Modellbahnfahrzeuge welche mit eigener Energiequelle, d.h. praktisch ohne Strom aus den Schienen für den Antrieb und zusätzliche Funktionen fahren, findet man überwiegend bei größeren Spurweiten als H0. Ganz im Vordergrund steht dabei eine mit Dampf betriebene Lokomotive. Der elektrische Antrieb in der Modellbahn dürfte als einer der größten Fortschritte im Bereich Modellbahn sein. War es jetzt möglich die Fahrzeuge tatsächlich zu steuern. Der zweite wichtige Schritt war mit der Digitalisierung erfolgt. Diverse Funktionen bei beinahe beliebig vielen Fahrzeugen können von außen betätigt werden. Dabei steht immer im Vordergrund einen gut handhabbaren Modellbahnmaßstab zu verwenden. Welches System nun vorteilhafter ist, führt zu nicht endenden Diskussionen, welche größtenteils dadurch gekennzeichnet sind, dass mit dem Erwerb eines Modells auch ein System erworben wurde, welches man bereit ist gegen jede Kritik zu verteidigen, da die eigene Entscheidung stets mit auf dem Prüfstand steht.
Anhand meiner Modelle und Projekte möchte ich aufzeigen, welche Techniken ich für Antrieb, Steuerung und Energieversorgung verwendete. Bereits in den 70iger Jahren interessierte ich mich für das unabhängige Steuern von Fahrzeugen mittels Tonfrequenzverfahren. Das Problem war die scharfe Abgrenzung der einzelnen Frequenzen gegeneinander in einem definiertem Frequenzband. Die ersten selbst gefertigten Digitalsteuerungen umgingen dieses Problem, dank der fertigen ICs (Motorola). Inzwischen war die industrielle Fertigung der Digitalsteuerungen dem Eigenbau in jeder Hinsicht so überlegen, dass sich diese Bastelarbeit nicht mehr lohnte.
Mit der Digitalisierung kam etwas hinzu, was man in der Modellbahntechnik bisher nicht kannte, das upgraden. Bis dato war Modellbahntechnik eine feste Konstante im Leben des Modellbahners, zumindest nach 1950 bis in die 80iger Jahre, vorausgesetzt man hielt einem Hersteller die Treue. Spätestens mit dem Einzug der Fernsteuerung für den Fernseher war klar, dass sich in vielen Lebensbereichen das Verbindungskabel für Energie und Information überlebt hat. Der Modellbahn gelang mit der Digitalisierung eine Renaissance, der kabellose Bahn könnte die Zukunft gehören.
Der Energiegewinnung für den Antrieb und der Steuerung von Modelleisenbahnen aus den Schienen steht unanfechtbar alleine da. Energie aus dem Akku wird in absehbarer Zeit nichts dem Energiepotential aus der Schiene entgegen zu setzen haben.
Wo hingegen keine großen Leistungen verlangt werden, kann der Akku durchaus Pluspunkte bringen. Mein erstes Fahrzeug war ein Kesselwagen, den es so als Vorbild gar nicht gibt.
Ein selbstfahrender Güterwagen mag theoretisch viel Vorteile bringen, in der Praxis war diesen Fahrzeugen nur ein beschränkte Lebenzeit gegönnt. Als Beispiel sollen die VT10 001 - 003 genannt werden, drei Gütertriebwagen für den Stückgut-Schnellverkehr von 1930. Weiterhin sei der Sggoorrss 700, Cargo Sprinter, ab 1996 gebaut, erwähnt. Der Güterwagen, den ich im Modell baute, ist ein sogenanntes Hybrid-Fahrzeug. Es kann mit geringer Geschwindigkeit und geringer Reichweite alleine fahren, soll aber in den normalen Güterzugverkehr eingereiht werden können.
Im Modell war es interessant einen Antrieb in einem entsprechendem Drehgestell unterzubringen und zudem einen Freilauf auf der Antriebsachse einzurichten. Der Freilauf besteht aus einem 2mm Rundmagneten und als Gegenstück eine Metallscheibe.
Der Antriebsmotor hat einen Durchmesser von 7mm und besitzt eine Umax von ca. 4Volt.
Um die Größenverhältnisse zu demonstrieren zwischen einem Antrieb mit den Abmaßen eines zweiachsigen Länderbahnwagens und einem Drehgestell mit Antrieb soll dieses Bild dienen. Das gekapselte Getriebe ist bei dem verwendeten Zahnradmodul m0,2 zwingend notwendig um Verunreinigungen des Getriebes zu verhindern.
Da es sich um einen Kesselwagen mit viel freiem Raum handelt war die Unterbringung des Akkus nicht weiter problematisch.
Viel Freude beim Lesen und Betrachten wünscht Wolfgang
ulfilas
hat folgende Bilder an diesen Beitrag angehängt
Interessantes Thema, besonders das Freilaufkonstrukt ist genial gelöst.
Aber eine Frage stellt sich mir trotz allem.
