Der hessische Gliederzug - Personenbeförderung auf 10,25" Spurweite

  • Jetzt wird es hier ja wie damals im Hörsaal das fetzt ich bin für ausprobieren und Dimensionen aus dem Bauch raus ne Spaß bei Seite wir Rechen alle noch mal und schauen was nun der beste Weg ist

    Gruß Christian

    Christian

  • Hey Christian

    Da stimme ich dir zu. Ich meine wir testen es einfach,

    da die verschiedenen Optionen sowieso schon da sind.

    Gruß Michael

  • Hallo,

    das in Thüringen lange Wochenende haben wir genutzt, um wieder einmal am hessischen Gliederzug zu bauen. Wir sind ja seit einem halben Jahr überhaupt nicht mehr zu Potte gekommen. Und das war der Plan:

    1. ateshci 's neu beschaffte Motoren im Zusammenspiel mit dem Frequenzumrichter testen

    2. V75christian 's umgebaute Drehgestelle mit bürstenlosen Gleichstrommotoren testen

    3. ein paar verifizierbare Messreihen fahren

    zu 1.

    ateshci hatte ja als Partisanenstreich zwei neue Motoren beschafft und die gemeinsam mit Weimibahn schon mal in zwei Drehgestelle eingebaut. Der erste Test, den die beiden absolvierten, lief ganz erfreulich gut. Allerdings blieb bei mir ein ungutes Gefühl zurück, dann auch unser ersten Fahrten mit den alten Motoren liefen so. Was würde passieren, wenn da wieder acht oder 10 Motore am Wechselrichter hängen? Und wie gehen wir damit um, dass die neuen Motore keine Bremsen haben?

    Heizer beschaffte also sechs weitere Motore und wir bauten die Drehgestelle fleißig um. V75christian fand sogar eine Lösung, wie wir die Bremsen von den alten auf die neuen Motore bauen konnten. Hier mal ein Foto eines umgebauten neuen Motors.

    IMG_6807_verkleinert.JPG

    Noch ist die Bremse nicht mit am Klemmfeld angeschlossen, aber wie man am hinteren Motorende erkennen kann, ist er schon mit dem Schneckengetriebe verbunden.

    Da V75christian bereits zwei Drehgestelle auf bürstenlose Gleichstrommotore umgebaut hatte, konnten wir nicht den ganzen Gliederzug fahren. Dennoch zeigte sich der selbe Effekt wie beim ersten Versuch. Ab sechs Motore konnte der Gliederzug mit Belastung in der Steigung nicht mehr anfahren. Nun gab es zwei Ansätze: entweder ist der Frequenzumrichter zu schwachbrüstig oder der Generator gibt nicht genügend Leistung ab. Letzteres konnten wir ganz schnell ausschließen. Wir schlossen nämlich einfach zusätzlich einen 2 kW Heizlüfter an den Generator an und siehe da, das kratzte den Generator nicht im Geringsten. Wie auch, er ist für eine Leistung von 5,5 kW ausgelegt. Den zwingen wir nicht so schnell in die Knie.

    Da ein anderer Frequenzumrichter ad hoc nicht zur Verfügung stand, gingen wir zu Punkt 2 über.

    zu 2.

    V75christian hatte zwei Drehgestelle mit bürstenlosen Gleichstrommotoren ausgerüstet, die mit einer Leistung von 800 W spezifiziert sind und ihre Regler gleich mitbringen. Das Ganze lässt sich recht kompakt bauen und so konnten wir die Getriebe mit einer Welle verbinden und die Bremsen direkt an ihnen befestigen. natürlich gibt es auch davon ein Bild.

    BLDC_Antrieb_Gliederzug_verkleinert.jpg

    Auf diesem Foto sind die Bremsen elektrisch noch nicht angeklemmt und auch die Reglerplatine ist lediglich mit einer M4-Schraube provisorisch am Drehgestell befestigt. Da V75christian nur ein Drehgestell mit nach Hessen geracht hatte, musste also etwas improvisiert werden. Ich baute das angetriebene Drehgestell als hinteres Drehgestell in den Triebkopf 1, kuppelte den Triebkopf mit einer Gondel und ergänzte die ganze Kombination mit zwei antriebslosen Drehgestellen.

