Baubericht zur Malletlok 99 5714

Im Herbst 2011 schloß ich meine vorbereitenden Studien über die als letzte Malletlok für die GMWE im Jahr 1921 gebaute 99 5714 ab, begann einiges an Material dafür zu bestellen und nahm als erstes das Fahrgestell in Angriff.

Dafür fertigte ich eine Reihe von Maßzeichnungen an, aus denen die Größenverhältnisse der einzelnen Baugruppen hervorgehen.  Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, wollte ich das Fahrwerk für diese Lok selbst entwickeln und mit meinen eigenen technologischen Mitteln bauen.

Heraus kam ein zweigeteiltes Fahrwerk, bei dem ich die Rahmenwangen hart zusammenlöten wollte, um später die Möglichkeit zu haben, zusätzliche Teile (Zylinder, Steuerung u.a.) anzulöten, ohne das irgend etwas auseinander fällt.

Ich will es vorweg nehmen:

Dieser Versuch ging schief. Durch die hohe Erwärmung beim Hartlöten (650 - 700°C  -  siehe rechts unten) verzog sich das Messing, wurde weich und war nicht mehr verwendbar.

Ich gab nach einigen Rettungsversuchen auf und konzipierte den Bau neu.


Der zweite Versuch   -   Teil 1    -     Das Fahrwerk

So ging es los:

Das Fahrwerk wird diesmal aus einem durchgängigen Barrenrahmen entstehen, nachdem ich nochmals Fahrversuche mit Dummys in engen Gleisbögen absolviert habe. Die Entscheidung fiel auf einen starren Rahmen, weil die Anlenkung der vorher geplanten zwei Drehgestelle nur schwer in der sehr kleinen, niedrigen Lok unterzubringen ist.
Nun also der Bau des starren Rahmens, der aber zunächst wieder aus zwei Teilen besteht.

Verwendet habe ich ein quadratisches Messingprofil mit 9mm Kantenlänge. Ausgebohrt wurde mit einem 5mm-Bohrer und anschließend mit einem Fräser in der Ständerbohrmaschine der Innenraum der Fahrwerksrahmen herausgearbeitet.

Auf Maß habe ich dann die Messingteile mit Feilen gebracht. Der nächste Schritt war das Bohren der Lagerbohrungen für die Achsen und die Schneckenwelle.  Hier mußte auf das Zehntel genau gearbeitet werden. Im  MENÜ Werkstatt/ Technik  habe ich unter dem Punkt  Zahnräder und Getriebe  einiges zu diesem Thema geschrieben.

Die beiden „Teilfahrwerke“ habe ich zusammengeklebt, um nochmal Fahrversuche speziell in Gleisbögen zu veran-stalten. (linkes Bild o.)
Ergebnis:
Es ist nicht ideal, aber einen 35er Radius schafft das Teil noch ohne Probleme. Nun wurde es wieder ernst: Zusammenbau mit den Zylinderträgern und der Motorhalterung (Bild anklicken):

Der Achsantrieb
Der Achsantrieb

Anschließend ging es an die „Innereien“.
Zum Einbau der Schneckenwelle mußten Kugellager im Rahmen und auf der Welle montiert werden.
Die Bohrungen haben erstaunlicherweise auf Anhieb gesessen und ich konnte die Schneckenwelle problemlos einbauen.

Das vorn auf der Welle sitzende Riemenrad habe ich zwischenzeitlich gedreht und zusammen mit dem Kugellager fest auf der Welle verankert (gelötet), während die Schnecken auf der Welle für Montagezwecke  noch verschiebbar sind. Im rechten Bild sind die Maße des Achsantriebes zu erkennen.
Nur das hintere Kugellager ist fest im Rahmen eingepreßt, so daß ich bei Bedarf die Welle leicht aus dem Rahmen entfernen kann:

Zusammen mit dem Motor kann man jetzt erkennen, daß meine Mallet einen Riemenantrieb ( etwas runter-scrollen) erhalten wird.

Der Durchmesser der Riemenscheibe ist so berechnet, daß er dem angestrebten Untersetzungsverhältnis von 1:53 entspricht.

Für die Aufnahme des Faulhabermotors habe ich ein Gewinde M5,5 in die Motorhalterung geschnitten. Den Gewindebohrer dafür mußte ich mir für diese eher seltene Gewindegröße extra anschaffen. Dadurch konnte ich aber den Motor problemlos zu Montagezwecken wieder demontieren.



Im Anschluß an diese Arbeiten baute ich eine Plattform für den Führerhausboden mit der abgewinkelten vorderen Führerhausfront. Dieser Führerhausboden war besonders wichtig, weil er an der Lok das fixe Maß für viele andere Bauteile, insbesondere das Gehäuse darstellt. Die Einbauhöhe war entscheidend, und natürlich die äußeren Abmessungen, die gleichzeutig die Größe des Führerhauses festlegen.

