Akku Lok – Ist das was für den Gartenbahner?

Hallo liebe Gartenbahner, Spaßbahner und Freunde,

zu diesem Thema haben wir ein Seminar veranstaltet und hatten “Bahnrolli” Uwe Männicke zu Gast, aber lest selbst:

Hallo zusammen,

Zu allererst vielleicht ein Hinweis in eigener Sache. Ich bin nicht der Schöpfer dieser Technologie, sondern „nur“ ein interessierter Anwender dieser Technik. Das bedeutet, daß jeder Ingenieur mehr Grundlagenwissen als ich besitzt und es somit ein Leichtes ist, mich bzw. mein Wissen darüber fachlich in Frage zu stellen. Deshalb habe ich es bisher vermieden, dieses Konzept im Spaßbahnforum vorzustellen, da es dort zwar schon entsprechende Versuche gab, sie aber durch „Geschrei“ niedergebrüllt und damit vorsätzlich „unbrauchbar“ gemacht wurden. Ich besitze nicht genug Hintergrundwissen, um mich mit solchen Leuten sinnloserweise rumzustreiten – ich sehe sowas auch als Zeitverschwendung an.

Zum anderen – eine Sache, die ich im diesem Rahmen betonen möchte. Bitte lest Bedienungsanleitungen, denn inzwischen verbirgt sich selbst in einfacher Technik schon soviel Intelligenz, die sich nicht auf den ersten Einblick offenbart. Fehlbedienungen können die Technik schon mit wenigen Handgriffen dauerhaft schädigen, was im entscheidenden Moment dann auch einen finanziellen Schaden bedeuten kann.

Einige Hinweise zu den Themen, die im Rahmen des Seminars auftauchen bzw. ihre Quellen.

Zunächst eine kurze Einführung, wie ich zu diesem Thema kam bzw. auch im Moment noch beschäftige.

http://www.buntbahn.de/modellbau/viewtopic.php?p=297397#297397

Seit Jahren läuft bei uns am ersten Septemberwochenende als Saisonabschluß unser Freibadtreffen, wo auch andere Modellbauer (Schiffe, Buggys, LKW etc.) zusammen kommen, spielen und sich austauschen. Da reifte dann schon der Gedanke nach einer Lok, die unabhängig vom vorherrschenden Stromsystem in der Schiene gesteuert werden konnte, und sei es auch nur, daß sie sauber macht oder dann fährt, wenn überall Kurzschluß ist und gar nix mehr läuft. Allerdings überzeugte mich die damals noch verfügbare Bleiakku-Technik nicht, denn nach einem Tag Fahren wäre dann Ruhe gewesen, weil das Laden bei schonender Handhabung einen 2. Ausstellungstag unmöglich macht. Zum anderen erwies es sich als notwendig, daß ich bei meinen Filmgeschichten auf dem Gleis über eine Technik verfügen muß, die nicht vom Gastsystem beeinflußt werden kann bzw. es stört – da blieb bei dem ganzen DCC-Kuddelmuddel nur noch Akku, der nicht mit Blei, sondern mit Lithium läuft.

Einige Jahre gingen ins Land und bezahlbare Lithiumtechnik gelangte in den Hobbybereich, sodaß es zur ernsthaften Alternative für DCC wurde (bisher war LENZ das bisher genutzte Mehrzugsystem). PIKO brachte das Harzkamel zu einem unschlagbaren Preis raus, wo wir uns sagten, das ist das passende “Versuchskarniggel” für eine reine Akkulok. Platz ist genug drin und ich kann sie mit meinen beschränkten körperlichen Möglichkeiten warten/reparieren etc. und sollte es schief gehen, hat man da keine (teure) Investruine herum stehen.

Nach entsprechender gründlicher Information und Rücksprache übernahm ein befreundeter Elektroniker (www.hanneslux.de) den Umbau, der bis ins kleinste Detail in einer Art Pflichtenheft festgehalten wurde. Das sollte man auch so gründlich angehen, weil die Schwierigkeiten meist erst während des Umbaus auftauchen, vor allem dann, wenn die Akkus mit in die Lok sollen und der Platz dafür nicht gerade reichlich ist. Zum anderen habe ich mich bei diesen Maschinen konsequent von der Schienenstromversorgung getrennt – das bedeutet, daß alle Schleifer, Kontakte, Lampen raus sind – gewissermaßen die Lok “entkernt” ist und nur Motor und Getriebe im Fahrzeug verbleiben. Allein die Schleifer bedeuten etwa 40 % Verlust der Antriebsleistung. Als Akkufahrer sollte man sich vorher einige Gedanken hinsichtlich Effektivität machen; wenn viele Stromfresser mitgeschleppt werden, kommt man nicht sehr weit. Das bedeutete auch den Verzicht auf Verdampfer – ich kriege von dem Zeugs Kopfschmerzen und jeder Verdampfer frißt etwa die Leistung eines Motors, lediglich Sound, Licht (LED) und ein servogetriebener Entkuppler ist eingebaut.

