Trafo-Booster-Kabel-Gleisspannung

Die wichtige Versorgung der Gleise mit Strom wird sehr oft nachlässig behandelt. Das scheint für den Nichtfachmann alles sehr einfach. Man nimmt Trafo und Booster und verkabelt sie mit den Gleisen. Auch bei manchem Hersteller gibt es nur wenig fachlich korrekte Informationen. Man will schließlich was verkaufen...

Dabei liegt hier eine sehr häufige Fehlerursache mit "unerklärbaren Effekten" beim fahren von Zügen.

Trafo <> Booster

Entweder man hat zu wenig Energie für die Gleise. Das ist an sich nicht weiter schlimm: die Züge fahren dann einfach nicht mehr richtig, stottern oder sind langsam, haben keine Kraft oder das Licht flackert. Problematisch wäre dann nur, wenn man dem Übel einfach nur mit stärkeren Boostern begegnet, statt die Stromkreise neu und sinnvoll aufzuteilen.

Oder man hat, und das ist weit häufiger der Fall, zu viel Energie auf der Anlage. Zu viel Energie meint hier zu hohe Spannung. Dies ist wesentlich schädlicher. Oft kommt es zu unerklärbaren Aussetzern bei Lokomotiven, verkürzter Lebensdauer von Motoren, Lämpchen oder LEDs oder zu überhitzten Lokdecodern, auch mit Soundaussetzern, die unübersehbare Schmelzspuren an Kunststoffgehäusen hinterlassen.

Häufigste Ursache sind Transformatoren mit zu hoher Ausgangsspannung. Negativ fallen oft ältere Modelle oder Trafos aus Startpackungen auf. Im Leerlauf ist die Spannung zu hoch, und bei Belastung bricht sie zu schnell und zu stark zusammen.



"Hobbyelektroniker" empfehlen gerne eine Spannungsstabilisierung in den Boostern. Doch ist das energietechnisch sehr problematisch, weil durch die festgelegte Impulsformen am Ausgang nur mit so genannten "Längsreglern" stabilisiert werden kann. Und die wandeln überschüssige Energie schlicht in Wärme um. Schon bei einer Reduzierung der Spannung von 16 auf 14 Volt würde über 10% Prozent mehr Wärme entstehen.

Viel einfacher ist es, wenn man gleich passende Transformatoren mit angepasster Ausgangsspannung einsetzt. Doch heute setzt man besser moderne Schaltnetzteile ein. Sie erzeugen nur sehr wenig Wärme (Verlustleistung) und lösen auch gleich das Problem der schwankenden Netzspannung. Die Ausgangsspannung ist immer konstant.

Na, dann wollen wir doch mal schnell die Spannung am Gleis messen, um zu prüfen, ob sie stimmt. Doch das ist gar nicht so einfach. Die typischerweise vorhandenen Multimeter funktionieren nicht. Sie basieren beim Messen von Wechselspannung auf der Annahme, das es sich dabei um ein sinusförmiges Signal handelt. Bei Modellbahn- Digitalsignalen zeigen sie schlicht Unsinn an!

Wer Misst, misst Mist...
Zur korrekten Signalmessung benötigen wir ein Multimeter mit "TrueRMS" Funktion. Doch die sind nichts für Schnäppchenjäger. Aber wir können uns leicht behelfen, in dem wir einen "Brückengleichrichter" dazwischen schalten. Er macht aus dem Digitalsignal eine Gleichspannung und die können wir mit jedem einfachen Multimeter messen. Um die an den Dioden abfallende Spannung zu kompensieren, müssen wir bei jedem angezeigten Ergebnis 1,4 Volt dazu addieren. Bitte nie vergessen! Das klappt übrigens bei jedem Gleissignal, egal ob DCC, Motorola oder Selectrix.

Beim Autor hat sich seit vielen Jahren der gezeigte "Messadapter" bewährt. Der kleine schwarze Knopf ist ein Brückengleichrichter. Die beiden gelben Klemmen kommen ans Gleis und die rote und schwarze Klemme ans Voltmeter.



Und wie hoch soll die Spannung nun sein?
Kein Problem, denn es gibt ja die verbindliche S-9.1 Norm der NMRA. Die muss man aber nicht nur kennen, sondern, kleiner Tipp an Hersteller, auch daran halten!

Die minimale Ausgangsspannung beträgt demnach 7 Volt und als maximaler Grenzwert wären 22 Volt zulässig. Doch das ist viel zu viel. Je nach Spurweite gibt es Empfehlungen. Bei Spur-N sollten es 12 Volt, bei H0 14,5 Volt und bei Spur-I 18 Volt sein. Alle Angaben sind Vs ("Volt spitze") und lassen sich somit leicht wie zuvor beschrieben messen. Die beiden folgenden Skizzen wurden direkt aus dem Normenblatt entnommen.




