Schleiferabbrand

[finbar]

Moin,

In einem anderen Threat wurde erneut der Schleiferabbrand thematisiert. Ich habe dazu eine Vermutung und ich möchte diese gerne zur Diskussion hier vorstellen. Zum dem Thema habe ich einmal eine physikalische Betrachtung hier im Forum gelesen.

Selbst beim Fahren eines Autos über gerade Schienen schlagen die Stromabnehmer bei mir ab und zu Funken, möglicherweise bedingt durch Oxidstellen auf einem der beiden beteiligten Kontakte. Zur Verbesserung des Kontaktes zwischen Schleifer und Schiene hatte ich einmal die Stromleiter der Schienen mit einer selbstklebenden Kupferfolie versehen. Auch damit waren Funkenschläge zu sehen und ich habe deutliche Abbrandstellen auf der Kupferfolie festgestellt.

Vor einiger Zeit hatte ich dann mit der Möglichkeit gespielt, die Autos mit einer Stromsteuerung zu betreiben. Ich habe dazu mit handelsüblichen LED-Konstantstromquellen eine Schaltung aufgebaut. Kurz zusammengefasst fließt dabei ein konstanter Strom von z.B. 150mA PWM-gesteuert durch den Motor. Beim Ausprobieren der Schaltung habe ich festgestellt, daß kein Funkenschlag beim Fahren mehr zu sehen war. Nach einigen Runden Fahrt habe ich mir die Schleifer des Autos angesehen. Diese sahen aus als seien sie frisch poliert. Selbst Oxidation des Materials war an den Kontaktstellen zur Schiene weggeschliffen. Ich habe mir die Schaltung darauf hin fest aufgebaut und nutze sie seither als "Schienenreiniger".

Meine Vermutung daher ist, daß die vom Netzteil zur Verfügung gestellte Stromstärke ein wichtiger Parameter für den Funkenschlag ist und es ist wahrscheinlich, daß es von Anlage zu Anlage Unterschiede gibt, die auf die jeweilige Stromversorgung zurückzuführen sind. 

Wer ein Netzteil mit einstellbarer Strombegrenzung verwendet kann gerne einmal ein analoges Auto mit der Strombegrenzung statt mit der Spannung steuern und den Funkenschlag vergleichen.

Viele Grüße
finbar

[mos]

Moin finbar,

Meine Vermutung daher ist, daß die vom Netzteil zur Verfügung gestellte Stromstärke ein wichtiger Parameter für den Funkenschlag ist ...

interessante Vermutung .

Wer ein Netzteil mit einstellbarer Strombegrenzung verwendet kann gerne einmal ein analoges Auto mit der Strombegrenzung statt mit der Spannung steuern und den Funkenschlag vergleichen.

Ich habe daraufhin mit einer Digitalzentrale experimentiert, bei der ich den Strom reduzieren kann. War natürlich witzlos, weil der verbaute lastgeregelte Fahrzeugdekoder den Strom in jedem Fall begrenzt  .

Außerdem wäre es sowieso egal, da man ja mehrere Autochens und mit unterschiedlichen Stromaufnahmen fahren möchte.

[finbar]

Hallo mos,

Ich danke dir für deine Information. Wie du weißt, bin ich eher auf der zentral-digitalen Seite unterwegs als bei Decoder gesteuerten Fahrzeugen, aber ich glaube Schleiferabbrand ist bei beiden Systemen ein Thema. Und um die Problematik systematisch anzugehen, möchte ich gerne die vor etwa zwei Jahren gemachte Beobachtung und meine daraus folgende Vermutung nochmals bestätigt oder widerlegt haben. Dazu werde ich mir nochmal ein Testoval aufbauen und konzentriert den Funkenschlag betrachten. Hättest du gleichfalls die Möglichkeit, wenn ich dir die Konstantstromsteuerung zur Verfügung stelle, die Beobachtung zu bewerten? Einfach einen Vergleich des sichtbaren Funkenschlages beim Betrieb mit einem Faller-Trafo oder einem Netzteil und der Konstantstromsteuerung. Dabei geht es zunächst um den Funkenschlag eines analogen Autos über eine Teststrecke ohne Weichen / Kreuzungen etc. Ein Funkenschlag durch Kurzschlüße an Weichen, wie du sie in deinem Foto beeindruckend dokumentiert hast, können wird nach dem Gewinn von Erkenntnissen diskutieren.

