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Das Modell 2008 sollte eigentlich ein Anhänger für den Büssing 8000
werden. Die erforderlichen Räder sind jedoch derzeit von CONRAD nicht lieferbar,
sodass dieses Projekt noch aufgeschoben werden muss - fraglich ist allerdings, ob die
Räder zukünftig überhaupt nochmal angeboten werden.
Stattdessen wurde wieder ein Axial-Motor gebaut, diesmal in Form einer
2-Zylinder-Dampfmaschine mit Kulissensteuerung.
Ein geöffneter Zylinder
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In jeden der großzügig dimensionierten Zylinder wurden zwei MÄRKLIN-Spulen
eingebaut, die abwechselnd angesteuert werden und deren Eisenkerne sich gegenseitig
herausdrücken.
Hierdurch entsteht eine Kraftwirkung in beide Richtungen, was dem Verhalten einer realen
Dampfmaschine entspricht.
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Recht zeitaufwändig war die exakte Justage der Spulen, um eine möglichst
reibungsarme Bewegung der gekoppelten Eisenkerne zu erreichen; jedes noch so geringe
Klemmen würde die Funktion der Maschine erheblich beeinträchtigen.
Die Eisenkerne selbst wurden mit Gewindestangen geeigneter Länge verbunden.
Die als Mantel benutzte blaue Wellpappe gibt den Zylindern schließlich ein
vorbildähnliches Aussehen.
Durch die beiden Zylinder mit insgesamt 4 Spulen und um 90° versetzte Kurbelzapfen ist die
Maschine theoretisch selbstanlaufend. Die Lagerungen der vielen beweglichen Teile verursachen
jedoch eine erhebliche Reibung, sodass der Selbstanlauf nicht immer zuverlässig
funktioniert.
Im Sinne niedrigerer Reibungskräfte wurden auch bei diesem Modell einige Aluminiumteile
verwendet, wie z. B. für die Pleuelstangen. Sie haben eine Länge von 16 Loch und
können durch den geteilten Aufbau auf die exakte Länge eingestellt werden.
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Die geteilte Pleuelstange aus Aluminium
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Das Schwungrad
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Als Schwungrad dient der große MÄRKLIN-Ring, welche infolge der überwiegend
außen drehenden Masse im Vergleich zu den anderen Metallbaukasten-Rädern ein
erhebliches Trägheitsmoment hat.
Über 6 Speichen ist das Schwungrad mit der Nabe verbunden, die aus einem Lochscheibenrad
8 Loch und einigen Flachstücken besteht.
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Bei der Konstruktion der Kurbelwelle war zu beachten, dass die beiden Pleuelstangen um 90°
zueinander versetzt sein müssen und zwischen jeder Pleuelstange und der
zugehörigen Schwingen-Schubstange in Drehrichtung nochmals 90° Verschiebung
erforderlich ist.
Die Kurbelwelle besteht aus 4 Exzentern und 3 kurzen Wellen, von denen die mittlere das
Schwungrad trägt. Alle Exzenter und Wellen sind mittels mehrerer
Lochscheibenräder zu einer stabilen Einheit verschraubt.
Der Antrieb erfolgt über die mit den Pleuelstangen verbundenen äußeren
Kurbelarme.
Die inneren Exzenter betätigen die jeweils zugehörige Schwingen-Schubstange,
welche ebenfalls geteilt und in der Länge einstellbar ist.
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Die Kurbelwelle
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Die mehrteilige Kurbelwelle erfordert eine sorgfältige Justage und u. U. eine
gewisse Nacharbeit der Lochscheibenräder, um einen akzeptablen Rundlauf zu
erreichen.
Aufgrund des massiven Aufbaus ist das Gewicht der Kurbelwelle relativ groß und
erzeugt leider eine entsprechend hohe Lagerreibung.
Die Kulissensteuerung
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Jede der beiden Schwingen-Schubstangen treibt eine Schwinge an, die beim Betrieb des
Motors - wie bei einer Dampflokomotive - ständig hin und her oszilliert.
Die Schwinge selbst besteht aus einem Märklin-Bogenband, dessen bogenförmiges
Langloch als Kulissenbahn verwendet wird. In dieser Bahn wird die Kontakt-Schubstange
vertikal verschiebbar
geführt.
Das andere Ende der Kontakt-Schubstange ruht in nahezu konstanter Höhe auf einer
senkrecht stehenden Wippe und trägt die Elemente zur Steuerung der Spulen.
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Die Funktion der Kulissensteuerung wurde bereits im Kapitel
Axialmotor mit Kulissensteuerung
beschrieben und soll hier nicht weiter erörtert werden.
An dieser Stelle deshalb nur der Hinweis, dass durch die Kulissensteuerung beide
Drehrichtungen sowie auch unterschiedliche Drehzahlen der Maschine einstellbar sind.
Bei den bisherigen Motor-Modellen wurden zur Steuerung der Spulen Federkontakte aus
Bronze verwendet, die naturgemäß einem Verschleiß unterliegen;
außerdem verursachen mechanische Kontakte zusätzliche Reibungsverluste.
Bei diesem Modell werden die Spulen deshalb opto-elektronisch gesteuert, d. h. unter
Verwendung einer Gabel-Lichtschranke und einem Leistungs-Feldeffekttransistor
für jede Spule.