Warum muss so ein Antrieb mit Funksteuerung (Deltang 2,4GHz Empfänger???) und ein Akku denn überhaupt noch in einen Wagen verbaut werden, wenn die Komponenten für eine solche Steuerung sogar in Spur N Fahrzeuge nebst Akku mit genügend Leistungsvermögen hineinpassen. Bei den Modell-Feldbahnern (ab H0 aufwärts) ist das schon seit einigen Jahren Usus und funktioniert ohne Probleme. Deren Triebfahrzeuge können sich ohne die Hilfe eines solchen Wagens, gesteuert durch die RC Steuerung, selbstständig fortbewegen und von daher macht (zumindest für mich) dieses Herangehen an ein sich selbst fortbewegendes Fahrzeug in Form eines Wagens irgendwie keinen rechten Sinn. Wie gesagt, es ist meine pers. Meinung, denn die komplette Antriebstechnik, einschließlich Funksteuerung und Spannungsquelle in einem Triebfahrzeug macht doch viel mehr Sinn. Wenn man das wieder aus dem Fahrzeug heraus in einen Wagen konstruiert, setzt man sich doch quasi vom Pferd auf den Esel...
Aber von der technischen Seite gesehen ist das Projekt auf alle Fälle nicht uninteressant. Mich würde z.B. interessieren, wie viel Kraft sich mit dieser Freilaufkonstruktion für den Zweck des Antriebes übertragen lässt, bevor der Kraftschluss durch die Magnetkraft abreißt. Viel dürfte es ja nicht sein, denn im Umkehrschluss soll es ja als Freilauf wirken und nicht den Wagen bremsen... Die Frage stellt sich mir u.a., weil das Konstrukt in etwas kleinerer Form eventuell als eine Art Differenzial für RC bzw. Car System Fahrzeuge an deren Antriebsachsen denkbar wäre... (zumindest, wenn ich die Funktion dieses Freilaufs nicht falsch verstanden habe)
NeTTe Grüße Toni
Edit: Eine Frage hab ich noch... Müsste die Schnecke denn nicht das schräg verzahnte Schneckenrad antreiben und so der Motor nebst Schnecke auch auf der Linie vom Schneckenrad liegen? Auf dem Bild schaut es aber zumindest so aus, als wenn der Motor auf der "falschen" Seite zu liegen kommt und gar nix antreibt. Oder hab ich da nen Knick in meiner Optik?
Hallo Axel, ich kante die Seite noch nicht. Es ist immer wieder bewundernswert was die "Amerikaner" in Modellbahnbau so auf die Beine stellen. Gruß Wolfgang
Hallo Toni, danke für das Lob. Die Freilaufkonstruktion ist in diesem Sinn nicht genial, da ein wirklich "freier" Lauf so nicht entstehen kann. Das Einstellen der Magnetkraft ist relativ ungenau. Nun kann der Wagen, wenn er in einen Zugverband eingereiht ist, dennoch aus eigener Kraft mitfahren. Ursprünglich war eine andere Konstruktion vorgesehen, bei welcher der Schneckentrieb mechanisch ausgeklinkt wird. Das erschien mir für dieses Projekt zu umfangreich. Es ging mir darum Antrieb und Steuerung in einem Drehgestell unterzubringen.
Die Schnecke arbeitet auf ein Vorgelege, welches im Bild nicht zu erkennen ist. Du hast sicherlich keinen Knick in der Optik, eine Zeichnung hätte dies verdeutlicht.
Der gezeigte Güterwagen mit eigenem Antrieb ist einem Projekt der TH Aachen nachempfunden. Es geht vereinfacht gesagt um ein auf heutige Zeiten angepasstes Transportsystem. Dazu gehört, dass ohne großen Aufwand, Güterwagen verschoben werden können. Dieses Thema ist äußerst umfangreich und interessant, für den Modellbahner wie für die Bahngesellschaften. Der klassische Geisterwagen sollte der Lok mehr Zugkraft geben. Dies soll hier nicht erreicht werden und wäre auch konstruktiv eine Fehlleistung gewesen. In den letzten Jahren habe ich auch bei den Feldbahnern hereingeschaut und konnte so einige Erkenntnisse gewinnen. In dem nächsten Abschnitt werde ich darstellen wie bei mir so alles begann Gruß Wolfgang
Aha, also getreu dem Motto... "mal schaun, was so zu bauen geht und mal schaun, was und wie und ob ich das hinbekomme"
Unter solchem Gesichtspunkt habe ich auch schon einiges zusammengebaut, nur um mal zu testen, wie weit ich mit meinen Fähigkeiten und dem vorhandenem Werkzeug komme. Mitunter ist man sogar selbst erstaunt, wie weit man die Sache so treiben kann, ohne irgendwelche Spezialwerkzeuge...
Interessant ist das Konzept aber auf alle Fälle.