Viele Grüße
finbar

[mos]

Moin finbar,

Hättest du gleichfalls die Möglichkeit, wenn ich dir die Konstantstromsteuerung zur Verfügung stelle, die Beobachtung zu bewerten? Einfach einen Vergleich des sichtbaren Funkenschlages beim Betrieb mit einem Faller-Trafo oder einem Netzteil und der Konstantstromsteuerung.

ja, klar, gerne 

Kannst du dann die näheren Testbedingungen und deinen Testaufbau (Strecke, Trafo/Netzgerät, Regler/Widerstand, Auto/Typ, ...) dokumentieren/fotografieren, damit wir vergleichbare Bedingungen haben?

Ich hatte übrigens früher schon Mal Beobachtungen (170 MB) angestellt.
(ACHTUNG: Langweiliger Clip - ist nur kurz im Netz.)

NACHTRAG: Clip aus Netz genommen.

[finbar]

Hallo mos,

Ich denke, der in deinem Video gezeigte Funkenschlag tritt reproduzierbar beim Übergang des Fahrzeugs über eine Weiche auf.  Bin mir nicht sicher, aber die Funken könnten kurzschlußbedingt sein. Ich habe heute eine Reihe von Versuchen an einem Oval, 4x4390 und 2x4120 gemacht, 1x Flachanker, 1x Blockmotor jeweils mit Gleichrichter im Auto. Stromversorgung 1x Faller Trafo mit Faller Pultregler, 1x Konstantstromquelle. Ich habe verbrauchte Schleifer und ungereinigte Schienen verwendet, um einen Funkenschlag zu provozieren. Die Konstantstromquelle würde ich dir in den nächsten Tagen zusenden. Probier sie mal aus.

Viele Grüße
finbar

[mos]

Moin finbar,

Bin mir nicht sicher, aber die Funken könnten kurzschlußbedingt sein.

sorry, ja, stimmt, vergaß ich zu erwähnen, da sind zwei Doppelweichen (4712) im Spiel  .

Ich habe heute eine Reihe von Versuchen an einem Oval, 4x4390 und 2x4120 gemacht, 1x Flachanker, 1x Blockmotor jeweils mit Gleichrichter im Auto. Stromversorgung 1x Faller Trafo mit Faller Pultregler, 1x Konstantstromquelle. Ich habe verbrauchte Schleifer und ungereinigte Schienen verwendet, um einen Funkenschlag zu provozieren. Die Konstantstromquelle würde ich dir in den nächsten Tagen zusenden. Probier sie mal aus.

Ja, so sieht meine Teststrecke auch aus. Wobei ich jetzt noch zwei Kreuzungen eingeschleift habe. Da bin ich Mal gespannt .

[AMS_Micha]

Hallo,
jetzt gebe ich hier auch mal meinen Senf dazu! Ich habe eben mal ein paar Runden auf mehreren Spuren meiner Anlage gedreht. Dafür habe ich einen „Testkäfer“. Bei der ersten Runde sehr wenige Funken, danach nichts mehr. Die Anlage wurde seit mind. 3 Monaten nicht befahren und ist in einem trockenen, aber nicht beheiztem Raum aufgebaut. 

Hier mal ein Foto von den Schleifern nach der Testfahrt!
   

Kein Abbrand und das Auto und die Bahn wurden vor der Testfahrt nicht gereinigt!
Meine Vermutung zu euren Ausführungen:

Durch die Widerstandsregelung und die Übergangswiderstände an den Stromleitern kommt es bei euch zu der Funkenbildung. 
Meiner PWM Reglungen scheinen das Problem offensichtlich zu minimieren!


Grüsse aus Kleinbeeren
Micha

[finbar]

Hallo Micha,

Wertvolle Inputs zum Thema! Vielen Dank für deine Unterstützung.

Meine Vermutung zu euren Ausführungen:

Durch die Widerstandsregelung und die Übergangswiderstände an den Stromleitern kommt es bei euch zu der Funkenbildung. 
Meiner PWM Reglungen scheinen das Problem offensichtlich zu minimieren!

