Nachhaltiger Lokomotiv(um)bau

  • Hallo,

    in den letzten Monaten war ich mit der Neumotorisierung meiner Ge 4/4 Nr. 3 beschäftigt. Bevor ich auf diese Arbeiten komme, will ich kurz über den Werdegang der Lok berichten.

    So um 1989 / 90 lebten die Gartenbahn-Ambitionen wieder auf, nach dem sie gut 15 Jahre geruht hatten. Da mein "Erstlingswerk", eine 1C1-Schmalspur-Dampflok auf 3 1/2", zu viele "Jugendsünden" enthielt, als dass sie mit vertretbarem Aufwand wieder fahrfähig gemacht werden konnte, mein damals aktuelles Projekt, die EIGER, aber noch etwas brauchte, musste auf die Schnelle "was zum Fahren" her. Weil ich die vorhandenen 3 1/2" - Wagen weiterverwenden wollte, entschied ich mich für diese Spurweite, aber ebenfalls als Schmalspurmodell.

    Als Antrieb hatte ich noch Motor-Getriebe-Einheiten in der Schachtel, die ich Jahre zuvor bei Völkner bestellt hatte, Daraus liess sich ein Tatzlagerantrieb basteln:

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    Das Getriebe war zweistufig, die Motoren von Mabuchi mit ca. 80 - 90W. Die Radsätze hatte ich aus Laufrollen für Stalltore gedreht, die mir beim örtlichen Eisenwarenhändler über den Weg gelaufen (oder besser: gerollt) waren. Die Achslager mit sphärisch gehaltenen Gleitlagern waren eigentlich für Spaltpolmotoren vorgesehen. An jedem Motor hatte ich dann noch einen Thermoschalter befestigt, wobei sich das im Nachhinein als überflüssig herausgestellt hat, denn es hat nie ein Schalter angesprochen. Die Stützrollen auf der Oberseite kamen aus dem Baumarkt (Möbelrollen).

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    Als Längsträger verwendete ich 25mm-Vierkantrohr, das zuvor in meinem Elternhaus als Treppengeländer gedient hatte. Auf den Grundrahmen schweisste ich dann aus 15er Stahlwinkel ein Gerippe, das ich anschließend mit 1,5mm-Resopalplatten beplankte. Die hatte ich in der Restkiste meines Holzhändlers gefunden. Die Lüftungsgitter sollten ursprünglich mal Lüfterwalzen von Querstromlüftern werden, aber abgewickelt sehen sie recht überzeugend aus.

    Zwei 44Ah-Bleibatterien dienten als Energiequelle. Für jeden Motor gab es eine Europlatine mit einem Vierquadrantensteller, die ich seinerzeit für die Lok entwickelt hatte. Außerdem gab es noch eine Steuerplatine, auf der eine C-Control von Conrad werkelte. Diese war über ein Kabel mit einem Fahrpult verbunden, in dem ebenfalls eine C-Control saß. Von diesen Innerein habe ich leider keine Bilder gefunden.

    Nach anfänglich Problemen (Rauchentwicklung der Leistungselektronik wegen einem Schaltungsfehler - Kommentar den Anwesenden: "Das ist ja doch 'ne Dampflok") lief die Maschine sehr zuverlässig. Für eine Saison half sie sogar bei der Ampertalbahn im Biergarten Haag im Publikumsverkehr aus. Die ständige Kreisfahrt in gleicher Richtung dort bekam allerdings des Radsätzen nicht besonders, die Spurkränze liefen scharf, außerdem fehlte bei mindestens einem Rad ein Teil des Spurkranzes, offenbar Folge einer Entgleisung.

    Trotzdem war die Lok auch bei meinen Kindern sehr beliebt:

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    Allerdings hatte sich einer der Beiden beim Bremsen verschätzt und machte Bekanntschaft mit dem Puffer eines 7 1/4"-BERG-Fahrgestells (keine Sorge, der BERG ist nichts passiert!):

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    Das war der Auslöser für eine Generalreparatur.

