Digitalisierung einer F3 A- und B-Unit von USA-Trains
von Oliver Zoffi

Mein Ziel bei der Digitalisierung ist, alle möglichen Lichteffekte umzusetzen.

Die A-Unit sollte also Licht mit Fernlicht, SF Rotating Light (abwechselnd rot und weis), Markerlights/Classificationlights (rot, grün und weiß), Nummerntafelbeleuchtung und Führerstandbeleuchtung, soweit sinnvoll, extra schaltbar haben.

ACHTUNG!
Nachbauwillige sollten schon über elektronische Grundkenntnisse (wo ist +/- bei einer Diode, am Elko etc.) verfügen und löten können.
Auch der Umgang mit ZSP und CV-Konfiguration sollte ihnen nicht fremd sein!
Einen Überblick über CVs und allen Möglichkeiten/Effekten des MX690 finden Sie HIER und natürlich in der entsprechenden ZIMO Betriebsanleitung!

Jetzt, wo das geklärt ist, frisch ans Werk:

Als Erstes wird die Lok auf den Rücken gelegt und der Tank, der den Lautsprecher beherbergt - oder besser beherbergen wird, abmontiert.
Als Lautsprecher kann der K 64 WPT 8 Ohm nur wärmstens empfohlen werden!

Dann können die gekennzeichneten Schrauben mit einem langen Kreuzschraubendreher entfernt werden.

Achtung!
Am Heck sind Kabelimitationen, die müssen entfernt werden, sonst klemmt der Boden.

Nach dem Öffnen kommt die Elektrik zum Vorschein. Das USA-Trains-Modell weist  im Grunde das Meiste an Effekten auf - nur ist die Beschaltung für den Analogbetrieb ausgelegt und div. Lichteffekte mittels Schalter an / ausschaltbar. Die Markerlights wurden mit DuoLEDs (rot/grün) gelöst, was für den Digitalbetrieb in dieser Form so ohne weiters nicht brauchbar ist.

Also fasste ich den Entschluss die gesamte Beleuchtungselektronik zu ersetzen. Weiters sollten alle Lampen durch LEDs ersetzt werden.

Als Erstes entfernte ich die Elektronikplatine mit den Schaltern. Ich baute alle brauchbaren Teile - u.a. eben einige Schalter aus.

Das lässt sich leichter durchführen, wenn man den Schalten von der Platine heraussägt und mit einer Trennscheibe jede Lötstelle in ein Segment sägt.

So lässt sich jedes einzelne Segment mit einem Lötkolben und einer kleinen Zange leicht entfernen - über bleibt ein sauber ausgelöteter Schalter - es werden 2 Stück benötigt (1x um die Pufferlekos deaktiviren zu können, damit problemlos Decoderupdates durchgeführt werden können, und 1x um extra Verbraucher - die Rauchgeneratoren - abschalten zu können - die würden beim Update zu viel Strom ziehen und das Update verhindern!)..

Wie erwähnt habe ich die Elektronikplatine entfernt und statt dessen eine "Adapterplatine" eingebaut, die den Decoder (ZIMO MX690V) steckbar aufnimmt und auf der ich alle Verdrahtungen vornehmen kann.

Diese "Adapterplatine" besteht aus einem Lochrasterplatine mit Lötaugen:

1x CONRAD: # 529593

Um den Decoder steckbar aufnehmen zu können, verwende ich Buchsenleisten RM2,5mm:

1x CONRAD: #736430
Zwei mal je 2x8 Kontakte abtrennen

und

1x CONRAD: #736368
3 Kontakte abtrennen für Verbindung zum Fahrpufferelko

Von der Unterseite wurden zwei der erwähnten Schalter eingesteckt. Einmal um die Pufferlekos für Decoderupdates o.ä. zu trennen und der Andere dient dazu externe Verbraucher eben für Updates abschaltbar zu machen.

So schaut also die fertige Adapterplatine mit dem aufgestecktem ZIMO MX690V und den beiden Pufferelkos (1x 10000uF für den Fahrstrom, 1x 4700uF für den Sound) aus (ACHTUNG! Unbedingt die "Ladeelektronik" aus dem ZIMO Betriebshandbuch dazu nutzen!).