Mit genial meinte ich auch eher die doch recht "simple" Art, weil es doch relativ einfach zu fertigen ist. Und wenn die Magneten in der "Freilaufkonstruktion" doch nicht sooo fest zupacken, das käme mir gerade Recht. Wenn da auch nur das eine (in dem Fall Gummi bereifte Rad) zum Zwecke des Antriebes dreht und das andere sich durch die nicht ganz so starke Anpress- bzw. Anzugskraft der Magneten noch relativ leicht frei bewegen könnte, das wäre schon mal so verkehrt nicht. Wäre doch diese Konstruktion als "Pseudo Differenzial" schon mal wesentlich einfacher in der/meiner benötigten Dimension zu fertigen als ein richtiges Differenzial. Ich habe ja nur ca. 4 max. 5mm Platz von Fahrbahnoberfläche bis zur Achsmitte und zwischen den Wangen des Fahrzeugrahmens auch nur ca. 6-6,5mm als max. Breite... da könnte das was werden. Bei Gelegenheit muss ich das mal austesten. Ich habe ja noch zylindrische Magneten mit 1mm Durchmesser und 1mm Dicke zu liegen, mit denen das sicher machbar ist.
Ich hatte auch schon mal mit einem Kugeldifferenzial experimentiert, aber dafür hatte ich nicht genug brauchbares Equiptment zur Verfügung, um das Teil genau genug bauen zu können.
Kegelraddifferenziale scheiden, ob ihrer Größe, bei mir leider aus, da es in der Dimension, wie sie bei mir verbaut werden müsste, leider keine Kegelzahnräder gibt, die in das kleine Diff hineinpassen würden. TT ist da eben irgendwie etwas zu klein für solche Sachen
Na und wenigstens funktioniert meine Optik noch richtig, denn ich dachte schon ich hab da was falsch erkannt. Aber wenn Du schreibst, da ist noch ein im Bild nicht ersichtliches Vorgelege verbaut, dann brauche ich mich nicht wundern, dass es zunächst etwas verwirrend für mich ausschaute
Auf alle Fälle bleib ich hier mal mit "am Ball" und werde dein "Treiben" weiter beobachten...
Hallo Toni. Für den Güterwagen mit eigenem Antrieb hätte ich am liebsten eine Magnetkupplung eingesetzt. Das gezeigte Ergebnis ist eine mäßig gut funktionierende Rutschkupplung, die anstatt mit Magnetkraft auch mit Federkraft umzusetzen wäre. Ein echtes Differential mit Kegelrädern und Sonnenrad müßte bei den genannten Abmessungen machbar sein. Die kegeligen Zahnräder gibt es bei Lemo-Solar. Die entsprechenden Schraubenräder leider nicht. Gruß Wolfgang
Der Generation Glasplatte sagt der Begriff Casettenrecorder im allg. nichts mehr, dafür aber Dir: http://forum.vegalab.ru/attachment.php?a...83&d=1353769462 Hysterese Wirbelstromkupplungen sozusagen frei Haus. Das Patent dürfte mittlerweile abgelaufen sein. Und jede Aquarium- oder Zimmerspringbrunnen- Tauchpumpe hat so etwas in primitiver Form. Die Theorie ist beispielsweise hier : http://tridelta.de/viomatrix/imgs/downlo...n-bremsen-d.pdf Und eigentlich animiert das zum feinmechanischen Nachbauen. Wolfgang, das soll keine Kritik an Deinem hervorrageden Modellbau sein.
Zitat von ulfilas im Beitrag #7 Ein echtes Differential mit Kegelrädern und Sonnenrad müßte bei den genannten Abmessungen machbar sein. Die kegeligen Zahnräder gibt es bei Lemo-Solar. Die entsprechenden Schraubenräder leider nicht. Gruß Wolfgang
Ja, in H0 ist das mit den Zahnrädern von LemoSolar machbar(haben die Mikromodellbaufreunde auch schon gebaut), aber in TT leider immer noch zu groß. Die kleinsten Kegelzahnräder haben ca. 4,5mm Kopfdurchmesser mit Modul 0,2 bzw. 0,3 und da käme ja noch ein Gehäuse drumherum. Dann ist mit Bauchfreiheit vom (Straßen-) Fahrzeug nicht mehr viel
Wie ich bereits andeutete hat mich das Thema Fernsteuerung bereits recht früh interessiert und da steht der Modellflug ganz im Vordergrund. Noch vor wenigen Jahren war die gebräuchliche Sendefrequenz 40MHz, im Gegensatz zu der jetzt verwendeten Frequenz von 2,4GHz. Wenn ich schrieb, dass der Kesselwagen mein erstes Modell gewesen sein soll, so ist dies falsch. Dies bezog sich nur auf die verwendete Sendefrequenz. Interessant finde ich zudem in wie weit die Akkutechnik bereits vor über 100 Jahren angewandt wurde. Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass es außer Dampf und Strom keine andere technische Energiequelle gab.
