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.


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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:
 

3D-Modell meiner 5 Zoll Lokomotive
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-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

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 der Gartenbahnlok 5 Zoll in der Ursprungsausführung
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 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.
 

Verbesserte Version des Gartenbahn-Drehgestells
Verbesserte Version 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
Aktuelle Ausführung des Drehgestells
 

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.
 

Detailansicht der Getriebezwischenwelle
Detailansicht der Getriebezwischenwelle


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.
 

Detail der Aufnahme der Achslager meiner Gartenbahnlokomotive 5 Zoll (CAD-Zeichnung)
Detail der Aufnahme der Achslager (CAD-Zeichnung)

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.
 

Lokrahmen
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 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 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.
 

Gehäuserohbau der Lok
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 der Lok 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.

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
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.
 

Ansicht des Antriebs mit den Akkus, im verkabelten Zustand
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.
 
Zustand der Lokomotive im Herbst 2013
Zustand der Lokomotive im 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 vom Herbst 2014
Lokkasten mit Sicken, Aufnahme vom Herbst 2014
 

Das nächste Bild zeigt die Lokomotive nach der Lackierung der Seitenwände:
 

Lokomotive 1144 im Mai 2015, der Lokkasten ist nun lackiert.
Lokomotive 1144 im Mai 2015, der Lokkasten ist nun lackiert.
 
Lokomotive im Juli 2019.
Lokomotive im Juli 2019. Es wurden im April 2016 die Fensterscheiben eingesetzt und im Juli 2019 die beiden Rangierertritte hergestellt und befestigt.

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:
 

Bahnräumer in Bau
Bahnräumer in Bau


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.
 

Lokomotive 2022
Lok mit Bahnräumern
 

Folgendes gehört noch erledigt:

  • Fertigstellung der beiden Stromabnehmer
  • Fertigstellung der Dachlüfter
  • Beschriftung der Lokomotive
 


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Zuletzt geändert am 10.08.2023.