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Funktionsprinzip eines Elektromotors
Bevor wir uns mit den einzelnen Modellbahnlokmotoren näher beschäftigen, wollen wir uns zuerst mal allgemein die Funktionsweise eines Elektromotors ansehen. Elektromotore funktionieren nach dem elektromagnetischen Prinzip. Wenn eine Leitung von elektrischem Strom durchflossen wird, bildet sich um diese Leitung ein magnetisches Feld. Dieser Effekt kann ausprobiert werden, indem man einen leichten Magneten (wie z.B. einer Kompassnadel) neben ein stromdurchflossenes Kabel legt (bei Gleichstrom). Der Magnet richtet sich entsprechend aus. Dieses Magnetfeld kann verstärkt werden, wenn um den Leiter Draht gewickelt wird und somit eine Spule entsteht. Es bildet sich dann an einem Ende ein magnetischer Nordpol, am anderen ein magnetischer Südpol aus. Wenn eine Spule einen Eisenkern besitzt, verstärkt sich das Magnetfeld gegenüber einer luftgefüllten Spule. Eine Spule mit einem Eisenkern bezeichnet man auch als Elektromagnet. 
Elektromagnete kommen auf der Modellbahn vor allem bei Weichenantrieben, elektromagnetischen Entkupplungsgleisen und und bei Signalen zum Einsatz. Die Wirkungsweise eines Elektromotors ist physikalisch einfach. Ungleichnamige Pole zweier Magnete ziehen sich an, gleichnamige stoßen sich ab. Dies ist allgemeines Wissen aus der Physik. Wird nun ein Elektromagnet frei drehbar in das Magnetfeld eines Dauermagneten (Permamagnet) gelagert, kann sich der Elektromagnet, je nach Polung des von ihm erzeugten eigenen Magnetfelds, in die eine Richtung oder andere Richtung drehen. Diese Drehung geht jedoch maximal so weit, bis die Spule im Magnetfeld des Dauermagneten ausgerichtet ist. Um eine volle Drehung zu erreichen, muss in dieser Stellung das Magnetfeld des Elektromagneten umgepolt werden. Dies wird erreicht, indem der Stromfluss in der Spule umkehrt wird. Dazu ist auf derselben Achse des Elektromagneten ein Kollektor angebracht. Der Kollektor ist ein Schleifring, der die Ankerspule mit Strom versorgt. Der Schleifring ist in zwei Teile aufgeteilt. Die beiden Teile sind untereinander isoliert. Durch angebrachte Schleifkontakte (Kohlebürsten), wird die Versorgungsspannung übertragen. Beim Drehen des Elektromagneten bzw des Kollektors wechselt ständig die Stromrichtung in der Ankerspule (je nach Winkelstellung des Kollektors). Dadurch wird ständig die Polung zum Dauermagneten gewechselt und es entsteht durch die immer wieder auftretenden Anziehungskräfte eine Drehbewegung. Als Bauformen für den Kollektor sind der Trommelkollektor und der Scheibenkollektor gebräuchlich. Deshalb auch die Namensgebung der entsprechenden Motoren. Beim Trommelkollektormotor wird der Kollektor als Trommel oder Dosenform, beim Scheibenkollektormotor wird der Kollektor als Scheibe ausgeführt. Näheres dann bei den jeweiligen Motorbeschreibungen. Nachfolgend ist die Wirkungsweise eines Gleichstrom-Elektromotors zu sehen. 
Das Bild stammt von der Homepage - www.der-moba.de - Sehen wir uns mal die einzelnen Teile eines Elektromotors mit der jeweiligen Bezeichnung an: 
Man unterscheidet bei den Elektromotoren weiter zwischen - Scheibenkollektormotor - Trommelkollektormotor
Der Unterschied zwischen diesen beiden Motorarten ist relativ einfach. Man muss sich nur
die Kohlebürsten ansehen. Wenn die Kohlebürstengehäuse wie Stecknadeln aus dem Motorgehäuse herausragen,
handelt es sich um einen Scheibenkollektormotor. Sind die Kohlebürstenhalter dagegen tangential zum
Motorgehäuse bzw. zur Motorwelle angeordet sind, so handelt es sich um einen Trommelkollektormotor.