Bahnmeisterwagen mit Elektroantrieb und Akku
1899 wurde bei der Pfalzbahn ein vierachsiger Akkumulator-Triebwagen eingestellt und war noch dreißig Jahre später in Betrieb. Im Jahr 1995 wurde der letzte Akku-Triebwagen der DB, Baureihe ETA 150, ausgemustert. Die 100jährige Geschichte der elektrisch betriebenen Schienenfahrzeuge, die ihre Versorgungsspannung aus einem Akkumulator beziehen, begann in einer Zeit als auch noch in den stationären Elektrizitätswerken Akkus zur Deckung des Spitzenstromverbrauchs und als Schutz gegen plötzliche Störungen der Stromversorgung eingesetzt wurden.
Weite Verbreitung fanden die Akkumulatoren-Kleinfahrzeuge, besonders die Elektrokarren. Ein interessantes Fahrzeug ist der elektrische Motorkleinwagen für Bahnmeistereien aus der Mitte der Zwanziger Jahre, gebaut von der Maschinenfabrik Gottwalt Müller, in Berlin Karlshorst ansässig.
Dieser Wagen besitzt eine durchgehende Plattformhöhe von 640mm über Schienenoberkante.
Über Walzen an den Stirnseiten können auch schwere Güter auf die Ladefläche geschoben werden.
Als Zug- und Stoßvorrichtung für normale Bahnfahrzeuge besitzt der Bahnmeisterwagen einen Stoßbalken. Mit dieser abnehmbaren Vorrichtung können 1-2 Güterwagen bewegt werden. Der Einsatz als Rangierlokomotive ist durch das relativ hohe Eigengewicht der Akkus möglich.
Ein besonderer Führerstand ist nicht vorhanden um die durchgehende Ladefläche nicht einzuschränken. An beiden Längsseiten befinden sich versenkte Sitze für den Fahrzeugführer der mittels Handrad Geschwindigkeit, Bremse und Fahrtrichtung einstellen kann.
Der 5t schwere, stabile Wagen in Blech- und Profilkonstruktion besitzt eine Aussetzvorrichtung. Hierbei werden über Hebel mit Spindelantrieb vier Rollen an den Stirnseiten auf quer zu den Gleisen liegende Schienen aufgesetzt. Von Hand kann der Wagen nun verschoben werden.
In damaliger Zeit war diese flache Bauform mit Verbrennungsmotoren nicht zu erzielen. Der zwölf Ps starke Elektromotor treibt eine Achse an, bietet eine Zugkraft von 60t in der Ebene und eine vmax von 20 – 25 km/h.
Bei dem H0-Modell wirkt ein Motor mit d=6mm, U=1,3V, n=7200U/min auf ein doppeltes Schneckengetriebe mit einer Untersetzung von 1:225 auf beide Radachsen. Der Raddurchmesser beträgt 6,3mm. Die Modellgeschwindigkeit bei 20km/h des Vorbildes betrüge 0,22km/h. Das Gewicht des Modells beträgt 20g, es erschien ratsam, entgegen dem Vorbild, alle vier Räder anzutreiben. So konnte der Motor nicht vorbildgerecht eingebaut werden, sondern dort, wo im Original die Akkus eingeschoben werden. Alle Wellen weisen einen Durchmesser von 1mm auf und sind kugelgelagert, das Modul der Schnecke und der Schneckenräder ist M=0,2.
Wie zu erkennen ist der Bahnmeisterwagen wesentlich flacher als eine Lok oder ein Flachwagen im Maßstab 1:220 also Spur Z. Gleichzeitig dürfte damit auch die Grenze der Bauhöhe mit einem Motor von 6mm Durchmesser erreicht sein. Es hat sich gezeigt, dass die Motorisierung ausreicht um dem Vorbild entsprechende Rangierarbeiten ausführen zu können. Damit wurde auch experimentell der Nachweis für entsprechende Drehgestellantriebe erbracht.
Wie bei dem Originalfahrzeug wurde hier als Energiequelle ein Akku gewählt, es handelt sich um einen Lithium Polymer Akku mit einer Kapazität von 70mAh bei einer Ladespannung von 3,7V. Dies ergibt bei einer Geschwindigkeit von 10m/min eine Laufdauer von 15 Minuten.
Die Steuerung erfolgt mittels Funksender 40MHz, entsprechendem Empfänger und Fahrregler. Akku, Empfänger und Fahrregler sind in einer Einheit zusammengefasst und als Transportkiste „getarnt“. Die Verbindung zum Motor erfolgt über Steckkontakte auf der Ladefläche.
