V. Innovative Basis-Komponenten - Beschreibungen - Übersichten

V. Innovative Basis-Komponenten – Beschreibungen – Übersichten

 

In diesem Artikel werden alle im Zusammenhang mit der Einführung der Direktsteuerung der Modellbahnen auftretenden wichtigen Faktoren und Fakten der Hardware-Komponenten in Kurzform beschrieben. Sie sollen die Basis eines von mir konzipierten universellen und nachhaltigen Modellbahn-Steuersystems bilden. Dieses innovative System beruht auf der Einführung des Direktfunks mit einem drahtlosen WLAN- Daten-Übertragungssystem. Die bestehenden draht- und gleisgebundenen Modellbahn-Digitalsysteme bleiben mit allen Funktionen erhalten.

Ich weise darauf hin, dass meine Überlegungen die Hardware von vorhandenen zentralen und mobilen Modellbahn-Steuergeräten nicht berücksichtigen, weil diese in verschiedenen Varianten bereits eingesetzt werden und durch entsprechende Ergänzungen sicher angepasst werden können.

Die mit der Einführung des Direktfunks verbundenen neuartigen Hardware-Funktionen werden durch die Erweiterungen der Software-Komponenten gesteuert. Deren Entwicklung ist nicht Gegenstand meiner Überlegungen. Ich halte es für selbstverständlich, dass es keine Schwierigkeiten bereitet, ein passendes Modellbahn-Betriebssystem auf der Basis vorhandener und neuer Software zu ergänzen.

Vorab noch von mir gebrauchte Definitionen:

 

Direktcode:

Direktcode ist der nach der Systematik eines neutralen Modellbahn-Betriebssystems gebildete bitkonforme spezielle Befehlsdatensatz für mobile und stationäre Objekte, der mit dem Direktfunk übertragen wird und mit dem die Modellobjekte gesteuert werden.

|| Bitkonformität muss bei der digitalen Datenverarbeitung mit elektronischen Komponenten des Modellbahn-Steuersystems vorhanden sein! ||

Systemcode:

Systemcode ist der nach der Systematik eines Modellbahn-Digitalsystems gebildete bitkonforme spezielle Befehlsdatensatz, der mit Hilfe der Box in das digitale Gleissignal umcodiert wird. Dabei entsteht das Gleissignal, das das jeweils ausgewählte Digitalsystem in Form eines digitalcodierten Wechselstroms (Digital-AC) mit besonderer, in etwa rechteckiger Impulsform charakterisiert. Die nach dem Empfang des Gleissignals folgende Decodierung überführt den Datensatz wieder in das Bitformat.

Wird der Systemcode mit Direktfunk übertragen, dann erfolgt das im Bitformat.!

Es ist nicht auszuschließen, das ein geeigneter Systemcode eines ausgewählter Digitalsystems als Direktcode allgemein verwendet wird!

Standard-Digitaldecoder: Kurzform DD:

Die Bezeichnung gilt für alle handelsüblichen Typen Digitaldecoder aller gleisgebundenen Modellbahn-Digitalsysteme. Die interne Struktur dieser Geräte gliedert sich in drei Hauptarbeitsstufen: Datenverarbeitung, Stromversorgung und Leistungsstufen. Sound-Decoder besitzen außer der Zusatzfunktion „Sound“ gleiche Eigenschaften und werden deshalb hier eingeordnet.

Standard-Schaltdecoder: Kurzform SD:

Die Bezeichnung gilt für alle Schaltdecoder digitaler Steuersysteme, mit denen Schaltvorgänge an Modellbahn-Objekten, im wesentlichen Stationärmodelle (Modellbahn-Zubehörobjekte) gesteuert werden.

