Roco’s 50er ins digitale Zeitalter befördert

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    • Die Lokplatine

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      Hallo zusammen.

      Wie versprochen stelle ich heute die Lokplatine vor. Das wohl komplexeste und komplizierteste Bauteil dieses Platinensatzes. Galt es doch eine gehörige Anzahl von Ausgängen für unterschiedliche Anwendungen auf kleinstem Raum unterzubringen. Eigentlich fing das ja mal ganz einfach an. 5 Lampen vorne das wäre es gewesen.....

      Ich versuche das so einfach wie möglich zu gestalten ohne zu viel Technikballast. Wer dennoch etwas mehr wissen möchte, der lese die Abschnitte ELEKTRONIK INSIDE. Wer nicht, kann das auch ohne Informationsverlust überspringen. ^^

      Herausgekommen ist folgendes:

      4 Lichtausgänge zur Darstellung der Zugschlußsignale vorne
      1 Ausgang für die digitale Kupplung vorne
      1 Ausgang für einen Raucherzeuger
      1 Ausgang für das Feuerbüchsenflackern
      1 Ausgang für die Triebwerksbeleuchtung
      1 Ausgang für die Führerhausbeleuchtung
      1 Reserve bzw. Kohlenentnahmebeleuchtung (wahlweise auch aus dem Tender)

      Dazu musste noch die Verbindung zum Tender und somit zum Decoder, mit so wenigen wie möglich Drähten auskommen. Außerdem sollte die Lok auch von Dreileiterfahrern (So wie meiner einer :cursing: ) unter voller Ausnutzung der Radstromabnehmer genutzt werden können. Und zum guten Schluß kam Andreas noch mit der Erweiterung der Radstromabnehmer um die Ecke.

      Hier die Platine dazur:


      Grundlage der gesamten Ansteuerelektronik bildet ein Microcontroler vom Typ PIC16F690 I/SS der Fa. Microchip. Seine Daten erhält der Controler vom zweipoligen SUSI-Bus, der neben GND und Schiene A und B die Verbindung zur Tenderplatine und somit zum Decoder herstellt, der die SUSI-Daten ausgibt. Die Spannungsversorgungen für den PIC und die Leistungsausgänge werden auf dieser Platine hergestellt. Ein diskreter Brückengleichrichter aus 1,5A Schottkydioden bildet das Herz dieser Versorgung. Alle Leistungsausgänge sind über eine automatische Sicherung von 200mA Haltestrom gegen Kurzschlüsse geschützt. Die Endstufentransistoren können jeder für sich 2,5A bei 25V schalten. Dies ist vollkommen überdimensioniert dient aber der Sicherheit im Kurzschlußfall. Alle Anschlüsse sind über Lötpads an den prädestinierten Stellen herstellbar. Vorne an der Platine befindet sich der Leistungstransistor und die Lötpads für eine digitale Kupplung. Diese Platine wird abgetrennt und findet im Vorschuh Platz.

      ELEKTRONIK INSIDE:
      Die Schottkydioden haben gegenüber normalen Gleichrichterdioden den Vorteil, dass sie erheblich schneller schalten und zusätzlich einen geringeren Spannungsabfall aufweisen. Da die Wechselspannung der DCC-Versorgung relativ steile Flanken aufweist braucht es faktisch keinen Stützkondensator mehr, sondern eher einen kleinen keramischen Kondensator um die "Löcher" in der Gleichspannung zu stopfen. Aus der Erfahrung heraus hat sich dort ein 330nF Vielschicht als praktikabel herausgestellt.
      Damit stehen der Endstufe über eine Sicherung die volle Gleisspannung abzüglich 450mV zur Verfügung. (Da denkt der Elektroniker nicht mehr über nach.) Die Sicherung selbst ist eine 20V 250mA PTFE Sicherung und schaltet bei 400mA innerhalb 0,1s die Endstufen ab. Die Endstufen sind masseschaltend und verfügen in jedem Zweig über einen Vorwiderstand. Einzig die digitale Kupplung hat keinen. Da dieser Ausgang, so wie alle anderen Ausgänge über PWM angesteuert werden ist das auch nicht notwendig. (Soweit mein Wissensstand.) Die Leiterbahnen mussten wirklich mit dem spitzen Bleistift gerechnet werden. Das habe ich so das letzte mal im Studium gemacht und gleichzeitig festgestellt, wie viel man im Alltag als Sicherheit da drauf haut. Kurzum 2,5A Dauerstrom bei 20V kann die Platine ab. Ein kleiner Trick dabei, der Lötstoplack ist extrem Wärmeleitend. Alle Widerstände im Leistungskreis sind 1/4Watt Typen. Diese Widerstände sind zwar fast doppelt so teuer als die Standardtypen in 0603, aber wer A sagt.........
      Der verwendete Controler ist ein 8Bit Midrange Typ. Die Decodierung des Susi-Signals erfolgt Interruptgesteuert. Dummerweise brauchen wir aber auch noch einen Interrupt für das PWM-Signal und der kleine Kerl hat nur einen Interruptvector. Aber bei 8MHz interner Taktfrequenz und 2µs Zykluszeit sollten das zu lösen sein. Hat bisher jedenfalls prima funktioniert. Der Controler hat außerdem eine eigene Spannungsversorgung die ein 100mA 5V LDO liefert. Das trägt zusätzlich in Verbindung mit XR7 Kondensatoren zur Reduzierung von Transienten am Prozessor bei.
      ELEKTRONIK ENDE.



