Wie funktioniert die elektrische Modelleisenbahn? -- Regelung

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5. Regelung

Jeder Motor unterliegt während des Betriebs mitunter starken Lastschwankungen und folglich Änderungen in der Drehzahl. Sofern diese Schwankungen der Drehzahl unerwünscht sind, müssen diese unterbunden mindestens jedoch minimiert werden. Um dieses Ziel zu erreichen kann man entweder stärkere Motoren, externe oder interne Regelungen einsetzen. Während stärkere Motoren nicht in jedem Fall einsetzbar sind (man denke an die Leistungsgrenzen der Transformatoren zur Stromversorgung oder die Grenzwerte elektronischer Steuerungen), leiden externe Regelungen am Problem der Motorenerkennung. Interne Regelungen werden im Modell selbst in die Elektronik (zumeist ein Digitaldekoder) integriert. Aufgrund dieser Tatsache kam das Gerücht auf, nur mit Digitaldekodern sei eine Regelung möglich.
Zum Aufbau einer Regelung ist ein sog. Regelkreis notwendig. Dieser besteht aus Regeleinrichtung und Regelstrecke. Die Regeleinrichtung besteht aus Meßeinrichtung, welche die Regelgröße (zumeist die Drehzahl) erfaßt. Sollwerte (meist ebenfalls Drehzahlen) werden mit dem Sollwerteinsteller vorgegeben (z.B. Potentiometer). Ein Vergleicher bildet die Differenz aus Ist- und Sollwert, die Regeldifferenz. Diese Regeldifferenz wird im Stellglied aufgearbeitet und an die Regelstrecke gegeben. Bis hierhin ist die Regeleinrichtung vollständig. In der Regelstrecke wird die Stellgröße durch Störgrößen (Last, Temperatur,...) beeinflußt und bildet den Istwert. Somit ist der Regelkreis geschlossen. Zur Funktion der Regelung ist es notwendig immer eine Regeldifferenz zu haben, folglich: es gibt keine 100 prozentige Regelung! Allen Größen ist eine elektrische Größe zugeordnet (meisten eine Spannung), welche von der Elektronik problemlos verarbeitet werden kann. Es bleibt nur die Frage nach der von der Meßeinrichtung gemessene Größe. Dies können Generatorspannungen in den Impulspausen bei Impulssteuerungen bei FEM sein (die wohl am häufigsten benutzte Meßgröße), Zeitabstände von Impulsen durch Hallsonden (C-Sinus), Lichtschranken, oder induzierte Spannungen nicht genutzter Spulen im AM/FM-Betrieb. Sollwerte werden entweder durch die Spannung (AM/PAM), Frequenz (FM/PFM) oder Strom und Frequenz (PWM/PPM) vorgegeben. Es führte an dieser Stelle zu weit, alle Details oder gar Schaltungen zu präsentieren. Daher werden im Folgenden nur noch sichtbare Effekte erörtert.

Im Normalfall sind die in der Modellbahn zu erwartenden Lasten gering. Somit ist im Normalbetrieb bei konstanter Spannung kein Effekt einer Regelung zu bemerken. Erst bei Berg-/Talfahrt sind die Unterschiede deutlich, wobei hier die Motorenleistung eine erhebliche Rolle spielt. Sofern der Motor ohne Regelung in besonders auffälliger Weise seine Drehzahl bei Bergfahrt ändert, dürfte er zu schwach für diesen Zweck sein. Eine Regelung kann auch nur innerhalb eines bestimmten Bereichs für Abhilfe sorgen. Einzig bei Talfahrt ist eine Regelung sinnvoll, da hier eine deutliche Überhöhung der Drehzahl wirkungsvoll verhindert werden kann. Aufgrund anderer, wesentlich einfacherer, Maßnahmen mit fast gleichwertiger Effizienz, ist der getriebene Aufwand fraglich, zumal extreme Steigungen aus gutem Grund vermieden werden sollen.

 

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Stephan-Alexander Heyn