ig-trix-express.de

Interessengemeinschaft Trix-Express

E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Technisches: Fragen, Tipps & Tricks zu Wartung, Reparaturen, Umrüstungen etc.
Nicht themenbezogene Beiträge werden gelöscht.

E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon FeinExpress » 29.02.2016, 14:59

Hallo Liebhaber des Uralt-Trix Express,

ich war früher immer abgeneigt, die ganz alten Trix Express-Modelle aus der Wechselstromzeit überhaupt anzusehen.
Nun habe ich mir aber doch noch eine weitere Lok dieser Zeit zugelegt, diesmal eine, welche damals in Deutschland auch nur als Wechselstrommodell auf dem Markt war.
Es ist die kleine E-Lok 20/55, die ich in einem sehr guten optischen Zustand bekommen habe.

Die Fahrtrichtungs-Umschalterei ist auf einer Gleichstrom-Anlage natürlich nervig, denn dazu wäre der Überspannungs-Stromimpuls, die stromlosen Zwischenstellungen der Schaltwalze und eine im Stand notwendige Restspannung zu beachten.

Der eingebaute Allstrommotor läuft ohne die Umschaltung aber natürlich immer nur in der gleichen Richtung, egal wie die Polarität bei Gleichstrom geschaltet ist.
Um das zu ändern, kann man einfach einen Brückengleichrichter einbauen, mit dem entweder der Motoranker oder die Magnetfeld-Erregerspule „gleichgerichtet“ werden, also trotz Umpolung über den Gleichstrom-Trafo immer in gleicher Richtung durchflossen werden. Somit erfolgt die Stromrichtungs-Umkehr nur an einem der beiden Teile und die Fahrtrichtungsumkehr funktioniert (vorher heben sich 2 Umpolungen gegenseitig auf).

Auf den Bildern sieht man meine Anordnung, bei der die Spule gleichgerichtet wird:

Bild

Kurze Bild- bzw. Anschlußbeschreibung des flachen SMD-Brückengleichrichters:

Befestigung des sehr leichten Gleichrichters mit doppelseitigem Klebeband
Wechselstrom-Pin A zum Außenschleifer: rotes Kabel
Wechselstrom-Pin B zur Motorfahne: weißes Kabel
Plus-Pin zur Spule: blaues Kabel
Minus-Pin zur Spule: gelbes Kabel (das hintere zur Umschaltspule ist nicht gemeint).

Der Platz in der Lok reicht aus, trotzdem empfiehlt sich natürlich noch ein abschließender Isolieraufkleber (vorzugsweise am Lokgehäuse innen, damit die Elektrik kühler bleibt).

Die Schaltwalze ist auf Massendurchgang vom Rahmen zur Motorfahne zu arretieren (nächstes Bild).

Falls die Schienenschleifer auf der anderen Seite als wie auf dem Bild sitzen, wird am Gleichrichter blau mit gelb getauscht, damit die Fahrtrichtung stimmt.


Bild

Falls es von Interesse ist, könnte ich natürlich auch noch einen Schaltplan einstellen.
Selbstverständlich bleibt es nach wie vor eine Reihenschaltung von Spule und Motoranker.
Der Gleichrichter sollte eine SMD 1,5 A-Version sein (also DF02S 1,5A; erhältlich auch bei ebay. Die Version im Bild ist noch leicht abweichend).

Auf einer Seite der NERFÜ habe ich gesehen, dass Ralf K. den gleichen Gedankengang hatte.
Dort wurde eigens ein Ersatz für die Schaltwalze mit Isolierungen und 3 Hülsen angefertigt, um bei einer evtl. Rückrüstung keine Veränderungen zu hinterlassen (und abweichend mit Gleichrichtung des Motorankers statt Spule, was aber für die Funktion wie gesagt egal ist).
Ich halte es aber für kein Drama, bei einer Rückrüstung in ein paar Minuten Lötpunkte wieder zurückzusetzen. Da bleiben auch kaum Spuren zurück.

Zu den Fahreigenschaften:
Die Fahrtrichtungsumkehr funktioniert nun also wie bei jeder Gleichstromlok, doch abgesehen vom um 1,4 Volt verschobenen Spannungsbedarf (Anfahren bei ca. 6 Volt) wegen dem Gleichrichterverlust entspricht die Motor-Charakteristik natürlich unverändert dem originalen Motor (leider).

