Eine variable Motorsteuerung für die Außenläufer Motoren in klassischen Bandechos aus Deutschland
Eine Frage, die ich seit Jahren immer wieder lese und höre, ist diejenige nach den Möglichkeiten, die Bandgeschwindigkeit in den alten Röhrenbandechos von Echolette und Dynacord feiner, sprich „stufenlos“, anpassen zu können.
Eine durchaus nachvollziehbare Frage, wie ich finde! Denn obwohl die alten deutschen Bandechos mit ihren multiplen Köpfen und unterschiedlichen Kopfabständen, sowie den zumindest zwei umschaltbaren Motor-Geschwindigkeiten, bereits viele Anpassungsmöglichkeiten für die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Echos haben – nicht zu jedem Lied mag dies immer gut passen. Speziell wenn man bei einer Musikproduktion die Echofolge auf die Takt-Zählzeiten (Beats) eines Musikstücks abstimmen will, ist eine stufenlos regelbare Bandgeschwindigkeit sehr von Nutzen.
Im Wettstreit mit modernen Digitaleffekten verliert das klassische Bandecho deshalb im Studio wie auf der Bühne oftmals das Rennen, obwohl dies nicht am schlechteren Sound liegt. Ganz im Gegenteil: Bandechos haben einen ganz eigenen Sound und aus meiner Sicht gibt es noch kein aktuelles Gerät, das zum Beispiel eine Echolette NG-51 tatsächlich vollständig emulieren kann. Aber im Originalzustand sind sie eben auch nicht so flexibel wie moderne Digital-Effekte.
Die Hersteller haben diese Nachfrage seinerzeit sicher auch schon aufkommen sehen und darauf zu reagieren versucht, man erinnere sich an den stufenlos verschiebbaren Aufnahmekopf eines Echocord Mini / Super 75 / Super 76 oder an die Geräte der späteren 1970er Jahre, die mit ihren DC-Motoren dann auch komplett regelbare Bandgeschwindigkeiten bieten konnten.
Warum hatten die „Urmodelle“ Echolette NG-51 und Dynacord Echocord Super nicht bereits eine variable Motorsteuerung eingebaut? Weil sie mit den damaligen Motoren und in Röhrentechnik entweder zu kompliziert, zu groß oder schlichtweg nicht umsetzbar gewesen wäre.
Zurück zum Anfang: In Internetforen findet sich nach der Fragestellung zur Anpassung der Motorgeschwindigkeit nicht selten dann die Folgefrage, ob dies mit Verringerung der Versorgungsspannung zu bewerkstelligen wäre. Ganz klare Antwort: Nein!
Aus diesem Grund habe ich vor einigen Jahren einen meiner ersten Filme zur Echolette NG-51 gemacht: Wie funktioniert der „Echolette-Motor“?
Das Video als Präsentation (pdf, 9 MB)
In diesem Video werden im Prinzip schon alle Antworten auf die eingangs gestellte Frage gegeben:
- Der Motor ist ein Wechselstrom-Motor.
- Die Erhöhung und Verringerung der Versorgungsspannung (original: 42 V) bewirkt absolut keine Geschwindigkeitsänderung.
Die Vorstellung, allein mit einer Art Potentiometer die Motorgeschwindigkeit ändern zu können, ist deshalb ein Trugschluss. Es finden sich im Internet zwar Videos, in denen die Motorgeschwindigkeit von Bandechos mit AC-Motor über einen Dimmer geregelt wird, bei Dimmern handelt es sich aber nicht um reine Potentiometer, sondern um Triac-basierte Schaltungen, bei denen die Phase des Wechselstroms beschnitten wird.
Ein Asynchronmotor, wie es beim Papst-Außenläufer der Fall ist, orientiert sich bei seiner Drehzahl immer an der Netzfrequenz. Genauer gesagt, läuft er der Netzfrequenz mit einer gewissen Verzögerung, dem sogenannten Schlupf, hinterher. Mit einer Phasenanschnittsteuerung wird aber nicht die Netzfrequenz, sondern die Effektivspannung verringert. Dadurch vergrößert sich der Schlupf, bis schließlich der Motor den Bezug zur Netzfrequenz verliert und ständig versucht, sich neu „einzuklinken“. Dabei zieht er trotz niedriger Drehzahl besonders viel Strom. Außer der Gefahr der Überhitzung ist mit einem unruhigen Lauf wegen des zu geringen Drehmoments zu rechen. Eine Drehzahlerhöhung ist mit dieser Methode gar nicht möglich und bis zu Stillstand will man den Motor sowieso nicht abbremsen.
Dies ist also definitiv nicht der richtige Weg zur Motorsteuerung und könnte im schlimmsten Fall sogar Motoren beschädigen.
Eine reine Verringerung der Versorgungsspannung wird ebenfalls nur dafür sorgen, dass der Motor an Drehmoment verliert, unterschreitet sie eine gewisse Grenze, dann wird er gar nicht mehr anlaufen. Überspannung kann ab einem gewissen Grad die Wicklungen des Motors zerstören. Beides ist in keiner Weise geeignet, die Drehgeschwindigkeit des Papst Außenläufer-Motors zu regeln.
- Die Drehgeschwindigkeit des Motors ergibt sich zum einen aus der Netzfrequenz (in Deutschland 50 Hertz).
Wird beispielsweise eine Echolette NG-51 in Nordamerika betrieben (120V, 60 Hertz), dann läuft der Motor 20% schneller als in Deutschland (230V, 50 Hz).
