Kann man einen 50-Hz-Synchronmotor auch mit mehr als 3000 Umdrehungen laufen lassen ? Aber natürlich - mit Röhren !

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Unerwartet zu Beginn der Grillsaison sah ich mich vor das Problem gestellt, die Drehzahl des langerprobten Synchronmotors, der bei mir im Garten den Grillspieß in Rotation versetzt, variabel machen zu müssen. Der kleine Motor, rechts im Bild, stammt eigentlich aus einer elektromechanischen Zeitschaltuhr. Er ist auf ein Getriebe aufgeflanscht, das die Drehzahl von 3000 pro Minute auf exakt 60 Umdrehungen pro Stunde herabsetzt. Einmal pro Minute wird der Braten also an der glühenden Holzkohle entlang (rechts unten) um seine Achse gedreht. Das Bratenrezept finden Sie übrigens hier.

Der Motor wird normalerweise am Netz mit 230 V, 50 Hz gespeist und entwickelt dank des Getriebes ein enormes Drehmoment, das ohne weiteres einen dicken Schweinerollbraten über einem Holzkohlefeuer in Drehung um die Längsachse versetzen kann. Und die sehr niedrige Rollbratendrehzahl von 60 pro Stunde gewährleistet nach jahrelanger Erfahrung einen optimalen Garungs- und Bräunungsprozess.

Doch Zeiten und Geschmäcker ändern sich, jedenfalls was Rollbraten angeht. War früher der fette, deftige Schweinekammbraten der unbestrittene König familiärer Gartenparties, so ist es heute eher der mit Zwiebelringen, Kräuterpesto, Käse und Gurkenscheiben verfeinerte Stapel von Steaks oder einer Kalbshaxe, die auf den Spieß gesteckt und mit Olivenöl oder Kräuterbutter eingepinselt werden. Und da sind über der Holzkohleglut eben 60 Umdrehungen pro Stunde einfach zu wenig: Käse, Pesto, und Gemüsesaft tropfen in der Hitze einfach vom Spieß herunter, statt - wie nach sorgfältiger Problemanalyse durch meine Frau zweifelsfrei erwiesen ist - durch die Rotation auf der Oberfläche des Grillguts verteilt zu werden.

Also erhielt ich die Aufgabe die Drehzahl des Grillmotors heraufzusetzen. Vorversuche mit dem Camping-Spannungswandler eines Arbeitskollegen haben gezeigt, dass ein Betrieb mit einer Frequenz von 115 Hz möglich ist, ohne dass der Synchronmotor außer Takt gerät. Das ergäbe dann 138 Umdrehungen pro Stunde, sicher mehr als ausreichend. Schon mit 100 bis 110 wäre meine Frau zufrieden, sagte sie.


Der Grillmotor mit eingestecktem Bratenspieß


Der Rotationsgrill in Betrieb



Die Lösung des Problems war ein Wechselstromumrichter, der etwa 230 Volt Wechselspannung bei 70 bis 110 Hz erzeugt. Habe mir daher mit meinem speziellen Elektronik-Stecksystem, einer TV-Zeilenendstufen-Pentode PL 504, einem alten 40-VA-Netztrafo (mit Wicklungen für 2 x 110 V und 4 x 25 V, wobei nur zwei 25-Volt-Wicklungen benötigt und in Serie geschaltet werden) und etwas Klebeband auf einem Regalbrett einen einigermaßen gartentauglichen und (in Grenzen) frequenzvariablen Generator für etwa 40 - 110 Hz zusammengebaut. Röhre und Trafo sind stark genug, den kleinen Motor zu betreiben. Die Stromversorgung kommt von einem alten Heathkit-Röhrennetzgerät und einem Modelleisenbahntrafo (für die 27 Volt Heizspannung, die eine PL 504 benötigt). Alle Teile sind an eine robuste Behandlung gewöhnt, und die Verbindungskabel habe ich mit Klebeband sicher befestigt.