Aber warum ist das so? Wie entstehen diese Funken? Ist der Innenwiderstand der Stromversorgung oder die Energie des Ankers ursächlich oder möglicherweise sogar eine Interaktion zwischen beiden Parametern? Gibt es Maßnahmen zur Vermeidung des Funkenschlags auch bei der Widerstandsregelung? Könnten diese Maßnahmen dann auch bei PWM- oder decodergesteuerten Fahrzeugen angewandt werden? Können Fahrzeuge damit letztendlich langsamer fahren ohne unmotiviert zu stoppen? Es könnte eine längere Diskussion mit ungewissem Ausgang werden. Bei allgemeinem Interesse vielleicht ein Thema fürs Online-Treffen?

Viele Grüße
finbar

[Fallerista]

Es gibt intetessante Literatur zur Frage wann und warum ein Funke überhaupt entsteht und auch neuere Ansätze, das zu verhindern

https://www.chemanager-online.com/news/f...verhindern

[mos]

Moin zusammen,

Meiner PWM Reglungen scheinen das Problem offensichtlich zu minimieren!

Sehe ich auch so, allerdings nicht ursächlich durch die Impulse. Da muss noch was Anderes mitwirken. Was mich noch bei dem Test interessiert. Wie langsam bist du gefahren, Micha?

Es gibt intetessante Literatur zur Frage wann und warum ein Funke überhaupt entsteht und auch neuere Ansätze, das zu verhindern

https://www.chemanager-online.com/news/f...verhindern

Interessante Quelle, danke, Fallerista.

Wie entstehen diese Funken? Ist der Innenwiderstand der Stromversorgung oder die Energie des Ankers ursächlich oder möglicherweise sogar eine Interaktion zwischen beiden Parametern? Gibt es Maßnahmen zur Vermeidung des Funkenschlags auch bei der Widerstandsregelung? Könnten diese Maßnahmen dann auch bei PWM- oder decodergesteuerten Fahrzeugen angewandt werden? Können Fahrzeuge damit letztendlich langsamer fahren ohne unmotiviert zu stoppen?

WIe es sich mir momentan darstellt, kann ein Funke nur dann entstehen, wenn der Stromkreis unterbrochen wird, bei uns zwischen Schleifer und Fahrbahn. Ob durch die Unterbrechung tatsächlich ein Funke entsteht, hängt von der zur Verfügung gestellten Energie ab.

Bin gespannt auf deine Konstantstromquelle und die entsprechenden Experimente, finbar  .

[HHFallerslot]

Moin,

kann es sein das der Effekt der Induktionsspannung den Funken verursacht? Wenn die Schleifer kurz abheben oder eine Kontaktstelle einen schlechten Kontakt hat, wird entsprechend in einer Spule, also unserem Regler oder dem Trafo eine Spannung (ja sogar in unserem Motor) induziert. Ich könnte mir gut vorstellen, dass hier die Ursache liegt? dafür spricht ja auch, dass bei einer digitalen Regelung keine, bzw. geringere Funkenbildung festzustellen ist.

VG
Mario

[mos]

Moin finbar, moin zusammen,

danke für die leihweise Überlassung der Konstantstromquelle (KSQ). Ich konnte schon die ersten Tests durchführen .

Randbedingungen:

• einfacher Rundkurs aus 4 x 4390 + 2 x 4120
  
• Anschluss an der Innenbahn
  
• minimale Geschwindigkeit ohne Stehenbleiben c.a. 5 Minuten
  
• Spannungsversorgung
  
  1. Faller Trafo 4016 ~, KSQ
     
  2. Faller Trafo 4015 =, Regler 4031
     
  3. Labornetzgerät, Spannung direkt eingestellt
     

Chassis (von rechts nach links)

• B1/4
  
• B3
  
• B4/2 A2
  
• F3
  
• F4 (mit Blaulicht, nicht im Bild)
  

Schleiferabbrand

• KSQ + Trafo 4016 ~
  
  
• Trafo 4015 =
  
  
• Labornetzgerät
  
  

Zwischenergebnis:

• Beim Test mit der KSQ konnte ich zwischen dem Faller Trafo und dem Labornetzgerät keinen Unterschied feststellen, weder bei der eingestellten bzw. Mindest-Geschwindigkeit, noch bei einer Funkenbildung.
  
• Die Versorgung mit Trafo 4015= und Regler 4031 brachten gegenüber der KSQ keinen signifikanten Unterschied.
  
