Die Entwicklung der Modellbahntechnik ist stark von dem Fortschritt der Elektrotechnik und Elektronik beeinflusst. Diese Entwicklung ist nicht von der Modellbahn ausgegangen, noch inspiriert worden, sondern im Gegenteil, die Modellbahn hinkt dem techn. Fortschritt nach. Eine Erklärung dafür ist, dass Modellbahn für ein Modellbahnerleben eine hohe Systemkonstantz bieten sollte. Diese Pflege der Tradition bedeutet leider auch eine entsprechende Verbreitung von Vorurteilen und falschen Annahmen.
Schwungmassen Es gibt diverse Gründe Schwungmassen einzusetzen. Es ist zu unterscheiden zwischen tatsächlicher Notwendigkeit und Phantasie.
1. Die Nachbildung der Zugmasse des Originals im Modell. Würde man diese erzielen wollen, würde der Mindestauslauf des Bremsweges im Modell ca. 10m betragen. Eine Steuerung des Modells wäre unter diesen Bedingungen mit einer gewissen Weitsicht möglich, für kürzere Bremswege müsste eine Bremsanlage in die Fahrzeuge eingebaut werden. Bei der längenmaßstäblichen Verkleinerung des Vorbildes ins Modell, werden Massen,Volumina und Energien nicht in gleichem Maßstab reduziert.
2.Energiespeicher um Stromunterbrechungen zu überwinden. In diesem Fall werden nicht die Ursachen behoben, sondern nur die negativen Wirkungen überwunden. Eine Messung am Objekt kann die Wirkung einer Schwungscheibe aufzeigen. Das Problem entsteht besonders bei langsamer Fahrt eines Zuges bei hohen Reibungsverlusten durch Gleisbögen und rollendem Material. Ob in diesem Fall die Dimension der Schwungmasse ausreicht, kann nur die Praxis zeigen. Die Messung des Auslaufs eines Fahrzeugs bei Maximalgeschwindigkeit ist dabei wenig hilfreich.
3.Rippel Zum einem wird der Rippel als eine Welligkeit bezeichnet die einer Gleichspannung überlagert ist. Der Rippel kann auch einer Wechselspannung überlagert sein, wie der Taktfrequenz der PWM von z.B. 20kHz auf die Grundspannung von 50Hz. Der Rippel setzt sich aus der Frequenz und der Spannungshöhe zusammen.
Die zweite Definition bezeichnet die Welligkeit die durch den Motor erzeugt wird. Dem Kollektor auf der Motorwelle stehen zwei Bürsten entgegen. Beim Drehen der Welle liegen sich üblicherweise unpaarige Kollektorsegmente gegenüber. Zwischen den Segmenten gibt es Zwischenräume in denen kein Stromfluss vorhanden ist. Das Absinken der Spannung führt zu einer Welligkeit des Magnetisierungsvorgangs und damit zu einer Welligkeit des Gleichlaufs, letztlich zu einer Welligkeit des Drehmoments. Bei fünfpoligen Kollektoren oder Kommutierung beträgt der Rippel 5% des Drehmoments. Diese 5% bedeuten jedoch nicht einen entsprechenden ruckenden Lauf. Der Rippel besteht in einer sinusförmigen Überlagerung, deren Maximalwert 5% beträgt, der Mittelwert wäre nach der gaußschen Verteilung zu berechnen. Bei höheren Drehzahlen ist der Rippel entsprechend „hochfrequent“ denen mechanische Komponenten nicht mehr folgen können. So besteht der Rippel bei einem Kollektor mit 5 Segmenten aus 10 Rippelpunkten, das macht bei 10.000 U/min eine Frequenz von 1,666kHz. Da eisenlose Rotoren nur eine Wicklung tragen, erfolgt der Magnetisierungsprozess unverzögert dem Stromfluss, der Spannungsform und so auch den beschriebenen Kollektoreigenschaften. Legt man eine niedrige Motordrehzahl von 20U/s zu Grunde, so verzeichnet man in einer Sekunde 100 Rippelpunkte. Bei einem Einsatz eines Reduziergetriebe von 50:1 wären dies 0,4U/s somit somit 250 Rippelpunkte auf 1 Umdrehung am Treibrad. Selbst bei einem Schrittmotor, welcher mit einer Frequenz von 250Hz „ruckweise“ dreht, wäre dieses Rucken nicht mehr wahrnehmbar. Der Einsatz einer Schwungmasse um den Rippel auszugleichen kann optisch nicht wahrgenommen werden. Erst recht können damit keine mechanischen Vorteile erworben werden. In einem Punkt ist das Vorhandensein sogar nachteilig. Geht man davon aus, dass der unbelastete Motor mit einer Spannung von 1V anlaufen würde, so entspräche dies rechnerisch bei einem Motor mit 12V Nennspannung und 12.000U/min 1000U/min. Da der Motor das Fahrzeug unter Last in Bewegung bringen muss, würde jede zusätzliche Last auch die Anlaufspannung und damit die Drehzahl beim Start erhöhen. Sollte eine Schwungmasse bereits bei ca. 1000U/min wirken, damit sie auch bei dieser Drehzahl einen signifikanten Auslauf mit der gespeicherten Energie erzielen könnte, muss diese Energie beim Anlauf auch investiert werden. Da in diesem Fall auch nicht theoretisch abzusehen ist, mit welcher Drehzahl >1000U/min der Motor zu drehen beginnt, müsste man von einem unkontrolliertem Hochlaufen des Antríebes sprechen. Das entspricht jedoch genau dem Gegenteil was man mit Glockenankermotoren erreichen möchte. Dem Anwender ist es durch die kurze Anlaufzeit möglich, ein kontrolliertes Anfahren durchzuführen.
