Drehgestellantrieb mit Minimotor für Tatramodelle in HO

geändert: 2010_11_20

Inspiriert durch Diskussionen im Forum von Jans Modellstraßenbahnseiten, habe ich mir das Ziel gesetzt, Einen Antrieb zu konstruieren, welcher in die Drehgestelle der Tatras passt. Ziel ist es den Antrieb so zu integrieren, dass ein Umbau des Modells nicht notwendig wird und lediglich die Drehgestelle ausgetauscht werden müssen.

ÜBERSICHT:

1. aktueller Stand

2. Motoren

3. Elektronik

4. Getriebe

5. Stromabnehmer

6. Resüme

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.

3. Elektronik:
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:

!!! 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:

Ich habe die 12V Betriebsspannung über eine Transistorschaltung auf ca. 1,5V abgesenkt. Durch die Schaltung ist die Spannung am Motor proportional zur Betriebsspannung, was mit den Serienwiderständen nicht der Fall ist. Beim Anfahren hat der Motor somit auch die volle Leistung zur Verfügung. Der Vorteil liegt im besseren Anlaufverhalten. Nachteilig ist allerdings der große Platzbedarf und die Wärmeentwicklung.

Hier die Schaltung:

Der Transistor wird dabei durch den Spannungsteiler gesteuert und liefert eine der Eingangsspannung proportionale Ausgangsspannung. Die Schaltung muß natürlich doppelt, für beide Richtungen, aufgebaut werden. Anpassung für andere Spannungsverhältnisse ist über die Widerstände möglich. Die 30 Ohm Widerstände dienen nur dem Überlastschutz und haben im Normalfall wenig Einfluß. Die Elektronik ist zwischen 2 Kühlblechen verschraubt und zwischen den Drehgestellen des Tatras angeordnet. Die 30 Ohm Widerstände sind in extra Kästen vor den Drehgestellen angeordnet. Dem Wärmeschutz für die Plastikteile dienen Kartonkästen, in welchen alles angeordnet ist.

Die Schaltung funktioniert seit längerer Zeit problemlos, ich hab jetzt eine 2. mit zusätzlich integriertem LM317 zur Beleuchtungsreglung aufgebaut. Auch diese funktioniert gut. Leider ist das ganze aber nur ein Kompromiß, der den Vorteil der kleinen Motoren eigentlich wieder zunichte macht. Besser wäre es, 12V Motoren einzusetzen.

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 angelangt. Damit hat das Modell auch noch ein bischen Reserve, denn man muß ja auch noch Gewichte einbauen, damit ein BW gezogen werden kann.

5. Stromabnehmer:
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.

Die Gestellteile sind alle nur durch Rasten verbunden, wobei ich da noch am Verbessern bin. Der Drehschemel besteht aus 0,3mm GFK und soll später mal nur gerastet werden. In der Mitte befindet sich ein Röhrchen eines Wattetupfers. Das Material ist sehr dünnwandig. Dadurch lassen sich die 4 Drähte problemlos durchfädeln. Oben aufgebogen, hängt das ganze Gestell schon fertig im Wagenkasten.
Na ja das ist jetzt noch das Handycap, dass es die Motoren noch nicht als 12V-Variante gibt. Dann wären zumindest 2 Leitungen weniger und die ganze Schutzschaltung nicht mehr nötig.
Die Schutzschaltung will ich übrigens unter der Bodengruppe auf einer Leiterplatte anbringen. Da kann dann auch gleich noch die Beleuchtungsreglung mit untergebracht werden.

6. Resüme:
Soweit jetzt erst mal das.
WIE GESAGT; ES SIND DIE ERSTEN ERFOLGREICHEN VERSUCHE.
Jetzt kommt noch die Phase der Optimierung, damit ich dann nach und nach meine Tatras ausrüsten kann.
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