Digitaltechnik

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, den sogenannten Decodern, ausgewertet, die in den Lokomotiven sitzen. Zusätzliche fest installierte Decoder ermöglichen zudem die Ansteuerung von ortsfesten Geräten wie Weichen oder Signalen.

Märklin Digital verwendet zur Ansteuerung des Busses integrierte Schaltkreise von Motorola, weswegen man auch vom Motorola-Format oder vom Märklin-Motorola-Digitalsystem spricht. 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 anderen Geräte können nur Befehle von der Zentrale entgegennehmen, selbst aber keine Informationen senden. Für diesen Weg nutzt das System einen zweiten, völlig unabhängigen Rückmeldebus.

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 voller Geschwindigkeit in die gleiche Richtung.

Die digitalen Informationen werden auf dem Bus dadurch übertragen, dass die Zeitspanne für positive und negative Spannung zwischen den Leitern nicht exakt gleich lang sind. 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. Seit etwa Ende der 1990er Jahre ist das System DCC im „Gleichstrom-Bereich“ (genauer wäre: 2-Schienen-2-Leiter-Bereich) das verbreitetste Digitalsystem, lediglich im „Wechselstrombereich“ (genauer: 3-Schienen-2-Leiter-Bereich), namentlich Märklin H0, ist das Märklin-Motorola Digitalsystem vorherrschend, obwohl 2004 ein neues System auf den Markt gebracht wurde: Märklin Systems (mfx). Ein weiteres, auch schon lange bestehendes Digitalsysteme ist SelecTRIX (vorwiegend bei Spur N). DCC/Railcom-fähiger Multiprotokoll-Decoder mit 8-poliger NEM-652-Schnittstelle.

Bei DCC werden über das Gleis sowohl die zum Betrieb der Züge notwendige Spannung als auch Steuerungsinformationen von einer Digitalzentrale an die Decoder übertragen. Auch Weichen und Signale (Magnetartikel) können über DCC-Signale gesteuert werden. Normungsgegenstand ist allein das Protokoll (d.h. der Datenverkehr) auf den Gleisen, nicht jedoch die Kommunikation zwischen der Zentrale und evtl. weiteren Eingabegeräten, Boostern (=Stromverstärkern) etc. In Europa von Bedeutung sind für die Eingabeseite XpressNet (ursprünglich X-Bus von Lenz) plus und Loconet (entwickelt von Digitrax). Zu erwähnen ist, dass Loconet Eingabe, (stationäre) Rückmeldung und Boosteransteuerung in einem „Bus“ integriert, wogegen bei X-Bus/XpressNet dafür 2 weitere Signalbusse hinzukommen.

Der DCC-Standard wurde im Lauf der Zeit weiterentwickelt. Anfangs gab es nur 14 Fahrstufen, 99 Lok- und 256 Magnetartikeladressen, der aktuelle Standard sieht 14, 27, 28 und 128 Fahrstufen, sowie über 16.000 Lokadressen vor, wobei die meisten Fahrgeräte und einige Decoder auf 9999 Lokadressen limitiert sind.

Trotz der Fortentwicklung des Systems und je nach verwendeter Digitalzentrale können auch heute noch alte Decoder von aktuellen Steuergeräten, wie auch aktuelle Decoder von alten Steuergeräten gesteuert werden. Je nach verwendetem bzw. verfügbaren Programmierverfahren der Digitalzentrale gilt entsprechendes auch für die Lokprogrammierung. Nach dem Prinzip Flaschenhals sind die Möglichkeiten allerdings begrenzt auf die Möglichkeiten der schwächsten/ältesten Komponente (siehe oben Anzahl der Adressen und Fahrstufen oder: Die ältesten Lokprogrammer von Märklin konnten nur die Adresse und Anfahrspannung programmieren, heute gibt es laut Norm bis zu 1023 derartiger Einstellparameter.

Der DCC-Standard ist mittlerweile um einen Mechanismus zur Rückmeldung von Informationen aus den Lokdecodern zur Zentrale über das Gleis erweitert worden (Railcom).

Zum einfachen Einbau von Lokdecodern auch durch Nicht-Fachleute wurden Schnittstellen-Stecker standardisiert. Wenn kein Lokdecoder eingebaut ist, wird die Schnittstelle durch einen Blindstecker überbrückt. Der sechspolige Stecker nach NEM 651 ist für beengte Platzverhältnisse, etwa bei kleinen Spurweiten, vorgesehen. Die Lokbeleuchtung muss hierbei über Lokmasse angeschlossen werden. Der achtpolige Stecker nach NEM 652 bietet einen optionalen gemeinsamen Rückleiter für Beleuchtung und andere Funktionen sowie einen freien Pin, der für eine weitere Zusatzfunktion verwendet werden kann.