Seit der Einstellung des Decoders nach dem Termin im FFM bin ich nicht mehr dazu gekommen, an meiner kleinen Lok weiter zu basteln. Heute konnte ich aber mit Chiaras Hilfe einen wichtigen Test absolvieren.
Funkfernsteuerung (Teil 1, Planung)
Unser hochgeschätzter Max 25km/h hat eine wunderschöne Gartenanlage, auf der Betrieb sehr viel Spaß macht - so man "Echtdampfer" oder "Akkufahrer" und mit Funk unterwegs ist, denn Schienenstrom gibt's da nicht.
Hier ist Chiara gerade stolz wie Bolle, dass sie mit RC fährt.
Hmhm, das wäre auch für die kleine 99 021 nett und könnte auch andernorts sinnvoll sein. Die RC-Teile oder gar Akkus / Batterien haben in der kleinen Lok jedoch keinen Platz. Also muss ein "Geisterwagen" her, besser: ein System für Geisterwagen. Das RC-Kit könnte über ein Kabel mit Buchsen an der Lok verbunden werden. Dazu später mehr.
Dabei war die erste Frage: Wie viel Spannung und wie viel Strom braucht die Lok? Ich vermutete von Anfang an, dass mit nur 12 Volt kein Blumentopf zu gewinnen sei (was sich sogar schon berechnen lässt), denn der Antrieb ist auf Spannungen von 14,4 bis 18 Volt ausgelegt. Spannung und Strombedarf spielen bei der Auswahl und Anordnung der Akkus oder Batterien sowie bei der Auswahl des Reglers eine wichtige Rolle. Beim Regler kommt's ferner noch auf die Taktfrequenz der PWM (Pulse Width Modulation, zu deutsch: Impulsbreitenmodulation) an. Eine hohe Frequenz (über 500 Hz) ist gut wegen des Glockenankermotors. Da keine Servos betrieben werden, braucht's keinen kräftigen BEC (Battery Elimitate Circuit) für die Spannungsversorgung des Empfängers. Ein kleiner 5 Volt-Regler tut's auch, auch ohne Kühlung.
Diese Faktoren musste ich erst einmal bestimmen. Dazu habe ich mir mit meiner Tochter ein ziemliches "worst case"-Szenario gebaut: R1 mit Steigungen bis zu 3%, das nicht so gut rollende "Barmer"-Fahrgestell mit dem bekannten, halben Testbackstein drauf, und dazu noch einen Möchtegern-Feldbahn-Wagen mit einer (abnehmend
) vollen Bierflasche.
Im Hintergrund erkennt Ihr die Rückseite des "Laborfahrpults" mit Volt- und Ampèremeter, Gleichspannung oder Impulsbreitenmodulation (nur etwa 85 Hz!) sowie Mindestspannungs-Vorgaben.
Kommen wir zunächst zum Strombedarf. In dem Pult ist ein 52mm-Ampèremeter mit einem Messbereich von 3 Ampère eingebaut. Um die Nadel überhaupt zum Zucken zu bringen, musste ich das Lokfahrwerk mit der Hand mit weit über einem Kilopond auf die Schienen drücken und die Spannung so weit hoch regeln, dass die Räder noch durchdrehten. Das ergab dann etwa 150mA. Beim gezeigten Versuchsaufbau mit geschobenen Wagen gab es nichts zu sehen. Da das analoge Gerät im unteren Bereich nicht so genau ist und Chiara drängelte, belasse ich's einfach bei den schon mit dem Decoder gemessenen Werten. Eine Last wie diese entspricht da etwa 100 bis 150 mA, im Grenzfall 250 mA (von Hand gestoppte Räder).
Nun zum Gewicht. Die Lok benötigt noch mindestens 500 Gramm Gewicht - aber auch nicht viel mehr, ich würde sagen, 500 bis 750 Gramm. Dann ist das Optimum zwischen Achslast und Eigengewicht erreicht. Ohne den kleinen Stein (500 Gramm) drehten die Räder in der 3%-Steigung bei jeder Spannung zwischen 5 und 15 Volt durch, wenn auch nur mässig. Die Rampe wurde dennoch stets bewältigt. Mit den 500 Gramm extra drehten die Räder nicht mehr durch.
Nun zur Spannung. 12 Volt sind zwar ausreichend, aber grenzwertig. Die Höchstgeschwindigkeit ist deutlich verringert und in der Steigung schon arg langsam. Sicherheitsreserven sind da keine mehr drin. Ab 14 Volt liess es sich gut leben, bei 14,4 Volt wurde es angenehm (dafür ist der Antrieb auch ausgelegt).
