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Modell Kapitel 1: Planungs- und Testphase

von Desirofreak · 19. April 2019 · ·
Kategorien:
  1. Das Gehäuse der Lok stammt von Shapeways aus dem 3D-Druck. Im Lieferumfang enthalten ist das Gehäuse, ein Rahmen mit Tank, Schürzen und Trittleitern sowie ein Satz von 4 Drehgestellblenden.

    Bereits früh zeigten sich einige Hürden:

    1. Es existiert von keinem Großserienhersteller ein 4-achsiges Drehgestell, welches als Grundlage für dieses Modell genutzt werden kann. Daher muss ich das Fahrwerk komplett von Grund auf neu entwerfen:
    - als Antriebskomponenten habe ich aufgrund der ähnlichen Höchstgeschwindigkeit die NoHAB AA16 gewählt, die es von Tillig gibt. Damit kann ich auf Achsen und Getriebe zurückgreifen und diese für meine Lokomotive verwenden.
    - für ein 4-achsiges Drehgestell müssen einige Achsen seitenverschiebbar sein, um die Kurvengängigkeit zu gewährleisten. Ich habe mich für die mittleren beiden Achsen entschieden
    - da das Gehäuse innen nur eine Breite von 12mm besitzt und damit der Standardschaft von Tillig zu wenig Bewegungsfreiheit besitzt, muss ein Großteil des Antriebsstranges in das Drehgestell integriert werden.

    Ich habe dazu ein Fahrwerk entworfen, welches die Schnecke bereits integriert und nach oben durch den Bodenrahmen mit einer Kardanwelle angesteuert werden kann:
    Drehgestell.jpg
    Das Bild entstammt den Aufnahmen von Dikusch vom Frühjahrsstammtisch in Dresden 2019.

    Dieses Drehgestell wird in der finalen Fassung auf allen 4 Achsen angetrieben sein. Momentan hat es noch einen Fehler, der dafür sorgt, dass die erste Achse gegenläufig dreht. Das wird zeitnah durch eine neue Anordnung/Anzahl der Zahnräder korrigiert.

    Die beiden mittleren Achsen sind trotz des Zahnrades um je 1mm in beide Richtungen seitenverschiebbar und laufen damit selbst durch einen 310mm Radius. Die Schnecke wird über die Halterungsplatte in das Drehgestell eingerastet.

    2. Die enorme Länge des Fahrzeuges, die selbst in 1:120 noch stolze 25cm beträgt, kombiniert mit dem großen Abstand der Drehzapfen von den Kupplungen erfordert ein völlig neues Konzept für das Fahrwerk, um sicherzustellen, dass die Kupplungen in Kurven stets über der Schiene bleiben und nicht nach außen darüber hinaus ragen.

    Lösungsmöglichkeit 1: Der originale Drehpunkt bleibt erhalten. Damit kann die Lokomotive jedoch nur Radien größer 550mm befahren, was auf Modulanlage noch machbar wäre, jedoch in unsichtbaren Anlagenteilen den Platzbedarf immens erhöht.

    Lösungsmöglichkeit 2: Der Drehpunkt kann weiter nach vorne verschoben werden. Damit schwenkt der hintere Teil des Drehgestells stärker aus und es können engere Radien befahren werden, ohne dass die Kupplung aus dem Gleis ragt. Optisch ist diese Lösung jedoch nicht akzeptabel.

    Finale Lösung: Das Fahrwerk bekommt eine 2-stufige Führung. Dabei hat das Drehgestell zwei verschiedene Drehpunkte, die in verschiedenen Radien zum Einsatz kommen:

    Bis zu einem Radius von 550mm wird der Drehpunkt in der Mitte des Drehgestells verwendet (rote Markierung), um eine vorbildtreue Optik zu gewährleisten. Durch die scharfe Biegung der umgebenden Führung ist dieser Drehpunkt bis zum erreichen des 550mm Radius konstruktiv fixiert:
    DDA40X Radius 1.JPG

    Wird der vorgesehene Radius unterschritten, also wenn der äußere Aufhängungspunkt (blaue Markierung) das Ende seiner Führung erreicht hat, kann sich der innere Drehpunkt bewegen. Der Radius der inneren Führung verwendet als Mittelpunkt den Punkt, den der äußere Drehpunkt maximal erreichen kann. Damit ist sichergestellt, dass sich der innere Drehpunkt erst bewegen kann, wenn der äußere bereits voll ausgeschlagen ist:
    DDA40X Radius 2.JPG

    Der im Bild gezeigte Radius von 250mm ist dabei nur der Wert, der sich aus der Konstruktion als minimaler Radius ergeben hat. Für einen Einsatz mit gekuppelten Wagen ist der minimale Radius trotzdem höher. Der genaue Wert für den minimalen Einsatzradius ist noch nicht ermittelt aber soll wenigstens 353mm betragen.

