Die Steuerung einer elektrischen Modelleisenbahn umfasst deren Fahrt und die Stellung der benutzten Weichen (inkl. deren evtl. beigefügter Signalanlagen). Sie ist eine Fernsteuerung.
Geschwindigkeit und Fahrtrichtung der Triebfahrzeuge (Lokomotiven) werden durch die Änderung der Fahrspannung variiert. Im einfachsten Fall wird die an den Schienen anliegende Spannung mittels Stelltransformator stufenlos verändert (analoge Modelleisenbahn) und für die Richtungsumkehr umgepolt. Auf diese Weise können mehrere Züge in einer Anlage nur dann gesteuert fahren, wenn das Gleisnetz in kleinere zu- und abschaltbare Netzteile aufgeteilt wird.
Mit der seit dem Ende des 20. Jahrhunderts zusätzlich vorhandenen digitalen Steuerungstechnik können beliebig viele Züge in einer Anlage gesteuert fahren. Die Fahrspannung wird erst und individuell in jeder einzelnen Lok verändert, an den Schienen ist sie konstant. Jede einzelne Lok ist mittels digitaler Kommunikationstechnik (digitale Modelleisenbahn) individuell steuerbar: die Fahrspannung wird in ihr gemäß der empfangenen Steuersignale stufenlos verändert.
Man unterscheidet zwischen rein manueller, halb- und vollautomatischer (programmierter) Fernsteuerung.
Mechanische Steuerung bei Uhrwerksantrieb Bei den ersten und mit Uhrwerkantrieb versehenen Modelleisenbahnen ist die automatische Steuerung auf wenige und einfache Funktionen beschränkt: Langsamfahren (Langsamfahr-Gleis-Abschnitt), Stoppen (Stopp-Gleis-Abschnitt) und Fahrtrichtungswechsel (Umschalt-Gleis-Abschnitt).
Zum Einschalten hat eine Uhrwerkslok i. d. R. zwei Bedienknöpfe: Ein/Aus und Vorw./Rückw. Das Ausschalten erübrigt sich dadurch, dass das Uhrwerk relativ bald abgelaufen ist, und die Lok stehen bleibt.
Ein/Aus und Vorw./Rückw. sind bei elektrischen Loks in deren automatischen und umfangreicheren Steuerungs-Möglichkeiten eingeschlossen. Diese Loks sind fernbedient, d. h. sie werden nicht mehr in die Hand genommen.
Fern-Steuerung einer analogen elektrischen Modelleisenbahn Die stufenlose (analoge) Veränderung der Geschwindigkeit erfolgt über die von der Spannung abhängigen Stärke des Motor-Antriebsstromes. Die Fahrtrichtung wird durch Umpolen der Versorgungsspannung (Gleichspannung) oder mit einem Umschalter in der Lokomotive (Wechselspannung, die kurzzeitig überhöht wird) geändert.
Der Begriff analoge Modelleisenbahn kam erst nach Einführung der Steuerung mittels digitaler Übertragung (digitale Modelleisenbahn) Steuerung in Gebrauch um beide Methoden voneinander zu unterscheiden.
Unterteilung des Gleisnetzes in einzelne Streckenabschnitte Damit mehrere Loks gesteuert werden können, wird das Gleisnetz in einzelne, separat mit Versorgungsspannung versehbare Streckenabschnitte unterteilt. Besprochen werden Anlagen mit Zweileitergleisen.