1x ELKO 10.000uF / 40 V      CONRAD #446226
1x ELKO   4.700uF / 40V       CONRAD #446214
2x DIODE BY299 (800V/2A) CONRAD #160458
oder
2x DIODE 1N5400 (50V/3A) CONRAD #162361
(im Grunde unkritisch - die Diode muss nur mindestens 40V und 2A können!)
1x DROSSEL 47uH                CONRAD #501909

1x WIDERSTAND 3k3 1/4 Watt CONRAD #403318
2x WIDERSTAND 68Ohm/5Watt CONRAD #401994

Die beiden Transistoren (im Bild oben auf den Gewichten angeschraubt) dienen der Ansteuerung der Heizelemente der USA-Trains Rauchgeneratoren. Da der Decoder ja nur 1A schalten kann, das Modell aber ZWEI Rauchgeneratoren beherbergt, musste ich mir da was einfallen lassen ...

Es handelt sich hier um je einen BD676 (oder 678) dessen Basis über 1KOhm Widerstand vom Funktionsausgang (bei mir FA 3) angesteuert wird. Der Emitter bekommt Plus der Versorgungsspannung (9 Volt vom 7809), der Collector geht an den 1. Pol des Heizelementes, der 2. Pol geht an Masse (danke an Hrn. Holub von ZIMO für den Tipp!).

(Pro Rauchgenerator ist je einmal die gezeigte Schaltung erforderlich!
Empfehlung: in die Zuleitung VOR dem Gleichrichter einen 2poligen Schalter, um für Updates etc. die Spannungsversorgung unterbrechen zu können!)
Wenn nötig, kann man den eventuellen Spannungsabfall bedingt durch den Transistor, mittels zwei Dioden (1N4007 o.ä.) in Flussrichtung zwischen Pin "M" des 7809  und Masse (- des Gleichrichters) einschleifen. Der Rauchgenerator wird aber dennoch an Masse, als nach den Dioden - direkt an Minus des Gleichrichters, angeschlossen!

2x BD676 CONRAD #156922
oder
2x BD678 CONRAD #155424
2x 7809    CONRAD #179191
2x B40C1500 (Gleichrichter 40V/2A) CONRAD # 501433
2x 1KOhm 1/4Watt (100stk sind billiger!) CONRAD #404047

Die Spannungsregler und die Transistoren wurden mit Isolierscheiben auf den Gewichten angeschraubt - so ist eine gute Wärmeableitung gegeben!

ACHTUNG!
Die Transistoren und Spannungsstabi müssen UNBEDINGT isoliert an die Gewichte geschraubt werden!!!

Dazu gibt es entsprechende Montagesets, bzw. die Teile auch einzeln:
4x Glimmerscheibe für TO220 = Conrad#189073
4x Isoliernippel = Conrad#189103
 

Die Versorgungsspannung beträgt jeweils 9 Volt, die ich mit je einem 7809 für jeden Rauchgenerator gewinne. Die 9 Volt sind meiner Meinung nach für eine Diesellok ausreichend, der Rauch ist auch im Freien bei Wind dicht genug.

Der USA-Trains Rauchgenerator raucht mit 1ml Diesel (in dieser Lok) bei 9Volt bis zu 20 Minuten! Ich meine, das ist ordentlich!

Die Lüfter der Rauchgeneratoren wird an den Niederspannungsausgang und an den Funktionsausgang FA10 angeschlossen.

Anfangs wollte ich ja die Original-Elektronik zur Ansteuerung der Rauchgeneratoren verwenden:

Nur offenbar verträgt die sich nicht mit der PWM mit der der Decoder die Spannung für das Heizelement regelt. Also habe ich sie eben auch entfernt und durch o.g. Elektronik ersetzt.

Als nächstes ging es der Beleuchtungselektronik an den Kragen. Es wurden alle Bauteile ausgelötet und alle Lampen durch LEDs ersetzt. Außerdem habe ich die rot/grüne DuoLED für die Markerlights durch drei einzelne LEDs - rot, grün und weis - ersetzt (ich empfehle möglichst helle Typen zu verwenden - also mit wenigstens 100mcd).

Die 3mm LEDs wurden flach gefeilt und zusammen geklebt. Eine RGB-LED wäre mir zwar lieber gewesen, aber ich finde keine mit gemeinsamen Plus ....
Alternativ zu den 3mm LEDs kann man auch SMD-LEDs verwenden. Die gibt es meist in helleren Varianten (also mit 150mcd und mehr)

2x SMD LED rot       CONRAD #156320
2x SMD LED grün    CONRAD #156323
Widerstand 1/4Watt 150 Ohm (100 Stk sind billiger!) CONRAD #403946
2x SMD LED weiss CONRAD #156321
Widerstand 1/4Watt 100 Ohm (100 Stk sind billiger!) CONRAD #403920

