Stromversorgung

Stromversorgung, Stand 11.01.2013
Die folgende Komponenten werden über einen gemeinsamen Hauptschalter mit Strom versorgt:

• Digitalsystem der Zugsteuerung (Lenz)
• Digitalsystem für Rückmeldungen (LDT)
• Stromversorgung der Schienen
• Servoransteuerung der Weichen
• Lichtsignalanlagen
• Arbeits- und Wartungs-Beleuchtung der Schattenbahnhöfe und von Gleisstrecken (Tunnel)
• Objektbeleuchtungen
• Messinstrumente (Amperemeter)

Die Stromversorgung erfolgt über einen mit 16 A abgesicherten Stromkreis mit 230V.
Nachfolgend werden die einzelnen Komponenten beschrieben:

1.) Hauptschalter und Trafos
Die Anlage hängt mit entsprechender Kabel-Überlänge an der Steckdose, um einVerschieben der Anlage auf den Rollen zu ermöglichen.

Dann erfolgt die Kabelführung mit Kabelbindern an der Stahl-Konstruktion bis zur Einschalte-Stelle der Anlage.

Die Anlage wird mit einer schaltbaren 3-Fach-Verteilerdose unter Spannung gesetzt, bzw stromlos geschaltet.
Die rote Kontrolleuchte gibt den Zutand bekannt.

Von dort weg wird unter anderem eine weitere Verteilerdose angespeist, die für die Trafos zuständig ist.
Am Stahlrahmen der Anlage sind mit Kabelbindern die dzt 3 Notebook-Trafos mit je 150 VAmontiert.

Die Trafos sind auf 16V stabilisierte Gleichspannung eingestellt. 
Ich empfehle dringend die Verwendung von Notebook-Netztgeräten, da diese einen Schutz gegen Spannungsspitzen eingebaut haben.
Bei Trafos ohne Schutz gelangen Spannungsspitzen bis zu 70V in die Elektronik.
Die meisten Elektronik-Komponenten lassen sich sowohl mit Gleichspannung als auch mit Wechselspannung versorgen.

Notebook-Netzgeräte von VOLTCRAFT, NPS-150 USB, mit stabilisierter Gleichspannung, Spannung zwischen 12V= und 24V= wählbar, eingestellt auf 16V=.
Zu beziehen u.a. bei CONRAD.

Montage der Netztgereäte am Stahlrahmen.
Der dzt. noch vorhandene Modellbau-Trafo wird demnächst durch ein 4. Notebook-Netzteil ersetzt werden.

2.) Messung Stromverbrauch
Der von den Trafos abgehende Strom wird mit Amperemeter gemessen.
Wichtig ist, den Strom VOR der Einspeisung von digitalen Kompomenten, wie z.B. Boosternzu messen, da die Überlagerung des Gleichstroms mit digitalen Signalen keine Messung der Stromstärke mit konventionellen Messgeräten zulässt.
Durch die digitalen Signale werden fehlerhafte Messwerte angezeigt.

Die Amperemeter benötigen für die Anzeige 230V-Stromversorung, die in einem eigenen Sicherungskatsten mit 100 mA abgesichert werden.
Im Bild 4 Sicherungen in einem Gehäuse für 4 Amperemeter, daneben zwei weitere Gehäuse für die restlichen 6 Amperemeter.

ACHTUNG, WICHTIG!
Das Amperemeter muss in die Stromversorgung des Boosters eingebunden werden, und nicht – so wie ich es anfänglich hatte – in die Stromzuleitung der Gleise vom Boosterausgang.
Die digitalen Signale führen zu völligen Fehlwerten bei einem konventionellen Amperemeter.

Ich hatte 0,5 A an der (falschen) Anzeige, und immer wieder von TC die Fehlermeldung „Einfrieren“ und ein unerwartetes Abschalten der Anlage.
Die Fehlermedlung kommt üblicherweise bei einem Kurzschluss, war aber tatsächlich dasAbschalten des Boosters wegen Überlast.
Ich hatte nämlich im Ruhebetrieb bereits 2,5 A Stromverbrauch ohne es zu erkennen. 

Die Zugsfahrten funktionieren bestens, im Ruhebetrieb werden auf dem Boosterkreis derSchattenbahnhöfe rd. 3A benötigt.

