Drehgestellantrieb mit Minimotor für Tatramodelle in HO

von RDM - rdmodel

geändert: 2012_01_18

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Inspiriert durch Diskussionen im Forum von Jans Modellstraßenbahnseiten, hatte ich mir das Ziel gesetzt, einen Antrieb zu konstruieren, welcher in die Drehgestelle der Tatras passt.

Dieses Ziel ist mittlerweile erreicht.

ÜBERSICHT:


1. aktueller Stand

2. Motoren

3. Elektronik zur Spannungsanpassung von 12V auf 2V

4. Getriebe

5. Stromabnehmer

6. Resüme


Video:
Demo Drehgestellantriebe mit elektronischer Spannungsanpassung vom 04.04.2010
Demo Belastungsprobe mit 100 Ohm Vorwiderstand und Reienschaltung der Motorern
Ein paar Weitere Infos sind auch noch hier zu finden: Tatra Drehgestellantrieb mit Minimotor

1. aktueller Stand:

Hier das komlett aufgebaute Fahrgestell des T4D. Beide Drehgestelle sind angetrieben,

Bild

Und hier die Drehgestelle:

Bild

Video Drehgestellantrieb Stand 2012
Demo des fertigen Drehgestellantriebes, der im TW 462 eingebaut ist.


Hier noch älterre Videos aus der Entwicklungszeit:


Demo Drehgestellantriebe mit elektronischer Spannungsanpassung vom 04.04.2010
Demo der Drehgestellantriebe in Parallelschaltung

Demo Belastungsprobe mit 100 Ohm Vorwiderstand und Reienschaltung der Motorern
zum 2. Video mit Reihenschaltung der Antriebe Entschuldigt die schlechte Qualität - habe derzeit nur einen Fotoapparat.
Versuchsaufbau - Drehgestellantrieb mit Minimotoren aus einer Oral-B Vibrationszahnbürste.
Zwei verschiedene Drehgestelle mit einer Übersetzung von ungefähr 1:40 treiben die T4D Bodengruppe an. Beide Motoren sind in Reihe geschalten. Zusätzlich in Reihe ein 100 Ohm Widerstand. Als Vergleich dient das BEKA - MAN A8 Modell, das mit einem handelsüblichen Antrieb fährt.

2. Motoren:
Versuche mit den ca. 1,5V - Motoren haben ergeben, dass diese ziemlich robust sind und bei kurzer Überspannung nicht gleich durchbrennen" . Allerdings scheinen die Zahnbürstenmotoren ziemlich zu streuen. Manche laufen gut, andere wiederum von Anfang an geräuschvoll und langsamer. Außerdem sind diese Motoren offenbar nur ein Billigprodukt, welches sich relativ schnell verschleißt. Ich bin gespannt, ob die englischen 6V Motoren besser halten.

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3. Elektronik:
Die von mir aufgebaute Elektronik ist jetzt in einer extra Seite neu gestaltet. Ich lasse den unteren Abschnitt aber informativ stehen.

Aus Datenblättern ähnlicher Motoren (bei Conrad) ist zu entnehmen, dass diese bis zu 250mA vertragen.
Die Motoren kann man übrigens bei Conrad oder besser bei Sol-Expert kaufen. In Österreich hab ich noch einen Händler gefunden, der ähnliche Motoren zu 50ct vertreibt neuhold-elektronik. Meine Motoren entstammen den Oral B Vibrationszahnbürsten.
Da die Motoren an 12V (bis 16V) betrieben werden sollen, ist eine Spannungsreduzierung notwendig. Ich habe 2 Varianten getestet.

1. Reihenschaltung mit einem Widerstand (diese Schaltung habe ich letztlich nicht umgesetzt):

!!! Die Werte in der Zeichnung sind geschätzte Werte für 6V Motoren. !!!

Die Reihenschaltung ist einfach aufzubauen und liefert brauchbare Ergebnisse. Probleme gibt es, da sich der Motorwiderstand mit der Drehzahl ändert. Zum Schutz der Motoren habe ich deshalb 2 antiserielle 3V Z-Dioden vorgesehen. Beim Einsatz von 2 Antrieben, ist es sinnvoll die Motoren in Reihe zu schalten. Der Widerstand muß eine ganze Menge Energie in Wärme umwandeln und sollte mindestens 2 Watt vertragen. Ich habe 68 - 100 Ohm 4 Watt Widerstände benutzt. Er muß so angeordnet werden, dass Plastikteile nicht zu heiß werden. Der Höchststrom liegt bei dieser Schaltung bei ca. 150 mA.