A-Schaltung Es wird nur ein Stelltrafo verwendet. Mehrere Züge könnten zwar gleichzeitig fahren, sind dann aber relativ zueinander nicht steuerbar. Deshalb wird – im Wechsel zwar – zu einer bestimmten Zeit immer nur mit einer von mehreren in der Anlage befindlichen Loks gefahren. Die übrigen werden abgestellt, indem die Abschnitte, in dem sie sich befinden von der Stromversorgung abgeschaltet werden. Die abgeschalteten Abschnitte können typischerweise Abstellgleise, aber auch größere Abschnitte wie Nebenbahnen (Gleisschleifen oder längere stumpfe Gleise) sein.modellbahnhobby.eisenbahnrelikte.de: Die Grundschaltungen "A" und "Z" modellbahntechnik-aktuell.de: A-Schaltung
Variante der Einzelnen Schaltung Für das gesamte Netz, das in Abschnitte unterteilt ist, wird eine einzige Stromversorgung verwendet. Die Stromversorgung jedes Streckenabschnitts hängt von der automatischen Signalisierung ab. Die Geschwindigkeit jedes Zuges hängt von der Spannung des Abschnitts ab, in dem er sich befindet. Neben der Nullspannung für den Halt und der Höchstspannung für die Geschwindigkeit auf voller Strecke können sechs Zwischengeschwindigkeitsstufen die Verzögerungs- oder Beschleunigungsabschnitte mit Strom versorgen. Bei diesem System muss die Route jedes Zuges vor der Abfahrt festgelegt werden und mit der vom automatischen Signalsystem gesteuerten Belegung der Abschnitte kompatibel sein. Dieses analoge System erfordert eine stabilisierte Stromversorgung (keine Transformatoren, deren Spannung je nach Verbrauch schwankt) und eine zerhackte Spannung für einen gleichmäßigen Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten.Seite „Commande à tension hachée“ (Steuerung mit zerhackter Spannung) auf der französischsprachigen Website „Le train de Georges“
Ü-Schaltung Bei typischen Modellbahnanlagen mit einer zweispurigen Hauptstrecke und einer einspurigen Nebenstrecke und ein paar Rangiergleisen ist es vorteilhaft, für jeden dieser Fahrwege einen eigenen Transformator zu benutzen. Bei Anlagen mit mehreren Bahnhöfen gilt das für einen eigenen Stelltransformator für jede Zwischenstrecke. Das ermöglicht in einfacher Weise und mit wenig Verdrahtungsaufwand die unabhängige Steuerung mehrerer Lokomotiven gleichzeitig; Hauptnachteil ist aber die Notwendigkeit, beim Wechsel des Fahrweges auch zu einem anderen Stelltransformator übergehen zu müssen; im Moment des Wechsels sollten auch ihre Spannungen etwa einander entsprechen. Ausgeschlossen werden muss, dass beide nicht gleich gepolte Spannungen liefern.modellbahntechnik-aktuell.de: Ü-Schaltung
Z-Schaltung Um den Übergang von einem zum anderen Stelltransformator zu vermeiden, werden verschiedene Abschnitte – oft aus mehreren Abschnitten zusammengestellte Fahrstraßen – von verschiedenen Stelltransformatoren versorgt. Die Zuschaltung (oder Zuordnung) hat vor Beginn der Fahrt zu erfolgen, und sie wird am Ende wieder aufgelöst. Parallel können andere Lokomotiven auf anderen Fahrstraßen mit einem anderen Stelltransformator gesteuert werden.modellbahntechnik-aktuell.de: Z-Schaltungk.f.geering: Grundlagen der Analogtechnik, Die Z-Schaltung.
Das System erfordert einerseits einen nicht geringen Verdrahtungs- und Schalter-Aufwand, entspricht aber andererseits recht genau der Situation beim Vorbild, wo ebenfalls Beginn und Ziel jeder einzelnen Fahrt vor Beginn bekannt sind und alle Weichen dieser Fahrstraße richtig eingestellt werden müssen, ehe die Fahrt freigegeben wird.
Stopp-Weichen Die Steuerung mittels sogenannten Stopp-Weichen ist die jüngst in Gebrauch gekommene.k.f.geering: Grundlagen der Analogtechnik, Die Stoppweiche Derart ausgebildete Weichen gibt es bei mehreren Herstellern. Damit lässt sich einer der A-Schaltung analoge Schaltung bereits mit dem ohnehin notwendigen Umschalten der Weichen, d. h. ohne zusätzliche Schalter verwirklichen. Die Weichen werden von der Spitze her an die Versorgungsspannung angeschlossen. Der Anschluss wird in ihnen immer nur in die eingestellte Fahrtrichtung weiter geführt. Führt diese zu einem Abstellgleis, so ist dieses abgeschaltet, nachdem die Weiche wieder zurückgestellt wurde. Im Haupt-Gleisabschnitt (i. d. R. die größte Gleisschleife) lassen sich damit auch Ausweichstellen mit den beiden Weichen an- und ab-schalten. Die Weichen werden prinzipiell paarweise (parallel) bedient, das Ausweichgleis wird somit von beiden Seiten her an- und ab-geschaltet.
Zusätzliche Leiter Eine andere Möglichkeit, mehrere Lokomotiven auf demselben Gleis fahren zu lassen, entsteht durch einen zum Zweileitergleis zusätzlichen parallelen Leiter. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten:
Oberleitung Bei Einsatz von Elektrolokomotiven kann die Oberleitung wie beim Vorbild zur Spannungsversorgung eingesetzt werden. Dies ist sicher die vorbildgerechteste Lösung einer analogen Mehrzugsteuerung; sie wurde vor der Einführung der Digitaltechnik (siehe unten) auch von fast allen namhaften Herstellern unterstützt.
Oberleitung plus Mittelleiter 1935 führte die Firma Trix ein Dreischienen-Dreileitersystem ein, bei der die Fahrschienen elektrisch getrennt waren und ein zusätzlicher Mittelleiter den Masseanschluss bildete. Eine Lokomotive erhielt die Spannung also über die linke, die andere über die rechte Schiene, die dritte durch die Oberleitung.