Der Einbau des ersten (analogen) Amperemeters hat sich jdenfalls sehr bewährt.
Die Züge saugen doch recht viel Strom, vor allem, wenn alle „Lichter“ an sind.
Der Blick auf das Amperemeter spart also doch einige Überraschungen, vor allem Kurzschluss-Suche, wo gar keine sind…
Die LDT-Booster schalten bei eine Stromverbrauch von mehr als 4,5 A ab.

Ich habe 10 Amperemeter eingebaut, Marke ENDA, EPA 141 (bei Conrad lieferbar).
Die Geräte benötigen allerdings eine Spannungsversorgung von 230 V für die Anzeige, was mir im Modellbau nicht unbedingt zugesagt hat.
Die Betriebsanweisung ist zudem nur in Englisch, und Experimente auf Grund eines Übersetzungsfehlers mit 230 V wären mir ein wenig unheimlich gewesen.
Die Conrad-Techniker konnten allerdings helfen.

Von den 10 Amperemetern ist das 1. (ganz rechts) für die LENZ-Zentrale, die auch dieServodecoder und Lichtsignaldecoder bedient.
dzt. 1,4 A Verbrauch, Reserve bis 3 A also noch ausreichend.
links daneben die beiden Amperemeter 2, 3 und 4 sind für Boosterkreis 1, 2 und 3.
Die Amperemeter 4 bis 8 sind dzt. noch unbelegt.
Amperemter 10 misst den Stromverbrauch der 16V AC Trafos für die Stromversorgung von Einzelkomponenten.

3.) Verkabelung
Ich habe mehrere Typen von Verkabelungen vorgesehen.
Sämtliche Verkabelungen sind als Zwillingslitzen ausgeführt, wobei der Plus-Pol jeweilsgekennzeichnet ist.
Entweder farbig, oder im Querschnitt des Litzenmantels (Eckig, bzw mit einem Längswulst).

Die Kabelführung erfolgt an den Stahlrahmen mit Kabebindern, an der Unterseite der Holzelemente in Bohrungen der Aussteifungsstreben geführt, dazwischen mit Heisskleber an die Unterseite der Trägerplatte befestigt.

3.a) Zentrale Hauptleitungen zu den Ringleitungen
Zunächst habe ich RINGLEITUNGEN für die Stromversorgung der Rückmeldemoduleverlegt.
Für diese Hauptleitung der Anlage habe ich dazu zweifarbige Doppellitzen von BRAWA mit je 1,5 mm2 gewählt.

Die Hauptleitung wird dabei wie eine Art Rückrat zentral unter den Gleiselemenetn geführt und je Booster-Abschnitt ein- bis zweimal an den Booster angebunden und versorgt.
Für die Stromversorgung der Schienen habe ich die Farben blau/rot gewählt.

Eine weitere Hauptleitung geht direkt von der LENZ-Zentrale weg und versorgt sämtliche Servodecoder und Signale mit digitalen Steuersignalen.
Dafür habe ich die Farben orange/weiss gewählt.

Versorgung der Booster mit stabilisierter Gleichspannung, wobei die Amperemeter in dasZuleitungskabel vom Netzteil eingebunden sind. 
Die Versorgung mit dem zu verstärkenden digitalen Signal ist im Bild nicht sichtbar, erfolgt jedoch mit einer 3-fach-Litze zur LENZ-Zentrale

Neben der roten LED beginnt die Hauptleitung in blau/rot und führt zu den Ringleitungenunter der Anlage.

Führung von zwei Hauptleitungen blau/rot zu zwei Booster-Kreisen unter der Anlage.
Führung der Haupt-Steuerleitung in orange/weiss.
Daneben zwei USB-Kabel, eine 230V-Leitung und eine 16V-Stromversorgung für die Schnittstelle der Smarthand.
Die Kabel werde ich noch auseinanderschieben, um mögliche elektromagnetische gegenseitige Beeinflussungen der Kabel zu reduzieren. 

3.b) Ringleitungen 
An der Unterseite der Holzelemente sind die Stromversorgungen der Rückmeldemodule für den Fahrstrom (blau / rot) sowie die Stromversorgungen der Decoder für die Weichenservos und Signale als Steuerleitungen (orange / weiss) in Ringform verlegt wurden.
Die Ringe werden an je zwei gegenüberliegenden Stellen von den Hauptleitungen gespeist.

