Versuchsträger

Der Märklin-ICE-S wurde in limitierter Auflage nur den Mitgliedern des Märklin-Insider-Clubs zum Kauf angeboten; ein beigefügter Fragebogen erlaubt es den Käufern, die neue Antriebsphilosophie zu bewerten. Im Vergleich zum bisherigen hauseigenen Motorkonzept wurde beim C-Sinus-Motor das Prinzip umgekehrt: Ein zwölfpoliger Rotor mit einem Außendurchmesser von 20 mm dreht sich um einen mit neun Spulen besetzten Stator - ein Verfahren, das so neu nicht ist und z.B. in Millionen von Diskettenlaufwerken zu finden ist.

Der Motor

Mithilfe einer Steuerelektronik wird im Stator ein Drehfeld erzeugt, dem der entsprechend magnetisierte Rotor folgt. Statt der Kohlebürsten sorgt die Rückmeldung von Sensoren für die richtige Ansteuerung der Statorspulen. Somit hat dieser Motor praktisch keine Verschleißteile mehr. Außerdem konnte bei der elektrischen Auslegung dieses Motors ein deutlich höheres Drehmoment bei gleichzeitig geringerer Stromaufnahme erreicht werden.

Was sich aber so einfach anhört, hat auch seinen Preis: Der Aufwand für die Herstellung dieses Motors einschließlich seiner notwendigen Steuerelektronik ist deutlich höher anzusetzen als beim klassischen Motor. Inwieweit sich diese erhöhten Herstellungskosten letztendlich im Ladenverkaufspreis niederschlagen, wird erst die Zukunft weisen (mehr hierzu später).

Der grundsätzliche Aufbau des Motors ermöglicht zudem, das klassische Antriebskonzept von Märklin beizubehalten und vorhandene Modelle sukzessive auf diesen Motor umzustellen. Es stellt sich daher zunächst die Frage, ob sich die offensichtlichen Vorteile dieses Motors im praktischen Fahrbetrieb unter diesen Prämissen überhaupt bemerkbar machen. Denn die Beibehaltung des Prinzips mit der Motorwelle parallel zu den Fahrzeugachsen würde bei bestimmten Fahrzeugtypen weiterhin zu den bekannten Einbauproblemen führen. Bei Dampfloks, die den heutigen Anforderungen an eine korrekte Wiedergabe des Führerhauses und des Kessels entsprechen sollen, wird dieser Motor nicht immer unterzubringen sein. Folgerichtig hält sich Märklin offen, bei Dampflok-Neukonstruktionen künftig statt des C-Sinus-Motors einen Antrieb mit längs im Lokkessel eingebautem Glockenankermotor einzusetzen (wie zuletzt bei S 10 und BR 55).

Wirkungen

Bei Drehgestell-Triebfahrzeugen - und um ein solches handelt es sich auch beim Triebkopf des ICE-S - wird durch den C-Sinus-Motor weiterhin nur ein Drehgestell angetrieben, wodurch in der Regel nur die Hälfte des Reibungsgewichtes für die Traktion zur Verfügung steht.

Das bei dieser Motorbauart zur Anwendung kommende Stirnradgetriebe erfordert bei hoher Endgeschwindigkeit des Vorbildes eine kleine Übersetzung. Die relativ geringen Reibungsverluste des Getriebes in Verbindung mit dem als Schwungmasse nicht zu unterschätzenden Rotor führen zu einem weichen, aber schwer kontrollierbaren Auslaufverhalten. Bei Modellen mit niedriger Endgeschwindigkeit erfordert dieser Motor eine hohe Übersetzung mit vielen Stirnzahnrädern, die bei kleinen Loks schwer unterzubringen sind. Solche Getriebe mit hohen Reibungsverlusten führen in der Regel auch zu einer deutlich größeren Geräuschentwicklung.

Die von Märklin veröffentlichten Leistungsdiagramme zeigen für den konventionellen Betrieb (Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl) und beim Digitalbetrieb (Drehmoment in Abhängigkeit vom anstehenden Signal) deutlich bessere Werte. Das Auslaufverhalten kann beim Digitalbetrieb durch den Anwender besser beeinflusst werden. Wir haben daher den ICE-S und einen ICE 2 mit "klassischer" Motorisierung in gleicher Wagenreihung einem Vergleichstest unterzogen.

Beide Fahrzeuge lassen sich sowohl digital als auch analog betreiben, so dass unsere Messergebnisse das Verhalten in beiden Betriebsarten darstellen können. Als Besonderheit lässt sich der Sinus-Motor über die Funktionstaste f4 der "control unit" in einem "Schleichgang" betreiben. In diesem Fall ließ sich bei unserem Testmuster die maximale Geschwindigkeit um 51 bis 53 % reduzieren. Beim ICE ist diese Funktion sicher nicht erforderlich, aber für ein gefühlvolles Rangieren, bei dem dann der gesamte Regelbereich zur Verfügung steht, ist sie nicht zu verachten.