 

A. Übersicht der innovativen Basis-Komponenten der Modellbahnsteuerung

In meinen grafischen Darstellungen und Texten verwende ich folgende allgemeine Bezeichnungen (ab 2/2024) für die folgend beschriebene innovative Basis-Hardware:

 

1. Hybrid-Control Decoder = Standard-Decoder + WLAN-Adapter, Kurzform HCD:

Eine hybride Geräte-Kombination zwecks Einführung des Direktfunks bei steuerbaren Modellbahn-Objekten (Mobil- und Stationärobjekte). Die Kopplung des WLAN-Adapters mit dem Digitaldecoder erfolgt drahtgebunden.

Hybrid-Control Decoder (HCD) verarbeiten Befehlsdatensätze, die entweder drahtgebunden als digitaler Wechselstrom (Gleissignal, alle Digitalsysteme) oder als mit dem Systemcode moduliertes bitkonformes Funksignal mit einem WLAN-Adapter empfangen werden.

HCD ermöglichen eine einfache und kurzfristige Einführung der Direktsteuerung auf der Basis der bestehenden Hardware-Komponenten der Digitalsysteme. Ergänzungen der Software zwecks Einbindung des Direktfunks in sie sind notwendig.

Der für die Funk-Datenübertragung notwendige WLAN-Adapter wird an die vorhandene Daten-Schnittstelle (Dta, Clk, VCC, GND) des Standard-Digitaldecoders/-Schaltdecoders DD/SD angeschlossen, entsprechend den Gegebenheiten der Modelle montiert und softwaremäßig angepasst.

Das Funkdaten-Übertragungssystem besitzt einen Rückkanal für die Meldung beliebiger Modellbahn-Betriebsdaten an die Zentralsteuerung.

Die jeweilige Betriebsart „Funk/Gleis“ wird durch Steuerbefehle ausgelöst. Die beiden Daten-Übertragungssysteme können in Abhängigkeit von der Modellbahn-Betriebssituation dauernd oder wechselnd betrieben werden.

Die Stromversorgung der Geräte-Kombination erfolgt:
a) mit dem digitalen Gleissignal und ermöglicht direkten Funkbetrieb mit beliebigem Digitalsystem beziehungsweise gleisgebundenem Betrieb mit einem Digitalsystem oder
b) mit einer Gleichspannung bei reinem Funkbetrieb mit Direkt- oder Systemcode.

2. Hybrid-Schaltdecoder: = Schaltdecoder + WLAN-Adapter, Kurzform: HSD:

Schaltdecoder werden in verschiedener Ausführung entsprechend der Art der Anwendung eingesetzt. Die Kopplung mit einem WLAN-Adapter führt zwar zu dem oben bereits beschriebenen Vorteilen des Direktfunks, (schnelle Verbindung mit Rückmeldung), aber der Nachteil aufwändiger Verdrahtung bleibt. Denn einerseits muss das Schaltgerät in der Anlage mit dem Steuergerät (- z.B. Weichenantrieb -) mit mehreren Steuer- und Stromversorgungsleitungen verbunden werden und andererseits werden aus Gründen besserer Effektivität die Schaltgeräte für die Steuerung mehrerer Steuergeräte ausgelegt. Wenn man davon ausgeht, dass beispielsweise ein Weichenantrieb mit 4 Steuerleitungen betrieben wird und das Schaltgerät 4 Weichen steuern kann, dann sind von der Position des Schaltgerätes 16 Einzelleitungen oder vielleicht 4 konfektionierte Kabel ά 4 Leitungen und montierten Steckverbindern zu verlegen.

Dieser Umstand widerspricht vollständig dem eingangs definierten Hauptgrundsatz der Innovationen, die Installation von Leitungen zu vermeiden!

Ich halte den Einsatz dieser Art der Steuerung nur bei einzelnen Stationärobjekten für vorteilhaft, weil so der ganze Komplex eine Einheit (KE) bilden kann.