Die Regelbarkeit ist leider weit schlechter als bei den damaligen originalen B-Dampfloks in Gleichstromausführung. Es kann nur an den unterschiedlichen Motorteilen liegen.
Das Magnetfeld liegt beim Permanent-Stabmagneten für Gleichstrom von vorneherein in voller Höhe an, während die Erregerspule beim Wechselstromteil ausgerechnet zum Anfahren, also bei niedriger Spannung, erst einmal nur schwach durchflossen wird. Genau hier bräuchte man aber ein hohes Magnetfeld.
Der Motoranker der Wechselstromausführung mit seiner damals sehr niedrig-ohmigen Wicklung wird ein Übriges zur schlechten Regelbarkeit beitragen.

Kurzum:
Besser wäre ein Umbau mit Originalteilen für Gleichstrom. Ein Stabmagneten-Paket und der entsprechende Motoranker sind aber einzeln praktisch nicht zu bekommen. Eine komplette Gleichstrom-B-Dampflok (deren Teile vermutlich passen würden ?) ist auch in schlechtem Zustand keineswegs billig.

Verstärkung Magnetfeld:
Daher habe ich wenigstens das Magnetfeld jetzt noch auf andere Weise angehoben:
Ich habe die große Spule für die Fahrtrichtungsumschaltung (12 Ohm), die ja jetzt funktionslos wäre, direkt parallel geschaltet zum Motoranker (gelbes Kabel von der Motorfahne zur Umschaltspule; die Masseverbindung der Umschaltspule bleibt unverändert).
Dieser neue Verbund Motoranker/Umschaltspule ist ja immer noch in Reihe geschaltet zur Magnetfeld-Erregerspule. Mit dieser Schaltung wird der Gesamtwiderstand des Stromkreises verringert. Dabei fließt nicht mehr der gleiche Strom durch Motoranker und Erregerspule wie vorher, sondern in der Erregerspule ist er nun höher. Am Motoranker wird er aufgeteilt (Summe Ankerstrom + Umschaltspulenstrom = Erregerspulenstrom). Für einen bestimmten Ankerstrom ist das Magnetfeld nun grundsätzlich erhöht.

Im direkten Vergleich ist die Regelbarkeit tatsächlich verbessert. Die Stromaufnahme steigt durch die Hinzunahme der Umschaltspule in die Schaltung um etwa 0,3 A (bei mittlerer Spannung), was direkt dem Magnetfeld zugute kommt. Mit den 0,3 A mehr kann ich noch leben, die Gesamtstromaufnahme ist immer noch geringer als bei der Original-Wechselstromausführung, bei der die Umschaltspule ja direkt parallel zur Fahrspannung liegt.
Die (gestiegene) Temperatur in der Erregerspule bleibt immer noch sehr moderat und unkritisch, das ist ausgetestet.
Wirklich gut ist die Regelbarkeit zwar immer noch nicht, aber man kann wenigstens sagen, dass die Lok nun „läuft“. Vorausgesetzt, es treten keine deutlichen Spannungsabfälle entlang der Strecke auf, worauf sie relativ empfindlich reagiert (ich musste die Anlage an 2 Stellen nachbessern).

Sonstiges:
Der nun funktionslosen Schaltwippe habe ich -auf dem 1. Bild sichtbar- ein Stückchen Schaumstoff gegeben, um ein hörbares Schnarren bei Halbwellen-Trafos zu vermeiden (mit doppelseitigem Klebeband befestigt).

Der Anspruch auf die Spannungseinspeisung (Mehrfacheinspeisungen) in der Anlage ist recht hoch, wie schon gesagt. Auf Spannungsverluste entlang der Strecke von > 0,6 oder gar 1 Volt reagiert sie mit sichtbarem Geschwindigkeitsverlust.

Die Lok hatte Zinkpest-zerstörte Räder (Gehäuse und Rahmen sind aber perfekt). Bei Ton Jongen werden Repliken derzeit als „NL“ ausgewiesen (vermutlich also „nicht lieferbar“). Als Austausch hatte ich nur die TTR-Repliken, die ich auf ein Innenmaß von nur 11,2 mm einzustellen hatte (da die Rad- bzw. Spurkranzbreite damals viel größer als bei späteren Loks war). Diese TTR-Teile haben Zahnräder auch auf der nicht angetriebenen Seite, so dass die optische Originalität von unten betrachtet weg ist.
Auch von daher würde es jetzt nicht so wehtun, eines Tages vielleicht doch noch auf den Stabmagneten (+ Gleichstromanker) umzurüsten.

