Sind Schwungmassen bei Modellbahnfahrzeugen wirksam?

  • Hallo!
    Wolfgang B schneidet das Thema der Stromunterbrechung bei Modellfahrzeugen an.
    Die Abhilfe der Modellfahrzeughersteller ist die Schwungmasse.
    Warum ist noch keiner auf die Idee der induktiven Energieübertragung gekommen
    bei H0 Modellen?
    Damit könnte man die Stromübertragung wenigstens theoretisch verbessern.
    MfG

  • Da Du das schon mal gefragt hast, hast Du denn eine eigene Idee?


    Ich kenne von den Mandelaugen Versuche, diese Art des Antriebes industriell zu etablieren. Das dürfte allerdings
    daran gescheitert sein, daß ein Normalo die Modellbahn dann nicht mehr bezahlen kann.


    Gruß, Peter

  • Hallo!
    An Ideen mangelt es nicht. In fernen Ländern (Japan) gibt es bereits so etwas.
    "Takara Tomy Linear Liner - ein echter Maglev in ungefähr H0"
    Auch könnte ich mir vorstellen die etwas in die Jahre gekommene Schiebebühne
    von Brawa (H0) sowie deren Containerterminal mit der Technik der induktiven Ener-
    gieübertragung auszurüsten.
    Was Heute schon bei Elektoautos mit Ladetechnik ohne Anschlußkabel eben mit
    der induktiven Energieübertragung funktioniert müßte auch auf die Modellbahn über-
    tragbar sein.
    Auch gibt es Straßenbahnen (ohne Fahrdraht) mit eben dieser Technik.
    MfG


  • Hallo Wolfgang K!


    Für die Strassenbahn bitte Beispiele nennen.
    Du kannst mit dieser Technologie zwar Deine elektrische Zahnbürste und neuerdings auch Deine Glasplatte aufladen, aber für eine richtige Strassenbahn langt das Qi wohl doch nicht so ganz: https://www.wirelesspowerconso…scular-electronic-devices
    Und für Modellbahnen gilt nach wie vor; die einschlägigen Moba Anbieter versuchen durch elektronische Spielereien von mangelhaft ausgeführter Mechanik rsp. Elektromechanik abzulenken.
    Darunter fallen auch mangelhaft ausgeführte Schleifkontakte mit ihrem gewissen Grad an Unzuverlässigkeit bei Schiebebühnen.
    Für eine zufrieden stellende Funktion eines Containerkrans bedarf es, den physikalischen Naturgesetzen gemäß, einer gewissen Präzision der Mechanik. Und bei Mechanik hat die heutige Generation der Konstrukteure wohl einen gewissen Grad der Unkenntnis der physikalischen Zusammenhänge erreicht ... ?(



    @ Wolfgang B
    Wolfgang, ich möchte mit der Schwungmasse nicht bremsen, sondern Masse darstellen. Soll heißen ich möche den möglichst lange beibehalten, im Idealfall (den gibt es natürlich nicht) soll das Fahrzeug sozusangen als Perpetuum Mobile (das gibt es erst recht nicht) ewig und 3 Tage rollen.
    Da es die o.a. Faktoren in der Realität nicht gibt, werde ich wohl oder übel zugucken müssen wie mir die Reibung und sonstige Diebe den schönen Schwung stehlen und das Fahrzeug dann schliesslich zu Stehen kommt. Das wir dann, wie Du es schon angeführt hast in etwa der Form einer rückwärts zum Nullpunkt laufenden Exponentialkurve geschehen.
    Der von Wener von Siemens erfundene Strassenbahnwagen in konventioneller Form ist ein schönes Beispiel. Wenn der wagen auf eine gewisse Geschwindigkeit beschleunigt ist und man den Fahrschalter auf 0 kurbelt, dann rollt der Wagen einfach dahin. Irgendwann wird er zum Stehen kommen, aber die nächste Haltestelle ist schneller da. Also muß der ganze schöne Schwung durch Bremsen, nicht vernichtet siehe Erhaltungssatz der Energie, sondern in Wärme umgewandelt werden. Zuerst geschieht das mit der Widerstandsbremse mit der ich den Wagen dann geregelt herunterbremsen kann und erst auf den letzen Metern mit der mechanischen Bremse. Beide Bremssysteme kann ich regeln. Der Regler bin in dem Fall ich.