    Die Funktionsfähigkeit dieser Konstruktion habe ich an einem maßstäblich vergrößerten Holzmodell bereits erfolgreich getestet:
    IMAG0277.jpg

    Soviel für's Erste von der Planung.
    schnerke, Birger, Carsten und 9 anderen gefällt das.

Kommentare

  1. Desirofreak
    @MacG: Halb richtig.. Dann hätte ich aber schreiben müssen 6600hp für englische Horsepower.. ich habe es in metrische Pferdestärken umgerechnet und das ergibt 6691,54 PS und dann für das Auge aufgerundet. Damit können die Mitlesenden eher etwas anfangen. Auch die offizielle Angabe von 4,92MW Leistung ergibt umgerechnet 6689,34PS
    Aber genug der Rosinenpickerei ;) Es ist immernoch eine gewaltige Antriebsleistung für eine Diesellokomotive
  2. MacG
    Wie schon auf dem Stammtisch gesagt, wünsche ich Dir viel Erfolg mit Deinem Konzept. Ich bin auf den Funktionstest gespannt.

    Im Übrigen hat die DDA40X 6.600PS. Da es eine amerikanische Lok ist, bleibt man bei den dort üblichen SAE-PS.
  3. Stardampf
    Ideal wäre, wenn man die Rückstellkraft von der an der Kupplung anliegenden Zugkraft ableiten könnte. Jedenfalls so lange, wie die Lok nicht schieben muß...
    So sehe ich das auch, mit theoretisieren kommst Du hier nicht weiter.
    Allerdings empfehle ich, die Testschablone lasern zu lassen. Das dürfte deutlich günstiger zu haben sein. Nimm Stahl, Alu macht deutlich mehr Grat.

    Abschließend noch eine Idee zum äußeren Drehzapfen:
    Wenn Du den <-förmig gestaltest und am Ende der Führung eine 'Raste' vorsiehst, kann so der äußere Drehpunkt fixiert werden, wenn der innere Stift die Mittellage verlassen hat.

    DG-Führung01.jpg
  4. Desirofreak
    Das Problem was ich bei Federn sehe ist, dass sie immer für einen ganz präzisen Lastfall ausgelegt werden. Sobald man das Toleranzband dieses Lastfalles verlässt kann eine Feder plötzlich einen negativen Effekt haben. Gerade diese Maschine ist da ein Kandidat, da es hier eigentlich keinen optimalen Lastfall gibt. Sie muss sowohl alleine als auch mit einem verhältnismäßig langen Zug sicher durch Weichenstraßen fahren. Stelle ich die Feder zu stark ein wird sie bei geringer Last mit zu viel Kraft in die Gerade gedrückt und wird vermutlich bei jeder Weiche geradeaus fahren.. Unabhängig von der Weichenstellung. Stelle ich sie wiederum zu schwach ein wird die Feder kaum noch Effekt haben, da die wirkenden Kräfte einfach zu stark sind.

    Das Problem mit dem Drängeln dürfte sich bei einer präzise konstruierten Führung weniger stark ausprägen, wenn ich sicherstelle, dass der jeweils in Bewegung befindliche Zapfen sich frei bewegen kann ohne anzuecken, während der stehende Zapfen die Kraft überträgt. Das sollte in der Theorie auch machbar sein. Gehen wir das mal durch:

    Führung_01_a.jpg

    Fahrtrichtung Links, wir betrachten das VORDERE Drehgestell. In Neutralstellung liegt der rechte Zapfen an der abgeflachten inneren Kurve der rechten Führung an. Diese muss so entworfen werden, dass der Zapfen fast exakt an einem Punkt gehalten wird (roter Kreis) Dabei übernimmt dieser Zapfen die Zugkraft des Drehgestells. Der linke Zapfen muss dabei exakt in der Mitte seiner Führung liegen sodass an beiden blauen Kanten kein wesentlicher Reibungskontakt stattfindet.

    Führung_01_b.jpg
    Ist der maximale Einschlag des linken Zapfens in einer RECHTSkurve erreicht wird dieser in die Wanne geführt und übernimmt dort die Kraft (roter Kreis) dabei wird der rechte Zapfen minimal von seinem vorigen Punkt weggedrückt, und kann sich ab da in seiner eigenen Führung bewegen. Wiederum mit unwesentlichem Reibungskontakt. Da in jeder beliebigen Kurvenposition jeweils nur EINER der beiden Zapfen überhaupt in der Lage ist sich zu bewegen und der andere konstruktiv fixiert ist, sollte so eine "Kraftübergabe" theoretisch möglich sein.

    Am HINTEREN Drehgestell wird es da allerdings schwieriger:
    Führung_01_c.jpg
    Hier liegt der linke Zapfen bereits in einer sehr komfortablen Wanne. Daher muss der rechte Zapfen so in Position gebracht werden, dass der linke sich noch ohne starke Reibung aus seiner Position bewegen kann..