Mich würde interessieren, welche Mikado-Version das eigentlich ist.

Bild

Die Version 4 weist ein dunkelgraues Dach aus, meine würde ich aber als hellgrau bezeichnen. Dass es am Gehäuse der Originallack ist, daran habe ich kaum Zweifel.
Die Speichenräder waren nicht durchbrochen.


Viele Grüße
Uwe
FeinExpress
 
Beiträge: 214
Registriert: 06.01.2012, 23:04

Re: E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon PaTrix » 29.02.2016, 17:29

Hallo Uwe,
Ein toller Beitrag, eine ebenso tolle Lok. Ich gehe jetzt allerdings nur auf Deine eine Anfrage ein:
FeinExpress hat geschrieben:...
Mich würde interessieren, welche Mikado-Version das eigentlich ist.
(p.m. Bild weggelassen, siehe dazu oben!)
Die Version 4 weist ein dunkelgraues Dach aus, meine würde ich aber als hellgrau bezeichnen. Dass es am Gehäuse der Originallack ist, daran habe ich kaum Zweifel.
Die Speichenräder waren nicht durchbrochen.
...

Wenn die Lok keine durchbrochenen Speichenräder hatte, dann ist es die vorletzte WS-Version mit grünem Gehäuse. Lass' Dich durch die Farbe des Daches nicht beirren. Es gibt da verschiedene Schattierungen von "Grau". Herr Grosse, selig, der den MIKADO erstellt hatte, hat nur beschrieben, was er gekannt und selber in seiner Sammlung hatte. Diese Sammlung war jedoch teilweise unvollständig, also fehlen z.Bsp. einigen "Versionen" zu Loks und Wagen... :?

Anhand der grauen Kupplungen lässt sich auch sagen, dass es eine unmittelbare Ausführung nach Wiederaufnahme der Produktion nach WW2 ist, also ab 1948 bis ca. 1952. Dann folgt noch die (seltenere) grüne Version mit den durchbrochenen Speichenrädern. Rote Gehäsue sind dann nochmals Varianten in WS mit geschlossenen Speichenrädern

Mit TRIXigen Grüssen
PaTrix

P.S. Ich hatte mich schon über die "tollen", neuen Räder gewundert, der Text gibt dazu Auskunft
P.S.2: Ich meinte, nur ein Umbau auf GS unter Verwendung eines Stabmagneten als Ersatz für die Feldspule und nur das Ersetzen mit einem Rotor für GS (= gelbe Färbung) bringt die wünschbare Leistung und Regelbarkeit der Lok mit GS!
:D 8) :P
Benutzeravatar
PaTrix
 
Beiträge: 869
Registriert: 17.10.2003, 13:25
Wohnort: Schweiz / Switzerland / Suisse / Zwitserland / Svizzera

Re: E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon Roman Favero » 29.02.2016, 19:49

Hallo Uwe
Tolle Anleitung !
Du beschreibst alle Vor- aber auch Nachteile sehr genau. Da ergibt sich doch schon die Frage nach dem Nutzen. Aber was ist der eigentliche Grund nicht gleich eine Coop-Gleichstromvariante zu erwerben?
Solche sind auf den grossen TE-Treffen ja immer in genügender Anzahl erhältlich. Sie verfügen über den Gleichstromanker und dem Stabmagneten. Bei diesen Loks könnte man ev. sogar mit neuen superstarken Magneten experimentieren. Wobei ich gestehen muss, dass ich über den Zusammenhang von Magnetfeldstärke und Rotorwicklung keine Ahnung habe. Aber ev. liesse sich ja der alte Motor mit neuer Magnetkraft zu völlig neuer Hochform bringen.
mit vertrixten Grüssen
Roman
Roman Favero
 
Beiträge: 359
Registriert: 07.10.2006, 23:10

Re: E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon FeinExpress » 13.03.2016, 12:34

Hallo PaTrix,

vielen Dank für die Info.
Dann sehe ich den Mikado vor allem bei diesen alten Sachen mal besser nur als „Ungefähr“-Info.

Hallo Roman,
Du schreibst:
Aber was ist der eigentliche Grund nicht gleich eine Coop-Gleichstromvariante zu erwerben?

