Motoreninstandsetzung

(oder wie man durchgebrannte Märklin Sprint Motoren wieder ans Rennen bekommt)

 

 

Ich möchte an dieser Stelle nicht die grundlegende Funktionsweise eines Elektromotors erklären, sondern am Beispiel der beiden Stufengetriebemotoren beschreiben, wie man durchgebrannte Ankerwicklungen der Märklin Sprint Motoren instandsetzen kann. 

Was heißt 'durchgebrannt' ? Die eigentliche Wicklung des Motors ist ein mit Schutzlack überzogener und somit isolierter Kupferdraht, der um einen Anker aus Eisen gewickelt wird. Sollte sich jetzt aufgrund zu großer Erhitzung der Spulen diese Lackschicht vom Draht lösen, so entsteht innerhalb der Spule ein Kurzschluß - d.h., nicht die komplette Spule wird vom Strom durchflossen - das Magnetfeld wird  so nur noch schwach oder gar nicht mehr ausgebildet, der Motor dreht sich nicht mehr. Ich hatte zwei solcher Motoren, einen kleinen '27000er' und einen '45700er', also beide Varianten für das Stufengetriebe. Die Motoren sind quasi beide aus dem gleichen Grund ausgefallen : der große konnte mit einer Wicklung an der Rückseite am Lagerblech scheuern, so daß diese unterbrochen wurde. Daraufhin sind die beiden übrigen Wicklungen total überhitzt worden und durchgebrannt. Man konnte dies mit bloßem Augen schon an der Verfärbung erkennen - der Kupferdraht schimmerte dunkler und der weiße Lack, der werksmäßig auf die Wicklungen aufgebracht war, hatte sich schwarz verfärbt. Der kleine Motor schien auf den ersten Blick vollkommen in Ordnung zu sein, bis auf die Tatsache, daß er einfach nicht lief. Nachdem ich ihn zerlegt hatte, sah ich, daß eine Windung falsch gewickelt war und sich so an der hinteren Lagerung der Ankerachse durchgescheuern hatte. Das Endergebnis war dann das gleiche wie beim großen Motor, nur daß man es eben nicht so einfach sehen konnte :-( . Ich habe dann überlegt, die Anker neu zu wickeln - verlieren konnte ich dabei ja nichts, kaputt waren die Motoren ja sowieso. Ich habe dann im Internet Seiten zum Thema Elektromotoren gesucht (erwähnen möchte ich die Homepage von Gottfried Siedenberg, URL :  http://home.arcor.de/gottfried.siedenberg/slot/maer.htm und mich an dieser Stelle auch für seine wertvollen Tips bedanken).  Auch im Deutschen Slotcar-Forum ( http://www.slotcar-forum.de ) habe einen Eintrag geschrieben und hilfreiche Antworten bekommen. Es kristallisierte sich dabei zum Thema Wicklungen folgendes heraus :  je weniger Windungen pro Wicklung auf den Anker gebracht werden, desto höher ist hinterher die Drehzahl des Motors, aber umso geringer seine Kraft (Drehmoment). Um das zu kompensieren, kann man mit  Doppelwicklungen arbeiten, d.h.. , zwei parallele Drähte werden um die einzelnen Anker gelegt.  Das erzeugte Magnetfeld wird dadurch natürlich verstärkt. Solche Motoren vereinigen sowohl hohe Drehmomente, als auch Drehzahlen in sich - der Preis dafür sind dann natürlich höhere Ströme. Zusätzlich kann man  bei Motoren mit hoher Windungszahl den Kollektor in Richtung früh verstellen. Das bewirkt eine Drehzahlanhebung, aber das Drehmoment des Motors verringert sich dabei. Bei den Märklin Motoren ist das konstruktionsbedingt nahezu unmöglich; Stichwort timebare Motoren. Fast alle diese Feststellungen kann ich jetzt (leider) aus Erfahrung bestätigen, den Anker des kleinen Motors habe ich nämlich insgesamt dreimal mit jeweils unterschiedlichen Ergebnis gewickelt ...

 

27000

Hier sieht man die drei verschiedenen Motoren, die für die Märklin Sprint Autos verwendet wurden.

