Für den richtigen Antrieb: Elektrik & Elektronik für Modelleisenbahnen

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Für den richtigen Antrieb: Elektrik & Elektronik für Modelleisenbahnen

Elektrik & Elektronik für Modelleisenbahnen: ein Ratgeber für den richtigen Antrieb

Manche Menschen tun sich schwer im Umgang mit Strom, aber einen Modelleisenbahner kann das nicht abschrecken. Denn ohne Strom fährt die Eisenbahn nicht. Außerdem gehören Grundkenntnisse der Elektrik und Elektronik zum Basiswissen beim Bau einer Modelleisenbahn.

Dieser Ratgeber soll die wichtigsten Begriffe verdeutlichen und auf Besonderheiten im Bereich der Elektrik und Elektronik eingehen. Damit sollte der richtige Antrieb für die Modelleisenbahn eigentlich kein allzu großes Problem mehr darstellen.

Achtung: Bei Arbeiten mit elektrischem Strom sollten alle Sicherheitsrisiken ausgeschlossen werden. Sobald mit normaler Netzspannung von 230 Volt gearbeitet wird, ist es ratsam, die entsprechenden Sicherungen auszuschalten.

Spannung, Strom und Stromkreis – nur so fährt die Modelleisenbahn

Damit elektrische Arbeit – zum Beispiel der Fahrbetrieb einer Modelleisenbahn – verrichtet werden kann, sind Strom, Spannung und Stromkreis erforderlich. Der Stromkreis stellt dabei die leitende Verbindung zwischen den beiden Polen einer Spannungsquelle her. Normaler Netzstrom fließt mit Wechselspannung, aber für viele Modelleisenbahnen wird Gleichstrom benötigt.

Gleichstrom fließt immer in derselben Richtung und mithilfe von Gleich- oder Wechselrichtern lässt sich Wechselspannung in Gleichspannung oder umgekehrt umwandeln. Daneben werden für den Modellbahnbau elektrische Widerstände benötigt. Das sind Bauteile, die elektrischen Strom unter anderem in Wärme oder Licht umwandeln.

Eine weitere wichtige elektrische Eigenschaft ist die Kapazität. Kondensatoren können zum Beispiel entsprechend ihrer Kapazität konstant Gleichspannungen speichern. Die beiden Teile des Kondensators laden sich dabei solange auf, bis die Ladespannung der Versorgungsspannung entspricht. Sind beide Pole miteinander verbunden, gibt der Kondensator die Versorgungsspannung ab.

Übrigens: Kondensatoren kann man parallel zueinander schalten. Dann summiert sich die Kapazität aller Kondensatoren, ohne die Spannungsfestigkeit zu beeinflussen.

So kommt der richtige Strom auf die Anlage

Der Strombedarf einer Modelleisenbahn lässt sich nur aus dem Festspannungsnetz decken. Allerdings ist die hier bestehende Wechselspannung für viele Bahnen ungeeignet. Deshalb werden Transformatoren benötigt. Ein Transformator besteht aus folgenden Komponenten:

  • einem Kern aus Weicheisen (meist dünnen Blechplättchen);
  • zwei Spulen;
  • Kupferlackdraht zum Umwickeln der Spulen.

Eine Spule, die mit sehr dünnem Draht umwickelt ist, dient dem Anschluss an das Stromnetz. Die zweite Spule zeigt deutlich weniger Windungen aus dickerem Draht und liefert die ungefährliche Kleinspannung für den Betrieb der Modelleisenbahn. Hier dürfen maximal 24 Volt herauskommen.

Achtung: Die Isolierung zwischen den Spulen muss gut sein. Achten Sie beim Kauf von Transformatoren darauf, dass das Modell die Wicklungen auf getrennten Kunststoffisolierkörpern hat.

Es gibt Transformatoren mit Ausgängen für unterschiedliche Spannungen. Das ist ausgesprochen praktisch, weil man so immer Spannungsquellen nutzen kann, die nur knapp über dem tatsächlichen Strombedarf liegen. Das verhindert das Erzeugen von unnötiger Wärme und spart Energie.

Kauftipp: Wenn Sie einen kompletten Fahrtrafo einschließlich Netzteil und integriertem Gleichrichter anschaffen, müssen Sie sich nicht mit den ganzen Einzelteilen auseinandersetzen. Hier ist alles fertig montiert und kann sofort verwendet werden.

Spannungsregler müssen sein

Es gibt Modelleisenbahnen, die mit Wechselstrom fahren. Hier sind andere Geräte für die Elektrik und Elektronik notwendig als bei einer Gleichstrombahn. Auf der Webseite des Herstellers können Sie in den Technischen Datenblättern nachlesen, für welche Spannungsart die Bahn ausgelegt ist. Der weitaus größere Teil von Modellbahnbauern befasst sich in der Regel aber mit Bahnen, die mit Gleichstrom fahren.