Damit waren schon 'mal zwei Dinge klar. Die Kapazität der Stromquellen muss wegen des seltenen Einsatzes und geringen Bedarfs nicht berühmt sein, und 12 Volt Spannung sind nicht genug.
Als nächsten bereitete mit der Anschluss des Regler-Ausgangs an die Lok Kummer. Hier der unterdes mehrfach geänderte, aktuelle Schaltplan.
Die Schalter-Gruppe im oberen, rechten Teil wirkt zunächst verwirrend. Das relativiert sich aber, denn der zweipolige On-Off-On-Schalter und der zweipolige Umschalter werden in Wirklichkeit über Buchsen und Stecker realisiert, was deutlich Platz sparender abgeht (und billiger und einfacher). Die zwei antiparallelen Diodenpaare sind zwar im Analog- und Digitalbetrieb nötig, würden aber im Akku-Betrieb erheblich stören. Daher müssen sie überbrückbar sein (Schalter oben rechts - das wird wirklich ein Schalter am Wasserkasten, später mehr dazu).
Sinn der Übung: Die Lok kann über die RC-Anlage mit oder ohne Kontakt zum Schienenstrom, mit oder oder Dioden betrieben werden. Gibt's genug Akku-Kapazität und -spannung, kann der Decoder samt Pufferung benutzt werden, dann gibt's auch Licht (wenn auch wohl kaum Rauch), ansonsten kommt der Motor eben direkt an den Regler. Wer weiß, was die Akku-Zukunft noch so bringt.
Gezeichnet ist so etwas schnell, aber für die Durchführung der RC-Leitungen zu beiden Pufferbohlen habe ich noch keine gute Idee. Das klingt ganz trivial - was sind schon zwei Strippen? Aber wenn diese zwei Strippen mein schönes Zerlegungs-Konzept zerschroten, ist Schluss mit lustig.
Bei der ganzen Geschichte solltet Ihr nicht vergessen, dass sie nur eine Ersatzlösung ist. Normaler Weise soll die Lok digital fahren, ansonsten analog, und nur wenn es beides nicht gibt, mit Funk und Akku.
Die Entscheidung für das Buchsen/Stecker-System war schnell gefällt: die zweipoligen BEC/Empfänger-Akku-Stecker reichen aus. Leider sind die schon recht groß, dafür sind sie stets verfügbar.
Einen gescheiten Sender habe ich: Graupner X-412, 40 MHz FM / PPM, mit fünf proportionalen und einem an/aus-Kanal. Diese "Neuheit" aus dem Jahr 2001 gibt's im Set mit Superhet-Empfänger, Servo, Batteriebox, Schalterkabel und Quarzen für weniger als 100,- Euro zu kaufen, zum Beispiel bei Andys Hobbyshop - damit bin ich sehr zufrieden (mit dem Sender und dem Laden). Hier ein Bildchen der angenehm leichten und kleinen "Funke":
Für den konkreten Fall brauche ich also eine Akku- oder Batterielösung, einen Regler bis 14 Volt (besser etwas mehr) und einen 40 MHz-PPM-Empfänger. Letzterer fand sich recht schnell bei eBay®. Den gibt's auch gerade herab gesetzt bei Conrad: act Micro 6. Natürlich hätte es auch ein ein-Kanal-Empfänger getan, aber der dürfte kaum zu finden sein, und wer weiß, was mir noch so einfällt.
Zunächst hatte ich mit einem "Universal-Kit" geliebäugelt, das ich in jeden beliebigen Wagen packen kann (Komponenten in Kisten getarnt). Davon bin ich aber wegen der Antennen-Frage wieder abgekommen. Da die Schienen eine Abschirmung oder induktive Schleife bilden und der Empfang nahe beim Boden statt findet (jedenfalls hoffentlich nicht im Flug
), sollte die Antenne mindestens Lambda ÷ 16 haben. Gehe ich von der mittleren Frequenz des 40 MHz-Spektrums aus, komme ich auf 459,2 mm, die auf eine horizontale Litze und eine senkrechte Stabantenne aus 0,6mm-Stahldraht aufgeteilt werden sollen. Bei Lambda ÷ 32 sind's nur noch 229,6 mm - das sollte langen, will aber erst einmal getestet sein.Hier die Berechnungs-Grundlagen als Erinnerung.
