Von Modellbauläden und im Internet werden immer wieder sehr preis­werte Mo­dell­bau­ser­vos angeboten. Es liegt nahe, diese Ser­vos für das vorbildgerechte langsame Stellen von Weichen und Sig­nalen auf der Modellbahn zu ver­wenden. Diese preis­güns­ti­gen Mo­dell­bau­ser­vos verfügen über Kunst­stoffzahnräder und sind nicht direkt flüsterleise. Wer aber mal neben einer Vollbahnweiche ge­stan­den hat, als diese umgelegt wurde, weiß, dass beim Vorbild die Weichen auch nicht gerade leise sind. Ich brauchte also einen De­co­der, wie die üblichen 4-fach Weichendecoder für Mag­net­­spu­len oder motorische Wei­chen­an­trie­be, nur mit 4 Impuls­ausgängen für Servos statt mit 4 Leistungs­ausgängen. Das war die Grundidee in 2005 als die Auswahl an Servodecodern noch nicht so groß war wie heute und sich eigent­lich nur auf einen Hersteller beschränkte. Deswegen sah mein er­ster Servodecoder so ähnlich aus wie die da­maligen WDecD-90 und WDecN-90 Selbstbaudecoder. Später wurde daraus der weiter unten abgebildete Decoder für nur einen Servo.


Prinzip der Servosteuerung

Das Steuerungsprinzip ist bei allen Servos für Modell­bau­zwecke gleich. Alle 20 ms wird ein Impuls ausgegeben, dessen Länge (Dau­er) die Position des Stellarms oder des Stell­ra­des definiert. Nor­ma­ler­wei­se werden Modellbauservos funk­fern­ge­steu­ert. Der Funk-Empfänger bietet meistens bis zu 8 Kanäle für 8 Servos an. Um im 20 ms Rhythmus 8 Servos bedienen zu kön­nen, stehen also pro Servo 20 / 8 = 2,5 ms zur Verfügung. Die Im­puls­län­ge kann dem­nach maximal 2,5 ms betragen. Das ist aber Theo­rie und in der Pra­xis erreichen die Servos bei Impuls­zeiten von 2 – 2,3 ms ihre lin­ke End­lagen (gegen Uhrzeigersinn). Damit die Elek­tro­nik im Ser­vo überhaupt den Impuls erkennt, ist eine mi­ni­ma­le Im­puls­län­ge von ca. 1 ms erforderlich. Auch hier gibt es wieder Ab­wei­chun­gen und erreichen die Servos ihre rechte End­lage in einem Be­reich von 0,7 bis 1ms. Somit wird der gesamte Stellbereich des Servos (ca. 180°) mit Impulslängen von ca. 0,7 bis 2,3 ms definiert. Die Mittellage des Servo-Arms wird bei einer Impulsdauer von ca. 1,3 bis 1,6 ms er­reicht. Innerhalb der Zeitspanne von 0,7 bis 2,3 ms kann der Arm an jede beliebige Position gebracht werden. Die er­reich­ba­re Stell­ge­nau­ig­keit wird von der Auflösung des Impulses, der Qualität der in­tern­en Servoelektronik und vor allem der Mechanik bestimmt.


Timing des Servosignals
Timing des Servoimpulses

Der Servoantrieb

Im Inneren des Servos agiert ein kleiner 5V Gleichstrommotor, der über ein hochuntersetztes Getriebe den Stellarm zwi­schen beiden mechanischen Anschlägen bewegt. Mit dem Stellarm ist ein Dreh­po­ten­tiometer gekoppelt, das die aktuelle Po­si­tion an die Ser­vo-Elek­tro­nik zurückmeldet. Der Motor wird so lang an­ge­steu­ert, bis die Lage des Potentiometers und damit die Lage des Stellarms der für die Impulslänge passenden Position ent­spricht. Hat der Servo seine Po­si­tion erreicht, steht der Motor und geht die Strom­ab­nah­me zurück. Wird der Arm durch eine externe Kraft aus seiner Po­si­tion gebracht, versucht der Motor den Arm wieder auf die alte Po­si­tion zu bringen. Aufgrund der großen Ge­trie­be­un­ter­set­zung können die dabei auftretenden Kräfte be­acht­lich werden.


Prototyp des Servodecoders und Conrad Servo bedienen ein Viessmann Rangiersignal

Funktion des Servodecoders

Der Servodecoder versorgt auch die interne Elektronik des Servos mit 5V Gleichspannung. Diese 5 Volt werden mit einem 7805 Längs­regler oder fast verlustfrei mit einem Schaltregler aus der digitalen Gleisspannung gewonnen. Die minimale Stellzeit eines Servos be­trägt ca. 0,4 bis ca. 1s für einen Stellbereich von ca. 180°. Das ist für die meisten Vorgänge auf der Modellbahn viel zu schnell. Um die für die Vorgänge auf der Modellbahn erforderlichen langsamen Be­we­gungen zu erreichen, müssen stetig veränderliche Positionen vor­gegeben werden. Der Servo nimmt so alle 20 ms eine neue Po­si­tion ein und täuscht damit eine langsame stetige Be­we­gung vor. Die minimale „stetige“ Geschwindigkeit, die man so er­rei­chen kann, liegt daher bei einem Zeitinkrement pro 20 ms. Da der vor­lie­gende Decoder den Gesamtweg von 180° intern in ca. 1500 In­kre­mente auflöst, ist eine Stellzeit von 1500 * 20 ms = 30 s rea­li­sierbar. Der Einfluss der Versorgungsspannung auf die Stellzeit wird durch die­ses Prinzip aufgehoben.