Inzwischen sind wir bei der 8. Lok angekommen, die auch akkutechnisch Neuland bedeutet – Lithiumeisenphosphat im Gegensatz zu den “klassischen” Li-Ionenakkus auf Cobaltbasis. Diese Technik hat inzwischen eine Leistungsfähigkeit erreicht, die für meine Begriffe im Modellsektor völlig ausreichend ist; mit anderen Worten, die aktuellen 4 Akkus (Zellenspannung je 3,3 V) in der E94 haben wir bisher nur einmal leerfahren können. An einem Wochenende war die Lok z.b. 12 h in Bereitschaft, ist dann 5 h gefahren und hatte einen Spannungsabfall von lediglich 0,2 V (von 13,2 V auf 13,0 V). Zu diesen Akkus bzw. der damit verbundenen Ladetechnik, die für meine Begriffe nicht ganz unkritisch ist, werde ich noch mal an anderer Stelle was dazu sagen.

Tatsache ist, ich habe diesen Schritt nicht bereut – im Gegenteil, ich konnte bei viel mehr Ausstellungen aktiv teilnehmen, weil es vollkommen egal ist, was der Ausrichter für ein System fährt, Hauptsache, es hat 45 mm Spurweite. Alles andere ist uninteressant. Die Technik war auch schon bei Spur 1 im Einsatz – siehe YouTube ….

Inzwischen sind auch andere in diese Aktivitäten eingestiegen, die aus dem Funktionsmodellbau kommen, sodaß Akkubetrieb auf der Schiene, der in anderen Ländern schon seit längerer Zeit gang und gäbe ist, auch nach Deutschland kommen wird. Ich denke mal, daß zumindest bei unserem großen Material in der Zukunft DCC eine Art Mitbewerber ins Feld gekommen ist.

Beginnen wir mit dem Grundaufbau einer Funkfernsteuerung.

Folgender Beitrag liegt dem hier zugrunde:

http://www.buntbahn.de/modellbau/viewtopic.php?p=297194#297194

Der Empfänger:

Er verfügt über mehrere 3 polige verpolsichere Ausgänge an der verschiedene Fernsteuerungselemente angeschlossen werden. Empfänger benötigen eine Versorgungsspannung von 5 bis maximal 6V je nach Typ (Datenblatt des jeweiligen Geräts beachten) Dieser empfängt die Signale des Senders. Bitte beachten, dass es verschiedene Frequenzbänder (27MHz, 40MHz, 2,4GHz) und unterschiedliche Übertragungsprotokolle gibt (gerade bei 2,4GHz). Darum als Anfänger am besten Empfänger und Sender vom gleichen Hersteller nehmen.

In diesem Zusammenhang noch ein Fremdwort, was man zumindest mal gehört haben sollte: Frequenz-Hopping. Beim Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS, deutsch Frequenzsprungverfahren) wird die zu übertragende Information nacheinander auf viele Kanäle verteilt; zu einem Zeitpunkt wird immer nur ein Frequenzkanal genutzt. Dadurch ergibt sich, obwohl jeder Kanal eine kleinere Bandbreite besitzt, für das Gesamtsignal eine größere Bandbreite. Der Empfänger muss synchron mit dem Sender dieselben Kanäle anspringen. Bei geschickter Wahl der Sprungsequenz erscheint diese als pseudozufällig und hat die Funktion eines Kryptoschlüssels. Dieser Algorithmus sieht bei jeder Firma anders aus und läßt demzufolge Sender und Empfänger von unterschiedlichen Firmen nicht zusammen arbeiten (Ausnahme -> Schulschaltung – wo ein Fluglehrer eingreifen kann, wenn sein Flugschüler Mist baut und Gefahr besteht, das Modell zu schrotten). Dies ist aber nur über eine Kabelverbindung zwischen beiden Funken möglich.

In Erfurt war der hier im Einsatz:

https://www.graupner.com/receiver-GR-12L-HoTT/S1012/

der zudem über Kanal 5 über eine eingebaute Telemetrie verfügt und damit dem Benutzer über die Funke

https://www.graupner.com/Transmitter-single-mz-12-HoTT-6-channel-German/S1002.77.DE/

erzählen kann, daß sein Akkusatz nicht mehr der frischeste ist (spannungsüberwachtes BEC).

Ein wichtiger Bestandteil der Anlage ist der

Fahrtregler – Gewissermaßen das Gehirn der Steuerung.

