Güterwagen Spur 5 in alternativer Bautechnik

Zitat von Volker Schulze

Wir kleben oft KFZ Bremstrommelbeläge, gibt es als Meterware, auf die Bremsbeläge.

Hallo Volker,

das ist interessant.

Die Schräge von 3° zur Anpassung an das Rad hatte ich bei Knupfer gelesen, bisher aber nicht so wichtig genommen. Das werde ich aber ins Auge fassen.

Kleben ist nicht so meins - mit Klebverbindungen stehe ich auf Kriegsfuß. Die spätere Anfertigung der Bremsbacken hatte ich eigentlich durchaus aus einem Stück geplant. Anders als beim Vorbild ist der Austausch der kompletten Bremsbacken wenn sie abgenutzt sind ja auch kein Kostenfaktor.
Den schlechten Reibbeiwert der aus Kunststoff gedruckten Teile hatte ich schon erwartet. Grauguss habe ich gelesen aber das ist für mich zu schlecht zu bearbeiten. Auflagen aus Bremsbelägen wären vermutlich optimal, bedingen aber mindestens zweiteilige Bremsklötze. Ich habe eigentlich angenommen, dass Aluminium oder Messing eine gute Wahl wären und hatte sogar ernsthaft über Holz nachgedacht!

Gibt es noch andere Erfahrungswerte für das Material der Beläge oder der Bremsklötze?

Übrigens habe ich heute Morgen versucht die Teile der Bremsanlage zu ändern, damit das Bremsdreieck unten liegt, bin dabei aber an konstruktive Grenzen gestoßen. Entweder kommen ich dann mit dem Querverbinder mit der Achse in Konflikt (spätestens beim Einfedern) oder die Anlenkhebel mit dem Rahmen. Kürzere Anlenkhebel würden zwar passen aber dann verkehrt sich der angenommene Vorteil des tieferen Bremsdreicecks (die Übersetzung) komplett ind Gegenteil.

Ich muss heute Abend mal schauen, wie ich deinen Hinweis umsetze.

Viele Grüße
Werner

Guten Abend,

ich habe ein wenig nach geeigneten Materialpaarungen gesucht, die wenig Nachteile haben und dennoch gute Reibkoeffizienten aufweisen. Zudem sollten die Materialien gut verfügbar und möcglichst einfach zu verarbeiten sein.

Laut Wikipedia hat Grauguss auf Stahl eine für die Bremsung relevante Gleitreibungszahl von 0,18 (trocken) Messing auf Stahl zumindest 0,2 (trocken).
Erstaunlicherweise hat Leder auf Grauguss eine Gleitreibungszahl von 0,56 (trocken) und nass immer noch 0,36. Für die Paarung Leder mit Stahl habe ich bei Wikipedia keine Daten gefunden aber ich leite ab: Bronze auf Grauguss hat 0,20, Bronze auf Stahl 0,18. Ich denke für die Paarung Leder auf Stahl ist 0,50 (trocken beziehungsweise 0,30 (nass) eine realistische Annahme.

Bei Nässe würden bremsbeläge aus Leder also sogar gängige Metallpaarungen übertreffen. Außerdem habe ich mich daran erinnert gelesen zu haben, dass bei Pferdekutschen und auch in der Frühzeit des Automobils die Beläge der Bremsen aus Leder waren. Warum also nicht ...

... ein Versuch macht kluch!

Auf gedruckte Basis-Bremsklötze habe ich vorhin ungefettete Lederstreifen aufgeklebt.

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Als Klebstoff habe ich dauerelastischen Cyan-Acrylat-Kleber aus dem Schustereibedarf verwendet. Damit schaffe sogar ich es, in Minutenschnelle eine stabile Klebung herzustellen.

Erstaunt war ich, wie ansprechend das am Fahrzeug aussieht.

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Nicht überrascht war ich dagegen, dass die Bremswirkung gegenüber den Kunststoffbelägen um Klassen besser war. Obwohl ich erst einmal nur zwei der 4 Bremsklötze an der Achse ausgetauscht habe, bringen sie bei - so zumindets der subjektive Eindruck - verhältnismäßig moderater Bremskraft die Achse zum blockieren. In wie weit sie gegen aufgeklebtes Bremsbelagmaterial oder anderen Materialien bestehen würden, lässt sich im Moment nicht beurteilen.