    Nach dem das geschehen war, schoben wir den Testzug erst einmal ins Gefälle um zu sehen, wie er rollt und ob wir ggf. durch einen Fahrtrichtungswechsel das Gefährt abbremsen können. Die Bremsen an den Getrieben waren ja außer Funktion. Alles lief, also konnten wir erste Fahrversuche unternehmen.

    Da es den ganzen Tag geregnet hatte und uns auch die Bäume die Gleisanlage immer wieder schön mit Laub bestreuten, waren die ersten Runden auf Weimibahn 's Anlage etwas beschwerlich. Von den angegebenen 800 W haben wir fast nichts auf die Schiene bekommen. Nach einigen Putzrunden konnten wir dann zu zweit mal ein paar Runden fahren, in Summe vielleicht knapp 800 m, je zur Hälfte bergab und bergauf. Nach diesen Fahrten mal ein Kontrollgriff an den Motor und die Hand ganz schnell wieder zurückgezogen. Der Motor hatte so 50 bis 60 Grad Celsius. Das hätte ich bei 800 W so nicht erwartet.

    Als nächstes dann mit dem Zug in die Steigung von 5,6% und die Gondel mit 150 kg ballastiert. Im Normalfall sitzen ja zwei Personen in der Gondel. Mit dieser Last war es einfach unmöglich, die Steigung zu bewältigen. Da halfen alle lokführerischen Kniffe nicht mehr. Also die Gondel wieder ausgeladen und leer den Berg rauf.

    In dieser Situation hatte ich erstmals das Gefühl, dass der Motor nicht so richtig rund läuft. Ein banger Griff in Richtung Motor brachte dann Gewissheit, der Motor war vermutlich schon überhitzt. Es gibt also bei der Kombination Motor-Regler keinerlei thermische Schutzschaltung bzw. Strombegrenzung. Der Versuch, noch eine Runde mit dem Leerzug auf Weimibahn 's Anlage zu fahren, scheiterte nach 300 m. Jetzt bewegte sich nichts mehr.

    Bei der abschließenden Untersuchung stellte sich heraus, dass der Motor so warm geworden war, dass die Vergussmasse den Motor verklebt hat.

    Da es keinerlei Unterlagen für diesen Motor gibt, gehe ich mal davon aus, dass die 800 W nur kurzzeitig abgerufen werden können. Diese Motoren taugen für unsere Zwecke nicht als Antrieb.

    IMG_6801_verkleinert.JPG

    zu 3.

    Glücklicherweise hatten wir den bürstenlosen Gleichstrommotor vor den Testfahrten schon mal gegen die Federwaage kämpfen lassen. Der Motor schaffte immerhin eine Zugkraft von 80 kg, ehe er aufgab. Das aber auch nur, weil wir den Achsdruck trickreich erhöht hatten. Zum Vergleich hatten wir den Triebkopf auch mit drei von den von ateshci beschafften Motoren ausgerüstet, was ja auch immerhin 750 W sind. So trat er gegen die Federwaage an und schaffte lediglich 50 kg Zugkraft bis zur Abschaltung durch den Frequenzumrichter. Und um noch eine Aussage zu haben, wurde der Gliederzug auch mit 6 Motoren getestet. Das sind dann 1,5 kW. Hier schafften wir dann wieder 80 kg Zugkraft.

    Nun ja, diese Messungen sind nicht repräsentativ, geben aber doch schon Anhaltspunkte für die Dimensionierung des Antriebs.

    Und wie nun weiter? Fakt ist, dass die gegenwärtige Antriebsauslegung grenzwertig ist. Dennoch haben wir uns jetzt entschieden, die vorhandenen Asynchronmotore zu verwenden und noch einen zweiten Frequenzumrichter einzubauen. Und dann geht es mit dem Gliederzug zu Testfahrten nach Droyßig zum leipziger . Der Termin steht noch nicht fest, aber viel Zeit wollen wir uns da nicht lassen. Wir hängen eh im Zeitplan.Testfahrt_neue_Motore_verkleinert.jpg


    Zum Schluss noch ein Foto von der ersten Testfahrt mit den neuen Motoren in der unteren Wendeschleife auf Weimibahn 's Anlage.

    Viele Grüße

    Joschi

    Mit "eigentlich" fängt eine Lüge an!

