THEMA: Erfahrungen zur Messung der Betriebstemperatur von Loks

Hallo Tom !

Ich kann zwar nicht ganz den Sinn und Zweck Deiner Messungen erkennen, möchte Dich aber auf die Problematik bei der berührungslosen Temperaturmessung aufmerksam machen.

Ich nehme an, daß Du die Bedienungsanleitung des Meßgerätes intus hast, und weisst, daß nicht nur dort gemessen wird, wo der Laserpointer auftrifft. Der Punkt ist nur eine Hilfe um richtig zu zielen, er bezeichnet den Mittelpunkt einer kreisförmigen Meßfläche deren Durchmesse von der Optik abhängig ist. Alle in diesem Meßfeld gemessenen Temperaturen werden gemittelt. Das heisst, bei unserer Spur N dürfte der Meßabstand zum zumessenden Objekt nur ein paar Millimeter sein.

Ein weiteres Kriterium ist die Ermittlung und Einstellung des Emissionsgrades. Handelübliche IR-Geräte sind fix auf 0,95 eingestellt. Beim weissen ICE und der schwarzen 52er treten da schon eklatant unterschiedliche Meßergebnisse bei gleichen Temperaturen auf.

Und da gibt es noch andere zu beachtende Kriterien, auf die ich hier nicht näher eingehen will.
Ich wage zu behaupten, daß die Du da erzielen kannst, unbrauchbar sind.

Nix für Ungut
Lg
Norbert

Hallo,
@Norbert: genau! es wird die Temperatur des Gehäuses gemessen. Die Temperatur des Motors oder auch des Decoders , wäre sicherlich interessant, kann nur mit einer nackten Lok (ohne Gehäuse) gemessen werden.
Vielleicht wäre das etwas für ein Railcom-Projekt! (nicht ganz ernst gemeint)
LG
Günter

Hallo Tom,

wenn Motorwärme ein Loch in das Gehäuse gebrannt hat, war es zu warm.
Ich habe schon eine Lok wieder herrichten dürfen, da hatte der Kollege vergessen die Lampe der Spzizenbeleuchtung an die Digitalspannung anzupassen.

Grüße Michael Peters

Danke für Eure Antworten!

Mir ist aufgefallen, das die Loks sich im Betrieb unterschiedlich stark erwärmen.
Ich konnte bisher nirgendwo was finden, wo hierzu Angaben gemacht werden. Vor allem keine Angaben was noch im Limit ist. Also habe ich selber Messreihen gemacht mit ein paar Loks aus meinem Fuhrpark um mir einen Überblick zu verschaffen.

@Michael: ich hatte da eher die Motoren im Blick, mir ist aber auch aufgefallen, dass einige Glühlämpchen auch richtig heiss werden. Die haben mir auch schon das Gehäuse einer alten V100 von GFM verfärbt....

@Norbert: Ja da hast Du Recht, da ist einiges zu berücksichtigen! Das Thermometer hat einen Maximalwertspeicher. Ich führe das Thermometer mehrmals langsam über die Lok so mit 15 Zentimeter Abstand. Dann habe ich einen Maxwert. Das ist auch sicher nicht genau die wirkliche Temperatur aber für eine grobe Abschätzung sollte es gehen.

@Günter: Ich messe ja nur von "außen" also ist das nur die Gehäusetemperatur. Wenn ich die Lok von unten messe -also von den Schienen nehme und umdrehe- kommt man zum Teil besser an den Motor ran zum Messen.

Ihr habt nach dem Sinn gefragt: Ich will wissen wie warm die Loks werden, um sie vor Überlastung, was zu einer geringen Lebensdauer führt, zu schützen, wenn z.B. eine Lok kein PWM verträgt (ich nutze keine Glockenankermotoren) oder im Digitalbetrieb der Dekoder heiß läuft. Zu denn Thema welche Temperatur ist normal habe ich aber nichts gefunden.

Ähnlich wie die Heissläuferdetektoren bei der realen Bahn für die Radsätze will ich jetzt irgendwo an der Strecke auf meiner Anlage einen Temperatursensor einbauen, der bei Vorbeifahrt der Lok das Temperaturprofil aufnimmt und gegebenenfalls Alarm schlägt. Da kommt eigentlich nur Infrarotmessung in Frage, alles andere was ich kenne ist zu träge, der Zug soll ja nicht anhalten.

Sind die Kohlen abgenutzt oder kaputt, kann man das denke ich durch eine höhere Motortemperatur automatisiert gut erkennen.