    Auf die Modellbahn bezogen, kann ich hier ebenfalls mit einem geeigneten analogen Fahrgerät eine geregelte Bremsung über Widerstände machen. Brutalste Möglichkeit wäre das Umpolen des Fahrstroms was denn aber auf den Kollektor, so wie die Bürsten geht und deren Lebensdauer drastisch herunter setzt. Auf eine mechanische Bremse kann ich bei H0 verzichten, das besorgt dann die Reibung, welche in Relation zum Vorbild vergleichsweise erheblich erhöht ist.


    Das von Dir gezeigte Motörchen ist eines vom sog. 030 Typ. Dieser Motor wird von verschiedenen Anbietern gefertigt und die Skala reicht vom üblen Rastefix bis zum Sanftanläufer bei dem kein fühlbares Rastmoment festzustellen ist. Als Beispiel von Mabuchi:
    http://www.mabuchi-motor.co.jp…talog.cgi?CAT_ID=sh_030sa
    Die Schwungmasse hat hier, wie schon von Dir erwähnt, eine reine Alibifunktion.

  • Hallo!
    In Frankreich gibt es in mehreren Städten Straßenbahnen ohne Fahrdraht mit induktiver
    Energieübertragung.
    Sraßenbahn ohne Oberleitung in Reims - Frankreich (Video).
    Tram de Bordeaux Tramway Alstom Citadis.
    Auch gibt es in Frankreich ein Straßenbahnsystem Translohr in mehreren Städten mit nur
    einer Schiene. Allerdings ist die Stromübertragung konventionell mit Fahrdraht.
    MfG

  • Also Wolfgang K!


    Bordeaux hat dieses System: https://de.wikipedia.org/wiki/Alimentation_Par_Sol
    Wie aus dem Text hervorgeht, ist es nicht induktiv, sondern ein Mittelleiter mit zeitweise anliegender Spannung.
    Reims benutzt das gleiche System: https://de.wikipedia.org/wiki/Stra%C3%9Fenbahn_Reims
    In beiden Städten ist der Innenstadtbereich mit Mittelleiter versehen und die Stromabnahme erfolgt schleifend. Die Aussenbereiche sind aus Kostengründen mit konventioneller Oberleitung versehen.
    Nur was Klaus E verlinkt hat ist tatsächlich eine berührungslose induktive Stromübertragung. Bislang habe ich hier nur einen zeitweiligen Versuchsbetrieb auf einer kurzen Strecke in Augsburg finden können wo man das System getestet hat: https://de.wikipedia.org/wiki/…_Augsburg#Projekt_Primove
    https://de.wikipedia.org/wiki/Stromschiene#Primove

  • Hallo!
    Die Schwungmassen bei Modelltriebfahrzeugen sind nur ein "Notbehelf".
    Ich spreche vom sogenannten freien "Auslauf"; den es bei mit Elektomoteren
    angetriebenen Fahrzeugen nicht gibt. Ein sich leer drehender Elektromotor
    wird immer als Generator Spannung erzeugen welches ein gewisses aber
    minimales Bremsmoment erzeugt.
    Diese technische Gegebenheit wird ja bei ESU-Decodern bei der sog. Ein-
    meßfahrt zum parametrieren des Decoders verwendet.
    MfG


  • Hallo Wolfgang K!


    Den sog. "freien Auslauf" gibt es praktisch nicht, da ist immer die Reibung davor. Den "Freien Auslauf" kann man also nur theoretisch betrachten.
    Und hier hat der Märklin Hauptstrommotor theoretisch ganz gute Karten. Wenn der Strom abgeschaltet ist (hiermit meine ich offene Klemmen), existiert auch kein Magnetfeld im Stator und er könnte lange, lange auslaufen. Wenn da nicht auf der praktischen Seite die Reibung und die oft schluderige Fertigung wäre.
    Das im vorherigen Beitrag angeführte Beispiel alte Stassenbahn ist so eines aus dem Großbetrieb für freien Auslauf. Hier ist aber die lineare Massenträgkeit die bestimmende Komponente wo dann noch als wesentlich kleinerer Anteil die rotierende Masse der Fahrmotoranker hinzu kommt.


    Ein Gleichstrommotor mit Permanentmagneterregung konventioneller Bauart, ein sog. Eisenankermotor, wird nicht nur durch die Lagerreibung, sondern auch durch sein weiterhin auch bei abgeschalteten Strom vorhandenes Magnetfeld abgebremst


    Ein Glockenankermotor ist zwar auch ein Gleichstrommmotor mit Permanetmagneterregung, aber hier ist der Witz, daß der Anker eisenlos ist und nur aus einer sich drehenden glocken- oder becherförmigen Spule besteht. Wenn hier der Strom abgeschaltet ist und die Klemmen offen, besteht keine magnetische Hemmung mehr. Hier sind tatsächlich die Lagerreibung und das Massenträgheitsmoment die bestimmenden Faktoren. Das Massenträgheitsmoment kann man künstlich durch eine Schwungmasse erhöhen und kommt so auch praktisch auf erstaunlich lange Auslaufzeiten.


