Nachdem hier im Forum immer wieder die gleichen Fragen – und Missverständnisse - zum Thema „digital“, analog“ und vor allem zu den unterschiedlichen Methoden des Dualaufbaus einer Carrera-Bahn auftauchen, habe ich mich an eine Zusammenfassung dieser Thematik herangewagt.
Bei vielen von Euch wird das hier vielleicht nur ein müdes Gähnen hervorrufen. Mein Ziel ist es jedoch, dem Einsteiger die Grundlagen, die dahinterstecken, näherzubringen. Wann immer möglich, verweise ich auf Beiträge und Webseiten, auf denen Ihr Euch detaillierter informieren könnt. Deshalb auch meine Bitte: Dieser Thread ist nicht dazu gedacht, das Für und Wider von digitalem oder analogem Slotracing zu diskutieren, ebenso wenig, welcher Dual-Umbau nun der Bessere ist: Slotbaer oder ProXudo.
Anregungen, Korrekturen und Ergänzungen, die dem Verständnis der technischen Hintergründe diesen, sind hingegen jederzeit herzlich willkommen, ich arbeite sie dann in diesen Beitrag ein.
Übrigens: Damit Ihr besser erkennen könnt, auf welchem Stand sich die jeweiligen Kapitel befinden, habe ich das Datum des letzten Updates hinter deren Überschriften geschrieben.
1. Analoges Rennbahnsystem (07.06.2014)
1.1: Zweileiter-Systeme
Bei einem analogen Rennbahnsystem bildet jeder Slot seinen eigenen Stromkreislauf, der nicht mit einem anderen in Berührung kommen darf. Das Auto, genauer gesagt der Motor, schließt den Stromkreislauf. Geregelt wird der Motor über den Widerstand im Drücker, und zwar die Spannung (Volt). Wird der Drücker losgelassen, liegt die Spannung bei „0“, es fließt also kein Strom. Voll durchgedrückt liegt mehr oder weniger die komplette zur Verfügung stehende Spannung an, die das Netzteil liefert. Der Hebelweg des Drückers regelt die Spannung nahezu stufenlos, ungefähr so, wie wir das von den Lampendimmern kennen. Wie sensibel sich das regeln lässt, hängt vom Drücker ab, und das ist einer der großen Vorteile dieses Systems. So kann jeder Fahrer einen Regler verwenden, der seinen Vorstellungen, seinem Fahrstil oder seiner Feinmotorik entspricht. Genau so lässt sich über das Netzteil die maximal zur Verfügung stehende Spannung festlegen.
Ich vermute, bis hierher habe ich Euch nichts Neues erzählt... 
Zwei Slots, zwei Stromkreise, zwei Autos: In dieser Konfiguration begann die Carrera-Rennbahn ihren Siegeszug.
Fast jede analoge Rennbahn - auch die mehrspurigen Clubbahnen - folgen diesem Prinzip: Jede Spur besitzt ihren eigenen Stromkreis.
Bevor wir uns nun der Digitaltechnik zuwenden, kurz noch ein Blick auf die Historie des Slotracings.
1.2: Dreileiter-System
Eine Ausnahme bildet die gute alte Carrera Universal, die seit Anfang der 80er Jahre nicht mehr produziert wird: Hierbei handelt es sich um ein Dreileitersystem, bei dem pro Slot zwei getrennte Stromkreise zur Verfügung stehen. In der Mitte, also im Slot, befindet sich der Plus-Leiter, links und rechts jeweils ein Minus-Leiter. Der Stromabnehmer des Autos lässt sich um 180 Grad drehen, so dass der „Minus-Schleifer“ entweder den rechten oder den linken Stromkreislauf benutzt. So konnten damals schon zwei Autos unabhängig voneinander auf einer Spur fahren oder insgesamt vier Autos spurgebunden. Für die Universal gibt es entsprechende Anschlussstücke und sogar mechanische manuelle und automatische Weichen, die sogenannten „Überholbahnstücke“, so dass überholt werden kann. Alternativ können vier Fahrzeuge auf zwei Spuren fahren, es sind ja insgesamt zwei mal zwei Stromkreise vorhanden. In diesem Fall kann natürlich nicht die Spur gewechselt werden. Nicht ohne Grund ist die Universal auch heute noch bei vielen Slottern beliebt, denn es handelt sich - für die damalige Zeit – um ein fortschrittliches und ausgetüfteltes Rennbahnsystem mit viel nostalgischem Flair.
Es geht auch ohne digital: Bei der Carrera Universal besitzt jeder Slot zwei Stromkreise. Ein Überholbahnstück (Foto re.) ermöglicht Spurwechsel und Überholen.
2. Digitale Rennbahnsysteme (07.06.2014)
Vorweg: Über die digitalen Systeme von Ninco, SCX und Scalextric sowie über Carrera ProX weiß ich zu wenig, weshalb ich mich hier auf Carrera D132/D124 beziehe.