Was ich bis jetzt rausgefunden habe ist, dass die Temperaturen des Gehäuses in der Nähe des Motors bis 45 Grad heiß werden können, z.B bei der alten V45 von Arnold und dem relativ neuen Vectron von Hobbytrain. Die V100 von Fleischmann kommt bis 40 Grad Gehäusetemperatur. Ich versuche gerade ein Gefühl dafür zu bekommen, was normal ist und probiere aus, ob PWM oder Vollwelle analog hier einen Unterschied machen. Hier vermute ich, dass PWM prinzipbedingt zu höheren Temperaturen führt.

Soweit meine Gedanken bis jetzt. Ich vermute, dass es hier einige Modellbahner gibt, die zum Thema (zu) warme Loks schon Erfahrungen haben

@Norbert: ich werde es mal mit geringem Abstand im Millimeterbereich probieren.
Gegen die Farbe und die entsprechende Fehlmessung kann man nichts machen... Sind bei mir leider keine schwarzen Körper, da ich thematisch eher mit roten DB Diesel unterwegs bin als mit schwarzen Dampfloks.

Hallo Tom

Willst du dann jede Lok alle 5 min messen ob sie warm ist und ggf. sogar das Gehäuse entfernen um zu essen wie warm der Decoder ist.

Da biste ja nur noch am messen und basteln und nicht mehr am Spielen.

Gruß

Hallo

Wenn aus der E-Lok oder Diesellok eine Dampflok wird,war es eindeutig zu warm.
ehrlich gesagt kann ich die Sache nicht ganz nachvollziehen .
Ich mein es nicht böse und tue das auch nicht als Spinnerei ab,aber man kann auch alles
übertreiben.

Gruß
Frank

Moin,

Ich bin auch mehr praktisch eingestellt und daher ehr der Meinung Franks und Michaels.

Aber dazu kommt ein Tipp denn ich nutze: Fingerspitzengefühl...
Wann Motor oder Decoder zu heiß sind um mit die Fingerspitzen zu berühren = nicht gut. Hab mal verstanden das etwa 55 bis 60 Grad denn Limit ist was mann mit sein finger anfassen kann vor das als zu heiß empfunden wird.

Das ist für mir ausreichend um fest zu stellen, brauch ich da was zu ändern oder nicht.

Gruße Joost van Dijk

Hallo zusammen,

ein kurzer Einwurf in die Runde: es gibt Decoder mit Temperaturmessung und Abschaltung bei Übertemperatur.

Grüße
Daniel

Ich hatte vor vielen Jahren mal die selbe Fragestellung, da ich auch zwischen den verschiedensten Spannungsversorgungen aussuchen wollte. Insbesondere bei PWM stellte sich die Frage, ob man auch in den Lücken hart gegen Null zieht oder nicht. Die Fahreigenschaften waren bei harter Null hervorragend und die Motoren hatten schon fast die Eigenschaften von Synchronmotoren Aber eine Arnold Köf hat es dabei zerlegt, die Wicklung brannte, leider irgendwo mittendrin und nicht am Anker.

Resultat war jedenfalls die "Aus-Phase" hart nach unten zu schalten aber diesen Wert auf rund 5 Volt unter der "An-Phase" zu halten. Das gibt bei Langsamfahrt gutes Verhalten und macht bei unproblematischen "Schnell-Fahrten" keine zu große Erwärmung mehr.

Zur Messung selbst:

Offen fahren lassen war teilweise nicht möglich, da dann elektrisch die Kontakte nicht gegeben waren und geschlossen war nichts zu messen oder zu fühlen. Die oben benannte Köf war außen nicht nennenswert erwärmt. Ich habe dann an einer ganzen Reihe von Modellen eine FWWD (Feld-Wald-Wiesen-Diode ) z.B. 1N4148 direkt mit Wärmeleitpaste an den Motor plaziert und mit Kuperflackdraht nach außen geführt und da einfach zwei Kontaktstifte angelötet, wie man sie für Jumper auf Leiterplatten verwendet und dann regelmäßig den Spannungsabfall der Diode gemessen, der ein prima Maß für die Temperatur ist. Theoretisch könnte man das Kalibrieren und auf 1 Grad genau messen. In der Praxis reichen ca. 5 Grad völlig aus und dafür sind Dioden ideal, weil klein, billig und die Leitungslänge macht kaum Einfluß.

Alle indirekten Messungen halte ich für zu ungenau. Lokdekoder messen ihre eigene Temperatur, was ja nett ist, aber mit dem Motor nichts zu tun hat. Zudem bei Versuchsfahrten mit analoger Versorgung nicht zielführend.