Die Spannung muss sich jedoch individuell regeln lassen. Dafür werden sogenannte Spannungsregler verwendet. Sie haben üblicherweise einen Drehschalter, der von der Nullstellung aus stufenlos entweder auf Plus oder Minus gedreht werden kann.

In der Nullstellung fließt kein Fahrstrom in die Gleise. Das bedeutet, fahrende Züge halten an und stehende Züge können nicht fahren. Dreht man den Regler in die Plusrichtung, fließt Spannung für den Vorwärtsfahrbetrieb. Wird in Richtung Minus gedreht, fahren die Züge rückwärts.

Das richtige Steuern der Fahrtrichtung

Der größte Unterschied zwischen Wechsel- und Gleichstrommodelleisenbahnen liegt im Steuern der Fahrtrichtung. Für eine Gleichstrom-Lokomotive muss am Reglerknopf des zuständigen Fahrgerätes eine Fahrstromumpolung erfolgen, damit der Zug rückwärtsfahren kann. Das ist bei einer Wechselstrom-Lok gar nicht möglich, weil Wechselstrom eine ständig wechselnde Polarität hat und die Lok somit ein solches Signal gar nicht erkennen kann. Hier wird die Fahrtrichtung gewechselt, indem ein elektromagnetisch oder elektronisch arbeitendes Relais auf dem Fahrgerät Überspannungsimpulse auslöst.

Unterschiede gibt es aber auch bei den verwendeten Gleisen. Gleichstrombahnen verwenden mit ganz wenigen Ausnahmen nur ein Zweileitergleissystem, während Wechselspannungsbahnen einen Mittelleiter in den Gleisen für die Übertragung der Fahrspannung benötigen.

Eine genaue Bedarfsplanung ist wichtig

Der Strombedarf einer Modelleisenbahn wird häufig unterschätzt. Schon auf einer relativ kleinen Anlage sind insgesamt etwa 80 Glühbirnchen nicht viel. Sie verbrauchen aber im Dauerbetrieb 77 Watt Strom pro Stunde. Günstiger ist es, zum Beispiel mit LEDs bei der Beleuchtung zu arbeiten. Sie produzieren kaum Wärme und benötigen weniger Strom.

Eine Bedarfsplanung für die Stromversorgung setzt voraus, dass man verschiedene Verbrauchertypen in unterschiedliche Stromkreise aufteilt. Sinnvoll wäre zum Beispiel eine Unterteilung in

  • Fahrstrom,
  • Spulenantriebe,
  • Elektronik und
  • Beleuchtung.

Achtung: Achten Sie darauf, dass Sie einen gemeinsamen Nullleiter (Masse) einbauen. In der Regel wird dafür eine sogenannte Nullschiene verwendet. Mit dieser Bauweise benötigen Sie für die gesamte Anlage nur ein Massekabel.

Magnet- und Leuchtartikel bei der Modelleisenbahn

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Magnet- und Leuchtartikeln, wenn es um das elektronische Zubehör der Modelleisenbahn geht. Zu den Magnetartikeln gehören unter anderem

  • Weichen,
  • Kreuzungen und
  • Kehrschleifen.

Zu den Leuchtartikeln zählen neben der Gebäude-, Straßen- und Zugbeleuchtung auch die Leuchtsignale an den Fahrstrecken.

Achtung: Wer auf seiner Anlage noch Formsignale verwendet, sollte wissen, dass sie zu den Magnetartikeln gehören und über Elektromagneten gesteuert werden.

Die automatisierte Steuerung

Auch wenn viele Modellbahnbauer ursprünglich mit einer rein manuellen Steuerung begonnen haben, wird irgendwann doch eine zumindest teilweise Automatisierung notwendig. Manuell bei einer Modellbahn bedeutet nämlich wirklich „von Hand“. Das heißt, jede Bewegung auf den Gleisen erfordert das Bedienen des Fahrtreglers.

Eine Möglichkeit ist, eine halb automatische Steuerung einzubauen. Dazu gehört es dann zum Beispiel, dass ein aus dem Bahnhof herausfahrender Zug das Ausfahrsignal automatisch wieder auf „Halt“ stellt, nachdem er die letzte Weiche passiert hat. Außerdem kann man so auch über Start- und Zieltaster am Stellpult das sanfte Anfahren und Bremsen von Zügen automatisch steuern.

Im Gegensatz dazu würden diese Vorgänge bei einer vollautomatischen Steuerung ohne Knopfdruck funktionieren. Dazu sind diverse Gleisschaltkontakte und Relais sowie die elektronische Informationsübertragung an die passenden Fahrsteuergeräte notwendig. Vollautomatische Steuerungen kommen in der Regel überwiegend bei Ausstellungen zur Anwendung. Wird die Modelleisenbahn als Hobbybahn betrieben, ist der manuelle Eingriff also sogenannter „Fahrdienstleiter“ in der halb automatischen Steuerung gewollt und gewünscht.