Die Abmessungen des Empfängers betragen 30mm x 15mm x 15mm. Mit einem Empfänger in der 2,4GHz-Technik, hätte dieser unterhalb der Ladefläche ausreichend Platz gehabt. Was bei diesen Fotos nicht zu erkennen, ist die ca. 20cm lange Antenne, die nunmehr verwendeten Empfänger haben eine Antennenlänge von ca. 3cm. Eine besondere Höhe weist der Quarz, in der alten Technologie unverzichtbar, auf. Dieses teure und große Bauteil wird nicht mehr benötigt. Gruß Wolfgang
Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Antriebs- und Bremselementen wird bei den Wirbelstromkupplungen und -bremsen das Moment erst durch eine Relativgeschwindigkeit zwischen Antriebs- und Abtriebsseite erzeugt. Das übertragbare Moment steigt daher mit einer Relativdrehzahl. Dabei kann dieses Drehmoment von beiden Seiten des Antriebs wirken. Ich habe als Gegenstück zu den Magneten ein Weicheisenblech eingesetzt und einen kleinen Luftspalt gelassen. Gruß Wolfgang
Hallo Wolfgang Wirklich klasse der Kleine - manchmal frage ich mich, was passieren würde, wenn man noch besseres Werkzeug und Material zu Hause hätte und auch die Zeit, dass alles auszureizen... LG, Axel
Zitat von TT-Toni im Beitrag #6 Aha, also getreu dem Motto... "mal schaun, was so zu bauen geht und mal schaun, was und wie und ob ich das hinbekomme" Unter solchem Gesichtspunkt habe ich auch schon einiges zusammengebaut, nur um mal zu testen, wie weit ich mit meinen Fähigkeiten und dem vorhandenem Werkzeug komme. Mitunter ist man sogar selbst erstaunt, wie weit man die Sache so treiben kann, ohne irgendwelche Spezialwerkzeuge...
Was man da alles zaubern könnte, wenn man die nötigen Werkzeuge dafür hätte. Mal von der sowieso immer fehlenden Zeit dafür abgesehen... Das mit dem Budget dafür ließe sich ja bei entsprechender Planung noch irgendwie einrichten.
Bei dem SKL25 handelt es sich um einen Bausatz von Kuswa. Besonders reizvoll erschien mir das kleine Gefährt zu motorisieren. Hier zunächst im Überblick mal das kleine Ding von unten.
Das Getriebe ist wiederum unterteilt in ein Reduziergetriebe mittels Schnecke für jeden Radsatz und eins für den Motor.
Passende Räder lassen das Fahrzeug noch zierlicher erscheinen.
Diese Gelenkigkeit der Komponenten untereinander ist für den Einsatz auf Schienen nicht notwendig. Es wird hier aufgezeigt wie mit einfachen Mitteln, staubgeschützte kleine Getriebe aufgebaut werden können. Hierbei wird nicht, wie beim Vorbild anzutreffen, die Lagerung der Achsen möglichst dicht bei den Rädern, sei es an der Außen- oder Innenseite derselben angewendet, sondern bewusst die Schnecke und das Schneckenrad in einem Block zusammengefasst. Die Kräfte, welche auf den Antrieb wirken sind bei einem H0-Modellfahrzeug so gering, dass es zweckmäßig erscheint, den Antrieb so weit zu miniaturisieren wie eben möglich. Bei genauem Arbeiten ist das Zahnradmodul m0,2 vollkommend ausreichend um die Kräfte zu übertragen. Der optimale Leichtlauf ist durch den Einsatz der Kugellagern, besonders bei Belastung, gewährleistet.
Der SKL besitzt weder eine durch elektrische oder mechanische Komponenten verbaute Ladefläche...
und wie in der Seitenansicht zu erkennen, einen vorbildlichen Fahrgestelldurchblick.
also ich muss schon sagen, ganz schön interessant deine Um- und Eigenbauten. Ich bin wirklich fasziniert von solch kleinen Antriebstechniken. Du hast dank den Akkus natürlich auch keine Probleme mit verdreckten Schienen oder überhaupt Kontaktschwierigkeiten bei solch kleinen und leichten Fahrzeugen.
Hallo Dominik, danke für die anerkennenden Worte. In den Fortsetzungen dieses Berichtes werden noch weitere Vorteile geschildert, ebenso einige Nachteile. Gruß Wolfgang
Die Energieversorgung für die Modellbahn geschieht hauptsächlich durch „Schwachstrom“, korrekter ausgedrückt durch eine Kleinspannung. Die Spannung schwankt je nach Belastung also wechselnder Stromstärke. Dies macht sich besonders bei der Beleuchtung von Loks und Wagen bemerkbar. Spannungskonstanter sind heute sehr preisgünstig, besonders in Verbindung mit LED´s, so dass flackernde Beleuchtungen der Vergangenheit angehören dürften. Der Spannungsabfall am Gleis tritt bei analoger sowie digitaler Stromversorgung auf. Eine ausreichend große Dimensionierung der Energiequelle ist nicht unbedingt vorteilhafter, besser ist es bei einer größeren Anlage mehrere Einspeisepunkte vorzusehen. Neben des Vorteils getrennter Steuerungsmöglichkeiten wird im Fall der Auslösung der Überstromsicherung nicht die ganze Anlage abgeschaltet. Kritisch ist hierbei auch die Höhe des Auslösestroms, welche bereits unter der Schwelle eines Kurzschlusses ansprechen sollte um die Stromversorgung vor Überlastung zu schützen.
