Alternativtext
Elektrik  

Maßgebend für den Aufbau des elektrischen Konzeptes ist die Bauform der Anlage in Segmentform, ihre Abmessungen sowie auch die Steuerung mit einem Digitalsystem. Jeder der genannten Punkte stellt eigene Anforderungen, die bei der Umsetzung berücksichtig werden wollen. Somit macht es Sinn, das Konzept der Anlagenelektrik sorgfältig zu entwickeln, um späteres Flickwerk zu umgehen.

Digitalsystem

An erster Stelle steht hier natürlich die Wahl des Digitalsystems. Im vorliegenden Fall kommt ein bereits vorhandenes Lenz-System zum Einsatz; dieses wird durch verschiedene Selbstbaukomponenten und Teile weiterer Hersteller ergänzt und an die Gegebenheiten der Anlage angepasst:

  • Zentrale
    Als Zentrale wird das vorhandene Lenz'sche Gerät verwendet (LZ100).

  • Fahrstrom
    Die Versorgung der Anlage mit Fahrstrom erfolgt über zwei Stromkreise, von denen der eine den verdeckten Bereich versorgt; der zweite ist für den sichtbaren Bahnhof zuständig. Um Schwankungen der Zuggeschwindigkeiten zwischen den Stromkreisen zu vermeiden, kommen zwei identische Booster/Trafokombinationen auf Basis des Selbstbauprojektes OpenDCC von Wolfgang Kufer zum Einsatz.

  • Steuerleitung
    Die Steuerleitung wird separat geführt. Zuerst natürlich die Überlegung, ob es direkt von der Zentrale zur Anlage gehen kann oder ob ein zusätzlicher Booster her muss: Die LZ100 kann maximal 1A aufnehmen. Wie viel "Eigenbedarf" sie hat ist der Dokumentation nicht zu entnehmen und jeder Decoder verbraucht am Eingang der Steuerleitung 10-20 mA durch den dort verbauten Optokoppler. Somit könnte es doch recht knapp werden und der Einsatz eines Boosters erscheint sinnvoll. Daran schließt sich natürlich die Überlegung an, ob die Steuerleitung, wenn sie mit einem separaten Booster verstärkt wird, nicht auch direkt der Stromversorgung der Decoder dienen kann…
    Es gibt Argumente sowohl dafür als auch dagegen (Stichwörter: Kurzschluss durch Aufschneiden einer Weiche, Lastspitzen). Ich habe mich dazu entschieden, den Decodern eine eigene Stromversorgung zu spendieren. Die Kosten sind in Anbetracht der Gesamtkosten verschwindend gering, der Mehraufwand bei der Verkabelung ist etwas größer, aber auch nicht wirklich in einem Rahmen, der diese Entscheidung grundsätzlich in Frage stellt - und ich muss mich später nicht ärgern wenn etwas nicht richtig funktioniert, weil ich ein paar Euros sparen wollte.

  • Schalt- und Lichtstrom
    Für Schalt- und Lichtstrom wird jeweils eine Versorgungsleitung gelegt, die Masserückleitung erfolgt gemeinsam.

  • X-Bus
    An jedem Segment werden zwei 5-Pol Buchsen zum Anschluss von Steuergeräten an den X-Bus angebracht, die Verbindung erfolgt mit Netzwerkkabel.

  • Rückmeldung
    Die Rückmeldung erfolgt über den Lenz'schen RS-Bus, wobei im Endeffekt nur die Gleisabschnitte mit kombinierten Gleisbesetzt- und Rückmeldedecodern überwacht werden. Da die Weichen mit Servodecodern gestellt werden, diese Decoder mit einer separaten Steuerleitung versorgt werden und zuverlässiger sind als elektromagnetische Antriebe, sollten Störungen so gut wie ausgeschlossen sein. Somit wird die Weichenstellung nur softwareseitig überwacht. Der RS-Bus wird mit abgeschirmten Kabeln separat von anderen Leitungen verlegt.

  • Software
    Primär für die Steuerung des Schattenbahnhofs aber durchaus auch für temporären Automatikbetrieb kommt eine Softwaresteuerung zum Einsatz. Wichtig dabei: Bereits vor dem Verlegen der Gleise muss der Gleisplan in sinnvolle Meldeabschnitte eingeteilt werden um späteres Nacharbeiten zu vermeiden.

