Bei einem Modelleisenbahndecoder handelt es sich um eine Dekodierer-Komponente der digitalen Modelleisenbahnsteuerung, die die genormten digitalen Steuerbefehle in die entsprechenden analogen Schaltungen umwandelt.
Neben den großen Modellbahnherstellern gibt es einige kleinere Firmen, die sich speziell auf die Herstellung dieser Komponenten spezialisiert haben, bzw. die Hersteller damit beliefern.
Wegen der Spezifikationsunterschiede bei den zwei großen Systemen DCC und Märklin-Motorola (MM) sind auch die Decoder unterschiedlich. Es gibt Zentralen, die zumindest bei den Zubehördecodern beide Systeme unterstützen, indem sie einfach alle Befehle doppelt senden (z. B. Roco Multimaus). Einige Decoder akzeptieren auch beide Formate oder lassen sich mittels Jumper einstellen. Anderenfalls muss der Decoder zur Zentrale passen.
Je nach zu steuernder Komponente unterscheidet man unterschiedliche Typen.
Lokdecoder mini|DCC/Railcom-fähiger Multiprotokoll-Decoder mit 8-poliger NEM-652-Schnittstelle Bei der analogen Modellbahn erhält die Lokomotive den entsprechend geregelten Fahrstrom schon durch die Schienen, nur das Licht wird eventuell "an Bord" umgeschaltet. Bei der digitalen Modellbahn übernimmt der Lokdecoder den Part des Lokomotivführers, wie im Original direkt in der Lokomotive, indem er die von den Schienen abgenommenen digitalen Signale verarbeitet und den konstanten Fahrstrom entsprechend geregelt auf die Motoren und Zusatzfunktionen verteilt. Wie im Vorbild steht auf der gesamten Strecke allen Fahrzeugen eine konstante Spannung zur Verfügung, der Locdecoder kann daher auch bei Stillstand Funktionen (z. B. das Licht) schalten.
Daraus ergibt sich neben der Unterscheidung nach der Kommunikationsart auch jene zwischen Gleich- und Wechselstromsystem. Inzwischen arbeiten allerdings die meisten Decoder automatisch mit dem DCC- und dem MM-Protokoll. Ein großer Unterschied zwischen den beiden Protokollen ist die Anzahl der möglichen Fahrstufen, die eingestellt werden können: MM: 14/27, DCC: 14/28/128. Auf jeden Fall nicht umschaltbar ist die Stromversorgung, sodass es hier von den Herstellern immer eigene Typen für Gleich- und Wechselstrom gibt.
Viele Hersteller von Fahrzeugen verzichten auf die Auslieferung eigener Decoder und überlassen es dem Käufer, die Module nach Wunsch einzubauen. Dazu werden alle neuen Lokomotiven mit einer genormten NEM-Schnittstelle ausgestattet. Lokomotiven sind so verdrahtet, dass sie ohne Decoder mittels eines Brückensteckers an der NEM-Schnittstelle auch analog betrieben werden können. Wird ein Decoder eingebaut, erfolgt die Ansteuerung der Motoren und Lampen über diesen.
Die Belegung der Kontakte und die empfohlenen Kabelfarben für den 8-poligen Decoderstecker sind laut NEM-652 folgendermaßen definiert:NEM-652 (PDF; 16 kB), MOROP PIN Beschreibung Farbe PIN Beschreibung Farbe 1 Motoranschluss rechts orange 8 Stromabnehmer rechts rot 2 Beleuchtung hinten gelb 7 Pluspol für Verbraucher blau 3 Zusatzfunktion F1 grün 6 Beleuchtung vorne weiß 4 Stromabnehmer links schwarz 5 Motoranschluss links grau Die aktuellen Decoder sind in der Lage, auch analoge Steuerung selbstständig zu erkennen und 1:1 weiterzuleiten. Dies ist auch während des Betriebs möglich, sodass die Kombination von analogen und digitalisierten Anlageteilen möglich ist. Dazu ist jedoch in der Strecke ein Übergangsstück notwendig, das dafür sorgt, dass beide Stromkreise auch bei langen Lokomotiven getrennt bleiben.
Standardmäßig werden die Motoren geregelt und die Fahrbeleuchtung, die man gezielt ein- und ausschalten kann, richtungsabhängig gesteuert. Abhängig vom Funktionsumfang können noch weitere Funktionen geschaltet werden: Kupplungen, Geräuschmodule usw.
