Auf dieser Seite wird zunächst beschrieben, warum für mich nur ein Eigenbau der Lokomotive in Betracht kam. Anschließend erfolgt ein Bericht über den Bau der Lok.
Nachdem am Drehgestell einige Änderungen durchgeführt wurden, fährt die Lokomotive seit mittlerweile vielen Jahren anstandslos.
Weiterführender Link:
- Bilder der fertigen Lokomotive und ergänzende Informationen (z. B. technische Daten)
Inhaltsverzeichnis
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Einführung in den Bau der Lok mit der Spurweite 5 Zoll
Anforderungen an meine Lokomotive
Als Erstes habe ich mir überlegt, welche Anforderungen meine Lokomotive aufgrund der engen Platzverhältnisse und der leichten Hanglage erfüllen müsste:
- Große Steigungen bis zu 14 % bewältigen. Dazu braucht die Lok
- Räder aus Stahl
- eine starke Motorisierung und
- einen Antrieb aller Achsen.
- Zudem muss ein Mitfahren von zwei Personen auf der Lok möglich sein.
- Kuppen und Wannen ohne Ausrundung befahren (Gefällsknick von 6 %).
- Enge Bögen (Kurvenradius = 2.5 m) durchfahren.
- Außerdem sollte die Lokomotive wenn möglich ein österreichisches Modell sein.
Da meine Wünsche kein Modell eines Herstellers erfüllen konnte, habe ich mich entschieden, meine Lokomotive selbst zu bauen und nicht zu kaufen.
Vorbereitung & Planung
Dem eigentlichen Bau der Lok gingen zahlreiche Planungen voraus, wobei natürlich auch die oben angeführten Anforderungen zu erfüllen waren.
Außerdem gab es Folgendes zu überlegen:
- Wahl eines passenden Vorbilds: Drehgestellfahrzeug oder 2 achsige Lok?
- Welche Antriebsform: Kette, Riemen, Zahnradgetriebe?
- Optimale Höchstgeschwindigkeit (wurde nachträglich auf 16 km/h herabgesetzt).
- Möglichst einfache Fertigungsmethoden: zum Beispiel nur drehen von kleinen Durchmessern (also keine Räder –> externe Beschaffung), kein Gießen.
- Welche Teile sind zuzukaufen und wo sind sie am besten zu beschaffen?
Daraufhin waren einige Berechnungen (erforderliche Antriebsleistung, Kettenantrieb, Wellen, Rahmen, …) durchzuführen und die gesamte Lok am PC zu zeichnen. Im folgenden Bild sieht man ein 3D-Modell der Lokomotive, das ich mit dem CAD-Programm Catia erstellt habe:
Zukaufteile
Fast die gesamte Lokomotive ist im Eigenbau entstanden, manche Teile mussten jedoch von externen Bezugsquellen beschafft werden:
- Metall: verschiedenste Bezugsquellen, z. B.: Petzolt, Fixmetall, Euroanimal, Frankstahl
- Rad: Durchmesser 100 mm; Westerwälder-Dampf-Eisenbahnfreunde
- Kupplung: Westerwälder-Dampf-Eisenbahnfreunde
- Antriebsmotor: je Drehgestell ein 750 Watt DC Motor; Ebay
- Kette: Kettennummer 06 B; Teilung 3/8 x 7/32 Zoll, minimale Bruchkraft 8900 N; Mädler
- Kettenrad: für Einfach-Rollenkette 06 B; für Taper-Spannbuchsen Befestigung; Mädler
- Alle Kugellager: Typ 6001 2RSo; Hersteller SKF.
- Steuerung: Pro-160-HC Digital Motor Controller; 4QD
- Federn: Gutekunst-Federn
- Primärfeder: D-313K-01, 16 Stück
- Sekundärfeder: D-313Q, 8 Stück
- Puffer: D-217B, 4 Stück
- Akku: 8 Stück WB-LYP100AHA LiFeYPO4 (3.2 V/100 Ah); Hersteller Winston;
- Scheinwerfer: handelsübliche Halogenlampen; Leuchtmittel durch 3-Watt-LED ersetzt (Strom 700 mA)
- Verschiedenste Schrauben, Muttern, Scheiben: Hornbach
- Kleine oder spezielle Schrauben: Clausen-Schrauben – Neubaugasse 71, 1070 Wien. Leider keine Homepage, aber sehr empfehlenswertes Geschäft: großes Sortiment, sehr vieles lagernd!