 

Links der 'kleine' , der leicht vom Stufengetriebe abgenommen werden kann, indem unten ein kleines Halteblech entfernt wird. Den Motor gab es ab der Einführung der Sprint Rennbahn bis Ende 1968.

 

Rechts oben der 'große' . Er bildet mit dem Getriebe eine Einheit und läßt sich davon nur schwer trennen, indem an jeder Seite des vorderen Lagerbleches zwei auseinandergespreizte Nasen zusammengedrückt werden. Diser stärkere Motor wurde ab  1968/9 verwendet. 

 

Der Vollständigkeit halber schließlich noch rechts unten der Sidewinderantrieb.

 

45700

45660

 

Ich habe mit dem großen Motor angefangen. Mit einer Schnabelzange habe ich vorsichtig die oben angesprochenen Nasen zusammengebogen (das ist Messing, man kann das wahrscheinlich nicht sehr oft machen, ohne das eine Nase abbricht). Danach kann man den Motor zerlegen. Das Getriebe habe ich dafür nicht auseinandergenommen, allerdings muß man dann vor allem beim Zusammenbau mit dem Motorritzel etwas fummeln, ist aber kein unlösbares Problem. Schließlich erhält man die Teile, die auf dem zweiten Bild zu sehen sind. (Ein Klick auf die Bilder lädt jeweils eine Vergrößerung)
 

Der komplette Motor

die Einzelteile

Der zerlegte Kollektor...

...mit der Pappscheibe

der Anker ohne Kollektor
Die Enden der Wicklungen sind am Kollektor nicht angelötet, sondern geboundet, eine Art Punktschweißverfahren. Diese Verbindung kann man nicht einfach lösen, also trennt man den dünnen Draht einfach an den Anschlüssen durch. Der Kollektor besteht aus einem Kunststoffteil, in dem die drei Kontakte eingeschoben sind. Er ist wie das Motorritzel nur auf die Achse aufgeschoben, also kann man den kompletten Kollektor nun einfach abziehen. Dahinter befindet sich zur Isolation zu den Wicklungen noch eine kleine Pappscheibe. Die Einzelteile sieht man auf dem dritten und vierten Bild. Der Ring, der zu sehen ist, ist eigentlich mit dem Kunststoffteil fest verbunden, er hat sich bei mir jedoch abgelöst. Beim Zusammenbau sitzt er aber stramm genug und hält die Kontakte zuverlässig an ihrem Platz. Übrig bleibt dann der eigentliche Anker mit seinen drei Wicklungen, auf Bild 5 ist zu sehen, wie ich angefangen habe, die Wicklung abzuwickeln. 

Eine Wicklung konnte ich unbeschadet komplett abwickeln :-) und zwar im Uhrzeigersinn, wenn man sich den Kollektor links vorstellt (dazu muß ich mal bei Gelegenheit eine Zeichnung machen). Es waren 259 Windungen, der Draht ist 5,10m lang und hat bei einem Durchmesser von etwa 0,1mm (an mehreren Stellen mit der Schieblehre gemessen) eine elektrischen Widerstand von etwa 9 Ohm. Auf den nächsten zwei Bilder sieht man den fast nackten Anker, im Hintergrund die erwähnte Wicklung auf einem Lineal. Auf dem dritten Bild sieht man eine durchgebrannte Wicklung - durch die Hitze ist der isolierende Lack des Drahtes geschmolzen hat so Kurzschlüsse in der Wicklung erzeugt und das Ganze noch unlösbar zusammengeklebt. Ich habe die Wicklung mit einem scharfen Messer komplett durchtrennt und konnte den Klumpen so problemlos entfernen. Der Anker selbst ist innen übrigens mit einem grünen Lack überzogen, wahrscheinlich um Kurzschlüssen über den Anker vorzubeugen. Da ich ja nun die Daten hatte, die ich zum Neuwickeln brauchte, habe ich die Bastelkiste nach geeignetem Material durchsucht. Unter anderem fand ich ein altes Relais mit einer sehr schönen Spule (Bild 4). Der Draht schien einen brauchbaren Durchmesser zu haben und nachdem ich 5,10 m abgewickelt hatte konnte ich einen Widerstand von 19 Ohm messen - Hmm, da hatte ich doch was über Doppelwicklungen gelesen und zwei mal 19 Ohm parallel ergeben ja 9,5 Ohm - Bingo !  ;-) . Also habe ich angefangen zwei mal 5,10m Draht parallel auf ein Anker-Drittel zu wickeln. Ich hatte zunächst Bedenken, auf die gewünschte Windungszahl zu kommen, aber nach kurzer Zeit hatte ich tatsächlich 270 Windungen aufbringen können. Damit sich das Ganze nicht löst, habe ich die Wicklung dann mit zähflüssigem Nagellack fixiert. Außerdem können sich die Windungen dann nicht bewegen, wenn sie beim Betrieb zigfach Magnetfelder erzeugen ;-) . Dann direkt weiter, die zweite Wicklung drauf, natürlich in gleicher Drehrichtung wie die erste - die Enden der Drähte habe ich dabei mit Tesafilm gesichert (Bild 5). 

