NMRA DCC oder MM Decoder für Modellbauservos


Von Modellbauläden und im Internet werden immer wieder sehr preiswerte Modellbauservos angeboten. Es liegt nahe, diese Servos für das vorbildgerechte langsame Stellen von Weichen und Signalen auf der Modellbahn zu verwenden. Diese preisgünstigen Modellbauservos verfügen über Kunststoffzahnräder und sind nicht direkt flüsterleise. Wer aber mal neben einer Vollbahnweiche gestanden hat, als diese umgelegt wurde, weiß, dass beim Vorbild die Weichen auch nicht gerade leise sind. Ich brauchte also einen Decoder, wie die üblichen 4-fach Weichendecoder für Magnetspulen oder motorische Weichenantriebe, nur mit 4 Impulsausgängen für Servos statt mit 4 Leistungsausgängen. Das war die Grundidee vor 10 Jahren als die Auswahl an Servodecodern noch nicht so groß war und sich eigentlich nur auf einen Hersteller beschränkte. Deswegen sah mein erster Servodecoder so ähnlich aus wie die WDecD-90 und WDecN-90 Selbstbaudecoder. Später wurde daraus der weiter unten abgebildete Decoder für einen Servo.

Prinzip der Servosteuerung

Das Steuerungsprinzip ist bei allen Servos für Modellbauzwecke gleich. Alle 20 ms wird ein Impuls ausgegeben, dessen Länge (Dauer) die Position des Stellarms oder des Stellrades definiert. Normalerweise werden Modellbauservos funkferngesteuert. Der Funk-Empfänger bietet meistens bis zu 8 Kanäle für 8 Servos an. Um im 20 ms Rhythmus 8 Servos bedienen zu können, stehen also pro Servo 20 / 8 = 2,5 ms zur Verfügung. Die Impulslänge kann demnach maximal 2,5 ms betragen. Das ist aber Theorie und in der Praxis erreichen die Servos bei Impulszeiten von 2 - 2,3 ms ihre linke Endlagen (gegen Uhrzeigersinn). Damit die Elektronik im Servo überhaupt den Impuls erkennt, ist eine Mindestimpulslänge von ca. 1 ms erforderlich. Auch hier gibt es wieder Abweichungen und erreichen die Servos ihre rechte Endlage in einem Bereich von 0,7 bis 1ms. Somit wird der gesamte Stellbereich des Servos (ca. 180°) mit Impulslängen von ca. 0,7 bis 2,3 ms definiert. Die Mittellage des Servo-Arms wird bei einer Impulsdauer von ca. 1,3 bis 1,6 ms erreicht. Innerhalb der Zeitspanne von 0,7 bis 2,3 ms kann der Arm an jede beliebige Position gebracht werden. Die erreichbare Stellgenauigkeit wird von der Auflösung des Impulses, der Qualität der internen Servoelektronik und vor allem der Mechanik bestimmt.
Stellimpulse für den Modellbauservo
Die Stellimpulse für den Modellbauservo

Das Servo

Im Inneren des Servos agiert ein kleiner 5V Gleichstrommotor, der über ein hochuntersetztes Getriebe den Stellarm zwischen beiden mechanischen Anschlägen bewegt. Mit dem Stellarm ist ein Drehpotentiometer gekoppelt, das die aktuelle Position an die Servo-Elektronik zurückmeldet. Der Motor wird so lang angesteuert, bis die Lage des Potentiometers und damit die Lage des Stellarms der für die Impulslänge passenden Position entspricht. Hat der Servo seine Position erreicht, steht der Motor und geht die Stromabnahme zurück. Wird der Arm durch eine externe Kraft aus seiner Position gebracht, versucht der Motor den Arm wieder auf die alte Position zu bringen. Aufgrund der großen Getriebeuntersetzung können die dabei auftretenden Kräfte beachtlich werden.
Servodecoder und Servo bedienen ein Viessmann Rangiersignal
Prototyp des Servodecoders und Conrad Servo bedienen ein Viessmann Rangiersignal

Funktion des Servodecoders

Der Servodecoder versorgt das Servo mit 5V Gleichspannung, die über einen Längsregler oder fast verlustfrei mit einem Schaltregler aus der digitalen Gleisspannung gewonnen wird. Die minimale Stellzeit eines Servos beträgt ca. 0,4 bis ca. 1s für einen Stellbereich von ca. 180°. Um aber die für die Vorgänge auf der Modellbahn erforderlichen langsamen Bewegungen zu erreichen, müssen stetig veränderliche Positionen vorgegeben werden. Das Servo nimmt so alle 20 ms eine neue Position ein und täuscht damit eine langsame stetige Bewegung vor. Die minimale "stetige" Geschwindigkeit, die man so erreichen kann liegt daher bei einem Zeitinkrement pro 20 ms. Da der vorliegende Decoder den Gesamtweg von 180° intern in ca. 15.000 Inkremente auflöst (ab V3.0 auf 1500 reduziert), ist eine Stellzeit von 15.000 * 20 ms = 300 s (5 Minuten) realisierbar (ab V3.0 auf 30 s reduziert). Der Einfluss der Versorgungsspannung auf die Stellzeit wird durch dieses Prinzip aufgehoben.
Servodecoder mit Conrad Servo unter der Anlagenplatte hier in der Funktion als Signalantrieb
Prototyp des Servodecoders mit Conrad Servo als Signalantrieb unter der Anlagenplatte