• Funkenschlag und Abbrand waren am Größten beim Labornetzgerät mit stabilisierter Spannung und 2 A maximal-Strom .
  
• Beim Autochen mit Blaulicht war, wie erwartet, mit der KSQ wegen der wechselnden Last durch das Blaulicht kein konstantes Fahren möglich.
  
• Die restlichen Chassis konnten einwandfrei gefahren werden. Der Funkenschlag war minimal und trat hauptsächlich an Schienenübergängen auf.
  
• Die KSQ-Schaltung macht erhebliche Störgeräusche beim Radio (UKW).
  
• Der Regelweg ist bei den getesteten Chassis mit der KSQ nicht linear. Könnte an den unterschiedlichen Stromaufnahmen der Chassis liegen.
  
• Bei langsamster Geschwindigkeit bleiben die Autos in der Kurve hängen, was möglicherweise auf eine ungenügende Regelung der KSQ schließen läßt.
  
• Bei dem einfachen Rundkurs konnte ich für die Konstantstromquelle keine signifikanten Vorteile erkennen.
  

Ein Test mit Weichen/Kreuzungen steht noch aus.

kann es sein das der Effekt der Induktionsspannung den Funken verursacht? Wenn die Schleifer kurz abheben ...

Ja, so sehe ich das auch, Mario.

[finbar]

Hallo,

Vielen Dank für deine Tests, mos. Die Konstantstromquelle kommt bei deinem Test nicht so gut weg wie bei mir, aber zum Einholen einer zweiten Einschätzung sollte der Vergleich ja dienen. Ich werde meine Vermutung hinsichtlich des Einflusses der Stromstärke auf den Funkenschlag nochmal überdenken.
Sehr interessant finde ich die Beobachtung, daß beim Labornetzgerät der Abbrand und Funkenschlag am größten ist. Wenn ich mir jetzt das Labornetzgerät ersatzweise als eine ideale Batterie mit einem (kleinen) Reihenwiderstand vorstelle, dann kommt in der gesamten Schaltung nur noch eine Induktivität vor, nämlich die des Ankers.
Lassen sich mit dieser Beobachtung vielleicht die vermuteten problematischen Induktivitäten, die zum Funkenschlag führen könnten, auf die Induktivität des Ankers beschränken?

Viele Grüße
finbar

[Fallerista]

Sehr spannend! Labornetzteil böse? Das wäre ja ein Ding! Ich habe auf meiner Stadtbahn mit Halbwelle kaum Probleme mit Schleiferabbrand. Den beobachte ich deutlich stärker beim geregelten Netzteil. Denke das hat auch viel mit der Spannung zu tun (15 V versus 6-8 Volt).

Bist Du die Versuche im Dunkeln gefahren?

[mos]

Moin zusammen,

ja, alle Fahrten, bei denen ich den Funkenschlag beobachtet habe, fanden im Dunkeln statt. Dabei hat mich das Kollektorfeuer der Blockmotoren (B...) anfangs irritiert. Aber ich konnte es dann eindeutig vom Funkenschlag durch die Schleifer unterscheiden.

Ich vermute, das Stocken in den Kurven bei der KSQ kommt durch den niedrigen Strom (150mA?) zustande. Manche Motoren ziehen bis zu 200 mA. Kann man den Ausgangsstrom eines Ausgangs erhöhen, finbar?

Wie soll die Strecke mit "Hindernissen", z.B. Kreuizungen aussehen?

[finbar]

Hallo,

@Fallerista: Das Labornetzgerät meint es sicher nicht böse. Es stellt eine sehr saubere Spannung bereit, da es die Ausgangsspannung ständig nachregelt. Dies bedeutet allerdings einen sehr geringen Innenwiderstand und erlaubt vielleicht nur einen besseren Abtransport der im Anker induzierten Spannung, also einen höheren Stromfluß. Die im Anker induzierte Spannung könnte dabei weit höher sein als die Spannung des Netzteils.

@mos: der Ausgangsstrom der KSQ wird bestimmt durch die markierten Strommesswiderstände R1 und R2, die parallel geschaltet sind. Der Ausgangsstrom berechnet sich mit I=0,1/R.
   