Alles bestens auf Ihrer Anlage? Ihr Digitalsystemhersteller hat Sie richtig beraten?

Booster <> Gleis

Prima, dann können wir uns ja dem Thema Verkabelung zuwenden. Das brauchen Sie aber nur dann zu beachten, wenn Sie, wie viele, alle Ihre Booster zentral an einen Ort montiert haben. Dann muss der Strom mit längeren Kabeln zu allen Gleisen Ihrer Anlage gebracht werden. Darum muss in diesem Fall auf eine ausreichende Kabelstärke (Kabelquerschnitt) geachtet werden.

Dies ist nicht nur wichtig, damit die Energie verlustfrei ans Gleis kommt. Denn im Kurzschlussfall wirken zu dünne Kabel als Widerstand. Der Kurzschluss kommt sozusagen nicht am Booster an und er schaltet dann auch nicht ab. Schienen- und Kontaktschäden, zerstörte Lokomotiven, Radsätze, überhitzte oder gar verbrannte Kabel können die Folge sein.

Doch was bedeutet eine "ausreichende Kabelstärke"?
Auch hier gibt es elektrotechnische Grundlagen, die eingehalten werden müssen. Die Kabel zwischen Boostern und Gleisen, bei Zweileiteranlagen auch zwischen Gleisbesetztmeldern und Gleisen, müssen für die typischen Ströme von ca. 3,5 Ampere ausgelegt werden. Kabelstärken werden in qmm (Quadratmillimeter) angegeben. Dafür gibt es die folgende Formel:



Für diejenigen, die schon mal von "Kappa" gehört haben und die obige Formel kennen, hier noch ein paar Erläuterungen: zwischen Trafo und Booster kann ein â–³U von 10% gewählt werden, aber zwischen Boostern und Gleisen sollte es deutlich weniger sein. Zur Vereinfachung wurde ein Spannungsabfall von 1,0 Volt angenommen. Berechnet werden muss die gesamte Kabellänge; also Hin- und Rückweg. Anders als bei einem Gartenschlauch muss der Strom ja wieder zurückfließen. Bei der folgenden Tabelle sind die gängigen Kabelquerschnitte und typischen Stromstärken einer digitalen Modellbahnanlage und die daraus resultierenden maximalen Kabellängen angegeben.



Alle Längenangaben in Meter. Die maximalen Kabellängen bei Verwendung handelsüblicher Booster sind rot gekennzeichnet.

Aber man kann es sich auch ganz einfach machen: platziert man die Booster nämlich dezentral dort, wo sie gebraucht werden, muss man sich auch keine Sorgen um die Kabelstärke machen. 0,5 qmm Kabel sind völlig ausreichend und dazu noch leicht zu verarbeiten. Schließlich wurden Booster ja für die dezentrale Montage konstruiert. Oder warum sonst hat man ihnen mehr oder weniger brauchbare Busverbindungen mit auf den Weg gegeben hat?

Booster und Trafo gehören zusammen! Hier gezeigt auf der Schwarzwald Modellbahn

Zu guter letzt kann man sagen: es ist besser ein paar "normale" Booster mehr zu verbauen, als wenige Kraftpakete zu nehmen. Diese Erfahrung haben sehr viele Modellbahner schon vor 10 Jahren machen müssen, als der berüchtigte Elektor- Booster erschien. Auch auf großen Schauanlagen verzichtet man grundsätzlich auf derartige Experimente.

Ach - Sie brauchen viel Strom für beleuchtete Wagen? Selbst schuld!

Beleuchtungsplatine mit Schaltregler verbraucht weniger Strom

Leuchtdioden benötigen eine relativ kleine Spannung mit einem konstanten Strom. Billige Beleuchtungsplatinen wandeln die überschüssige Energie in Wärme um. Die etwas teureren Modelle verwenden dafür Schaltregler und benötigen deutlich weniger Strom. Dann sind auch die großen Kondensatoren überflüssig, die sonst das Flackern des Lichts verhindern müssen.

Hat man eine gewisse Anzahl dieser einfachen Platinen mit den großen Kondensatoren, dann bekommt man gerade noch ein neues Problem dazu. Beim Einschalten der Anlage ist der Einschaltstrom, der durch das schlagartige Aufladen der Kondensatoren entsteht so groß, dass die Booster sofort in den Kurzschluss gehen. Immer öfter höre ich von Modellbahnern, dass sie zusätzliche Schalter eingebaut haben, um die Anlage in kleineren Gleisabschnitten einzuschalten. Nun denn...

Beleuchtungsplatine mit großem Kondensator und "Längsregler"

So kann ein Kompromiss zum Anderen kommen und damit werden auch die Problemfelder komplexer.

Wieder einmal gilt: billiges Zeug kommt am Ende teuer zu stehen!

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