Masse

Einheitliche Masse ja oder Nein?

Die Meinungen zur Masse

Es kursieren in den Foren und Internet immer wieder unterschiedliche Aussagen zur "MASSE"

Die einen sagen gemeinsame Masse bei der Modellbahn ist wichtig, die anderen sind strikt dagegen.
In Haustechnik wurde der Schutzleiter eingeführt. Das bringt mehr Sicherheit ind die Hauselektrik
Früher gab es die Nullung. Ein Pol der beiden Steckdosenpole ist mit dem Schutzleitfer "Erde" verbunden.
Auch das kann sich auf die Modellbahnelektrik auswirken.

Es ist kann herstellerabhängig Unterschiede gegeben, aber die Elektrotechnik ist die Grundlage für beide Aussagen wichtig.

Auch wenn ich bei den Car-Systemen keine Schienen haben so gibt es doch mehrere Stromarten auf einer Anlage.

• Netzstrom (230 Volt Wechselspannung)
  
• Batteriestrom (üblich 1,2V bis 12V Gleichspannung
  
• Trafo reduziert die 230V~ auf eine niedrigere Spannung von 6 bis 24 Volt~ (Klingeltrafo oder Halogenlampentrafo 12 Volt~)
  

Modellbahntrafos sind besonders gekennzeichnet. (galvanisch getrennt) Seit einiger Zeit sind solche Trafos für Selbstverkabelung verboten.
Hoher Eigenverbrauch und Gefahr eine hohe Spannung zu erzeugen führte zum Verkaufsverbot durch die EU.

• Netzteil / Ladegeräte reduziert die 230V~ wie eine Trafo, aber es wird auch Gleichspannung daraus 1-24V=.
  

Doch diese einfache Gleichspannung ist nicht gesiebt. Das bedeutet Spannung hat noch Wellen.
(Bei viele Modellbahngeräten Faller-Lader 4V=, Faller-Trafo)

• Netzteil / Ladegerät mit gesiebter Gleichspannung

Heute sind Switchnetzteil wie ein Computernetzteil aufgebaut.
Durch Aus- und Einschaltimpulse wird aus den 230 Volt nur eine Teil der Spannung abgegeben. Die Elektronik muss die Spannung möglichst genau einhalten.
Es gibt unterschiedliche Qualtäten bei den Geräten.
Ladegräte regieren meistens Lastabhängig. Ist kein Akku/Gerät angeschlossen soll kein Strom verbraucht werden. Die Elektronik schalt den Ausgang ab.
Um zu erkennen, ob ein Gerät angeschlossen ist, werden kurze Impuls geschickt. Die können über der Nennspannung liegen.
z.B. ein Netzteil für Halogenlampen liefert 12V=. Ist keine Halogenlampe angeschlossen, können Impulse von 30 Volt heraus.
Da die Modellbahnlampen mit 16Volt nicht genug Strom brauchen, brennen die bei den Impulsen durch.
Ein USB-Anschluss in einer Verteilerleiste pulst mit 10 Volt bis genug Strom gebraucht wird. Dann kommen ca. 5 Volt heraus.
Ob das für alle Handys gut ist wenn es voll ist?
Ähnlich ist es mit Computernetzteilen. Auch manche Laptopnetzteile arbeiten so wie DC-Carler feststellen mussten.

Nun sollen solche verschiedenen Spannungsquellen geschaltet werden.
Klar, getrennt durch eine "magnetisches" Relais ist das möglich unterschiedliche Stromkreise zu schalten. Schaltdecoder mit Relais ermöglichen eine sicheres Schalten bis zu einigen Amper.
Wenn nur geringe Strom geschaltet werden soll sind Optokoppler eine Möglichkeit. Das ist eine LED auf einer Seite und eine Fototransistor auf der anderen
So lassen sich durch die optische Trennung Impulse oder Schaltbefehle mit einigen Milliampere übertragen und damit Schaltvorgänge in verschiedenen Stromkreisen ausführen-

In der heutigen Elektronik wird Minus geschaltet.
Dadurch ist es möglich Geräte mit unterschiedlichen Spannungen zu schalten.
Dafür ist eine gemeinsame Masse (Minus, Null) nötig. Alle Stromversorgsgeräte werden mit einem Pol verbunden.

• So haben Modellbahnglühlampen einen Trafo mit 16V~
  
• Modellbahnleuchten mit LED ein Netzteil 5V=
  
• Elektronik 5 oder 12 Volt jeweils ein eigenes Netzteile mit Gleichspannung.
  

Nun kann die Modellbahnsteuerelektronik (Magnetartikeldecoder, Funktionsdecoder, LoDi-Operator usw.) Minus schalten der der Verbraucher arbeite mit seiner Spannung.
Die Ausgänge können je nach Hersteller 50 bis 4000 mA schalten.
Mit Schalterverstärker können schwache Ausgänge verstärkt werden.

Auch ein Umpolen ist möglich. Dann wird nicht Minus sondern Plus geschaltet.

Aber Vorsicht: Bei solchen Schaltungen kann es schnell zu Schaltungsfehler kommen, die zur Zerstörungen führen können.
Dann sind Relaisschaltungen besser.
Wenn Fabrikat verschiedener Hersteller gemixt werden müssen die unterschiedlichen Techniken berücksichtigt werden.
Wenn ausdrücklich auf eine getrennt Stromversorgung hingewiesen wird kann das nicht nur eine Sicherheitshinweis des Herstellers sein sondern auch eine technische Notwendigkeit.
z.B. ein S88-Booster von Tams soll eine eigene Stromversorgung bekommen. Wird der Trafo einer Intellibox auch für diesen S88-Bosoter benutzt zerstört das den S88 Eingang der Intellibox.