Einspeisestelle der Ringleitungen durch die Hauptleitungen für zwei Boosterkreise desFahrstroms und der Steuerleitung.
Alle dei Zuleitungen sind mit Blockklemmen unterbrochen, um die Holzelemente demontieren zu können.

3.c) Versorgung der Rückmeldemodule
Die Stromversorgung der Gleisabschnitte erfolgt von den Rückmeldemodulen her.
Dazu müssen diese mit relativ starken Litzen mit Strom versorgt werden.
Die Rückmeldemodule von LDT (Rückmeldemodul mit integrierter Gleis-Besetzmedlung RM-GB-8-N-F) können insgesamt 8 Gleisabschnitt versorgen, wobei dies in zwei Gruppen zu je 4 Gleisanschlüssen möglich ist. Die beiden Gruppen können an unterschiedlichen Booster-Kreisen hängen.

Die Einspeisung efolgt zweimal mit rot/blau, die zu den Gleisabschnitten abgehenden Kabelsind schwarz, wobei der Pluspol mit einer weissen Längsmarkirung gekennzeichnet ist.

Auf der anderen Seite der Rückmeldemoduel sind die CAT-5e Verkabelungen für dieRückmeldungen sichtbar. Die Rückmelder sind an insgesamt drei Strängen mit den CAT-5e Kablen in Serie geschaltet und führen zur USB-Schnittstelle.

3.d) Stromversorgung der Gleisabschnitte
Von den Rückmeldemodulen werden die Gleisabschnitte mit Fahrstrom versorgt.
Die Kabelführung der Zwillinngslitzen erfogt unter der Grundplatte in Bohrungen durch die Aussteifungsstreben.
Die Litzen sind mit Abstand verlegt, um gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden, die Bohrungen sind mit den Nummern der Meldeabschnitte versehen, um die Kabel zuordnen zu können.

Anbei die Dokumenttaion der Verkabelung des Rangierbanhofs.
Auf die Kabelführung sind wir schon ein wenig stolz!
Übersichtlich verlegt und gut dokumentiert.
Damit wird eine später mögliche Erweiterung oder Änderung jedenfalls leichter..

Drei Elemente liegen auf den Gleisen
links hinten sind die Kopfgleise des Güterbereichs (Ladezonen), vorne der Rangierbereich mit den Weichenfeldern

Verkabelung der Gleisabschnitte mit Belegtmedern, Servodecodern und Servos, Polarisierungsplatinen für die Wichen-Herzstücke, Lichtsignaldecodern.
Dazu die Stromzuleitung vom Booster (nr 4) in rot/blau und die zentrale Signalversorgung orange/weiss.

Wir haben auch alle Stellen markiert, die meim Zerlegen der Elemente gelöst werden müssen

Die Rückmeldemodule sind als Verbindung zur Schnittstelle mit dem PC mit CAT-5e Kabeln verbunden.

Ebenso ist eine gute Beschriftung der Kabelführung unerlässlich!

Hier sind die 8 Kabel des ersten Rückmeldemoduls des „linken Stranges“ (drei Rückmeldestränge: links, mitte, rechts)
ersichtlich. Der Meldeabschnitt des Gleise heisst also z.B. L 1.1 bis L 1.8

An den Stoss-Stellen der Grundplatten werden sämtliche Kabel in Blockklemmem geführt, um die Elemente einzeln aus- und einbauen zu können

Die Gleisabschnitte selbst werden von unten mit Fahrstrom versorgt, wobei jeder Glesiabschnitt mindestens nach jeder Stoss-Stelle der Grundelemente separat angespeist wird, ansonsten ca alle 2 bis 2,5 m.

Die Gleisabschnitte sind an der Unterseite beschriftet und die Polung gekennzeichnet.

An der Oberseite der Schattenbahnhöfe sind die Gleisabschnitte ebenfalls beschriftet, die Einspeisestellen deutlich sichtbar.

Trennstellen in den Gleisen zur Abtrennung unterschiedlicher Meldeabschnitte innerhalb eines Blocks, oder auch zu anderen Blöcken oder Weichenfeldern sind mit roten Markierungen versehen, um die Funktion der Haltemarkierungen im Zusammenhang mit den eingemessenen Loks bessser prüfen zu können. 