In Erfurt war der hier im Einsatz:

https://www.modellbau-regler.de/shop/product_info.php?products_id=90

Viele Regler enthalten heute ein so genanntes BEC, dieser macht aus der Akkuspannung (oft 12V) die Versorgungsspannung für den Empfänger und die Servos. Bitte daran denken: Jeder Verbraucher benötigt Strom, ein Fahrtregler BEC liefert aber meistens nur geringe Ströme (Ausnahme: z.B. Servonaut mit 3A BEC)und ein Hochlastservo kann schon mal in der Spitze mehr Strom benötigen, daraus folgt ein kurzzeitiger Funkabriss und evtl. eine Beschädigung des Reglers. Sollten in einem Modell mehrere Regler mit BEC verbaut werden, ist bei allem außer einem das mittlere Kabel (rot) des Emfängeranschlusses (3adrig) zu trennen.

Aber auch im Regelverhalten gibt es Unterschiede. Wer in seinen Modellen Faulhabermotoren einsetzt, sollte auch bei den Reglern hochwertiges Material mit einer Taktfrequenz höher 16kHz nutzen, denn sonst hört man ein ekliges Motorpfeifen.

Dieser Regler fährt mit 12 V, was für Schmalspurloks völlig ausreichend ist.Wer seine PIKO-Loks rollen lassen will, braucht dann etwas mehr Spannung an den Motoren (Ludmilla z.B. bei mir 15,2 V, die E94 braucht 18 V), da empfiehlt sich dann dieser Regler:

http://www.cti-modellbau.de/CTI-Fahrregler/-74-130-163-442.html

Gefahren wird grundsätzlich mit PWM, was für Digitaldekoder tödlich sein könnte! Deshalb Vorsicht, welche Lok man da umrüsten will!.

Bei der Planung eines Modells sollte in dem Zusammenhang berücksichtigt werden, daß Fahrregler keinen Spaß verstehen (sprich Kurzschluss). Man sollte also einerseits für entsprechende Sicherungen sorgen (in Erfurt war es das Glühbirnchen im Begleitwagen – sogenannte Opferdrähte mit 0,5 bzw. 0,75 mm2 reichen da aus) bzw. verpolsichere Steckverbindungen vorsehen. Plant man einen sogenannten Geisterwagen, der die Lok versorgt, sollte in der Lok ein 2 poliger Schalter eingebaut werden, der die Stromversorgung vom Gleis abtrennt, da sonst jeder Kurzschluss im Gleis (auch das spitze Auffahren von Weichen) sofort unangenehme Folgen nach sich zieht. Ungesicherte Kurzschlüsse werden sofort mit Rauchzeichen des Fahrreglers quittiert!

An den Fahrtregler wird immer auch direkt der Akku angeschlossen, da kann man z.B. solche Steckverbinder nutzen:

T-Stecker

In Erfurt hatte ich den Tamiya-Anschluß in Anwendung:

der auch verpolungssicher ist.

Um mit unserer Anlage nun auch Licht schalten zu können, gibt es sogenannte

Lichtsteuerungen

die unterschiedlich angesprochen werden können (blinkend, Dauerlicht usw.) Angeschlossen werden sie am Empfänger über einen freien Kanal.

Was da auch angeschlossen werden kann, ist ein Servo:

Hier eher für sich bewegende Sonderfunktionen wie Kupplung öffnen, Scheibenwischer betätigen,… nötig. Dieses Servo ist eins in Standardgröße, es gibt sie auch deutlich kleiner. Allen gemein ist ihr Funktionsprinzip: Sie erzeugen aus den Impulsen des Empfängers eine Drehbewegung am Servohorn. Diese ist proportional zur Bewegung des Knüppels (Halber Küppelausschlag, Hälfte des Servogesamtwegs in eine Richtung.)

Damit haben wir alle wesentlichen Komponenten.

Gekostet hat mich der ganze Spaß:

 

Funke                                    140,-

Empfänger                             38,-

Akkusatz                               60,-

Fahrregler                               34,-

Servo                                         5,-  (war mal aus der Krabbelkiste von E-Conrad auf der Leipziger Messe)

Gesamt Erstausrüstung      279,- Euro

Dazu kommt noch das intelligente Ladegerät (40 Euro).

Werden weitere Loks für den Umbau geplant, braucht man lediglich einen neuen Empfänger, Fahrregler und Akkusatz, was dann sogar noch einen DCC-Dekoder schlagen dürfte.

