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Märklin / TRIX Power-Pack


Märklin / TRIX Power-Pack

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infoSeit einiger Zeit befindet sich in Märklin/TRIX Lokomotiven so ein seltsamer, mit schwarzem Schrumpfschlauch ummantelter Block. Wer wissen will, was es damit auf sich hat, ist hier richtig und findet dazu die notwendigen Infornationen.

at work

Dieses Modul soll dafür sorgen, dass die Lokomotiven bei kurzzeitigem schlechtem Gleiskontakt ungestört weiterfahren.

Inhalt

In diesem Block befinden sich genau drei elektronische Bauteile:
  • ein Widerstand
  • eine Diode und
  • ein Kondensator

Schaltung

maetrix powerpack spl

maetrix powerpack

Hier sehen wir das Powerpack im Märklin/TRIX TGV.

Das orange Kabel ist U+
Das violette Kabel ist U- (Elektronik-Masse)

Analyse

Die Schaltung ist elektrotechnisch nichts Besonderes. Der Kondensator wird über den Widerstand - die Diode ist in Sperrrichtung - auf die Höhe der Decoder-Betriebs-Spannung U+ (gleichgerichtete digitale Schienenspannung) aufgeladen. Der Widerstand sorgt dafür, dass das nicht schlagartig, sondern mit einer kleinen Verzögerung passiert. Massgebend hierfür ist das Aufladeverhalten des Kondensators, wie es aus der Elektrotechnik bekannt ist - das ist hier beschrieben.

Für technisch Interessierte: Nach ca. 5 * ? (?=R*C) ist der Ladevorgang weitgehend (zu ca. 99%) abgeschlossen.
In unserem Fall also nach: 5 * 33 * 100 * 10-6 = 165 * 10-4 = 0,0165 = 16,5 ms.

Wirkungsweise

Sinkt die Spannung U+ (z.B. bei Kontaktschwierigkeiten zum Gleis), dann fliest über die Diode ein Strom aus dem Kondensator zurück, der ja zuvor aufgeladen wurde. Er wirkt also wie eine Batterie. Da die Diode in diesen Fall sehr niederohmig ist, wird der Widerstand quasi kurzgeschlossen.

Die gepufferte Spannung ist bei der gewählten Diode um ca. 0,7 - 1 V (Eigenverbrauch der Diode) kleiner als die max. Ladespannung des Kondensators.

Technische Daten

Ladestrom

Der max. Ladestrom bei entladenem Kondensator beträgt U+/R, da der Kondensator im ersten Moment wie ein Kurzschluß wirkt.Das sind in diesen Fall ca. 21V/33Ohm ~ 0,6 A.

Dieser Strom fließt aber nur im Einschaltmoment bei völlig leerem Kondensator. Er ist dann aber schon nach ?=R*C [ 33 * 100 * 10-6 = 3,3 ms] um ca. 63% - auf dann ca. 0,38 A - gesunken und nach weiteren 3,3 ms um weitere 63% kleiner usw.

Je nach Anzahl der digital betriebenen Lokomotiven auf der Anlage, kann es aber schon - wenn diese alle mit einem Power-Pack ausgestattet sind - im Einschaltmoment zu einem erhöten Strombedarf kommen. Die Steuerzentrale wird das aber verkraften können.

Spannungsfestigkeit des Kondensators

Da nicht auszuschließen ist, dass die Lokomotiven auch gelegentlich noch analog betrieben werden, mus die Spannungsfestigkeit des Kondensators 50V betragen. In analogen Systemen kann es beim maätklin-typischen Umschalte-Impuls hinter dem Gleichrichter im Decoder zu Spitzenspannungen von = 36 V kommen.

Anschaltung

mtc-Schnittststelle 21-pol.

Das Power-Pack kann in allen - auch den früheren - Loks nachgerüstet werden, die einen Decider mit 21-pol. Schnittstelle besitzen.

Es wird direkt an den Anschluß-PINs für [U+] und [U-] der Schnittstelle angeschlossen. Der Einfachheit halber können auch auf der Decoder-trägerplatine Löt-PADs gesucht werden, die mit diesen Anschluß-PINs direkt über Leiterbahnen verbunden sind.

Download

Kabel-Schnittststelle 8-pol.

Bei dieser Schnittstelle ist es etwas schwieriger, da kein Anschluß für [U-] vorhanden ist. Dieser kann aber am Decoder selbst abgegriffen werden.

Beim Lokpilot/Loksound V4 von ESU sind nun auf dem Decoder selbst keine Anschlußmöglichkleiten vorhanden. Schauen sie diesbezüglich unbedingt in der Decoder-Dokumentation nach.

Verbesserungen

Wenn man die Schaltung optimieren will, dann macht es Sinn, die Diode durch eine Schottky-Diode zu ersetzen. Die 1N4007 hat eine Durchlassspannung von ca. 0,7 - 1 V je nach Stromfluß.

