Märklin Digital ist der Name eines Systems zur digitalen Modellbahnsteuerung, das das Modellbahnunternehmen Märklin 1984 auf den Markt brachte. Es war das zweite allgemein verfügbare digitale Modellbahnsystem. Die erste digitale Mehrzugsteuerung war das Selectrix 99 System von Trix Mangold das 1982 vorgestellt und 1983 auf den Markt gebracht wurde.
Prinzipielle Funktion Klassische Modellbahnsteuerungen verwenden zwei Leiter im Modellbahngleis, zwischen denen eine Spannung angelegt wird. Die Leiter sind direkt mit dem Motor in der Modelllokomotive verbunden, der sich mit einer zur Spannung proportionalen Geschwindigkeit dreht und die Lokomotive bewegt. Diese Technik wird heute als „analog“ bezeichnet.
Eine digitale Modellbahn benutzt die zwei Leiter im Modellbahngleis hingegen als kombinierten Energie-Daten-Bus, der eine gleichbleibende Spannung als Energieversorgung zur Verfügung stellt, in die zusätzlich Steuerungsbefehle eingeflochten werden. Diese Befehle werden von einfachen und kleinen Mikrocontrollern in den Lokomotiven, den sogenannten „Decodern“, ausgewertet. Zusätzliche fest installierte Decoder ermöglichen zudem die Ansteuerung von ortsfesten Geräten wie Weichen oder Signalen.
Märklin Digital verwendete anfangs zur Ansteuerung des Busses und zum Dekodieren der eingebetteten Steuerungsbefehle integrierte Schaltkreise von Motorola, weswegen man bei dem ursprünglichen System auch vom Motorola-Format oder vom Märklin-Motorola-Digitalsystem spricht. Ab 2004 wurde diese Art der Steuerung durch das mfx-System ergänzt, das im Artikel Märklin Systems genauer beschrieben wird. Beide Systeme sind als Hausnormen der Firma Märklin entstanden. Dies ist ein grundsätzliches Unterscheidungsmerkmal zu alternativen digitalen Modellbahnsteuerungen, bei denen sich das Digital-Command-Control-Datenformat (auch bekannt als DCC) auf breiter Front durchgesetzt hat. Im klassischen Märklin-Digitalsystem ist der Datenbus unidirektional, d. h., die Lokomotiven und andere Geräte können nur Befehle von der Zentrale entgegennehmen, selbst aber keine Informationen senden. Für diesen Weg nutzt das System einen zweiten, völlig unabhängigen Rückmeldebus. mfx-Decoder besitzen dagegen eine eingebaute Rückmeldefähigkeit, wodurch sich entsprechend ausgestattete Fahrzeuge selbsttätig bei der Zentrale anmelden. Alle mfx-Decoder verstehen aber auch das Motorola-Protokoll.
Zur Energieversorgung wird in den Märklin-Digital-Bus eine Rechteckspannung eingespeist, die zwischen +22 V und −22 V oszilliert. Dies ist am klassischen Märklinsystem orientiert, das mit einer Wechselspannung von bis zu 16 V im Gleis zur Ansteuerung des Motors arbeitet. Aus diesem Grund können theoretisch auch nicht mit einem Digitaldecoder ausgerüstete Lokomotiven auf einer Märklin-Digital-Modellbahnanlage eingesetzt werden – sie bewegen sich allerdings immer mit konstanter Geschwindigkeit in die gleiche Richtung.
Beim Märklin-Motorola-Protokoll werden die digitalen Informationen auf dem Bus dadurch übertragen, dass die Zeitspanne für positive und negative Spannung zwischen den Leitern nicht exakt gleich lang ist. Je nachdem, ob der Übergang zwischen positiver und negativer Spannung zeitlich etwas früher oder später als für eine gleichmäßige Frequenz nötig erfolgt, wird eine digitale 0 oder 1 übertragen. Über die Protokollschichten des Motorola-Formates entsteht so ein digital übermittelter Befehl.
Neben der Ansteuerung der Lokdecoder verwendet das Märklin-Motorola-Protokoll ein praktisch identisches Datenformat für die Ansteuerung von Weichen- und Funktionsdecodern, benutzt dort aber einen Takt mit doppelt so hoher Datenrate, so dass beide Decodertypen jeweils die Signale des anderen Typs ignorieren.
