Home / Hoe zitten de motoren van elektrische modelspoortreinen nu in elkaar?

Hoe zitten de motoren van elektrische modelspoortreinen nu in elkaar?

Hoe zitten de motoren van elektrische modelspoortreinen nu in elkaar?

Een artikel geschreven door onze gastauteur Dhr. Versseput. (DCC Decoder Service)

 

Een poos geleden heeft een deelnemer aan onze Internationale Modelspoorbeurzen, Dhr. Versseput, enkele lezingen gehouden betreffende de motoren van modelspoor-treinen. Over dit onderwerp heeft Dhr. Versseput een artikel geschreven. In deze en de komende Modelspoorinfo treft u het artikel omtrent dit boeiende onderwerp aan.

De open en de gesloten motor.

In oudere modelspoortreinen zitten meestal 2 verschillende motoren, t.w. de open en de gesloten motor. Wat rijeigenschappen betreft zijn er weinig verschillen en doen ze voor elkaar niet onder. De verschillen zitten meer in het onderhoud van de motoren. Kijken wij naar de open motor, die wij in modellen van o.a. Märklin, Fleischmann en ROCO tegenkomen, dan zien wij dat wij bij deze motoren de koolborsteltjes meestal gemakkelijk kunnen vervangen. Na vervanging verbeteren de rijeigenschappen duidelijk en lopen de motoren na verdere schoonmaak weer als nieuw.

 

De open ROCO motor

De open ROCO motor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bij gesloten motoren is deze situatie toch wel anders. Bij deze motoren, denk hierbij aan bijvoorbeeld aan de moto-ren van Mashima en Maxon, zijn de koolborstels niet te vervangen of alleen met heel veel moeite en deskundigheid. Maxon motoren hebben edelmetaal koolborstels en hoeven nimmer vervangen te worden.

De “gesloten” Mashima motor

De “gesloten” MAXON motor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bij dat laatste denken wij bijvoorbeeld aan de motoren van KATO. Wanneer de mogelijkheid van het niet dan wel moeilijk kunnen vervangen van de koolborsteltjes zich voordoet, zijn de mensen die hun treinen veelvuldig en langdurig laten rijden duidelijk benadeeld. De motoren gaan kapot en moeten dan uiteraard vervangen worden.

De KATO motor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hoeveel polig is een trein motor.

De motor van een modelspoortrein bestaan uit 2 magneten. Daartussen draait een anker. De stator heeft een magnetische Noord- en Zuidpool.
Op onderstaande foto ziet u de Noord- en Zuidpool waartussen het anker draait. Het grote verschil tussen een 3-delig anker en een 5-delig anker is het schokken ten gevolge van het draaimoment. Hierdoor loopt de motor en dus ook de trein veel schokkeriger. Door de overlappingen bij de polen van het 5-delige anker dat op bovenstaande foto duidelijk te zien is, loopt een locomotief met een 5-delige ankermotor dus veel soepeler.

Het is dan ook duidelijk dat een motor met een even aantal polen niet kan draaien omdat beide magneetvelden van het anker dan recht tegenover een Noord- en Zuid-pool staan.

Recht, c.q. schuin anker blikpakket

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Het “schokkerig” rijden van modelspoortreinen kan ook nog een andere oorzaak hebben, denk daarbij aan een recht-blik-ankerpakket. Een goed voorbeeld van een recht -blik-ankerpakket vinden wij terug in het differentieel van een auto. Doordat er in het begin rechte tandwielen gebruikt werden voor de overbrenging, voelde de auto bij het rijden nogal schokkerig aan. Men heeft toen de tandwielen een schuine vertanding gegeven en de schokken waren verdwenen. Deze recht-blik-ankerpakketten treffen wij ook aan bij de 3-polige motor die o.a. op DCC rijdt.

Een schuin blik ankerpakket lost deze problemen juist op door de betere overlapbaarheid van de magneetvelden in samenhang met de Noord- en Zuidpool. Dit wordt ook wel schuine wikkeling genoemd of Skew Wound motor.

 

 

 

 

 

 

 

 

Met of zonder vliegwielen.