Der Motor Der DC-Motor mit Eisenanker besitzt ein Rastmoment und Sättigungsmomente des Eisenkerns. Es soll nicht weitergehend auf die Nachteile dieses Motortypes gegenüber den eisenlosen Motoren eingegangen werden, so werden die folgenden Überlegungen für den „Glockenankermotor“ angestellt.
Belastung -> Lebensdauer des Motors Wenn Kondensatoren zwischen den Wicklungsenden geschaltet werden, vermindert diese das Bürstenfeuer. Ursache des Bürstenfeuers sind hohe Spannungsunterschiede zwischen den Kollektorsegmenten.
Lebensdauer mindernd sind folgende, bei der Modellbahn typische Belastungen. Häufige und schnelle Drehrichtungswechsel des Motors. Start-Stoppbetrieb Dauerbetrieb unter hoher Belastung. Mechanische Ursachen sind vor allem in der Belastung der Welle zu suchen. Eine direkt gekoppelte Schwungmasse an der Motorwelle wirkt sich negativ auf das Wellenlager aus. Ein Schneckentrieb, bei dem die Schnecke direkt auf der Motorwelle sitzt, ist vom technischen Aufbau der gängigen Motoren ungeeignet, da die achsiale Belastung gering ist. Um diese Nachteile zu mindern werden vorgespannte Kugellager eingesetzt, vorzugsweise häufiger bei BLDC-Motoren zu finden.
Die Ansteuerung des Motors Eine Motordrehzahl von 12.000U/min entspricht einer Frequenz von 200Hz. Wenn man von einem fünfpoligen Kollektor ausgeht wären wir bei einer Spannungsänderung mit einer Frequenz von 1kHz. Es ist einfach zu erkennen, dass in dieser Zeit bereits 10 Impulse und mehr von einer PWM mit einer Taktfrequenz von 10kHz auf ein Kollektorsegment erfolgen. Dies wird die mechanische Trägheit des Rotors nicht beeinflussen. Die Anlaufzeitkonstante des Motor setzen wir mit 10ms an. Die Impulsfolge liegt bei 0,1ms, die "Schaltgeschwindigkeit" des Kollektor bei 1ms. Problematisch wird eine zu niedrige Taktfrequenz der PWM. Die niedrigeren Frequenzen sind andererseits für Motoren mit Eisenanker notwendig, da der Ummagnetisierungsvorgang des Eisens bei einer gewissen Frequenz innerhalb des Eisens nicht mehr stattfindet, das Eisen ist gesättigt, der Rotor steht, die Wicklung besteht überwiegend aus dem ohmschen Drahtwiderstand, welcher sich erhitzt. Je höher die Taktfrequenz der PWM, desto mehr nähert sich die Spannung dem Gleichstrom. Es treten allerdings bei höheren Frequenzen wiederum die typischen HF- Erscheinungen auf, welch hier unberücksichtigt bleiben sollen. Für alle Motoren ist der gepulste Strom eine hohe Belastung. Andererseits ist der Puls in voller Nennspannungshöhe gewollt um ein kräftiges Drehmoment zu erzeugen. Was den Motor drehen lässt ist die zugeführte elektrische Energie. Hierbei gibt es stets eine Schwelle, die Mindestspannung, bis genügend Energie für die Magnetisierung vorhanden ist. Nimmt man den Zeitabschnitt von 1s und die Mindestspannung von 1V so ergibt sich daraus das gleiche Energievolumen wie bei einem Impuls von 10V und 100ms. Da aber die Schwellenspannung bereits um einen hohen Spannungsanteil, bis zur Nennspannung, erreicht wird, entwickelt der Motor bereits beim Start sein volles Drehmoment. Mit dem verbleibenden Anteil von 900ms wird der Motor dann wieder zum Stillstand kommen. Setzt man in dieser Sekunde mehrere Impulse bei kürzerer Impulslänge verringern sich die entsprechenden Stillstandszeiten.Durch Versuch, da es sich bei der Modellbahn stets unter belasteten Motorbedingungen handelt, lässt sich die geeignetste Frequenz für den Anlauf ermitteln. Auch die Frequenz zum Betrieb eines eisenlosen Motors ist jedoch nach oben begrenzt.
Die Gegen - EMK tritt bei jedem Motor auf, sobald er von der Spannungszufuhr abgeschaltet wird, währen er noch weiterläuft. Diese generatorische Effekt entsteht in jeder Pulspause. Die Belastung durch die EMK setzt voraus, dass ein Verbraucher im Stromkreislauf vorhanden ist. Wird die PWM so erzeugt, dass in der Pulspause in hochohmiger Widerstand vorhanden ist, wie bei einer Darlington-Endstufe eines Decoders, kann der generatorische Effekt nicht in Bremsleistung umgesetzt werden. Ist jedoch der Stromkreislauf ein ganzes Modellbahnsystem, bestehend aus mehreren Loks, beleuchteten Wagen, wirkt der Motor als belasteter Generator.
Die Ausstattung der Fahrzeuge mit separaten Decodern bringt nicht nur den Vorteil unabhängige Funktionen mittels Fernbedienung zu aktivieren, sondern dem Hauptantriebsmotor die optimalen Arbeitsbedingungen zu liefern. Neben der bereits besprochenen Motorfrequenz, wäre noch die Lastregelung und die Lastabschaltung zu nennen. Ebenso wichtig wäre die Vorgabe der Nennspannung des Motors, unabhängig von der Betriebsspannung der Anlage. Eine einstellbare Begrenzung der Maximaltemperatur des Motors könnte Motor und Modell schützen.