Einstellung (Programmierung) mini|Einbau eines Lokdecoders in eine ÖBB 4010 von Roco mit 8-poliger NEM-652-Schnittstelle Damit die Befehle an der richtigen Lok ankommen, hat jeder Decoder eine eigene Adresse, unter der er erreichbar ist. Diese wird bei alten Decodern mit Jumpern, bei neueren Decodern manuell über die Zentrale oder in manchen Fällen auch automatisch eingestellt. Die Standardadresse nach der ersten Inbetriebnahme ist für gewöhnlich 3. Auch weitere Eigenschaften des Lokdecoders können parametrisiert werden, sodass gewisse Fahreigenschaften von Lokomotiven realistisch nachgestellt werden. Dazu gehören z. B. Beschleunigung und Bremsverzögerung. Während sich bei einer analogen Steuerung die Geschwindigkeitsänderungen unmittelbar auswirken, reagieren digitale Decoder auf einen Fahrstufen-Befehl laut eingestellter Beschleunigungsrate mit einer entsprechend verzögerten Geschwindigkeitsänderung. Damit fährt ein Modell einer Dampflok bei gleichem Geschwindigkeitsbefehl ohne Zutun der Zentrale langsamer an als eine Nachbildung eines TGV. Auch Minimal- und Maximalgeschwindigkeit, Helligkeit der Beleuchtung und die Zusatzfunktionen können verändert werden. Man spricht dabei fälschlich von der "Programmierung" des Decoders, es werden jedoch nur einzelne Registerwerte eingestellt, die Programmlogik des Decoders ist fix. Diese einstellbaren Registerplätze werden Konfigurationsvariablen, kurz CV, genannt. Jede CV hat eine bestimmte Funktion, die sich je nach darin gespeichertem Wert verhält. Die Programmierung kann entweder gezielt auf einer Lokomotive auf der Anlage oder auf dem Programmiergleis erfolgen. Auf dem Programmiergleis lassen sich sämtliche Einstellungen, auch die der Adresse ändern, betroffen sind jedoch alle Fahrzeuge, die sich auf dem Gleis befinden. Bei der Methode "Programmierung auf dem Hauptgleis" (POM) wird die Lokomotive direkt mit der Adresse angesprochen und unabhängig von den anderen verstellt, jedoch ist in diesem Fall keine Änderung der Adresse möglich. Als Bestätigung eines Programmierbefehls reagiert der Decoder mit einem Aufblinken der Lichtausgänge oder in manchen Fällen mit einem kurzen Motorimpuls ("zucken").
mini|CV-Programmierdialog im Programm Rocrail Die wichtigsten und allgemein gültigen CVs sind laut NMRA:COnfigation Variablen, OpenDCC CV Werte Standard Bedeutung Besonderheit 1 0 - 127 3 Adresse bei manchen Decodern nur bis 99 2 0 - 255 - Startspannung Spannung bei Fahrstufe 1 3 0 - 255 - Beschleunigung Wartezeit bis zur nächsthöheren Fahrstufe 4 0 - 255 - Verzögerung (Bremsrate) Wartezeit bis zur nächstniedrigeren Fahrstufe 5 0 - 255 0 Maximalspannung Spannung bei höchster Fahrstufe (Maximalgeschwindigkeit) 6 0 - 255 1 Mittlere Spannung Spannung bei mittlerer Fahrstufe (mittlere Geschwindigkeit) 7 1 - 255 - Versionsnummer nur Lesen 8 0 - 255 - Herstellernummer Setzen eines bestimmten Wertes löst Reset aus (je nach Hersteller) 9 0 - 255 0 PWM-Periode Wert für die Pulsweitenmodulation (Motoreigenschaft) 17,18 1 - 10239 - lange Adresse Wert für die erweiterte oder lange Adresse 19 0 - 127 - Consist-Adresse Aktivierung lange Adresse, Mehrfachtraktion 28 0 - 255 - BiDi Werte für bidirektionale Kommunikation 29 0 - 255 - Konfiguration Fahrtrichtung, Anzahl der Fahrstufen, Analogbetrieb … Danach folgen noch Werte für die Einstellung der Funktionen und individuelle Geschwindigkeitskennlinien. Auch wenn die Standard-CV-Nummern definiert sind, verwendet jeder Decoder bei bestimmten CVs andere Einstellwerte z. B. für die Geschwindigkeitswerte.
Umbau (nachträgliche Digitalisierung) mini|Vergleich der Verdrahtung ohne (oben) und mit (Mitte, unten) Decoder bei einer 2-Leiter-Gleichstromlok, unten mit gemeinsamer Masse für Zuleitung und Beleuchtung mini|Umbau einer ÖBB 1042 von Kleinbahn mit Isolierung von der Masse Nachdem eine analoge und eine digitale Lokomotive elektrisch gleich funktionieren, ist es auch möglich alte analoge Modelle auf Digitalsteuerung umzubauen, wenn die Motoren nicht zu alt sind. Zu beachten ist dabei, dass die maximale Stromaufnahme, die der Decoder verträgt, nicht überschritten wird. Je nach Modell muss aber erst ein Platz für den Decoder gefunden oder durch Abschleifen von Beschwerungsgewichten geschaffen werden.
