Märklins Marketingstrategie ist klar: Die "kleinen" Delta-Dekoder sollen durch die beschränkte Zahl
von Adressen und das Fehlen der schaltbaren Sonderfunktion - und natürlich dem Fehlen der Extra-
Funktionen - nur dem Einstieg dienen und keinesfalls die Bedürfnisse der Anwender völlig
befriedigen. Daher sind die Basteleien und vergleichsweise simplen Tricks, mit denen die alten und
mittlerweile mittelalten Delta-Dekoder - erkennbar an den Dekoder-ICs mit der Bezeichnung 701.13
und 701.17b - entsprechend verbessert werden können, ein Dorn im Auge. Gegen die Vergrößerung
des Adressumfangs läßt sich zwar nichts machen. Aber die Erweiterung um die Sonderfunktion und
bei den Delta-Dekodern mit dem 701.17b die Nachrüstung der vier Extrafunktionen hat Märklin bei
den letzten Versionen des 6603 durch ein geändertes Platinenlayout erschwert.
Nunmehr hat Märklin mit dem "TELEX"-Delta-Dekoder 66031, auf dem das neue IC mit der
Bezeichnung 701.21A bzw. 701.21B arbeitet, den bislang aktuellen, nunmehr nur noch "mittelalten"
Delta-Dekoder 6603 mit dem IC 701.17b abgelöst. Der 701.21 ist zwar insofern ein Fortschritt, als
die Motor- und Funktionsausgänge des IC gegen Kurzschluß und Überlastung geschützt sind - auch
wenn dies wiederum bei älteren großen Scheibenkollektor-Motoren (LFCM) dazu führen kann, daß
der Motorausgang nach kurzer Zeit des Betriebs abschaltet. Allerdings ist die Implementation der
TELEX-Funktion im Digitalbetrieb wenig komfortabel. Das im analogen Betrieb unabdingbare
Betätigen der TELEX-Kupplung durch wiederholtes Ändern der Fahrtrichtung ist im Digitalbetrieb
unnötig umständlich und daher ärgerlich. Zugleich hat Märklin dafür gesorgt, daß die
Sonderfunktion für z.B. das An- und Ausschalten des Licht nicht - wie beim 6603 - durch das
einfache Hinzufügen zweier Widerstände und Drahtverbindungen nachgerüstet werden kann.Wie zahlreiche Untersuchungen und Experimente ergeben haben,
verwendet Märklin unterschiedliche, von "außen" nicht identifizierbare Versionen des 701.21, bei
denen die Sonderfunktion schon während der Herstellung aktiviert oder deaktiviert ist. Bei den auf
den 66031 verbauten 701.21 ist die Sonderfunktion durchgehend nicht aktiviert. Deren
nachträgliche Aktivierung gar das Nachrüsten der vier Extrafunktionen ist daher nach allen
Erkenntnissen nicht möglich.
Also kein schaltbares Licht bei den neuen Delta-Dekodern? So schnell geben wir nicht auf. Wenn
Märklin uns nicht die Mittel an die Hand gibt, dann schaffen wir sie uns eben selbst.
Der erste Gedanke ist natürlich, hierfür einen kleinen Mikrocontroller, etwa einen PIC, einzusetzen.
Dieser würde wie der 701.21 die Digitalbefehle dekodieren, aber nur die für die Sonderfunktion
bestimmten Befehle auswerten. Das Problem hierbei - neben dessen Programmierung - ist aber die
Adresseinstellung: Der 701.21 hat, wie alle ICs auf den Märklin-Dekodern, Adresseingänge, die
nicht nur die Spannungspegel 0V und +5V erkennen sondern als dritten Zustand auch einen offenen,
nicht beschalteten Eingang. Dies allein ermöglicht die Einstellung von 81 Adressen mit nur 4
Adressanschlüssen. Ein PIC kann daher nicht einfach parallel zum 701.21 geschaltet werden sondern
benötigt eine eigene Adresseinstellung. Dies ist natürlich ziemlich unkomfortabel und auch
aufwendig.