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Der Wechselstrommotor
Der Wechselstrommotor wird im Modellbau eigentlich nur beim sog. Märklinprinzip angewandt. Die Firma Märklin hat sich bei seinen analogen Loks auf Wechselstrom festgelegt. Eine kurze Bemerkung zum Mittelleiterprinzip: Das Mittelleiterprinzip von Märklin (übrigens auch bei Trix-Express) hat den Vorteil einer besseren Festlegung der Zuleitungsgeometrie und ist unabhängig davon, ob analog mit Gleichstrom, Wechselstrom oder digital mit Gleichstrom gefahren wird (bei letzterem mit aufmodulierten Datentelegrammen). Das Mittelleitergleis verfügt über den Vorteil der geometrischen Symmetrie, bezogen auf die Längsachse des Gleises. Nur mit diesem Prinzip sind die im Großbetrieb immer wieder vorkommenden Gleisgeometrien - Kehrschleife und Gleisdreieck - ohne sehr aufwändige Kunstschaltungen möglich. Beim weit verbreiteten Zweileitergleis gibt es bei diesen Gleisfiguren ohne weitere Vorkehrungen erst mal einen Kurzschluss. Im Übrigen entspricht das Prinzip "Hinleitung = separate Stromschiene, Rückleitung = beide Schienen" dem großen Vorbild aller elektrischen Bahnen. Hierbei ist der "Hinleiter" (wiederum unabhängig vom im jeweiligen Land verwendeten Stromsystem!) entweder die (mittig angeordnete) Oberleitung oder eine seitlich angebrachte dritte Schiene, die Stromschiene. Sehen wir uns nun mal solche Wechselstrommotoren an. Märklin baute bis zur Einführung des Digitalsystemes sog. Reihenschlussmotoren in ihre Loks ein. Bei einem Reihenschlussmotor werden die Läufer- und die Ständerspulen (Feldspule und Anker) elektrisch hintereinander an der selben Stromquelle betrieben. Der zeitliche Verlauf des Stroms durch Ständer- und Läuferspule ist daher identisch. Somit wird motorintern eine Rückkopplung des Läuferstroms zum Ständerstrom verwirklicht, was das Laufverhalten erheblich beeinträchtigt: Bei dem Wechselstrommotor wird somit der Dauermagnet (auch Permanentmagnet genannt) durch eine Feldspule ersetzt. Dadurch ändert sich das Statormagnetfeld im Takt der angelegten Wechselspannung. Weil sich gleichzeitig auch das Magnetfeld des Ankers ändert, bleiben die resultierenden Magnetkräfte gleich. Die Drehrichtungsumkehr wird entweder nur im Anker oder nur in der Feldspule vollzogen, dadurch wird die Stromrichtung geändert. Bei Märklinmotoren ist dazu die Feldspule zweidrähtig gewickelt, so dass tatsächlich zwei Feldspulen vorhanden sind. Damit die Fahrtrichtung geändert werden kann, benötigt man einen "Fahrtrichtungsumschalter". Der "Fahrtrichtungsschalter" in Märklin-Loks ist technisch ein bistabiles Stromstoßrelais, dass mit einer Überspannung von ca. 24 V betrieben wird. Stromstoßrelais gibt es auch in der Haustechnik (z.B. bei der Lampenschaltung - typische Marke: Eltaco). Dieser Stromstoßschalter wählt jeweils eine von beiden Spulen aus. Die Spulen sind so angeschlossen, dass sich die Richtung des Statormagnetfeldes je nach Wicklung dabei umdreht. 
Der Scheibenkollektormotor Beim Scheibenkollektormotor ist der Kollektor,wie der Name schon sagt scheibenförmig ausgebildet. Dieser Motor wurde bei Märklin-Loks bis zum Jahre 1971 eingebaut. In den neueren Modellen von Märklin findet man nur noch Trommelkollektormotoren. Es gab in den alten Märklin-Loks kleine und große Scheibenkollektoren. Nachstehend sind Beispiele für Scheibenkollektormotoren: 
Der Scheibenkollektormotor von Märklin lässt sich daran erkennen, dass die beiden Bürsten (Kohlen) zur Stromübertragung unterschiedlich beschaffen sind. Eine Bürste ist aus Kupferdraht, die andere Bürste aus Kohle. Der Motor besitzt eine Feldspule. Bei diesen Motoren handelt es sich um Allstrommotoren, da diese Motortypen sowohl mit Gleichstrom, als auch mit Wechselstrom betrieben werden können. Anschlussschema des Scheibenkollektormotors von Märklin Der Scheibenkollektor von Märklin besitzt drei Anschlüsse. Vom Mittelschleifer führt der Strom über eine Entstördrossel (B) auf die Hauptlötstelle und weiter auf die Kupferbürste des Kollektors. Von dort fließt der Strom über eine der Rotorspulen, über die Kohlebürste und dann in die Feldspule (C). Von der Feldspule führen zwei Stromkabel zurück. Nur jeweils eines dieser Kabel liegt auf Masse. Dieses bestimmt dann auch die Drehrichtung des Motors. Um die Fahrtrichtung zu wechseln ist der Fahrtrichtungsschalter (A) vorhanden. Dieser steuert welche der beiden Drähte der Feldspule gerade auf Masse liegt. Die Spule des Umschalters (A) wird durch einen hohen Spannungsstoß geschaltet (meistens durch den Trafo), die kleine Feder oberhalb des Umschalters verhindert ein Schalten bei normaler Betriebspannung. Auf Masse (D) laufen alle Versorgungsleitungen, auch für die Lampen (Masse = Gehäuse der Lok). Von dort leiten die Räder den Strom auf die Schienen und über diese zurück zum Transformator. 