Geschwindigkeit

Im Digitalbetrieb lässt sich auf der Hauptplatine des Fahrzeugs die maximale Endgeschwindigkeit einstellen. Unser Testmuster erreichte im Digitalbetrieb bei maximaler Reglerstellung ziemlich exakt die vorbildgerechten 330 km/h, über das entsprechende Poti lässt sich diese "Nominalgeschwindigkeit" bis auf 214 km/h reduzieren. Diese Reduzierung auf ca. 65 % des Maximalwertes konnte bei allen Messungen festgestellt werden. Im konventionellen Wechselstrombetrieb wurden bei der Referenzspannung von 16 V zwar "nur" 280 km/h erreicht; dies ist aber eine für den normalen Betrieb auf einer Anlage völlig ausreichende Geschwindigkeit. Auffallend war bei unserem Testmuster zudem, daß sich zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahren ähnliche Geschwindigkeitsdifferenzen wie beim klassischen Motorkonzept ergeben können. Dabei gibt es keinen Unterschied zwischen Digital- und Analogbetrieb.

Auslaufverhalten

Ähnliche Unterschiede ergaben sich auch beim Auslaufverhalten. Alle Messungen erfolgten durch Abschaltung der Fahrspannung, sodass das Messergebnis nur von den elektrischen und dynamischen Eigenschaften des Motors sowie der Zugmasse und dem Rollwiderstand beeinflusst wurde. Zusätzlich wurden die Messungen beim ICE-S mit und ohne Innenbeleuchtung durchgeführt.

Die hier ermittelten Messwerte entsprechen durchaus den heutigen Ansprüchen an das Auslaufverhalten eines Triebfahrzeuges und schwanken bei voll aufgedrehtem Regler (Stellung 250) je nach Einstellung (min./max. am Fahrzeug, Funktion "f4" an der control unit) zwischen 880 und 155 mm (ohne Beleuchtung). Wenn auch der Maximalwert wie die zugehörige Höchstgeschwindigkeit unrealistisch für normale Anlagen sind, so lassen doch die Einstellmöglichkeiten durchaus beherrschbare Verhältnisse zu.

Schwieriger wird es da beim konventionellen Wechselstrombetrieb, denn das Auslaufverhalten wird im Wesentlichen von der kinetischen Energie des Rotors und den inneren Reibungswiderständen von Getriebe und Fahrzeug bestimmt. Die bei 16 V erreichten ca. 600 mm Auslauf beim ICE-S sind da schon sehr viel.

Langsamfahren

Ist der C-Sinus-Motor im normalen Fahrbetrieb sehr leise - eher hört man quietschende und schleifende (systembedingte) Nebengeräusche -, so macht er sich beim extremen Langsamfahren im Digitalmodus akustisch deutlich bemerkbar. Er wird lauter und brummt vernehmlich, bewegt sich aber unverdrossen selbst bei geringster Drehzahl: In allen Einstellungen, die auf die Endgeschwindigkeit Einfluss haben, lässt sich der ICE-S bis auf knapp unter 2 km/h herunterregeln. Diese Geschwindigkeit legt er auch über eine größere Strecke zurück ohne hängen zu bleiben. Ganz anders ist da das Verhalten beim reinen Wechselstrombetrieb. Bei 5,6 V ist zwar eine extreme Kriechgeschwindigkeit möglich, aber bei minimaler Spannungserhöhung beginnt der Zug unkontrolliert bis auf ca. 30 km/h zu beschleunigen um dann nach ca. drei Meter Wegstrecke wieder stehen zu bleiben. Ein Phänomen, das ähnlich auch beim ICE 2 mit dem klassischen Motor auftritt - und von uns leider nicht geklärt werden kann.

Zugkraft

Auch wenn die feste Zusammenstellung eines ICE eine Zugkraftmessung nicht erforderlich macht, ist es dennoch von großem Interesse, ob der C-Sinus-Motor andere Leistungswerte bewirkt. Deshalb haben wir mit einem Triebkopf die Zugkraft nach der klassischen Methode über die Seilrolle ermittelt. Da nur das vordere Drehgestell des Triebkopfes angetrieben ist, wären eigentlich Messungen in jeder Fahrtrichtung erforderlich gewesen. Für unseren Vergleich haben wir uns aber auf die Messung bei Vorwärtsfahrt (angetriebenes Drehgestell vorn) beschränkt.