    Für Modellbahnantriebe H0 kommt diese Kombination Glockenankermotor + Schwungmasse der Idealvorstellung "freier Auslauf" am nächsten.


    Was die Esu Einmessungen und automatische Einstellung der PID-Paramenter betrifft, nun da habe ich ganz schlechte Erfahrungen damit gemacht und sage mal das funktioniert suboptimal. TCS hat da ein besseres Verfahren was auch tätsächlich funktionier und gute Ergebnisse bringt.

  • Hallo!
    Den koventionellen Motor kann man nicht ändern; außer man hat einen eisenlosen Faulhaber-
    oder Glockenankermotor.
    Auch kann mit diesem ein theoretisch freier Auslauf erzeugt werden, da dieser Schlichtweg
    keine Spannung im Auslaufen erzeugen kann ohne Eisen bzw. Magnetfeld.
    MfG

  • Hallo Lutz,
    zunächst einmal hat die Modellbahnindustrie mit Hilfe der Schwungscheibe das Massenträgheitsmoment, welches beim Vorbild für das Beschleunigen und Bremsen von Bedeutung ist, nicht simulieren wollen. Wir sind uns darin einig dass:
    a) das Massenträgheitsmoment ist nicht identisch mit dem Bremsweg.
    b) der Bremsweg von 1000m des Vorbilds, lässt sich nicht ins Modell übertragen.


    So ergibt sich die Frage, welche Masse nun simuliert werden soll.
    Darüber nachzudenken welchen Auslauf ein Modell haben könnte, dass nur durch seine Masse die Auslaufzeit bestimmt, ist müßig,
    da bereits die Masse nicht unbedingt identisch, mit der (nach Umrechnung) des Vorbilds sein muss.


    Nach DB Systemtechnik, Peter Spiess,
    http://www.ids.uni-hannover.de…/SFZ/Fahrdynamik_2006.pdf
    erfüllt nur der Elektromotor die an ein Fahrzeug gestellten Forderungen:
    1. Hohes Drehmoment bei v-0
    2. Fallende Zugkraftkennlinie für die Fahrt mit v-const.


    Hierin unterscheidet sich das Modell nicht vom Vorbild.
    Warum willst Du diese Vorteile aufgeben?


    Besonders "unhandlich" wird die Berücksichtigung des Massenträgheitsmomentes beim Anlauf des Fahrzeugs.
    Das Massenträgheitsmoment ist zunächst eine statische Größe, der noch die Rotationskräfte der Räder und der Luftwiderstand bei
    der Beschleunigung hinzugerechnet werden müssen.
    Diese Parameter in eine Schwungscheibendimensionierung zu integrieren wäre möglich, dieselbe nähme jedoch Ausmaße an, über die wir
    hier wohl kaum diskutieren, besonders im Hinblick auf die Geschwindigkeitssteuerung und dem Abbremsen.
    Wie aus der noch einmal aufgearbeiteten Grafik, passend für das Modell Projekt von Peter, zu ersehen, tritt eine signifikante
    Wirkung der Rotationsmasse erst bei höheren Drehzahlen auf. Man vergleiche die beiden Flächen und betrachte sie als Energieinhalte.
    In dem orangenen Bereich ist bei der Modellbahn, aus genannten Gründen, eine Energiespeicherung im Prinzip unerwünscht.



    Hier soll auch der Praktiker in mir zu Wort kommen:
    Ich bin sehr froh darüber, wenn ich einen Zug sehr schnell zum Halten bekomme. Das verhindert Schäden durch Zusammenprall, Kurzschlüsse
    durch Überfahren falsch gestellter Weichen oder Einfahren in Blöcke die noch nicht befahren werden sollen.
    Das ich es bei Experimenten immer eilig habe, wird damit auch meine Ungeduld besänftigt.
    Gruß Wolfgang