In de meeste motoren die in modelspoortreinen gebruikt worden zit een vliegwiel. Helaas moeten de motoren in modelspoortreinen in schaal N dit belangrijke onderdeel veelal missen, omdat er simpelweg geen plaats voor is. Ook in de oude rondmotoren van Fleischmann treft u geen vliegwiel aan. Bovendien zijn deze motoren ook nog eens 3-polig en dus niet ideaal voor DCC.

De oude Märklin motoren zijn ook allemaal zonder vliegwielen en bovendien ook nog eens 3-polig. Wanneer de oude Märklin regelaar op nul gedraaid werd, viel het magneetveld van de stator weg. Door een kunstmatig opgewekt magneetveld met een Noord- en Zuidpool heeft een Märklin locomotief een langere uitloop.

ROCO-motoren hebben over het algemeen een vliegwiel en een 5-polig anker met schuin gewonden wikkeling op een schuin anker blikpakket. De ideale motor zou je zeggen. Nadeel van deze motoren is dat ze soms tot over 1 Ampère aan stroom kunnen consumeren wat niet bevorderlijk is voor een DCC-decoder. Het is dan aan te raden, voordat tot digitalisering wordt overgegaan, om vooraf de gelijkstroom op te meten en wat de stroomopname is met Stall current en met geblokkeerde wielen. Dit uiteraard met een gelijkstroom regel transformator.

Wat is dan eigenlijk het belang van een vliegwiel? Vliegwielen geven een motor massa. Mede hierdoor draait een motor gelijkmatiger en rijdt dus de locomotief veel soepeler. Zie ook het vliegwiel dat in een automotor aanwezig is. Zo wordt dus door het gebruik van een vliegwiel het optrekken en afremmen beduidend beter en realistischer.

De Maxon- en Faulhabermotoren hebben een anker-loos-blikpakket. In plaats daarvan beschikken zij over een statisch anker. Hierdoor is de opgenomen hoeveelheid stroom beduidend minder dan bij conventionele motoren. Bovendien beschikken de

Maxon- en Faulhabermotoren over een speciale wikkeltechniek waardoor niet alleen het rendement beduidend hoger is maar eveneens beter regelbaar. Door die speciale wikkeltechniek ziet dit anker eruit als een beker waarin in het midden een as is gemonteerd.

 

 

 

 

 

 

 

 

De donderdelen waaruit een Faulhaber motor bestaat.

De bekerrand draait dan tussen het statisch anker en de magneten door.
De Maxon- en Faulhabermotoren zijn ontwikkeld voor de meet- en regeltechniek maar later ook voor de medische industrie. Ook voor de modelspoor locomotieven zijn ze zeer goed bruikbaar.

Opgenomen stromen en de oplossingen.

De opgenomen motorstroom wordt door de volgende factoren bepaald;

  • Een vuile collector.

Oplossing: Schoon maken met alleen wasbenzine.

  • Een versleten collector waardoor de koolborstels gaan dansen op de scheiding van de collector delen welke mica bevatten.

Oplossing: Dit mica dient, met een fijn zaagje, weggezaagd te worden tot onder het oppervlak van de koperen collector. Daarna schoon maken.

  • Vuile lagering van de as van de motor, de wielen, de tandwielen, de stroomafnemers, of wel contactslepers.

Oplossing: Schoon maken met wasbenzine. Alleen de as van de motor en de wielassen mogen met een klein drupje synthetische olie gesmeerd worden. Tandwielen mogen eventueel gesmeerd worden met ROBBE wit vet welke geschikt is voor kunststof tandwielen.

  • Slechte en/of kapotte tandwielen.

Oplossing: Kapotte tandwielen kan je horen knappen tijdens het rijden. Vervang dan deze tandwielen.

  • Een motorlagering kan zover versleten zijn dat het anker tegen de stator gaat aanlopen.

Oplossing: Vervang in dit geval de gehele motor. Er dient een ruimte tussen het anker en de stator aanwezig te zijn van 0,1 millimeter.

  • Wanneer een motor bromt, tijdens het draaien, dan is het mogelijk dat er te veel ruimte is tussen het anker blikpakket en de stator.