  • Hallo Joshi,

    nach dieser Beschreibung sieht es so aus, das wenn mehrere Motoren parallel geschaltet sind > 6 der dynamische Phasenstrom so groß wird das die Strombegrenzung vom Umrichter eingreift. Dies könnte man eventuell mit in die Phasen von jedem Motor eingeschleifte Drosseln verändern. Das sind im einfachsten Fall ein paar Windungen Draht auf einem Ferritkern. In der Anleitung vom Umrichter müsste eigentlich auch ein Hinweis zu finden sein.

    Viele Grüße

    Werner

  • In der Anleitung vom Umrichter müsste eigentlich auch ein Hinweis zu finden sein.

    Hallo Werner,

    danke für Deinen Hinweis. Dieses Thema kenne ich bislang noch gar nicht. Leider steht auch in der Beschreibung des Umrichters dazu nichts. Ich muss mich also erst einmal schlau machen und mit dem Thema befassen. Mal sehen, was Oma Gockel dazu ausspuckt.

    Gruß

    Joschi

    Mit "eigentlich" fängt eine Lüge an!

  • Hallo Joschi,

    meine Schnellsuche förderte diese Hinweise zu tage

    ST500er | Mehrere Motoren an einem Frequenzumrichter - Sourcetronic GmbH
    Können mehrere Motoren an nur einem Frequenzumrichter betrieben werden? Ja, das ist möglich wenn folgende Regeln beachtet werden: Die Motoren müssen die […]
    www.sourcetronic.com

    https://cache.industry.siemens.com/dl/files/055/14390055/att_870427/v2/FAQ-CD7F6930_MM4-multi_motor_de.pdf

    Soweit ich sehen kann ist in den Links euer Problem mit angerissen. Für die finale Lösung müsste man sich weiter schlau machen.

    Ich weis aus eigener Erfahrung das bei der Konstruktion von Gleichstrom Stellern es Motoren gibt die bei gleicher Leistung und Abgabe Drehzahl völlig unproblematisch sind und andere die haben so extreme dynamische Ströme, weil der Komutator so schrottig ist, das der Regler nur durch Drosseln gebändigt werden konnte. Früher mussten die Transistoren mit sogenanten I/dt Filtern geschützt werden.

    Viele Grüße

    Werner

  • Werner, vielen Dank für die Links. Heute scheint mein Lesetag zu sein, von überall her bekomme ich gute Quellenangaben.

    Eines ist mir auf jeden Fall heute schon klar geworden, der Frequenzumformer gehört zum Motor wie der Röhrenverstärker zur E-Gitarre. ;) Da lag ich bislang völlig falsch und muss mein diesbezügliches Weltbild erst mal wieder vom Kopf auf die Füße stellen.

    Nochmals vielen Dank für Deine Hilfe!

    Joschi

    Mit "eigentlich" fängt eine Lüge an!

  • Hallo Joshi,

    ich habe noch etwas gesucht und das gefunden.

    Motordrosseln
    Wir sind ein mittelständisches Unternehmen mit über 30-jähriger Erfahrung in der Antriebs- und EMV-Filter-Technik.
    epa.de

    Filter/Drosseln – Siebert Elektromaschinenbau Darmstadt | Vor Ort Service, Instandsetzung, Vorbeugende Wartung, Frequenzumrichter, EMV-Zubehör

    https://download.sew-eurodrive.com/download/pdf/19469608.pdf

    Bei SEW steht auf Seite 20 eine Anleitung wie man Ringkerndrossel bewickelt zur Ausgangsentstörung. Ich würde mir den grössten Ringkern beschaffen und den so bewickeln wie in der Anleitung und schauen ob sich was verändert. Da das Material nicht so teuer ist, kann man auch für jeden Motor so einen Ringkern bewickeln.

    Mit normalen Messgeräten werdet ihr kaum was vernünftig messen können.

    Gruß

    Werner

  • Mit normalen Messgeräten werdet ihr kaum was vernünftig messen können.

    Moin Werner,

    genau das ist eines meiner Probleme. Der Frequenzumrichter zeigt einige Werte wie Spannung und Strom an. Welchen Strom und welche Spannung das aber genau ist, lässt sich nicht so leicht ermitteln. Insofern sind meine Messungen immer mit einem großen Fragezeichen versehen.

