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Eigentlich hat Stefan 2 Probleme:

1. Einen schwächlichen Modellbahntrafo und etwas Spannungsabfall 
unterwegs
Das kann evtl. mit dickerm Draht gelöst werden wie oben beschrieben.

2. Loks die bei gleicher Spannung unterschiedlich schnell unterwegs 
sind.

Dafür sehe ich nur 2 Lösungen:

A=Schnelle Lösung:
Blockstellen einbauen, damit man der zu schnelle Zug gelegentlich 
angehalten werden kann.

B=Digitale Lösung:
Gleis ständig unter Spannung und alle Loks mit PWM +Digitaltechnik 
ausrüsten. Dabei sind jedoch ähnliche Spannungsprobleme wie im 
Kfz-Bereich zu betrachten, da einige Induktivitäten im Spiel sind.
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23
Also entweder Fertiglösung eines namhaften Herstellers suchen oder 
"persönliche Forschungsarbeit" daraus machen.

Autor: juppi (Gast)
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Guru (Gast)

Man macht sich nicht über den Urheber lustig, bloß weil das Teil
in diesen Thread gelandet ist.


Leute!
Noch mal: Es geht nicht darum das die Loks gleich schnell fahren sollen.
...sonder das beim zuschalten einer Lok die schon fahrende langsamer 
wird.
Oder beim abschalten schneller.

gruß

Autor: juppi (Gast)
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oszi40 (Gast)

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23


Dein Link ist gut, kannte DIESEN noch nicht.

gruß

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Danke Leute für eure Anregungen.

Ich muss nochmal einiges klarstellen.
Zunächst hat juppi recht, wenn er sagt, dass die Loks nicht gleich 
schnell fahren sollen, sondern die erste Lok nicht langsamer wird wenn 
eine zweite Lok hinzu kommt.

Zum zweiten habe ich analoge Loks (PIKO aus DDR Zeiten) die sich nur 
schwer auf einen Digitakdekoder umbauen lassen. Daher wäre mir die eine 
Lösung bei der ich nich umstellen muss am liebsten. Z.B. mit einem PWM- 
Signal (danke für die Erklärung, aber ich weiß was ein PWM ist).

Als nächstes habe ich mehrere Blöcke um die Schnelleren Loks nicht 
auffahren zu lassen. Aber dsa Problem bleibt, da am einer Steigung die 
Loks nicht mehr hoch fahren, weil die Belastung des Trafos zu hoch ist 
(bei mehreren Loks). Blöd ist dann nur, wenn die zweite Lok stehen 
bleibt, fährt die erste wieder schneller, bis die zweite Lok wieder 
freigegeben wird.

Ich könnte als erstes meine Einspeisung verbessern nur weitere 
Einspeiszungspunkte an den Gleisen (habe ich zwar schon gemacht, aber 
vielleicht nicht ausreichend.

Dann könnte ich versuchen größere Kabelquerschnitte zu verwenden. Ich 
glaube ich habe bisher um die 0,14mm² verwendet. Ist vielleicht doch ein 
bißchen zu wenig. Zumindest für den Fahrstrom.

Jetzt noch eine Frage. Wenn ich mit einem PWM arbeite, muss dieses 
Signals dirrekt auf die Schinen gelegt werden, oder muss das Signal noch 
durch einen Tiefpass integriert werden?

Danke

Autor: Michael Neumayer (neumi)
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Das PWM-Signal kann direkt auf die Schienen gelegt werden. Die 
Tiefpasscharakteristik hat der Motor ohnehin selbst.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Bedingt. Ein 100nF Kondensator parallel zum Motor und eine Diode 
antiparallel zur gerade anliegenden Gleispolarität steigern die 
Fahrfreudigkeit der Lok ungemein. Ohne diese "Hilfsmittel" fährt sie 
ziemlich lustlos und erst bei weiteren Pulsbreiten los. Mit den 
Maßnahmen fährt sie butterweich und kraftvoll. Wir haben eine größere 
Anlage mit PWM 19kHz in Betrieb und kennen die Probleme und Lösungen.

Autor: Eddy Current (Gast)
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"antiparallel zur gerade anliegenden Gleispolarität"

Oh, wie praktisch. Damit wird der Fahrtrichtungswechel zur Lötaktion... 
:-) Naja, nun mal im Ernst: Sollte so eine Freilaufdiode wenn dann nicht 
schon im Fahrpult eingebaut sein?

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Jain. Bei Vollbrücke ja, bei einfachem MOSFET und 
Richtungswechsel-Relais kommt sie vor das Richtungswechselrelais und 
wird - praktischerweise - jedesmal mit umgeschaltet. Vorzugsweise sollte 
man Schottky-Dioden einsetzen, da sie schneller schalten und bei 
niedrigeren Spannungen leiten.

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