Eine Schottky-Diode hat eine wesentlich steilere Durchlasskurve und kommt mit ca. 0,4 V aus. Somit stehen ca. 0,4 - 0,6 V mehr für die Pufferung zur Verfügung - das kann schon entscheidend sein.

Kenndaten der Schottky-Diode

Es sollten folgende Mindesanforderungen an die Diode beachtet werden.

  • Sperr-Spannung: = 40V
  • max. Betriebsstrom: 1A

Hier einige Dioden - Beispiele:

Bezeichnung Kennwerte Anbieter Download des Datenblattes
1N 5822 40V/3A Reichelt
SB560 50V/5A
BYS 21-90 90V/1A

Beispiel-Abbildungen

maetrix powerpack br185 mark

Das Bild zeigt das serienmäßig eingebaute Power-Pack im Chassis einer Märklin BR 185, die bereits mit einem Märklin-Decoder eigener Bauart ausgerüstet ist.

3779x SE090709E dec tk1 o 640

Hier sehen wir das Power-Pack wie es in der Hauptplatine der Märklin TGVs (TVG POS, Thalys) eingebaut ist.

Fazit

So ein Powerpack sieht auf dem ersten Blick sehr wirkungsvoll aus. In Wahrheit aber darf man sich davon keine Wunder versprechen, da in den meisten Fällen keine langfristige Pufferung - aufgrund der Größe des gewählten Kondensators - möglich ist. Es steht ja meistens nicht beliebiger Einbauplatz zur Verfügung und große Kapazitäten benötigen nun mal eben viel Platz.

Außerdem kommt es auch darauf an, was man mit dem Pack erreichen will und wie man es anschaltet. Da gibt es nämlich einiges zu beachten.

Das Powerpack soll ja den effekt verringern, das bei schlechtem Gleiskontakt die Lok unruhig fährt. Dabei kommt es im Prinzip zu zwei, sich teils gegenseitig beeinflussenden Effekten.

Betriebsspannung

Durch die Kontaktschwierigkeiten kommt es zu einem Absinken der Decoder-Betriebsspannung, die ja aus dem Gleis gewonnen wird. Da aus dieser Spannung auch die Fahrspannung gewonnen wird, kommt es kurzzeitig zu einer Geschwindigkeitsanderung. Diese kann ggf. durch eine Schwungscheibe auf der Motorwelle in gewissen grenzen stabiliseirt werden. Bei größeren Unterbrechungen, ist aber aber eine Verringerung der Fahrgeschwindigkeit unvermeidbar.

Prozessorspannung

Diese Spannung ist decoderintern und dient zur Speisung des Prozessors auf dem Decoder. Sie liegt bei +5V und wird auf dem Decoder durch spezielle Bauteile bereitgestellt und stabilisiert.

Kommt es nun dazu, dass durch die einbrechende Betriebsspannung auch die Decoderspannung zusammenbricht, dann kommt es zu dem gefürchteten Effekt, dass der Decoder seinen Dienst einstellt und damit auch alle aktuellen internen Betriebsdaten vergisst. Was dann wiederum dazu führt, dass die gesamte Steuerung im Decoder samt seiner angeschlossenen Komponenten (Motor, Funktionsausgänge, etc.) zusammenbricht.

Moderen Decoder haben zwar geeignete Software-Schutzkomponenten vor dem Datenverlust, aber es tritt in dem Zusammenhang der sogn. "Neustart" des Decoders auf, bei dem der Decoder - je nach Einstellung - entweder wieder bei "Null" oder bei den zuvorgespeicherten Daten mit seiner Arbeit beginnt. Die damit verbundenen Effekte auf die Lokomotive sind aber nicht neutral - man wird es also immer letztlich im (Fahr-)verhalten merken.

Es wäre also mit einem Powerpack sehr viel effizienter, wenn man statt der gesamten Betriebsspannung zuerst einmal die Prozessorspannung puffert, damit der Prozessor damit möglichst lange seinen Betrieb aufrecht erhalten kann. Dazu wird auch deutlich weniger Energie benötigt, als zur Pufferung der Betriebsspannung - da hängen ja noch größere Verbraucher z.B. der Motor dran. Somt kann der Prozessorbetrieb durchaus länger gewährleistet werden.

Von der Seite macht es eigentlich nur wenig Sinn, nur Betriebsspannung zu puffern - aber schaden tut es auch nicht.

Die Pufferung des Prozessors löst auch das Platzproblem in gewissen Grenzen, da der zwar Kondensator deutlich mehr Kapazität haben kann, weil die Spannungsfestigkeit mit +5V (gewählt wird 6,3V) aber ca. 10 ! mal kleiner ist als im Fall der Betriebsspannungspufferung.

Anschluss eines Powerpacks für die Prozessorspannung.

Der Anschluss kann bei der mtc-Schnittstelle an dem Pin, der dem "fehlenden" Index-Pin gegenüberliegt vorgenommen werden.


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Zuletzt aktualisiert: Freitag, 12. Mai 2017 17:47

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