Alle diese Probleme fallen bei Fahrzeugen mit eigener Stromversorgung weg. So kann eine entsprechende Lok durchaus über eine falsch gestellte Weiche fahren, sie wird bestenfalls entgleisen, jedoch nicht zu einer Generalabschaltung einer Anlage führen. Dieser Umstand ist besonders ärgerlich wenn mit einem festem Ablaufprogramm mit mehreren Zügen gefahren wird, dann heißt es mitunter, alles auf Null zurücksetzen. Da bei akkubetriebenen Fahrzeugen keine Kurzschlüsse vorkommen können und auch nicht zwingend das Betriebssystem eines Herstellers notwendig ist, können diese Fahrzeuge auf jeder Anlage eigesetzt werden, sofern die Radmaße eingehalten werden.
Der Nachteil des Akkus ist vor allem seine begrenzte Speicherkapazität. Die Betriebszeit eines Fahrzeugs lässt sich nicht von vornherein festlegen, allerdings muss auch gefragt werden, wie lange eine Lok oder ein Zug wirklich pro “Sitzung“ läuft. Erwartungsgemäß werden die Speicherkapazitäten der vorhandenen Akkutechniken noch zunehmen, ebenso darf erwartet werden, dass neue Speichertechniken entwickelt werden. Ein großer Schwachpunkt sind die Ladetechniken. Es gibt bauartbedingt keine einheitlichen Zellenspannungen bei den verschiedenen Akkutypen, ebenso unterscheiden sich Lade und Entladebedingungen. Es ist hingegen sehr vorteilhaft für den Modellbauer mit den verschiedenen Akkuvarianten zu basteln und zu experimentieren, allein schon wegen der unterschiedliche Größen und Bauformen. Das Aufladen mittels Netzgerät und Steckverbindung ist heute bereits Standard bei vielen Geräten wie Telefon, Werkzeugen, Lampen und PC-Zubehör, ein Standard wie bei den 220V-Geräten ist nicht vorhanden. Bei einem Fahrzeug habe ich induktives Laden umgesetzt. Der Triebwagen fährt auf eine bestimmte Stelle im Gleis, vorzugsweise ein Abstellgleis und lädt dort ohne jegliches Zutun seinen Akku wieder auf. Dieses setzt natürlich einen vorgegebenen Akkutyp voraus und auch eine Fahrzeuggröße welche Platz für Akku und Elektronik bietet. Was ich nicht unbedingt als Vorteil ansehe, ist, da die Stromaufnahme nicht mehr über das Gleis erfolgt, der Einsatz von Haftreifen auf allen Antriebsrädern. Hier dürften sich die Geister zwischen Ästhetik und Nützlichkeit scheiden. Die Physik spricht eindeutig für Haftreifen da der Reibungsfaktor um das zehnfache vergrößert wird, was wiederum einer Gewichtsreduzierung zugute käme. Praktisch heißt das, wer moderne vierachsige Drehgestelloks liebt, bei denen ohnehin die Räder kaum zu sehen sind, zudem nicht H0pur einsetzt, sondern bis hinunter zu RP25 glücklich ist... würde mit der Akkutechnik besser bedient sein, als der Liebhaber von Dampfloks. Es ist verständlich wenn man grundsätzlich gegen Haftreifen ist, weil eben diese beim Original nicht anzutreffen sind, ausschlaggebend dürften überwiegend optische Gründe sein. Die Ablehnung von Gummi aus technischer Sicht ist hingegen wesentlich einleuchtender. Der Widerspruch zwischen einer optimalen Stromabnahme über die Räder bei gleichzeitiger Einsetzung eines "Radiergummis" auf den schmalen Schienen, bleibt bestehen. Gruß Wolfgang
Die verschiedenen Aktuellen unterscheiden sich zunächst in ihrer Bauform. Die LiPo´s sind gewickelt und können sehr flach gehalten werden, die Flächenmaße sehr variabel. Li-FePo4, Ni-MH sind Akkus in Becherform und teilweise in den Abmessungen der Batterien gehalten. Während die LiPo´s sehr leicht sind, besitzen die Li-FePo4 bereits ein höheres Gewicht. Ein solches Element wiegt bei 65mm Länge und 25mm Durchmesser bereits knapp 100g. Wenn mehrere Akkuzellen in Serie geschaltet werden, addieren sich die Spannungen der einzelnen Zellen. Schwierig ist es die Zellen im Verbund aufzuladen, da auch der Entladestatus bereits unterschiedlich ist. Mit speziellen Schaltungen lässt sich dieses Manko beheben. Die Ni-MH-Zelle liefert 1,2V, die Li-FePo4 3,3V und ein LiPo 3,7V. Die Nennspannungen der Motoren sind zwar unterschiedlich und entsprechen in den kommerziellen Ausführungen nicht genau denen der Akkuzellen.