Vermeiden läßt sich dies nur durch die Verwendung eines der Motorola-ICs, auf denen das
Datenformat des Märklin-Digitalsystems beruht. Dieses kann einfach parallel zu den Adresseingängen des 701.21 geschaltet werden, so daß die Adresse nur einmal eingestellt werden muß. Bedauerlicherweise wird aber der IC MC145029, mit dessen Hilfe die Befehle zum Schalten
der Sonderfunktion einfach ausgewertet werden könnten, schon lange nicht mehr herestellt. Benötigt
wird nämlich ein Dekodierer, der 4 Adresseingänge und 5 Datenausgänge besitzt - ein Ausgang für
den Status der Sonderfunktion und vier Ausgänge für die Geschwindigkeit.
Die einzigen noch hergestellten ICs der Motorola-Reihe MC14502x sind aber das MC145027, das in fast allen Weichendekodern verwendet wird, und das MC145028. Letzteres scheidet sofort aus, da bei ihm alle 9 Anschlüsse als Eingänge fungieren. D.h. dieses IC reagiert nur auf eine einzige, einstellbare Kombination von Adresse, Sonderfunktionsstatus und Geschwindigkeit. Das MC145027 paßt leider auch nicht exakt, denn bei ihm sind neben den vier Adresseingängen auch das Sonderfunktionstrit als Eingang und somit als fünfter Adresseingang beschaltet. Wie bei der Bauanleitung zum Weichendekoder erläutert, muß dieser Eingang entweder auf Masse oder Plus gelegt sein, so daß das IC nur auf Befehle mit der eingestellten Adresse und dem Sonderfunktionstrit entsprechend der Beschaltung dieses Eingangs reagiert. D.h. legt man diesen Eingang auf Masse, so reagiert das IC nur auf Befehle, bei denen die Sonderfunktion ausgeschaltet ist - und Befehle mit eingeschalteter Sonderfunktion werden ignoriert. Liegt der Eingang hingegen auf Plus, so werden nur Befehle mit eingeschalteter Sonderfunktion erkannt. Auch dieses IC ist somit nicht ohne weiteres zu verwenden.
Diese Bescheibung enthält aber bereits den Ansatz der Lösung: Erforderlich ist nämlich nicht eine
statische sondern eine dynamische Beschaltung des Sonderfunktions-Eingangs. Solange die
Sonderfunktion nicht aktiviert ist, besteht dieses fünfte Trit aus zwei "0"-Bits, symbolisiert also
Masse. D.h. Eingang 5 des MC145027 muß auf Masse liegen. Wird die Sonderfunktion aktiviert, so
wechseln die beiden Bits auf "1", also Plus. Eingang 5 des MC145027 muß also auf Plus liegen,
damit das entsprechende Kommando erkannt wird. Da nur erforderlich ist, daß der jeweils andere
Zustand des Sonderfunktionstrits erkannt wird, muß die Beschaltung des 5. Eingangs des
MC145027 nach jeder Änderung des Status´ der Sonderfunktion ihre Polarität ändern.
Ein Beispiel mag dies erläutern: Nehmen wir an, daß der 5. Eingang auf Masse liegt. Der
MC145027 reagiert also - die im übrigen richtige Adresse vorausgesetzt - nur auf Befehle mit
deaktivierter Sonderfunktion. Nun erhält er einen solchen Befehl. Als eine Reaktion darauf ändert
die zu entwerfende Elektronik die Polarität an seinem 5. Eingang auf Plus. Nunmehr reagiert der
MC145027 nicht mehr auf Befehle mit deaktivierter Sonderfunktion sondern nur noch auf solche,
die die Sonderfunktion aktivieren. Kommt irgendwann ein solcher Befehl, so ändert unsere
Elektronik wiederum die Polarität am 5. Eingang des MC145027 - und zwar nunmehr auf Masse, so
daß das IC nicht mehr auf Befehle mit aktivierter Sonderfunktion reagiert sondern erst dann wieder
aktiv wird, wenn die Sonderfunktion ausgeschaltet wird. Den Status der Sonderfunktion können wir
- freilich in invertierter Form - am 5. Eingang des MC145027 erkennen: Denn wie eben erläutert
liegt dieser Eingang nach dem Erkennen eines Befehls mit aktivierter Sonderfunktion auf Masse und
nach Erhalt eines Befehls zum Deaktivieren der Sonderfunktion auf Plus.
