Funkt es bei Kathi schon? Erste Gedanken zum R/C Betrieb.

Kathi ist nicht meine Hauskatze, sondern eine Waldbahnlok Decauville Typ 3 von Regner. Als ich gerade wieder Deltang R/C-Empfänger in den Händen hielt, fragte ich mich, ob die Kathi auch eine Funkfernsteuerung erhalten könnte. Hier einige Gedanken…

Übersicht

Meine Kathi stammt aus dem letzten Jahrhundert. Ich habe sie von einem Vorbesitzer erworben und dann stand sie lange Zeit in meiner Vitrine. Vor 2 Jahren wollte ich mit dem Umbau auf ESU Loksound 4 beginnen. Bei der Demontage ging dann etwas schief und ich musste den Motorblock ersetzen. Jetzt steht sie immer noch unfertig in der Vitrine, weil ich mich noch nicht entscheiden konnte, ob der Führerstand offen bleibt oder verschlossen wird. Aber das ist ein anderes Thema. Nach meinen Recherchen wurden die Feldbahnen von Regner erstmals 1988 in der Miba erwähnt. 25 Jahre in der Modellbahnwelt sind schon eine lange Zeit. Mittlerweile ist die schöne Lok, die es nur als Fertigmodell gab, aus dem Katalog der Firma Regner verschwunden.

Was ist das Problem?

Die Regner-Kathi hat einen gekapselten Motorblock. Dieser Einheits-Motorblock wird in allen Regner-Feldbahnfahrzeugen eingesetzt und beinhaltet neben dem Bühler-Motor ein Getriebe. Beide Achsen sind angetrieben und alle Räder werden für die Stromaufnahme genutzt.

Interessant finde ich die technologischen Änderungen dieser Motorblöcke im Laufe der Zeit. Sie sind bereits seit Jahrzehnten erhältlich und wurden immer wieder mal verändert. Den ersten Motorblock, den ich in einer sehr alten DG39 sah, hatte Kugelkontakte zur Stromaufnahme. Später sah ich eine Variante mit Kupferschleifern an den Rädern und Schnittstellenstecker für einfach Digitaldekodermontage. Diese Schnittstelle ist bei den neueren Motorblöcken wieder entfallen.

Der Motor benötigt 12 bis 15 V zur Erreichung der maximalen Geschwindigkeit. Dieser Wert wird auch tatsächlich benötigt, da das Getriebe fein untersetzt ist. Da ich nur 1S-LiPo-Akkus (1 Zelle mit 3,7 Volt) verwenden möchte, muss die Spannung erhöht werden.

In der Literatur wird die Nutzung von Step-Up Reglern empfohlen. Beispielsweise kann ein Pololu 12 V Step-Up Schaltregler U3V12F12 die Eingangsspannung von 3,5 V auf 12 Volt herauf regeln. Ist diese Technik praxistauglich?

Der Antrieb auf dem Prüfstand

Zuerst einige Messungen mit dem Antriebsblock an einem Labornetzteil:

Testfall Wert
Stromaufnahme bei minimaler Geschwindigkeit,
Die Räder drehen sich gerade so bei:
3 V, 100 mA
Stromaufnahme minimale Geschwindigkeit unter Last,
Die Räder drehen sich unter Last gerade so:
4 V, 150 mA
Stromaufnahme bei 12 V (Endgeschwindigkeit): 100 mA
Stromaufnahme bei 12 V unter Last: 130 mA

Der Antrieb benötigt 100 bis 150 mA. Als nächstes wurde der Antriebsblock an den Funkempfänger angeschlossen.

Versuchsaufbau LiPo, Step-Up, Deltang

Zur Spannungsversorgung dient ein 1s Lipo-Akku mit einer Kapazität von 1100 mAh. Der Funkempfänger Deltang Rx62 ist über einen Step-Up Regler mit dem Akku verbunden. Ich habe zwei verschiedene dieser Regler verwendet:

  • 12 V Step-Up Regler U3V12F12 von Pololu
  • 9 V Step-Up Regler U3V12F9 von Pololu

Diesen provisorisch zusammengebauten Antriebsblock habe ich auf meine Teststrecke geschickt und die Geschwindigkeit gemessen.

