Modelspoorwegbouw/Voeding

De treinen op een modelspoorbaan kunnen op verschillende manieren gevoed en bestuurd worden.

Analoog

Gelijkspanning

Roco transformator met regelaar

De locomotieven van veruit de meeste modelspoorfabrikanten worden gevoed met een gelijkspanning, vaak aangeduid met de Engelse term "DC" (afkorting van Direct Current) of het teken "=". De hoogte van de gelijkspanning bepaalt de snelheid, de polariteit bepaalt de rijrichting van de trein.

De trafo heeft vaak een draaiknop met de 0-stand in het midden (hier staan de treinen stil), als je naar links draait gaan ze de ene kant op, als je naar rechts draait de andere kant op.

Alle treinen in dezelfde stroomkring reageren op deze spanning. Echter zal de ene loc sneller rijden dan de andere door de verschillen in de bouw van de loc, onderhoudstoestand en slijtage.

De spanning wordt aangesloten op de beide spoorstaven, waarbij de polariteit dus bepalend is voor de rijrichting. Als een loc andersom op de rails wordt geplaatst zal deze in dezelfde richting verder rijden, omdat door het omdraaien ook de polariteit van de spanning is omgekeerd.

Op wissels en kruispunten zullen spoorstaven die verschillende spanningen voeren elkaar kruisen; om deze reden wordt het puntstuk, afhankelijk van de positie van de wisseltongen, met de ene danwel de andere rail verbonden, of zelfs geheel geïsoleerd of in niet-geleidende kunststof uitgevoerd.

Wisselspanning

Analoge locomotieven van Märklin worden bestuurd door middel van een wisselspanning; de Engelse term hiervoor is AC, de afkorting van Alternating Current, ook wordt wel het teken "~" gebruikt.

De regeltransformator (verkort: trafo) levert een spanning van 6 tot 16 volt, bij het verhogen van de spanning zal de rijsnelheid toenemen, maar ook de lichtsterkte van de lampjes in de loc. Ook hier is de snelheid natuurlijk afhankelijk van het type loc en de staat van onderhoud.

Het omschakelen van de rijrichting gaat met een omschakelrelais in de locomotief. Dit wordt bediend door een z.g. "overspanning" van 24 volt, die optreedt als je de trafo voorbij de 0 drukt. Bij locomotieven met een Telex-koppeling wordt deze op dezelfde manier ook bekrachtigd: de eerste overspanningpuls maakt beide koppelingen actief, de volgende schakelt dit weer uit en wisselt de rijrichting.

Electronisch bestuurd relais

Aansluitingen: ██ Voeding (van sleepkontakt) ██ Rotor ██ Veldwikkeling 1 ██ Veldwikkeling 2 ██ Verlichting voor ██ Verlichting achter ██ Retourleiding verlichting ██ Massa

Oorspronkelijk werd een mechanisch relais toegepast, dat bij de oudere modellen bovendien ook handmatig bediend kon worden; sinds 1982 werden locs meer en meer van een electronisch gestuurd bi-stabiel relais voorzien.

Märklin digitale locs kunnen ook op analoge wisselspanning gebruikt worden. De digitale decoder fungeert dan als omschakelrelais.

Aansluiten

De Märklin trafo's type 6647 hebben vier aansluitingen: rood en bruin voor de rijstroom, en geel en bruin voor constante voeding van andere elementen op de baan, zoals b.v. de binnenverlichting van huisjes. De beide bruine klemmen zijn inwendig met elkaar verbonden. Oudere trafo's hebben drie kontaktbussen: rood, geel en bruin.

In de serie M-rails was een aansluitrail leverbaar met een rode en een bruine draad, voor de K- en C-rails bestaan aansluitsets met kabelschoentjes, die overeenkomstig de lettercodes ("B" en "0") op de rails moeten worden aangesloten.

De spoelen van wissels en ontkoppelrails worden gevoed vanuit de gele draad, de stroomterugvoer geschiedt bij M-rails via de nulleiding van de rails.