Der Elektroniker denkt bei diesem Funktionsprinzip sofort an ein Flip-Flop. Und in der Tat genügt
hierfür ein einfaches D-Flip-Flop. Denn glücklicherweise gibt das MC145027 an seinem VT-
Ausgang einen Impuls aus, sobald es einen korrekt adressierten Befehl empfangen hat. Diesen
Impuls können wir zum Steuern des Flip-Flops verwenden. Ein Blick auf die folgende Schaltung verdeutlicht dies:
Die Beschaltung des MC145027 als IC1 erinnert an den Weichendekoder - allerdings sind die
zeitbestimmenden RC-Kombinationen von C1/R1 und C2/R2 der niedrigeren Frequenz der Lok-
Kommandos angepaßt. Der VT-Ausgang des MC145027 geht wie erwartet auf den Takteingang des
aus einem halben 74HC74 bestehenden Flip-Flop IC2A. Dessen Set- und Reset-Eingänge liegen, da
wir deren Funktion nicht benötigen, auf Plus. Dessen invertierender Ausgang Q/ ist, wie bei einem
D-Flip-Flop erforderlich, auf den Dateneingang zurückgeführt und stellt zugleich das Eingangssignal
für den 5. Eingang des MC145027 dar. Der nichtinvertierende Ausgang Q hingegen stellt den
Sonderfunktionsausgang dar und steuert unter anderem die Licht-Transistoren T1A und T1B.
Stellen wir uns vor, daß IC2A nicht gesetzt ist. Q ist somit auf Masse, das Licht also aus, und Q/ ist
folglich auf Plus. Daher liegen Plus sowohl am Dateneingang des Flip-Flops als auch am 5. Eingang
des MC145027 an. Nun empfängt dieses IC ein korrekt adressiertes Kommando mit aktivierten
Sonderfunktionstrit. Da sowohl die Adresse als auch der Status des 5. Trits übereinstimmt, erkennt
das IC das Kommando als korrekt und gibt an seinem Ausgang VT einen Impuls aus. Dieser Impuls
gelangt auf den Takt-Eingang des Flip-Flops IC2A und bewirkt, daß der am Dateneingang
anliegende Pegel an den Ausgang durchgeschaltet wird. Da am Dateneingang Plus anliegt, wird das
Flip-Flop gesetzt: Q wird zu Plus und schaltet über T1A und T1B das Licht an; Q/ hingegen kippt
auf Masse, so daß nun sowohl der Dateneingang des Flip-Flops als auch der 5. Eingang des
MC145027 auf Masse liegen. An diesem Zustand ändert sich nichts, solange weiterhin Kommandos
mit gesetztem Sonderfunktionstrit empfangen werden: Denn das MC145027 kann diese Befehle ja
nicht erkennen, da sein 5. Eingang auf Masse liegt und somit nicht mit dem Status des
Sonderfunktionstrits übereinstimmt. Sobald aber die Sonderfunktion ausgeschaltet wird, wechselt der
Status des Sonderfunktionstrits zu 0, symbolisiert also Masse. Jetzt stimmt dies mit der Spannung am
5. Eingang des MC145027 überein und der MC145027 erkennt den Befehl. Als Folge gibt das IC
am VT-Ausgang einen Impuls aus, der wiederum bewirkt, daß der am Daten-Eingang des Flip-Flops
IC2A anliegende Pegel an dessen Ausgang Q durchgereicht wird. Somit kippt Q zurück auf Masse,
das Licht wird über T1A und T1B ausgeschaltet und Q/ wird wieder zu Plus. Dadurch liegen an
seinem Daten-Eingang sowie am 5. Eingang des MC145027 erneut Plus an und das IC ist bereit, die
nächste Änderung des Sonderfunktionstrits zu erkennen.