Zur Montage der SMD LEDs gehe ich so vor:
ein doppelseitiges Klebeband auf die Arbeitsunterlage kleben. Dann die drei SMD LEDs mit der Leuchtfläche nach unten nebeneinander und im gewünschten Abstand (wenigstens einen Spalt pro LED Platz lassen - so dass halt ein Papier dazwischen passt) auf das Klebeband aufkleben. Dann das gemeinsame Plus (Anode) mit einem Stück Draht (wie er zb. von einer Diode, oder einem Widerstand überbleibt) miteinander verlöten. An die jeweilige Kathode (Minus) der LED auch je ein Stück erwähnten Drahtes anlöten. Nun kann das Konstrukt ganz einfach mit seinen neuen "Lötbeinchen" in jeden Print eingelötet werden ...

So schaut die Lok nun von innen aus ...
Auf der Adapterplatine ist noch ein Relais zu erkennen. Das dient zur Ansteuerung der hinteren weißen LED, die bei Rückwärtsfahrt, aber nur, wenn die Lok alleine fährt, leuchtet.

Die Vorwiderstände für die LEDs errechnen sich so:
Versorgungsspannung - LED-Spannung / LED-Strom = Widerstand
Wobei bei einer Versorgungsspannung von 5 - 6Volt durchaus etwas getrixt werden kann, ohne Angst haben zu müssen, dass die LED gleich defekt wird (unter 50 Ohm bei einer weißen LED und 120Ohm bei rot/grün sollte man aber nicht gehen!).

Ist die LED zu hell, kann man einfach den Vorwiderstand erhöhen ... (zb, 2x 100 Ohm in Serie = 200 Ohm. Um zb. 50 Ohm zu bekommen, werden 2x 100 Ohm Parallel gelötet))

5mm LED weiss CONRAD #156241
(wer ein natürlicheres "Lampenlicht" möchte, kann natürlich auch "SunnyWhite", oder "GoldenWhite" LEDs verwenden)
Für die Nummerntafelnbeleuchtung verwende ich 3mm weisse LEDs (5mm geht aber auch)
Insgesamt sind 2x weisse LEDs für die Nummerntalfen, 1x für die Führerstandsbeleuchtung, 1x für den Scheinwerfer, 1x für das RotaryLight (in Verbidung mit der 3mm LED) und 1x für das Rücklicht - also 6 Stück nötig!
Die Kunststofflinsen, bzw. "Verschlussnippel", die sonst die Lampen beherbergen müssen mit einer Feile, oder einem Fingerfräser auf der Miniborhmaschine entsprechend vergrößert werden, damit die LEDs auch reinpassen (eventuell mit einem Tropfen Superkleber fixieren)!
Zur Not kann man die LEDs auch vorsichtig abfeilen - bitte nicht ganz bis zum Metallkern!
1x 3mm LED rot       CONRAD #156227
1x 24Volt Relais 1xUM CONRAD #503880

Weshalb werden die LEDs trotz Vorwiderstand über Plus Niederspannung 5V versorgt?
Dadurch ist unabhängig der Schienenspannung eine gleichbleibende Helligkeit gewährleistet!

Hier nun die Pinbelegung des ZIMO MX690V und meine Beschaltung:

PIN  1 links = Schiene
PIN  2 links = Schiene
PIN  3 links = Motoren
PIN  4 links = Motoren (BEIDE Motoren sind parallel geschalten!)
PIN  5 links = Niederspannungsplus für Stromversorgung LEDs
PIN  6 links = FA0v Stirnlampen Vorne + Nummerntafelbeleuchtung
                    (Scheinwerfer= 2 LEDs parallel im oberen Scheinwerfer, JEWEILS 50Ohm Vorwiderstand gegen Plus und 150Ohm gegen FA0v = Abblendlicht)
PIN  7 links = FA2 Ditchlight 1 (Weisse LED mit 150Ohm Vorwiderstand)
PIN  8 links = FA6 Fernlicht über JE eine Diode an die beiden LEDs im Scheinwerfer (siehe Schaltschema unten!)
PIN  9 links = FA4 -> Kupplung (wenn erwünscht, sonst leer)
PIN 10 links = Niederspannungsplus für Rauchgenerator-Lüfter
PIN 11 links = FA0h Stirnlampe Hinten (wird über FA8 aktiviert - Außerdem an die ROTEN LEDs der Markerlights über 150Ohm Vorwiderstand)
PIN 12 links = FA5 -> Ditchlight 2 (Rote LED mit 150Ohm Vorwiderstand)
PIN 13 links = FA3 -> Zur Rauchgenerator Ansteuerung (Elektronik für Heizelement)
PIN 14 links = FA1 -> Führerstandbeleuchtung