    Lange Rede kurzer Unfug, ich denke ich werde es einfach erstmal ausprobieren müssen wie es sich verhält. Dazu muss ich mir mal eine Testführung aus Metall fräsen lassen und sie unter verschiedenen Lastfällen ausgiebig testen. Aber ich behalte mir die Option mit der Feder auf jeden Fall in Reserve
  5. Stardampf
    Der Gedanke hinter meiner Fragestellung war, daß der Zugkraftverlauf jeweils ein anderer wäre.

    A - Kupplungen am Drehgestell:
    Beide DG 'drängeln' (Kraftübertragung!) an der jeweils äußeren Kulisse, weil die Zugkraft linear durch alle beteiligten Komponenten geht. Die inneren Kulissen führen nicht (Spiel). Damit fallen die inneren Kulissen zur Definition eines Drehpunktes aus, an den äußeren bestimmt die Lastrichtung, wohin der Drehpunkt wandert.

    B - Kupplungen am Hauptrahmen:
    Beide DG drängeln an in FR liegender Kulisse, weil die Zugkräfte beider DG parallel auf den Hauptrahmen übertragen werden. Das hintere DG verhält sich wunschgemäß, das führende wie unter A beschrieben.

    Fazit:
    Ich empfehle eine federbelastete Zwangszentrierung der inneren Drehpunkte.
  6. Desirofreak
    Die Kupplungen kommen in bereits vorhandene Aussparungen am Lokrahmen. Um sie an das Drehgestell zu bringen müsste man praktisch die gesamte Schürze ebenfalls verändern. Und das sieht dann wiederum besch... eiden aus
  7. Stardampf
    Wie es funktionieren soll, habe ich verstanden. Ich drücke Dir die Daumen (alle zehn!) daß es auch tut, was es soll. Ein bißchen skeptisch bin ich aber auch...
    Ich würde versuchen, den Abstand der beiden Drehzapfen zueinander zu maximieren (Spiel ausnutzen), damit immer der in Fahrtrichtung vorne liegende Drehzapfen an seiner Kulisse anliegt und so zur Mitte drängelt. Anders'rum wäre es von Übel.

    Kommen die Kupplungen ans Drehgestell, oder an den Lokrahmen?
  8. krokodil
    IMG_3973.JPG

    Ich bin kein großer Fan von solchen Kulissenführungen. Ich würde es mit Doppeldrehzapfen lösen. (Bitte um Entschuldigung ich habe jetzt nur einen Ipad für Zeichnungen).
    Grüner Zapfen ist auf dem Rahmen, der blaue auf dem Drehgestell. Die Positionen muss man sorgfältig ausrechnen. Die zwei Zapfen sind mit einer Kuppelstange verbunden, also das Drehgestell kann die notwendige Bewegungen machen, und in einer Richtung ( R>L) kann nicht klemmen, in der andere Richtung bin ich nicht sicher wie wird es funktionieren, vielleicht muss man mit einem Feder zentrieren.
  9. Desirofreak
    Also pass auf ich hab das nochmal kurz gezeichnet zur Veranschaulichung: Fahrtrichtung LINKS:
    Führung_01.JPG
    Der äußere Drehzapfen (links) bewegt sich auf einer Kreisbahn dessen Mittelpunkt exakt im Zentrum der zweiten Führung liegt. Dadurch kann er sich bei zentriertem INNEREN Drehzapfen (rechts) frei in seiner Bahn bewegen.

    Führung_02.JPG
    Andersrum funktioniert das NICHT, da wie zu erkennen ist der Radius der INNEREN Führung zu steil ist. Der Drehzapfen (blau) stößt bereits bei minimaler Auslenkung an der Führung an und wird blockiert. Klar ist da eine minimale Toleranz aber die liegt bei weniger als einem halben Millimeter insgesamt. Aber:
    Führung_03.JPG
    Die Form der INNEREN Führung (rechts) ist auf die maximalen Auslenkpunkte der ÄUßEREN Führung justiert. Damit sich der innere Drehzapfen überhaupt bewegen kann muss der äußere erst in der Position sein, die dem Mittelpunkt der Kreisbahn entspricht.

    Ich hoffe das hat es etwas verdeutlicht. Klar ist das gerade bei schnellen Ausschlägen vielleicht etwas riskant aber ich habe nicht geplant mit maximaler Geschwindigkeit durch einen engen Schattenbahnhof zu brettern :)
      schnerke und jasch gefällt das.
  10. krokodil
    Mit diesen Radien ist es recht gefährlich. Man kann schon eine schöne Strecke bauen mit großen Radien, aber dann kommt ein BHf mit komplizierten Weichenstrassen und das Spiel vorbei.
    Mich würde schon interessieren was kann das Drehgestelle ( unteres Bild) dazu zwingen das der vordere Drehzapfen nicht dort bleibt wo er ist ( siehe das Bild) und das hintere versucht einzudrehen und spreizen? Laut deiner Konstruktion muss erst der außere Zapfen in den Mittelpunkt bewegen dann der mittlere Zapfen soll folgen.
    Ich bin neugierig wie wird es funktionieren ( dazu noch in beiden Richtungen und mit Kardanantrieb).
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