Dekoderpufferung

Akku oder Kondensator?

Fazit:

Eine Stützung der Dekoderstromversorgung ist für einen störungsfreien Betrieb  notwendig. Ein Akku ist die ideale Energiequelle, benötigt aber eine Ladeüberwachung und muss als besonderer Nachteil bei Betriebsende abgeschaltet werden. Eine Notabschaltung der Anlage ist mit dem Akku ebenfalls nicht mehr möglich.

Wo ausreichend Platz vorhanden ist, können schaltfeste Elektrolytkondensatoren ab 22.000uF eingebaut werden. Bei beengten Platzverhältnissen  können Goldcapkondensatoren mit niedrigem Innenwiderstand eingesetzt werden, die bei einer Kapazität von 1F bereits beachtliche Strecken überbrücken.

Bei allen Kondensatorlösungen muss auf einen ausreichend kleinen Ladewiderstand geachtet werden, so dass die Kapazität schnell mit 1-2A Ladestrom nachgeladen werden kann.

Durch die Pufferung können Schienenschleifer demontiert werden, eine Stromaufnahme über die Radschleifer reicht i.d.R. Die Zugkraft der Loks erhöht sich durch diese Maßnahme.

Pufferung über Akkus

Von meinem früheren Train Control Umbau hatte ich noch einen kleinen Pufferakku in der Lok. Diesen kleinen Akku habe ich zuerst als Pufferung angeschlossen. Die Abschalterei des Akku fand ich lästig und die Ungewissheit ob man Ihn nicht doch vergessen hat. Nachdem ich die Ladeendspannung zu hoch angesetzt hatte, hat sich der Akku zweimal stark überhitzt.

Der Akku ist geeignet bei sehr widrigen Verhältnissen, z.B. beim Schneeräumen im Winter. Ein weiterer Vorteil ist die Unterstützung der Zentrale durch den Akku. Bei niederohmigen Akkus stützen die Akkus die Zentrale im Lastbetrieb, d.h. die Spitzenströme bei Anfahrt und Bergfahrt werden nicht voll an die Zentrale weiter gegeben. Dies kann bei großen Anlagen dazu führen, dass mehr Loks auf der Anlage fahren können. Bei sehr großen Anlagen sind hier auch Trickschaltungen denkbar, z.B. die Akkus im Stand mit höherer Anlagenspannung hochzuladen und später im Betrieb die Gleisspannung zu verringern um die Zentralenbelastung zu verringern. Die Hauptleistung kommt dann aus dem Akku, die Zentrale liefert hauptsächlich nur Signal. Es wird je nach Impedanzen immer eine Stromaufteilung zwischen Akkund Zentrale geben.

Ohne Strom aus der Schiene rennt die Lok bis der Akku leer ist, d.h. die Lok ist nicht steuerbar, fährt aber. Ein abgeschaltetes Außengleis ist in diesem Fall fatal. Die Vorteile dieser Lösung sehe ich bei sehr großen und schweren Loks oder Zugverbänden.

Pufferung über Elektrolytkondensatoren

Die schon da und dort veröffentlichte Schaltung:

Über die Widerstände wird der Kondensator geladen, beim Einschalten der Anlage.

Kurz etwas Elektrotechnik:

Im Einschaltaugenblick ist der Innenwiderstand des Kondensators annähernd 0 Ohm.

Für den Eischaltstrom gilt im ersten Augenblick I=U/R. Würde man den Widerstand weglassen, wäre der Strom "unendlich" die Zentrale würde einen Kurzschluß detektieren und abschalten. Der Strom muss also auf einen sinnvollen Strom reduziert werden, z.B. 1A. Bei 1 A wäre R=U/I R=24V/1A = 24 Ohm. Die Leistung im Einschaltaugenblick wäre P=U*I = 24V*1A=24W. Rein rechnerisch bräuchte man einen teuren 24W bzw. 25W Hochlastwiderstand.

Der Einschaltaugenblick ist aber sehr kurz, deshalb habe ich folgenden Wert gewählt:

4 Widerstände 470 Ohm je 1/4Watt parallel = 470/4 = 117,5 Ohm 1 Watt

Bei P=U²/R entsteht = 24V²/117,5 Ohm = 4,9 Watt

Der Widerstand wird also kurz um das 5 fache überbelastet. Da die Überlastung nur kurz ist geht das in der thermischen Trägheit der Bauteile unter.

Als Diode eine Schottkydiode mit 5A nehmen, für geringe Verlustleistung.

Die Widerstände und die Diode habe ich auf einer Seite verdreht und einen Kabelschuh aufgekrimpt, darüber einen Schrumpfschlauch.

+ und - Pol kommen an die entsprechenden Anschlüsse am Dekoder, bei mir ein Zimo MX69

Vorsicht beim Umgang mit Kondensatoren! Bei Kurzschlüssen entstehen kurzfristig hohe Ströme die zur Funkenbildung führen können.

Pufferung über Goldcap Kondensatoren

Bei den GoldCap Kondensatoren muss man darauf achten, dass man Typen mit niedrigrem Innenwiderstand erwischt. Die von mir zunächst verwendeten 5,5 V Typen hat einen viel zu hohen Innenwiderstand und waren nicht in der Lage die Lok zu versorgen. Es funktionieren Stand 2006/08 lediglich 2,5V Typen. Zum Schutz der Goldcaps habe ich einzelne Z-Dioden parallel zu jedem Goldcap geschaltet.

Übersicht

Elektrolytkondensator Goldcap Kondensator Akku
Kosten 8,5 Euro (40V 22.000uF)  (10x2,5V 0,1F) 14 Euro (13x1,2V NimH 0,7AH)
Überbrückungsdauer j2 nach Last 1-2 Sekunden je nach Last bis 5-30 Sekunden je nach Last bis 20 Minuten
Einbau Einfach mit Ladeschaltung Ausgleichsschaltung notwendig Ladeschaltung für Akku notwendig
Kosten Zusatzschaltung weniger 1 Euro ca. 3 Euro mit kleiner Zusatzplatine ca. 5 Euro (Spannungsregler / Schalter / Sicherung)
Abschaltung bleibt immer an bleibt immer an muss manuell abgeschaltet werden
Was passiert ohne DCC Signal? fährt noch einige cm fährt noch einige cm (mehr als Elko, da 5 fache Kapazität) fährt weiter bis Akku leer...
Lebensdauer bis 10 Jahre bei regelmäßiger Nutzung noch unklar Abhängig von Zyklen

(c) Ralf Wagner 2006