    Fortsetzung folgt.

  • Nachdem ich mit der EIGER mittlerweile auf 5"-Schmalspur umgestiegen war, reifte der Entschluss, die Lok umzuspuren und an den geänderten Maßstab (1:8) anzupassen. Im Winter 2001/2002 begannen die Arbeiten. Weil ich beim bisherigen Tatzlagerantrieb bleiben wollte, musste eine Lösung für die Spurverbreiterung her. Zwangspunkt waren die Getriebelager, die mit 6 mm nicht gerade üppig geraten waren. Das Problem löste ich dadurch, dass ich die Getriebewellen kürzte und mit den auf 12 mm Durchmesser vergrößerten Achswellen verschraubte bzw. verklebte. Die Radsätze wurden ebenfalls erneuert, denn die 3 1/2"-Radsätze hatten scharfgelaufene Spurkränze und waren auch recht schmal.

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    In die Querträger schweisste ich dann noch Distanzstücke ein und fertigte neue Endverbinder. Als Lager kamen jetzt Kugellager zum Einsatz, die wie schon die Gleitlager eigentlich für Spaltpolmotoren gedacht waren.

    Das Gehäuse baute ich aus 9mm-Fichtensperrholz, wobei auch hier die Lüftergitter wieer von Querstromlüftern stammten. Vom ursprünglichen Aufbau blieb nur das Untergestell und der Teil des Stahlgerippes, das sich über die beiden Akkus erstreckt. In Längsrichtung habe ich dann noch zwei Flacheisen an den Grundrahmen angeschweisst, um die Lok zu verbreitern.

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    Die Lampen waren 30mm-Halogenleuchten mit Reflektor, die in angepassten Messinghülsen steckten. Je nach Fahrtrichtung wird über einen Modellbauservo einer der beiden Pantographen gehoben. Das Gehäuse kann zum Batteriewechsel nach oben abgehoben werden, wobei die elektrische Verbindung zu den Verbrauchern über eine fest installierte 30 polige Messerkontaktleiste erfolgt. Damit das richtig einrastet, gibt es eine Zwangsführung. An der Leistungselektronik hatte ich auch gearbeitet, nunmehr genügte ein Vierquadrantensteller für alle vier Motore, der ebenfalls wieder von einer C-Control gesteuert wurde. Im Bild sieht man auch das recht voluminöse Fahrpult. In einer der beiden Vorbauten war ein Lautsprecher eingebaut, mit dem Ergebnis (Pfeife) war ich aber nie so richtig zufrieden.

    Fortsetzung folgt.

  • Nachdem die Lok fast 30 Jahre Betrieb hinter sich hatte und schon mal einer der Motoren ausgefallen war, stellte sich die Frage, wie es weitergehen sollte. Ersatzmotoren hatte ich keine mehr, und eine Typenbezeichnung, geschweige denn ein Datenblatt, war von den Motoren auch nicht vorhanden. Außerdem störte mich die unhandliche Steuerbox.

    Im Forum hatte ich schon vor 3 oder 4 Jahren einen Satz passender Radsätze mit Kettenrädern erstanden, und im Regal lagen zwei MY1016-Motore. Dabei wollte ich soviel wie möglich vom ursprünglichen Material weiterverwenden. Allerdings war die gesamte Steuerung neu zumachen.

    Nach Demontage der Drehgestelle wurden in deren Seitenwangen die vorhandenen Achsbohrungen auf 22mm aufgeweitet, so dass hier Kugellager 8x22 reinpassten. Als seitlicher Abschluss habe ich eine Blende mit Zubehör gezeichnet.

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    Die Blende und die Federpakete habe ich dann aus meinem Lieblingsmaterial PETG gedruckt, die Achslager dagegen mit meinem SLA-Drucker aus "ABS-grade"-Resin hergestellt.

    Weil die Akkus an ihrem angestammten Platz verbleiben sollten, mussten die Motoren zu den Lokenden hin angeordnet werden. Deshalb musste auch der Lautsprecher im Vorbau weichen.