PIN  1 rechts = LS
PIN  2 rechts = LS
PIN  5 rechts = Volle Plusspannung (Stromversorgung 24Volt Relais für Ansteuerung "Rücklicht")
PIN  6 rechts = MASSE (für Pufferlko und andere Verbraucher)
PIN  8 rechts = FA10 -> Zur Ansteuerung des Rauchgenerator-Lüfters
PIN  9 rechts = Plus für Pufferelko Sound
PIN 12 rechts = FA 7 -> Markerlights GRÜN
PIN 13 rechts = FA 8 -> Markerlights WEISS
PIN 15 rechts = FA11 -> Ansteuerung Relais

Für die abenteuerliche Beschaltung beim Fernlicht habe ich mich entschieden, weil die Dimmung des MX690 durch PWM erfolgt und die bei LEDs zum Flackern führt, was besonders in Videos zu sehen ist.

Jede LED muss extra beschalten werden - Plus (Anode) ist immer das längere Beinchen!

Diode 1N4148 (75V/200mA) CONRAD #162280
oder
Diode 1N4001 (50V/1A) CONRAD #162213

F-Tasten Belegung:

F0 = Licht
F1 = Führerstandsbeleuchtung (Effekt lt. CV125 "auto. abschalten bei Fahrt")
F2 = Ditchlights + Sound "Glocke" (gemappt auf FA2 und FA5 - Effekte lt. CV125 kombiniert mit Blinkeffekt)
F3 = Kupplung + Sound "Kupplung" (gemappt auf FA4)
F5 = Rauch (gemappt auf FA3 - Effekt wie unten beschreiben)
F6 = Fernlicht
F7 = Markerlight 1 (Grün)
F8 = Markerlight 2 (Weiss)
F11 = Rücklicht aktiv/deaktiv je nachdem ob A-Unit alleine oder im Verbund
F13 = Horn kurz
F14 = Horn kurz doppelt
F15 = Horn lang
F16 = Webasto (vorheizen)
F17 = Motor starten/abstellen
F18 = Mute

ACHTUNG!
Unbedingt nach Einspielen des Soundprojektes (siehe dazu "Tipps zu Soundprojekten") mit CV302=75 eine Messfahrt durchführen!

Das Heizelement  muss an FA1 bis FA6 (je nach Effektzuordnung) angeschlossen sein (gegen Plus von Spannungsregler zb. 7809/7812) Ventilator muss an FA10 angeschlossen sein (gegen 3-5V z.b. Niederspannungsausgang MX690V)

• CV129=80    (für FA3, bei anderem Ausgang andere CV)

• CV133=1     (um Ventilator auf FA10 zu aktivieren)

• CV137=PWM Stand

• CV138=PWM Fahrt

• CV139=PWM Beschleunigen/Motorstart

• CV351=50 PWM Lüfter unbelastete Fahrt

• CV352=250 PWM Lüfter Start und Fahrt unter Last

• CV353=23 Abschaltzeit 10 Minuten

Im ZSP muss beim "Start" Sample "Loopbereich wählen" ausgewählt werden und der End-Zeiger (der rote) dort hingesetzt werden wo der Ventilator einschalten soll.  

Wichtig ist noch, dass sowohl die Zentrale, als auch das Fahrpult 20 Funktionen unterstützen!

-> Aktuelle SW für MX1 (kann erst mit der Testversion 4.x 20 Funktionen!) und MX31 unter:  www.zimo.at

Die A-Unit ist nun fertig:

Hier noch ein kurzes Video.

Die B-Unit ist um Vieles einfacher umzubauen - sie hat ja keine Lichteffekte ....

Auch hier wird wie bei der A-Unit erst der Tank abmontiert.

Insgesamt sind es 12 Schrauben, die zu entfernen sind - auch hier sind die Kabel-/Schlauchimitationen herauszuziehen!

Die Originalelektronik wird auch hier komplett entfernt.
Ich schlachte diese aus und verwende die Schalter, Stecker und div. Elektronik-Bauteile weiter.

Wie auch bei der A-Unit habe ich eine "Trägerplatine" erstellt, auf der der MX690V aufgesteckt werden kann.
Ich habe übrigens alle Verbindungen trennbar ausgelegt - so ist eine einfacher Wartung möglich.

Im Grunde unterscheidet sich der Umbau kaum von der A-Unit - nur, dass die B-Unit aufgrund der fehlenden Lichteffekt wesentlich einfacher und schneller umzubauen war.