Digital funktioniert das komplett anders: Die gesamte Bahn besteht (1.) aus einem einzigen Stromkreislauf, bei dem (2.) die Spannung permanent anliegt: Nominell liegen bei D132 14,8V an, bei D124 sind es 18V. Wegen 1. nimmt Carrera keine Rücksicht auf die Verkabelung innerhalb der Komponenten, so dass bei einem Dualumbau die Slots ggf. elektrisch getrennt werden müssen. Wegen 2. fahren analoge Autos sofort los, wenn sie auf eine Digitalbahn gestellt werden - und zwar rückwärts, weil die Polarität der Systeme gegenteilig ist. Auch das wisst ihr wahrscheinlich alle bereits...
Warum brettern aber digitale Autos nicht sofort los? Ganz einfach, das verhindert der Decoder. Die Geschwindigkeitsregelung, das Schalten der Weichen und der Lichter usw. usw. erfolgt über eben diesen Decoder, genauer gesagt über den im Decoder verbauten Micro-Controller. Die dafür notwendigen Datenpakete (Befehle) werden auf den Stromkreislauf aufmoduliert und gelangen so von der Black Box oder der Control Unit in das Fahrzeug. Die den Autos und den Drückern zugeteilte ID sorgt dafür, dass jedes Auto „seine“ Daten erhält. Im Prinzip funktioniert das so wie bei Computern mit ihren jeweiligen IP-Adressen in einem Netzwerk.
Wer sich für tiefergehende Infos zu den Carrera Decodern interessiert, findet hier eine sehr gute Beschreibung von Minislot:
Carrera Digital Decoder - kurze Beschreibung
3. Pulsweitenmodulation (PWM) (07.06.2014)
Jetzt zum Kern der Sache. Vom Decoder aus fließt der Strom zum Motor. Nicht aber stufenlos wie bei analog, sondern in einer schnellen Abfolge im Millisekundenbereich von „Motor voll“/“Motos aus“. Je schneller die Befehle erfolgen, desto schneller dreht der Motor. Dieses Prinzip nennt man Pulsweitenmodulation (PWM). Die Ingenieure und Physiker mögen mir an dieser Stelle diese extreme Vereinfachung verzeihen - aber zum Verständnis sollte es reichen. Warum bewegt sich das Auto nun aber nicht ruckartig? Die Befehlsabfolge ist auch bei langsamem Fahren so schnell, dass sich aufgrund der Trägheit der Masse (Motor, Getriebe, Achse usw.) eine fließende Bewegung ergibt. Hinzu kommt, dass der Motor selbst mit seiner Wicklungsinduktivität den Strom „glättet“. Die Pulsweitenmodulation (PWM) ist so schnell, dass der Motor quasi eine konstante Spannung zwischen 0V und Bahnspannung erhält.
Übrigens: Genau genommen ist es falsch, wenn behauptet wird, an der CU oder BB wird über "Speed" die Spannung eingestellt. Es ist im Grunde nichts anderes als ein Preset für die PWM, auch wenn sich letztlich die Spannung, die am Motor ankommt, verändert.
Deshalb lässt sich auch bei Digital durchaus herausfinden, wie viel Volt tatsächlich am Motor „ankommen“. Die Freeslotter-Mitglieder „Minislot“ und Kai („RCE“) haben das seinerzeit ausgemessen. Deren PDFs zeigen die am Motor anliegende Spannung für alle 16 Geschwindigkeitsstufen des Reglers (siehe 4.), sortiert nach der Geschwindigkeitseinstellung an der CU/BB. In der Tabelle von Minislot sind es allerdings nur 15 Stufen. Nach eigenen Angaben ist ihm damals beim Messen die „erste Stufe entschlüpft“.
PDF von Minislot
PDF von Kai („RCE“)
Hier der dazugehörige Thread, in dem diese Messergebnisse veröffentlicht wurden: Klick
4. Die Unterschiede bei den Reglern (07.06.2014)
Die Pulsweitenmodulation funktioniert im Prinzip sehr gut. Allerdings werden die meisten Analog- und Dualfahrer bestätigen, dass die analoge stufenlose Regelung sehr viel feiner reagiert und sich analoge Autos ungleich feinfühliger fahren lassen als digitale. Dies kommt daher, weil die PWM von D132/124 nur 16 Stufen von Null bis Vollgas kennt. Nicht verwechseln: Gemeint ist damit der Reglerweg, und nicht etwa die Geschwindigkeitseinstellung an der CU/BB. Im Gegensatz dazu und mit den Worten Michaels („XS132“): „Ihr könnt ja mal bei einem Parma die Wicklungen auf dem Widerstand zählen, dann habt ihr die theoretische Auflösung eines solchen Reglers.“
Vor allem Autos ohne Magnete und mit Tuningmotoren reagieren häufig zu giftig auf die niedrig auflösende PWM bei nominell 14,8 V, so zumindest meine Erfahrung.