Ungünstig bei der Reihenschaltung mit einem Widerstand ist, das Anlaufverhalten der Motoren. Diese haben im Stand nur den ohmschen Widerstand der Windungen. Dreht sich der Motor, dann kommt der induktive Widerstand hinzu. Das bedeutet für die Reihenschaltung, dass beim Anfahren die meiste Energie am Vorwiderstand verbraten wird und nicht an den Motoren. Dadurch laufen die Motoren etwas spät an.

Mechanische Probleme bei 2 Antrieben, die sich ergeben, wenn ein Drehgestell blockiert oder eins durchdreht, sind eher vorbildgerecht. Wenn ein Gestell anfängt zu fahren, zieht es das andere mechanisch mit und dieses läuft dann mit annähernd gleicher Geschwindigkeit, vorausgesetzt, die Mechanik läuft einwandfrei

2. elektronische Spannungsanpassung mit Transistoren:

Die von mir aufgebaute Elektronik ist jetzt in einer extra Seite neu gestaltet.
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4. Getriebe:
Zur Übersetzung:
Laut dem Datenblatt bei Conrad laufen die Motoren zwischen 1 und 3V und haben da eine Drehzahl von 15000 bis 45000 U/min. Eine rechnerische Übersetzung von ca. 1:70 kommt einer Modellgeschwindigkeit von ca. 70km/h (22cm/sec in HO) relativ nahe. Letztlich habe ich mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen rumprobiert und bin jetzt bei ca. 1: 45 bis 48 angelangt. Damit hat das Modell auch noch ein bischen Reserve, denn man muß ja auch noch die Gewichte des Wagenkastens und BW beachten.

Letztlich ist die Geschwindigkeit auch sehr von der Güte des Getriebes und dem Zustand des Motors abhängig.

Die Getriebeteile bestehen aus geätztem Neusilberblech, Zur Isolation dient Leiterplattenmaterial. Zahnräder und Schnecken habe ich aus Delo Duopox 1895 gegossen.

Die Gestellteile sind alle nur durch Rasten verbunden. Der Drehschemel besteht aus 0,3mm GFK. In der Mitte befindet sich ein Kunststoffröhrchen durch welches die Verdrahtung für den Motor geführt wird. Das wird von den Seitenteilen oben verklemmt und bildet den Drehzapfen. Die Seitenteile haben am Drehzapfen Nasen, womit das Drehgestell im Waqenboden gehalten wird.

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Bild

5. Stromabnehmer:

Um die Reibung bei den kleinen, leistungsschwachen Motoren gering zu halten, habe ich die bewährte Methode der Stromabnahme ohne Schleifer, direkt über die Achsen und Gehäuseteile angewandt. Etwas knifflig war dabei die Isolierung der beiden Rahmenseiten mit Hilfe von Leiterplattenmaterial.

Die Stromübertragung erfolgt über die mittig isolierten Achsen direkt auf die Getriebeseitenteile. Die oberen Fahnen der Seitenteile bilden zusammen mit einem Kunststffröhrchen den Drehzapfen. Rechts und links der Drehzapfen sind im Wagenboden Kontaktfedern angebracht, welche den Strom zur Anpassungselektronik weiterleiten. Dort wird die Spannung auf 2V herabgesetzt und dann an Steckbuchsen im Wagenboden geführt. An die Steckbuchsen werden die Leitungen des Motors angeschlossen, welche durch das Innere des Drehzapfens verlegt sind.

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6. Resüme:

Ich habe die Antriebe jetzt schon eine ganze Weile im Einsatz. Die leistungsschwachen Motoren sind durchaus in der Lage eine Modellstraßenbahn zu bewegen. Für einen einzelnen Wagen würde ein Drehgestell reichen, wenn ein Beiwage gezogen werden soll, rutscht dieser aber ziemlich schnell und Haftreifen beeinträchtigen die Stromabnahme. Der Einsatz von 2V Motoren erfordert eine Spannungsanpassung. Diese erzeugt allerdings Wärme. Ich habe da sehr lange rumprobiert, um brauchbare Ergebnisse zu erziehlen. Letztlich fahren die Modelle annähernd mit Modellgeschwindigkeit (60 - 70 km/h). Das Ziel, die vorhandenen Bausätze nicht zu verändern habe ich prinzipiell erreicht. Lediglch kleinere Ausbrüche unter den Sitzen mußten gemacht werden, da ich die Verdrahtung nicht nochmal erneuern wollte.

Übrigens sind die Motoren in vielen Geräten eingebaut beispielsweise:
Oral-B Vibrationszahnbürste
Handyvibrationsmotoren Miniracer (Spielzeugauto) Minihubschrauber Ich habe hier Motoren mit 6x10mm Abmessung eingebaut. Beste Grüße rdmodel - Ralf

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