Polung der Netzteile und Trafos

Ein neues Problem kommt in letzter Zeit durch die vielen USB-Anschlüsse auf.
Auch LAN-Anschlüsse können eine Masseverbindung haben.
So werden viele Geräte mit einer "Masse" verschaltet.
Damit entsteht eine großes ABER.
Die Netzteile, vor allem die Switchnetzteile, sind nicht sauber vom 230 Volt Stromkreis abgetrennt.
Da bei den deutschen Steckdosen ein Umdrehen des Steckers möglich ist, kann Phase und Null verdreht werden.
Dadurch ergeben auf der Niederspannungsseite auch Probleme.
Die "Masse" ist trotz richtiger Verdrahtung nicht eindeutig!
Durch die Masse an den USB-Buchsen wird ein weiterer Masse-Kreis gebildet.
Deshalb muss sichergestellt sein das "ALLE" Netzteile in der Steckdose gleich gepolt sind.
Sonst kann es passieren, dass Querspannung entstehen. Das sind Spannungen die sich an den Geräten addieren oder subtrahieren. Überhöhte Spannungen können Geräte und Leuchten zerstören.

Daher sollte klar sein, keine gemeinsame Masse gibt es heute nicht mehr möglich.
Über das Stromnetz sind die Geräte indirekt alle verbunden.
Die Netzteile und die Verbindung der Geräte untereinander führen zu einer MASSEVERBINDUNG.
Ob die aber sauber ist wird häufig nicht kontrolliert. Dadurch kommt es zu Merkwürdigkeiten auf den Modellbahnanlagen.

Wie geht man vor?

Zunächst die Spannung von 2 Netzteilen (z.B. 5V= und 12V=) messen und die Minuspole ermitteln und verbinden. Das ist dann die Masse.
Von einem Trafo die Nullleiter (16v~ Märklin braun) auf die Masse schalten.
Nun die die Spannungen zwischen den Geräten an den Ausgängen messen.
12V-5V ergibt 7 Volt OK     12+5=17 Volt Stecker in der Steckdose (230) umdrehen.
16V-5V ergibt 11Volt ok     16+5=21 Volt Stecker vom Trafo in der Steckdose (230V) umdrehen.
16V-7V ergibt 9Volt ok     16+7=23 Volt Stecker vom Trafo in der Steckdose (230V) umdrehen.
Achtung: Die Messung wird durch die Wechselspannung verfälscht. Es liegt keine eindeutige Gleichspannung und keine eindeutige Wechselspannung vor. Damit zeigen die Messgeräte eventuell nichts richtiges an.
Hier kann eine Glühlampe (16V) für Klarheit sorgen.
Trafo Ausgang gegen Masse ergibt eine bestimmte Helligkeit. Geht man an 5V= oder 12V= muss die Lampe immer dunkler sein als gegen Masse.
Leuchtet sie heller liegt ein Steckerfehler vor (oder es ist nicht Minus an Masse angeschlossen)

Schalten mit Elektronik (ohne Relais)

Die Schaltausgänge eines Magnetartikeldecoder können in der Regel 500 mA Schalten. Die Ausgänge eines Operatore 16SDFl vom LoDi bis 150 mA.
Liegen die Verbraucher (angeschlossen Geräte) unter dieser Stromaufnahme ist das Schalten fast problemlos möglich.

Der Ausgang wird mit einem Transistor geschaltet. Damit wird von der Wechselspannung nur eine Halbwelle durchgeschaltet.
Es können aber keine Wechselspannungsmotore (Syncronmotore), wie die von Faller in manchen Modellen verbaut sind, geschaltert werden. Dafür sind Relais nötig.

Auch manche Elektronikschaltungen machen Probleme, wenn das Schaltgerät die Wechselspannung mit Elektronik (Transistor) durchschaltet.
Dadurch ist nur eine Welle der Wechselsspannung durchgeschaltet. Es fehlt eien Hälte der Spannung. Die fehlende Hälfte wird mit einem Kondensator 500 bis 5000µF 16-25 Volt Überbrückt.
So können kleine Blinkschaltungen oder Lichtsteuerungen mit einem Magentartikeldecoder oder LoDi-Operator, auch mit Wechselspannungsversorgung, geschaltet werden.

Einfacher ist es die Wechselspannung direkt hinter dem Netzteil/Trafo in Gleichspannung umzuwandeln.
Das geschied mit einem Gleichrichter und einem großen Kondensator.
Der Minuspul von dem Gleichrichter ist dann der Masseanschluss und nicht der Nullausgang des Trafos!

Digitalspannung

Die Digitalspannung im DCC-Format ist symetrisch. Es werden die selben Impulse (Bits) in Plus und in Minus übermittelt.
So wird eine Lok (oder Decoder) mit Strom versorgt und gleichzeitig werden die Steuersignale empfangen.
Ein Booster für das Gleis verstärkt das symetrische Signal auf 4 bis 10 Ampere.
Wichtig ist hier die Masse am Gleise, damit die Rückmeldedecoder (Stromprüfer) richtig funktionieren können.
Problematisch sind Wendegleise. Damit wird das Gleis mit Masse auf die andere Seite geleitet.

Ein DC-Car-Booster (für Nahbereich) liefert an den 7 Ausgängen aber nur negative Impulse. Das ist für Geräte von Modelleisenbahn-Claus ok.
Für manche andere Marken ist das nicht ausreichend.
Ob das funktioniert muss man testen in dem man den Eingang der Digitalspannung umpolt. Geräte mit Optokoppler im Eingang arbeite interen auch nur mit einer Polung un können damit auch am DC-Car-Booster-N benutz werden.

Verschalten von Trafos oder Netzteilen

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