Spannung Fahrzeit umgerechnete Vorbildgeschwindigkeit
9 V 58 Sekunden für 6,64 m 9 Km/h
12 V 42 Sekunden für 6,64 m 12 Km/h

Witzigerweise ist die Höchstgeschwindigkeit proportional zur Versorgungsspannung. 12 V oder mehr sollten als Spannung schon zur Verfügung stehen, um eine vorbildgetreue Geschwindigkeit zu erzielen. Das Getriebe des Regner-Antriebsblocks ist tatsächlich fein untersetzt.

Zu den Stromaufnahmen: Mit dem 9 V Step-Up Regler saugt der Motorblock 300 mA aus dem Akku. Mit dem 12 V Regler sind es 450 mA, wobei unter Last (Bremsen mit den Fingern) die Spannung sogar ganz zusammenbricht.

Machbarkeit und Fazit

Erst einmal Ernüchterung. Grundsätzlich funktioniert die Erhöhung der Versorgungsspannung mittels Step-Up Regler. Durch das stark untersetzte Getriebe des Regner-Antriebs wird eine Spannung von 12 V oder größer benötigt. Bei einem 12 V Step-Up Regler in Verbindung mit einem 1s Lipo-Akku ist der Wirkungsgrad nicht gut, da die Differenz zwischen Ausgangs- und Eingangsspannung hoch ist. Bei dem verwendeten Pololu 12V Step-Up-Regler U3V12F12 (Bezug in Deutschland bei Watterott) sieht die Wirkungsgrad-Kurve so aus:

Bei 3,3 V Eingangsspannung (grüne Kurve) gibt es bereits ab 200 mA einen Leistungsabfall. Je größer die Eingangsspannung wird, desto besser der Wirkungsgrad. Schon aus diesem Grunde wäre ein 2s-Lipo-Akku mit 7,4 Volt geeigneter. Leider gibt es dann wieder Nachteile in der Handhabbarkeit, da zum Laden auch ein Balancer-Anschluss genutzt werde sollte.

Noch ein Punkt soll nicht unerwähnt bleiben: In meinem Testaufbau fehlt noch ein wesentlicher Bestandteil - das Soundmodul. Dieses benötigt auch Strom und alle drei Komponenten zusammen (Soundmodul, Empfänger und Motor) haben eine erhebliche Leistungsaufnahme. Ein stärkerer Step-Up Regler müsste eingesetzt werden. Gut wäre auch eine Versorgungsspannung von 15 V, wobei dann der Rx62 von Deltang nicht mehr verwendbar wäre. Dieser unterstützt eine maximale Spannung von 13 Volt. Erst der Rx65 von Deltang kommt auch bis 18 Volt zurecht. Einen stärkeren Step-Up Regler gibt es auch bei Pololu (siehe Pololu Adjustable Boost Regulator 4-25V). Bei diesem kann die Ausgangsspannung stufenlos eingestellt werden.

Die Lösung saugt sehr viel Strom aus einem 1s-Akku, sodass die Kapazität viel größer als 1000 mAh sein sollte. Ich denke, dass dieser Ansatz speziell mit diesen Parametern (großer Antriebsblock, großer Spannungsunterschied am Step-Up-Regler) nicht taugt. Ich kann mir gut vorstellen, dass fertige Glockenanker-Fahrwerke von SB-Modellbau (z.B. H0-Fahrwerke für Gn15 Fahrzeuge) mit 1s-Akkus, Deltang-Empfängern und kleinen Step-Up-Reglern gut laufen. Die kleinen Motoren brauchen wenig Strom.

Für die Waldbahnlok Kathi von Regner werde ich die bestehende Schienenstrom-Lösung mit DCC als Digitalsystem und ESU-Loksound Dekoder beibehalten. Modellbahn kann auch dual gut funktionieren. Ein Teil der Fahrzeuge fährt digital mit Schienenstrom und ein Teil mit Akku-Betrieb. Nur eine vollständige Anlagensteuerung ist nicht möglich.

Ebenfalls erwähnenswert finde ich, dass die Deltang-Funkempfänger nicht unbedingt aus Akkus versorgt werden müssen. Auch Schienenstrom - sogar im DCC-System - ist eine alternative Versorgung. Die digitalen Informationen am Gleis werden nicht genutzt. Die Spannungsversorgung kann mit einfachen Mitteln gepuffert werden, sodass Unterbrechungen geringe Auswirkungen auf die Fahreigenschaften haben.

Fazit: Kathi funkt nicht, sie fährt weiterhin digital mit DCC.