Im Bild zu erkennen v.L. 2x Li-FePo4, 1x Ni-MH, 2x LiPo
Für die Empfänger ist der Betriebsspannungsbereich wesentlich größer, die Bandbreite liegt zwischen 3V bis 15V. Es ist leicht zu erkennen das es für den praktischen Betrieb ohne Bedeutung ist, welche Betriebsspannung intern anliegt. Da keine externe Stromversorgung vorhanden ist, der Sender ebenso seine autonome Spannungsversorgung hat, fällt die Problematik der richtigen Stromversorgung in puncto Leistung wie auch Spannungshöhe völlig weg.
Bild v.l. Ausgleichsschaltung für mehrere Aktuellen, 2 Empfänger, unten 1 Fahrregler Leistungsendstufe für einen Motor
Ein weiteres interessantes Speichermedium ist der Kondensator. Mit Goldcaps ist es beispielsweise möglich, bereits hohe Ladekapazitäten zu erreichen. Je dünner das Dielektrikum, desto größer die Kapazität. Demzufolge je dünner die Isolierschicht, desto niedriger die Maximalspannung. Bereits jetzt zeigt sich, dass die Kondensatoren nicht voll umfänglich in den Modellbahnfahrzeugen eingesetzt werden können, weil ihre Grenzspannung bei ca. 5V pro Element liegt, die Motorspannung üblicherweise bei 12V. Wenn man bedenkt, welch große Fläche das Gehäuse einer Kastenlok in H0 bietet, würde dies ausreichen um evtl. über eine Stunde Laufleistung an Speicherkapazität zu erbringen. Der Vorteil der Kondensatortechnik ist die enorm schnelle Ladezeit.
Nach dem kleinen Ausflug in die Theorie nun zur Vervollständigung noch eine Blick auf das Innenleben des SKL. Zweck war nicht nur die Motorisierung des Bausatzes sondern das Fahrgestell möglichst frei von störenden optischen Komponenten zu gestalten, die Ladefläche unbeladen zu erhalten, sowie einen möglichst freien Führerhausdurchblick zu gewähren. Der kleine Motor ragt noch in das Führerhaus hinein, die Empfängerplatine lässt sich unterhalb der Fensterkante verbergen und der LiPo-Akku passt unter das Dach. Das Fahrzeug erfüllt so seinen Zweck und kann "Hilfsdienste" auf allen Modellbahnanlagen erfüllen.
Für den Umbau eines ähnlichen Industriemodells habe ich mir die Köf LgI von Piko ausgesucht. In dem Modell nimmt der Motor den größten Raum ein und bringt nur wenig Ballast. Piko hat dafür eine beim Vorbild nicht vorhandene Bodenplatte zugefügt. Der Gummiriemenantrieb ist prinzipiell nicht schlecht, ist jedoch für dieses kleine Modell meines Erachtens zu luftig. Grundlage waren zunächst die übrigen Berechnungen:
Piko: Gewicht 60g
Maße Fahrwerk 20mm x 45mm x 7mm=6300mm Maße Motorhaube 11mm x 22mm x13 mm=3100mm 9.400x10=94g, Tatsächliches Gewicht: 80g
Motor 16.000U/min, 0,4W, 2-3V, 0,3A Vmax=5,75m/min Rad 9,8mm= 30,7mm =187 U/min Getriebe 1:85
Hier drei Bilder zum Innenleben der Piko-Lok:
In der Seitenansicht stört der Motor:
Der Größenvergleich zwischen dem Pikomotor, einem Faulhabermotor und einem Mini-Glockenankermotor zeigt auch die Entwicklung der Kleinmotoren. Das Festhalten an der 12V Nennspannung bedeutet allerdings von Vornherein eine gewisse Einschränkung der konstruktiven Möglichkeiten. Wie im Bild erkennbar, sind die weiteren mechanischen Bauteile, wie Wellen, Schnecken für ein solch kleines Modell viel zu groß dimensioniert. Um ein Gewicht<100g mit einer Leistung von 0,5Watt zu bewegen, würde auch ein Zahnradmodul von m0,1 ausreichen. Im Größenvergleich ist die Schnecke m0,2 abgebildet.
Das fertige Antriebsmodul für den Umbau siehst ungefähr so aus, zum Größenvergleich die Piko-Schnecken.
Das voll gekapselte Getriebe war wiederum Ausgangspunkt des Umbaus.
Die Dreipunktlagerung war ebenfalls problemlos zu erreichen. Bereits vorgesehen, der nach innen ragende Motorkasten.
Der Motorraum wird vollständig von dem Ballastgewicht aus Messingplatten eingenommen. Bleiplatten wären idealer gewesen. Das Gewicht liegt zwischen den beiden angetriebenen Achsen.
Die Bodenplatte wurde als reiner Ballst konstruiert und ist ohne Funktion, also auch entbehrlich.
Das beinahe fertig umgebaute Modell, vollgepfropft mit Mechanik, Elektronik, Motor und Akku.
Bleibt nur die Beschreibung der Elektrik. Der Akku wird nach Betrieb vom Empfänger abgeschaltet und gleichzeitig kann an dem Ladestecker wieder aufgeladen werden. Im Betrieb ist der Stecker abgeschaltet.