An dieser Stelle muss ich hinzufügen, dass es natürlich auch für analoge Systeme Regler gibt, die elektronisch funktionieren, so auch welche, die PWM verwenden. Hierbei handelt es sich oft um hochwertige Produkte, bei denen sich über Potis Gas, Bremse und Ansprechverhalten justieren lassen. Es würde aber an dieser Stelle zu weit führen, deren Funktionsweise im einzelnen aufzudröseln.
5. Dualumbau nach Slotbaer und ProXudo
Beim Dualumbau nach ProXudo erhalten wir neben dem digitalen einen echten Analogmodus. Es wird sowohl eine BB/CU, als auch eine analoge Anschlussschiene eingebaut, mit einem Schalter wird zwischen den Modi gewechselt. Die Verkabelung wird so ausgelegt, dass beide Systeme vollständig voneinander getrennt sind. Das heißt, dass beide Modi ihre eigene Stromversorgung und ihre eigenen Drücker besitzen. Wie bereits erwähnt, müssen alle digitalen Komponenten, bei denen die Spuren elektrisch miteinander verbunden sind, getrennt (entkoppelt) und ggf. mit einer separaten Stromzufuhr versehen werden.
Der Slotbaer-Umbau verfolgt hingegen einen anderen Ansatz: Im Prinzip werden die Autos extern digitalisiert, da beide Slots mit einem Decoder, die sich zwischen der BB/CU und der Strecke befinden, bestückt werden. Die Leiterbahnen sind also nichts anderes als exorbitante Motorkabel. Unterm Strich ist es also ein pseudo-analoger Modus. Der Vorteil der Slotbaer-Methode: Es wird nur eine Stromquelle und eine Satz Drücker benötigt, denn für die BB/CU ist ja alles digital. So können über die BB/CU auch Speed und Bremse eingestellt werden. Weichen können natürlich nicht geschaltet werden, denn die hierfür benötigte Diode befindet sich ja außerhalb des Fahrzeugs. Wer überwiegend digital fährt und nur hin und wieder mal mit seinen analogen Autos ein paar Runden drehen möchte, sollte dem Slotbaer-Umbau den Vorzug geben. Das betrifft auch die Leute, die nicht ihren kompletten analogen Fuhrpark mit Decodern ausstatten möchten. Wer zu Hause gerne digital fährt und ansonsten auf analogen Clubbahnen unterwegs ist, oder wer Wert auf "echtes" analoges Fahren Wert legt, sollte sich für ProXudo entscheiden.
Dual-Umbau nach ProXudo: Über den Schalter auf der analogen Anschlussbox wird zwischen digital und analog gewechselt.
Die zusätzlichen Bananenstecker versorgen im Digitalmodus die entkoppelte Boxengasse mit Strom.
6. Die Stromversorgung (08.06.2014)
6.1.Analoge Rennbahnen
Generell wird empfohlen, jede Spur einer analogen Bahn mit einem eigenen Trafo auszustatten. Warum ist das so? Betrachten wir zunächst, was passiert, wenn nur ein Trafo angeschlossen ist: Fahren zwei Autos mit Vollgas, so nehmen sie doppelt so viel Strom auf wie ein einzelnes Auto. Dabei bricht die Trafospannung ein, die Autos werden also deutlich langsamer. Fliegt nun ein Auto aus der Bahn oder nimmt ein Fahrer plötzlich Gas weg, halbiert sich ruckartig die Belastung des Trafos und die Trafospannung schnellt nach oben. Das bedeutet, dass das verbleibende Auto einen Spannungs- und somit einen Drehzahl-, also einen Geschwindigkeitsschub bekommt. Der Effekt: Meistens fliegt das zweite dem ersten Auto hinterher...
Besonders deutlich tritt dieser Effekt bei den leistungsschwachen Trafos auf, die den Grundpackungen beiliegen. Nun könnte man natürlich einen deutlich stärkeren Trafo verwenden, aber auch dann lässt sich der Boost-Effekt oft nicht gänzlich minimieren. Die einfachste - wen auch nicht billigste - Lösung: Wenn wir schon pro Spur einen eigenen Stromkreislauf haben, dann sollten wir diese mit einem eigenen Trafo ausstatten - und schon ist es nicht mehr möglich, dass uns unser Kontrahent durch plötzliche Gaswegnahme in die Pampa schickt...
Eine detaillierte und anschauliche Beschreibung zum Aufbau und zur Funktionsweise von Trafos und Netzteilen findet Ihr auf der Webseite von Slotbaer: Klick!
