Wenn man in digitalisierten Lokomotiven Speicherkondensatoren einbaut, kann man damit wunderbar kurzzeitige Spannungsausfälle überbrücken, die durch Schmutz, Weichenherzstücke u.ä. verursacht werden können. Wie sich der Ausrollweg mittels 1000 µF und 2000 µF Elektrolytkondensatoren in einer Piko-Diesellok ER2000 verlängert, habe ich bereits in dem Bericht „Überbrückung spannungsloser Abschnitte mittels Stützkondensator“ beschrieben. In den meisten Fällen werden 1000 µF reichen, aber wenn es der Platz erlaubt, baue ich 2200 µF ein.
Nun wollte ich ein altes Schätzchen von 1983, die 85 007 von Märklin-Hamo, digitalisieren. Die über 30 Jahre Lagerzeit haben ihr wohl nicht besonders gut getan. Die Stromaufnahme im Analogbetrieb war miserabel. Daher hatte ich von vornherein vor, einen 2200 µF Elko bei der Digitalisierung zu installieren.
Die Enttäuschung war groß. Es war trotz des großen Kondensators keine Verbesserung der Fahreigenschaften festzustellen, obwohl 2200 µF doch „Wunder“ bei den „normalen“ modernen Loks bewirkt hatten. Nun war es an der Zeit, mich mit Superkondensatoren zu beschäftigen, die extrem hohe Kapazitätswerte besitzen.
Es gibt GoldCaps (Pansonic), GreenCaps (SAMWHA), UltraCaps (Epcos) und andere Superkondensatoren mit wohlklingenden Namen. Dies sind jedoch keine Bezeichnungen für verschiedene Kondensatorbauarten (wie z.B. Folienkondensatoren, Keramikkondensatoren, Elektrolytkondensatoren), sondern Handelsnamen der in Klammern erwähnten Firmen. Die korrekte Bezeichnung für diese Kondensatoren ist EDLC = Electric Double Layer Capacitor = Doppelschichtkondensatoren. Sie haben sehr hohe Kapazität (z.B. 1 Farad = 1 000 000 µF, aber ihre Spannungsfestigkeit ist nur gering, meistens nur 2,5 V. Daher müssen mehrere Kondensatoren in Reihe geschaltet werden. Wenn man 7 Stück in Reihe schaltet, hat die Kondensatorbatterie eine Spannungsfestigkeit von 7 x 2,5 = 17,5 V, was für H0 die unterste Grenze darstellt. Je höher die Spannungsfestigkeit gewählt wird, desto sicherer ist man, dass eine ungleiche Spannungsaufteilung unter den in Reihe geschalteten Kondensatoren nicht zur Zerstörung der Kondensatorbatterie führt. Durch die Reihenschaltung reduziert sich die Gesamtkapazität auf 1/7 des Einzelkondensators, also auf 1 000 000 / 7 = 142 850 µF, was aber verglichen mit 2 200 µF gewaltige Werte sind.
Neben Kapazität und Spannungsfestigkeit ist der Innenwiderstand das dritte wichtige Kriterium. Man kann den Lastwiderstand, den ein Modellbahnmotor darstellt, ganz grob mit 30 Ohm ansetzen (R = U / I = 12 V / 0,4 A = 30 Ohm). Wenn nun die Spannungslücke im Gleis auftritt, soll der voll aufgeladene Superkondensator (ca. 12 V) über den Decoder den Motor speisen und weiterlaufen lassen. Wenn aber die Summe der Innenwiderstand der in Reihe geschalteten Kondensatoren 90 Ohm betragen würde, würde nur 1/4 der Kondensatorspannung am Motor (30 Ohm) anliegen und 3/4 am Innenwiderstand des Kondensators abfallen, was für diesen Anwendungsfall unsinnig wäre. Daher müssen bei der Auswahl des Superkondensators die Datenblätter der infrage kommenden Kondensatoren sorgfältig studiert werden.
Ich ersetzte in der 85 007 den 2200 µF Kondensator durch drei Superkondensatoren von Samxon mit je 0,22 F mit 5,5 V. Die Abmessungen sind 17,5 x 9 x 15,5 mm. Laut Datenblatt beträgt der Innenwiderstand 2,5 Ohm bei 1 kHz. (Bezugsquelle: z. B. Conrad unter der Bestellnummer 457328.)
Durch die Reihenschaltung hat sich:
- die zulässige Spannung auf 3 x 5,5 = 17,5 V erhöht
- der Innenwiderstand auf 7,5 Ohm verdreifacht und die
- Gesamtkapazität auf 220 000 / 3 = 73 333 µF verringert. Im Vergleich zu 2 200 µF ist das aber immer noch ein riesiger Wert.
Allerdings ist der Platzverbrauch auch größer, weshalb der Stehkessel der 85 007 etwas abgefräst werden musste.
Der Unterschied in den Fahreigenschaften der 85 007 mit 2200 µF oder mit Superkondensator ist im beigefügten Video (siehe unten) zu sehen. Damit man die Stromversorgung anhand des Flackerns der Glühlampe besser sehen kann, wurde das Gehäuse weggelassen und die Zimmerbeleuchtung abgeschaltet. Wie man sehen kann, waren die Fahreigenschaften selbst mit dem 2 200 µF Kondensator miserabel. Erst das Päckchen mit den drei Superkondensatoren brachte den gewünschten Erfolg.
> Hier der Link zum Video (öffnet in neuem Tab) <
Horst Nowy Juni 2017
(Eine Gewähr oder gar Haftung für die Richtigkeit der Angaben und Berechnungen kann nicht übernommen werden.)