Schaltung für leitende Kupplung

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Problemstellung

    Bei Nachrüstung eines Triebzuges mit Innenlicht und umschaltbaren Stirnlicht/Rücklicht hat man immer das Problem, die Leitungen durch den Zug zu führen. Benötigt werden vier Leitungen für die Funktionen, sowie weitere zwei Leitungen für das Gleissignal. Dieses ist wichtig, um einen stabilen und störungsfreien Betrieb der Garnitur sicherzustellen.
    SignalFarbeBedeutung
    Commonblau Gemeinsame Plusleitung
    F0Fweiß Lichtfunktion F0, vorn; am Steuerwagen für Rücklicht, rot
    F0Rgelb Lichtfunktion F0, hinten; am Steuerwagen für Frontlicht, weiß
    F1grün Lichtfunktion F1, Innenlicht
    TRrot Gleis, rechts
    TLschwarz Gleis, links
    Zur Verbesserung der Stromaufnahme der Lok und zum Übertragen von Lichtinformation an Steuerwagen dienen leitende Kupplungen. Diese gibt es für NEM-Schacht. Anbieter sind z.B.:
  • Tams: 2-polig und 4-polig
  • Roco: 4-polig
  • Krois: 2- bis 6-polig
  • Will man DCC, Licht vorn, Licht hinten und Innenbeleuchtung sowie Common übertragen, sind 6 Leitungen erforderlich. Diese sind nicht so einfach zu verlegen, zudem fehlen oft die Kontakte an der Kupplung.

Lösungsmöglichkeiten

DCC und Dekoder

    Man belegt die Leitungen nur mit DCC und installiert in jedem Zwischenwagen und im Steuerwagen einen Dekoder. In Summe braucht man dann zwei Leitungen, allerdings ist in jedem Wagen ein Dekoder fällig. Das ist gerade bei Adressänderungen des Zuges ein bischen lästig, die Dekoder tauchen dann parallel am Programmgleis auf.

Gepolte Gleichspannung

    Man erzeugt im Motorwagen eine gepolte Gleichspannung, die Polung gibt an, ob am Steuerwagen Stirn- oder Schlußbeleuchtung brennt. Das Innenlicht wird über Gleichrichter bei jeder Polung aktiviert. Nachteil: Das Innenlicht ist nicht separat schaltbar und die Erzeugung der gepolten Gleichspannung erfordert ein bischen Aufwand (Voll-H-Brücke). Diese Schaltung findet man z.B. im TGV von Märklin/Trix.

Digitalkodierung

    Man erzeugt im Motorwagen eine seriell kodiertes Signal. Technisch gibt es da mehrere Möglichkeiten (LIN, 1-Wire, UART, WS2811), allen gemeinsam ist, dass man sinnvollerweise dieses Kodierung direkt im Lokdekoder vornimmt. Eine solche Lösung ist daher als Nachrüstung oft aufwändig. Es gab in der Vergangenheit schon diverse Bestrebungen, einen 'Zugbus' zu normen, allerdings konnte sich die Modellbahnindustrie hier noch nicht auf einen Standard einigen. Nachdem mittlerweile verschiedene Koderierungslösungen im Markt sind, wird die Einigung nicht leichter ...

Gleichspannung mit mehreren Zuständen

    Man erzeugt im Motorwagen eine Gleichspannung, deren Höhe von den den aktivierten Funktionen abhängig ist. Diese Gleichspannung überträgt man und dekodiert die Zustände mittels eines Pegelvergleichers (Komparator) im Steuerwagen. Die Schaltung ist recht einfach und billigen Bauteilen klein aufzubauen.

Übertragung der Lichtinformation mit einer Leitung

    Nachfolgend ist eine Lösung vorgestellt, welche Licht vorne/Licht hinten auf eine Leitung zusammenzieht. Damit kann man dann mit einer 4-poligen Kupplung sowohl DCC und Licht vorne/hinten/innen übertragen.

    Idee:
    Man erzeugt sich mit einem kleinen Gleichrichter aus DCC links und DCC rechts im Steuerwagen selbst + (blau) und -. Dadurch entfällt die Übertragung von Common. Das Licht wird durch eine dreiwertige Logik übertragen, das ist möglich, weil ja nie zugleich Stirnlicht vorne und hinten brennt.

    Die Steuerleitung für das Stirnlicht hat drei Zustände:
  • High: das Schlußlicht brennt.
  • Low: Das Frontlicht brennt.
  • Middle: Licht aus.

  • Im Motorwagen wird mit einer kleinen Schaltung ein mehrwertiges Signal erzeugt:
  • Ist kein Funktionsausgang aktiviert, so fleißt weder durch den Transistor noch durch die Diode ein Strom, der Ausgang X8 'floated' und führt keinen Pegel.
  • Ist das Schlußlicht aktiviert, so fließt ein Strom durch Q4 und R2. Damit macht der Transistor auf und R5 zieht den Ausgang mit 1k nach Plus.
  • Ist das Stirnlicht aktiviert, so fließt ein Strom durch D3 und R6 und zieht den Ausgang nach unten.


  • Die Empfängerschaltung besteht im Kern aus einem einfachen Komparator LM393. Der Eingang wird durch zwei Widerstände auf Mittenpegel gehalten, C4 filtert eventuelle Störungen weg. Mittels dreier Widerstände in Serie (RN1B, RN1C und RN1D) werden die Vergleichspegel generiert.
  • Liegt der Eingang frei bzw. ist auf Mittenpegel, so sind beide Komparatorausgänge auf Low und die Transistoren sind gesperrt.
  • Liegt der Eingang auf Plus, schaltet IC1B, dessen Ausgang wird von RN1A hochgezogen und Q2 leitet, der Ausgang R wird aktiv.
  • Liegt der Eingang auf GND, schaltet IC1A, dessen Ausgang wird von RN9D hochgezogen und Q1 leitet, der Ausgang F wird aktiv.
  • Die Versorgungsspannung dieser Schaltung wird einfach mittels eines kleinen Gleichrichters aus der Gleisspannung gewonnen. Insgesamt ist das eine sehr einfache und billige Schaltung, die Bauteile kosten nur ein paar Cents.

Layout

    Diese einfache Schaltung läßt sich auf kleinem Raum unterbringen:

    Die Sendeschaltung ist nur 6,5*8mm groß.



    Die Empfangsschaltung mit Gleichrichter und großen Lötaugen zum einfachen Anlöten der Leitungen von der Kupplung und von den Radschleifern kommt mit 23 x 9mm aus. Sie ist nur einseitig bestückt.
    Die Bauteile sind in SMD, Diode und Transistoren in SOT23, für den Komparator ein MSOP8-Package und für die Widerstände 4-polige Netzwerke, so konnte das als kleine Platine realisiert werden.

Anschluß