 

3. Hybrid-Decoder, Kurzform: HyD:

Hybrid-Decoder sind im Vergleich mit den Standard-Decodern neuartige Funktionselemente mit veränderter Struktur für die Steuerung von Modellbahnobjekten. Ihre Funktion ist im Gegensatz zum DD reduziert auf die programmgemäße Verarbeitung aller anfallenden Daten.

Die einzige Aufgabe des HyD ist die Microprozessor gestützte Daten-Verarbeitung. Der Mikroprozessor wird mit der dafür notwendigen Peripherie (Programm-/Datenspeicher, analoge und digitale Ein- und Ausgänge) ausgestattet.

Die bei Standard-Decodern DD vorhandenen Stromversorgungs- und Leistungs-Stufen sind auf die innovativen Steuermodule IStM (siehe unten) ausgelagert. Die so frei gewordenen Flächen der Decoder-Leiterplatte werden mit Schaltungen für verschiedene Anwendungen besetzt. Das sind z.B. die WLAN-Schnittstelle und die Sound-Steuerung inklusive des Soundspeichers.

Mit der Verlagerung der genannten Techniken ist der HyD nicht mehr speziell auf eine Anwendung (Fahrzeug, Weiche, Signal usw.) festgelegt, weil diese erst mit dem zum gesteuerten Objekt gehörenden Steuermodul bestimmt wird. Denn mit den jeweils vorgesehenen Steuerfunktionen werden die Stromversorgungs- und Leistungsstufen des Steuermoduls festgelegt, während für den HyD nur das dafür notwendige Steuerprogramm aus seinem Steuerprogrammpaket ausgewählt wird.

So kann der HyD universell für alle denkbaren Einsatzfälle genutzt werden.

Auf diese Weise kann die Zahl der Decoder-Typen auf eine(!) in jeder Typklasse reduziert werden. Mit dieser Reduzierung der Decodertypen auf jeweils einen Typ sind erhebliche Decoder-Preissenkungen wegen der Produktion höherer Stückzahlen möglich.

Die Universalität des HyD wird erreicht mit dem Steuerprogramm-Paket, das die für das Steuern mobiler und stationärer Modellbahn-Objekte notwendigen Programme enthält.

Hybrid-Decoder HyD verarbeiten Steuer-Datensätze, die entweder als gleisgebundener Systemcode eines Digitalsystems oder als bitkonformes Funksignal empfangen werden.

Der Direktcode wird nur mit Funk übertragen.

Das Funk-Übertragungssystem besitzt einen Rückkanal für beliebige Modellbahn-Betriebsdaten und Meldungen.

Die jeweilige Betriebsart „Funk/Gleis“ wird durch Steuerbefehle ausgelöst. Die beiden Daten-Übertragungssysteme können in Abhängigkeit von der Modellbahn-Betriebssituation dauernd oder wechselnd betrieben werden.

Die Auskopplung der digitalen Steuerdaten erfolgt wie bei den DD in der Stromversorgungsstufe. Sie werden über die Decoder-Schnittstelle (gleisgebundene Datenübertragung) des innovativen Steuermoduls IStM oder der an Bord des HyD befindlichen WLAN-Schnittstelle (Funk-Datenübertragung) zugeführt.

Die Stromversorgung erfolgt mit einer vom innovativen Steuermodul IStM erzeugten 5 Volt Gleichspannung VCC!

 

4. Steuermodul, Kurzform: StM:

Schaltungskonfiguration für die Steuerung von mobilen und stationären Modelleisenbahn-Objekten.

Es gibt zwei Arten: Standard-Steuermodule und innovative Steuermodule.

4.1 Standard-Steuermodule (StM) sind die gegenwärtig vorwiegend in Mobilobjekten verwendeten, auf Leiterplatten installierten Stromverteilungsschaltungen, die mit einer Decoder-Schnittstelle ausgestattet sind und die mit Standard-Decoder vom Typ Digitaldecoder (DD) oder Hybrid-Control Decoder (HCD) bestückt werden.