Dieses abgewinkelte Bauteil habe ich dann in der Mitte nach den Maßen des Fahrzeugrahmens ausgefeilt, angepaßt und nach sorgfältiger Prüfung der richtigen Lage eingelötet. (untere Bilder)

Und nun muß ich von einer zweiten Fehlkonstruktion berichten, bei der ich auch entsprechendes (Bastler)Lehrgeld bezahlt habe. Meine Absicht war, die vordere Führerhauswand gleichzeitig als hinteres Lager für eine übergroße Schwungmasse zu nutzen (o.Bild-rechts). Ich wollte also die gesamte Länge zwischen Motor und F-vorderwand für diese Schwungmasse nutzen. Dafür baute ich das im o.Bild zu sehende Lager als Querriegel mit eingesetztem Kugellager, der mit Hilfe von Langlöchern verschiebbar war.

Dann drehte ich die Schwungmasse mit Aufnahmen für die Motorwelle und das hintere Lager. Den eingebauten Zustand gibt das linke Bild wieder.

Die entscheidende Größe für die Wirksamkeit einer Schwungscheibe ist ihre Masse/ vulgo: Gewicht.
In der newtonschen Mechanik ist jede Bewegungs-änderung proportional zu der Kraft, die die Bewegungs-änderung verursacht hat, unabhängig von der Form der Masse. 
Nun verhält sich aber eine relativ „schmale“ Schwungscheibe auf einer Motorwelle rein mechanisch einfacher als z.B. meine „lange“ Schwungmasse, weil hier noch zusätzliche andere Zentrifugal/Torsionskräfte wirken. Ein Modellbahnkollege hat sich auf seiner HP beispielhaft mit der Herstellung von Schwungmassen beschäftigt.
Eine Schwungscheibe mit möglichst großem Durchmesser auf der Motorwelle ist die für den Bastler am einfachsten zu beherrschende Mechanik. Das alles war mir bekannt. Trotzdem startete ich die Versuche mit dieser langen Schwungmasse bis zur Nenndrehzahl des Motors mit 16000 U/min.

 

Ich will es kurz machen:

Meine Konstruktion hat sich nicht bewährt. Zu viel Aufwand beim Einrichten, zu große und nicht völlig beherrschbare Unwuchten und eine ungeeignete Verbindung zwischen hinterer Motorwelle und Schwungmasse. Wenn man sich als Konstrukteur so etwas "Geniales" ausdenkt, will man es dann auch zur Perfektion bringen. Ich hatte aber keine Chance. Die Gesetze der Physik lassen sich auch von mir nicht überlisten.

Ich brach also meine Versuche ab und sah an dieser Stelle für später eine "normale" Schwungmasse von ca. 10 x 10 mm vor.

Im nächsten Bauabschnitt habe ich mich mit den Achslagern beschäftigt. Die wurden zunächst mit Lagerbuchsen versehen (unten, links aus einem früheren Bauablauf)) und danach nach unten geöffnet. Zunächst mit einer Säge, dann wurde mit Nadelfeilen der Schlitz genau zentrisch auf 1,5mm aufgeweitet. Damit sind die Lagerbuchsen zu Lagerschalen geworden, die ich vor dem Öffnen der Lager von hinten mit einem Klecks Lötzinn in den Rahmen eingelötet habe. Nach Jahren des Betriebes und bei entsprechendem Abrieb kann ich dadurch die Lagerschalen bei Bedarf auswechseln.

Nun ist es möglich, die Achsen bequem von unten einzulegen und das Spiel Schnecke/Schneckenrad zu kontrollieren. Es sollen ja alle 4 Achsen angetrieben werden. Das bedarf eines absoluten Rundlaufs der Schneckenwelle über ihre ganze Länge von ca. 60mm.

Für die Schließung des Barrenrahmens von unten gegen Beschädigungen und Schmutz fertigte ich eine Bodenplatte an. Am hinteren Ende dieser Platte aus 1,5mm Messingblech wurde ein Stück Vollmessing als hinterer Abschluß des Lokrahmens hart aufgelötet.

Diese Platte mußte demontierbar sein und Raum für die 4 Schneckenräder auf den Antriebsachsen bieten. Also mußten unter den 4 Antriebsachsen entsprechende Öffnugen für die Schneckenräder eingearbeitet werden.

Links ist diese Abdeckplatte im Rohbau zu betrachten.


Zu den obigen Bildern:

Die vier Achsen sind eigentlich Speichenräder von Güterwaggons und hier nur zweckentfremdet eingesetzt um meine guten Weinert - Lokräder noch zu schonen.

Ich habe zur Erleichterung der Montage wegen des notwendigen, häufigen Zusammen- und Auseinanderbauens des Fahrwerkes Paßstifte zwischen Bodenplatte und Rahmen eingesetzt. Dadurch mußte ich nicht bei jeder Montage die Befestigungsschraube einsetzen und festschrauben. Außerdem reduzierte sich damit die Befestigung der Bodenplatte auf nur eine Schraube.