Kleur	Code	Functie
rood	B	rijstroom, 0 tot 16 volt, 24 volt momentschakeling
geel	L	constante spanning van 16 volt, voor wissels en verlichting etc.
bruin	0	retourleiding voor B en L
blauwe draad met groene steker		sein veilig; wissel rechtuit
blauwe draad met rode steker		sein onveilig; wissel afbuigend

De blauwe draden van wissels en seinen worden door een schakelaar of kontaktrail kortstondig aan de nulleiding verbonden om de magneet te bekrachtigen.

Digitaal

Bij een digitaal systeem heeft de spanning op de baan een dubbele functie. Het zijn pulsen met in de breedte er van gegevens versleuteld, niet geheel afwijkend van seriële communicatie zoals dat bij computers gebruikelijk is. Tevens dient dit signaal als voeding voor de motortjes en elektronica die in de treinen aanwezig zijn. Om voldoende stroom te kunnen leveren worden de door de besturingsunit gegenereerde pulsen versterkt door een zg. booster. Die booster kan zowel in het besturingsapparaat onder gebracht zijn als ook extern aanwezig zijn. Voor grote spoorwegemplacementen met veel treinen kunnen er meerdere boosters nodig zijn die elk een eigen sectie van het emplacement van energie voorzien.

Een booster zoals b.v. de Editsbooster is te vergelijken met een simpele audio-eindversterker. Hij hoeft geen complexe signalen te verwerken maar produceert slechts pulsen die schakelen tussen plus en min 18 - 20 Volt. Dit opent de mogelijkheden voor een andere, veel toegepaste aanpak: op de flank van de puls worden elektronisch de twee uitgangslijnen naar de treinen bliksemsnel verwisseld. De trein 'ziet' dan toch een wisselspanning die echter uit een enkelvoudige voeding gerealiseerd wordt. We noemen deze schakeling een H-BRUG: Het horizontale streepje van de 'H' stelt de verbruiker voor en de elektrische stroom wordt beurtelings ingeschakeld, of tussen links boven en rechts onder, of tussen rechts boven en links onder. Een nadeel kan zijn dat er nu geen sprake meer is van een vaste nul of massa, een probleem dat de eerder genoemde Editsbooster niet kent. Als er meerdere boosters aangesloten worden, die elk een eigen stukje modelbaan bedienen, onstaat er n.l. op het punt waar de stroomkringen tussen de boosters gescheiden zijn - maar de rails toch door moet lopen - een kortstondige verbinding tussen twee boosteruitgangen op het moment dat er een trein overheen rijdt. Niet alle apparatuur is hier tegen bestand en dan zijn er maatregelen nodig om deze ongewilde verbinding tegen te gaan.

Voor de hobbyisten onder ons: Zo'n H-brug is compleet ondergebracht in een eenvoudige component zoals een L298 IC, zodat er goedkoop en redelijk simpel een start in de digitale modeltreinwereld gemaakt kan worden die toch reeds 3 Ampére kan leveren. Op het web zijn meerdere schakelingen te vinden.

Digitaal is er in meerdere vormen. Selectrix was de eerste, daarna kwam Marklin Digital.

Delta

Delta is een vereenvoudigde Marklin Digital. Mogelijke adressen zijn: 24, 60, 72, 78 en 80.

MFX

MFX is de verbeterde Marklin Digital. Hierbij meldt een locomotief zich automatisch aan bij de centrale.

DCC

DCC is de standaard waar de meeste andere merken mee werken. In het digitale signaal zitten adressen en opdrachten. Elke trein hoort zijn eigen unieke adres te krijgen. Dat gaat automatisch bij MFX maar de andere versies moeten geprogrammeerd worden.
De aanwezige decoder decodeert het signaal dat voor zijn adres bedoeld is en voert de meegestuurde opdracht uit. Het aantal mogelijke adressen wordt bepaald door het digitale systeem. Bij de modernste versies is dit royaal te noemen.