Somit sind auch die F-Tastenbelegung - in Bezug auf die Lichteffekt - nicht gegeben.
Einzig F0 -> auf FA0r für das Rücklicht ist belegt.

Die Rauch-Effekte bleiben jedoch ident wie in der A-Unit. Also Rauch = F6 an FA3 (Heizelement) und FA10/Niederspannung für die Lüfter.

Bei den Soundeffekten bleibt nur:

F16 = Webasto (vorheizen)
F17 = Motor starten/abstellen
F18 = Mute

über.

Derzeit ist der Funktionstaste F3 der Effekt des "Kupplungswalzer" mit dem passenden Sampel zugeordnet
Ursprünglich wollte ich generell Kupplungen von Kadee einsetzten und diese so einbauen, dass man ferngesteuert entkuppeln kann.

Siehe auch HIER!

Nach näherer Betrachtung habe ich aber den Entschluss gefasst, nun doch die originale USA-Trains Kupplung zu behalten.
Leider habe ich derzeit keine Idee, wie ich hier ein automatisches Entkuppeln realisieren könnte ...
Da ich aber sowieso kaum rangiere, ist dies nicht wirklich schlimm ;-)
Na, vielleicht fällt mir ja noch eine funktionierende Mechanik dafür ein ...

A und B Einheit in Doppeltraktion. Erstaunlich, dass sich die Fahreigenschaften perfekt gleichen!

Kurzer Güterzug - der 2-Achser ist von LGB und dient als Schienenreinigungswagen.
Die anderen Waggons sind von USA-Trains und Aristocraft.

USA-Trains Kupplung mit Kadee - kuppelt perfekt und hält bombenfest.

Kadee an LGB Waggon mit Aristocraft Kupplung. Auch wenn die Kupplungshöhe nicht wirklich passt, kuppelt die Kombination ebenso gut und hält problemlos. Dabei habe ich sicher keine ebene Gleislage ...

Abschließend noch ein Video (~5,3mb) des Zuges in Aktion.

Noch ein Wort zum Stromverbrauch:
Beide Einheiten (4 Motore) verbrauchen OHNE Rauch, aber mit Licht und Sound rund 3A - mit Rauch um die 5,5 A!
Ein sicher größeres Einsparpotential sind die Lampen, die ich durch LEDs ersetzt habe...
Der Umstand, dass ich die Rauchgeneratoren extra mit Strom versorge und über Transistoren schalte, kommt den Motoren zu gute!
So kann der MX690 locker die angeforderte Leistung an die Motoren bringen, ohne noch andere Verbraucher versorgen zu müssen ...

Die F3A/B Einheit mit Streamlinern in Aktion (YouTube) - Stromverbrauch um die 7A!:

UPDATE August 2009:

Die Sache mit der Kupplung hat mir keine Ruhe gelassen. Da ich jetzt erfolgreich bei der SD70MAC und der 2-8-8-2 jeweils eine ferngesteuerte Kupplung verbaut habe, muss meine F3 nun auch eine bekommen...

Die MTH Kupplung, wie ich sie in der SD70MAC benutze, wäre sicher die einfachste Lösung. Nur packte mich der Ehrgeiz dies auch mit einer Kadee Kupplung umzusetzen.

Bei der 2-8-8-2 ist durch die Kupplungsdeichsel am Tender genug Platz für einen Minimotor. Bei der F3 ist das nicht so einfach.
Eventuell wäre ein Bowdenzug möglich, der von der Kupplung ins Innere der Lok führt und dort eben von einem Motor, oder Servo betätigt wird. Irgendwie habe ich kein rechtes Vertrauen, dass die Federkraft des Kupplungskopfes ausreicht, um den Seilzug, der ja dann um drei Ecken ginge, in Ruhestellung zurück zu ziehen ...

Ich habe nun folgende Lösung gefunden:

Ein Micromotor aus einen Servo wird direkt auf den Kupplungsschacht geklebt.

Der Motor ist klein genug, dass er kaum auffällt.

Außerdem habe ich zur Kupplung der A und B Einheit eine starrere Verbindung gewählt. Die Klaue von Aristo erfüllt in dieser Hinsicht absolut ihren Zweck!

Die Kupplungsaufnahme muss etwas gekürzt werden und in die Aristokupplung wird ein weiteres Loch gebohrt. Damit sitzt die Kupplung nun weit genug "im Fahrzeug" sodass der Kupplungsabstand auch nicht größer, als bei den original USAT Kupplungen ist.