Die Beläge werden ganz sicher nicht lange halten und sich sehr schnell abnutzen. Allerdings wird der Verschleiß der Radlaufflächen minimal sein, falls überhaupt eine signifikante Abnutzung messbar ist. Als Vorteil sehe ich, dass sich das Profil schnell an die schräge Lauffläche anpassen wird, auch ohne vorherige präzise Bearbeitung.

Ich möchte die geschätzten Forenmitglieder nochmals darauf hinweisen, dass ich nahezu keine Praxiserfahrung in den Dingen habe, über die ich in diesem Beitrag schreibe. Bremsanlagen habe ich bisher in Spur 2m und 2 nur angedeutet, ohne dass sie aber eine Funktion hatten. Ich war und bin deshalb sehr erstaunt welcher Aufwand zu treiben ist, um in der Spurweite 5 Zoll eine tatsächlich funktionsfähige Bremse herzustellen. Und dabei habe ich noch nicht einmal eine pneumatische oder elektrische Ansteuerung berührt. Vielen Dank also für eure Beratung.

Viele Grüße
Werner

Zitat von Winfried_Engel

Für den SSk Köln habe ich sie mir gießen lassen (Bedarf: 24 Stück).

Über welche Kosten reden wir da für solche Gußteile, wenn ich fragen darf?

Viele Grüße
Werner

Zitat von peter geyer

Grüße Peter Geyer GMB-Modellbau

Die bestellten Achsen sind heute angekommen, Peter! Vielen Dank für die schönen Teile und die gute Verpackung.

Und natürlich habe ich sie nun auch gleich eingebaut...

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... und nun sieht der Wagen gleich ganz anders aus.

Von dem Anspruch der Vorbild- und Maßstabstreue beginne ich mich allerdings zu lösen. Die Scheibenräder entsprechen natürlich nicht den Speichenrädern des gewählten Vorbilds und auch die Bremsanlage ist konstruktiv eher einer späteren Epoche zuzuordnen. Das macht mir inzwischen aber gar nichts mehr aus weil ich gelernt habe, dass ohnehin jeder in eigenem Maßstab baut und die Originaltreue sich der Funktion unterordnen muss. Auch für mich wird es eher darum gehen, meinen ersten Wagen zum Fahren zu bringen.

Es ist nun der unerwartete Effekt aufgetreten, dass sich die Leder-Beläge geradezu an den Radlaufflächen "festbeißen" und sich kaum noch sauber lösen. Auch die Kunststoffklötze zeigen nun plötzlich eine bessere Wirkung. Die noch glatte Oberfläche der Räder hat offensichtlich einen erheblich besseren Grip als die abgenutzte Oberfläche der aufbereiteten Schrott-Räder.

Das Thema Bremse ist also noch lange nicht gegessen.

Viele Grüße
Werner

Guten Abend liebe Forenmitglieder,

leider hatte ich in der vergangenen Woche geschäftlich viel zu tun und bin erst am Wochenende ein wenig weiter gekommen. Einen deutlichen Fortschritt konnte ich aber bei der Bremsanlage erzielen. Heute fange ich mal nicht beim Konzept sondern beim Ergebnis meiner Bautätigkeit an:

Bremszylinder:

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Meinen Wagen habe ich mit einem funktionsfähigen Bremszylinder ausgerüstet und die Bremsgestänge entsprechend der Westinghouse-Bauart angeschlossen. Allerdings – und hier sind wir wieder bei alternativen Bautechniken – ist es kein Druckluft-Bremszylinder, sondern die Funktion wird elektrisch simuliert.

Was soll den das bedeuten?

Nun, funktionelles Element ist ein N20 Getriebemotor, auf unten stehendem Bild in der Mitte erkennbar, der über eine Kastenmutter eine Schubstange ansteuert. Leider habe ich die Schubstange auf dem Bild der Einzelteile nicht dazugelegt.

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Der Motor wird in das dreiteilige Gehäuse eingebaut. Das Frontteil führt die Kastenmutter und die Schubstange, das Mittelteil ist die Verdrehsicherung für den Motor, der nur eingeschoben wird, das Rückteil trägt das Widerlager des rückseitigen Hebels.

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Das Gehäuse hat außerdem eine zusätzliche wichtige Funktion – es soll den Eindruck eines Bremszylinders erwecken.

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Man könnte das Gehäuse natürlich auch auch weniger Teilen anfertigen aber die Konstruktion ist darauf optimiert, ohne Support beim FDM-Druck auszukommen. Auch wären die vielen M2 Schrauben und Muttern am Umfang eigentlich nicht notwendig, dienen aber der Optik.