Ich wollte einen „optimalen Antrieb“, zu dem auch ein bestmöglicher Auslauf gehört.
Die Umrüstung mit dem Gleichrichter ist ja keine große Sache. Damit hat die Lok auch einen besseren Auslauf als die Original-Gleichstromloks mit dem Perma-Magnet, denn bei Stromunterbrechung bricht ja das rotorbremsende Spulen-Magnetfeld auch zusammen.
Dieser Vorteil ist immerhin in meinem Umbau gegeben, der Nachteil der Regelbarkeit -deutlicher als erwartet- musste aber erwähnt werden.


Der Einfluß von Magnetfeldstärke und Rotorwicklung ist eigentlich recht einfach, falls es bei Umrüstungen von Interesse ist:

Magnet-Feldstärke: hoher Wert führt zu höherem Anlaufdrehmoment und reduzierter Höchstdrehzahl des Rotors, denn die drehzahlbegrenzende Spannungs-Gegeninduktion im Rotor steigt mit dem Magnetfeld.
Letztlich ist die Auswirkung eines verstärkten Magnetfeldes daher ganz ähnlich wie eine langsamere Getriebeübersetzung.

Rotorwicklung: Mit jeder einzelnen Spulen-Windung auf dem Rotor-Eisenkern steigt das Anlaufdrehmoment im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl an. Das Moment steigt außerdem proportional zur Stromstärke.
Das Ziel wäre also eine hohe Windungszahl, wegen der Stromstärke mit möglichst dickem Draht (die Grenze ist folglich der zur Verfügung stehende Platz).
Über jede Windung entsteht mit steigender Drehzahl aber eine steigende Gegeninduktion (also Spannung), die der angelegten Spannung entgegenwirkt. Hohe Windungszahl = hohe Gegenspannung (und hohe Drehzahl = hohe Gegenspannung). Sind beide Spannungen gleich hoch, ist die theoretische Höchstdrehzahl des Motors erreicht.
Daher wirkt eine hohe Windungszahl also auch wieder wie eine verlangsamte Getriebeübersetzung, jedenfalls was die Max.-Geschwindigkeit betrifft. Das Anlaufdrehmoment (also bei Drehzahl Null) könnte dabei allerdings nur steigen, sofern mit dickerem Draht der ohmsche Widerstand für eine unveränderte Stromstärke gleich gehalten werden könnte (also wieder das Platzproblem).
Die Regelbarkeit wird aber mit der höheren Windungszahl auf alle Fälle besser.


Viele Grüße
Uwe
FeinExpress
 
Beiträge: 214
Registriert: 06.01.2012, 23:04

Re: E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon Roman Favero » 14.03.2016, 20:43

Hallo Uwe
Das heisst aber, dass für die Gleichstromvariante ein stärkerer Magnet genau das Richtige ist.
Diese Rennsemmeln einzubremsen und dafür mehr Drehmoment fürs Anfahren zu bekommen ist doch genau das Richtige. Auf jeden Fall wird ich das mal ausprobieren und dann darüber berichten. Noch eine Frage: ist bei den heutigen Supermagneten irgend ein Risiko dabei, dass der Rotor überhitzt ?
mit vertrixten Grüssen
Roman
Roman Favero
 
Beiträge: 359
Registriert: 07.10.2006, 23:10

Re: E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon FeinExpress » 16.03.2016, 13:51

Hallo Roman,

nein, das ist nicht zu befürchten.

Im Fall der höchsten Stromaufnahme, das wäre blockierter bzw. stehender Motor, ändert sich an der Stromaufnahme gar nichts, also auch nichts an der Hitzeentwicklung. In diesem Fall richtet sich die Stromaufnahme ja nur am ohmschen Widerstand der Rotorwicklung, da es eine Gegeninduktion bei Drehzahl Null nicht gibt.

Im normalen Betriebszustand wird sich die Stromaufnahme und Wärmeentwicklung eher verringern, da mit dem stärkeren Magneten eine Motor-Kennlinien-Verschiebung in die richtige Richtung erfolgt.

Für meine eigenen Antriebe bleiben Supermagnete (auch genannt Neodym-Magnete) im Tausch gegen unsere alten Magnete aber Theorie, denn mit meinen Möglichkeiten kann ich mir solche Magnete vermutlich nicht auf die richtigen Maße bringen (Bearbeitung geht wegen gefährlichem Staub wohl auch nicht).