Der Trommelkollektormotor Beim Trommelkollektormotor ist der Kollektor walzenförmig ausgebildet. Die Kohlebürstenhalterungen sitzen demensprechend tangential am Motorgehäuse. Die meisten Trommelkollektormotoren sind Gleichstrommotoren. Es gibt aber von diesem Typ auch Wechselstrommotoren, die in Märklin Loks Einzug gehalten haben (siehe Bild). 
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Die Gleichstrommotoren
Gleischstrommotoren besitzen in der Regel einen Permanentfeldmotor, der aus einem Permanent- oder Dauermagneten und einer auf einen Anker gewickelten drehbaren Spule besteht. Der Permanentmagnet erzeugt dabei ein konstantes magnetisches Feld. Zwischen seinen Polschuhen befindet sich der drehbare Anker mit der darauf gewickelten Spule. Der Ankerkörper besteht aus einem Blechpaket. Fließt nun der Strom über die Kohlebürste und den Kollektor durch die Spulenwicklung des Ankers, so baut sich dort ein Magnetfeld auf. Abhängig von der Stromrichtung wird dabei der eine Ankerkopf zum positiv- und der andere zum negativ geladen Dauermagneten gezogen. Da sich gleiche Polungen abstoßen und ungleiche anziehen, dreht sich der Anker im Feld des Dauermagneten solange, bis sich z.B. der Pluspol des Permanentmagneten und der Minuspol der Ankerwicklung gegenüberstehen. Der Anker würde nun in dieser Stellung verweilen, wenn nicht der Kollektor in diesem Moment die Ankerwicklung umpolt und dadurch den bisherigen Minuspol der Spule auf Pluspol umpolt. Der Motor kann dadurch kontinuierlich drehen. Durch Vertauschen der Polarität der anliegenden Gleichspannung ändert sich die Drehrichtung des Motors. Die Gleichstrom- Lokmotoren haben zur besseren Überwindung dieses toten Punktes in der Regel einen mehrpoligen Motor (meist dreipolig oder fünfpolig). Nachstehend ist die Animation eines zweipoligen Gleichstrommotors zu sehen. Das Bild habe ich von der Homepage des Gymnasiums Donauwörth und es zeigt eindrucksvoll die Wirkungsweise. 
Das Anschlussschema von Gleichstrommotoren ist einfach. Beschäftigen wir uns zuerst mal mit den Motoren die auf das Zweileitergleichstromnetz ausgelegt sind.Das nachfolgende Schema verdeutlicht den analogen Anschluss innerhalb der Lok. 
Diese Gleichstromschaltungen findet man bei Lima, Roco, Piko, Fleischmann etc. Beim ehemaligen Hersteller Trix-Express findet man das Dreileitergleichstromprinzip. Dieses Prinzip besteht darin, dass der Mittelleiter der Stromführende Leiter ist und die beiden Gleise den Minus oder der Pluspol abgeben, je nach Trafostellung. Sehen wir uns hier mal das Anschlussscheme an: 
Die Lokmotoren von Trix - Piko - Lima - Rivarossi - Fleischmann Die Gleichstrommotoren der Hersteller von Gleichstromloks sind in der Regel alle ähnlich gebaut. Bei den meisten Motoren handelt es sich um Trommelankermmotoren. Der bekannteste unter den deutschen Modelleisenbahner dürfte der Permamotor von Trix sein. Er erschien Mitte der 50er Jahre. Er entspricht im Prinzip den üblichen Gleichstrommotoren mit Trommelanker. 
Nachstehend ist der Motor der Schlepptenderdampflok Br 24 dargestellt (Jahr 1955). Ich habe versucht alle Teile des Motors auf dem Bild entsprechend zu definieren. 