Die rückwärtigen Lampen sind mit zweifarbigen LED´s aufgebaut.
Eine echte Friemelei war die Elektrifizierung der vordern Lampen. Die vordere Pufferbohle wurde für die Aufnahme eines Schneeräumerschildes umgebaut.
Die Leitungsverlegung im Innenraum mittels "Leiterbahnen"
Die Köf ist nun startklar für den Winterdienst, ohne Kurzschlüsse durch Schnee, Matsch und Regen befürchten zu müssen.
Bei angetriebenen Modellbahnfahrzeugen ist die Zugkraft ein entscheidendes Kriterium für die Einsatzfähigkeit. Gewicht und Motorleistung sind nur bedingt konstruktiv zu beeinflussen. Hingegen ist die Reibung, die Haftung auf den Schienen, in einem großen Bereich beeinflussbar. Grob gesagt ist der Unterschied zwischen blanken Rädern, welche auf den Schienen gleiten und solchen mit Haftreifen um den Faktor 1:10 veränderbar. Dies soll am Beispiel eines dreiachsigen Tenders mit vier Rädern mit Haftreifen demonstriert werden. Die Haltekraft des Fahrzeugs, bevor es ins gleiten gerät, ist auf jeden Fall der Grenzpunkt. Ab diesem Punkt kann kein Vortrieb erfolgen.
Verglichen wurde eine Fleischmannlok, Artikelnr.: 4156, Br56 mit einem Tender für die Br53, welcher im folgenden noch vorgestellt werden soll. Beide Fahrzeuge sind mit zwei angetrieben Achsen und Haftreifen ausgestattet.
Es zeigt sich dass beide Fahrzeuge zwar einen Gewichtsunterschied von ca. 1:4 aufweisen, hingegen die Zugraft sich im Verhältnis 1:2 darstellt. Beide Fahrzeuge können ihre Haltekraft nicht annähernd überwinden. Dies lässt die Schlussfolgerung zu, das die Motorisierung durchaus stärker ausfallen könnte. Bei genauerer Betrachtung fällt auf, dass die Haltekraft eines leichteren Fahrzeugs proportional auf einer Steigung zunimmt, entsprechend wächst auch die Zugkraft. Allerdings lässt die kleine Messreihe auch den eindeutigen Schluss zu, das ein hohes Fahrzeuggewicht immer noch günstiger für eine hohe Zugkraft ist
Für die Zugkraftmessung wurde eine kleine Messapparatur gebaut, bestehend aus Rolle, Faden und Messbecher, welcher mit entsprechenden Gewichten gefüllt wird.
Es liegt auf der Hand, dass es auch möglich sein sollte eine Berechnung zu der Anhängelast durchzuführen. Entsprechende Hilfe findet sich im Internet.
Der Bau eines Tender pr. 3T12 ist die konstruktive Weiterentwicklung der zuvor gezeigten Modelle. Während diese ohne Haftreifen auskommen, zeigt der Zugkraftversuch, dass ohne Haftreifen nur noch eine magere Zugkraft generierbar wäre. Konstruktiv wäre es möglich gewesen, einen kleinen Motor einzubauen, welcher zwei Achsen antreibt und den Tender mit Ballast zu füllen. Akku und Empfänger könnten in der Lok untergebracht werden und müssten per Kabel mit dem Tender verbunden werden. Da der Akku im Lokkessel Platz finden könnte, sind hier allerdings konstruktive Grenzen gesetzt um die notwendige Mindestspannung von 3V zu erzeugen. Ein anderer Weg bleibt, indem der Antrieb in die Lok verlegt wird. Da Tender wie Lok jeweils sechs Räder haben, müsste aber auch hier, um eine ausreichende Zugkraft zu entwickeln, die Treibräder der Lok mit Haftreifen ausgestattet werden. Dies ist nicht nur unschön, sondern bei maßstäblichen Rädern nicht mehr möglich. Zudem widerspräche dies den Ansprüchen eines gehobenen Modellbaus. Für Proto 87 Räder bestünde lediglich der Ausweg, diese mit Laufflächen aus einem Material mit höherem Reibungswert zu versehen.
Für den Tenderantrieb sollte eine Spannung wesentlich höher als die Mindestspannung von 3V für den Empfänger zur Verfügung stehen. Mit einem Li-PoFe4 stünden 3,2V mit 400mAh zur Verfügung. (Dieser hätte im Lokkessel Platz gefunden, aber nicht im Tender). Räumlich passten besser vier in Serie geschaltete Ni-MH-Akkus in den Tender mit insgesamt 4,8V Ausgangsspannung und einer Kapazität von 210mAh. Die Differenz zwischen 400mAh und 210mAh wird durch die effektive Verbrauchsleistung des Motors egalisiert. Um den gesamten Spannungsbereich des Motors zu nutzen, wurde die höhere Spannung gewählt. Gruß Wolfgang
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30.05.2016 21:53 (zuletzt bearbeitet: 30.05.2016 21:58)
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