Komponenten

Bei den verwendeten Decodern und Boostern handelt es sich überwiegend um im Internet veröffentlichte Selbstbauprojekte oder Bausätze. Hintergrund ist zum einen das Sparpotential bei einigen Elementen, zum anderen die Freude am Selbstbau. Im Folgenden eine kurze Aufstellung der verwendeten Bausteine, durch einen Klick auf den Link geht es zur genaueren Beschreibung.

Kabel

Abhängig von der Länge eines Kabels und dem Strom, der durch das Kabel fließt, sollte das Kabel einen bestimmten Durchmesser haben, um Erwärmungen und Spannungsabfälle zu vermeiden. Für die Anlage bedeutet dies, dass die Kabel zur Versorgung der Gleise, der Stromversorgung der Schaltdecoder sowie der Lichtstrom einen hohen Querschnitt benötigen. Die Berechnung des benötigen Kabeldurchmessers erfolgt nach der Formel I x R(Ringleitung), wobei sich der Widerstand der Ringleitung mit (2x Länge der Leitung) / (56 x mm²) berechnen lässt (56 ist dabei der spezifische Widerstand von Kupfer). Mit verschiedenen Kabeldurchmessern gerechnet:

Für alle Berechnungen wird eine Kabellänge von 2 x 2,5m (die Einspeisung in die Anlage erfolgt mittig) zugrunde gelegt.

Kabeldurchmesser 56 x mm² Widerstand
0,14 7,84 5 / 7,84 = ~0,64
0,5 28 5 / 28 = ~0,18
1,0 56 5 / 56 = ~0,09
1,5 84 5 / 84 = ~0,06

Das ganze ergibt für einen Strom von max. 4A in die erste Formel eingesetzt:

Kabeldurchmesser Widerstand Spannungsabfall
0,14 0,64 ~2,55
0,5 0,18 ~0,71
1,0 0,09 ~0,36
1,5 0,06 ~0,24


Durch die Tabelle ist ersichtlich, dass Kabel mit einem Querschnitt von 1,0 mm² oder 1,5 mm² den geringsten Spannungsabfall verursachen. Da der Unterschied nur 0,12V bei maximaler Stromaufnahme beträgt, sollte für den vorliegenden Fall ein Querschnitt von 1,0 mm² völlig ausreichen.

Elektrisches Konzept

Aus den zuvor dargestellten Überlegungen lässt sich nun ein grafisches Konzept entwickeln welches immer wieder zur Orientierung herangezogen werden kann:

Sämtliche Komponenten sind zusammen auf einem fahrbaren kleinen Schrank montiert, welcher unter die Anlage gerollt werden kann. Der Anschluss an die Anlage erfolgt am mittleren Segment, von wo aus eine Ringleitung die einzelnen Segmente der Anlage versorgt.

Segmentverbindungen

Für die Kabelverbindungen zwischen den Segmenten werden Steckverbindungen für Kabel in mit den Querschnitten 0,14mm² und 1,0mm² benötigt. Für die Steuerleitungen - also die 0,14mm² Leitungen - wird einfach ein 25-poliges, serielles Kabel aus dem Computerzubehör verwendet. Es wird in der Mitte getrennt, und die einzelnen Adern auf eine Lötleiste aufgelegt. Die Lötleiste wird einfach mit Heißkleber auf den Segmenten, auf der Gegenseite ein 25-poliger Sud-D Stecker mit einem L-Profil befestigt.

Für die 1,0mm² Leitungen kommt ein verpolungssicheres System mit dem Namen Mate-N-Lok zum Einsatz. Dieses System kann über Reichelt bezogen werden, es ist Modular aufgebaut und halbwegs günstig.

Energieversorgung

Die zentralen Elektronikkomponenten wie Trafos, Zentrale und Booster sind in einem separaten Rollwagen montiert und über Steckverbindungen mit der Anlage verbunden. Basis ist ein alter Rollcontainer, auf dessen Oberseite sich neben den oben aufgezählten Komponenten noch ein Programmiergleis befindet. In der Schublade ist Platz für diverses Kleinmaterial welches man immer man wieder benötigt, im unteren Bereich lassen sich Handbücher zu den Diversen Decodern und Digitalkomponenten in Ordnern deponieren.