Bau der Lokomotive 1144 (Spur 5 Zoll)

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:

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 Kurvenradien (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), 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:

 

3D-Modell meiner Gartenbahn-Lokomotive in Spur 5 Zoll, das mit dem CAD Programm Catia V5 erstellt wurde
3D-Modell meiner Lokomotive, das mit dem CAD Programm Catia V5 erstellt wurde

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-150 Digital Motor Controller; 4QD
  • Federn: Gutekunst-Federn
    • Primärfeder: D-313K-01
    • Sekundärfeder: D-313Q
    • Puffer: D-217B
  • Akku: 8 Stück WB-LYP100AHA LiFeYPO4 (3.2 V/100 Ah); Hersteller Winston;
  • Schein­werfer: handels­übliche Halogen­lampen (Leuchtmittel durch 3-Watt-LED ersetzt, Strom­auf­nahme 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!

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

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.

 

Drehgestell in der Ursprungsausführung meiner Gartebahnlok 1144 in 5 Zoll
Drehgestell 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 oftmals der Dreh­gestell­rahmen verbogen wurde.
  • Änderung der Rollen­befestigung.

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In der nächstenen 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.

 

Endversion des Drehgestells - allerdings noch ohne 2. Kettenspanner und Schwingungsdämpfer
Endversion des Drehgestells - allerdings noch ohne 2. Kettenspanner und Schwingungsdämpfer

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.

 

Aktuelle Ausführung des Drehgestells meiner Gartenbahnlokomotive 1144 in 5 Zoll
Aktuelle Ausführung des Drehgestells

 

Die nächste Abbildung zeigt eine Detail­ansicht der Getriebe­zwischen­welle. Das große Ketten­rad ist mithilfe eines Spann­satzes auf der Getriebe­welle montiert, das kleine Ketten­rad wird einfach mit einem Quer­stift fixiert.

 

Detailansicht der Getriebezwischenwelle
Detailansicht der Getriebezwischenwelle

 

 

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 Achsen meist mit Kegel­rollen­lagern bewerk­stelligt.

 

Zwischen den Kugel­lagern 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.

 

Detail der Aufnahme der Achslager meiner Gartenbahnlok in 5 Zoll
Detail der Aufnahme der Achslager

 

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 50x10) 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.

 

Lokrahmen meiner Lok 1144 (Gartenbahn 5 Zoll)
Lokrahmen

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.

 

Drehzapfen meiner Gartenbahnlok in 5 Zoll als Verbindung von Lokrahmen und Drehgestell
Drehzapfen (in gelb) als Verbindung von Lokrahmen (in blau) und Drehgestell (in grün)

Gehäuse und Dach

Der Gehäuseroh­bau wird aus miteinander verschweißten Winkel­profilen der Dimension 20x20x3 gebildet. Die Stege im Dach bestehen aus einem Flach­eisen 40x5. 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.

 

Gehäuserohbau
Gehäuserohbau
Gehäuserohbau mit abnehmbaren Dach
Gehäuserohbau mit abnehmbaren Dach

 

In der folgenden Abbildung wird gerade die Seiten­wand auf den Gehäuse­rahmen aufge­klebt. Die Seiten­wände bestehen aus einem 1 mm dicken Stahlblech.

 

Aufkleben der Seitenwand auf den Gehäuserahmen
Aufkleben der Seitenwand auf den Gehäuserahmen

 

Nun hat die Lokomotive schon ein Dach und seitliche Tritt­bretter bekommen. Die Tritt­bretter sind nur ange­steckt und können somit leicht demontiert werden.

 

Die Grundstruktur des Daches ist fertig.
Die Grundstruktur des Daches ist fertig.

 

Der Rohbau wurde nun fertig­gestellt und das Dach lackiert. Das Vor­dach ist zwecks ein­facher Bearbeitungs­möglichkeit aus Fichten­holz gefertigt.

 

Der Rohbau ist abgeschlossen.
Der Rohbau ist abgeschlossen.

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.

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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.

 

Ansicht des Antriebs mit den Akkus - nur die Akkus sind miteinander verbunden
Ansicht des Antriebs mit den Akkus - nur die Akkus sind miteinander verbunden

 

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.

 

Lokomotive 1144 meiner Gartenbahn 5 Zoll (127 mm) in Mörbisch am See, Gehäuse abgenommen
Ansicht des Antriebs mit den Akkus, im verkabelten Zustand

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.

 

Das Vordach wurde nun abgeschliffen, verkittet und schwarz lackiert.
Das Vordach wurde nun abgeschliffen, verkittet und schwarz lackiert.
Detail der Dachlüfter - die Stege im linken Lüfter wurden alle einzeln in den Rahmen eingeschweißt.
Detail der Dachlüfter - die Stege im linken Lüfter wurden alle einzeln in den Rahmen eingeschweißt.
Einer der beiden Bügel im Bau - die Isolatoren wurden selbst gedreht.
Einer der beiden Bügel im Bau - die Isolatoren wurden selbst gedreht.
Lokomotive 1144
Zustand der Lokomotive, Herbst 2013

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.

 

Lokkasten mit Sicken, Aufnahme im Herbst 2014
Lokkasten mit Sicken, Aufnahme im Herbst 2014

 

 

Das nächste Bild zeigt die Lokomotive im Mai 2015 nach der Lackierung der Seitenwände:

 

Lok BR 1144 meiner Gartenbahn 5 Zoll (127 mm) in Mörbisch am See
Lokomotive 1144 im Mai 2015, der Lokkasten ist nun lackiert.

Momentaner Zustand der Lokomotive 1144

Der Bau der Lok ist nun nahezu abgeschlossen.

 

Lokomotive 1144 meiner Gartenbahn 5 Zoll. Es wurden nun Fensterscheiben eingesetzt und die beiden Rangierertritte befestigt.
Lokomotive im Juli 2019. Es wurden im April 2016 die Fensterscheiben eingesetzt und im Juli 2019 die beiden Rangierertritte hergestellt und befestigt.

Folgendes gehört noch erledigt:

  • Fertigstellung der beiden Stromabnehmer
  • Herstellung und Montage von Bahnräumern (in Arbeit, siehe folgendes Bild)
  • Fertigstellung der Dachlüfter
  • Einbau von roten Schlusslichtern
  • Beschriftung der Lokomotive

 

Bahnräumer meiner Lok 1144 in Bau (Gartenbahn 5 Zoll)
Bahnräumer in Bau

 

 

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Zuletzt geändert am 10.01.2021.