Die Länge einer Antenne wird wie die Wellenlänge mit der Einheit Lambda bezeichnet. Die Länge sollte stets ein geradzahliger Teiler des Lambda-Werts sein (1 ÷ 2, 1 ÷ 4, 1 ÷ 8, 1 ÷ 16, etc.).
Die Länge bzw. Wellenlänge Lambda (im Millimeter) entspricht c ÷ f.
c ist die Lichtgeschwindigkeit, hier angesetzt mit 299.792 km/s.
f ist die Funkfrequenz. Aber Achtung! Als Korinthenkacker kann ich schnell ausrechnen, dass etwa die Mitte des bei 40 MHz verfügbaren Spektrums schon ganz andere Werte ergibt als die Annahme "40 MHz" (40.825 MHz - Kanal 82).
Lambda = c ÷ f = 299.792 ÷ 40.8 = 7.347,8 mm - eine normale 40 Mhz-Antenne für Kanal 82 müsste also 7,35 Meter lang sein.
"Normale" 40 Mhz-Empfänger kommen daher mit Antennen daher, die auf Lambda ÷ 8 gekürzt sind (etwa 92 cm). Das ist immer noch ein bisschen viel für einen Einsatz in einen IIm-Waggon. Andere Kriterien sind mindestens ebenso wichtig: Die Antenne niemals parallel oder in der Nähe von Strom-führenden Leitungen verlegen (den Fehler habe ich bei meinem Fischerboot gemacht und bitter bereut), ein Stück horizontal verlegen (Litze) und eines möglichst vertikal (Draht), niemals aufrollen oder verknäulen.
Die Antenne sollte in eine Richtung "abgehen", die Servo- bzw. Regler-Kabel in die andere.
Nach einigem Getüftel habe ich mich für einen Ladegut-Einsatz für offene Güter- oder Arbeitswagen entschieden. Die Stabantenne stört mich dabei weniger als mich die gute Zugänglichkeit zum Akkuwechsel und der nicht nötige Wagenumbau freuen. Die Lokversorgungs-Zwillingslitze wird an einer Seite heraus geführt, die Stabantenne liegt diagonal entgegen gesetzt am anderen Ende.
Kommen wir zu den Akkus. Ich hatte zunächst mit Batterien geliebäugelt, wegen des seltenen Bedarfs - 99% des Jahres Akkupflege für zwei Mal fahren ist doof. Von fido kam die Anregung, Eneloop-Akkus zu benutzen. Da hätte es auch zwölf gebraucht, und damit viel Platz sowie Gewicht und einige Kosten. Die AA-Ausführung ist samt Ladegerät günstig bei Conrad zu haben (knapp 25,- Euro). Prinzipiell ist die Anregung gut.
Da ich eher Spannung als Kapazität brauche (siehe Testparcours oben), gibt es eine Alternative. Was mich bei den Eneloops stört: Ich brauche sie praktisch nie. Daher wäre ein Akku schick, den ich sowieso ständig benutze, und den ich im Bedarfsfall auch für den RC-Betrieb benutzen kann. Damit entfielen die Einwände wegen der Nutzung und nötigen Pflege.
Geeignete Opfer fanden sich in Form der Lithium-Ionen (LiIon) Akkus meiner DigiCam. Sie werden werksseitig mit 720 mAh bei 7,4 Volt (also Doppelzellen) angeboten, es gibt sie aber auch mit 1.100 mAh und allem Schnickschnack - und das für weniger als 7,- Euro. Ein passendes Ladegerät schlägt mit knapp 15,- Euro zu Buche. Die Teile sind leicht (51 Gramm) und klein (57 × 32,2 × 15,7 mm). Zwei davon in Serie ergeben mindestens 14,4, eher 14,8 Volt. Da die DigiCam regelmäßig benutzt wird, haben die Akkus auch 'was zu tun und halten daher länger als eingemottete Teile.
Relativ Hochstrom-fähig sind diese Akkus auch, und bei im Mittel 100 mA Entnahme kann da nicht viel anbrennen. Da ich drei solche Akkus mit 720 mAh habe, kann ich die Funktion vorab testen (und eine passende Akku-Box bauen).
Bleibt noch der Fahrtregler. Gut erscheint z.B. der Robbe Navy Control 535 R, der ab Werk schon 17 Volt abkann (und damit in der Praxis auch 21 Volt). Eine störende EMK-Bremse gibt's nicht, ebensowenig BEC, dafür aber eine hohe Taktfrequenz und allen anderen Schnickschnack.
Beste Grüße,
Viele Grüße, fido