Der Anschluss erfolgt zwischen Stromabnehmer und Motor(en) bzw. Lampen. Ein Problem kann bei alten Modellen sein, dass es früher oft eine elektrische Masse gab, an die sowohl ein Stromabnehmer als auch ein Motorkontakt und auch ein Lichtkontakt direkt angeschlossen waren. Bei Gleichstromlokomotiven erfolgt der Lichtwechsel oft durch einfache Dioden, die je nach Fahrtrichtung die Lampen ein- und ausschalten. Je nach Decoder kann eine Trennung zwischen Verbrauchern und Zuleitung notwendig sein. Ist dies der Fall muss die gemeinsame Masse durch Isolierung der einzelnen Stromkreise aufgelöst werden. Manchmal ist der Motor oder ein Stromabnehmer durch stromführende Verbindungen mit der Masse so untrennbar verbunden, dass dadurch der Stromkreis für die Masse vorgegeben ist. Es kann auch notwendig sein, metallisches Befestigungsmaterial durch Kunststoffteile zu ersetzen. Dioden für die Beleuchtung müssen jedenfalls entfernt werden, da die Steuerung nun durch den Decoder erfolgt; ob vorhandene Spulen zur Entstörung ausgebaut werden müssen, hängt vom Decodertyp ab. Kann ein Decoder seine Funktionsausgänge auch mit gemeinsamer Masse ansteuern, dann liegt diese auf einer der Zuleitungen (schwarz). In diesem Fall darf die gemeinsame Rückleitung (blau) nicht angeschlossen werden. So eine gemeinsame Masse führt jedoch bei der angeschlossenen Beleuchtung zu einem Flackern im Fahrbetrieb, da sich die Schwankungen in der Stromübertragung direkt auf die Leuchtmittel auswirken. Diese Schwankungen treten nur bei Steuerung im Motorola-Format auf und werden daher „Motorola-Flackern“ genannt. Eine komplett isolierte Beleuchtung mit Verwendung des gemeinsamen (blauen) Rückleiters vermeidet dieses Problem. Zu beachten ist, dass Kurzschlüsse durch schlechte Verdrahtung oder mangelhafte Isolierung zur Zerstörung des Decoders führen können. Auch wenn viele Decoder mit Überlastungsschutz ausgestattet sind, werden oft nicht alle Ausgänge abgesichert.
Zu berücksichtigen ist auch, dass Decoder bei Belastung warm werden und diese Wärme auch abgeführt werden muss. Anderenfalls kann es zur Überhitzung und/oder Verformung von Kunststoffteilen des Gehäuses kommen.
Zubehördecoder Decoder für Zubehörartikel hängen am selben Datenbus wie die Lokomotivsteuerung, benutzen aber einen eigenen Adressenbereich. Im Allgemeinen werden Adressen in Viererblöcken vergeben. Die Moduladressen beginnen bei 1, jedes Modul hat 4 Ports mit je zwei Ausgängen (Gates), die 2 Zustände haben können (ON/OFF). Für die Gates werden auch die Bezeichnungen ROT und GRÜN verwendet, wie sie an den alten Weichenschaltern üblich sind. Je nach Zentrale werden die Adressen auf verschiedenen Ebenen angesprochen. Auf den Steuergeräten wird meist die direkte Portadresse (PADA) angezeigt, die flache Adressierung (FADA) wird selten verwendet. Nur beim System der Firma Lenz Digital, das auch von Roco verwendet wird, beginnt die Moduladresse mit 0. Dadurch sind die Adressen beim Zugriff mit anderen Zentralen um 4 Ports verschoben.Beschreibung Servodecoder (PDF-Datei; 376 kB), Firma Joka electronic
Beispiel für die Adressierung des 2. Gates des 2. Ports im 1. Modul und des 1. Gates des 4. Ports im 2. Modul je nach verwendeter Zugriffsebene:Adressierung, Rocrail Adressierung der einzelnen Module laut NMRA MADA (Modul) PADA (Port) Lenz (Port) * FADA (flat) Modul 1 Modul 2 1 2 1 2 1 - 4 5 - 8 5-8 9 - 12 1 - 8 9 - 16 Port 0 Port 1 Port 2 Port 3 Port 0 Port 1 Port 2 Port 3 1,1 2,3 1,2 2,4 2 8 6 12 3 - 4 15 - 16 Gate 0 Gate 1 Gate 0 Gate 1 Gate 0 Gate 1 Gate 0 Gate 1 Gate 0 Gate 1 Gate 0 Gate 1 Gate 0 Gate 1 Gate 0 Gate 1 1,1,1 2,3,0 1,2,1 2,4,0 2,1 8,0 6,1 12,0 4 15 *) Da bei Lenz digital das erste Modul die Nummer 0 hat, wären die zwei in diesem Beispiel bereits das 2. und 3. Modul.
Einstellung (Programmierung)