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    Den Motor habe ich auf der einen Seite mit einem Scharnier verschraubt (links), auf der anderen Seite kann ich ihn über ein Gewinde "hochschrauben" und so die Kettenspannung einstellen.

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    Weil der Motor aussermittig sitzt, habe ich dann zum Ausgleich um die andere Achse herum Gewichte platziert, die dem Motorgewicht entsprechen. Neben der Erhöhung des Reibungsgewichts um fast 4 kg erhoffe ich mir damit, dass der Achsdruck einigermaßen gleichmäßig ist. Im Bild sieht man auch einen der beiden Kettenspanner für die Kette zwischen den beiden Achsen. Wegen der Querträger musste ich die Kette sowieso umlenken. Dazu habe ich kugelgelagerte Alu-Rollen verwendet, die beim Umbau meines 3D-Druckers übrig geblieben sind. Die passen in der Breite exakt zur Kette. Durch ein Langloch können sie längs verschoben werden, womit dann die Kettenspannung eingestellt werden kann.

    Wie schon vorher angesprochen sollte die gesamte Elektronik einschließlich Bedienpult erneuert werden. Weil die C-Control von Conrad mittlerweile doch etwas in die Jahre gekommen ist und ich bei anderen Projekten die Arduino-Familie schätzen gelernt habe, war der Entschluss leicht, diese als Basis zu verwenden. Als Leistungselektronik werkeln jetzt zwei IBT-2-Bausteine:

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    Die sind bis 27 Volt spezifiziert, liefern bis zu 43 Ampere und können vom Arduino ohne zusätzliche Bausteine direkt angesteuert werden. Außerdem liefern die Bausteine einen Strommesswert zurück. Wegen der Vielzahl von Anschlüssen kommt ein Arduino Mega zum Einsatz, der über eine Funkverbindung mit dem Steuerpult in Verbindung steht. Hier der (noch nicht vollständige) Übersichts-Schaltplan:

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    Zur Funkverbindung verwende ich ein Funkmodul, das im 2,4 GHz-Band arbeitet (NRF24L01) und für das Programmbibliotheken für den Arduino vorhanden sind. Damit war es relativ einfach, eine stabile Verbindung mit dem Steuerpult aufzubauen. Die gesamte Elektronik ist auf einer Stahlplatte aufgebaut und wird durch eine vorgesetzte Aluplatte vor heftigen Schlägen geschützt:

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    Der Lüfter links unten fächelt den IBT-2-Modulen frische Luft zu, darüber sitzt der Arduino Mega mit einer Aufsteckplatine, und ganz oben sieht man das Funkmodul. Das graue Teil oben ist das "Angstrelais", mit dem der 24 V- Kreis stromlos geschaltet wird, wenn der Richtungswender in Neutralstellung steht.

    Fortsetzung folgt.

  • Weil ja der Lautsprecher dem Motor gewichen war, musste ein Ersatz für die Pfeife her. Die Pfeife selber war schnell konstruiert und gedruckt:

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    Fehlte nur noch die Luftquelle. Versuche mit selbst gedruckten Turbinen, die ich bei Thingiverse gefunden hatte, verliefen negativ. Aber bei den Campingsachen gab es noch ein Gebläse zum Aufblasen von Booten und Luftmatrazen mit 12V-Anschluss. Das müsste doch gehen... Und richtig, der Druck reicht gerade aus, um die Pfeife zum klingen zu bringen. Noch schnell einen Montagehalter und einen Adapter zum Anschluss der Pfeife gedruckt, und das Teil konnte am Dach befestigt werden:

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    Die Platine unten schaltet den Strom für das Gebläse, denn das zieht so um die 10A beim Anlauf. Die Pfeife selber ist außerhalb auf dem Dach angeordnet, deshalb auch der etwas seltsame Schnorchel beim vorherigen Bild. Damit die Pfeife nicht auffällt, habe ich dann noch eine Haube darübergesetzt, so ist das halt jetzt ein Bremswiderstand:

