Modellgeschwindigkeit

Vorbetrachtungen

Auf meiner Modelleisenbahnanlage wird wie im Streckennetz der Deutschen Reichsbahn (Epoche IV) mit einer umgerechneten Höchstgeschwindigkeit von 120 km/h gefahren (abhängig vom jeweiligen Lok-Typ bzw. Wagentyp).

Folgende Geschwindigkeiten sind vorgesehen:

  • D-Züge, Schnellzüge     > V max = 120 km/h
  • Personenzüge               > V max = 100 km/h
  • Güterzüge                     > V max = 100 km/h
  • Rangierdienst               > V max =   60 km/h

Betrachten wir die Triebfahrzeuge. In meinen Modellen sind 3 polige und 5 polige Serien-Motoren verbaut. Ein Teil der Modelle wurden nachträglich mit Maxon-Motoren bzw. Faulhaber-Motoren ausgerüstet. Getriebetechnisch sind Plastik-Zahnräder sowie auch Messing-Zahnräder im Einsatz. Auch das Alter der Modelle, regelmäßige Wartungen und das Kaltstartverhalten haben Einfluß auf die Geschwindigkeit.

Kommen wir jetzt zu den Zügen. Die Züge wurden für das Projekt Fahrplan zusammengestellt und kupplungstechnisch getestet. Die Züge haben unterschiedliche Längen und sind teilweise schon mit Achsschleifern für die LED-Innenbeleuchtung / LED-Zugschluß ausgrüstet (Stichwort Rollwiderstand).

Zusammenfassend kann man sagen, die Modellgeschwindigkeit ist ein komplexes Thema, wo viele Faktoren zu beachten sind. Vorteilhaft ist hier der Einsatz eines programmierbaren Fahrreglers, wo man die Einstellungen pro Triebfahrzeug abspeichern und separat abrufen kann. 

Nach langem Suchen habe ich eine passende Formel gefunden, um die Modellgeschwindigkeit zu ermitteln.

V max = Länge der Meßstrecke (durch) durchfahrene Zeit (mal) Faktor 3,6 (mal) Maßstab

Ich habe eine Meßstrecke von 5 m Länge festgelegt (2 gerade Stücke mit einer Kurve), wo die Geschwindigkeiten ermittelt werden.

Meßverfahren – Vorbetrachtungen

Ich schicke in unregelmäßigen Abständen die Lokomotiven (mit den zugeordneten Züge) und die Triebwagen auf die Meßstrecke. Für eine Meßreihe sind bis zu drei Fahrten vorgesehen.

Kaltstart (Runde 0)

Die Lokomotive fährt mit „kaltem Motor“ auf die Meßstrecke. Hier wird die Zeit genommen und daraus ergibt sich die entsprechende Höchstgeschwindigkeit. Nachdem die erste Messung durchgeführt wurde, fährt der Zug die komplette große Runde auf meiner Anlage zum Ausgangspunkt der Meßstrecke zurück. Da Fahrstrecke bei mir ziemlich lang ist, hat der Motor der Lok auch eine entsprechende gute Motor-Temperatur.

Warmstart (Runde 1)

Die Lokomotive fährt mit „warmen Motor“ auf die Meßstrecke. Hier wird die Zeit genommen und daraus ergibt sich die entsprechende Höchstgeschwindigkeit.

Warmstart (Runde 2)

Sollte bei den ersten beiden Meßfahrten sehr hohe Abweichungen festgestellt werden, wird der Zug auf eine dritte Meßfahrt geschickt.

Ist die Meßfahrte pro Lokomotive (mit den zugeordneten Zügen) durchgeführt worden (hier mit dem Führerstand 1 vorne weg), wird für die nächste Meßfahrt die Lokomotive gedreht und fährt jetzt mit dem Führerstand 2 vorne weg. Damit erhält man für alle Varianten Meßwerte und kann dann einen Wert für den elektronischen Fahrregler festlegen. Sind die Werte außerhalb des Geschwindigkeitsrahmens kann man den eingestellten Wert nach oben oder unten korrigieren. Bei extremen Unterschieden sieht man auch, ob es Probleme mit der Lokomotive oder den Wagen gibt.