Prototyp des Servodecoders mit Conrad Servo als Signalantrieb unter der Anlagenplatte

Hardware der Servodecoder

Die Versuche mit den 4-fach Servodecodern wurden zu­gun­sten eines 1-fach Decoders aufgegeben. Das hatte kom­mer­ziel­le und tech­ni­sche Gründe. Tech­nisch wurden die Kabel zu den 4 Servos zu lang und/oder hätten über Modulgrenzen hinweg verlegt werden müssen.
Die Baumuster der 1-fach Servodecoder wurden in gemischter Bau­weise in SMD Technik auf einer einseitigen Pla­ti­ne aufgebaut und messen ca. 35 x 39 x 20mm (B x H x T). Auf der Oberseite der Pla­ti­ne befinden sich sämtliche Anschlüsse und der Spannungsregler mit seinem Kühlkörper. Der Decoder wird komplett aus der Gleis­span­nung versorgt. Für meine Tillig Weichen auf der Modulbahn habe ich eine etwas abweichende Variante gebaut, die ent­spre­chend der Weichen­lage, das Herzstück der Weiche mit umpolt. Auf der Abbildung unten ist dieser Decoder rechts abgebildet. Er misst 43 x 45 x 20 mm. Mittlerweile ist die gesamte Modulanlage auf Ser­vo umgerüstet. Die meisten Viessmann Signale (Conrad/Völkner-Bau­sätze) sind mit einem Servodecoder und einem Servo aus­gestat­tet. Eine sehr zuverlässige Lösung!


Der Standard Servodecoder und eine Variante mit Relais zur Herzstückumschaltung.
Oben der Conrad Servoantrieb.

Eigenschaften SerDecD-TN DCC

  • Unterstützt NMRA Basic Accessory Decoder DCC Formate (Broadcast/Output/Operations Mode Programming)
  • Einsatz für Weichen, Formsignale, Entkuppler, Schuppentore, Bahnschranken, usw.
  • Stellzeit über CV einstellbar bis ca. 30 s.
  • Adressierung der Weichen, nicht des Decoders. 1 Adresse pro Servo spart Zubehöradressen
  • Einfache Adressierung mit einem externen Taster
  • Endlage links und Endlage rechts über CV einstellbar.
  • Endlagen auch über externe Tasten einstellbar
  • Einstellbarer Vorschub für die manuelle Justage der Endlagen.
  • Hauptgleisprogrammierung wird unterstützt
  • Lesen und Schreiben Byteweise und Bitweise aller CVs am Programmiergleis
  • Speicherung der letzten Position bei Spannungsausfall
  • Optionale Erhaltung des Servoimpulses zum Halten der erreichten Sollposition auch unter Belastung
  • Konfigurierbarer Nachlauf zum Ausregeln

Eigenschaften SerDecM-TN V1.2 MM

  • Unterstützt das „Marklin-Motorola“ Gleisformat für bis zu 319 Weichen (Zubehöradressen)
  • Einsatz für Weichen, Formsignale, Entkuppler, Schuppentore, Bahnschranken, usw.
  • Stellzeit über externe Tasten einstellbar bis ca. 30 s .
  • Adressierung der Weichen, nicht des Decoders. Eine Weichen­adresse pro Servo spart Zubehöradressen
  • Einfache Adressierung mit einem externen Taster
  • Endlage links und Endlage rechts über externe Tasten ein­stell­bar
  • Speicherung der letzten Position bei Spannungsausfall
  • Rücksetzen auf Werkseinstellung über Adresse 320

Hardware beider Modelle

  • Preisgünstige Komponenten und Platinen
  • 500 mA max. Ausgangsstrom für den Modellbauservo
  • Leistungsfähiger ATMEL AVR Mikroprozessor ATTiny2313 bzw 2313A
  • Platinen für die Varianten mit und ohne Relais (für z.B. die Um­schaltung der Polarität des Weichenherzstücks)
  • Optionales externes Bedien-/Programmiergerät ist in der BA beschrieben

Der Prototyp Servodecoder mit Handbedienung bzw. Programmiergerät

Seriengeräte

Eigentlich wurde dieser Decoder für meine private mo­du­la­re Mo­dell­bahn entwickelt. Schon schnell gab es kom­mer­ziel­les In­te­resse an diesem Decoder und wurde er auf einen einzelnen Ka­nal ab­ge­speckt. Die Relais zur Polarisierung des Wei­chen­herz­stücks mach­ten den Decoder „zu groß und zu teuer“ und wurden ebenfalls aus der Hardware entfernt. In der Software ist der Code für die Relais jedoch standardmäßig enthalten. Da der Decoder nicht mehr kom­mer­ziell vermarktet wird und die Rechte an Hard- und Software bei mir liegen, sind programmierte Pro­zes­sor­en und Pla­ti­nen auf Anfrage bei mir erhältlich. Mehr Information dazu gibt es auch auf MoBaTron.de. Die Ausführung des Decoders für nur einen Servokanal hat bei meiner Mo­dul­an­la­ge den ent­schei­den­den Vor­teil, dass er direkt unter der Weiche oder unter dem Signal plat­ziert wird und man das stör­emp­find­liche Kabel zum Servo nicht verlängern muss.


Die aktuelle Hardware der Modelle SerDecRD-TN und SerDecD-TN

Aktueller SerDecRD-TN mit Schaltregler, spart Digitalstrom

Die Downloads der Betriebsanleitungen finden Sie auf MoBaTron.de.


© 2004 – 2020 Gerard Clemens  letzter Update 31.03.2020