Digitaltechnik leicht verständlich erklärt

Es gibt eine Vielzahl von guten Internetseiten auf denen die Digitaltechnik sehr gut erklärt wird. Dennoch erreichen mich immer wieder Fragen zu diesem Thema. Da ich noch gut in Erinnerung habe, wie schwer ich mich damals damit getan hatte, habe ich hier mal versucht die Digitalgeschichte mit verständlichen Worten zu beschreiben.
Dem Fachmann werden vermutlich die Haare zu Berge stehen, aber wie schon gesagt, Seiten mit genauer Erklärung und einem Haufen Fachausdrücken gibt es ja schon. Hier lesen Sie nichts über Rechteckspannungen oder sonstwas Fachchinesisches, sondern ich versuche es mal Kindgerecht.

Betrachten wir erst mal das Althergebrachte, sprich Analog.

Die Lok steht auf dem Gleis und der Motor ist über Kabel und Schleifer direkt mit den beiden Schienen verbunden.
Der Trafo wandelt die 230 Volt Wechselstrom (~) aus unserem Hausnetz in 0-12 Volt Gleichstrom (=), je nach Reglerstellung, um.

Drehen wir zum Beispiel den Reglerknopf nach rechts, gibt der Trafo eine Gleichspannung an das Gleis und die Lok fährt in eine bestimmte Richtung. Wenn sie mit Licht ausgestattet ist, wird dieses vorne und hinten aufleuchten. Je mehr der Regler nach rechts bewegt wird, je höher die ausgegebene Spannung und desto schneller fährt die Lok. Das Licht der Lok wird dadurch ebenfalls heller.

Soll die Lok in die andere Richtung fahren, muß der Regler zurück auf Null und dann in die andere Richtung gedreht werden. Dadurch vertauscht der Trafo die Polarität und der Motor dreht anders herum, die Lok fährt in die andere Richtung.

So einfach so gut.

Aber bei dieser Methode werden eben “alle” Loks die gerade auf dem Gleis stehen gleichzeitig in die ein oder andere Richtung losfahren. Ein Spielbetrieb mit mehren Loks und / oder Personen ist so nur schwerlich möglich.

Was ist nun bei Digital anders?
Wir haben wieder unser Gleis mit einer Lok. Ebenso einen Trafo, aber ohne Regler. Dann etwas neues, eine “Zentrale”. Die hat dann wieder einen Regelknopf. (manche auch 2) Der Trafo gibt aber keinen Gleichstrom aus, sondern 16 Volt Wechselstrom. dieser geht in die Zentrale und von dort direkt zum Gleis, ohne das wir einen Einfluß darauf haben. Das Gleis steht also immer unter ca. 16V ~.

Halt, werden Sie nun zu Recht sagen. Die Loks haben doch Gleichstrom Motoren und wie soll ich denn nun die Geschwindigkeit regeln?

 

Hier kommen nun kleine Helferlein ins Spiel, die Lokdecoder.

Anders als bei der Analogen Lok, sitzt zwischen Motor und Gleis nun ein Decoder. Den kann man als kleinen computergesteuerten Trafo bezeichnen. Er bekommt also die 16V~ und erwacht damit zum Leben. Er lauscht nun ständig am Gleis auf Befehle.
Hm, was für Befehle werden Sie denken. Die Zentrale wäre ja Nutzlos, wenn nur 16V~ in das Gleis gehen würden. Denn das macht ja schon der Trafo. Also sehen wir uns die Zentrale mal näher an. Da gibt es unter anderem auch ein Tastenfeld mit Zahlen. Hier kann man eine Lokadresse eingeben. Was ist das denn nun schon wieder? Nun, nichts anderes als der Name eines Decoders. Er will ja angesprochen werden, ehe er seine Arbeit aufnimmt. Denn beim Digitalbetrieb können wir beliebig viele Loks mit Decodern auf ein und das selbe Gleis stellen. Eigentlich “nur” ca. 10.000 Stück. Aber das wird wohl bei keinem von uns der Fall sein. Jeder braucht daher seinen eigenen Namen in Form einer Nummer. Tippen wir nun diese Nummer in die Zentrale und bestätigen mit OK, schickt die Zentrale einen Code zusammen mit dem Wechselstrom ins Gleis.