Nach einiger Überlegung, der wiederholten Überprüfung der Zeichnung und der praktischen Erprobung änderte ich das Konzept und kürzte die gesamte Rahmenhöhe, so daß der Mittelpunkt der Achslagerbohrungen nur noch 1,3 mm von der Bodenplatte entfernt war. Damit habe ich auf recht einfache Weise das senkrechte Spiel der Laufachsen auf 4 - 5 Zehntelmilimeter beschränkt.
Ein noch größeres Spiel ließ die Kraftübertragung Schnecke/Schneckenrad nicht zu, die Schnecken würden sonst „durchdrehen!“
Bei Probefahrten auf einem Stück Gleis, das eher einer Buckelpiste ähnelte, blieben die Räder auch schon ohne Federung auf dem Gleis.

Um erste Probefahrten durchzuführen, mußten noch die Schneckenräder auf den Achswellen befestigt werden. Ich habe mich für das Löten entschieden, Kleben wäre sicherlich auch gegangen.

Beim Löten gilt es allerding sehr aufzupassen, daß kein Lötzinn in die Verzahnung des Schneckenrades gelangt.

Passiert einem das, dann ist dieses Schneckenrad nicht mehr zu gebrauchen, denn die Entfernung des Lötzinns ist nicht machbar, ohne der Verzahnung empfindliche Schäden zuzufügen.

Und genau mittig sollten die Zahnräder natürlich auch sitzen.

Beim Triebfahrzeugbau sind die ersten Testfahrten immer ein Höhepunkt und auch gleichzeitig Abschluß einer Bauetappe.

Alles lief tatsächlich wie voraus berechnet. Von Schrittgeschwindigkeit bis zu Volllast bei ca. 35 Modell-Kmh war nur ein leises Schnurren zu hören.
Neugierig hab ich sie (weil ja jetzt starres Fahrwerk) auch über meine Tillig-Federzungenweichen fahren lassen. Alles in schönster Ordnung. Sie nahm die engsten Radien auf meiner Anlage völlig ohne Probleme, sogar im Kriechgang.

Die einzige für mich zunächst nicht genau berechenbare Variable in meiner Getriebeuntersetzung war  die Lastdrehzahl des Motors. Er war im Leerlauf mit 16000 Upm angegeben und ich habe als Ausgangspunkt für meine Getriebeberechnungen 11000 Upm  Lastdrehzahl „angenommen“.
Nach dem Umstieg von Zahnrad- auf Riemenantrieb, den man auch exakt berechnen kann, kam die praktische Auswirkung des Riemenantriebes auf die Drehzahl noch als weitere Variable hinzu.
So bin ich beim Drehen der Riemenscheiben auf Nummer „Sicher“ gegangen und habe eine Untersetzung gewählt, die das Modell theoretisch auf der Anlage 25 Modell-Kmh fahren ließ.

Jetzt, bei den Testfahrten stellte sich heraus,  daß sie bei 12 VDC - also Vollast - in einer Minute rd. 5,50m auf der Anlage fährt, das sind ca 29 Modell-Kmh.
Nicht schlecht unter dem Aspekt, daß für die „reale“ Mallet als Höchstgeschwindigkeit 30 Kmh angegeben waren.

Und als Beleg für die erfolgreichen Testfahrten ein paar bewegte Bilder!

 Der nächste Bauabschnitt beinhaltete die Herstellung der Steuerungsträger und die Korrektur der Zylinderhalterungen, die  - wie sich herausgestellt hatte -  für die Montage der Zylinder nicht geeignet waren.

Der Grund:  Die Zylinder haben beim Orginal alle eine Neigung von 4°. Die war mit den bisherigen Zylinderhalterungen nicht darstellbar. Sie wurden  deshalb entfernt und durch 0,3mm starke, abgewinkelte Bleche ersetzt. Mit diesen Blechen konnte ich die Neigung der Zylinder orginalgetreu einstellen.

Während die Halterungen für die Hochdruckzylinder mit 2 M1 - Schrauben am Rahmen befestigt wurden, habe ich vorn bei den Halterungen für die Niederdruckzylinder  den Lötkolben genutzt.

 

Im montierten Zustand sind dann diese Halterungen auf jeder Seite um 4° aus der Senkrechten gebogen worden. Auf die so gebogene Fläche konnten später die Zylinder aus Weißmetall aufgeklebt werden.

Wichtig war auch der Abstand der Zylinderhalterungen auf jeder Triebwerksseite, denn nach ihm richtete sich wiederum der Abstand der Steuerungsträger zu den Zylindern.

Ich kam also langsam in die Bereiche, in denen ich keine Fehler mehr machen durfte, wenn die 4 Triebwerke mechanisch einwandfrei funktionieren sollten.

Die Herstellung der Steuerungsträger läßt sich am Besten mit einer kurzen Bilderfolge erklären. Zunächst wurden vier 0,5mm starke Bleche aufeinandergelötet, gebohrt und anschließend mit dem Bohrzwerg grob die Form heraus-gearbeitet. Den Rest besorgten meine Nadelfeilen. Auf die gleiche Weise habe ich den Querträger gebaut und beide Teile miteinander verlötet. (Bilder anklicken)