Ein paar Punkte sind mir schonmal aufgefallen: 1. Die Schwungmasse soll ja eigentlich auch beim Anfahren wirksamn sein. 2. PWM sollte laut Aussage von Fauhlhaber erst ab 20kHz bei Glockenankermotoren eingesetzt werden. Eben weil sich das dann langsam der Gleichspannung annähert. Logischerweise braucht man PWM dann eigentlich nicht mehr unbedingt, wenn man auf Lastregelung verzichten kann oder will. Hier hört dann übrigens auch die Freiheit bei der Einstellung von Decodern auf. 3. Geglättete Gleichspannung ist prinzipiell ideal für Glockenankermotoren, ansonsten ist ungeglättete Gleichspannung (ausschließlich positive sinusförmige Wellen bei 100Hz) eine gute und schonende Stromversorgung für Motoren. Es wird dabei der Motor nicht einfach nur aus- und eingeschaltet, außerdem liegt die effektive Spannung in Relation zur Spitzenspannung wesentlich höher. Man kann vielleicht sogar sagen, dass normale Elektromotoren für diese Spannungsart konstruiert sind. 4. Was der Fall ist: Schwungmassen können wahrscheinlich nicht die hohen Leerlaufströme und die daraus resultierende Erwärmung von Glockenankermotoren bei (vor allem niedrigfrequenter) PWM verhindern. 5. Was aber auch der Fall ist: Schwungmassen sollten vor allem dafür da sein, die Trägheit eines Motors zum Zweck des weicheren und geschmeidigeren Fahrens zu erhöhen. Ein Glockenankermotor reagiert schnell, das soll er aber nicht immer unbedingt in vollem Umfang . Und bei einem "normalen" Motor ist es doch gut, wenn die Schwungmasse etwas über die "Zwischenräume" der Kollektorflächen hilft. Warum meinst Du, dass das nicht funktioniert und sich weder optische noch mechanische Verbesserungen einstellen? Hast Du das getestet?
Freundliche Grüße
Robert
P.S.: Bei der Diskussion um technische Aspekte der Motoransteuerung würde ich das Thema Digital-Analog erstmal außen vor lassen...
Die Nennspannung eines Motors wird vom Hersteller festgelegt. Die Betriebsspannung verändert sich mit der entsprechenden Belastung. Es sei denn die Betriebsspannung wäre stabilisiert. Ob dieser Wert der Betriebsspannung mit der Nennspannung des Motors übereinstimmt ist nicht unbedingt anzunehmen. Ein weiterer Vorteil der am Decoder einstellbaren Maximalspannung ist den Motor unterhalb der Nennspannung zu betreiben bei gleichzeitiger fast 100%iger ED der PWM. Die geregelte Spannung am Decoder verhindert Überspannungen und erlaubt auch den Betrieb von Motoren mit wesentlich niedriger Nennspannung als die Betriebsspannung. Gruß Wolfgang
Hallo Robert 1. Die Eigenschaft der Schwungmasse verhält sich als Energiespeicher beim Anlauf entgegengesetzt zum Auslauf und dabei nicht linear. Beim Anlauf ist die Motordrehzahl zuerst noch niedrig, die Schwungmasse bildet noch keinen großen Widerstand für den Motor, die kinetische Energie ist noch gering. Erst mit der Zunahme der Motordrehzahl verstärkt sich die Wirkung der Schwungmasse. Es tritt eben der Effekt auf, der gar nicht gewollt wird, nämlich k e i n sanfter Anlauf. Erst im oberen Drehzahlbereich wird der "Anlauf" sanfter. Nimmt man den Widerstand des Losbrechmoments der Gleitlager beim Getriebe hinzu, erfolgt der Anlauf erst beim Überschreiten der Mindestspannung des Motors zu und dazu ruckartig. Aus diesem Grund setze ich Kugellager ein.
2. Die Aussage von Faulhaber trifft auf jeden Fall zu. Regelt die PWM bei z.B. bei 10%ED von 20kHz ist auch hier nur bedingt von einer Gleichspannung zu reden. Ich habe versucht nachzuweisen, das im Verhältnis Drehzahl-Kollektoren-Rippel-PWM kein merkbares mechanisches Pulsen oder Rucken erfolgt. Ich bitte in diesem Zusammenhang meine kleinen Rechenbeispiele zu überprüfen. Der eisenlosen Wicklung ist es egal wie oft der Stromfluss sich ändert, das hat keinen Einfluss auf die Lebensdauer. Der kritische Punkt für die Wicklung wird erst bei höheren Frequenzen jenseits von 20kHz erreicht. Die Erklärung hierzu ist allerdings nicht mehr einfach, Stichwort Wechselstromwiderstand.
3. Auf den Luxus der geglätteten Gleichspannung kann man getrost verzichten. Ueff ist bei einer Sinusspannung diejenige, welche die Motorleistung bestimmt. Da die Überschreitung der Nennspannung nur in der Spannungsspitze mit einer entsprechenden Frequenz auftritt, ist eine zu starke Erwärmung der Wicklung nicht zu befürchten. Auf der anderen Seite kann es nicht schaden geglätteten Gleichstrom einzusetzen. Eine thematische Sonderabhandlung wäre in diesem Zusammenhang das Festbrennen der Stromkontakte also Räder und Schiene bei Gleichstrom vs Wechselstrom.
4. Leerlaufströme bei eisenlosen Motoren im Zusammenhang mit PWM sind mir als Thema nicht bekannt, werde mich schlau machen. Allerdings gehe ich davon aus, dass mittels Decoder immer die optimale Frequenz eingestellt wird. Da sich die verschiedenen Motortypen auch innerhalb der Familie der Glockenankermotoren stark unterscheiden, schreit es förmlich nach einem Decoder pro Motor.