Ich hatte bei der Technik bewußt den Durchschnitt genommen – es geht auch billiger. Lege ich Preise von Ebay zugrunde, dürfte die gesamte Ausrüstung auch schon für die Hälfte des Preises realisierbar sein. Damit stellt man die Dimax ganz schön in den Schatten. Experimentiert man dann auch noch mit Soundmodulen wie jenen hier:

https://www.ebay.de/itm/272498478988

dann fragt man sich, warum für heutige Elektronik immer noch Apothekerpreise genannt (und gezahlt) werden. Insofern gehe ich da mit Julian Zimmermann konform, der darüber auch nur den Kopf schüttelt.

Nun noch mal kurz einige zurm Ablauf einer möglichen Planung für ein akkugetriebenes Fahrzeug. Diese grundlegenden Gedanken sollte man sich schon mal machen, um nicht Gefahr zu laufen, eine elektronische Investitionsruine in der Bastelecke zu haben.

Zuerst sollte man die Istsituation erfassen :

  1. was soll entstehen (Akkulok oder Geisterwagen, der an eine analoge Lok gekuppelt werden kann).
  2. Mit welchen Verbrauchswerten muss ich rechnen? (Motor ausmessen, Festlegung von zusätzlichen Bauteilen wie Servos, Lichtschalter, Rauchgenerator etc.). Da hier der Strom nicht aus der Schiene (und damit aus der Steckdose) kommt, sollte man rechnerisch überschlagen, welche Akkugrößen bzw. -werte benötigt werden bzw. auch möglich sind. Daß da eine Stainz ungünstiger wegkommt als ein Taurus, dürfte auf der Hand liegen.
  3. Werden zusätzliche Gewichte benötigt, damit ein Mindestmaß an Reibung gewährleistet ist?
  4. Welche Sicherungsmaßnahmen müssen ergriffen werden (Sicherungen, Schalter etc.)

5.Wie wird geladen? Soll der Akku dabei im Fahrzeug verbleiben und nur an den Steckern verbunden werden oder kann er raus genommen werden?

  1. Mit welchem Zug/welchen Zügen soll das Fahrzeug unterwegs sein (Gewicht!). Jedes zusätzliche Gramm kostet Energie.

Was soll passieren?

  1. Soll das Fahrzeug ausschließlich mit Akku unterwegs sein? Dann empfiehlt sich gleich der Ausbau aller Schleifer (Gleis bzw. Rad), was dann auch den Akku respektive Motor/Getriebe länger leben läßt. (Meine Loks sind z.B. komplett ohne Schleifer unterwegs).
  2. Wer soll damit fahren (eine Funke kann man schnell mal einem Kind in die Hand drücken – bei einem DCC-Knochen wäre ich da schon vorsichtiger).
  3. Wie oft soll das Fahrzeug in den Einsatz kommen – dann sollte die Akkugröße zumindest mit berücksichtigt werden. Kleinere Akkus müssen öfter nachgeladen werden, da ist die mögliche Ladezyklenzahl dann schnell mal erreicht.
  4. Soll sie auch auswärts fahren können, dann empfiehlt sich in jedem fall der Ausbau der Schleifer bzw. die elektrische Trennung von der Schiene, um nicht das System des Gastgebers zu schädigen – eine Massoth-Zentrale soll nicht allzugut auf Kurzschlüsse reagieren.
  5. Welche Geschwindigkeit wird angestrebt – Schmalspur oder Regelspur – danach richtet sich dann die Wahl des Reglers.

Weitergehende Informationen bezüglich Funken und entsprechender Peripherie findet man unter anderem hier:

http://www.hanneslux.de/planet5b/index.html

bzw. verschiedene Umbaumöglichkeiten (wie z.B. meine Luise – die kleine Waldbahnlok – bzw. die E94) gibt es hier:

http://www.hanneslux.de/planet5b/details/index.html

Dort ist auf großformatigen Fotos dokumentiert, welche Umbauschritte einen erwarten, wenn man komplett auf Akku umrüsten möchte.

Gesprochen habe ich z.B. gar nicht über DelTang, was auch als Alternative vor allem für kleine Loks in Frage kommen könnte. Da gibt es aber einen anderen Spezialisten -Ronald Wiest – genannt der Sandbahner, der auch über ein eigenes Forum verfügt und dort auch angesprochen werden kann.

Das ist erst mal alles, was mir im Moment einfällt. Falls es noch Fragen gibt, Waldau ist nicht aus der Welt – ich beantworte sie gerne, sofern es in meiner fachlichen Macht steht.

Viel Spaß beim Planen und Bauen.

abendliche Grüße aus Waldau

Uwe

Dem kann ich micch nur anschliessen

LG Nico

Docpaule

--------------------------------------------------- Wir fahren draußen Spur G mit RasPi, RocRail, Massoth Dimax1210Z Drinnen Spur N RasPi, RocRail, z21

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