Oplossing: De enige remedie is de motor in z’n geheel vervangen voor een nieuwe.

  • Dikke draadwikkelingen, op het anker blikpakket, zijn ook een oorzaak van hoge motorstromen. Met name de oude Athearn motoren waren daar berucht om.

Oplossing: Vervang zo’n motor door een Mashima motor indien dat mogelijk is.

Ook de oude ROCO-motoren kunnen nogal wat stroom consumeren. Europese DCC-decoders zijn over het algemeen niet bestand tegen stromen boven de 1,2 Ampère. Amerikaanse DCC-decoders kunnen soms tot 1,5 of 2 Ampère gaan, afhankelijk van merk en type.

 

Vliegwiel compensatie.

Indien een locomotief c.g. treinstel is uitgerust met een motor zonder vliegwiel, dan dient men zeker de PID-regeling (Proportioneel Integrerend Differentiërend) toe te passen. Noem het maar vliegwiel compensatie.

Hoe is dit realiseerbaar? Dit wordt altijd elektronisch geregeld in de DCC-decoder.

Er zijn decoders die daarvoor speciale CV’s hebben. Goedkope DCC-decoders moeten juist dat meestal ontberen. Goedkoop is in dat geval altijd duurkoop.

Per fabrikant is dat verschillend welke cv-nummers dat zijn. Er zijn namelijk geen standaard cv-nummers voor gereserveerd. Elke fabrikant bepaald zelf welke cv-nummers dat zijn en hoeveel.

De ietwat duurdere DCC-decoders hebben over het algemeen allemaal PID-regeling aan boord. Meestal zijn er 2 cv-nummers voor, maar het merendeel heeft er 3 beschikbaar gesteld. Een enkele fabrikant heeft er zelfs 4 beschikbaar voor die PID-regeling.

De ene fabrikant noemt die regeling de PID-waarden. De andere fabrikant noemt het de KI-regeling. Maar allemaal komen ze nagenoeg op hetzelfde neer.

 

Last regeling.

Een gelijkstroommotor wekt in zichzelf ook een spanning op tijdens het draaien. Ook wel tegen-EMK genoemd. In Nederland noemen we dit EMK (Electro Motorische Kracht). De Amerikanen noemen dit Back-EMF. Dit komt door diezelfde magneten.

Een DCC-decoder meet deze spanning en vertaald dat als zijnde de locomotiefsnelheid. Dit meten kan bij de ene DCC-decoder tussen elke puls doorgaan, maar bij een ander merk DCC-decoder kan dit meten om de 2, 3, of 4 pulsen gaan. Soms is deze meting instelbaar.

Het verschil tussen de ingestelde locomotief snelheid en de gemeten locomotief snelheid wordt bijgeregeld. Dit kan aan de hand van het zogenaamde foutsignaal waardoor de regeling fel kan reageren of door een wijziging van de meetwaarde. Bij dit laatste zal de regeling rustiger reageren. Elke fabrikant bepaald zelf hoe hij de DCC-decoder hiervoor ontwerpt.

BEMF is aan of uit te schakelen. Ook is het mogelijk dat fabrikanten de BEMF instelbaar maken. De gebruiker kan dan zelf kiezen tot welk punt de BEMF nodig is. Dit is in een cv-nummer ondergebracht.

 

Decoder instellingen.

CV2 is de Vstart, het startmoment of de kick start genoemd. Hiermee wordt bepaald wanneer de locomotief, bij stap 1, gaat rijden. Hiermee wordt voorkomen dat er in het eerste stuk op de regelaar een dood bereik aanwezig is. Soms is een motor zo goed dat het startmoment of de kickstart op nul kan blijven staan. Een vast gegeven is hier niet voor. Dit moet proefondervindelijk per locomotief uitgevonden worden.

CV5 bepaald de maximale snelheid waarmee een locomotief mag/kan rijden. Een Duitse KOF wordt alleen gebruikt voor het rangeren en zal dus geen 120 Km/u rijden. CV5 zal daarom veel lager ingesteld moeten worden. Een E103 rijdt zo’n 200 Km/u waardoor CV5 maximaal ingesteld kan worden.