Bei den Triebwagenzügen, den Bahndienstfahrzeugen und bei den Reservelokomotiven (Vitrine) wird dieses Verfahren ebenfalls angewendet.

Einstellen der Loks für die elektronischen Fahrregler (Heißwolfregler)

Damit die Modelle ordentlich laufen (gutes Anfahrverhalten, gute Langsamfahreigenschaften) werden die Modelle im Kaltstart getestet. Dann wird entschieden, ob die Modelle mit reiner Gleichspannung (GS), mit Impulsspannung (IMP) oder mit Anfahren im Impulsbetrieb und Fahren im Gleichspannungsbetrieb (SFR) betrieben werden. Beim Maxon-Motoren bzw. bei Faulhaber-Motoren wird grundsätzlich mit reiner Gleichspannung gefahren. Weiterhin wird geprüft, ob das Anfahrverhalten (Samtweiches Anfahren) mit Hilfe der Anfahrfrequnz (Frq) noch verbessert werden kann. In der Tabelle sind die ermittelten Werte meiner Modelle dargestellt.

Das Modell wird auf die Schienen gestellt (der elektronische Fahrregler wird auf Gleichspannung eingestellt) und es wird in Richtung Führerstand 1 (LI) die Spannung hochgeregelt, bis sich die Lok langsam in Bewegung setzt (minimalste Spannung). Das gleiche wird jetzt in Richtung Führerstand 2 (RE) vorgenommen. Anschließend bildet man den Mittelwert der beiden Spannungen und rechnet + 1 Volt dazu und man hat die dazugehörige Impulsspannung (ISP) für den Betriebsmodus SFR.

Ist das Anfahrverhalten in Ordnung ist der Betriebsmodus die reine Gleichspannung (GS). Sollte das Anfahrverhalten nicht optimal sein, schaltet man den Fahrregler in den Betriebsmodus SFR um, gibt den ermittelten Wert der Impulsspanung (ISP) ein und testet die Sache noch einmal. Sollte das Anfahrverhalten immer noch nicht optimal sein, verändert man die Anfahr-Frequenz (Frq) zum Beispiel von 50 Hz auf 30 Hz. Diese Einstellung bewirkt bei dreipoligen Motoren richtige Wunder. Ist das Anfahrverhalten jetzt in Ordnung, testet man das Langsamfahrverhalten. Das Modell sollte im Kriechgang gleichmäßig dahin schleichen. Sollte dies nicht der Fall sein, kann man die Impulsspannung (ISP) im Betriebsmodus SFR noch erhöhen. Sollten die Modelle immer noch nicht ordentlich fahren, wählt man den Betriebsmodus IMP aus und probiert die einstellbaren Frequenzen (30 Hertz ist ein guter Wert). Jetzt sind die Einstellungen pro Modell vorgenommen und damit ist eine Grundlage erstellt.

Zuordnung der Züge

Hier ist die Aufstellung der Lokomotiven mit den zugeordneten Zügen. Es gibt Lokomotiven die einzelnen Zügen (Fernzüge, Güterzüge) zugeordnet sind. Diese Loks sind ständig mit dem zugeordneten Zug bespannt. Die Lokomotiven die mehreren Zügen zugeordnet sind stehen im Bahnbetriebswerk (Bw).

Geschwindigkeitsrahmen

Da die einzelnen Lokomotiven unterschiedliche Fahrverhalten aufweisen und auch unterschiedlich schwere Züge gefahren werden, ist eine punktgenaue Höchstgeschwindigkeit (z.B. umgerechnet 120 km/h) nicht so einfach möglich. Weiterhin gibt es beim „Kaltstart“ und beim „Warmstart“ teilweise gewaltige Unterschiede. Um dieses auszugleichen, habe ich für die Höchstgeschwindigkeit der Lokokomotiven (mit Züge) einen Geschwindigkeitsrahmen festgelegt. Bei einer  Höchstgeschwindigkeit von z.B. 120 km/h (Lok mit Zug) beträgt der Geschwindigkeitsrahmen 115 km/h bis 130 km/h. Damit kann man die Mängel sehr gut ausgleichen und ich brauche pro Lokomotive nur eine Einstellung auf dem elektronischen Fahrregler. In der Tabelle sind die entsprechenden Zuordnungen aufgelistet.