Das Bild stammt von der Homepage des Freundeskreis Eisenbahn-Modellbau-Hemsbach e.V. Nachfolgend zwei Lima-Rivarossi Gleichstrommotoren mit Schwungmasse 
Bei dem nachfolgenden Motor handelt es sich um einen Gleichstrommotor, der in eine BR 66 eingebaut war. 
Bei diesem Motor handelt es sich um einen Fleischmann-Gleichstrommotor, der in der Fleischmann Lok 7 - Artikelnummer 7000 eingebaut ist. 
Nachfolgend ein Gleichstrommotor, der in der Roco Baureihe 01 / 001 eingebaut ist (älterer Bauart). Die Roco Erstazteilnummer Nr. 0913N. 
Ein weiterer Gleichstrommotor aus den 40iger Jahren von Trix-Express (Scheibenkollektormotor). Durch den Einbau eines Permanent-Magneten und entsprechener Umlötung der Schaltleitungen wurde ein Wechselstrommotor auf Gleichstrombetrieb umgebaut. Ein echtes Museumsstück. 
Der Glockenankermotor
Eine Sonderform des Gleichstrommotors stellt der eisenlose Glockenankermotor dar. Er ist besser unter der Bezeichnung Faulhaber-Motor (nach dem Erfinder Dr. Faulhaber) bekannt. Der Glockenankermotor begann ab dem Jahre 1980 im Modelleisenbahnbau Fuß zu fassen und hat sich mittlerweile voll etabliert. Funktion und Schaltung entsprechen dem oben beschriebenen Gleichstrommotor; allerdings ist der Aufbau völlig anders. Beim glockenförmigen Anker gibt es beim Rotor keinen Eisenkern, vielmehr ist die Ankerwicklung in Becher- oder Glockenform auf einen Kunststoffträger geklebt. Innerhalb dieses rotierenden Bechers befindet sich der sehr starke zylindrische Permanentmagnet. Die Stromübertragung erfolgt per Goldbürsten, was nur eine geringe Bremswirkung für den Rotor darstellen. Der Wirkungsgrad des Glockenankermotors liegt zwischen 57 bis 86 %. Die Reibung ist so klein, dass beim Drehen des Motors er einige Umdrehungen macht bis er ausläuft. Eine kleine Schwungmasse stellt dabei schon einen großen Energiespeicher dar, da dieser Motor die kinetische Energie (Bewegungsenergie) beim Ausrollen des Fahrzeuges nicht selber verbraucht. Die Lok rollt dadurch sanft aus. Die Glockenankermotoren sind für die unterschiedlichsten Spannungen (ab 3 V) lieferbar. Bei H0-Loks finden hauptsächlich Typen mit einer Nennspannung von 12 V Verwendung, deren Stromaufnahme typabhängig zwischen 90 bis 300 mA liegt. Der Gleichstromwiderstand beträgt dabei 10 bis 120 Ohm. Da Glockenankermotoren mit mechanischen Schwungscheiben auf den normalen Heimanlagen einen fast schon zu langen Auslauf haben und über den stromlosen Haltebereich vor einem Signal hinausaus rollen könnnen (wenn keine Wagen angehängt sind), empfiehlt sich der Einbau einer elektronische Bremse. 
Der C-Sinus-Motor
Der C-Sinus Motor besitzt in Gegensatz zu den anderen Motoren keinen Kollektor mehr. Er arbeitet nach dem Prinzip der Synchronmotoren. Ein durch mehrere Spulen erzeugtes rotierendes Magnetfeld nimmt den Rotor mit. Die Elektronik erzeugt in den 9 Spulen somit ein rotierendes Magnetfeld, das die Glocke mitnimmt. Eine Ansteuerelektronik, die meistens im Digitaldecoder enthalten ist, steuert die Statorspulen so an, dass sich ein rotierendes äußeres Magnetfeld ergibt, dem der Rotor folgt. Der Vorteil: Es werden keine Kohlen zur Stromübertragung benötigt und der Motor ist wartungsfrei. Eine glänzende Metallglocke ist das Kennzeichen eines derartigen Motor. Beim bürstenlosen Motor besteht der Läufer aus einem Permanentmagneten. Die Statorspulen werden von einer Elektronik im Kreis angesteuert. Unter der sog. Glocke befinden sich 9 Stratorspulen, die fest montiert sind. Die Glocke selbst ist, wie bereits gesagt, ein Dauermagnet und besitzt 12 Pole. Da es keine elektrische Verbindung zur Spule gibt, benötigt man auch keine Kohlebürsten und Federn. Es gibt auch keinen Kollektor mehr. 
Das Bild stammt von der Homepage - www.der-moba.de - 
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