Zu diesem Zweck tragen die Kontakt-Schubstangen lichtundurchlässige
Papp-Streifen, welche sich in den Gabeln der Lichtschranken bewegen und die
Lichtstrahlen zu den erforderlichen Zeiten durchlassen oder unterbrechen.
Durch Verschieben der Papp-Streifen lassen sich die Steuerzeiten jeder einzelnen
Spule exakt einstellen.
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Die Kontakt-Schubstange
mit den Lichtschranken
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Als Gabel-Lichtschranke kommt der Typ TCST2103 von VISHAY zum Einsatz, welche z. B.
bei Fa. CONRAD erhältlich ist.
Schaltplan der Spulensteuerung
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Die Leuchtdiode der Lichtschranke wird mit einem Strom von etwa 20 mA gespeist.
Der Fototransistor arbeitet über einen Kollektorwiderstand von 10 kOhm auf den
Eingang des 6-fach Schmitt-Triggers 40106; hierdurch werden steile Schaltflanken
erreicht und Übergangszustände vermieden, welche den nachgeschalteten
Feldeffekttransistor überhitzen und zerstören könnte.
Der Ausgang des Schmitt-Triggers treibt den MOSFET
(metal oxide semiconductor field effect transistor)
BUZ 72, in dessen Drain-Kreis die Spule und die Freilaufdiode 1N4007 liegt. Der BUZ 72
ist zwar nicht mehr der letzte "Schrei", für diese Anwendung jedoch
allemal gut genug.
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Parallel zur Spule ist eine Leuchtdiode geschaltet, die den Schaltzustand der Spule
anzeigt; dadurch kann die Maschine z. B. auch bei abgeklemmten Spulen eingestellt
werden.
Damit nicht versehentlich eine der Spulen über längere Zeit an Spannung
bleibt, wurde eine zusätzliche Leuchtdiode als "Summenkontrolle" gut
sichtbar montiert; sie leuchtet, sobald mindestens eine der Spulen vom Strom
durchflossen wird.
Die Diode MR501 (100 V / 3 A) dient als Verpolungsschutz für die Schaltung, und
die Z-Diode ZPY15 begrenzt die Versorgungsspannung des Schmitt-Triggers auf max.
15 V.
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Die elektronischen Bauteile sowie alle erforderlichen Stecker wurden auf eine
Lochrasterplatte gelötet, welche zwischen den beiden Zylindern ausreichend
Platz findet.
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Die montierte Lochrasterplatte
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Die angedeuteten Steuerkästen
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Die Fototransistoren der Lichtschranken haben offenbar einen recht kleinen
Akzeptanzwinkel und sind somit relativ unempfindlich gegen Fremdlicht - eine normale
Raum-Beleuchtung hat jedenfalls keinen Einfluss auf die Steuerung.
Im Sinne einer zuverlässigen Funktion (und natürlich auch aus optischen
Gründen) wird die komplette Steuerung mit einer Abdeckung, welche
gleichermaßen die beiden Steuerkästen der Zylinder andeuten soll, gegen
übermäßiges Fremdlicht geschützt.
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Die Maschine arbeitet ab einer Spannung von etwa 10 Volt, von der knapp 1 V an der
Diode MR501 abfällt.
Ab ca. 12 V Versorgungsspannung hat man auch bei warmen Spulen eine ausreichende
Reserve.
In diesem Zusammenhang ist auch die Stromaufnahme der Maschine zu beachten:
Jede Spule hat einen Widerstand von ca. 10 Ohm. Da sich die Schaltzeiten der Spulen
überschneiden und zeitweise 2 Spulen gleichzeitig aktiv sind, sollte die
Spannungsquelle einen Strom von mindestens 2 A liefern können.
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Die 2-Zylinder-Dampfmaschine mit Kulissensteuerung
aus einer anderen Perspektive
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Titelseite der Constructor Quarterly No. 81
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Die Ausgabe No. 81 (September 2008) der englischsprachigen Zeitschrift
Constructor Quarterly enthält einen umfassenden Beitrag über die
2-Zylinder-Dampfmaschine mit Kulissensteuerung.
Die Abbildung der Titelseite dieses Heftes erfolgt mit freundlicher Genehmigung des
Herausgebers der Zeitschrift Constructor Quarterly.
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Die Ausgabe 4/2009 (Juni/Juli 2009) der Zeitschrift Maschinen im Modellbau
enthält einen umfassenden Beitrag über die 2-Zylinder-Dampfmaschine mit
Kulissensteuerung.
Die Abbildung der Titelseite dieses Heftes erfolgt mit freundlicher Genehmigung der
Zeitschrift
Maschinen im Modellbau
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Titelseite der Ausgabe 4/2009
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Abschließend noch ein
Video der 2-Zylinder-Dampfmaschine mit Kulissensteuerung
(1:10min / 24MB).
Daten der 2-Zylinder-Dampfmaschine mit Kulissensteuerung:
| Länge: | 51cm |
| Breite: | 32cm |
| Höhe: | 22cm |
| Gewicht: | 4kg |
| Anzahl der Bauteile: | noch nicht ermittelt |
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