Meßverfahren

In diesem Abschnitt wird das Meßverfahren an einem Beispiel erklärt.

Da die maximale Geschwindigkeit (Vmax) bei Einzelfahrten und Fahrten mit angehängten Züge unterschiedlich ist, nehme ich die Vmax Geschwindigkeit mit angehängten Zügen. Diese werden dann als Vmax in den elektronischen Fahrregler einprogrammiert. Da die Züge aufgrund Länge und Anzahl von Achsschleifern sehr unterschiedlich sind, nimmt man hier als Prio-Wert den schwersten Zug. Hier kommt es bei neuen Modellen am Anfang immer wieder zu Korrekturen der Vmax-Geschwindigkeit, aber im Laufe der Zeit pegelt sich diese ein.

Erklärungen

Beim Modell steht die Triebfahrzeug-Kennung und wo diese im Einsatz ist (grün hinterlegt – ständig mit einem Zug bespannt / blau im Bahnbetriebswerk). In den Spalten Fs ist die Fahrtrichtung des Triebfahrzeuges angegeben (Kennung auf der Unterseite des Modells).

Bei den Meßwerten steht jeweils in der ersten Zeile das Datum und die Fahrtrichtung des Triebfahrzeuges (farbig hinterlegt – wie bei der Fs-Kennung). In der jeweiligen zweiten Zeile sind die Meßwerte hinterlegt (Fahrt durch die Meßstrecke in Sekunden). Sind die Werte grün hinterlegt, liegen diese im Geschwindigkeitsrahmen. In der jeweils dritten Zeile steht die eingesetzte Zugkennung (z.B. MOD = Modernisierungswagen) und die eingestellte maximale Fahrspannung des Trafos.

Ich habe hier zwei Triebfahrzeuge als Beispielerklärung herausgesucht.

Die BR 131 ist mit 6 EC/IC Wagen (Interzonenzug) ständig bespannt und steht im Schattenbahnhof auf der Regalanlage.

Die BR 130 S steht im Bahnbetriebswerk und ist für den Transprt der Züge Modernisierungswagen (MOD) und EC/IC Wagen (Interzonenzug IZZ) in punkto Lokwechsel (im Fahrplan) zuständig.

Die maximale Geschwindigkeit ist mit dem elektronischen Fahrregler bei der BR 131 auf 9,0 V und bei der BR 130 S auf 9,0 V eingestellt. Der Geschwindigkeitsrahmen ist bei Vmax 120 km/h von 22 s – 25 s festgelegt (Durchfahren der Meßstrecke).

Es finden pro Tag nur maximal 3 Meßfahrten pro Lokomotive und Zug statt, damit die Werte nicht verfälscht werden.

Am 02.04.2020 fuhr die BR 131 mit dem Führerstand  1 vorne weg (FS + o). Die erreichten Werte 22 s in der Kaltstartrunde und 20 s in den Warmstartrunden liegen teilweise im festgelegte Geschwindigkeitsrahmen.

Am 02.04.2020 fuhr die Lok BR 130 S mit dem Führerstand 1 vorn weg. Der erste Wert in der Kaltstartrunde ist mit 22 s in Ordnung, die Werte der Warmstartrunden liegen außerhalb des Geschwindigkeitsrahmens.

Sollten die Werte weiterhin außerhalb des Bereiches liegen, ist eine Korrektur der Vmax Spannung notwendig (z.B. 0,3 V Abständen). Für die beiden Lokomotiven sind auf jedenfall Korrekturen vorgesehen.

Da es mit der Zeit immer mehr Meßwerte gibt, ist eine Ansicht auf Breite von 950 px nicht optimal. In der angehängten PDF – Datei sind dann alle Daten gut lesbar. Diese PDF wird regelmäßig aktuallisiert.

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   PDF-Datei Meßwerte Geschwindigkeiten

Auswertung der Daten

Viele der Meßdaten liegen im Geschwindigkeitsrahmen (die Sekundenangaben sind grün hinterlegt). Bei einigen Modellen wurden die Fahrspannungen für Vmax noch einmal korrigiert und angepasst. Ich bin mit den Werten der Modelle sehr zufrieden.