Die Handbremse wird im Gegensatz zur vorherigen Ansteuerung nun nach Bauart Westinghouse angeschlossen, also über eine Zugstange mit Gleitbahn direkt an der Anlenkung des Bremszylinders. Da die Zugstange zur Zeit noch nicht angeschlossen ist, muss ich hier nun doch das CAD bemühen. Die Zugstange der Handbremse seht ihr von links kommend neben der Schubstange des Bremszylinders.

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Die in meinem vorherigen Beitrag beschriebenen Probleme um die Handbremsbetätigung sind damit vom Tisch. Die Hebelkraft des Bremsgestänges wird jeweils über kurze Anlenkungen aufgenommen – da verbiegt sich nichts mehr.

Konzeptionell habe ich alle Hebel und Anlenkungen darauf ausgelegt, dass ich den beschriebenen elektrischen Bremszylinder einsetzen kann oder alternativ einen echten Druckluftzylinder. Zwar kommt Druckluft für mich erst zu einem viel späteren Zeitpunkt in Frage aber ich will mir alle Optionen offen halten.

Kudos

Bevor ich die Funktion detaillierter beschreibe, muss ich an dieser Stelle auch erwähnen, dass mich ein Beitrag von Adreas (Livesteamer) mit der Ansteuerung einer Bremse über einen Linearmotor zur Erstellung meines Konzeptes inspiriert hat.

Beitrag

Nachhaltiger Lokomotiv(um)bau - die Zweite

Hallo Zusammen,

es ist schon eine Zeit her, dass ich hier von den Umbauaktivitäten bei meiner Lok 3 berichtet habe (Nachhaltiger Lokomotiv(um)bau). In einer Ecke der Garage schlummerte noch eine weitere E-Lok. Die hatte ich seinerzeit zugekauft, damit Sohn Nr. 2 ebenfalls was eigenes zum Fahren hatte und damit der Familienfrieden gewahrt werden konnte. Mittlerweile ist er "aushäusig" und kommt bestenfalls noch zu Besuch, sodass er keine eigene Lok mehr braucht. Wie die Zeit vergeht....

Eine…

Livesteamer

19. August 2024 um 17:40

Zurück aber zu meinem Plan. Rein funktionell habe ich die Bremsanlage bereits erfolgreich testen können. Bisher einfach nur an ein paar Batterien angeschlossen, reagiert die Bremse durch das große Übersetzungsverhältnis des Getriebemotors äußerst feinfühlig . Die Abtriebswelle dreht mit 60 min-1, der Stellweg an der Schubstange zwischen lose bis zu voll angelegter Bremse beträgt etwa 10-12 mm. Durch die Steigung des M4 x 0,7 Gewindes der Welle beträgt die effektive Stellzeit dadurch rund 15-18 Sekunden.

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Die Bremskraft wird durch die Konstruktion der Gestänge gleichmäßig auf alle Bremsklötze übertragen. Als interessanter Nebeneffekt zeigt sich dabei, dass die mit Lederbelägen gebremste Achse trotz gleicher Bremskraft bereits deutlich vor der Achse, die mit Kunststoffbremsklötzen gebremst wird, blockiert. Den Vergleich mit anderen Materialien habe ich (noch) nicht und im Moment ist daher Leder mein Favorit.

Wie erwähnt ist die Zugstange der Handbremse hier noch nicht montiert und auch die Rückzugsfeder für das Bremsgestänge fehlt noch.

Wie soll die elektrische Brems nun im Zugverband funktionieren?

Grundsätzlich wird die Funktion durchaus der einer Druckluftbremse ähneln.

• Jeder Wagen erhält einen Getriebemotor – das entspricht dem pneumatischen Bremszylinder.
• Außerdem hat jeder Wagen einen eigenen Akkublock – das entspricht dem Druckluftbehälter.
• Durch den Zug verläuft eine zweiadrige Steuerleitung – das entspricht der Hauptbremsleitung.
• In jedem Wagen ist eine Prozessor-Platine installiert, die an die Steuerleitung angeschlossen ist – sie entspricht dem Steuerventil.
• In der Lok werde ich an die dort verbaute RC-Steuerung einen kleinen Leistungssteller anschließen, über den die Steuerleitung mit einem Pegel von 0..5 V beaufschlagt werden kann – er entspricht dem Führerbremsventil. Die Spannung von 5 V entspricht dabei einer gelösten Bremse.