   Zur Steuerung der Stationärmodelle werden in der Regel Schaltdecoder verwendet. Soweit diese bereits mit StM einzeln betrieben werden, ist eine Ergänzung mit einer Decoder-Schnittstelle und WLAN-Schnittstelle zu empfehlen. Nicht empfehlenswert ist diese Lösung bei der Verwendung von Mehrfach-Schaltdecodern (siehe HCD).

Besser wäre aber die Neuentwicklung und der Anwendung der im Artikel „Stationärmodule“ beschriebenen Modulvarianten (IStM), mit denen alle Komponenten zu einer Kompakteinheit verbunden werden.

4.2 Innovative Steuermodule (IStM)

Innovative Steuermodule (IStM) sind neuartige Steuermodule für die Steuerung von mobilen und stationären Modelleisenbahn-Objekten. Auf einer dem jeweiligen Objekt angepassten Träger-Leiterplatte werden Stromversorgungs-, Leistungs- und weitere Schaltungen (Stromverteilung, Decoder-Schnittstelle, Schnittstellen für diverse Anwendungen), gemeinsam konfiguriert.

Die Verlagerung der Stromversorgungs- und Leistungs-Stufen reduziert die bei DD vorhandenen drei Betriebsspannungen (18, 9 und 5V) auf eine und verhindert schädliche Wärmeabgabe der Leistungsstufen. Diese Einflüsse können auf der größeren Fläche der Steuermodule besser verteilt werden.

1.        Die bei Mobilmodellen auf der Basis von Leiterplatten verbreiteten StM bilden in Verbindung mit Hybrid-Control Decodern HCD eine kompakte Steuereinheit und sind für den Einsatz mit Direktfunk-Steuerung und für die Steuerung mit beliebigem Digitalsystem geeignet.

2.        Der Einsatz von Hybrid-Decodern HyD verlangt den Einsatz von neuartigen Steuermodulen ISM für mobile und stationäre Funktionsmodelle. Diese sind generell immer dem jeweiligen Modelltyp anzupassen und können auch Träger von mechanischen Antriebs-Komponenten und/oder des Modells selbst sein.

3.        Die unter Punkt 1 und 2 angeführten Konfigurationen sichern neben dem Einsatz des Direktfunks auch die Nutzung aller digitalen Modellbahn-Steuersysteme (-inbegriffen analoge Funktionen-) sowohl als Gleis- wie auch als Funksignal und sind deshalb auch nachhaltig.

 

5. Kompakteinheit = Steuermodul + Decoder, Kurzform KE:

In meinen grafischen Darstellungen und Texten verwende ich die Bezeichnung Kompakteinheit (KE) für die Gerätekombination Steuermodul, Decoder und ggf. zugehörende externe Komponenten. Diese Kurzform ist nur eine Vereinfachung ohne genauere Funktionsbeschreibung. Diese ergibt sich immer aus dem Kontext oder auch einem weiteren Merkmal.

 

B. Decoder-Konfigurationen möglicher Betriebsarten

 

In Abhängigkeit von den jeweils gewählten Daten-Übertragungsverfahren und des davon abhängigen Steuersystems ergeben sich für jede Betriebsart verschiedene Stufen der Decoder-Konfiguration. Da sich gewisse Unterschiede zwischen Mobil-und Stationärmodellen ergeben, werden sie getrennt betrachtet.

 

Das Bild 1 zeigt mögliche Decoder-Konfigurationen in Abhängigkeit von den Daten-Übertragungstechniken und die sich daraus ergebenden Betriebsarten. Bei Berücksichtigung der zwei Varianten der Direktsteuerung in Form der Hybrid- Decoder und unter Einbeziehung der Digital-Decoder als Komponente der Nachhaltigkeit ergeben sich drei Konfigurationsstufen 0-2 für die Steuerung der Mobilmodelle. Alle sich aus den Konfigurationsstufen ergebenden Modellbahn-Betriebssysteme können nebeneinander oder gemeinsam kombiniert werden. Tabelle 1 zeigt diese Kombinationen.