Das Stellpult – Herzstück der Modelleisenbahn

Das Stellpult stellt symbolisch den gesamten Gleisplan der Modelleisenbahn nach. Hier sind durch Leuchtdioden auch die Signale und Weichen gekennzeichnet. Im Modellbahnzubehör gibt es Stellpulte, die sich nach dem Baukastensystem ganz individuell zusammenstellen lassen.

Kombiniert man nun das Stellpult mit den notwendigen Regelgeräten und lässt das Ganze in einen Stelltisch oder eine Holzplatte ein, entsteht eine sehr professionell wirkende Schaltzentrale für die Modelleisenbahn. Nun können sogar Bahnhöfe oder Streckenabschnitte gesteuert werden, die vom Stelltisch aus gar nicht einsehbar sind.

Die Fahrstraßenschaltung – kein Buch mit sieben Siegeln

Die Fahrstraßenschaltung beinhalten das Einstellen und Überwachen bestimmter Fahrstrecken in der Regel innerhalb des Bahnhofsbereichs. Zu den wesentlichen Aufgaben zählen hier unter anderem:

  • das Schalten der Weichen und die Streckenfreigabe,
  • das Sichern des Fahrwegs durch Schranken oder Leuchtsignale und
  • das Ausleuchten des eingestellten Fahrwegs einschließlich der Gleisbesetztmeldung.

Ablesen kann man so auf dem Stellpult den Fahrtbeginn, die Zielstrecke und die Verbindungsstrecke einschließlich aller auf diesen Wegen vorhandenen Signale, Kreuzungen und Weichen. Welche LEDs dabei leuchten, hängt von der manuell vorgenommen Fahreinstellung für die einzelnen Züge ab.

Ein paar wichtige Anschlusstipps

Die Verkabelung der Modelleisenbahn sollte erfolgen, wenn noch keine Landschaftseinrichtungen vorgenommen wurden. Meist lässt sich die Platte dann noch hochklappen, und so entfällt das Verlegen und Verlöten von Kabeln auf dem Rücken liegend unter der Platte.

Achtung: Bevor die endgültige Verkabelung erfolgt, sollten Sie alle verlegten Gleise überprüfen. Die Schienenverbindungen müssen kontaktsicher und die notwendigen Trennstellen richtig ausgeführt sein. Achten Sie auch darauf, dass sich keine Kabelstückchen oder lose Gleisnägel unter den Schienen befinden. Sie können im Fahrbetrieb zu Kurzschlüssen führen.

Es gibt ein bewährtes und relativ einfaches Schema für die Verkabelung einer Modelleisenbahn, das so aussehen könnte:

  • Braun: Masseleitung beziehungsweise Nullleiter
  • Gelb: Versorgungsspannung für Lichtleitungen
  • Rot: Fahrstromleitungen für Wechselstrombahnen
  • Schwarz: Fahrstromleitungen für Gleichstrombahnen
  • Blau: Steuerleitungen

Wer sich beim Verlegen der Leitungen konsequent an ein Farbschema hält, vermeidet von vornherein gravierende Fehlanschlüsse.

Achtung: Alle Anschlüsse müssen fachgerecht verlötet werden, damit es keine Verluste bei der Fahr- oder Betriebsstromspannung gibt. Lötstellen sichern Sie am besten zusätzlich mit Isolierband ab. Danach sollten die Kabel in Strängen zusammengefasst und mit Kabelbindern gebunden werden.

Tipp: Setzen Sie Ringösenschrauben unter die Platte und führen Sie die Kabel durch die Ösen. Das sorgt für Ordnung und verhindert Kabelwirrwarr.

Bei kleineren Anlagen können die Kabel direkt an das Steuergerät angeschlossen werden. Bei großen Modelleisenbahnen empfiehlt es sich, eine sogenannte Lötleiste zu verwenden. Hier werden die aufgefächerten Kabel angelötet und können so auch passend beschriftet werden. Die Lötleiste wiederum verbinden Sie dann mit dem Steuergerät, sodass der Stromkreislauf geschlossen ist.

Fazit

Mit diesen Informationen zur Elektrik & Elektronik von Modelleisenbahnen sollten Sie in der Lage sein, das Wesentliche auch beim Kauf von Zubehör für die Elektrik von Modelleisenbahnen zu beachten. Viele Hinweise, auf die ein kompakter Ratgeber nicht eingehen kann, finden Sie auch in Fachliteratur und Magazinen zum Thema Modelleisenbahnen.

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