4) Elektronische Schaltungen, Strom-/Spannungsversorgung

Das direkte Anklemmen der Innenbeleuchtung an die Gleisspannung sollte insbesondere im Analogsystem vermieden werden, da dann die Helligkeit der Beleuchtung von der Reglerstellung abhängig ist. Besser ist es, eine elektronische Schaltung zwischen Gleis und Beleuchtung einzufügen, die über einen großen Regelbereich entweder einen konstanten Stromfluß oder eine konstante Spannung liefert. Beide Schaltungsarten haben Vor- und Nachteile:

Stromquellenschaltung:

bei definierter Last ist der Stromfluss durch die Last weitestgehend unabhängig von der Höhe der Gleisspannung (z.B.: 3 V -> 14 V). Dieses Prinzip verwendet u.a. die Firma tams-elekrtronik (www.tams-online.de). Vorteil: Im Analogsystem leuchten die Leuchtmittel schon ab einer sehr geringen Gleisspannung konstant hell. Nachteile: Jede Veränderung der Last (hier Parallelschaltung von LED's mit Vorwiderstand, 1. Kirchhoffsches Gesetz) bedarf einer Neuberechnung des den Stromfluss bestimmenden Widerstandes (in den Zweigen soll ja immer der gleiche Strom fließen, damit die LED's gleich hell sind). Da die Implementierung eines Speicherkondensators (5 V Gold-Cap) zum Vermeiden des Flackerns nicht trivial ist, sollte der Einfachheit halber die Stromabnahme von mindestens zwei Wagen parallelgeschaltet werden - dann kann die Spannungsversorgung durch den ganzen Zug geschliffen werden. Bild 5: Schaltung Stromquelle

Spannungsquellenschaltung:

Bis zu einer gewissen Grenze arbeitet diese Schaltung lastunabhängig (die Ausgangsspannung bleibt konstant), d.h. bis zur Leistungsgrenze des Längstransistors können beliebig viele Verbraucher angeschlossen werden. Dieses Prinzip verwendet u.a. die Firma XR1-Software (www.XR1.de). Vorteile: Gleichrichter, Spannungsquelle und Leuchtstäbe lassen sich modular aufbauen, Leuchtstäbe lassen sich kürzen oder miteinander kombinieren. Nachteile: Eine konstante Helligkeit im Analogsystem wird erst ab einer Gleisspannung von etwa Ua + 2 V, also etwa 7 V erreicht. Je nach angeschlossener Last kann der Längstransistor sehr warm werden. (Das Schaltbild ist weiter unten).

Speicherkondensator:

Unabhängig von der verwendeten Schaltung müssen Maßnahmen gegen das Flackern ergriffen werden. Man kann dazu die Stromabnahme von mindestens zwei Wagen parallelschalten, oder aber in die Elektronik hochkapazitive Kondensatoren (0,1 F -> 10 F, Gold-Cap (GC) oder Aerogelkondensatoren) integrieren, wobei es dann Probleme mit der Unterbringung (eventuell in einem Packwagen) geben kann. Allerdings darf für diese Kondensatoren eine Klemmenspannung von 5,5 V nicht überschritten werden (evtl. Reihenschaltung). Am einfachsten lässt sich ein GC mit einer Spannungsquellenschaltung kombinieren, wenn die Ausgangsspannung auf 5,5 V ausgelegt wird. Im Analogsystem erreicht man, je nach angehängter Last, eine Nachleuchtdauer bis zu einigen Minuten, im Digitalsystem dient er nur als Puffer, da ja unabhängig von der Zuggeschwindigkeit immer die volle Gleisspannung anliegt.

Strombedarf:

Die Glühlampen der herstellerspezifischen Innenbeleuchtungen haben bei Nennspannung eine Lichtstärke von etwa 200 mcd, was optisch ausreichend ist. Die Stromaufnahme ist bei Nennspannung etwa 50 mA, bei 10 Wagen also 500 mA. Beleuchtet man so 2 oder 3 Züge, ist man gezwungen, zusätzlich teure Trafos oder Booster (Digital) zu kaufen. Ein einfacher Ersatz der Glühlampe durch 8 bis 10 Standard-LED's pro Wagen bringt auch keinen Vorteil, da jede der einzelnen Reihenschaltungen (4 bis 5) auch 20 mA benötigt (also 80 bis 100 mA je Wagen). Low-Current LED's kann man vergessen, da die Leuchtstärke zu gering ist. In den letzten Jahren haben die Halbleiterhersteller aber LED's entwickelt, die bei Nennstrom (20 mA) eine Leuchtstärke von bis zu 1000 mcd (PLCC-Gehäuse, 120 ° Abstrahlwinkel) und 10 cd (10 mm Rundgehäuse, 5 ° Abstrahlwinkel) haben. Neueste Entwicklungen gehen dahin, die Scheinwerferlampen in PKW's durch LED's zu ersetzen! Mit diesen Kenntnissen hindert den Anwender nichts daran, leuchtstarke LED's auch mit einem niedrigerem Strom (ca. 3 bis 5 mA) zu betreiben, die Leuchtstärke beträgt dann etwa 10 % des Nominalwertes. Durch kombinierte Parallel- und Reihenschaltung der LED's lässt sich dann eine Innenbeleuchtung aufbauen, die sowohl den Wagen homogen ausleuchtet als auch einen niedrigen Stromvervrauch (~20 mA/Wagen) hat.