Stufe 0 entspricht der gegenwärtigen digitalen Modellbahnsteuerung mit den verbreitet angewendeten Digitalsystemen, mit denen auch analoge Objekte gesteuert werden können. Mit dieser Stufe wird die Nachhaltigkeit erreicht.

Stufe 1 entspricht dem innovativen Übergang zur Direktsteuerung mit WLAN-Funk durch die Kopplung eines WLAN-Adapters mit dem Standard-Digitaldecoder DD, wodurch eine hybride Gerätekombination HCD entsteht. Mit dieser Stufe wird kann die Direktsteuerung der Modelle ohne wesentliche Schwierigkeiten nur durch Ergänzung der WLAN-Schnittstelle (Adapter) eingeführt werden.

Stufe 2 entspricht einer Optimallösung mit den gegenwärtig vorhandenen technischen Bedingungen. Diese bedarf der Überarbeitung der technischen Strukturen, die zu neuen Hardware-Komponenten und zu bedeutenden Vereinfachungen der Struktur der Modellbahn-Steuertechnik führen.

Entscheidende Innovationen sind:
a) die Erweiterung der Funktionen des Decoders auf alle denkbaren Anwendungen wie WLAN-Schnittstelle, Sound usw. Damit wird HyD ein Alleskönner und ersetzt allein alle Decodertypen in jeder Typklasse, was zu erheblichen Kostensenkungen durch hohe Produktzahlen beiträgt.
b) Die Verlagerung der Strom- und Leistungsstufen auf die IStM entlastet die Decoder von schädlichen Einflüssen durch Erwärmung und dem Vorhandensein mehrerer Stromkreise mit unterschiedlichen Betriebsspannungen. Die IStM werden dadurch universeller und sind auch für andere Anwendungen anwendbar (Videokamera mit 5 V Betriebsspannung).

 

Für die Situation in Zeile 3 gelten gleiche Bedingungen.

Der in den Zeilen 4, 5 erwähnte Wechselbetrieb ist eine Betriebsart, die bei Verwendung der oben beschriebenen Gleismodule möglich ist. Gemeint ist, dass jeweils Teile einer Gleisanlage mit einem System A und andere mit dem System B betrieben werden.

In Abhängigkeit von der Zugbewegung können die Systeme gewissermaßen unter dem Zug weitergeschaltet werden. Dafür werden immer drei Gleisabschnitte benötigt, Vorgleis, Zuggleis und Folgegleis (Vorgleis -wo der Zug herkommt, Folgegleis – wo der Zug hinfährt). Innerhalb dieser Gleisabschnitte kann die Zugbewegung mit einem anderen Steuersystem stattfinden, sogar echter Analogbetrieb ist möglich. Die Gleisgruppe muss mit der Bewegung eines Zuges weitergeschaltet werden.

Voraussetzung für diese Systemwechsel-Betriebsart sind Gleismodule für alle Gleise und eine entsprechende hochentwickelte Software, gewissermaßen eine Anwendung von KI.

Abschleßend zu dem Thema Betriebsart-Konfigurationen folgt Bild 2 mit  der Darstellung der Konfigurationen für die Steuerung der Stationärmodelle. Es zeigt sich, dass bei der Konfiguration von Betriebsarten für die SM-Steuerung erhöhter Aufwand an Leitungen zu beachten ist.

 

C. Daten-Formate und -Übertragungswege bei Modellbahn-Steuersystemen

(1) Allgemeines

Die in den voranstehenden Kapiteln von mir favorisierten und beschriebenen Veränderungen der Übertragungstechniken bei der Modellbahnsteuerung durch die Nutzung des direkt auf die Modelle wirkenden WLAN-Funks ermöglicht die Gestaltung eines Universal-Modellbahn-Steuersystems für alle Arten von Modellbahnsteuerungen außer der klassischen Wechselstromtechnik.