    Der verlinkte Artikel ist für mich wieder mal eine Goldgrube. Das Thema Ferritkerne werde ich auf jeden Fall angehen. Mal sehen, was da beschaffbar ist. Drei mal fünf Windungen mit 2,5 Quadratmillimeter Querschnitt sind schon eine Hausnummer. ;)

    Gruß

    Joschi

    Mit "eigentlich" fängt eine Lüge an!

  • Hallo Joshi,

    der Frequenzumrichter wird normalerweise nur einen gemittelten Strom anzeigen und das hilft hier nicht weiter. Einen True RMS Strom also den quadratischen Mittelwert ,der aber für die Belastung richtiger wäre, wird er eher nicht anzeigen. Die von dir angedachte Bewicklung des Ringkerns hätte ich auch so gemacht. Ich hatte bei dem Gleichstromsteller damals Ferritstäbe mit 2,5 mm² bewickelt und mit Schrumpfsclauch fixiert. Der Motor hatte bei einem Leerlaufstrom von 2,5 A Kommutierungströme von über 100 A, so eine gute Qualität hatte der.

    Die Wirkung der Drossel ist in etwa so einfach erklärt, der Umrichter sieht mit seinen Schutzschaltungen mehr die elektrischen Eigenschaften der Drossel und weniger das komplexe Zusammenspiel zwischen Ohmschen , Induktiven und Kapazitiven Widerstand der Gesamtverdrahtung.

    Ich wünsche viel Erfolg

    Werner

  • Moin von der Gliederzug-Front,

    endlich ist es mal wieder ein Stück weiter gegangen mit dem Drehstromantrieb. Die drei Fehlversuche haben uns schon ganz schön heruntergerissen und das Gliederzugprojekt für lange Zeit auf's Abstellgleis geschoben. Nun aber gab es einen neuen Start. Ich war drei Tage bei WeiMi und Heizer und da haben wir dad Projekt mal wieder angewärmt. Wie ist der gegenwärtige Stand?

    Die Lösung mit dem einen Frequenzumrichter für alle Motoren ist verworfen. Der Lösungsansatz mit den Brushless-Motoren ebenfalls. Inzwischen ist es uns gelungen, passende Frequenzumrichter für die Motoren zu beschaffen und das ist jetzt auch der nächste Versuch. Jeder Motor bekommt seinen eigenen Frequenzumrichter. Und verwendet werden die 4-Strang-Motoren, die ateshci bei seinem letzten Versuch eingesetzt hat. Dazu müssen wir sie aber alle umbauen, denn zum einen müssen sie an die vorhandenen Getriebe angeflanscht werden und zum anderen müssen die elektrischen Bremsen der 2-Strang-Motoren an die 4-Strang-Motoren angebaut werden. Letzteres ist nicht ganz so trivial, jedoch dank Weimibahn 's ausgezeichnet eingerichteter Werkstatt machbar. So konnten wir gestern tatsächlich ein erstes Antriebsdrehgestell vollständig umrüsten und testen.

    Etwas Kopfzerbrechen hat uns die Unterbringung der Frequenzumrichter in den Fahrgast-Gondeln gemacht. Nach eingehender Diskussion haben wir uns jetzt entschlossen, eine Gondel als Antriebsgondel umzurüsten. Diese Gondel kann dann zwar nicht mehr für die Personenbeförderung genutzt werden, in Summe verlieren wir aber nur einen Sitzplatz. Im ersten Triebkopf kommt nämlich durch den "Umzug" des Aggregats in die Antriebsgondel ein Sitzplatz hinzu.

    Für die Triebköpfe entstehen zwei spezielle Antriebsdrehgestelle. Platzmäßig können die vorlaufenden Drehgestelle nur mit einem Motor ausgerüstet werden. Deshalb werden die Drehgestelle eine mechanische Kopplung zwischen den beiden Achsen erhalten und somit auch beide angetrieben sein. Die praktische Machbarkeit hat V75christian bereits durch den Bau nachgewiesen. Dabei wurde ein Getriebe so adaptiert, dass am Motorflansch nun die elektrische Bremse sitzt. Das zweite Getriebe wurde so abgeändert, dass das zweite Getriebe durch eine Welle zusätzlich angetrieben werden kann. Bei dem zweiten Spezialgestell für den Triebkopf 2 sind wir noch am Überlegen, ob wir da die Bremse standardmäßig an den Motor anbauen. Dafür sollte der Platz reichen und wir müssen nur ein Getriebe umbauen.