Oben im Bild nun die Schaltung, ein LC-Oszillator nach dem Meißner-Prinzip. Die Frequenz des Umrichters wird durch den Anodenschwingkreis, bestehend aus den beiden 110-Volt-Wicklungen des Transformators und den 1-µF-Kondensatoren, bestimmt. Beide Wicklungen zusammen haben eine Induktivität von ca. 5 H. Bei 1 µF ergibt das eine Resonanzfrequenz von 71 Hz. Durch Zuschalten bzw. Entfernen von Kondensatoren kann die Frequenz nach oben oder unten verschoben werden. Das Gitter der Röhre wird aus zwei in Reihe geschalteten 25 V-Wicklung gespeist. Der Grillmotor wird an eine der beiden 110-Volt-Wicklungen angeklemmt (welche, ist eigentlich egal). An diesen Wicklungen liegen hier je etwa effektive 170 bis 180 Volt Wechselspannung. Natürlich darf der Moter keinen Gleichstrom aus dem Netzgerät abbekommen, sonst funktioniert weder er selbst noch der Umrichter.

Vermag denn die Röhre, die Schwingungen trotz der recht hohen Last sauber aufrecht zu erhalten? Die Messung des Kathodenstroms beweist (rechtes Bild, unteres Oszillogramm), dass die PL sehr sauber und ohne zu "pumpen" vom leitenden in den sperrenden Zustand durchschaltet und umgekehrt. Die 7 ms langen, M-förmigen Stromimpulse erreichen an Anfang und Ende etwa 400 mA. Sie fallen in der Mitte auf knapp 120 mA ab. Das ist ganz charakteristisch. Der Kathodenstrom geht hier zurück, weil die Anodenspannung fast auf Null gezogen wird. Das zeigt, dass die Lastanpassung in der angegebenen Schaltung ziemlich optimal ist. Ein kritisches Auge sollte man auf den Spitzenwert der Gitterspannung werfen. Die sollte 100 Volt nicht überschreiten. Auf jeden Fall sollte man alle Spannungen am Oszi ansehen und den Oszillator nicht ohne Last betreiben.


Das Oszillogramm zeigt den Inverter bei der Arbeit (77,6 Hz). Oben: die Anodenspannung (200 V pro Teilung, d.h. etwa 400 V liegen als Spitzenspannung an). Unten: der Strom durch die Kathode, gemessen als Spannungsabfall an dem 10-Ohm-Widerstand in der Kathodenzuleitung, etwa 200 mA pro Teilung.

Fazit:
Dass man am Geschmack des Grillbratens letztlich den Unterschied zwischen 50 Hz und 77 Hz Betriebsfrequenz im Grillmotor feststellen kann, glaube ich ehrlich gesagt nicht. Gleichwohl trägt die Schaltung bei den Gästen zur Würdigung des Essens und des hohen Standards der Köche, meiner Frau und mir, bei. Damit ist schließlich ein wesentliches Ziel schon mal erreicht.
Wenn wir dann zum Grillen bei Freunden eingeladen werden, dürfen auch wir nunmehr auf eine ganz exklusive Gaumenfreude hoffen.

Weitere Anwendungen:
Natürlich kann man mit dem Inverter nicht nur Grillmotoren betreiben. Auch bei kleinen Lüftern und Ventilatoren, sofern sie einen 50-Hz-Asynchronmotor, das heißt in der Regel einen Spaltpolmotor haben, erweist sich der Einsatz des Inverters als leistungssteigernd. Ebenso läßt sich für Kleingeräte aus US-amerikanischer Produktion (110V, 60 Hz) die frequenzgerechte Betriebsspannung erzeugen.



Hier konnte ich eine alte Modelleisenbahn (ein Sammlerstück Baujahr 1931 aus französischer Produktion) mit dem Inverter wieder testweise zum Laufen bringen. Der Netztrafo - für die 110 Volt des ehemaligen französichen Stromnetzes konstruiert - sitzt in dem Blechhäuschen hinter der Lokomotive und ist als Umspannstation getarnt. Da ich nicht wußte, ob die brüchige Isolation dieses Geräts (Gummi, Papier, Bakelit) noch einwandfrei war, habe ich das ganze einfach an den Inverter und nicht an die Steckdose angeklemmt. Jetzt allerdings fahre ich den alten Zug lieber mit dem Lokomobilisator.


Hier ein weiteres Bild des Inverters, den ich zuvor natürlich im Labor ausgiebig getestet habe.

Hans Martins Bastelseiten auf Sauerampfer...Online, letzte Änderung: 1.6.2017