Entstören von Bürstenmotoren
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Bei Bürstenmotoren kommt es bauartbedingt durch das Schleifen und elektromechanischem Umschalten der Rotorwicklungen an den Kohlen zu sogenanntem Bürstenfeuer. Das sind elektrische Entladungen mit sehr hohen und steilflankigen Spannungsspitzen. Um diese Auszufiltern werden Entstörkondensatoren benötigt. Dabei wird jeweils ein 10nF großer Kondensator (C2, C3) zwischen Plus-Pol und Motorgehäuse sowie einer zwischen Minus-Pol und Gehäuse gelötet. Ein weiterer 47nF Kondensator (C1) kommt zwischen Plus- und Minuspol.
Es macht keinen Sinn, die Kapazitätswerte der Kondensatoren viel weiter zu steigern, da solche Kondensatoren bei hohen Frequenzen schon nicht mehr richtig wirken. Insbesondere Elektrolytkondensatoren sind hier ungeeignet.
Der Gleichstrom zum Motor wird von den Kondensatoren nicht beeinflusst, für die hochfrequenten Störungen welche der Motor produziert, stellen die Kondensatoren jedoch praktisch einen Kurzschluss dar, und diese werden gegen Masse (Motorgehäuse)abgeleitet, bzw zwischen den Anschlusspolen kurzgeschlossen. Wichtig ist, die Entstörkondensatoren so dicht wie möglich an der Störquelle, also am Motor anzubringen. Jeder Zentimeter Draht wirkt hier schon als Sendeantenne!
Speziell bei den kleinen Kondensatoren ist darauf aufzupassen, dass die Beinchen nicht direkt die Pole mit dem Gehäuse kurzschließen. Um dem Vorzubeugen hat es sich als sinnvoll gezeigt ein Wattestäbchen (Die Dinger, die man braucht um die Ohren zu putzen) zu zerschneiden und das Röhrchen über die Beinchen des Kondensators zu schieben.
Die Qualität der Entstörung kann noch verbessert werden, indem in die Zuleitungen dicht beim Motor noch je ein Ferritring eingefügt wird. Dazu wird jede Leitung 4-6 mal durch den Ring gefädelt. Also je einen Ring für die Plusleitung, und einer für Minus. Man erhält so zwei Spulen welche ein Tiefpassfilter darstellen. Den Gleichstrom, mit dem der Motor versorgt wird, lassen diese praktisch ungehindert durch, aber für eventuelle restliche Hochfrequenzen stellen die Spulen einen erheblichen Widerstand dar.
Nachfolgend noch weitere Erläuterungen zum Thema Motorstörungen zur Vertiefung:
Woher kommen die Störungen von Bürstenmotoren eigentlich? Und was muss man sich unter diesen Störungen vorstellen?
Bei den Motorstörungen handelt es sich ursächlich um sehr schnelle und kurze Spannungsimpulse, in der Regel gleich in "Impulspaketen" aufeinanderfolgend (sogenannte "Bursts"). Durch die steilen Anstiegsflanken im Nanosekundenbereich haben diese Spannungsimpulse ein sehr breites Frequenzspektrum und reichen sogar über unseren 40MHz Fernsteuerbereich hinaus. Diese Spannungen liegen an den Motorleitungen an und die Motorleitungen können dann die in den Störungen steckende Hochfrequenzenergie wie eine Sendeantenne abstrahlen, d.h. es fließen auch Störströme über die Motorleitungen.
Diese Störspannungen entstehen durch die Kommutierung am Motorkollektor (eigentlich richtiger als Kommutator zu bezeichnen), wenn bei der Drehung des Rotors die Ströme in den Rotorwicklungen mittels der Bürsten ab- bzw. umgeschaltet werden. Nun ist es aber ein physikalisches Prinzip, dass der Strom in einer Induktivität (und die Rotorwicklung stellt eine solche dar) weiterfließen möchte, denn in der Induktivität ist magnetische Energie gespeichert, die nicht einfach im Nichts verschwinden kann. Unterbricht man den Stromkreis, wie es am Kommutator laufend geschieht, so erzeugt die Induktivität eine Gegenspannung, die den Strom weiterfließen lassen möchte. Diese schnell hochschießende Induktionsspannung erzeugt an dem sich öffnenden Kollektorkontakt dann den bekannten Funken durch Spannungsüberschlag.
Ursächlich tritt diese Induktionsspannung zunächst zwischen den Motorleitungen als sogenannte Gegentaktspannung auf. Da aber die Motorwicklung auch parasitäre Streukapazitäten zum Eisenpaket des Rotors und zum Motorgehäuse hat, bauen sich auch Störspannungsanteile zwischen dem Motorgehäuse bzw. der Motorwelle (und daran angekoppelter Welle und Wasser) und den Motorleitungen auf, man bezeichnet diese als Gleichtakt-Spannungen. Diese Gleichtaktspannungen können häufig kritischer für den Funkempfang sein als die Gegentaktspannungen zwischen den Leitern, deshalb sind die Kondensatoren zum Motorgehäuse ungemein wichtig.