Am besten lässt sich das zeigen mit der Betrachtung der von den Steuersystemen benutzten Datenformate. (siehe Bild 3).

Daten sind die Werte, die die jeweils betrachteten Größen (Strom, Spannung, Temperatur) innerhalb des Zeitverlaufs annehmen. Der Wert in einem bestimmten Moment ist ein einzelnes Datum. Der Werteverlauf ist, wie die linke kleine Grafik im Bild 3 unter „Analog“ zeigt, als Kurve über einer Zeitachse darstellbar, hier ist es ein linearer Verlauf. Ein Werteverlauf kann aber auch sprunghaft sein, z. B. bei einem Schalter, der nur „ein und aus“ kennt. Das ist ein binäres Datum, dessen Werteverlauf wie eine Treppenstufe aussieht.

Benutzt eine Steuerung derartige Abbildungen der Realität, dann ist sie analog. Die Übertragung analoger Daten ist schwierig, weil sie einen sehr großen Wertebereich haben. Deshalb führte man die Digitaltechnik ein.

Digitale Daten sind Basis der Kommunikations- und Übertragungstechniken!

Sie entstehen durch festgelegte Bit- und Byte-Strukturen für Buchstaben, Zahlen, Befehle usw., um daraus Programme, Adressen, Berechnungen, Texte zu bilden. In der richtigen Zusammensetzung der Daten ergibt sich das, was man jeweils erreichen will. Es ist festzustellen, dass die Digitalisierung unheimlich viele Arbeitsschritte erfordert, aber der Arbeitstakt ist so schnell, dass das vielfach keine Rolle spielt. Die Taktfrequenz eines gängigen PC liegt im Gigahertz-Bereich, das bedeutet Taktzeiten in Nanosekunden.

Für die Umwandlung analog in digital und umgekehrt benutzt man elektronische Schaltungen, z.B. Analog-Digital-Konverter (A-D-Umsetzer, ADU) und Digital-Analog-Konverter (DAU).

 

Bild 3 Steuerdaten-Formate und -Übertragungswege

 

(2) Analogbetrieb

Einleitend muss festgestellt werden, dass ein Daten-Übertragungsprozess immer mit analogen Daten beginnt und die an seinem Ende wieder hergestellt werden. Nur so kann ein realer Prozess gesteuert werden.

Wenden wir uns nun den Daten-Formaten und Übertragungssystemen und benutzen dafür das Bild 3.

Betrachten wir nun den linken Teil. Zuoberst finden wir die zwei Grundformate „Analog“ und „Digital“, wobei letzteres alle in den Modellbahn-Steuersystemen benutzten Digital-Formate umfasst. Es gibt einen Analogblock (rot) und zwei Digitalblöcke (braun und blau), überlagert von dem Steuersystemblock (grün). In der Spalte rechts befinden sich Erläuterungen.

Der Analogblock ist einfach strukturiert. Es gibt das Analogformat in Form stetig veränderlicher Ströme/Spannungen und sprunghafte Änderungen für Schaltvorgänge (ein/aus = 1/0, ein binärer oder stufiger Vorgang).

In der Modellbahnpraxis wird das Analogformat mit Eingabegeräten erzeugt, beispielsweise mit dem Drehknopf von Fahrtransformatoren und von Weichenschaltern.

Die mit diesen Geräten erzeugten Spannungen/Ströme werden als Analogformat mit einzelnen Leitungen (rot) zur den Funktionsmodellen auf der Anlage (Fahrzeuge, Weichen) geleitet. Ebenso können mit entsprechenden Leitungen (rot gestrichelt) Rückmeldungen angezeigt werden.

Das am Ende eines Leitungspaares befindliche Modell reagiert entsprechend seiner Bestimmung und zeigt das mit einer Reaktion, einer Wirkung. Mit jedem steuerbaren Objekt steigt die Anzahl zu verlegender Leitungen!