Sehen wir uns das mal näher an einem Beispiel an. Wir haben 2 Loks auf dem Gleis und beide lauschen auf Befehle. Eine Lok hört auf den Namen “25” und die andere auf “12”. Nun wollen wir mit Lok 25 fahren. Also tippen wir an der Zentrale die Nummer 25 ein und bestätigen mit OK. Die Zentrale fragt nun im Gleis nach ob sich jemand angesprochen fühlt und der Decoder in der Lok 25 wird “hier” schreien. Nun geben wir am Reglerrad der Zentrale eine Richtung und eine Geschwindigkeit vor. Die Zentrale wandelt das in Befehle für den Decoder Nr. 25 um und schickt diese ins Gleis. Der Decoder versteht die Sprache und beginnt mit seiner Arbeit. Das heißt, er macht das was wir früher am Trafo getan haben. Er wandelt aus den 16V~ nun die benötigte Spannung für den Motor der Lok in Gleichstrom um und gibt diesen in der richtigen Polarität an den Motor weiter.
Lok Nummer 25 wird nun mit der von uns an der Zentrale eingestellten Geschwindigkeit und der vorgegebenen Richtung losfahren. Aber eben nur diese eine Lok. Lok Nummer 12 zeigt sich davon unbeeindruckt und wird solange verharren bis wir Ihren Namen an der Zentrale aufrufen. Dazu gibt es 2 Möglichkeiten. Die erste wäre das wir die Lok Nr. 25 wieder anhalten lassen und dann die Lok Nr. 12 aufrufen um sie zu steuern. Die 2. Möglichkeit wäre das wir Lok Nr. 25 mit der vorgegebenen Richtung und Geschwindigkeit weiter fahren lassen und an der Zentrale einfach Lok 12 eintippen und bestätigen. Dann wird Lok 25 unbeeindruckt von allem was nun passiert weiterfahren und wir können Lok 12 beliebig steuern. Das heißt, wir können sie hinter Lok 25 herfahren oder aber in die andere Richtung davoneilen lassen. Lok 25 wird so lange ohne unser zutun weiterfahren, bis wir sie wieder über die Zentrale mit der Nummer 25 ansprechen. Da so ein Lokmotor aber auch Strom verbraucht, den die Zentrale nicht unbegrenzt zur Verfügung stellen kann, ist bei 5 bis 6 Loks die gleichzeitig in Bewegung sind Schluß. Aber so viele Loks auf einer Anlage im Auge zu behalten ist schon Schwerstarbeit für einen alleine und mit nur einem Regler. Manche Zentralen bieten da schon 2 Regler in einem Gerät an, aber an allen Zentralen können noch zusätzliche Handregler angesteckt werden. So steht einem Spielspaß mit der Familie oder den Nachbarn nur noch die Stromkapazität der Zentrale gegenüber. Aber dafür gibt es Verstärker, sogenannte Booster.

Doch was ist mit dem Licht der Loks? So ein Lokdecoder hat zum Glück auch noch 2 Anschlüsse für die beiden Loklampen. Über eine Funktionstaste an der Zentrale können wir der ausgewählten Lok nun mitteilen ob sie mit oder ohne Licht fahren soll. Sagen wir Ihr “Licht an”, dann wird sie mit Licht fahren. Es werden auch nicht wie beim Analogbertieb beide Lampen leuchten, sondern nur die in Fahrtrichtung. Sie leuchtet stets mit voller Leuchtkraft, da die Spannung am Gleis ja immer 16V beträgt. Auch wenn die Lok steht leuchtet die Lampe weiter. So lange bis wir sie per Funktionstaste wieder ausschalten. Schöner Nebeneffekt ist, das auch alle Personenwagen mit Innenbeleuchtung ständig mit voller Lichtstärke leuchten.

Noch kurz zu den Namen / Adressen der Decoder. Jeder Decoder kann von uns über die Zentrale auch programmiert werden. So können wir jedem Decoder eine eigene Adresse aufspielen. Dazu aber am Ende mehr.