Systemkomponenten Ursprüngliche Komponenten der Zentrale Steuerung mini|Central Unit, Control 80 und Interface Herzstück des ersten Märklin-Digitalsystems ist die Central Unit, die den Datenbus antreibt und Befehle versendet. In ihrer ursprünglichen Bauform hat sie keinerlei Bedienelemente und musste mindestens um eine Control 80 und einen Transformator ergänzt werden. Die Control 80 dient dabei zur Eingabe der Steuerbefehle für die Lokomotiven. Im Laufe der Zeit kamen verschiedene Kombinationen aus diesen drei Komponenten auf den Markt.
An der Control Unit, eine Zusammenfassung von Central Unit und Control 80f, wird die zu steuernde Lokomotive über eine Zehner-Zifferntastatur ausgewählt; dann kann mit einem Drehrad die Geschwindigkeit geändert oder über zusätzliche Funktionstasten eine Spezialfunktion ein- und ausgeschaltet werden – wie etwa Licht, ein Geräuschmodul oder ein Dampferzeuger. Frühe Versionen des Märklin-Digitalsystems erlaubten nur eine einzige solcher Sonderfunktionen. Später wurden bis zu vier Funktionen ergänzt. Grundsätzlich ist es immer möglich, mehrere Control 80 und/oder Control 80f zu verwenden, um mehrere Lokomotiven gleichzeitig zu steuern.
Weiterhin können an die Central Unit sogenannte Keyboard-Einheiten angeschlossen werden, von denen jede bis zu 16 ortsfeste Befehlsempfänger wie Weichen und Signale schalten kann. Anders als bei den Control 80 ist hierbei jedem Tastenpaar ein Empfänger fest zugeordnet. Um mehr als 16 Empfänger zu schalten, können auch mehrere Keyboards in das System integriert werden.
Ergänzt werden die zentralen Komponenten durch eine Art intelligentes Keyboard namens Memory, das die Abspeicherung von Fahrstraßen ermöglicht und ein Interface-Modul, das eine Verbindung zur seriellen Schnittstelle eines Computers herstellt.
All diese Komponenten sind durch einen gemeinsamen Datenbus (I²C-Bus) miteinander verbunden. Die Central Unit setzt die von den verschiedenen Eingabegeräten kommenden Befehle um und schickt sie über die Gleise bzw. parallel dazu verlegte Versorgungsleitungen zu den Befehlsempfängern. Gegebenenfalls muss die Gesamtanlage dazu in mehrere Stromkreise zerlegt werden, um die Gesamtleistungsaufnahme pro Stromkreis nicht zu groß werden zu lassen. Jeder Stromkreis wird hierzu über einen Booster genannten Digitalverstärker an die Central Unit angeschlossen.
mini|Delta-Fahrgerät
Das klassische Märklin-Digitalsystem erlaubt die Ansteuerung von 80 Lokomotiven und 256 ortsfesten Empfängern über denselben Datenbus.
Alternativ kann auch der Computer selbst als Zentrale verwendet werden, z. B. mit der Software Digital Direct for Linux oder Rocrail. Aus dem Märklin-Sortiment ist dann lediglich noch ein Transformator und ein Booster nötig.
Märklin Delta / Märklin My World / Märklin Start Up Durch die Weiterentwicklungen in der Fertigung elektronischer Komponenten und Baugruppen wurden ab etwa 1995 elektronische Steuerungen der Lokomotiven in der Herstellung preiswerter als das bis dahin betriebene parallele Anbieten von analogen und digitalen Modellen.
Aus diesem Grund gab es bereits früh mit dem „Märklin Delta“ genannten System den Ansatz, digitale Steuerungen auch im Einsteigersegment anzubieten. Anders als bei Zweileiter-Gleichstromsystemen gab es bei Märklin wegen des Wechselstrombetriebs immer eine separate Steuerung in Form eines Umschaltrelais in der Lokomotive. Das Delta-System verwendet das gleiche Befehlsformat, verzichtet aber auf die Ansteuerung ortsfester Empfänger und kann nur maximal 15 verschiedene Lokomotiven adressieren. Es gibt sogar noch weiter reduzierte Steuerungen für Startpackungen, die auf vier verschiedene Lokomotiven (als „Dampflok“, „E-Lok“, „Diesellok“ und „Triebwagen“ deklariert) beschränkt sind. Einfache Steuerungen besitzen als Sparmaßnahme auch nur Drucktaster für „Langsamer“, „Schneller“ und „Richtungsänderung“. Die Leistung ist teilweise auf weniger als 20 Watt beschränkt.