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    Die ursprüngliche Lok hatte auch eine Glocke, die aus einem Telefon stammte und am Rahmen zwischen den Drehgestellen angeordnet war. Die Lautstärke war "dezent", deshalb musste Ersatz her. Im Forum gab es dazu mal einen Beitrag, dessen Lösung ich abgekupfert habe:

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    Die Glocke ist ebenfalls am Dach befestigt, genauso wie ein "Schlagwerk". das aktiv ist, wenn der Hauptschalter betätigt wird und wenn eine Fahrstufe weiter geschaltet wird. Dessen Elektromagnet mit Wippe war ursprünglich mal in einer Kirchenorgel als Ventilbetätigung eingebaut, nach der Art der Isolierung schätze ich den auf ca. 1950 oder älter.

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    Damit war dann das Innere der Lok soweit fertig. Auf dem Bild sieht man links die 30-polige Messerleiste mit der Zwangsführung:

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    Bleiben noch die Lampen für das Spitzensignal. Aus verschiedenen Gründen wollte ich die bisher eingebauten Halogenlampen gegen LED's tauschen. Das Problem waren die Reflektoren, die gibt's im Eletronikhandel nur mit ca. 18mm Durchmesser. Bei der Suche bin ich am Amazonas auf Trichter aus Alu mit 1" Durchmesser gestoßen. Die hab' ich abgedreht und in einen gedruckten Adapter geklebt. Noch eine neue Scheibe aus Polycarbonat geschnitten, und fertig ist der neue Scheinwerfer:

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    Fortsetzung folgt.

  • Was ich noch vergessen habe: an einem der Motore habe ich einen Hallsensor und einen Temperatursensor angebracht. Für den Hallsensor ist ein Magnet auf der Motorwelle, sodass ich die Motordrehzahl erfassen kann. Mit dem Temperatursensor wird die Gehäusetemperatur des Motors gemessen und bei Bedarf zwei Lüfter eingeschaltet, die ich in die Frontseite der Vorbauten eingebaut habe. Damit hoffe ich, dass ich die Motoren länger am Leben halten kann....

    Bleibt noch das Steuerpult. Das ursprüngliche Teil war ein Pultgehäuse von Knürr, ca. 30 x 30 cm groß und hatte seinen Platz auf einem Bedienwagen. Mittlerweile habe ich aber bei meiner Te 2/2 die Vorzüge eines Steuerpultes schätzen gelernt, das man einfach in die Hand nehmen kann. Deshalb war hier Handlungsbedarf.

    Bei den Maßen für das neue Steuerpult habe mich an dem für die Te 2/2 orientiert, wobei ich die Pultform vom alten Steuerpult übernommen habe. Auf der ebenen Tafel ist der Fahrschalter und der Richtungswender sowie Pfeife und Läutewerk angeordnet, im schräg stehenden Teil der Tacho, Volt- und Amperemeter sowie die Lichtschalter:

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    Fahrschalter und Richtungswender sind gegeneinander mechanisch verriegelt, d.h. der Fahrschalter kann nur betätigt werden, wenn der Richtungswender nicht in der 0-Stellung steht, andererseits kann der Richtungswender nicht in 0-Stellung gebracht und abgezogen werden, wenn eine Fahr- oder Bremsstufe eingelegt ist. Die Mechanik dazu sieht man teilweise auf dem nächsten Bild. Rechts ist der Richtungswender, der über eine Verbindungsstange eine Sperrklinke bewegt. Die kann nur in 0-Stellung in einer Nut des Fahrschalterrades einrasten. Das Fahrschalterrad ist gleichzeitig das Coderad für die Stellungsbestimmung. Die Durchbrüche bilden einen 5-Bit-Graycode, der von Lichtschranken (links oberhalb des Rads) ausgewertet wird. Die Rastung des Fahrschalters und des Richtungswenders erfolgt über die Nocken am Umfang und durch jeweils einem Federbock (rechts oberhalb des Fahrschalterrades). Dessen Federwirkung erfolgt durch zwei Neodymmagnete 6x3mm, die abstoßend im Gehäuse bzw. im Federarm eingelassen sind:

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    Das gesamte Steuerpult habe ich in Fusion360 entworfen und dann vornehmlich aus PETG gedruckt (sowohl Schalttafel als auch Gehäuse). Die Federböcke und einige andere Kleinteile sind aus Resin gedruckt, die Platten mit den Schaltstufen und den Richtungen aus einem PLA , das fast wie Messing aussieht.