Das Ergebnis zeigt deutlich, dass ein Motor mit höherem Drehmoment nicht zwangsläufig zu einer höheren Zugkraft führt. Denn beim unveränderten Antriebskonzept steht eben nur ein Teil des Gesamtgewichtes am angetriebenen Drehgestell als Reibungsgewicht zur Verfügung. Und hiervon hängt in erster Linie ab, wie die installierte Leistung in Zugkraft umgesetzt werden kann.

Und noch eine Tatsache soll nicht verschwiegen werden: Das Konstruktionsprinzip des C-Sinus-Motors führt im Vergleich zum 5-Sterne-Motor zu einem deutlich geringeren Rastmoment, d.h., der innere magnetische Widerstand ist bei diesem Motor erheblich schwächer. Wenn dann im Falle des ICE mit hoher Endgeschwindigkeit auch das Stirnradgetriebe mit einer relativ kleinen Übersetzung geringe Reibungswiderstände hat, so kann dies in Steigungen dazu führen, dass beim Abschalten der Fahrspannung schon bei relativ geringer Anhängelast die Gefahr des Zurückrollens besteht. Beim Modell des ICE ist diese Gefahr weniger ausgeprägt, da der hohe Rollwiderstand des zweiten Triebkopfes und der Mittelwagen dies verhindern. Aber die Messwerte sprechen eine deutliche Sprache.

Gerade in diesem Zusammenhang muss festgehalten werden, dass der ICE-S in seiner festen Fahrzeugkonfiguration ein denkbar ungeeignetes Versuchsobjekt für den C-Sinus-Motor ist. Eine finale Bewertung seiner Fähigkeiten wird erst möglich sein, wenn demnächst die 152 mit dem neuen Antrieb anrollt. Erst dann lassen sich unterschiedliche Betriebs- und Einsatzsituationen konsequent testen. Zudem kann erst dieses Modell mit den baugleichen Schwestermodellen mit konventionellem Antrieb und digitalem Hochleistungsantrieb so verglichen werden, dass aussagekräftige Ergebnisse entstehen.

Fazit

Der C-Sinus-Motor stellt eine beachtenswerte Neuentwicklung dar, die insbesondere beim Langsamfahren zu bestechenden Fahreigenschaften führt. Diese positiven Eigenschaften lassen sich allerdings nur beim Digitalbetrieb nachweisen, für den konventionellen Betrieb zeigen sich keinerlei Vorteile. Auch die fahrdynamischen Eigenschaften von unterschiedlichsten Lokmodellen lassen sich mithilfe dieses Motors nicht kontrolliert beeinflussen. Ob der Wegfall des Kohlebürsten-Wechsels für erfahrene Märklin-Anhänger ein entscheidender Fortschritt ist, können und wollen wir nicht entscheiden.

Dagegen stehen höhere Fertigungskosten für den Motor. Würden diese weitergegeben, so stünde für die weitaus meisten Kunden einem leicht erhöhten Ladenpreis kein spürbarer Vorteil gegenüber. Nach einer "verdeckten Preiserhöhung" durch den C-Sinus-Motor sieht es allerdings im Moment nicht aus, was zwei Beispiele verdeutlichen. Der limitierte ICE-S schlug für diejenigen, die einen ergatterten, mit knapp DM 900,- zu Buche, für einen ICE 2 mit Hochleistungsantrieb und Digitaldecoder (Art.-Nr. 37712) sowie zusätzlichem Zwischenwagen wären ca. DM 970,- zu berappen. Die für dieses Jahr angekündigte 152 mit C-Sinus-Motor (Art.-Nr. 39350) wird für knapp DM 460,- zu haben sein; nahezu genauso viel kostet deren Schwestermaschine mit Hochleistungsantrieb und Decoder (Art.-Nr. 37350), während das "konventionelle" Modell mit Delta-Modul auf rund DM 400,- kommt.

Insgesamt gesehen stellt der C-Sinus-Motor von Märklin eine respektable Ingenieursleistung dar. Sein praktischer Nutzwert in Modellbahn-Triebfahrzeugen mit ihren bekannt schwierigen Einbaubedingungen kann aber erst nach Erscheinen der ersten mit ihm ausgerüsteten Lokmodelle abschließend bewertet werden.
Bernd Zöllner

Messwerte im Vergleich: ICE-S mit C-Sinus-Antrieb und ICE 2 mit konventionellem Antrieb

Bei allen Messungen gilt: Standardeinstellung an der "control unit", maximale Einstellung am Poti im ICE-S
1 Analogbetrieb: Referenzspannung 16 V, Digitalbetrieb: Reglerstellung 250 an der "Control unit"
2 bei Spannung 6,0 V
3 bei Spannung 8,3 V
4 bei dieser Krafteinwirkung rollt das stehende Fahrzeug zurück