Stromschiene Eine dritte Möglichkeit wären zusätzliche Stromschienen etwa an der Seite, wie beim Vorbild bei U-Bahnen üblich. Derartige Systeme wurden nie von den großen Herstellern unterstützt, aber vereinzelt von Privatpersonen oder Modellbahnvereinen gebaut; wegen des Aufwandes haben sie sich nicht durchgesetzt.
Ältere elektronische Steuerungen Halbwellensteuerung
Die Firma Faller führte Ende der 1960er Jahre für ihr Modellautosystem AMS die Möglichkeit ein, in die Fahrpulte und Automodelle kleine Dioden einzusetzen. Die Anlage wurde dann mit Wechselstrom betrieben, und durch die Dioden sprach von zwei Fahrzeugen in einer Anlage nur je eines auf je eine der Halbwellen an. Dadurch war mit sehr geringem Aufwand eine echte unabhängige Steuerung möglich – allerdings kein Fahrtrichtungswechsel; wohl der Grund, weshalb sich das System bei Modelleisenbahnen nicht durchgesetzt hat.
Tonfrequenzsteuerung
Lokomotiven-Tonfrequenzsteuerung ermöglichten ab 1968 den unabhängigen Betrieb von mehreren Lokomotiven auf demselben Gleis.
In Frankreich konnten mit dem System Jouefmatic und Jouefmatic 76 der Firma Jouef, das sich von 1968 bis 1983 im Katalog befand, bis zu acht Lokomotiven auf einem Gleis getrennt gesteuert werden,Jouef Matic 76 in lestrainsjouef.free.fr, französischsprachig, abgerufen am 9. Januar 2024. dies ohne Berücksichtigung der Oberleitung.
Beim ab 1973 erhältlichen Trix e.m.s. (Elektronische Mehrzug-Steuerung) konnten pro Stromkreis eine weitere Lokomotive mit je einem überlagerten Wechselspannungsignal gesteuert.TRIX, Unternehmen, Die Anfänge in trix.de, abgerufen am 18. Februar 2024.Elektronische Mehrzug Steuerung in grinsen.de, abgerufen am 9. Januar 2024. werden. Da bei Trix unter Einbezug der Oberleitung insgesamt drei Stromkreise vorhanden waren, konnten so insgesamt sechs Lokomotiven unabhängig gesteuert werden.
Der Vorteil des Trix e.m.s. gegenüber der von Jouef hergestellten Mehrzug-Steuerung lag darin, dass nur die zweite Lokomotive eines Stromkreises einen Empfänger bedingte. Die erste Lokomotive konnte unverändert eingesetzt werden. Auch gab es die e.m.s.-Mehrung-Steuerung auch für die Spur N. Bei beiden Systemen bedingte es jedoch ein separates Fahrgerät pro Lokomotive, wobei bei Trix auch hier die erste Lokomotive mit einem handelsüblichen Transformator angesteuert werden konnte.
Die Systeme mit Tonfrequenzsteuerung konnten sich nicht durchsetzen, weil sie damals verhältnismäßig kostenintensiv und aufwändig im Einbau und beim Einstellen waren und hohen Platzbedarf hatten. Auch wurden sie durch die rasch fortschreitenden Entwicklungen in der Digitaltechnik obsolet.
In Deutschland wurde die Tonfrequenzsteuerung statt für Mehrzugbetrieb eher zum Auslösen von einfachen Zusatzfunktionen (Licht, Ton u. ä.) verwendet.
Drahtlose Fernsteuerung Bei größeren Spurweiten (in der Regel ab Nenngröße I) werden mit Dampf (Echt-Dampf-Modellbahn) oder Akkus betriebene Fahrzeuge oft drahtlos über Funk gesteuert (RC-Fernsteuerung). Typisch dafür sind im Freien auf den Spuren IIe und IIm fahrende Gartenbahnen. Die Schienen werden dabei meistens nicht mit elektrischer Spannung versorgt, sodass die Echtdampf-Lokomotiven für die Funk-Empfänger und Befehlswandler auch Akkus mitführen.
Um der Problematik der störanfälligen Stromversorgung über die Schienen zu entgehen, werden zunehmend auch Fahrzeuge auf kleineren Spurweiten über Funk gesteuert, z. B. eine Feldbahn auf Spur 0.schmalspur-treff.de: Feldbahnlok mit RC Control Systems Die Anwendung auf noch kleinere Spurweiten hängt davon ab, ob Platz insbesondere für die Akkus in den Fahrzeugen zur Verfügung steht.
Digitale Steuerung Das Prinzip