Zwei Wicklungen ...

... sind runter

durchgebrannt :-(

Der 'Spender'

2 x 270 Windungen
Nach erstaunlich kurzer Zeit hatte ich alle drei Wicklungen erneuert (Bild 1 und 2). Ich habe dann die Enden der Drähte verlötet, um sie anschließend um die losen Anschlüsse des Kollektors zu wickeln und dann dort ebenfalls zu verlötet. Wichtig dabei ist, daß die Spulen alle gleich angeschlossen werden, ich habe sie so angeschlossen, wie es auch original war - von vorn gesehen das innere Wicklungsende nach links, daß äußere nach rechts. Dann kommt die Pappscheibe zur Isolation drauf. Anschließend habe ich das Kunststoffteil des Kollektors vorsichtig auf die Achse geschoben. Der Kollektor muß dabei so sitzen, daß die Schlitze im Kollektor genau in der Mitte der Ankerwicklungen sitzt. Dabei muß man auch noch die Anschlußplättchen einfädeln. Bei mir war das einfach, da sich ja der umgebende Ring gelöst hatte (nachher bei dem kleinen Motor hat das aber auch mit Ring problemlos geklappt). Das Ergebnis sieht man auf dem dritten Bild - ein 'neuer' Anker :-) . Nun war ich gespannt, ob meine Bastelaktion erfolgreich war - also schnell zusammengesetzt . Schnell ging es aber nicht - ich hatte ja das Getriebe nicht demontiert und musste so das Ritzel beim Zusammenbau mit drauffummeln. Aber letztendlich waren alle Teile wieder an ihrem Platz, die Nasen noch aufgespreizt und der Motor war fertig (Bild 4 und 5 und eigentlich auch das allererste, ich hatte von dem Originalmotor im zusammengebautem Zustand kein Bild gemacht ;-) )

Drei neue ...

... Wicklungen

komplett mit Kollektor

wie neu :-)

Batterietest oK :-)
Jetzt der Augenblick der Wahrheit - den Motor in der einen Hand, eine 9V-Batterie in der anderen und - Jawoll, da war es wieder, das unnachahmliche Geräusch des Märklin Sprint Stufengetriebeantriebs :-)))) . Ich habe den Motor dann in einen Porsche C6 eingesetzt und flugs eine längere Strecke aufgebaut - würde der Motor auch halten ? Bei einem langen Rennen gegen einen anderen C6 mit  gleichem Motor habe ich dann zu meiner Freude feststellen können, daß 'mein' Motor nicht so heiß wie der originale wird und sogar noch einen Tick besser läuft, d.h. er hat in etwa die gleiche Kraft, erreicht aber eine etwas höhere Drehzahl. Nach 200 Runden habe ich dann das Auto vorsichtshalber nochmal geöffnet und festgestellt, daß die entstehende Hitze den Lötverbindungen und dem Lack nichts ausmacht hat. Mittlerweile hat der Motor schon einige Rennen auf dem Buckel und läuft immer noch 1a. Ermutigt durch diesen Erfolg habe ich dann kurze Zeit später angefangen, den kleinen Motor zu zerlegen. 