6.2. Digitale Rennbahnen
Nun taucht immer wieder die Frage auf, ob man nicht auch eine D124/D132-Rennbahn mit je einem Trafo pro Spur ausstatten sollte. Das funktioniert natürlich nicht, denn - wie gesagt - es ist ja nur ein Stromkreis vorhanden. Ebenso bin ich in diesem Zusammenhang schon über die Frage gestolpert, ob man nicht zwei BBs bzw. CUs einbauen könne, um zwei Trafos anschließen zu können. Auch das geht natürlich nicht, denn jene versorgen ja die Autos mit ihren Fahrdaten - und zwei Häuptlinge sind einer zu viel... Die im Lieferumfang enthaltenen Trafos sind zu schwach, um vier bis sechs digitale Autos ausreichend mit Strom zu versorgen. Klar, es geht, aber der Leistungsverlust beim Fahren ist erheblich. Bleibt also nur, ein stärkeres Netzteil zu verwenden. Empfohlen werden Exemplare mit maximal 5 Ampere. Wo kommt diese Zahl her? Ganz einfach: Die Control Unit verträgt theoretisch maximal 8 Ampere, sie ist der limitierende Faktor. Es gibt aber Berichte von Slottern, die ihre CU schon bei 7 Ampere gehimmelt haben. Deshalb hat sich die Empfehlung durchgesetzt, sich sicherheitshalber auf 5 Ampere zu beschränken.
Zum Verständnis: Wird zum Beispiel ein 10 Ampere-Netzteil angeschlossen, passiert zunächst einmal nichts. Es liegt die eingestellte Spannung an, es fließt aber noch kein Strom. Wird nun Vollgas gegeben, so zieht sich der Motor das Maximum, was er benötigt - sofern es das Netzteil liefern kann. Nehmen wir nun an, ein Auto benötigt zum Anfahren 2 Ampere. Nebenbei bemerkt: Je stärker der Motor ist, und je stärker die Magnete sind, desto höher ist die Stromaufnahme, die benötigt wird, um das Auto in Gang zu bringen. Geben nun sechs Fahrer gleichzeitig Gas, dann benötigen sie also für einen kurzen Moment zusammen 12 Ampere. Unser Netzteil kann 10 Ampere liefern, was es in diesem Moment auch tut. Diese 10 Ampere fließen aber zuerst durch die CU/BB, was zur Folge hat, dass sie überlastet und im ungünstigsten Fall ihren Geist aufgeben wird.
6.3 Zusatzeinspeisungen (ZES)
Äußerst empfehlenswert ist das Verlegen von Zusatzeinspeisungen - nicht zu verwechseln mit zusätzlicher Stromversorgung durch einen Trafo. Je länger eine Rennbahn ist, desto höher ist der Spannungsverlust, da die Leiterbahnen wie Widerstände wirken. Je weiter sich das Auto von der Stromeinspeisung fortbewegt, desto geringer ist die Spannung, die noch zur Verfügung steht. Dieser Effekt lässt sich minimieren, indem direkt von der zentralen Stromeinspeisung Kabel sternförmig zu mehreren Stellen an der Bahn verlegt werden. Dabei ist zu beachten, dass nicht versehentlich Plus und Minus vertauscht werden. Bei einer analogen Rennbahn muss jede Leiterbahn separat verkabelt werden, bei einer zweispurigen Strecke sind es also vier Kabel pro ZES. Bei einer reinen Digitalbahn sieht es etwas anders aus. Hier reichen zwei Kabel, die in eine Leiterbahn gesteckt werden und von dort aus in die zweite Leiterbahn geführt werden. Was auf den ersten Blick bequemer anmutet, hat aber einen großen Nachteil: Wird die Bahn später für den Dualbetrieb umgebaut, muss das rückgängig gemacht und die ZES so wie bei einer analogen Bahn verlegt werden. Wir erinnern uns: Im Analogbetrieb müssen die Stromkreise zwingend voneinander getrennt sein. Die Kabel, die für ZES benutzt werden, dürfen wegen ihres Innenwiderstandes nicht zu dünn sein: Empfohlen werden allgemein Kabel mit einem Durchmesser von circa 1,5 mm.
7. Weitere Informationen (07.06.2014)
Dual-Umbau nach Slotbaer
Dual-Umbau nach ProXudo (Webseite von "Hölle von Kölle")
Dual-Umbau nach ProXudo (Das Original)
Diskussion zum Thema "Slotbaer"- oder ProXudo-Dualumbau
(Stefan alias Brumbaer/Slotbaer stellt sehr ausführlich dar, wer welcher Methode den Vorzug geben sollte.
Empfehlenswert für all diejenigen, die nicht wissen, welche Dualumbau-Methode sie wählen sollen.)
Tipps zur richtigen Reglerwahl (von Axel Umpfenbach, Slotbox)
So, und nun heraus mit Ergänzungen, Kritik und Fragen...
Viele Grüße
Matthias