      Noch eine Sache zum Raucherzeuger. Auf meiner Originalplatine wurde eine Schienenseite mittels einer Schraube auf den Rahmen kurzgeschlossen, so dass die Befestigungsschrauben zum Kessel die Spannung an den Zinkdruckgussblock geleitet haben. Damit war eine Seite des Raucherzeugers mit Spannung versorgt. Die andere Seite hatte Ihren Anschluß unter der vorderen Kesselbrücke. Das entfällt komplett. Aus mehreren Gründen muß der neue Raucherzeuger zweipolig an die Lokplatine angeschlossen werden. Ich empfehle dazu einen Seuthe100 den ich schon mehrfach verwendet habe. Dieser hat zwei Anschlußdrähte und einen geringeren Strom bei gleicher Dampfausbeute. Außerdem ist er sehr schnell und läßt sich an die Fahrgeschwindigkeit bzw. die Last anpassen, was zu schönen Effekten führt.

      Nun, bis dahin wieder viel Spaß mit der Lektüre.

      Mit freundlichen Modellbahnergrüßen
      Thomas
      "Wer sich nicht an die Vergangenheit erinnern kann, ist dazu verdammt, sie zu wiederholen." Jorge Augustín Nicolás Ruiz de Santayana
    • Die Tenderplatine

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      Hallo Modellbahner,

      weiter geht es mit der Vorstellung der Platinen. Heute möchte ich Euch die Schaltzentrale zwischen Lokplatine und Adapterplatine vorstellen. Die interne Technik ist analog zur Lokplatine gehalten und nur den Platzverhältnissen angepasst. Die Tenderplatine hat genauso wie die Lokplatine mehrere Metamorphosen durchlaufen. Der Vorliegende Entwurf passt damit aber in alle 50er Modelle von Roco und berücksichtigt auch diverse Tendermodifikationen in Verbindung mit der Zugführerkabine. Ich will Andreas aber nicht vorgreifen. Die Stromabnehmer für die Radkränze der vorderen beiden Achsen können von der Originalplatine abgebaut und wieder verwendet werden. Entweder kann man sie an die dafür vorgesehenen Lötpads annieten oder, was besser ist, anlöten. Die Löcher passen für beide Varianten. Und natürlich haben wir noch die Dreileiterfahrer. Es gibt wieder zwei Lötjumper mit denen man die Betriebsart umschalten kann und neben der Aussparung der Schwungmasse kann der Mittelleiterkontakt angelötet werden. Ein handelsüblicher Schleifer passt zwischen die ersten beiden Tenderachsen. Wahlweise kann der Schleifer auch noch an die Lok montiert werden.

      Hier die Platine im Überblick mit den obligatorischen Hinweisen auf die Baugruppen.


      Rund um den Getriebekasten befinden sich die Verbindungsleitungen hoch zur Adapterplatine. Diese werden mit dünnen Kabeln an die Pads der Tenderplatine angelötet und enden oben an einem Steckverbinder. Für die Zugschlußsignale gibt es ebenfalls einen Steckverbinder am hinteren Ende. Somit sind alle abnehmbaren Teile mit Steckverbindern versehen und der Tender kann von unten her ohne große Probleme zusammengebaut werden. Außerdem lassen sich dadurch die Leuchtdioden bequem im Gehäuse montieren.
      Die Verbindung zur Dampfmaschine erfolgt über die alten Löcher der Stiftleisten für die zweipolige Verbindung der Analogverdrahtung. Zwischen Lok und Tender passt eine 5polige Steckverbindung im Rastermaß 1,27mm. Die ist eigentlich 6polig da zweireihig aufgebaut. Dazu später mehr in Bildern.
      Die Elektronik ist mit den gleichen Bauteilen und auch dem gleichen Prozessor ausgestattet wie die Lokplatine obwohl hierbei einige Ausgänge brach liegen.
      Aber wer weiss was noch kommt und was wir haben, das haben wir. ^^
      Dadurch, dass die Tenderplatine doch verhältnismäßig "geräumig" ist konnte ich hier die Leistungsseite von der Steuerungsseite trennen. Der SUSI-Bus ist da zwar eher kein Kandidat für Störungen, aber
      das Auge isst ja bekanntlich mit. :)

      So, heute ist es "auffe Malloche" spät geworden und den Rest gibt es Morgen.
      Also wünsche ich wieder viel Spaß beim Lesen.