 

 

Basis De- en Acceleratie

CV6 bepaald de Vmid. Dat wil zeggen de balans tussen een regelbereik van langzaam optrekken tot aan het eind dat de maximale snelheid is bereikt op je regelaar. Wanneer CV6 te hoog staat ingesteld, dan zal het langzaam optrekken zeer traag en over een groot regelbereik gaan, terwijl het op snelheid maken naar de maximale snelheid een zeer kort bereik heeft op de regelaar. Het regelbereik verloopt dan niet lineair. Wanneer CV6 te laag staat ingesteld, dan is er een zeer kort regelbereik voor het langzaam optrekken van de locomotief en zal waarschijnlijk de maximale snelheid ook niet gehaald worden. CV6 dient ¼ tot ⅓ van de maximale snelheid ingesteld te worden. Maar er zijn uitzonderingen die soms tot op de helft ingesteld moet worden. Dit is meestal afhankelijk van hoe goed de kwaliteit van de elektromotor is.

 

Decoder instellingen, de- acceleratie.

CV3 bepaald de acceleratie ofwel de versnelling vanaf moment nul. Een personentrein zal sneller accelereren dan een goederentrein. Voor iedere locomotief is dit weer anders. Maak er geen formule-1 locomotief van.

CV4 bepaalt het de-accelereren ofwel het afremmen. Houdt de waarde hiervan kleiner dan bij CV3, mede ingeval van snelremmen. Een te lange uitloop is ook niet realistisch.

 

 

 

 

 

Basis CV 2-3-4

Er zijn DCC-decoders waarbij de pulsbreedte sturing voor de gelijkstroommotor ingesteld kan worden. De motor krijgt altijd een vaste spanning toegevoerd van een bepaalde waarde die ligt tussen de 12 Volt en 14 Volt in de schaal H0, afhankelijk van welk merk commando centrale er gebruikt wordt. De DCC-decoder stuurt pulsen met een frequentie tussen de 17 en 40 KHz naar de motor, dit is ook weer afhankelijk van het merk DCC-decoder. Bij een zeer smalle puls, of geen puls, zal de locomotief stilstaan. Hoe breder de puls wordt, door het draaien aan de rijregelaar, zal de locomotief ook sneller gaan rijden. Bij een te lage frequentie van de puls breedte sturing kan de motor gaan zingen bij het optrekken wat later weer verdwijnt als de locomotief op snelheid is gekomen. De regel is dat men het beste een hoge frequentie, 40 KHz, kan gebruiken des te soepeler rijdt een locomotief of treinstel. Maar er zijn uitzonderingen mogelijk. Het cv-nummer is per fabrikant verschillend hiervoor.

Decoder instellingen, rijstappentabel.

Wanneer met CV3, CV4, CV5 en CV6 niet het gewenste resultaat kan worden bereikt, dan kan men gebruiken maken van de rijstappentabel. Hier kan dan elke rijstap individueel worden vastgelegd, of zelfs middels een bepaalde kromme. Logaritmisch positief of logaritmisch negatief is zelfs mogelijk. Dit zijn de CV’s 67 tot en met 94. Dit is nagenoeg bij elke fabrikant dezelfde reeks CV’s.

 

 

 

 

 

 

Basis Rijstappen tabel

Decoder instellingen, ESU DCC decoder.

CV53 = 140. Dit is de spanning waarmee de lay-out gevoed wordt. Dit is namelijk in dit geval 14 Volt. Wanneer op de regelaar het laatste deel niet meer regelbaar is, dus geen snelheidsverandering plaats vindt, dan moet die waarde verminderd worden.

CV54 = 50 parameter “K”. Hoe hoger deze waarde, hoe sterker de decoder de motor wil bijregelen. Soms kan dit gepaard gaan met schokken. Dan zal de waarde verminderd moeten worden. Ook hier is er geen vast gegeven voor en moet dit proefondervindelijk ingesteld worden.

CV55 = 100, parameter “I”. Deze waarde verminderen bij een groot vliegwiel en omgekeerd bij een klein of geen vliegwiel. Ook hier is er geen vast gegeven voor en moet dit proefondervindelijk ingesteld worden.