In jedem Wagen wertet die Prozessor-Platine das Signal auf der Steuerleitung aus. Das klingt nun sehr hochtrabend aber das wird nur ein Prozessor aus der PIC10 oder PIC 12 Familie. Man könnte die Funktion natürlich auch in Analogtechnik lösen aber ein 6- oder 8-Pin-Prozessor mit einfacher Firmware ist günstiger und universeller als fest verdrahtete Logik oder OPs.

Bei 0 V wird die Bremse angelegt, bei 5 V wird sie gelöst. Durch die lange Stellzeit der Getriebemotoren ähnelt das Verhalten dem eines realen Zugs.
Durch die gewählten Pegel ergibt sich auch das gewünschte Sicherheits-Level: Reißt die Verbindung zur Lok ab, fehlt die Spannung und das Steuersignal wird daher als „Bremsen“ interpretiert.

Da ich wegen der Kosten, hauptsächlich aber wegen dem Ausfallrisiko und der problematischen Einstellung, keine Endschalter im Bremszylinder verbauen will, benötige ich ein Kriterium zum Abschalten des Getriebemotors. Durch die große Übersetzungen braucht der N20-Motor (gemessen) nur rund 15 mA bei 5 V, Läuft er gegen den Endanschlag der Kastenmutter oder sind die Bremsen maximal angelegt, steigt sein Blockierstrom auf etwa 30-35 mA. Dieses Verhältnis von 1:2 lässt sich recht gut auswerten. Wenn also nach dem Status „Bremsen“ (0 V) oder „Lösen (5 V) auf der Steuerleitung der Motor mehr als, sagen wir, 25 mA zieht, soll die Prozessorplatine den Motor abschalten. Erst ein Steuerbefehl in der anderen Richtung aktiviert dann wieder den Motor. Hier wird sich der Vorteil eines kleinen Prozessors zeigen, in analoger Technik wäre das nur sehr aufwändig zu implementieren.

Die erste Ausführung der Prozessor-Platine werde ich vermutlich als Proof-of-Concept auf Basis eines Ardunino oder Raspberry PI implementieren. So schön das oben gesagte auch klingt – so lange ich keine Lok habe, muss mir ein einfacher Umschalter mit Momentfunktion oder ein RC-Schalter reichen.

Für den Akku, der in jedem Wagen notwendig ist, soll eine 18650 Lithium-Ionen-Zelle in einem Gehäuse eingebaut werden, das einem Druckluftbehälter ähnelt. Ein Buck'n'Boost-Regler mit Ladefunktion für 1S (China-Ware) macht dann aus der Zellenspannung 5 V für die Prozessor-Platine. Geladen wird die Zelle über die Steuerleitung, die im Betrieb bei gelöster Bremse ja 5 V haben wird. Im Prinzip werden meine RC-gesteuerten Spur 2m-Akku-Loks so betrieben.

Echt jetzt?
Warum muss es unbedingt eine elektrische Bremse sein?
Das ist doch alles viel zu kompliziert!

Ich bin nicht auf eine elektrische Bremse festgelegt! Ich konnte in Karlsruhe einen Begleitwagen mit einem eingebauten Kompressor, der die Druckluft-Bremsanlage des Zugs versorgte, bewundern und war fasziniert davon. Die Ansteuerung des Bremszylinders ist für die Mechanik meiner Bremse ist bei mir deshalb völlig transparent. Vielleicht ist euch auch die völlig unnötige Größe des Gehäuses für den winzigen Getriebemotor aufgefallen. Das dient nicht nur der Optik, sondern bietet mir potentiell die Möglichkeit, innerhalb des gleichen Bauraums auch einen echten, pneumatisch betriebenen Bremszylinder einzusetzen. Eine Druckluftbremse könnte ich also unter Beibehaltung des Konzepts genauso gut einbauen.

Ich hatte mir überlegt, einen eigenen Thread für die Bremsanlage aufzumachen, war dann aber im Zweifel, ob meine Ausführungen überhaupt von Interesse für die Mitglieder des F´orums sind. Ich bin begeistern bin von den Möglichkeiten, die mir die größeren Maßstäbe bieten und ihr habt sicher schon festgestellt, dass ich in vielen Bereichen fröhlich vor mich hin experimentiere. Wenn jemand aus meinen alternativen Herangehensweisen auch nur die kleinste Anregung für eigene Projekte mitnimmt, hat mein Thread bereits einen Sinn.