3.e) Herstellung der Lötstellen und Kabel-Verbindungen

Lötstellen sind erforderlich, um die Rückmeldemodule von der Ringleitung anzuspeisen,
um Gleisabschnitte an mehrerern Stellen versorgen zu können,
um Servo-Decoder an die Steuerleitung anzubinden,
um die Schienen mit Fahrstrom zu versorgen,
um Servo-Kabel zu verlängern.
.

Die Verbindung der Kabel an den Stosstellen der Gleiselemente erfolgt in geschraubten Blockklemmen OHNE Verzinnung der Enden, da das Lötzinn im Lauf der Zeit an Volumen verliert und dadurch der Kontakt in der Blockklemme schlechter wird.
Wusste ich auch nicht, habe das aber in der Literatur (Internet) mehrfach gelesen.

Von den Hauptleitung gehen Abzweiger mit selbem Querschnitt zu den Rückmeldemodulenvon LDT (Rückmeldemodul mit integrierter Gleis-Besetzmedlung RM-GB-8-N-F).

Von diesem werden dann die einzelnen Gleisabschnitte angespeist.
Dies erfolgt mit Zwillingslitzen 2 x 0,75 mm2.

Meine ersten Versuche mit orthogonalen Einbindungen waren eher mühsam in der Herstellung der Lötstellen und der nachfolgenden Isolierung.

Danach habe ich die Lötstellen versetzt angeordnet, um diese dann nach dem Löten gemeinsam abisolieren zu können.
Diese Vorgehensweise hst sich wesentlich besser bewährt.

Zuerste wurden die Litzen in der Mitte getrennt.

dann versetzt abisoliert und dann …

…mit den verdrillten Enden des einzubindenden Kabels verbunden.

nach dem Löten der Litzen..

… wurden diese gemeinsam isoliert.

3.f) Stromversorgung der Schienen im Schattenbahnhof
Die Anspeisung der Schienen erfolgt von unten. Rot gekennzeichnet der PLUS-Anschluss.

Die Kabelenden werden seitlich an den Schienen hochgeführt.

Dann wird an der Schienenaussenflanke eine Lötstelle vorbereitet …

… in die dann das verzinnte Kabelende eingelötet wird.

3.g) Stromversorgung der Schienen im sichtbaren Bereich
Nach einigen Probeversuche hat sich eine Temperatureinstellung des Lötkolben auf ca 360° als optimal herausgestellt.
Der Lötvorgang verläuft so schnell, dass die Temperaur noch nicht an die Kunststoffschwellen abgegeben werden kann.
Ist allerdings Übungssache…

Zu sehen ist die Lötanbindung des 0,8 mm Kupferdrahtes seitlich an die Schienen. Die Lötstelle ist ca 4 mm lang.
Der Draht wird durch eine 1,5 mm Bohrung durch die Grundplatte geführt.
Dort werden dann die Zwillingslitzen 0,75 mm2 zur Stromversorgung der Gleisabschnitte (= Rückmeldeabschnitte) angelötet.

Die freien Enden der Kupferdrähte.
Rechts im Hintergrund ist ein Draht für die Polarisierung eines Herzstücks ersichtlich.

Die Lötstelle eines Sicherheitsmelders (Roter Pin) von oben

Die grünen Punkte kennzeichnen jene Stellen, an denen die Weichen angespeist werden

Vorbereitung der Lötstellen
Die Elemente des Hauptbahnhofs wurde wieder aus der Anlage herausgenommen, damit die Lötarbeiten besser durchgeführt weden können.
Zunächst werden die Anbindungen der Gleiselemente hergestellt.
Aus Kupferdraht, 0,8 mm, sorgfältig von aussen an die Gleise gelötet, dann unter der Holzplatte an die Zwillingslitzen 2 x 0,75 mm2.

Die Stromanspeisungen für die Gleisabschnitte werden mit PIN-Nadeln gekennzeichnet

BLAU = Weichenanspeisung
ROT = Sicherheitsmelder (zur Falschfahrt-Erkennung), eigener Block
GELB = Haltemelder innerhalb eines Blocks
GRÜN = Streckenmelder innerhalb des selben Blocks.

Die Blöcke der Bahnsteiggleise sind in zwei Meldeabschnitte unterteilt:
Einen langen (grün) zur Aufnahme des Zuges und einen kurzen gelben als Haltemelder. Damit kann der Haltepunkt der Züge wesentlich genauer bestimmt werden, und die Abstimmung zwischen Zuglängen und Blocklängen kommt mit weniger Sicherheitszuschlag aus.
Jeder Zentimeter zählt! 