Damit haben wir die Erkennung der Sonderfunktion gesichert. Zur richtungsabhängigen Aktivierung des Lichts bedienen wir uns der beiden Lichtausgänge des 66031. Diese sind ja immer entsprechend der Fahrtrichtung aktiviert. Es genügt, sie entsprechend mit den Source-Anschlüssen der beiden Licht-Transistoren - dem schon vom Wikinger-Dekoder bekannten Doppel-MOSFET NDC7002 - T1A und T1B zu verbinden, so daß letztlich nur das der Fahrtrichtung entsprechende Licht durch die Sonderfunktion geschaltet wird.
Unser eigentlich Ziel ist damit erreicht. Die Gelegenheit ist aber günstig, die unkomfortable originale
TELEX-Funktion des 66031 zu ersetzen bzw. zu ergänzen. Ich habe schon vor längerer Zeit eine
Schaltung vorgestellt, die es ermöglicht, am Lichtausgang sowohl das Licht als auch die TELEX-
Kupplung zu betreiben. Hierbei wird bei jedem Anschalten des Lichts für 1 - 2
Sekunden die TELEX-Kupplung aktiviert. Jene Schaltung hatte überdies den Vorteil, daß die
Kupplung nur auf jeweils einer Seite aktiviert wird und dadurch die Belastung des Dekoders und der
Digitalspannung reduziert wird. Außerdem kann dank der nur impulsartigen Aktivierung der
Kupplung auch die neue ferngesteuerte Kupplung von ROCO eingesetzt werden. Diese verträgt zwar
keinen Dauerbetrieb, wie es bei Anschluß an einen normalen Funktionsausgang oder gar der
TELEX-Funktion des 66031 regelmäßig vorkommt, hat demgegenüber aber keine Probleme, für nur
wenige Sekunden mit der vollen Spannung beschaltet zu werden. Da hier die Voraussetzungen für
eine einfache Realisierung dieser Funktion noch günstiger sind, bietet es sich an, die wenigen hierfür
erforderlichen Bauteile zusätzlich zu spendieren.
Erforderlich hierfür sind nur R3 und C3 sowie selbstverständlich die Transistoren T2 und T3. Da
wir hierbei ebenfalls MOSFETs verwenden - es handelt sich dabei um den gleichfalls vom Wikinger-
Dekoder her bekannten BSH102 - sind Löschdioden über den Spulen der Kupplung nicht unbedingt
erforderlich. Denn auch die BSH102 enthalten bereits invers über die Source-Drain-Strecke
geschaltete Dioden, die die beim Ausschalten der Kupplungsspulen entstehende negative
Induktionsspannung ableiten können. Außerdem schalten die MOSFETs infolge der Entladekurve
von C3 nicht abrupt aus. Die RC-Kombination aus R3/C3 sorgt dafür, daß die BSH102 nur für ca. 2
Sekunde aktiviert werden - die genaue Zeit schwankt infolge der Toleranzen der Bauteile
etwas.
Etwas problematisch ist die gewünschte Richtungsabhängigkeit des Schaltens der Kupplung.
Grundsätzlich können wir dies einfach dadurch bewirken, daß wir die Source-Anschlüsse von T2
und T3 entsprechend T1A und T1B mit den richtungsabhängig immer aktivierten Lichtausgängen
des 66031 verbinden. Dummerweise liefern diese aber nur einen begrenzten Strom und schalten sehr
schnell wegen Überlastung ab. So ist es nicht möglich, eine ferngesteuerte Kupplung von ROCO und
eine normale Lampe der Stirnbeleuchtung zugleich zu schalten.
