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Entstörung von Kollektor-MotorenAllgemeines Für den Betrieb von Metallbaukasten-Modellen werden oft Elektromotoren verwendet. Dies sind üblicherweise preiswerte Kollektor-Motoren, die naturgemäß Hochfrequenz(HF)-Störungen durch Funkenbildung erzeugen; sie sollten daher grundsätzlich entstört werden. Hersteller bzw. Vertreiber solcher Antriebe sollten zumindest auf eine Entstörung hinweisen, da es nicht zuletzt auch gesetzliche Bestimmungen zum Funkschutz gibt. Besonders ferngesteuerte Modelle reagieren sehr empfindlich auf Störungen von Motoren, bis hin zum völligen Funktionsverlust. Dasselbe gilt, wenn Kollektor-Motoren mit elektronisch geregelten Netzteilen betrieben werden; je nach Stärke des Motors ist sogar eine Zerstörung des Netzteiles nicht auszuschließen. Wenn beim Betrieb mit Motoren solche Effekte auftreten, dann sollte zuerst die Entstörung überprüft und evtl. nachgerüstet werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen Motor zu entstören. Üblicherweise werden Kondensatoren verwendet, da sie klein sind und sehr gut wirken (können). Auch mit Spulen bzw. Drosseln kann man entstören, und in besonders hartnäckigen Fällen werden komplexere Filterschaltungen mit einer Kombination von Kondensatoren und Spulen eingesetzt. Die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen sind allgemein gültig für die Entstörung elektrischer bzw. elektronischer Baugruppen; im Bereich der EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) sind sie als unverzichtbare Standard-Maßnahmen bekannt. Entstörung mit Kondensatoren Diese Art der Entstörung basiert darauf, die erzeugte HF direkt an der Quelle (also am Motor) möglichst ideal kurzzuschließen, bevor sie sich ausbreiten kann (im Fachjargon auch als "Totprügeln" bezeichnet). Üblicherweise werden Keramik-Kondensatoren verwendet, da diese ein besonders günstiges HF-Verhalten haben. Folien-Kondensatoren z. B. sind gewickelt und haben dadurch einen größeren induktiven Anteil; zur HF-Entstörung sind sie deshalb weniger gut geeignet.
Als Richtwerte für X- bzw. Y-Kondensatoren gelten 100 nF (nanofarad) bzw. 47 nF. Die Entstörung wird auch mit anderen Kapazitätswerten funktionieren, denn viel wichtiger als die Werte sind die Anschlussdrähte der Kondensatoren! Diese sind möglichst kurz zu halten, da die Entstörung sonst nicht optimal funktionieren kann. Der Grund dafür ist, dass für einen Draht physikalisch bedingt eine Induktivität von ca. 10 nH (nanohenry)/cm angenommen werden kann. Multipliziert man dies mit der Kreisfrequenz von z. B. 40 MHz (typische Fernsteuer-Frequenz), so ergibt sich ein induktiver Widerstand von ca. 2,5 Ohm. Mit anderen Worten: Jeder cm Draht hat bei einer Frequenz von 40 MHz einen Widerstand von ca. 2,5 Ohm; der für die Entstörung erforderliche (ideale) Kurzschluss der HF ist also nicht vorhanden. Besonders betroffen sind Y-Kondensatoren, da diese ja hauptsächlich die hohen Anteile >1 MHz bedämpfen sollen. Bei X-Kondensatoren sind die Anschlussdrähte weniger kritisch, und meist kann ein X-Kondensator auch weggelassen werden. Bestehen Zweifel an der Funktion einer Entstörung, sollten zuerst die Anschlussdrähte der Kondensatoren geprüft und evtl. gekürzt werden.
Im einfachsten Fall kann in jede Motor-Zuleitung eine selbstgewickelte Zylinderspule ohne Kern (Luftspule) mit 5 bis 10 Windungen eingesetzt werden. Aufgrund des fehlenden Kerns und der daraus resultierenden geringen Induktivität wird diese Spule jedoch nur sehr hohe Frequenzen wirksam bedämpfen; dafür gibt es bei dieser Spule aber auch bei hohem Motorstrom keine Sättigung, welche eine Spule nahezu unwirksam macht. Wie bei allen Spulen ist natürlich auf einen ausreichenden Drahtquerschnitt zu achten. Eine bessere Entstörung ergibt sich durch Verwendung von Stabkerndrosseln. Wie der Name sagt, haben diese Drosseln einen ferromagnetischen Kern und deshalb bei gleicher Baugröße eine höhere Induktivität; aufgrund des großen "Luftspaltes" zwischen den Polen des Kerns tritt bei dieser Spule ebenfalls keine Sättigung auf. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung einer stromkompensierten Drossel. Bei dieser Drossel befinden sich die 2 Wicklungen auf einem Ringkern, wobei sich die Magnetfelder des Motorstromes kompensieren; dadurch wird eine Sättigung des Kerns vermieden. Den asymmetrischen (hochfrequenten) Anteilen setzen sie jedoch einen hohen Widerstand entgegen. Dies funktioniert aber nur, wenn die Drossel richtig beschaltet wird; andernfalls addieren sich die Magnetfelder des Motorstromes, und die Drossel wird durch Sättigung des Kerns unwirksam. Sehr elegant ist die Entstörung mit einem Klapp-Ferrit. Dieser ist in unterschiedlichen Größen erhältlich und wird gemeinsam auf beide Motor-Zuleitungen aufgeklemmt. Die Wirkung entspricht der einer stromkompensierten Drossel, ohne dass jedoch gelötet werden muss. Allerdings sind die erreichbaren induktiven Widerstände meist deutlich geringer, als bei "richtigen" Spulen, weil es im Prinzip eine Spule mit nur einer Windung ist. Ist der Ferrit groß genug, dann können die Motor-Zuleitungen mehrfach durchgeführt werden, wobei die Induktivität (theoretisch) quadratisch mit der Windungszahl steigt. Aber auch hierfür gibt es Grenzen, da sich zwischen den nebeneinanderliegenden Leitungen eine Kapazität ausbildet, die den gewonnenen induktiven Widerstand zunehmend wieder überbrückt. Entstörung mit komplexeren Filterschaltungen Hierbei handelt es sich um die Kombination von "Weichklopfen" und "Totprügeln". Kondensatoren und Drosseln können hierbei in vielfältiger Art und Weise zusammengeschaltet werden, was an dieser Stelle aber nicht weiter vertieft werden soll. Für den industriellen Bereich steht eine große Anzahl fertiger Filter in allen Größen zur Verfügung, die im Modellbau vermutlich jedoch nur im Einzelfall ihre Berechtigung finden. |