Er zijn meerdere soorten decoders in deze digitale wereld:

1. De genoemde lok-decoders, die besturen de treinen en kennen naast motorsturing vaak tal van andere bedieningsfuncties.
2. De functie-decoders. Dat zijn vereenvoudigde versies en worden vaak gebruikt om simpelere zaken zoals b.v. verlichting in rijtuigen te bedienen.
3. De wissel-decoders. Zoals de naam al doet vermoeden worden ze gebruikt om wissels op afstand om te schakelen.

Vermogen

Een belangrijk gegeven van de voeding (behalve de soort en hoeveelheid spanning) is ook het vermogen dat de voeding kan leveren. Dit wordt uitgedrukt in Watt, VA of als Ampere. Puur electrotechnisch is vermogen de spanning * de stroom. Dit verklaart de term VA (Volt en Ampere). Hoeveel treinen je kunt laten rijden wordt bepaald door het maximale vermogen dat de voeding kan leveren en het vermogen dat de treinen gebruiken. Dit geldt zowel voor analoge als digitale banen. Het zal logisch zijn dat een rijdende trein meer vermogen eist dan een stilstaande. Een grote trein kost vermogen meer als een tenderlocje. Ieder lampje kost ook vermogen.

Een van de eerste opdelingen is om alle vaste gebruikers (huisjes, lantaarnpalen, wissels en seinen door een aparte voeding te laten voeden. Hiervoor kan vaak een ongeregelde lichttrafo gebruikt worden.

Meer voedingen

Als je meer treinen (en verlichte rijtuigen) wilt gebruiken dan de eerste voeding kan voeden zul je een tweede voeding moeten gaan gebruiken. Deze moet een geïsoleerd stuk van de baan voeden. Je mag beide uitgangen van twee voedingen, trafo's of boosters nooit zomaar aan elkaar aansluiten.
Voor digitale systemen betekent dit dat je behalve een extra trafo ook een booster (versterker) nodig hebt. Door de bouw van de versterkers kan hier een faseverschil optreden (faseverschil=tijdsverschil). Omdat bij de overgang van de secties de signalen aan elkaar verbonden worden kan hier een probleem optreden (vonk). Hiervoor adviseert Marklin in sommige systemen sleperwippen. Deze voorkomen dat de middenleiders door de sleper met elkaar verbonden worden. Bij het oude Digital systeem is dit niet nodig. Dit wordt wel aanbevolen als de Delta ... als booster wordt gebruikt.

Ringleiding

Als de modelspoorbaan groter wordt, kan het gebeuren dat de treinen niet goed rijden ondanks dat er voldoende vermogen ter beschikbaar is. Dit komt omdat iedere railovergang een kleine weerstand heeft. De weerstand kost een beetje spanning, waardoor het signaal gaat verzwakken. Bij een grote baan kunnen hierdoor vanaf de aansluitrail vele overgangen gepasseerd worden waardoor het signaal zo verzwakt is dat de trein niet meer rijdt. Bij het digitale systeem valt dit eerder op dan bij analoog, omdat als de digitale decoder in de trein niet meer weet wat hij moet doen deze gewoon niet verder rijdt. Een oplossing is een ringleiding. Men noemt dit een ringleiding, terwijl het meestal een ster is. Dit zijn draden die vanaf de voeding lopen en de baan op verschillende plaatsen opnieuw van spanning voorzien. Beide signalen (rood op middenleider èn bruin op railstaven) moeten dan aangebracht worden. De rails hoeft niet onderbroken te worden (zoals bij gebruik van meerdere voedingen), omdat hier sprake is van één voeding. De draden van de ringleiding kunnen het beste wat dikker genomen worden, zodat hierover geen verliezen optreden (1 mm2 of 2.5 mm2). Marklin adviseert om ieder 2 meter een nieuw aansluitpunt te maken. Bij een station is het meestal voldoende om beide wisselstraten aan de uiteinden te voorzien als extra aansluitpunt. De extra aansluitpunten hoeven geen officiële aansluitrails te zijn. Gewoon 2 draden aan een normaal railstuk maken volstaat ook. Haal de voeding van de oorspronkelijke aansluitrail af.