    Nachtrag zu meinem Namensvetter
    Der Glockenankermotor hat tatsächlich praktisch keinen Auslauf, das hat nichts mit dem Generatoreffekt zu tun.
    Natürlich kann man den Motor als Generator nutzen, man denke an Tachogenerator.
    Das Magnetfeld ist im Gegensatz zum Spielzeugmotor hochwirksam, da die besten und teuersten magnetisierbaren Materialien für den Stator verwendet werden.
    Ich kann mir nicht vorstellen wie man aus der EMK vernünftige Werte für ein v/t-Diagramm, sprich Parameter für eine Steuerung gewinnen kann.
    Die induktive Stromübertragung ändert nichts an der Problematik der Fahrdynamik an Modellfahrzeugen.
    Wenn Peter einwendet, dass dies zu teuer sei, so möchte ich einwenden, dass mich die entsprechenden Bauteile dafür 50,-Euro kosteten.
    Teuer ist wenn man jahrelang als Mobahersteller mit einem BLDC-Motor herumexperimentiert ohne zu einem brauchbaren Abschluss zu gelangen.
    Nochmals seid gegrüßt
    Wolfgang

  • Hallo!
    Um einen Zug zum Halten zu bekommen (Gefahr) gibt es das "Not aus"; sonst nimmt das
    Ereignis seinen Lauf. Sinnigerweise hat man einen solchen Schalter an mehreren Stellen der Modellbahn;
    und kann so unliebsamen Ereignissen vorbeugen auch bei Ungeduld.
    MfG

  • Hallo Wolfgang B!


    Solche Publikationen: http://www.ids.uni-hannover.de…/SFZ/Fahrdynamik_2006.pdf sind für den Vorbildbetrieb sinnvoll und auch notwendig, aber für den Modellbahnbetrieb sind sie schlicht ein Overkill. Die dort aufgeführten dynamischen und kinetischen Faktoren gibt es auch im 1:87 Modell.
    Aber:
    Mathematisch ist bei vielen Faktoren deren Vorhandensein nachweisbar.
    Physikalisch krebsen sie bestenfalls an der Nachweisbarkeitsgrenze.
    Beim ingenieursmäßigen Ansatz kann man sie vernachlässigen.
    Und der Modellbahner braucht sich z.B. über den Luftwiderstand von innenbelüfteten Scheibenbremsen keinen Kopp zu machen.
    Wie schon in einem früheren Beitrag erwähnt, sind solche Ansätze für die Modellbahn mit großer Vorsicht zu betrachten. Immer an das Fadenpendel denken, daß sich zwar von den Abmessungen, hier Fadenlänge, her maßstäblich verkleinern lässt, aber das kleinere Modell will partout nicht die exakten zeitlichen Abläufe (Amplitudendauer) seines größeren Pendants nachvollziehen. Es folgt hier nur den Naturgesetzen.


    Wie Du schon erkannt hast reagiert ein Modellgüterzug nicht so wie das große Vorbild. Und wie ich schon erwähnt habe sind Modellbahnmotoren in der Regel leistungsmäßig überdimensioniert. Sie können so einen Modellzug ohne weiteres mit großen Beschleúnigungswerten anreißen. Hier kann dann eine Schwungmasse dämpfend eingreifen. Beim Anhalten habe ich das Negativbeispiel TRIX-EXPRESS auch schon erwähnt. Hier kann eine Schwungmasse verhindern, daß sich nach einem Auslauf von -0 (Minus Null) die Wagen hinter der Lok türmen.
    In beiden Fällen hat die Schwungmasse nebenbei eine erzieherische Wirkung indem sie auch dämpfend eingreift.
    Hier kann ich dem Pendel sozusagen eine künstliche Verlängerung seines Fadens verschaffen.



    Und praktisch gesehen betreibe ich die Glockenankermotoren meiner Umbauten Digital. Und praktisch gesehen ist es eine Einstellungssache der PID Regelparameter des Decoders einen Glockenankermotor mit Hilfe der Auswertung von BEMF (EMK) auch unter ungünstigen Bedingungen zum geregelten Laufen zu bringen. Hier baue ich aber schon lange keine Schwungmassen mehr ein, sondern mache eine Massesimulation über die Einstellungen des Decoders. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung ist dabei eine Grundvoraussetzung. Man kann einiges durch Speicherkondensatoren abfangen, sozusagen eine elektronische Schwungmasse, aber nicht alles. Des weiteren betreibe ich meine Loks mit 100% Regelung.
    Bei vielen Decodern lässt sich der Regelungsanteil in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrstufen zurücknehmen; bis hin zu einem selber definierten Bereich wo der Motor dann ungeregelt läuft. Damit hat man hier auch auf Wunsch das elastische Fahrverhalten des Vorbilds mittels elektronischer Einstellungen nachgebildet. Die Feinheiten würden jetzt ein separates Thema erfordern.