Schon eine tolle Erfindung dieses Digital. Aber das war noch lange nicht alles. Kommen wir nun zu den Weichen. Diese können wir weiterhin Analog betreiben und Digital nur fahren, oder wir machen beides Digital.

Hier sehen wir die herkömmliche Anschlußart. Über 2 Tasten des Stellwerkes wird die Weiche entweder auf “Gerade” oder auf “Abzweig” geschaltet. Das klappt beim reinen Digital Fahrbetrieb auch weiterhin so. Um die Weichen aber auch Digital über die Zentrale schalten zu können, müssen wir sogenannte “Weichendecoder” einbauen.

An diese Weichendecoder können nun bis zu vier Weichen angeschlossen werden, die alle eine eigene Adresse bekommen. Das Digitale Signal bekommt der Decoder direkt vom Gleis oder per separaten Kabeln aus einer Ringleitung. Den Strom zur Weichenschaltung kann bei einigen Decodern über eine E-Buchse von einem 2. Trafo eingespeist werden. Das ist Sinnvoll, da die Stromlast der Weichenantriebe nicht auch noch dem knappen Digitalstrom entnommen werden muß. Nun kann an der Zentrale die Weichenadresse angesprochen werden und die Weiche gestellt werden. Richtig Sinn macht das digitale Schalten allerdings erst in Verbindung mit einem Computer. Dazu reicht schon ein ausgedienter 200MHz Rechner.

Wer eine große Anlage hat, auf der mehr als 5-6 Loks gleichzeitig fahren sollen, der kann sie in 2 oder mehr Stromkreise aufteilen. Die Stromkreise müßen komplett isoliert sein. An den 2. und jeden weiteren Stromkreis kommt dann ein Booster der nach obigen Schaubild angeschlossen wird. Er versorgt seinen Stromkreis mit einem eigenen Trafo und gibt die Befehle der Zentrale an diesen weiter. Die Trennstelle kann problemlos mit den Loks überfahren werden.

Hier sehen wir nun die digitale Highend Lösung. Mittels eines Gleisplanprogrammes werden die Weichen mit der Maus am Bildschirm gestellt und die Loks können entweder per Zentrale, per Zusatzregler oder ebenfalls per PC gefahren werden. So ist es auch möglich nicht nur einzelne Weichen, sondern komplexe Weichenstrassen zu steuern.

Nachtrag:

Ich bin hier bewußt nicht auf Feinheiten wie die Programmierung der Decoder oder gar die verschiedenen Systeme wie MM, SX und DCC eingegangen. Dazu machen Sie sich bitte an geeigneterer Stell schlau. Ich wollte hier nur ganz grob und einfach den Unterschied zwischen Analog und Digital darstellen.
Ich habe alles sehr vereinfacht beschrieben, so kommt es letztendlich auf die verwendete Zentrale an mit welcher Spannung sie arbeitet. Ich schreibe hier nur 16V~, es ist aber etwas komplizierter. Ich wollte ja nur aufzeigen, wozu ein Digitalsystem in der Lage ist. Um das alles genau und gewissenhaft zu beschreiben, muß man schon einen dicken Wälzer füllen. Auch kann nicht jede Zentrale direkt an einen Computer angeschlossen werden, einige brauchen dazu ein externes Interface. Darüber machen Sie sich bitte im Fachhandel schlau. Ich kann und will hier keine Werbung für eine bestimmte Firma machen.
Das man den Lokdecodern noch vielerlei Sachen entlocken kann sei nur kurz angeschnitten:

So können Sie jeder Lok für jede Richtung eine eigene “Höchstgeschwindigkeit” verpassen. Ebenso eine Mindestgeschwindigkeit. Das Licht kann gedämmt werden, Beschleunigungskurven und Verzögerungen können programmiert werden. Es gibt Decoder mit Lastregelung, das heißt sie geben Bergauf selber mehr Gas und bremsen Bergab die Lok und und und....

Ich hoffe jedoch mit den simplen Ausführungen auf dieser Seite können Sie sich nun vorstellen was mit Digital machbar ist.