 

Der kleine Motor läßt sich zerlegen, indem man an dem hinteren Halteblech vorsichtig die Nasen aufbiegt. Dann kann man die Seitenteile etwas auseinanderspreizen und das Blech herausnehmen. Nachdem das Ritzel entfern ist, kann man den Anker nach hinten herausziehen. Der Anker ist übrigens wesentlich kleiner als der des 45700 .Wenn man möchte, kann man die Seitenteile nun leicht vom vorderen Lagerblech nebst Kohlen lösen, indem man die Haltenasen des Blechs nur ganz leicht aufbiegt. Ich habe dann versucht, eine Wicklung vom Anker abzuwickeln. Leider stellte sich das als absolut unmöglich heraus - der Draht mit seinem Lack und irgendwelche, zu diesem Zeitpunkt nicht genau zu erkennende Kunststoffteile, hatten sich wohl durch Hitzeeinwirkung untrennbar miteinander verbunden. Die einzige Möglichkeit, das auseinanderzubekommen, war die Wicklungen komplett zu durchtrennen (Bild 5) :-( . Dadurch war es natürlich nicht möglich, die Windungen zu zählen oder gar im Nachhinein den Widerstand einer Wicklung zu bestimmen.

Ein Originalmotor

Motor abgenommen ...

... und zerlegt

der Anker original

Abwickeln unmöglich :-(
Es stellte sich nun heraus, daß der Anker dieses Motors anders aufgebaut ist, als der des großen. Die Teile des Kollektors sind die gleichen wie beim großen Motor, die Pappscheibe ist aber etwas kleiner und die Innenseiten des Ankers sind nicht lackiert, dafür sind zwei Kunststoffteile vorne und hinten auf die Achse geschoben worden, die die Stirnflächen vollständig abdecken und um die Kanten greifen. Die Wicklungen waren mit diesen Teilen total verschmolzen und ich habe zwei Stunden mit Pinzette, spitzer Nadel und Taschenmesser verbracht, um Kunststoff und Drahtreste voneinander zu trennen :-( . Den Lohn der Mühe sieht man auf dem vierten und fünften Bild.
Nun konnte es endlich ans Neuwickeln gehen. Aber wie - ohne konkrete Daten ? Mein erster Versuch war, die bewährte Doppelwicklung wie bei dem großen Motor aufzubringen. Es war möglich, 240(!) Windungen aufzubringen, wobei die dritte Wicklung platzmäßig ein echtes Problem war, aber schließlich hat es geklappt (Bilder 1 und 2). Die Ernüchterung folgte sofort , als ich versuchte, den Anker in den Motor einzubauen - die Wicklungen waren einfach zu dick, alle drei schliffen am hinteren Lagerblech :-( . Beim Versuch ein paar Windungen runterzuwickeln, riß der Draht - ich hatte die Wicklungen ja aus guter Erfahrung heraus mit Lack fixiert. Also alles nochmal runter und auf ein Neues. Diesmal habe ich immer mal probiert, ob der Anker noch ins Gehäuse paßt und so war die Grenze bereits bei 190 Windungen erreicht - ob das reichen würde ? Ich baute den Motor zusammen und stellte nach einem Test mit der 9V Batterie zu meiner Freude fest, das der Motor ganz gut lief. Also steckte ich ihn ins Getriebe und das Ganze wurde in meinem Mercedes Monoposto implantiert. Schon beim ersten Start fiel mir auf, daß der Motor nach viel Strom verlangte - ich mußte den Regler fast ganz reindrücken um das Auto auf Geschwindigkeit zu bringen. Nach einem kurzen Rennen merkte ich dann auch, daß der Motor sehr heiß wurde und nach einer längeren Fahrt fing der Renner tatsächlich an stilecht zu qualmen - die Hitze war dem Lack wohl zuviel geworden.