Also: Diode direkt auf das Metallgehäuse des Motors mit Wärmeleitpaste präparieren, Leitung nach draußen, Spannungsabfall messen und mit Referenzdiode vergleichen.

Übrigens: Den Spannungsabfall kann man ohne Zusatzaufwand mit den meisten Digitalmultimetern messen, wenn man diese auf Durchgangsprüfung stellt. Die verwenden dann eine hochohmige Spannungsquelle und zeigen den Spannungsabfall in Millivolt direkt an. Nicht sonderlich genau bei Billiggeräten, da hier ggf. keine Konstantstromquelle verwendet wird und die Messung selbst die Diode erwärmt ( Wert läuft ), aber einfach nach definierter Zeit von z.B. 5 Sekunden ablesen.

  

Gruß
Klaus

Hallo und Danke für die Antworten!

zu #6 @ Heilsbronner:
Der Spielspaß im Sinne von Modellbahnfahren steht deutlich im Vordergrund. Aber ich bastle halt gerne  mit Elektronik und stelle mir da manchmal so Aufgaben...
Die Loks sollen zu bleiben, ich mache die modernen filigranen Modelle eher ungerne auf, davon werden die nicht besser.

zu #7 @Frank:
Ja, genau das möchte ich ja vermeiden. Du hast Recht, vielleicht bin ich da ein Kontrollfreak.
Ich habe eine Spannungsanzeige, eine Stromanzeige,...
Ich finde den Ansatz von #8 ganz gut.

zu #8 @Joost:
Genau das ist es! Bisher mache ich das auch mit dem Fingerspitzengefühl (ohne die Loks zu öffnen).
Jetzt möchte ich dieses "Fingerspitzengefühl" automatisieren: Die Lok fährt an einem Streckenwärterhäuschen vorbei, in dem ich den Temperatursensor verstecke. Ist die Lok vorbei, gibt mir der Sensor die gemessene maximale Temperatur als Wert aus und zeigt diesen an. Das hat den Vorteil, dass ich den Zug nicht anhalten muss und mit den Fingern prüfen. Ich habe meine Loks ja gerne mal in der Hand aber noch lieber sehe ich ihnen beim Fahren zu... Da steht dann ein kleines Dings am Bahndamm welches mir bei eine zusätzliche (vielleicht nicht für alle wichtige) Information über den Betriebszustand liefert.

Vilelleicht muss ich das noch mal klarstellen: Das Wort "messen" ist in diesem Zusammenhang wohl nicht richt richtig, die Beschreibung "grob schätzen" um eine Tendenz zu erkennen trifft es besser.

#9 @Daniel: Danke für den Tipp! Muss ich mal in der ESU BDA nachlesen, ob ich den Wert auslesen kann, bei dem Viessmann (der mich übrigens sehr ärgert) kann ich ggf. nur auslesen, was die Abschaltung ausgelöst hat. Ich fahre zur Zeit zu 80% analog und mit den Dekodern hatte ich bisher keine Temperaturprobleme. Es geht mir um die Motortemperatur. Volldigital wird es wohl bei mir nie, da ich meine historischen Loks aus den 70ern möglichst im Originalzustand lassen will.

zu #10 @Klaus: Danke für die ausführliche Antwort!
Die Sache mit der Diode (oder einem kleinen zweipoligen Temperatursensor LM 35 o.ä.) ist eine gute Idee. Ich werde das mal an einer Bastellok ausprobieren! Material incl. Wärmeleitpaste ist vorhanden.
Das ist aber nichts für den Dauereinsatz bei mir, da ich die Temperatur möglichst in (langsamer) Vorbeifahrt ermitteln will. Aber als Studienobjekt einen super Idee.
Ich fahre tatsächlich seit Ende der 80er mit reiner PWM um 90 Hz im Selbstbau. Es gibt eine On-Zeit (NPN Transistor BD 675 gegen Masse) und in der OFF-Zeit ist eine Freilaufdiode aktiv. Später bin ich auf den L293D (ein Chip pro Gleisabschnitt) und L298 umgestieren, Enable wird mit PWM gespeist.
Ich habe bei ca. 80 Loks bisher nur zwei Totalschäden am Motor gehabt und dies beiden waren Loks die ich gebraucht gekauft habe und die Vorgeschiche nicht kannte. Die KöFs leben noch
Die Sache mit dem Mix aus Gleichspannung und PWM finde ich auch spannend, gerade vor dem Hintergrund digitale Loks auf Analog-PWM spannend, aber das ist eher was für einen neuen Thread.

Ich gehe jetzt mal in den Keller und schätze noch ein paar Temperaturen grob ab...