 

(3) Standard-Digitalbetrieb

Den von mir als Standard-Betrieb bezeichnete digitale Steuerung der Modellbahn meint die gegenwärtig verwendeten digitalen Steuersysteme, deren Abläufe im braunen Block gezeigt werden. Die Steuersysteme unterscheiden sich in dem Format des mit dem Gleis übertragenen Gleissignals sowie in der Gestaltung der Systemcodes. Alle anderen Funktionsabläufe sind vom Prinzip her übereinstimmend.

Zunächst wird das meistens von uns, den Bedienern beeinflusste, ursächliche Analogformat in einer geordneten Form in das analoge Direktformat überführt. Dann erst folgt seine Umsetzung in das digitale Direktformat, z.B. mit einem ADU. In dieser Form kann jedes Steuersystem die Daten entsprechend seinem Programm verarbeiten.

Bei der gegenwärtig angewendeten Technik wird ein zentrales Steuergerät (PC, Tablet, Smartphone) mit der Hilfe der drahtgebundenen LAN- oder der drahtlosen WLAN-Technik mit den Geräten der Modellbahnanlage verbunden.

Die Daten des Direktformats (schwarzer Pfeil) werden zu Eingabedaten der Zentralsteuerung. Nun werden sie programmgemäß verarbeitet zu Steuerdatensätzen (DAV = Datenverarbeitung). Diese enthalten neben den Steuerdaten auch die Zieladresse und einige weitere Merkmale.

Zwischen den Steuerdatenpaketen der verschiedenen Digitalsysteme gibt es strukturelle Unterschiede, weshalb sie bereits in der Steuerzentrale systemkonform als Direktcode oder Systemcode erstellt werden müssen.

Der so erzeugte Datensatz wird (im Bild 3 als grüner Pfeil dargestellt) zum ROUTER oder bei Mobilgeräten zum geräteinternen Sender sowie zur BOX geleitet.

Beim Standard-Digitalbetrieb werden die Systemcode-Datensätze in der BOX verwendet, um das Gleissignal zu erzeugen. Die Bitfolgen der Datensätze werden in der BOX einem Paar rechteckiger Spannungen zugeordnet (-siehe in Bild 3 kleine Grafiken neben der BOX-). Die Spannungsverläufe eines Paars unterscheiden sich bei jedem System in einem Merkmal (Frequenz, Symmetrie, Polarität).

Den beiden Einzelfiguren werden den Bits des Datensatzes zugeordnet, dem 0-Bit die eine, dem 1-Bit die andere. Mit der so entstandenen Rechteckfolge wird der Fahrgleichstrom moduliert. Damit entsteht der digitale Wechselstrom, der als Gleissignal (brauner Pfeil) in der Regel über das Gleis den Funktionsmodellen zugeführt wird.

Das Gleissignal ist somit ein Träger von Energie und digitaler Information. In den Rechteckfiguren bleibt das Bitmuster erhalten und ist messtechnisch erkennbar.

Der das Gleissignal empfangende Decoder des Modells erkennt an den genannten Merkmalen des Gleissignals eine Information, die, wenn sie zu ihrem Digitalsystem passt, übernommen wird. Der Decoder stellt dabei das Bitmuster wieder her und identifiziert als erstes die Zieladresse. Wenn sie zur Modelladresse passt, wird das gesamte Datenpaket gelesen, verarbeitet und die erkannten Steuerbefehle werden den jeweiligen Modell-Funktionen zugeleitet, die entsprechend reagieren.

 

(4) Betrieb mit Innovationen

1. Universelle Direktsteuerung:

Ein kurzer Blick auf den blauen Block zeigt, dass anstelle des Digital-Decoders die beiden Hybrid-Decoder in der Ebene der Modellobjekte dargestellt sind.