Ab 2012 wurde die Marke Märklin My World, ab 2014 dann Märklin Start Up für diese einfache Art der digitalen Steuerung verwendet. Verwirrenderweise wurden die 2012 als Batterie-Eisenbahn in H0 eingefügten Bausätze dann ab 2014 als Märklin My World weitergeführt.
Empfänger (Decoder) und Sender Grundsätzlich gibt es Decoder für drei verschiedene Einsätze: Decoder für die Ansteuerung von Motoren und Funktionen in Lokomotiven. Decoder für Schaltfunktionen wie zum Beispiel das Ansteuern von Weichen und Signalen. Spezielle Empfänger und Sender zum Beispiel für die Ansteuerung spezieller Einrichtungen wie Kräne oder das Rückmelden.
Empfänger (Decoder) für Lokomotiven mini|Bereits historisch: Decoder-Schema eines Studenten vom März 1986 mini|Durch einen Studenten gebauter Decoder für das Märklin-Digital-System vom März 1986. Die in den Lokomotiven eingebauten Decoder übernehmen die interne Ansteuerung von Motoren und Funktionen. Die notwendige starke Miniaturisierung aufgrund knappen Platzes war der entscheidende Entwicklungsschritt hin zur digitalen Modellbahn. Insbesondere dem Märklin-System kam dabei zugute, dass schon die klassischen Märklin-Lokomotiven neben dem Motor immer noch einen zweiten Baustein in der Lokomotive benötigten, das Umschalt-Relais zur Fahrtrichtungsänderung, sodass im Inneren der Lok immer Platz durch Ausbau des Umschalters gewonnen werden konnte. Anstelle des Umschalters wurde dann der Decoder eingebaut. Die erste Generation digitaler Märklin-Lokomotiven wurde bei vielen Modellen durch diese eine Änderung aus ihrem nicht-digitalen Pendant weiter entwickelt. Auch der Selbstumbau vorhandener Lokomotiven war für den geübten Heimwerker vergleichsweise leicht durchführbar.
In der Geschichte des Märklin-Digitalsystems hat es verschiedene Decoderbauarten gegeben, die unterschiedliche Motortypen oder verschiedene Zusatzfunktionen ansprechen konnten. Da mit dem Digitaldecoder der Lokomotivmotor von der Versorgungsspannung entkoppelt ist, konnten auch ganz neue Motortypen eingesetzt werden, so zum Beispiel bürstenlose Motoren wie der C-Sinus-Hochleistungsantrieb. Wurde zunächst nur eine einzige Zusatzfunktion unterstützt (meist das Schalten von Licht), waren es bald bis zu fünf, einschließlich Anfahrt- und Bremsverzögerung; heutige Decoder unterstützen auch Sound und die Ansteuerung von bürstenlosen Motoren.
Der Decoder ist so konzipiert, dass eine damit ausgerüstete Lokomotive auch auf analog gesteuerten Anlagen eingesetzt werden kann. Das gilt auch für die vereinfachte Variante, den Decoder des Delta-Systems. Die übergroße Mehrzahl der Märklin-Lokomotiven wird deshalb heute grundsätzlich mit einem Decoder ausgeliefert. Fast alle älteren Modelle lassen sich mit Bausätzen auf die Steuerung mit Digitalbefehlen umrüsten. Während ältere Decoder dabei durch eine reservierte Adresse explizit auf Analogbetrieb gestellt werden müssen, erkennen neuere Decoder automatisch einen Betrieb mit Wechselspannung, heute sogar auch mit Gleichspannung und passen die Ansteuerung des Motors entsprechend an.
Alle Märklin-Digital- und Delta-System-Decoder sind technisch grundsätzlich für 80 Adressen ausgelegt. Bei den Märklin-Digital-Decodern ist es auch möglich, die 80 Adressen zu nutzen, bei den vereinfachten Decodern für das Delta-System sind jedoch nur 15 Adressen einsetzbar.
Da technisch im Datenstrom des Motorola-Protokolls die Adressen nicht als Dualzahlen, sondern als in „Trits“ (zwei Binärwerte codieren nur drei definierte Zustände) verpackte Trinärwerte gesendet werden, war es durch Erweiterung des Protokolls möglich, statt eigentlich 81 bis zu 255 verschiedene Adressen auf dem Bus zu senden. Dies wird teilweise von neueren Decodern und Steuerungen auch unterstützt, während ältere Decoder auf die ursprünglichen Adressen beschränkt bleiben.
Decoder für das Delta-System mini|Märklin Delta-System Decoder mit Zusatzfunktion (Märklin-Artikel 6603), erste Generation mit Chip 701.13 und 15 Adressen