      Mit freundlichen Modellbahnergrüßen
      Thomas
      "Wer sich nicht an die Vergangenheit erinnern kann, ist dazu verdammt, sie zu wiederholen." Jorge Augustín Nicolás Ruiz de Santayana
    • Die Adapterplatine

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      Hallo zusammen,

      heute also der letzte Teil der "Trilogie". Die Adapterplatine, die die diversen Decoder und auch die Brüllwürfel bei Bedarf aufnimmt. Die Adapterplatine passt zuerst einmal in den normalen Tender. Dazu müssen lediglich die kleinen Winkel, die für den Originaldecoder vorgesehen waren, entfernt werden. Die Platine setzt sich dann in die vier Bolzen im oberen Tendergehäuse. Da die Verbindung zur Tenderplatine steckbar ausgefürt ist kann man sich jetzt vorstellen, dass man das Ganze von unten her ohne Heckmeck zusammensetzen kann. Kleiner Wehrmutstropfen: Die Kohlenatrappe aus Zinkdruckguss als auch deren Gewicht sind nicht mehr nutzbar. Andreas und ich überlegen eine Plattform aus Polystyrol mit echten Kohlen hier vorzusehen. Aber das ist vorerst Schritt 33 und es gibt bestimmt gute Ideen aus der Gemeinde. :)

      Die mit einem * gekennzeichneten Anschlüsse sind doppelt, also gleichberechtigt vorhanden und werden je nach verwendetem Decoder bestückt. Wie man sehen kann ist auch ein für einen PluX16/22 Decoder Platz. Wichtig ist nur, dass er über eine SUSI-Schnittstelle verfügt. Ansonsten ist das mit den "Lichtspielen" Asche. 8o

      Die Platine im Überblick:


      Es ist leicht zu erkennen, dass je nach verwendetem Decoder auf der gegenüberliegenden Seite Platz für die Aufnahme der kleinen ESU-Lautsprecher bleibt. In Verbindung mit der Kabine bzw. der Kohlenimitation ergibt sich hier ein geschlossener Resonanzraum.
      Die zusätzlichen Lötpads für die Decoderausgänge werden in unserem Projekt vorerst eigentlich nicht gebraucht, aber es war noch Platz auf der Platine und man weiß ja nie….

      ELEKTRONIK INSIDE:

      Die Kondensatorbatterie ist optional zu bestücken und ist hinter dem Gleichrichter des Decoders , also an V+ oder U+ und Masse angeschlossen. Aufgrund der Baugröße sind nur 100µF bei 6,3V möglich. (Jedenfalls zu einem erträglichen Preis) Es werden jeweils 3 Kondesatoren in Reihe zu je drei Reihen verschaltet. Die resultierenden Werte sind sind also 300µF bei 19V. Der gesamte Konstrukt ist ein ehemaliger Versuch, der noch heute in meiner Märklin KÖF seinen Dienst tut. Die Schaltung überbrückt etwa 0,3 bis 0,5s, je nach Fahrstufe. Das hört sich wenig an, war aber die Welt für die Köf. Hier dienst es ebenfalls für den Versuch. Wer möchte und im Tender noch mehr Platz findet, der kann über den Lötpad +U seine eigene Ladeschaltung montieren.
      ELEKTRONIK ENDE:


      Damit ist meine Vortragsreihe vorerst beendet und Andreas wird sich wieder melden. Das nächste von dem ich berichte ist der bestückte und (hoffentlich) funktionsfähige Prototyp. Ich baue das Ganze gerade auf ein Holzbrett mit Motor, Furz und Feuerstein um mir die Programmiererei zu erleichtern.


      Bis dahin wie immer viel Spaß beim Lesen und mit freundlichen Modellbahnergrüßen

      Thomas


      PS: Ich habe mir lange überlegt ob ich das hier kommunizieren soll, aber meine Seele läßt mir keine Ruhe. Wenn ich mit Elektronik, Platinen und Chemikalien umgehe, dann achte ich penibel darauf die Abfälle und die entstehenden Gase umweltgerecht aufzufangen und zu entsorgen. Ich betreibe dazu einen recht großen Aufwand und werfe sogar die Filter nicht in den Hausmüll. Ja, das ist ein wirklich großer Aufwand. Da ich aber keinen Ersatzplaneten auf Lager habe versuche ich den mir jetzt zur Verfügung stehenden so pfleglich wie möglich zu behandeln, muß er doch von meinen Kindern weiter verwendet werden. Ich würde deshalb auch nicht auf die Idee kommen Bauteile mit dem Lötbrenner "auszulöten" da es keinem Zweck dient.

      Das muß natürlich jeder für sich selbst beantworten, für mich ist das jedenfalls keine Option. <X So, jetzt ist es raus und es geht mir besser......
      "Wer sich nicht an die Vergangenheit erinnern kann, ist dazu verdammt, sie zu wiederholen." Jorge Augustín Nicolás Ruiz de Santayana