Zu #10  @Klaus:
Was war denn das Ergebnis Deiner Untersuchungen zur Temperatur?
Vielleicht könnte das ja meine Versuche abkürzen.

Stand ist bei mir, dass nach ca. 10 Minuten Fahrzeit sich die maximale Gehäusetemperatur weitgehend stabilisiert. Je nach Loktyp zwischen 32 Grad und 45 Grad bei einer maßstäblichen Geschwindigkeit von ca. 150 km/h.

Wie schon beschrieben, die 5 Volt maximale Differenz haben sich bewährt.

Bei harter PWM 0V/14V 70Hz ging die Temperatur schon reichlich nach oben, 70 Grad hab ich schon gesehen, höher hab ich das nicht getrieben. Alte Motoren waren wärmer als neuere, so rein als Tendenz.




Na ja, wozu   Die Temperatur ändert sich ja kaum beim Anstöpseln und der kurzen Meßzeit. Und man sieht ja, daß sich die Temperatur irgendwann mal stabilisiert.

Um also keine Schäden zu verursachen, eine Runde fahren, messen, hat sich schon was getan, 2 Runden fahren, sonst halt zehn, usw.

Gruß
Klaus

Zu #13 @ Klaus:

Danke. Die Beobachtung alt wird tendenziell wärmer als neu kann ich unterstützen.
Höher als 50 Grad hatte ich noch nichts, habe aber auch meist nur 10.5 Volt am Gleis.

Das mit der Spannungsdifferenz probiere ich mal aus.

Grüße

Tom

Hallo Klaus !

Die Idee mit der Spannungsdifferenz finde ich sehr interessant !

Wie hast Du das schaltungstechnisch gelöst, daß bei der PWM daß bei low ca. 5 V weniger herauskommen als bei high ?

Hast Du vielleicht ein Schaltungsbeispiel für mich, zum ausprobieren!

lg
Norbert

Hallo,

wer keine Beschäftigung an der Moba mehr hat, sucht sich eine Aufgabe.

Grüße Michael Peters

Hallo Michael !

Ehrlich gesagt, so richtig fad war mein Leben nie!

lg
Norbert

Moijn,




muß ich mal suchen, ob ich irgendwas in ein Bild packen kann. Muß aber gleich vor die Tür, die Sonne scheint

Ganz grob:

PWM wird vom Mikrokontroller erzeugt, 2.5V beim uC sind 0V am Ausgang der Endstufe. Hinter dem uC gibt es einen schaltbaren Pfad, wo der PWM gleichgerichtet wird, damit auch reines DC wahlweise zur Verfügung steht. Diese DC Spannung ist dann per Diode auf die PWM gekoppelt.

Rechnung:

Wenn 2.5V die 0-Spannung darstellen, sind 5 Volt entsprechend maximale Ausgangsspannung, gewählt ca. 20V. Also werden 2.5V zu 20V entsprechend also Spannungsverstärkung 8 der Endstufe. Die Diode koppelt mit rund 0.56V gegen, ergibt dann am Ausgang maximal ~ 4.5V.

Dabei zu Bemerken: Die PWM schwingt bei Effektivspannung von weniger als ~5V  Volt am Ausgang also auch ins Negative und hat einen Tastverhältnis von immer noch um die 40..50%!  Das hat den sehr positiven Effekt, daß bei Langsamfahrt nicht nur kleine Nadeln da sind, sondern immer Strom fließt. Mal nach + mal nach -. Mit der Begrenzung von je 4.5 V je Richtung ergibt sich dann ein Gesamtspannungshub von rund 9V. Davon gehen aber wieder auf jeder "Seite" 2 Diodenstrecken weg, die sich in der Gleisbelegtmeldung verbergen. ( 2 * 1N400x ). Die wirkt ja dann auf die positive und negative Seite des PWM-Signals. Aus den 9 V werden dann 9-2*1.12 -> 6.8V Hub.

Das wäre die Theorie. In der Praxis liegen die Spannungen etwas anders, da der DC Gleichrichter einen Vorwiderstand hat, der "Schalter" zum Kondensator nicht 0 Ohm hat und die Verstärkung noch eine Lastgegenkopplung hat usw.

Man kann die PWM aber auch auf eine Halbwelle begrenzen, dann wird die PWM eben noch weicher, das "Schwingen unter 0" findet dann nicht statt. Es stellt sich dann aber auch ein anderer "mitten DC" ein und das ganze wandert etwas auf die positive Seite. Die sich ergebende Fahrgeschwindigkeit hat dann eine völlig andere Kruve, muß man per Software anpassen.

Soweit zum Prinzip.