Überall dort, wo auf Grund einer Fehlfunktion einer Weiche (Servo fällt aus, Steinchen blockiert Weichezunge) eine Falschfahrt möglich ist, wird diese entweder durch ein eigenes Weichenfeld (der falschen Folgeweiche) oder durch einen eigenen Sicherheitsmelder (rot) erkannt und an TC gemeldet.
Theoretisch müsste ich nach JEDER Weiche zwei freie Blöcke haben, um Falschfahrten 100 %-ig erkennen zu können.
Wenn ein Weichenfeld durch einen anderen Zug besetzt ist, kann dieses nicht zur Falschfahrterkennung herangezogen werden.
Das Risiko bleibt mir.
Auch ein eigener Sicherheitsmelder von 1 – 2 cm (zwischen zwei Weichen geschnitten) wäre da keine wirkliche Hilfe.
Für jeden Bremsweg wäre der zu kurz……

Bleibt nur:
Sauber arbeiten, gute Servos verwenden, keine ablösenden Schotterkörner bei den Weichenzungen, aufpassen und ein wenig Glück…

Ein Ausschnitt des Gleisplans mit den eingetragenen Blockabschnitten:

„M“ bedeutet den mittleren Melderstrang der Schnittstelle.
M 5-5 bedeutet: 5. Rückmeldemodul des mittleren Stranges, Ausgang 5 (von 8).

Für den gesamten Hauptbahnhof benötige ich 8 Melder zu je 8 Ausgängen, daher 64 Meldeabschnitte.
Aufgeteilt auf Blöcke im Bahnhof, die standardmässig aus zwei Belegtabschnitten für denStreckenmelder und den Haltemelder bestehen,
Weichenfelder und
Sicherheitsmelder. 

4.) Versorgung der Elektronik-Komponenten

An der Unterseite der Montageplatte befindet sich das Herzstück der Anlage:
Die Zentrale LENZ LVZ 100
Das LENZ USB-Interface zur Anlage und zur Anstreuerung über Train Controller
Das LDT High-Speed-Dateninterface HSI-88-USB für den Anschluss der drei Rückmeldstränge für
a) Schattenbahnhof,
b) Hauptebene und
c) Rangierbahnhof.

Unteransicht der Zentraleinheit mit Digitalzentrale, USB-Interface, HSI-88-USB Interface, 10 Amperemter samt Sicherungskästen, 4 LDT Booster, 16V AC Anschlussklemmen.

Gesamtansicht der Unterseite

Die Sicherungskästen für die Amperemeter (100 mA flink, 230V für die Anzeigen)

Die 4 Booster mit den Anschlussklemmen für die Booster-Stromkreise

Die HSI-88-USB Schnittstelle für die drei Rückmeldekreise (Links, Mitte, Rechts) mit vorbereiteter Zugentlastung für die CAT 5e Verkabelung zu den Rückmeldesträngen

Halterung und Anschlussbereich für die 10 Amperemeter

Ich habe mich für den Einsatz von Boostern von LDT entschieden und werde voraussichtlichdrei Kreise benötigen:
1.) Schattenbahnhof,
2.) Hauptebene
3.) Hochebene und Rangierbereich.
Für diese drei Bereiche rechne ich mit einem Strombedarf von 2,5 bis max 4 A, ohne es jedoch nachgerechnet zu haben.
Zur Kontrolle sind jedenfalls Amperemeter in jedem Kreis eingebaut. 

Um keine unterschiedlichen Haltewege in den unterschiedlichen Boosterbereichen zu riskieren (die für einen Bereich eingemessenen Loks reagieren möglicherwesie unterschiedlich in einem anderen Bereich), werde ich die Stromversorgung von der Digital-Zentrale kommend für sämtliche Weichen und Signale verwenden, nicht jedoch für die Versorgung der Gleise.
Das ist vielleicht nicht notwendig, ich riskiere aber lieber nichts.

Zur Kennzeichnung der unterschiedlichen Versorgungen wird die zentrale Ringleitung von der Zentrale, also für Servos und Signale, in orange / weiss ausgeführt. 

Vorbereitete Anspeisung eines Servomoduls, dieses hängt momentan noch auf der rot / blauen Versorgung und wird gleich umgeklemmt.

Ein 4,5 A Booster vor dem Einbau…