5. Gerade der Punkt der Motorträgheit macht mich stutzig. Es liegt doch am Fahrer und der Steuerung wie schnell der Motor zu reagieren hat. Wenn ich mir vorstelle ich würde einen Motor mit Schwungmasse an einem alten Regelttrafo betreiben, der blitzschnelles Umschalten der Drehrichtung ermöglichen würde, wäre das Zerstörung pur. Die modernen Fahrregler werden teilweise so gebaut, dass die Motorspannung sanft minimiert wird um dann den Drehrichtungswechsel einzuleiten, wenn keine Motorspannung anliegt. Ebenso wäre es möglich einen sanften Anlauf in 1024 Schritten einzuleiten, auch wenn der Fahrer den Regler ruckartig "aufreißt". Es gilt gerade in der Modellbahnwelt, sich von alten Vorstellungen zu lösen. Die moderne Elektronik leistet mehr als blin-blink, tut-tut. Ich bemerkte auch in meinem Eingangsthread, das ich mich nicht mit dem Eisenankermotor tiefer befassen werde, diese Motoren sind Vergangenheit.
Auch beim Glockenankermotor treten "Zwischenräume" auf, diese können zur direkten Motorstrommessung genutzt werden. Dies ist nicht nur für die Lastregeln angenehm, sondern zudem der beste Motorschutz, wenn die Überstromauslösung einstellbar wäre. Ein weiterer Grund für die diskrete Motoransteuerung. Eine entscheidende Frage ist die Überprüfbarkeit der Argumente. Ich glaube ich habe mit dem Statement über den Nachlauf von Fahrzeugen bei Umax genügend Argumente geliefert. Da wo wirklich ein Nachlauf sinnvoll ist, wie bei Umin, hüllen sich die Hersteller in Schweigen. Gruß Wolfgang
ZitatLeerlaufströme bei eisenlosen Motoren im Zusammenhang mit PWM sind mir als Thema nicht bekannt, werde mich schlau machen.
Wolfgang, das ist einer der Hauptpunkte beim Einsatz von Glockis mit PWM! Von den einschlägigen Herstellern Faulhaber, Maxon und Portescap gibt es genug Dokumentation im Internet um sich zu informieren.
Vor dem Hintergrund dessen würde ich auch Folgendes erstmal in Frage stellen:
ZitatDer eisenlosen Wicklung ist es egal wie oft der Stromfluss sich ändert, das hat keinen Einfluss auf die Lebensdauer.
Das ist keinesfalls egal! Zu kleine Frequenzen ermöglichen hohe Induktionsströme, welche zu Erhitzung des Motors führen. Siehe weiter unten.
Etwas verwundert hast Du mich auch mit folgenden Aussagen: 1.
ZitatIch bemerkte auch in meinem Eingangsthread, das ich mich nicht mit dem Eisenankermotor tiefer befassen werde, diese Motoren sind Vergangenheit.
Ein erfahrener und technische sehr versierter Kollege hat mir zu diesem Thema einmal geschrieben, dass er die Motor-Qualität (also Lager, Kollektor usw.) und ein gutes Getriebe als genauso wichtig oder wichtiger für die Fahreigenschaften einschätzt als das Motorprinzip. Vor dem Hintergrund dessen erzählte er von Lagerspiel bei Glockenankermotoren, das ihm bei Mashima- und Mabuchi-Motoren nicht vorgekommen ist. Ich bin zwar der Meinung, dass Glockenankermotoren vom Prinzip her schon nochmal eine Verbesserung darstellen, bin mir aber nicht so ganz sicher, ob man eine Aussage, wie sie von Dir getroffen wurde, einfach so in ihrer Absolutheit in den Raum stellen sollte.
2.
Zitat2. Die Aussage von Faulhaber trifft auf jeden Fall zu. Regelt die PWM bei z.B. bei 10%ED von 20kHz ist auch hier nur bedingt von einer Gleichspannung zu reden. Ich habe versucht nachzuweisen, das im Verhältnis Drehzahl-Kollektoren-Rippel-PWM kein merkbares mechanisches Pulsen oder Rucken erfolgt. Ich bitte in diesem Zusammenhang meine kleinen Rechenbeispiele zu überprüfen. Der eisenlosen Wicklung ist es egal wie oft der Stromfluss sich ändert, das hat keinen Einfluss auf die Lebensdauer. Der kritische Punkt für die Wicklung wird erst bei höheren Frequenzen jenseits von 20kHz erreicht. Die Erklärung hierzu ist allerdings nicht mehr einfach, Stichwort Wechselstromwiderstand.
Das verstehe ich jetzt nicht so ganz. Faulhaber empfiehlt in seinen technischen Informationen (auch im Internet zu finden) mindestens 20kHz-PWM und Du meinst, dass hier die Probleme anfangen??
Vom Prinzip her ist, wie ich sagte, PWM nicht automatisch für Glockenankermotoren geeignet. Maxon schreibt z.B. in den MaxonDCMotor-Notizen bei der Aufzählung der Vorteile der eisenlosen Technik mit der kleinen Induktivität (!) zur schnellen Reaktionszeit des Motorstromes, dass das problematisch bei getakteter Stromversorgung (also PWM) sei. Die kleine Motorinduktivität hat - so wird es dort erklärt - zur Folge, dass der Motorstrom sehr schnell auf Spannungs- bzw. Stromänderungen reagiert. Dadurch kommt es dann zu Stromrippeln, die zur zu hohen Erwärmung führen.