Bei der dir vorliegenden KSQ ist ein Widerstand von 0,68 Ohm eingebaut, durch zusätzlichen Einbau eines Parallelwiderstandes von 1 Ohm erreichst du einen Ausgangsstrom von etwa 250mA. Das kannst du gerne machen, ich habe da manchmal sogar bedrahtete Widerstände eingelötet. Die KSQ ist gesteckt, die kannst du einfach abziehen.

Viele Grüße
finbar

[mos]

Moin zusammen,

Entwarnung, die KSQ macht ihren Job besser als oben beschrieben .

Ich habe nicht, wie beabsichtigt, den Ausgangsstrom erhöht, sondern den Stromverbrauch der Autochens drastisch senken können - durch Ölen.  Das hatte ich zwar vorgesehen, dann aber erfolgreich verdrängt  .

• Ich konnte - auch im Dunkeln - keinen Funkenschlag mehr beobachten
  
• Kein Abbrand zu erkennen, nur minimale Verschmutzungen
  
• Die Störungen im Radio waren wegen des geringeren Strombedarfs geringer
  
• Der Regelweg war nahezu linear und umfasste einen großen Bereich
  
• Die Autochens stockten nicht mehr in den Kurven
  

Fazit (eigentlich das Übliche):

• Verschmutzungen der Fahrbahn und/oder Schleifer verhindern einen reibungslosen Betrieb
  => Auch mit der KSQ müssen Fahrbahn und Schleifer gut gesäubert werden
  
• Die Autochens müssen möglichst leichtgängig sein, um den Stromverbrauch zu minimieren
  => regelmäßige Wartung der Autos notwendig
  
• Konstanter Ausgangsstrom und Stromverbrauch müssen zusammen passen
  => Einstellmöglichkeit des Ausgangsstrom für unterschiedliche Motoren vorsehen
  

Auf jeden Fall habe ich mir ein "Bild" gemacht:



@finbar: Da scheint noch Potential drin zu sein .

[Ulrich]

Michael, ersetz doch mal das Uralt-Reifensammelsurium, was da zum Teil auf Deinen Beispielsautos montiert ist, durch einheitliche neue Silikonreifen auf allen Chassis. Dann sollten die Ergebnisse noch signifikant besser werden ... .

Grüße
Ulrich

[Fallerista]

Stadtverkehr und Langsamfahrt verzeihen keine Schwachstellen hinsichtlich gereinigter Strecke und nachkorrigierter Schienenübergänge, Kontakten, Schleifereinstellung, Führungsstift, Reifen und gewartetem Motor und Getriebe. Wenn das erledigt ist, läuft es auch mit original zeitgenössischer Stromversorgung sehr gut, soweit meine Erfahrung...

Tolle Oszi-Bilder 

[mos]

Moin zusammen,

ersetz doch mal das Uralt-Reifensammelsurium ...  Dann sollten die Ergebnisse noch signifikant besser werden ... .

Es geht hier ja um den Schleiferabbrand, von dem ich nicht glaube, dass er sich durch andere Reifen verbessert. Das Kurvenverhalten könnte allerdings einen Unterschied ausmachen. Wobei die ollen Reifen (roter MB190, blauer MB220) bei den langsamen Geschwindigkeiten die Autochens interessanterweise ausreichend in der Spur halten.

Stadtverkehr und Langsamfahrt verzeihen keine Schwachstellen hinsichtlich gereinigter Strecke und nachkorrigierter Schienenübergänge, Kontakten, Schleifereinstellung, Führungsstift, Reifen und gewartetem Motor und Getriebe. Wenn das erledigt ist, läuft es auch mit original zeitgenössischer Stromversorgung sehr gut, soweit meine Erfahrung...

Ja, das kann ich bestätigen, allerdings fahren die Autochens mit der KSQ erheblich länger ohne Stocken.

Bei der dir vorliegenden KSQ ist ein Widerstand von 0,68 Ohm eingebaut, durch zusätzlichen Einbau eines Parallelwiderstandes von 1 Ohm erreichst du einen Ausgangsstrom von etwa 250mA.

Aber ich werde noch Mal Tests mit Silikon-Reifen für die beiden MBs durchführen und an einem Kanal der KSQ den Strom auf 250 mA erhöhen. Und dann stehen ja noch Tests mit Kreuzungen und anderen Widrigkeiten aus ...