Bürstenmotoren sind mit ihren Kollektoren also selbst die Quelle von Motorstörungen, daher gehören die Entstörkondensatoren unmittelbar an den Motor, damit die Motorzuleitungen möglichst wenig als Sendeantennen wirken.
Wenn es um die von Drehzahlstellern selbst erzeugten Störungen geht, so sind diese möglichst dicht am Steller zu entstören. Es sollte immer vorrangiges Ziel sein, die Störungen dicht an der jeweiligen Quelle zu bedämpfen, damit über die Leitungen möglichst wenig Störströme fließen.
Was die Entstörung von Bürstenmotoren angeht (besser: “Bedämpfung“ der Motorstörungen), so gibt es ein paar Grundregeln, die immer berücksichtigt werden sollten. Als Minimum sind Entstörkondensatoren unmittelbar am Motor unverzichtbar. Wichtig ist, dass nicht nur ein Kondensator zwischen die beiden Motoranschlüsse geschaltet wird (dieser soll die sogenannten Gegentakt-Störspannungen bedämpfen, die zwischen den beiden Motorleitungen auftreten), sondern auch jeweils ein Kondensator von je einem Motoranschluss zum metallischen Motorgehäuse (diese sollen die sogenannten Gleichtakt-Störspannungen dämpfen, die zwischen den Motorleitungen und dem Gehäuse (mit Welle, Stevenrohr usw.) auftreten). Häufig sind diese Gleichtaktstörungen (auch unsymmetrische Störungen genannt) dominant, daher sollte man nie auf Kondensatoren zum Motorgehäuse hin verzichten.
Bei den Kapazitätswerten gibt es einen relativ breiten Bereich, mit dem man ordentliche Entstörwirkungen erzielen kann, angefangen von mehreren nF bis hin zu mehreren 10nF. Bei Werten oberhalb von 100nF von bedrahteten Kondensatoren kann die Entstörwirkung schon wieder geringer werden, da solche Kondensatoren dann schon in dem Frequenzbereich, wo wir vornehmlich entstören müssen – unser 40MHz Fernsteuerband – schon oberhalb ihrer Eigenresonanzfrequenz liegen können und dann ihr Scheinwiderstand schon wieder ansteigt bzw. ihre Kurzschlusswirkung für Hochfrequenz nachlässt.
Ganz wichtig ist aber: DIE ANSCHLUSSDRÄHTE DER KONDENSATOREN MÜSSEN SO KURZ WIE MÖGLICH SEIN!!! Jeder Zentimeter Drahtlänge bringt bereits eine Induktivität von rund 10nH mit ins Spiel, bei 40MHz hat man bei 1 cm schon einen induktiven Scheinwiderstand von rund 2,5 Ohm, so dass von einem richtigen HF-Kurzschluss bald keine Rede mehr sein kann!
Auch die Kondensatortechnologie hat einen gewissen Einfluss; Keramikkondensatoren haben bei gleicher Kapazität tendenziell höhere Eigenresonanzfrequenzen als gewickelte Folienkondensatoren und sind daher allgemein besser geeignet.
Die Kondensatoren müssen auch ausreichend spannungsfest sein, z.B. bei Betriebsspannungen von 12V sollten es schon mindestens 50V Kondensatoren sein, da ein Motor beim Kommutieren durchaus Störspannungsspitzen verursachen kann.
Mit Drosseln in den Motorleitungen lässt sich die Ausbreitung der restlichen Störungen entlang der Motorleitungen verblocken. Vielfach reicht ein niederpermeabler Ferrit-Rohrkern (AL-Wert ca. 1µH bis einige µH, z.B. Entstör-Klappkern) auf dem Leitungsbündel schon aus (Hin- und Rückleiter gemeinsam einmal oder einige wenige Male durch den Kern geführt).
Die Entstörwirkung von Drosseln beruht darauf, dass diese für hochfrequente Störspannungen bzw. Störströme einen hohen Widerstand darstellen. So hat z,B. eine Drossel von 10uH (Microhenry) bei 40MHz einen Wechselstromwiderstand von rund 2,5 Kiloohm (während ihr Gleichstromwiderstand im Milliohmbereich liegt). Die Drosseln erschweren damit den Störungen die Ausbreitung über die Motorleitungen.
Kondensatoren und Drosseln ergänzen sich in der Entstörwirkung: Sie wirken dann zusammen wie ein Spannungsteiler – die Drosseln als hochohmiger Längswiderstand und die Kondensatoren als Querzweig mit niedrigem Widerstand.
Eine gute Entstörung ist insbesondere wichtig, wenn man mit schwachen Empfangssignale rechnen muss, so z.B. beim Steuern über größere Entfernungen oder bei Modell-Ubooten unter Wasser, wo das Empfangssignal duch Reflexion und Dämpfung im Wasser nur noch schwach ankommt.