Das kann eben nur durch eine sehr hohe Frequenz ausgeglichen werden! Jedenfalls, wenn man unbedingt zu PWM greifen will. (Oder muss, weil einem von Herstellern keine andere Wahl gelassen wird?!?)
Hier komme ich zu 3.
ZitatAllerdings gehe ich davon aus, dass mittels Decoder immer die optimale Frequenz eingestellt wird. [...] [ein] Decoder pro Motor.
Bist Du da nicht etwas zu Digital-gläubig? Ein Decoder von Zimo oder ESU hat eine kompartible Frequenz für den Einsatz von Glockenankermotoren, nämlich 20kHz oder 40kHz. Davon ausgehen kann man aber nicht und einstellen lässt sich da meines Wissens nach auch wenig. Ein Decoder pro Lok ist leider immer vonnöten, wenn man nicht ein System benutzt, bei dem dies nicht erforderlich ist - "Analog". Aber bei diesem System bräuchte man dann ja gar nicht mehr unbedingt PWM! Gut, man hat bei einem "analogen" System auch Nachteile. Von daher muss man immer schauen, was einem wichtig ist. Mir ist die Technik wichtig, ich werde einen relativ kleinen Bahnhof mit Fiddle-Yard haben und werde in den 50er-Jahren am Tag fahren. Deswegen brauche ich weder Beleuchtung noch Mehrzugsteuerung, womit mir "Digital" eigentlich keine Vorteile mehr bietet. Das digitale System würde mich aber in einige Hersteller-Arme treiben. Und wie es mit deren Argumentationen manchmal aussieht ... da hast Du Dich ja bereits beschwert... Loks, die z.B. beim Fremo eingesetzt werden sollen, brauchen dagegen einen Decoder. Denn "Digital" ist für einen Verein wie den Fremo ganz klar vorteilhaft; für große Modul-Anlagen ist das "digitale" System sehr geeignet. Also noch einmal der Appel: Erst die technischen Argumente und dann erst irgendetwas befürworten. Wie Sherlock Holmes ungefähr sagt: Wer schon vor der Betrachtung der Fakten eine Theorie hat, wird sich die Fakten immer automatisch so hinbiegen, dass sie zur Theorie passen. Deswegen immer ohne Vor-Urteil an die Fakten herangehen!
Zitat von ulfilas im Beitrag #1Da eisenlose Rotoren nur eine Wicklung tragen, erfolgt der Magnetisierungsprozess unverzögert dem Stromfluss, der Spannungsform und so auch den beschriebenen Kollektoreigenschaften.
Hallo Wolfgang, auch eisenlose Rotoren haben mehrere Wicklungen, diese sind nur sehr komplex ineinander gewickelt und eben nicht wie beim Eisenankermotor um die Pole des Eisenankers.
Man sollte neben den positiven Eigenschaften des Glockenankermotors aber auch auf die (wenigen) Nachteile eingehen. Und nicht zuletzt sollte auch nicht das Prinzip des bürstenlosen DC-Motors (BLDC) vergessen werden, welches nach dem Drehstrommotor-Prozip arbeitet und gegenüber den beiden vorgenannten Motortypen bis auf die Wellenlager verschleißfrei arbeitet und die höchste Leistungsdichte ermöglicht.
Hallo Moritz, gemeint ist mit "nur" der Rotor trägt nur eine Wicklung, also kein Eisen. Ob man die Wicklung mit mehreren Anschlüssen oder mehrere Wicklungen im Sinne von Wickelschritten meint, sollte hier nicht zum Diskurs stehen.
Also ich kann bei den Glockenankermotoren im Vergleich zu den Eisenankermotoren, bis auf den Preis, keinen Nachteil erkennen.
Ich mache Experimente mit BLDC Motoren, der Laufeigenschaften fantastisch sind. Leider ist es mir noch nicht gelungen eine elegante Fernsteuerung dafür zu entwickeln. Gruß Wolfgang
Mit dem Begriff Leerlaufströme konnte ich nichts anfangen, nehme aber Stellung zur Selbstinduktion. Der Grenzwert der Motorbelastung ist vom Hersteller definiert. Diese werden bei einer z.B bei 10% ED plus Einschalt- und Ausschaltinduktion nicht erreicht. Das Schaubild bei Döhler-Haass soll dies verdeutlichen: http://doehler-haass.de/cms/pages/haeufige-fragen.php#a2d Wir kann ich die Motorregelung gezielt konfigurieren.
1.Einig dürften wir uns dem Punkt sein, dass eine konstante Gleichspannung unterhalb der Nennspannung, die schonendste Energie für den Motor ist. Ziel der PWM, bereits bevor an Digitalsteuerungen gedacht wurde, war ein kräftigeres Drehmoment beim Anlauf zu erreichen. Zu dieser Zeit dachte auch noch keiner an Glockenankermotoren für die Modellbahn. Leider haben sich aus dieser Zeit auch einige Vorurteile bis in die heutige Zeit hinübergerettet. (Das Stummi-Forum ist voll davon) So bin ich besonders skeptisch wenn erfahrene Kollegen etwas zum Besten geben. Dazu gehört das sogenannte Lagerspiel. Maxon gibt dieses an, man versuche mal diese Werte aus der Eisenfraktion herauszubekommen. Ich halte ein Axialspiel von 0,15mm und ein Radialspiel von 0,014mm bei einem 1331(3W) für ausgezeichnet Das ist allerdings nichts gegen den BLDC 1331(12W) mit einem Radial- und Axialspiel von 0. Soll doch dieser Kollege bitte die max. radiale Belastung ab 5mm vom Motorflansch angeben, ein Wert der für den direkten Schneckentrieb interessant sein könnte. Das es in Zukunft noch viele Eisenankermotoren geben wird ist unbestritten, im hochwertigen Modellbau hoffentlich nicht mehr. Die Krux ist, dass Modellbahnhersteller aus schwach dimensionierten Motoren, Getrieben mit schlechtem Wirkungsgrad noch soviel herausholen müssen, dass die Lok mit wenigen Wagen im Schleichgang noch steile Rampen bewältigen kann. Ein BLDC mit 70% Wirkungsgrad ist auch hier dem Glocki mit 40% haushoch überlegen. Was bietet denn der Kollege mit seinem Mabushi Spielzeugmotor dagegen?