- Horn (Hupe): HELLA 3FH 940 800-821 Fanfare – 24V – Frequenzbereich: 410/500Hz
Gartenbahnnormen für den Fahrzeugbau
Beim Bau eines Fahrzeuges sind folgende Gartenbahnnormen zu beachten:
- Puffer: NEM 303
- Radsätze: NEM 310G
- Radreifenprofile: NEM 311G
Meine Räder sind Zukaufteile, die nach NEM 311G ausgeführt wurden. Das Maß B (Radrückenabstand) darf laut NEM 310G minimal 117 mm bzw. maximal 119 mm betragen, ich habe mich für den Mittelwert von 118 mm entschieden.
Bilder und Beschreibung vom Bau der Lokomotive 1144
Hier geht es direkt zu den einzelnen Baugruppen der Lokomotive:
- Drehgestell
- Lokrahmen
- Verbindung Drehgestell mit Lokrahmen
- Gehäuse und Dach
- Stromversorgung
- Dachlüfter & Bügel
- Montage der seitlichen Sicken
- Momentaner Zustand der Lokomotive
Drehgestell
Mein Drehgestell besitzt wie beim Vorbild sowohl Primär- als auch Sekundärfedern: Jeder Drehgestellrahmen stützt sich auf 8 Primärfedern und der Lokrahmen auf insgesamt 8 Sekundärfedern ab. Die 16 mm starken Achsen, die aus dem Werkstoff 42CrMo4 bestehen, sind seitlich etwas verschieblich (ca. 2 mm), da bei Gleisverwindungen kleine Kippbewegungen der Radsätze möglich sein müssen. Die Primärfedern können diese kleinen Änderungen ausgleichen.
Da sehr enge Kurven zu durchfahren sind, befindet sich zwischen den Sekundärfedern und dem Lokrahmen eine kleine Rolle, die ein großzügiges und zudem leichtes Ausdrehen der Drehgestelle ermöglicht.
Das Drehgestell musste mehrmals umgebaut werden, da die Untersetzung und die Kettenführung nicht optimal waren. Außerdem waren einige kleine Anpassungen nötig. Im Anschluss sehen Sie Bilder von den einzelnen Versionen. Das Erste Bild zeigt ein Drehgestell der Lokomotive in der Ursprungsausführung.
Mittlerweile wurde das Drehgestell mehrmals umgebaut:
- Änderung der Getriebeuntersetzung von 1:2.345 auf 1:4.059, da sich eine Höchstgeschwindkeit der Lok von 16 km/h auf meinem Streckennetz als vollkommen ausreichend erwies.
- Umbau der Kettenführung mit einer neuen Zwischenwelle. Das verhindert einen Durchhang der Kette zwischen den beiden Achsen und somit das Abstreifen von Öl beim Überfahren von Weichen und das Aufsammeln von Schmutz.
- Anschweißen von Verstärkungen am Drehgestellrahmen oberhalb der Achslager, da bei Entgleisungen in engen Kurven aufgrund stark überhöhter Geschwindigkeit mehrmals der Drehgestellrahmen verbogen wurde.
- Änderung der Rollenbefestigung.
In der nächsten Abbildung sieht man eine aktuellere Version des Drehgestells. Folgende Neuerungen im Vergleich zum vorigen Bild sind feststellbar: Das nun fast doppelt so große Kettenrad, die Verstärkungen am Drehgestellrahmen oberhalb der Achslager sowie die neue Kettenführung mit einer Zwischenwelle oberhalb des Drehzapfens.
Aktuelle Ausführung des Drehgestells
Nun sind auch ein 2. Kettenspanner und ein Schwingungsdämpfer für die Kette vorhanden. Der zweite Kettenspanner war nötig, da sonst die Kette bei starkem Bremsen ab und zu über das kleine Zahnrad der Zwischenwelle gesprungen ist.
Bei der 2. Getriebestufe wird zumindest ein Kettenspanner benötigt, da aufgrund der Primärfedern bei Belastungswechseln eine Relativbewegung zwischen den Achsen und dem Drehgestellrahmen entsteht – das führt zu einer Änderung der Kettenlänge.
Außerdem sieht man den Schwingungsdämpfer für die Kette (grüner Klotz rechts neben dem großen Kettenrad). Auf der Getriebezwischenwelle befindet sich eine Scheibe mit sechs Löchern für die Messung der Geschwindigkeit.