    Ja, so ist der Stand. Drückt uns die Daumen, dass wir bei diesem Versuch endlich mal Erfolg haben.

    Viele Grüße

    Joschi

    Mit "eigentlich" fängt eine Lüge an!

  • Hallo Thomas,

    den Zwischenkreis mit einer Traktionsbatterie zu machen ist ein sehr spannendes Thema, über das ich auch schon öfter nachgedacht habe. Allerdings wurde mir davon von verschiedenen Seiten abgeraten. Hauptargument sind da immer die hohen Spannungen im Zwischenkreis, die mit Batterien nur schwer zu beherrschen sind und einiges an Überwachungs- und Regeleinrichtungen erfordern. Der Gliederzug nutzt ja Industriemotoren, die mit 3x 230 V AC angesteuert werden. Das macht über den Daumen eine Zwischenkreisspannung von 800 V bis 1200 V erforderlich und diese Spannung mit Batterien bzw. Akkus zu benutzen ist halt nicht ohne.

    Als Energielieferanten benutzen wir ein Motor-Generator-Aggregat mit ca. 3 kW Leistung. Alternativ ist angedacht, einen Akkusatz 48 V, 260 Ah und einen 3 kW Wechselrichter zu nutzen. Allerdings denken wir, dass die Batteriekapazität nich sehr lange reichen wird. Aber das ist erst der zweite Teil des Tests.

    Gruß

    Joschi

    Mit "eigentlich" fängt eine Lüge an!

  • Hallo Joschi

    Das Problem bei mir war ausreichende Anfahrleistung hin zu bekommen. Das hat der 2KW Generator bei mir nicht geschafft, ohne regelmäßig mit Überlast abzuschalten.

    Die Batteriekapazität müsste aber für einen Tag Publikumsbetrieb reichen, wenn es Lithium Batterien sind.

    Bei mir reichen 36V/280Ah LiFePO4 um den ganzen Tag einen Zug mit 25 bis 30 Personen zu befördern.

    Die vorher verwendeten 36V/100Ah Blei waren bei der gleichen Last nach 90 Minuten leer.

    Mit freundlichen Grüßen

    Thomas

  • Hallo Joschi,

    wenn ihr Drehstrommotoren mit (vermutlich) 3x 230V AC in Dreiecksschaltung ansteuert und einen FU für 230 Netzspannung nutzt ist der DC-Zwischenkreis üblicherweise bei 320V DC. Der Elko im Zwischenkreis hat 400V DC Spannungsfestigkeit. Gespeist meist direkt über einen Gleichrichter aus der Netzspannung.

    Volker

  • Hallo Volker,

    danke für diese Informationen. Wenn der Zwischenkreis in der Tat "nur" mit 320 V läuft, dann wird das Projekt wieder interessant. Das wären zwar immer noch 27 12 V Akkus, aber die Zahl ist schon sympatischer als 100.

    Andererseits, gibt es denn Frequenzumrichter, die an 48 V DC betrieben werden können und dann 230 V Asynchronmotoren betreiben können?


    Gruß

    Joschi

    Mit "eigentlich" fängt eine Lüge an!

  • Bei mir reichen 36V/280Ah LiFePO4 um den ganzen Tag einen Zug mit 25 bis 30 Personen zu befördern.

    Die vorher verwendeten 36V/100Ah Blei waren bei der gleichen Last nach 90 Minuten leer.

    Hallo Thomas,

    danke auch Dir für die Information zu den Akkus. Aber hast Du eine Erklärung dafür, warum die LiFePo4-Akkus relativ gesehen so viel länger halten als die Blei-Akkus? Wir tun uns zugegebenermaßen etwas schwer mit LiFePo-Akkus, weil sowohl V75christian als auch ich schon mal Zeuge einer Explosion eines solchen Akkus, zum Glück nur im Klerinformat (Handy) geworden sind. Ich will mir gar nicht vorstellen, was ein Akku in der von Dir verwendeten Größe macht, wenn es da zu einer Explosion kommt.

    Wie es so im Volksmund heißt: Gebranntes Kind scheut das Feuer.

    Gruß

    Joschi

    Mit "eigentlich" fängt eine Lüge an!