2. Die Begrenzung der Frequenz ist nach oben begrenzt. Damit ist gemeint dass die Taktfrequenz es auch noch ermöglichen muss die Regelgrößen für die Drehzahlkonstantz zu gewinnen. Wenn Maxon von einer Problematik bei der PWM spricht, so meint man wohl damit den unsachgemäßen Einsatz. Maxon vertreibt oder stellt selbst Regler mit IxR Kompensation her. Bedingung ist dass die Kompensation auf den Anschlusswiderstand des Motors eingestellt wird. Bei der linearen Reglerendstufe teilt sich die Betriebsspannung zwischen Motorsspannung und Verlustspannung des Reglers. Für kleine Motoren gibt es hierzu die passenden Regler. Für höhere Motorleistungen bietet Maxon gepulste Regler an mit einer Taktfrequenz von 50kHz an, mit dem Vorteil der geringen Wärmeentwicklung und dem hohen Wirkungsgrad. Das passt schlecht mit der Problematik der getakteten Stromversorgung zusammen.
3. Ich glaube noch nicht einmal an einen Gott, geschweige an "Digital" Für meine Versuche mit dem BLDC-Motor wäre ich froh die Digitalfreaks würden auch an analoge Ausgänge denken. Die Decoderhersteller haben z.B. (Lampen)Ausgänge konstruiert, die gemeint werden können. Die Spitzenspannung zu reduzieren wäre hilfreicher gewesen. Aber man war lernfähig und schuf Ausgänge mit niedriger Spannung für LED´s. Unter diesem Gesichtspunkt muss man bereits dankbar sein, dass für die wenigen "Glockis" die Decoderhersteller an eine veränderbare Taktfrequenz gedacht haben.
Was industrielle Modellbahnproduzenten so vertreiben und meinen, interessiert mich seit Jahren eher wenig. Für mich ist dem Glockenankermotor dort eine Anwendung gesichert, wo der BLDC-Motor mit Hallsensoren bereits zu groß wäre oder die Drehzahl unpassend. Als Nichtmodellbahnspieler kümmert mich Fremo ebenso wenig. Als ich vor über 20Jahren meinen ersten Decoder zusammenlötete, stürzte man bei Fremo noch mit Handregler von Modul zu Modul. Ich sähe es als Vorteil an wenn die Elektronik in Form einer SIM-Karte von Lok zu Lok wechselbar wäre. Letztendlich lebt die Modellbahnindustrie hauptsächlich von Sammlern, die wären über entsprechende Ersparnisse glücklich. Gruß Wolfgang
ich bin mir noch nicht so ganz im Klaren darüber, ob diese Motorregelungsart bei D & H das bewirkt, was ich mir vorstelle, wenn ich an "Ausschwingen" der Motorinduktivität denke. Ich stelle mir da vor, dass die Spannung bzw. der Strom nur langsam absinkt um somit eine starke (EDIT: übermäßige) Erhöhung des Induktionsstromes zu verhindern. Ob das bei D & H aber auch so gemeint ist, weiß ich nicht. Das "Ausschwingen" der Motorinduktivität befindet sich in der Grafik im Spannungs-Minus. Weißt Du, was da genau ablaufen soll?
ZitatEinig dürften wir uns dem Punkt sein, dass eine konstante Gleichspannung unterhalb der Nennspannung, die schonendste Energie für den Motor ist.
Richtig! Und in der nächsten Woche - wenn endlich mal die Teile vom Elektronikversender ankommen - werden wir auch sehen, was sich damit für Fahreigenschaften realisieren lassen.
ZitatZiel der PWM, bereits bevor an Digitalsteuerungen gedacht wurde, war ein kräftigeres Drehmoment beim Anlauf zu erreichen.
Das "Zwischending", nämlich die wellige Gleichspannung sollte man nicht übersehen. Zumindest bei normalen Eisenanker-Motoren eine sehr interessante Alternative. Schonend, mit abgemildertem PWM-Effekt. Beim Fremo hat man auch Glockenankermotoren mit ungeglätteter (bzw. nur wenig geglätteter) Gleichspannung betrieben und damit keine schlechten Erfahrungen gemacht.
Die Aussage zum Lagerspiel bezieht sich auf neue Motoren! Diese Aussage hat im Übrigen auch nicht das Ziel, absolut zu sein. Sie soll zu denken geben und auf weitere Aspekte hinweisen. Wirkungsgrade sind schön und gut, aber meistens will man ja keine Rekorde aufstellen, sondern braucht einfach einen für bestimmte Aufgaben geeigenten hochwertigen Motor, der eine lange Lebensdauer besitzt. Und dieser Motor befindet sich - das sollte vielleicht nicht vernachlässigt werden - in Zusammenspiel mit einem Getriebe...