Ich habe für dieses Problem zwei Lösungen vorgesehen: Die erste Lösung besteht darin, das
Einschalten des Lichts etwas zu verzögern. Hierzu dienen R5 und C4. Die dadurch entstehende
kurze Verzögerung von ca. 100ms stört in der Praxis nicht, genügt aber, daß zunächst die Kupplung
aktiviert wird. Zur Verlängerung der Verzögerungszeit ist C4 zu vergrößern. Alternativ verzichtet
man auf die Richtungsabhängigkeit der Entkupplung und schaltet den Source-Anschluß von T2
direkt an Masse (Punkt A auf dem Bestückungsplan). T3 und C4 entfallen in diesem Fall
und R5 wird durch eine Löt- oder Drahtbrücke ersetzt. Außerdem unterbricht man die Leiterbahn
zwischen dem EGRAU-Anschluß und dem Source-Anschluß von T2 (Punkt B auf dem
Bestückungsplan). Die Kupplungsanschlüsse werden dann verbunden und zwischen
Dekoder-Plus (oder Chassis, wenn dies genügen sollte) und dem Anschluß KUPPHI unserer
Zusatzplatine geschaltet.
Aber damit noch immer nicht genug. Denn das als IC2 verwendete 74HC74 enthält nicht nur ein sondern zwei Flip-Flops. Wir können dieses zweite Flip-Flop ignorieren, wir können es aber auch mehr oder weniger sinnvoll verwenden - nämlich für eine weitere Funktion. Die Beschaltung des zweiten Flip-Flops IC2B entspricht der von IC2A - nur mit dem Unterschied, daß der Takteingang mit dem Sonderfunktionsausgang verbunden ist. D.h. bei jedem Aktivieren der Sonderfunktion wird das zweite Flip-Flop gesetzt bzw. zurückgesetzt. Beim ersten Mal wird es gesetzt, beim zweiten Mal zurückgesetzt, beim nächsten Mal wieder gesetzt usw. Als Treibertransistor T4 dient auch hier der bekannte BSH102. Natürlich ist diese weitere Funktion nicht für jede Anwendung sinnvoll. Aber da sie letztlich nur einen Ausgangstransistor kostet .... bleibt es jedem selbst überlassen, ob er den Transistor dafür spendieren will.
"Voll ausgebaut" bietet der 66031 mit dieser Zusatzschaltung also 5 Funktionen:
Natürlich ist auch diese Schaltung mit SMD-Bauteilen aufgebaut. Das Layout der Platine nebst Bestückungsplan mit den Maßen 21x18 mm ist im Maßstab 1:1 als zu sehen; beides ist in der MIBA ??/01 S.?? abgedruckt. Neben der Platine benötigen wir an Bauteilen:
Zahl Bezeichnung Wert/Typ/Baugröße 1 C1 4,7nF S0805 1 C2 10nF S0805 1 C3 1uF/6,3V S1206 1 C4 150nF S0805 1 R1 22k S0805 1 R2 180k S0805 1 R3,R5 1M S0805 1 R4 270k S0805 1 T1 NDC7002 (Nat.Semi.) 3 T2,T3,T4 BSH102 (Philips) 1 IC1 MC145027 SMD 1 IC2 74HC74 SMDJe nach Quelle und Menge kann man diese Bauteile schon für ca. DM 8,- erstehen. Wegen Platine und ggfs. Bauteile kann man aber auch beim Service anfragen.
C3 sollte in der kleinstmöglichen Ausführung gewählt werden. Mit C3 in der Größe 1206 kann man R5 in der Größe 0805 nehmen. Muß man bei C3 auf eine größere Ausführung ausweichen, so sollte man R5 in der Größe 0603 - wie aus dem Bestückungsplan ersichtlich verwenden; ggfs. kann man R5 in der Größe 0803 auch, wie nebenstehend ersichtlich, hochkant einbauen. Bekommt man C4 nicht in der Größe 0805, kann man versuchen, ob man ihn in der Größe 1206 hochkant einlöten kann, ohne einen Kurzschluß zu verursachen.