Ich bitte euch, meine Versuche und Konzepte weiterhin mit euren Vorschlägen und Kommentaren zu unterstützen.

Viele Grüße
Werner

Zitat von Bucki

Die N20 Motoren sind zum Bremsen bei der "draußen Spiel Bahn auch mal im Regen" nicht geeignet.

Guten Morgen Bucki,

Servos sind darauf ausgelegt, immer eine bestimmte Position einzunehmen und zu halten. Ohne Stromversorgung fehlt dann die Stellkraft. Das passt aber nicht zu meiner Auslegung der Bremse. Wenn bei mir die Bremse angezogen ist, bleibt das auch bei leeren Batterien und ohne Spannung auf der Steuerleitung so.

Ich gebe dir durchaus recht, ohne zusätzlichen Schutz sind die N20 Motoren natürlich nicht wetterfest. In meinem Bremszylinder ist der Motor allerdings nahezu vollständig gekapselt, die Kabeldurchführung wird noch mit Heißkleber verschlossen und im Frontteil ist eine Nut für einen O-Ring vorgesehen, der das Ganze nach vorne abdichtet. Damit sollte ich IP 54 erreichen oder übertreffen.
Als Alternative hatte ich mir gekapselte Linearmotoren angeschaut, die aber von der Größe her nicht zu meinem Wagen passen und von der Stellkraft her völlig überdimensioniert gewesen wären.

Viele Grüße
Werner

Zitat von gerd23029

Daher betreibe ich meine elektromechanische Bremsen über eine Feder, mit Der ich erst die Bremse anlege und mit Spannung der Feder die Bremskraft steigere

Ein sehr guter Vorschlag, Gerd!

Ich kann das sogar ohne Änderung der Konstruktion realisieren, indem ich eine Feder zwischen Kastenmutter und Schubstange setze und die Schubstange ein wenig kürze. Tatsächlich hatte ich an diese einfache Lösung garnicht gedacht. Vielen Dank für deinen Hinweis.

Viele Grüße
Werner

Hallo Andreas,

vielen Dank, für die Auflösung, die Kudos habe ich entsprechend angepasst. Deinen Beitrag hatte ich wegen der gedruckten Teile mit großem Interesse gelesen, konnte mich aber nicht mehr an den Linearmotor erinnern. Die Ausführung deiner Drucke und deine Endbearbeitung haben mich übrigens sehr beeindruckt.

Zitat von Livesteamer

Der Antrieb hat den Vorteil, dass Endkontakte verbaut sind, sodass ich mir für die Endabschaltung keine Gedanken machen muss. Bezugsquelle z.B. hier: https://www.amazon.de/gp/product/B09…le?ie=UTF8&th=1

Den von dir verwendeten Linearantrieb hatte ich tatsächlich im Blick. Allerdings kostet das Teil fünfmal so viel wie mein N20. Andererseits könnte ich mir natürlich den Aufwand mit dem Stromsensor sparen aber der ist eigentlich genau dazu da, immer einen über die Bremskraft (den Blockierstrom) definierten Abschaltpunkt zu haben. Verzichte ich darauf und lege die Mechanik auf Endschalter aus, verringert sich die Apresskraft bei einer Abnutzung der Bremsbeläge. Möglicherweise ist der Effekt gar nicht so groß, das muss sich zeigen. Die nun auf Gerds Vorschlag hin eingesetzte Feder gleicht das übrigens nicht aus, da bei einer festen Endposition bei abgenutzen Bremsbelägen die dann weniger komprimierte Feder natürlich auch eine geringere Bremskraft bewirkt.

Außerdem gibt es einen mechanischen Punkt: Bei mir ist die Schubstange des Bremszylinders frei beweglich und kann beim Anlegen der mechanischen Handbremse, die auf den gleichen Hebel wirkt, diesem Hebel frei folgen. Dadurch entsprechen meine Zugstangen denen einer Westinghouse-Bremse. Bei den fertigen Linearmotoren ist die Schubstange in der angefahrenen Position fixiert und ich müsste konstruktiv etwas ändern.

Ttrotzdem Danke für deinen Hinweis. Ich werde mir das nochmal überlegen wenn ich die Schaltung der Steuerung entwerfe.

Viele Grüße
Werner