Problematiken bei Glockenankermotoren mit getakteter Bestromung sind vorhanden. Das ist einfach so. Das schreiben die Hersteller auch. Wie gesagt, alles, was ich zitiert habe, stammt aus offizieller Dokumentation. Das Problem, das vom Prinzip her besteht, lässt sich mildern, wenn man mit einer bestimmten Mindestfrequenz arbeitet. Die von Dir angesprochenen 50kHz befinden sich z.B. deutlich über der Mindestfrequenz von 20kHz, die Faulhaber empfiehlt. Insofern eigentlich alles klar, oder?
ZitatAls Nichtmodellbahnspieler kümmert mich Fremo ebenso wenig. Als ich vor über 20Jahren meinen ersten Decoder zusammenlötete, stürzte man bei Fremo noch mit Handregler von Modul zu Modul.
Darf ich den ersten Satz dahingehend interpretieren, dass Du Deine Fahrzeuge nicht oder kaum im praktischen Betrieb einsetzt? Ich finde es immer hilfreich, auch praktische (Langzeit-)Erfahrungen in Überlegungen einzubeziehen. Denn beim Fremo kann man ja wohl kaum von "Stummiforum-Niveau" (möglicherweise nicht sehr differenziert) sprechen. Beim Fremo rennt man übrigens immer noch mit einem Handregler von Modul zu Modul. Nur eben schon seit einiger Zeit "digital". Ich finde das geeignet.
Zitat von Modelleisenbahnfan im Beitrag #10Beim Fremo rennt man übrigens immer noch mit einem Handregler von Modul zu Modul. Nur eben schon seit einiger Zeit "digital". Ich finde das geeignet.
FREMO ist nicht gleich FREMO! Beim 0e-Treffen in Cloppenburg wird mit der Z21 und Smartphone gefahren, das hat sich dort bewährt.
ja ok. Für mich wäre das allerdings nichts. Drehgeber und Fahrtrichtungsschalter am handlichen Handregler finde ich toll. Smartphone/Tablet würde mir gar nicht zusagen und das, obwohl ich hier der "Digital Native" bin. Manchmal habe ich ein bisschen den Eindruck, dass die älteren Modellbahner meinen, sie und ihr Hobby würden alleine durch die Tatsache, dass sie z.B. ein Smartphone zur Steuerung nutzen, gleich viel jünger und "hipper" erscheinen. Vielleicht lasse ich das jetzt einfach mal so stehen, ohne es weiter auszuführen und zu kommentieren...
Freundliche Grüße von jemandem, der sich von Älteren eher wünschen würde, dass sie eine kritische Distanz zu aktuellen "Trends" wahren.
ja ok. Für mich wäre das allerdings nichts. Drehgeber und Fahrtrichtungsschalter am handlichen Handregler finde ich toll. Smartphone/Tablet würde mir gar nicht zusagen und das, obwohl ich hier der "Digital Native" bin.
Da gebe ich Dir Recht, ich glaube, die haben da noch irgendeinen Funk-Handregler dran, also etwas haptisches statt Smartphone. Ich finde das Esu-Konzept ja auch nicht schlecht, aber das ist a) zu teuer und b) nur mit der ECoS kompatibel.
mich hat jemand auf Missverständnisse hingewiesen, die sich vielleicht ergeben können durch diese Aussage:
Zitat von Modelleisenbahnfan im Beitrag #12Manchmal habe ich ein bisschen den Eindruck, dass die älteren Modellbahner meinen, sie und ihr Hobby würden alleine durch die Tatsache, dass sie z.B. ein Smartphone zur Steuerung nutzen, gleich viel jünger und "hipper" erscheinen.
Ich wollte damit nicht implizit sagen, dass besagte Modellbahner oder das Hobby "ver-altet" o.ä. sind. Ich wollte nur ein Phänomen beschreiben, das ich ab und an zu bemerken glaube.
Hallo Robert, ich denke dass die Grafik von H&D schon richtig ist. Die Generatorspannung ist bei gleicher Umlaufrichtung des Rotors der Spannung der äußeren Stromquelle entgegengerichtet. Hierbei liegt von der PWM keine Spannung an, so dass die Bezeichnung Plus/Minus nicht gilt. Vom Generator aus betrachtet würde eine Sinusspannung auch nicht zwischen Plus und Minus oszillieren, sondern die Spannungshöhe den entsprechenden Verlauf nehmen.
ich habe mir anno Tobak auch einen solchen Fahrregler gebaut. Die ersten "Fahrstufen" waren noch eine reine Sinusspannung denen ein Gleichstrom in den letzten Fahrstufen aufgeprägt wurde. Das war recht gut für die Eisenankermotoren. Es wird immer übersehen, dass der Rechteckimpuls auch bei diesen Motoren die entsprechenden Auswirkungen zeigt.
Welches die ideale Frequenz für den Glockenankermotor ist, muss durch Versuch ermittelt werden. Ich möchte dies nicht als Problem sehen, sondern als Zweck, ein hohes Drehmoment im Anlauf zur erreichen. Dass die Digitalsteuerung im Pulsbetrieb arbeitet ist nicht unbedingt eine Notwendigkeit, es vereinfacht allerdings den Decoder und bringt den gewünschten Effekt. Wenn es um Langlebigkeit geht, ist dies nicht der ideale Weg. Bei einer entsprechenden Auslegung der einzelnen Komponenten, darauf weisen die Hersteller immer wieder hin, ist die PWM die zweckmäßigste Motorsteuerung. Ich habe meine Langzeiterfahrungen gemacht, die Ergebnisse waren verkohlte Kollektoren, angeschmorte Wicklungen, ausgeleierte Lager, gebrochene Kunststoffzahnräder, funkenerodíerte Radlaufflächen, verglühte Stromabnehmer, geschmolzene Lokgehäuse und viel Ärger. Meine Erkenntnisse daraus sind recht einfach, unter industriellen Anforderungen wäre nicht eine Lok zu verkaufen gewesen. Praxistest heißt für mich Rüttelprüfung, Klimakammer, 1000h Belastung - natürlich habe ich das nie gemacht.