- Durch geschickte Verschaltung der Motor-Wicklungen bzw. über die Anzahl der genutzten Wicklungen ist ein Mehrfaches der Basis-Drehgeschwindigkeit erzielbar.
- Allerdings kann man die Anzahl der Wicklungen nicht erhöhen, diese ist bei den verwendeten Motoren nun einmal physisch gegeben, man kann keine einfach hinzufügen.
Und deshalb gibt es nur die Basisgeschwindigkeit und die doppelte Basisgeschwindigkeit bei den Bandechos von Echolette und Dynacord.
Überlegungen zur Funktionsweise
Aus dem Gesagten ergibt sich, dass eine Motorsteuerung für den Papst Außenläufer-Motor seinen Funktionsprinzipen folgen und vor allem zwei Dinge leisten muss:
- Sie muss einen Sinusgenerator besitzen, der eine Wechselspannung variabler Frequenz
X < 50 Hz > Y erzeugen kann. - Die Ausgangswechselspannung muss (möglichst stabile) 42 V betragen.
Es handelt sich hierbei nicht um Geheimwissen, diese Prinzipien sind gemeinhin bekannt:
Bereits in den 70er Jahren gab es für Hammondorgeln Geräte, die die Frequenz der Motor-Spannungsversorgung von 50 auf 60Hz umwandeln konnten. Denn bei diesen Orgeln hängt die Stimmung von der Netzfrequenz ab, weil sie von einem Motor angetriebene Tonräder besitzen. In weiten Teilen Europas waren sie deshalb leider leicht verstimmt.
Auch die Beatles sollen in ihrer experimentelleren Phase als praktischen Studiotrick eine Motorsteuerung besessen haben, mit der sie die Geschwindigkeit ihrer Bandmaschinen manipulieren konnten.
Man muss nur in der Lage sein, ein Gerät zu konstruieren, das die genannten Bedingungen erfüllt.
Aus der Idee wird Wirklichkeit
Da dies auch meine Fertigkeiten übersteigt, habe ich mich an meinen Freund Wolfgang Grimm gewandt, der das Variospeed-Gerät dann entwickelt und gebaut hat.
Die sinusförmige Generatorspannung wird mit einem Operationverstärker erzeugt. Der Vorteil dieser Schaltung ist die einfache Frequenzeinstellung mit einem linearen Poti und die Konstanz der Ausgangsspannung bei allen Frequenzen. Die Grenzen des einstellbaren Frequenzbereichs können durch die Dimensionierung eines Widerstands und eines Kondensators auf der Steuerungsplatine festgelegt werden.
Nach Kalkulation der nötigen Ausgangsspannungen und Leistungswerte entschied Wolfgang Grimm sich zu einer Realisation über eine Brücken-Endstufe mit integrierten Endstufen-ICs.
Es folgte eine längere Testphase, in der originale Motoren aus Echolette NG-51 Geräten in allen Variospeed Einstellungen getestet wurden: Spannungs- und Stromverläufe bei unterschiedlichen Frequenzen, Drehzahlen, Drehmoment, Wärmeentwicklung.
Der Papst Außenläufer ist ein Kondensatormotor, also eigentlich ein Drehstrommotor, dessen Drehfeld beim Betrieb an Wechselspannung mit Hilfe eines Kondensators erzeugt wird. Da die Phasendrehung bei einer gegebenen Kapazität aber frequenzabhängig ist, sind der Drehzahländerung bestimmte Grenzen gesetzt!
Die Versuche zeigten, dass das Prinzip einer Motorsteuerung für die Papst Außenläufer Motoren deshalb voller Tücken stecken kann: Bei der Abweichung der Netzfrequenz gegenüber 50Hz geraten die Phasenspannungen des Motors schnell „in Schieflage“, so dass im Grenzbereich der Betriebsstrom einbricht und das Drehmoment abfällt. Starke Gleichlauf- und Antriebsprobleme sind die Folge. In Versuchen wurde der ideale einstellbare Frequenzbereich der Motorsteuerung deshalb ermittelt und so festgelegt, dass ein sicheres Anlaufen des Motors und ein gleichförmiger Betrieb allzeit gewährleistet sind.
Mit den gewählten Grenzen der über das Variospeed einstellbaren Drehzahl ergibt sich eine geringe Überschneidung der mittels der Tasten Lang und Kurz festlegbaren Bandgeschwindigkeiten, so dass insgesamt ein sehr großer, durchgehender Bereich der Echoabstände einstellbar ist.
Das fertige Produkt und ein Ausblick
Für Interessenten steht momentan das bereits vollständig assemblierte Variospeed Classic zur Verfügung. Optionen und „Custom Builds“ können zum jetzigen Zeitpunkt nicht angeboten werden.
Auch wenn hier oft von der Echolette NG-51 gesprochen wird, für die das Gerät zunächst entwickelt wurde, ist es auch für die Echolette E51 und die Dynacord Echocord Studio Röhrengeräte verwendbar.
Fotos anklicken, um mehr zu erfahren!
Im folgenden sehen Sie einige Videos, die die Funktion näher verdeutlichen.
Die Entwicklung des Variospeed geht kontinuierlich weiter, aktuell arbeiten wir an einer Modellvariante mit Steuerung der Motorgeschwindigkeit über eine Steuerspannung (CV), die entweder intern oder aus einer externen Quelle stammen kann. Die interne Elektronik stellt dabei sicher, dass der erlaubte Drehzahlbereich sicher eingehalten wird.
Damit wird auch der Einsatz von z.B. externen Schweller-Pedalen möglich, was besonders für Gitarristen ein sehr sinnvolles neues Merkmal darstellen dürfte.