Bei Fa. Maqna gibt es einen Stabmagneten mit d = 6 mm und L = 25 mm.
Ich glaube, da fehlen doch noch etliche Zehntel-mm in der Länge (ich wollte aus einer der ganz alten Gleichstromloks den Magneten jetzt nicht ausbauen, um die Länge ganz genau messen zu können. Eingebaut geht es leider nur schlecht).
Im Durchmesser würde zum Original (7 mm) zwar auch 1 mm fehlen, aber wenigstens von daher ginge es natürlich trotzdem.

Viele Grüße
Uwe
FeinExpress
 
Beiträge: 214
Registriert: 06.01.2012, 23:04

Re: E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon Roman Favero » 16.03.2016, 18:21

Hallo Uwe
für das Längenproblem hätt ich ev. eine Idee. Ich habe schon einige kleine runde in Ebay gekauft, allerdings nur kurze. Die sind alle als kleine zusammengesetzte Stange geliefert worden. Also liesse sich die richtige Länge wohl auch aus verschiedenen Kleineren zusammensetzen. Das Bearbeiten ist wohl aus verschiedenen Gründen nicht einfach. 1. die Spähe kleben überall am Drehbank, 2 Der Nickel ist dann weg und damit korrodieren die Dinger sehr schnell.
Durch das zusammensetzen erzielt man wohl nicht die gleiche Magnetkraft aber wohl immer noch viel, viel mehr als die uralten Stabmagnete. Die Länge ist wohl einfach zu messen, denn bei den Cooploks fallen die Dinger recht oft raus bzw. hat sich der Klebstoff gelöst. Ich werde demnächst mal einige aufschrauben und sehen ob sie frei sind.

Nachtrag:
Die original Magnete sind 26.5mm lang und 7mm Durchmesser.
Es passen aber auch bis 10mm Durchmesser unter das B-Lok Gehäuse. Die Testanordnung war mit 26,2 mm wohl zu kurz, passte/hielt aber doch recht gut. Das Regelverhalten war nicht besser, es brauchte erst ein Stromstoss (Stufe 5) bis sie anlief, dafür liess sie sich weiter runter regeln (bis 3),
langsamer wurde sie unmerklich (noch immer zu schnell), das Drehmoment (Kraft) war besser. Nachteil: Die Feritspule wird an den Magneten gezogen.
Fazit: bisher kein echter Fortschritt.

mit vertrixten Grüssen
Roman
Dateianhänge
B-Lok.jpg
Roman Favero
 
Beiträge: 359
Registriert: 07.10.2006, 23:10

Re: E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon Thorsten S. » 16.03.2016, 23:51

Hallo Kollegen,
ich habe bereits einen Neodym Magneten von 25mm laenge und 6mm Durchmesser verbaut. Die Original Länge von 26,3-26,5mm muss nicht unbedingt erreicht werden. Der Magnet liegt unten auf den Blechpaketen auf. Die richtige Länge erleichtert das einstellen des Luftspalts für den Anker.
Man kann aber zwei Messingbleche von 1mm und 0,3mm aufeinander löten und dann zwischen Magnet und Blechpaket einlegen und mit Kleber fixieren.
Viele Grüsse Thorsten
Zuletzt geändert von Thorsten S. am 25.03.2016, 17:33, insgesamt 1-mal geändert.
Thorsten S.
 
Beiträge: 92
Registriert: 04.02.2004, 19:08
Wohnort: Germany

Re: E-Lok 20/55 - Umrüstung auf Gleichstrom

Beitragvon Ralf » 20.03.2016, 12:55

Hallo zusammen,

das Thema taucht ja immer wieder mal auf und da würde ich gerne meine Variante beisteuern, bei der am Chassis kein Löten erforderlich ist:

http://nerfue.de/html/wechselstromloks.html

Viele Grüße
Ralf

EDIT: Dummerweise habe ich, als ich den Beitrag gelesen habe gar nicht gesehen, daß ich eh schon zitiert worden bin, weil ich es etwas eilig hatte. Wer liest ist also doch im Votreil.
Ralf
 
Beiträge: 82
Registriert: 20.09.2006, 09:03
Wohnort: (Ober-)Franken


Zurück zu Bastelstube

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 3 Gäste