Ach ja: Die Analog-Dummys von Minitrix mögen das Schwingen um den 0-Pegel herum gar nicht. Da quittiert dann irgendwas den Dienst. hatte ich nicht weiter untersucht, ist einfach so


Gruß
Klaus

Hallo Klaus !

Danke für die schnelle Reaktion, aber bitte nur keinen Stress !
Genießen wir den Rest der schönen Herbsttage noch.

Grundsätzlich kann ich die von Dir beschriebene Lösung nachvollziehen, geht aber so bei mir nicht, weil ich die Steuerelektronik von der Lastelektronik durch Optokoppler galvanisch getrennt habe.

vorerst einmal Danke und hinaus ins Grüne!

lg
Norbert

Hallo Klaus, hallo Norbert,

Klaus vielen Dank für die detaillierten Infos zu Deiner PWM. Norbert ich habe mir mal Deine Website angesehen. Tolles Elektronikprojekt!

Ich habe das bei mir aktuell so gelöst:
Jeder Block hat seine eigene Endstufe. Treiberchip ist eine L293D Brücke, beide Kanäle parallel geschaltet. Die Spannungsversorgung erfolgt über einen variablen analogen Spannungsregler 3,3V LM1117 der über einen Op-Amp auf ein virtuelles Massepotential von 2V bis 12V gezogen wird, damit wird die Brücke mit ca. 4,5V bis ca. 14V betrieben. Ich steuere die Versorgungsspannung über eine hochfrequente PWM die über einen Tiefpass eine Gleichspannung für den Op-Amp erzeugt und damit den Spannungsregeler ansteuert. Die Brücke wird über eine niederfrequente PWM am Enable gesteuert. Richtung läuft über die Inputs, die über eine Logik über einen Pin (DIRection) gesteurt werden.

Wenn man das geschickt anstellt, kann die Brücke dann auch auf DCC umgeschaltet werden. Hierzu bekommt der DIR-Pin dann das DCC Signal und der PWM-Eingang ist dann der Enable für das DCC-Signal.

So kann ich analog, PWM, analog und PWM im Mix oder DCC fahren.
Den Strom pro Block habe ich auf ca. 600 mA begrenzt über eine Polyswitch.

Gruß und schönes Wochenende

Tom

Hi Tom!

Würde mich über einen Schaltplan freuen, gerne per PN.

Ja, digital könnte ich theoretisch auch. Statt PWM müßte einfach DCC drauf. Der Controller könnte es selbst erzeugen oder es würde zentral gespeist. Eine Leitung für zentrale Speisung ist vorhanden, die sollte ursprünglich 20kHz Sinus haben, um die "alte" Dauerzugbeleuchtung zu treiben. Das habe ich aber bisher nicht aktiviert, auch wenn es im Test geht. Soll jeder Controller DCC selbst erzeugen, wäre über den Bus eine Sync-Leitung vorhanden, so daß von Block zu Block keine Phasenprobleme auftauchen würden.

Gruß
Klaus

Hallo Tom !

Auch mich würde der Schaltplan interessieren !

lg
Norbert

Den schicke ich Euch gerne. Bin aber gerade ohne Rechner unterwegs...

Liebe Mobas,

Ich habe jetzt meine Messtechnik zur Messung (groben Schätzung) der Betriebstemperatur von Lokomotiven auf dem Testkreis optimiert. Danke für die Tipps.
Anhängend ein paar Bilder von dem provisorischen Aufbau.

Mit einem Infrarotsensor GY-906 wird die maximale Temperatur ermittelt, während die Lok an dem Sensor dicht vorbeifährt. Der Sensor zielt dabei auf den Bereich in dem der Motor sitzt. Das Ergebnis wird auf einem LCD-Display angezeigt. Das Ganze läuft mit einem Arduino. Sensor und Display sind über den I2C-Bus verbunden. Über USB kann man die Messwerte direkt anzeigen, dann bekommt man das Temperaturprofil der Lok als Datensatz und nicht nur den Maximalwert.

Da es ein Testkreis ist, kann man gleich noch die Geschwindigkeit über die Rundenzeit und die bekannte Länge des Testkreises ermitteln. Die Umgebungstemperatur ist rechts oben angegeben. Die Loktemperatur links. Nach jeder Vorbeifahrt werden die Daten aktualisiert.

Den Sensor baue ich noch in ein Streckenwärterhäuschen ein.

Wie bereits diskutiert ist das sicherlich eine Spielerei aber für mich gehört das zum Eisenbahnspielen dazu. Ich orientiere mich dabei an den Heissläufermessgeräten im Gleis des Vorbildes...

Beste Grüße

Tom



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