Hardware der Servodecoder

Die Baumuster der Servodecoder wurden in gemischter Bauweise in SMD Technik auf einer einseitigen Platine aufgebaut und messen ca. 35 x 39 x 20mm (B x H x T). Auf der Oberseite der Platine befinden sich sämtliche Anschlüsse und der Spannungsregler mit seinem Kühlkörper. Der Decoder wird komplett aus der Gleisspannung versorgt. Für meine Tillig Weichen auf der Modulbahn habe ich eine etwas größere Variante gebaut, die entsprechend der Weichenlage, das Herzstück der Weiche mit umpolt. Auf der Abbildung unten ist dieser Decoder rechts abgebildet. Er misst 43 x 45 x 20 mm. Mittlerweile ist die gesamte Modulanlage auf Servo umgerüstet. Die meisten Viessmann Signale (Conrad-Bausätze) sind mit einem Servodecoder und einem Servoantrieb ausgestattet. Eine sehr zuverlässige Lösung!
Der Standard Servodecoder und eine Variante mit Relais zur Herzstückumschaltung
Der Standard Servodecoder und eine Variante mit Relais zur Herzstückumschaltung.
Oben das Conrad Servo.

Eigenschaften SerDecD-TN DCC

  • Unterstützt NMRA Basic Accessory Decoder DCC Formate (Broadcast/Output/Operations Mode Programming)
  • Einsatz für Weichen, Formsignale, Entkuppler, Schuppentore, Bahnschranken, usw.
  • Stellzeit über CV einstellbar bis ca. 300s bzw. 30 s ab der Version 3.0.
  • Adressierung der Weichen, nicht des Decoders. 1 Adresse pro Servo spart Zubehöradressen
  • Einfache Adressierung mit einem externen Taster
  • Endlage links und Endlage rechts über CV einstellbar.
  • Endlagen auch über externe Tasten einstellbar
  • Einstellbarer Vorschub für die manuelle Justage der Endlagen.
  • Hauptgleisprogrammierung wird unterstützt
  • Lesen und Schreiben Byteweise und Bitweise aller CVs am Programmiergleis
  • Speicherung der letzten Position bei Spannungsausfall
  • Optionale Erhaltung des Servoimpulses zum Halten der erreichten Sollposition auch unter Belastung
  • Konfigurierbarer Nachlauf zum Ausregeln

Eigenschaften SerDecM-TN V1.2 MM

  • Unterstützt das "Marklin-Motorola" Gleisformat für bis zu 319 Weichen (Zubehöradressen)
  • Einsatz für Weichen, Formsignale, Entkuppler, Schuppentore, Bahnschranken, usw.
  • Stellzeit über externe Tasten einstellbar bis ca. 300s
  • Adressierung der Weichen, nicht des Decoders. 1 Weichenadresse pro Servo spart Zubehöradressen
  • Einfache Adressierung mit einem externen Taster
  • Endlage links und Endlage rechts über externe Tasten einstellbar
  • Speicherung der letzten Position bei Spannungsausfall
  • Rücksetzen auf Werkseinstellung über Adresse 320

Hardware beider Modelle

  • Preisgünstiges Modul
  • 500 mA max. Ausgangsstrom für den Modellbauservo
  • Leistungsfähiger ATMEL AVR Mikroprozessor
  • Variante mit Relais (für z.B. die Umschaltung der Weichenherzstückpolarität) ist lieferbar
  • Optionales externes Bedien-/Programmiergerät auf Anfrage

Servodecoder in SMD-Technik mit Handbedienung/Programmiergerät
Der Prototyp Servodecoder mit Handbedienung bzw. Programmiergerät

Seriengeräte

Eigentlich wurde dieser Decoder für meine private modulare Modellbahn entwickelt. Das Ursprungskonzept sah 4 Servos auf einer Platine vor. Schon schnell gab es kommerzielles Interesse an diesem Decoder und wurde er auf einen einzelnen Kanal abgespeckt. Die Relais zur Polarisierung des Weichenherzstücks machten den Decoder "zu groß und zu teuer" und wurden ebenfalls aus der Hardware entfernt. In der Software ist der Code für die Relais jedoch noch enthalten. Da im Moment der Decoder nicht kommerziell vermarktet wird und die Rechte bei mir liegen, sind programmierte Prozessoren und Platinen auf Anfrage bei mir erhältlich. Mehr Information dazu gibt es auch auf MoBaTron.de. Die Ausführung des Decoders für nur einen Servokanal hat bei meiner Modulanlage den entscheidenden Vorteil, dass er direkt unter der Weiche oder unter dem Signal platziert wird und man das störempfindliche Kabel zum Servo nicht verlängern muss.
Aktuelle Hardware des Servodecoders
Die aktuelle Hardware der Modelle SerDecRD-TN und SerDecD-TN

Aktuelle SerDecR mit Schaltregler
Aktueller SerDecRD-TN mit SchaltreglerSerDecRD-TN

Die Downloads der Betriebsanleitungen finden Sie auf MoBaTron.de.

Einen ausführlichen Erfahrungsbericht gab es bei SpurNull.de


© 2004 - 2015 Gerard Clemens  letzter Update 19.05.2015


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