Die nächste Abbildung zeigt eine Detailansicht der Getriebezwischenwelle. Das große Kettenrad hat 45 Zähne und ist mithilfe eines Spannsatzes auf der Getriebewelle montiert, das kleine Kettenrad mit 15 Zähnen wird einfach mit einem Querstift fixiert.
Das Kettenrad am Motor hat 17 Zähne und das Rad auf der Achse 23 Zähne, somit ergibt sich eine Getriebeübersetzung von 1:4.059.
Lageraufnahme
In der rechts bzw. unten befindlichen Abbildung sieht man eine Detailzeichnung der Aufnahme der Achslager (Der korrekte Ausdruck für die Achse wäre eigentlich Radsatzwelle). Die Lagerung der Achsen, in der Skizze in grün dargestellt, erfolgt auf beiden Enden mit jeweils zwei Kugellagern des Typs 6001 2RSo vom Hersteller SKF (in der Abbildung rot). Bei der großen Eisenbahn wird die Lagerung der Wellen meist mit Kegelrollenlagern bewerkstelligt.
Zwischen den zwei Kugellagern (in rot) und dem Rad (in hellblau) befinden sich Distanzhülsen (violett dargestellt). Mit einer Innensechskantschraube M6 (Nummer 202), einem Federring (Nummer 203) und einer Scheibe (Nummer 201) werden alle diese Teile fest verschraubt.
Die Lager sind mit einer weiteren Distanzhülse und mit dem Lagerdeckel (in der Skizze dunkelblau) in der Lageraufnahme (in grau) fixiert. Zwischen Lageraufnahme und Lagerdeckel ist ein kleiner Abstand von ca. 0.5 mm. Auf die Lageraufnahme ist ein ungleichschenkeliger Winkel (in gelb) geschraubt, worauf die beiden Primärfedern befestigt sind. Diese Schraubverbindung habe ich bei meinem Wagen durch eine Schweißverbindung ersetzt.
Lokrahmen
Der Lokrahmen besteht hauptsächlich aus einem Rechteck-Hohlprofil mit den Maßen 40x20x3. Die beiden Rechteckprofile (Dimension 50×10) mit dem Loch in der Mitte dienen der Aufnahme des Drehzapfens. Auf dem Gestell in der Mitte des Rahmens werden dann die Akkus platziert. Alle Rahmenteile wurden durch Schweißen miteinander verbunden.
Verbindung von Drehgestell und Lokrahmen mit Drehzapfen
Die Verbindung zwischen den beiden Drehgestellen und dem Lokrahmen wird mittels eines sogenannten Drehzapfens hergestellt. Es wird eine Konstruktion benötigt, die Bewegungen zwischen Drehgestell und Lokrahmen in alle Richtungen zulässt. Meine Lösung dieses Problems zeigt die rechte bzw. untere Abbildung.
In ein Loch im Querträger des Drehgestells, der in der Skizze in grün dargestellt ist, habe ich ein sogenanntes Gelenklager (in grau) geklebt. In dieses Gelenklager habe ich dann eine Gleitlagerbuchse (in rot) gesteckt. Somit kann sich der Drehzapfen fast verschleißfrei auf und ab bewegen, eine regelmäßige Wartung ist nicht erforderlich.
Der Drehzapfen besteht aus einem Rundstahl, der unten etwas abgedreht wurde und ist in der Skizze in gelber Farbe dargestellt. Dadurch benötigt man ein kleineres Gelenklager und gleichzeitig ist die Biegespannung im oberen Bereich nicht zu groß. Der Drehzapfen wurde mit dem Lokrahmen (in blau) fest verschweißt, weshalb er oben eine kleine Fase besitzt.
Gehäuse und Dach
Der Gehäuserohbau wird aus miteinander verschweißten Winkelprofilen der Dimension 20x20x3 gebildet. Die Stege im Dach bestehen aus einem Flacheisen 40×5. Das Gehäuse ist mit ein paar M6 Schrauben am Lokrahmen befestigt und kann somit bei Bedarf leicht abmontiert werden.
Bei kleineren Arbeiten wie zum Beispiel für das Laden der Akkus oder Schmieren der Kette ist es möglich, nur das Dach vom Gehäuse abzuheben.
In der folgenden Abbildung wird gerade die Seitenwand auf den Gehäuserahmen aufgeklebt. Die Seitenwände bestehen aus einem 1 mm dicken Stahlblech.