    Experiment für den Digitalbetrieb:
    Papiertaschentuch über das Gleis ausbreiten.
    Lenz Köf nehmen.
    Schön langsam auf das Papiertaschentuch fahren bis die Lok komplett auf dem Taschentuch steht.
    Anhalten.
    Fahrtrichtung ändern und schön langsam rückwärts wieder vom Taschentuch herunter fahren. ;)


    BLDC Motoren und analoge Märklinisten.
    Auch ich finde es bedauerlich, daß der BLDC Motor für Modellbahnzwecke verbrannt ist. Diese Motoren halte ich für zukunftsweisend, aber nur in Verbindung mit dem Digitalbetrieb. Hier steht dann auch die notwendige Versorgungsspannung zur Verfügung.
    Analog lassen sich mit BLDC Motoren bestenfalls Notlaufeigenschaften machen. Das aber haben die Göppinger versäumt ihrer Kundschaft mitzuteilen. Ob es ein Fehler des Marketings war oder ob sie einfach nur an ihrer schwäbischen Sparwut gescheitert, sind bleibt dahin gestellt.

  • Hallo!
    Nicht alle Modellbahnmotoren sind überdimensioniert, sondern häufig ist das
    Gegenteil der Fall - aus Preisgründen oder zu geringem Platz im Modelltriebfahr-
    zeug.
    BLDC Motoren wollte Sven Heydecke von Kombimodell (Sewag) an seinem geplan-
    tem Deutzdiesel verwenden !
    MfG

  • Hallo
    das Thema lässt sich ja ungemein erweitern.
    Meine Versuche mit dem BLDC-Motor zeigen, dass da analog im Sinne von Spannungsregelung über das Gleis nichts zu machen ist.
    Drei Funktionen müssen extern angesteuert werden.
    Richtungswechsel
    Startsignal
    Frequenzgang
    All diese Funktionen können mit Analogsignalen, also einem Impuls, geschaltet werden.
    Da der 1Q-Regler die Motorfrequenz selbst erzeugt, ist auch hier der Stellwert analog einzugeben.
    Und das ist das Problem mit einer Digitalsteuerung!!
    Die Betriebsspannung hat natürlich keinen direkten Einfluss auf die Drehzahl, in meinen Versuchen allerdings Einfluss auf
    das Drehmoment.
    Für weiterführende Informationen dazu bin ich jederzeit dankbar.
    Gruß Wolfgang

  • Hallo Wolfgang B!


    Ja Analog ist mit dem BLDC-Motor nichts zu wollen, weil der eine gewisse Mindestspannung braucht damit dessen elektronische Ansteuerung überhaupt erst arbeiten kann.


    Was Digital betrifft:
    http://nmra.org/sites/default/files/s-92-2004-07.pdf
    http://nmra.org/sites/default/…p/pdf/S-9.1.2_2012_07.pdf
    http://nmra.org/sites/default/files/s-9.3.2_2012_12_10.pdf
    Nur um einmal zu zeigen, daß bei DCC ständig eine Spannung vorhanden ist. Überlagert mit hochfrequenten Datenpaketen. Die Einzelheiten brauchen uns als User nicht alle zu interessieren, das ist eher Futter für Informatiker.


    Die gewünschten Funktionen für die Ansteuerung des BLDC können alle auch Digital übertragen werden. Du brauchst dann nur einen Übersetzer, Decoder genannt, der Dir diese Digitalen Datenpakete dann wieder in (Analoge?) Signale für die BLDC Ansteuerung umwandelt. Und genau da liegt der Hase im Pfeffer begraben. Mit ist z. Zt. kein DCC Decoder für BLDC Motoren bekannt.


    Märklin hat ja aus lauter Angst vor Kompatibilität ein anderes Datenformat. Die damals erhältlichen Trix Lokomotiven mit BLDC Motoren haben nach meiner Kenntnis eine Elektronik verbaut welche mit einer 3-maligen Übersetzung der Daten arbeitete; d.h. die Datenformate wurden in der Lok 3-mal umgewandelt.
    Als Analogievergleich wie wenn die wackeren Schwaben beim Chinesischen Geschäftspartner mit 3 Dolmetschern auftauchen. Als Nebenwirkungen liefern die Chinesen dann beispielsweise Ruckelmotoren nach Waiblingen ...