Das is es was ich an Fremo so "schätze", man läuft der technischen Entwicklung hinterher um dann irgendwann einen Konsens der einfachsten Art zu präsentieren. Seit einigen Jahren laufe ich auch mit einem Handregler mit einem dicken Poti und richtig knüppeligen Schaltern dem "Zug" hinterher. Das Ding ist schnurlos, die Schienen ebenso. Oder nehmen wir Fremo und H0pur. Als Gerard die Br38 und Br78 und noch viele mehr mit maßstäblichen Rädern ausstatte, wo war da Fremo? Man machte so allerlei Verrenkungen um den Spielzeugherstellern zu erklären was eine Norm sei, als diese bereits ihre Spielzeugnormen im Modellbahngeschäft fest verankert hatten.
ich glaube, was den Fremo betrifft, reden wir aneinander vorbei. Ich habe Erfahrungen mit dem Fremo:87 und wenigen "Normal-Fremoikanern". Du scheinst Deine Erfahrungen zu einer anderen Zeit und mit anderen Leuten gemacht zu haben.
Lenz bietet auch einen Regler mit einem schönen Drehgeber an. Der "große" Regler von Lenz hat aber tatsächlich keinen Drehregler. Wie oft (auch in Relation zu fast allen anderen Handreglern, die einen Drehregler besitzen) und warum der gekauft wurde, entzieht sich allerdings meiner Kenntnis.
Was wir jetzt auf jeden Fall noch bearbeiten müssen, ist der Faulhaber-Regler von Teichmann. Analog mit Lastregelung. Link 1 zum Teichmann-Regler und Link 2 zum Teichmann-Regler. Meiner Meinung nach müsste der mit PWM arbeiten. Wie soll sonst die Messung der Gegen-EMK stattfinden? Offensichtlich muss er also mit hochfrequenter PWM arbeiten, ähnlich moderner Decoder wie Zimo oder ESU (20 oder 40kHz). Aber warum soll das dann - laut dem Zeitungsartikel - nur mit Glockenankermotoren funktionieren, wenn es doch - siehe Decoder - auch mit Eisenankermotoren funktioniert?
Hallo Robert, ich denke mit Fremo87-Freunden kann man sehr gut über diese Themen reden. Digitaldecoder ohne PWM habe ich noch nicht kennengelernt. Richtig ist, dass die Strommessung nur in den Impulspausen erfolgen kann. Dank der schnellen Elektronik ist die Pausenlänge, also die Länge der Gegen EMK zweitrangig. Wichtiger ist eine saubere Kurvenform des zu messenden Pulses. Maxon empfiehlt daher für eine genaue Drehzahlmessung andere Verfahren, wie Encoder oder Tachogenerator. Ähnlich verhält es sich bei BLDC-Motoren ohne Hellsensoren. Das die Lastregelung bei Eisenankermotoren funktioniert, beweist die Praxis. Wie genau diese ist, weiß ich nicht. Gruß Wolfgang
kann auch sein, dass man zur Zeit des Artikels - 1985 - noch nicht so viel Ahnung von der Ansteuerungstechnik hatte wie heute und es deshalb zu solchen Aussagen gekommen ist.
ZitatDigitaldecoder ohne PWM habe ich noch nicht kennengelernt.
Ich auch nicht (wie ich schon weiter oben schrieb). Wie kommst Du darauf?
Deine Langzeiterfahrungen aus Beitrag #15, sollten die eigentlich in Bezug zur PWM stehen, oder generell die Langlebigkeit mancher industrieller Produkte beschreiben?
ZitatDie Gegen - EMK tritt bei jedem Motor auf, sobald er von der Spannungszufuhr abgeschaltet wird, währen er noch weiterläuft.
Sorry, aber das ist falsch dargestellt.
Die Gegen-EMK ist die Induktionspannung durch die Bewegung der Anker-Spulen durch die Magnetfelder des Motors.
Die Gegen-EMK titt auf, sobald sich der Motor dreht und führt zu einer Reduktion der Stromaufnahme mit Zunahme der Drehzahl wegen (Versorgungsspannung - Gegen-EMK) / Spulen-Widerstand.
Viele Grüße Bernhard ------------------------------------------------ Spurweite: H0 und N, Epoche +/- IIIb, DB, SBB, BLS, ÖBB, SNCF, FS, ESU ECoS I + II, ESU-Programmer, ESU-Prüfstand, Roco-Multimaus, Digital 2-Leiter, Decoder: ESU, Lenz, D&H, Zimo, Märklin, Sounddecoder, TrainController 8 Gold, Wintrack 15 ...
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Schwungmassen, Eisenlose Motore, Digitalsteuerung
15.06.2016 15:05 (zuletzt bearbeitet: 15.06.2016 15:06)
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Antworten
. Und bei einem "normalen" Motor ist es doch gut, wenn die Schwungmasse etwas über die "Zwischenräume" der Kollektorflächen hilft. Warum meinst Du, dass das nicht funktioniert und sich weder optische noch mechanische Verbesserungen einstellen? Hast Du das getestet?
Und in der nächsten Woche - wenn endlich mal die Teile vom Elektronikversender ankommen - werden wir auch sehen, was sich damit für Fahreigenschaften realisieren lassen.