Nun hat die Lokomotive schon ein Dach und seitliche Trittbretter bekommen. Die Trittbretter sind nur angesteckt und können somit leicht demontiert werden.
Der Rohbau wurde nun fertiggestellt und das Dach lackiert. Das Vordach ist zwecks einfacher Bearbeitungsmöglichkeit aus Fichtenholz gefertigt.
Stromversorgung
Es werden acht Akkus mit je 3.2 V und 100 Ah verwendet, die Gesamtspannung beträgt daher 25.6 V. In Summe würden somit rund 2.5 kWh zur Verfügung stehen. In der Praxis werden aber nur 70 % der Kapazität entnommen, also ca. 1.8 kWh, um die Lebensdauer der Akkus zu verlängern.
Die Verbindung der einzelnen Akkus erfolgt meist durch ein flaches Rechteck-Kupferprofil, das 25 mm breit und 3 mm hoch ist. Einmal muss aufgrund des Höhenunterschiedes ein Kupferkabel mit 16 mm² Querschnitt verwendet werden (Kabel mit blauer Isolierung, zwischen Akku 1 und 3). Zwischen den beiden vorderen Akkus ist die 100 Ampere Sicherung zu erkennen.
Das nächste Bild zeigt das aktuelle Innenleben der Lokomotive: In der Mitte über den Akkus ist der Regler zu sehen. Davor ein Wattmeter, mit dem der Stromverbrauch gemessen werden kann. Neben dem linken stehenden Akku sind die beiden Ladebuchsen zu erkennen.
Dachlüfter & Bügel
Nachdem die Lok nun fahrbereit ist, erfolgt die Fertigung von Details. Dazu zählen die Dachlüfter, die beiden Bügel, die Griffstangen, die Fertigstellung des Vordaches und der Einbau von Scheinwerfern.
Montage der seitlichen Sicken & Lackierung
Die seitlichen Sicken bestehen aus einem 5 mm breiten und 2 mm dicken Stahlblech und werden mit jeweils fünf M2 Schrauben an der Seitenwand angeschraubt.
Die Metallstreifen ließ ich auf einer Blechschere zuschneiden, aufgrund der Schmäle wurden sie stark verformt und mussten daher vor der Montage erst gerade gebogen werden.
Das nächste Bild zeigt die Lokomotive nach der Lackierung der Seitenwände:
Fertigung & Montage der Bahnräumer, Einbau der Rücklichter & Hupe
Anfang Februar 2022 konnte ich die beiden Bahnräumer fertigstellen und auch montieren. Zudem habe ich am Dach eine durchgehende Sitzfläche hergestellt, sodass nun drei bis vier Personen mitfahren können.
Mit dem Bau der Bahnräumer hatte ich schon im Jahr 2019 begonnen. Das nächste Bild zeigt einen der Bahnräumer während des Baus:
In den Osterferien 2022 habe ich vier rote Rücklichter eingebaut und an die Stromversorgung angeschlossen. Außerdem habe ich ein neues Steuerpult angefertigt, das nur mehr die ungefähre Größe eines Smartphones hat. Die Kabeln zum Steuerpult sind wesentlich länger als zuvor ausgeführt, sodass man die Lokomotive nun von beiden Seiten aus bequem bedienen kann.
Im September 2022 erfolgte der Einbau eines Horns (Hupe) zur Abgabe von akkustischen Signalen. Da diese Hupe nicht laut genug war, habe ich sie im Frühjahr 2023 durch eine Fanfare von Hella ersetzt.
Anfang August 2023 gab leider eines der drei Hauptrelais vom Pro-150 nach 13 Jahren Betrieb seinen Geist auf, sodass ich eine neue Steuerung kaufen und einbauen musste. Ein Tausch des Relais wäre zwar möglich gewesen, ich habe aber stattdessen den Pro-160-HC Digital Motor Controller von 4QD angeschafft, der keine Relais mehr besitzt und auch sonst einige Vorteile hat.
Momentaner Zustand der Lokomotive 1144
Der Bau der Lok ist nun nahezu abgeschlossen.
Folgendes gehört noch erledigt:
- Fertigstellung der beiden Stromabnehmer
- Fertigstellung der Dachlüfter
- Beschriftung der Lokomotive
Weiterführender Link:
- Weitere Bilder der fertigen Lokomotive und ergänzende Informationen (z. B. technische Daten)
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Zuletzt geändert am 10.08.2023.