Der Datenübertragungsprozess beginnt wieder im Steuersystem. Die dort erzeugten Codes (Datensätze im Bitformat) werden nun dem ROUTER (grüner Pfeil) zugeführt. Der erzeugt das hochfrequente Funksignal.

Das ROUTER-Signal gelangt als WLAN-Funksignal (blauer Pfeil) direkt zu den Decodern, die auf ähnliche Weise, wie oben beschrieben, unabhängig voneinander den digitalen Steuerdatensatz zurückgewinnen und bei passenden Adressen direkt im Bitformat übernehmen. Beide Hybrid-Decoder verarbeiten jeweils den zum Modell passenden Datensatz und übertragen die Werte auf die jeweils adressierten Modellfunktionen. Die Abläufe dazu werden von der Art des jeweils benutzen Decodertyps (HCD oder HyD) bestimmt.

Bemerkenswert ist, dass auf diese Weise neben dem Direktcode jeder Datensatz eines beliebigen digitalen Steuersystems im Systemcode übertragen werden kann. Und zwar parallel für alle Modelle unabhängig von ihrem Digitalsystem. Die Voraussetzungen dafür muss die Software des Steuersystems liefern, so dass ein DCC-Modell den DCC-Datensatz und ein SelecTRIX-Modell den SelecTRIX-Datensatz erhält. Die hohe Daten-Übertragungs-Geschwindigkeit des WLAN macht die Verschachtelung vieler Steuerdatenpakete möglich bei gleichzeitiger Nutzung von Kontrollfunktionen über den Rückkanal möglich.

Die Verwendung der Hybrid-Decoder ermöglicht so die Gestaltung eines universellen Modellbahnsteuersystems! Vorausgesetzt, die verwendete Software ist dafür geeignet. Die entscheidende Ergebnis ist aber, dass die Verwendung eines systemkonformen Gleissignals nicht mehr erforderlich ist. Somit sind für zukünftige Modellbahn-Steuersysteme deutliche Vereinfachungen möglich.

2. Nachhaltigkeit der Steuerung:

Die Hybrid-Decoder wirken nachhaltig, weil sie, wegen ihrer zweiten Betriebsart als Digital-Decoder, auch Gleissignale verarbeiten können. In Bild 3 verbindet der braune Pfeil beide mit der Digital-Box. Real geschieht das mit dem am Gleissystem vorhandenen Digitalsystem.

Damit kann mit dieser Betriebsart auch das Digitalsystem weiter verwendet werden, mit dem die Modellbahnanlage bereits ausgestattet ist. Obwohl jetzt nur ein bestimmtes Digitalsystem am Gleis zur Verfügung steht, können andere parallel dazu über den WLAN-Funk weiter bedient werden. So bleibt der universelle Charakter des Steuersystems erhalten. Der erforderliche Betriebsstrom für die Fremdsysteme wird dem digitalen Wirtssystem entnommen.

3. Rückmeldefähigkeit:

Wichtig für die Einrichtung automatisierter Betriebsabläufe ist die unbeschränkte Rückmeldefähigkeit der WLAN-Technik. Mit dieser Technik können viele Betriebsdaten der Fahrzeuge und der Anlage an die Zentralsteuerung gemeldet werden, wenn die notwendigen Sensoren vorhanden sind und die Betriebsprogramme der Zentrale und der Hybrid-Decoder für diese Leistungen eingerichtet sind.

Beispiele dafür sind:

- Fahrzeuge melden ihre Adresse und Betriebsbereitschaft, kombiniert mit dem Gleismodul auch ihren Standort.

- Die Quittierung eingehender Befehle und die Übermittlung von Betriebszustandsdaten erhöht die Betriebssicherheit

- Gleismodule melden Besetztzustände und weitere Parameter, wie Störungen und Kurzschlüsse.

- Weichenmodule melden die Betriebsbereitschaft, die Weichenstellung und auch die sichere Kontaktgabe der Weichenzungen.