Hinsichtlich des Zusammenbaus und des SMD-Lötens verweise ich grundsätzlich auf die Erläuterung z.B. in MIBA 4/1999, S.32. Da die Leiterbahnen hier besonders dünn und eng gelegt sind, muß man natürlich besondere Sorgfalt beim Löten walten lassen und ggfs. mit der Lupe und einem Multimeter prüfen, daß man keine Lötbrücken fabriziert hat. Dies gilt besonders hinsichtlich der zwischen den Pads von IC1 und IC2 durchgeführten Leiterbahnen. Es ist sicherlich auch nicht verkehrt, sich vor dem Auflöten der ICs zu vergewissern, daß keine der Leiterbahnen unterbrochen ist oder eine ungewollte Verbindung zu einem anderen Anschluß aufweist.
Die Zusatzplatine kann direkt auf dem 66031 befestig werden; ich habe sie auf den 701.21 geklebt,
ohne daß dies einen nachteiligen Effekt besessen hätte. Man kann sie auch auf die Rückseite kleben,
hat dann aber etwas mehr Arbeit beim Verdrahten.
Zur Herstellung der Drahtverbindungen zwischen dem 66031 und der Zusatzplatine ist sehr dünne,
isolierte Litze zu empfehlen - allerdings genügt mit Ausnahme der Masseverbindung (einschließlich
EGRAU und EGELB) auch dünner Kupferlackdraht, wie er aus ausgeschlachteten Transformatoren
gewonnen werden kann.
An EGRAU und EGELB werden die entsprechenden Lichtausgänge des 66031 geschaltet.
ROT wird an den Schleifer geschaltet; sinnvollerweise sucht man auf dem 66031 eine der
Diodenanschlüsse heraus, die mit dem roten Kabel verbunden, sind und lötet daran das Kabel
an.
+5V ist die Versorgungsspannung, die von dem 701.21 selbst erzeugt wird. Man kann sie zwar
direkt an Pin ?? des 701.21 abgreifen; ich ziehe es aber vor, nicht unnötig am 701.21 herumzulöten
und das Kabel an dem damit verbundenen (und mit einem Strich markierten) Pluspol des Pufferelkos
(Wert 10u) abzugreifen; auf der nebenstehenden Fotografie ist dies zu erkennen.
MASSE kommt natürlich an Dekodermasse, die man an zahlreichen Stellen - auch hinter den
Gleichrichterdioden - abgreifen kann. Auf der nebenstehenden Fotografie sieht man eine Möglichkeit.
A1 bis A4 sind die Adressleitungen. Diese werden entweder mit den Pins ?? bis ?? des 701.21
verbunden oder mit den linken (äußeren) Anschlüssen des Mini-DIP-Schalters des 66031. Hier
liegen die Anschlüsse aber in umgekehrter Reihenfolge als beim 701.21, d.h. A4 ist oben und A1 ist
unten; dies ist beim Verdrahten unbedingt zu beachten
AGELB und AGRAU führt man mit normaler Litze zu den Lampen hinten und vorn. An KUPPHI
und KUPPVO werden in dieser Weise die entsprechenden Kupplungsspulen mit je einem Anschluß
angeschaltet; die anderen Anschlüsse gehen an Dekoder-Plus (normalerweise weiß oder violett) oder,
falls die Spannung genügt, an Chassis (braun).
Die zusätzliche Schaltfunktion ist an XFUN herausgeführt.
Alle Schaltausgänge schalten aktiv Masse (Dekoder-Masse) an, so daß der andere Anschluß des Verbrauchers an Dekoder-Plus liegen sollte; liegt er am Chassis (wie bei vielen Lampen älterer Loks oder dem mit dem Metallgehäuse verbundenen Rauchgenerator), hat dies ein Flackern der Beleuchtung bzw. geringere Rauchentwicklung zur Folge.