    Auch im Steuerpult werkelt ein Arduino, hier ein Leonardo, dessen Ports komplett belegt sind. Die Stromversorgung übernimmt ein Powerpack mit 10 Ah, das eigentlich zur Stromversorgung von Filmleuchten gedacht ist und einen 5V und einen 12V-Ausgang hat. Die Funkverbindung erledigt auch hier ein NRF24L01-Modul.

    Das schöne an der Funkverbindung mit den NRF24L01-Modulen ist, dass ich einen Rückkanal von der Lok habe und mir Batteriespannung, Motorstrom und Geschwindigkeit anzeigen lassen kann. Für Spannung und Strom hatte ich noch zwei Drehspulmessgeräte in der Kiste, die früher zur Aussteuerungsanzeige eingebaut wurden. Aktuell war es mir nicht möglich, ähnliche Messgeräte aufzutreiben, schade eigentlich. Der Tacho ist ein Eigenbau. Angetrieben wird er von einem Schrittmotor mit angeflanschtem Untersetzungsgetriebe (Fertigteil), Zeiger und Skala habe ich mit meinem SLA-Drucker aus Resin gedruckt. Weil der Schrittmotortreiber mindestens 8 Volt zum Betrieb braucht, musste ich auf das spezielle Powerpack mit 12V-Ausgang ausweichen, sonst würden auch 5V genügen.

    Ebenfalls aus Resin habe ich den Störmelder gedruckt, der leuchtet, wenn die Funkverbindung gestört ist. Die Lok geht in diesem Fall in einen sicheren Zustand, d.h. der Hauptschalter wird ausgeschaltet und der Stromabnehmer gesenkt:

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    Noch ein Teil aus Resin: die Rohranschlüsse und die Verbinder der Vakuum-Bremsleitung. Die gerippten Schläuche (5,2 x 7,2mm) gibt's als Meterware im Amazon:

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    Die Konsolen unter den Lampen sind übrigens "Notpuffer" für bzw. gegen Fahrzeuge der 5"-Regelspur.

    Abschließend noch ein kurzes Video, in dem die Pfeife, die Glocke und das Schaltwerk zu hören sind.

    Damit bin ich erst mal am Ende. Über Betriebserfahrungen werde ich (hoffentlich) im Frühjahr berichten können.

    Viele Grüße

    Andreas

    Einmal editiert, zuletzt von Livesteamer (18. Dezember 2021 um 14:54)

  • Endlich konnte ich die Lok auf unserer Vereinsanlage testen. Bis auf ein paar kleine Schönheitsfehler lief alles planmäßig. Das betrifft vor allem die Abstufung der Fahrstufen und die Höchstgeschwindigkeit, hier muss ich noch nachbessern. Die Fernsteuerung lief problemlos, die Reichweite beträgt auf der Anlage etwa 80 - 100 m und ist damit völlig ausreichend für das Rangieren im Bahnhof. Jetzt bräuchten wir nur noch ein Stellwerk für unsere Weichen...

    Einen Belastungstest mit 8 Erwachsenen am Haken über drei Runden meisterte die Lok ohne erkennbare Anstrengung, die Zusatzgewichte in den Drehgestellen haben sich hier voll ausgezahlt. Die Oberflächentemperatur der Motore lag direkt nach dieser Fahrt bei 28 bzw. 31 °C, die Leistungselektronik war noch nicht mal handwarm.

    Hier habe ich ein kleines Video der Probefahrt eingestellt. Wie man sieht, ist die Lok auch voll wendezugtauglich!

    Viele Grüße

    Andreas