 

 

 

 

 

 

Basis ESU v4 BEMF

 

Decoder instellingen, ZIMO.

 CV9 = 55 default, (aanbevolen). Hiermee wordt het aantal keren Back-EMF gemeten, maar ook de tussen pozen tussen de motorpulsen door. Hier is geen standaard gegeven voor per motor en moet proefondervindelijk ingesteld worden.

CV58 = 255 default, (aanbevolen). Back-EMF-intensiteit. Totaal constant houden van de snelheid indien de motor het vermogen kan leveren. Door een lagere waarde in te stellen, verdwijnt de BEMF in de hogere rij instelling en zal handmatig de snelheid bijgeregeld moeten worden.

CV56 = 55 default, (aanbevolen). Instelling voor het gelijkmatig rijden zonder hikken of sprongen te maken bij het langzaam rijden tot ongeveer de helft van de maximale snelheid. Dit is de meest moeilijke instelling voor motoren met een recht ankerblikpakket. Dit kan soms 2 uur duren voordat de juiste instelling is gevonden en moet dus proefondervindelijk gedaan worden.

LET OP: HET TESTEN HIERVOOR MOET OP DE MODELBAAN GEDAAN WORDEN EN NIET MET DE PROGRAMMER, OMDAT DIT SOMS EEN VERTEKEND BEELD GEEFT.

 

 

Basis ZIMO MX630 BEMF

 

Decoder instellingen, Digitrax.

CV55 = 128 default, (aanbevolen). “Static compensation for speed stabilisation”. Dit meet het verschil van de locomotief snelheid en de ingestelde snelheid op de regelaar. Een hoge waarde geeft een intense reactie en een lage waarde een langzamere reactie. Ook hier is er geen vast gegeven voor en moet dit proefondervindelijk ingesteld worden. In de regel hoeft deze waarde bijna niet aangepast te worden.

CV56 = 48 default, (aanbevolen). “Dynamic compensation for speed stabilisation”. Deze CV meet het verschil tussen de huidige snelheid en de gewenste snelheid om te bepalen wat de volgende snelheidsstap moet zijn. Hogere waarden zorgen voor een snellere aanpassing van de gewenste snelheid en lagere waarden leiden tot een tragere aanpassing van de gewenste snelheid. Ook hier is er geen vast gegeven voor en moet dit proefondervindelijk ingesteld worden. Meestal is een waarde tussen de 48 en 80 voldoende.

CV57 = 6 default, (aanbevolen). Dit is de BEMF “Solo operation droop compensation for speed stabilisator”. Bij het zakken van de snelheid wordt de snelheid hiermee gecompenseerd. De waarde kan ingesteld worden tussen 0 nul en 15. Is de waarde nul dan is de snelheidsstabilisatie uitgeschakeld. Is de waarde 15, dan is de snelheidsstabilisatie vol aan. Is de waarde te hoog, dan zal de locomotief van de ene snelheidsstap naar de andere snelheidsstap springen wanneer er een obstakel of stijging in/op het spoor bevindt. Is de waarde te laag dan zal er weinig of geen stabilisatie plaats vinden en varieert de snelheid.   Vanaf de waarde 6 is meestal twee waarde omlaag of omhoog voldoende.

 

 

 

Basis Digitrax BEMF

 

Motor kwaliteit.

Maxon en Faulhaber motoren hebben tijdens het productieproces nagenoeg allemaal dezelfde karakteristieken. Dit komt omdat het wikkeldraad, van het anker, bij elke motor op dezelfde wijze gewikkeld wordt. Wikkeling voor wikkeling naast elkaar en daarna er bovenop ook weer naast elkaar.

Anders is dit bij de Marklin, Fleischmann, Mashima en Kato motoren. Daar liggen de wikkelingen, op het anker, niet zo netjes naast elkaar als bij de Maxon en Faulhaber motoren. Hierdoor verschillen de karakteristieken van de motoren van één en dezelfde productie lijn enorm.

Vandaar ook dat de instellingen van een DCC decoder van de laatst genoemde motoren groep ook enorm kunnen verschillen in optrekken, remmen, Back-EMF, vliegwiel compensatie, last regeling e.d.