240 Wicklungen ...

die Enden verlötet

der 'neue' Anker

nochmal

Fertig !
Also startete ich noch einen dritten Versuch. Diesmal verwendete ich  nur einen Draht für die Wicklung. So schaffte ich es, 360 Windungen auf den Anker zu bringen und ich vermutete daher, daß der Motor wohl viel Drehmoment haben, die maximale Drehzahl aber nicht sehr hoch sein würde. Nach dem erneuten Zusammenbau und Einbau in den Monoposto stellte sich das auch als wahr heraus. Das Auto läuft problemlos, hat auch bei niedrigen Drehzahlen recht viel Kraft und der Motor entwickelt auch nach langen Rennen keine große Hitze. Allerdings liegt die Höchstgeschwindigkeit nicht so hoch wie die des Ferrari Supersqualo mit dem originalen 27000er Motor. Irgendwann werde ich den Motor wohl noch einmal mit einem anderen Draht neu wickeln - wie das geht weiß ich ja jetzt ;-)

Insgesamt kann ich also nun aus Erfahrung die in der Einleitung genannten  Zusammenhänge  bestätigen. Außerdem ist das ein Indiz für die unterschiedlichen Fahreigenschaften der beiden Motoren - der große Motor scheint mehr Kraft zu haben, ein Fahrzeug mit diesem Motor setzt sich schon bei wenig gedrücktem Regler gut in Bewegung und legt bis zur Höchstgeschwindigkeit gleichmäßig zu. Ein Auto mit dem kleinen Motor hat nicht soviel Kraft und verlangt so schon einen recht weit durchgedrückten Regler um gut in Schwung zu kommen.

Ich habe den kleinen Motor meines Monoposto schließlich noch einmal komplett neu gewickelt, diesmal habe ich einen Kupferlackdraht von 0,1 mm Stärke verwendet, den es auf der 450m Rolle für kleines Geld bei Conrad Elektronik zu kaufen gibt (www.conrad.de). Es war möglich, pro Wicklung 210 Windungen aufzubringen, damit ist der kleine Anker bis zum Anschlag gefüllt. Wie gewöhnlich habe ich die Spulen dann mit Nagellack fixiert. Nach dem Zusammenbau erfolgte wieder der obligatorische Test mit der 9V Batterie und diesmal schnurrte der Motor so wie er sollte :-) . Ich habe den Motor dann in meinen Monoposto eingebaut, aber irgendwie kam der Wagen nicht so richtig auf Touren. Also nochmal alles auseinandergenommen. Ich fand heraus, daß der Magnet des Motors auf die Ankerachse drückt, sobald der Motor am Getriebe eingeklemmt wird :-o. Um das zu beseitigen habe ich mit einem scharfen, kleinen Bohrer vorsichtig eine Mulde in den Magneten gebohrt und damit war das Problem endgültig beseitigt. Beim Einschieben des Magneten in den Motor fiel mir dann noch auf, daß dieser eigentlich seitlich ziemlich viel Spiel zum Gehäuse hatte, das gleiche sieht man im dritten und vierten Bild an einem anderen Motor, hier läßt sich problemlos ein doppelt gefaltetes Blatt Papier einschieben. Also bearbeitete ich das hintere Lagerblech vorsichtig mit einer scharfen Klinge, bis eine Breite erreicht war, daß der Magnet ganz genau zwischen die Wangen paßte. Da dadurch auch der Abstand des Ankers zu den Wangen kleiner wurde, vermutete ich, daß der Motor anschließend auch besser laufen würde. Beim Test mit der Batterie stellte sich das auch als richtig heraus, der Motor erreichte anscheinend hier schon eine höhere Drehzahl als vorher. Nachdem das Motörchen dann endgültig im Monoposto implantiert war, konnte ich das auch auf der Strecke feststellen :-).
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Das letzte Bild zeigt noch die Reparatur eines sehr häufigen Fehlers bei den kleinen Motoren. Die Enden der Drähte lösen sich am Anker und der Motor läuft nicht mehr oder nur noch sehr schwer und kann dann sogar durchbrennen. Mit einem kleinen Lötkolben (meiner hat nur 16Watt) lassen sich die Drahtenden vorsichtig wieder anlöten, meist läuft der Motor dann wieder einwandfrei. Den Fehler hatte ich jetzt schon an zwei Exemplaren, der hier gezeigte hatte allerdings zusätzlich noch eine unterbrochene Wicklung, auch das ist mittlerweile behoben und der Motor läuft wieder, jetzt fehlt nur noch das 'Tuning' des hinteren Lagerbleches ;-)