Bau einer Shay Livesteamlokomotive 45mm Spur

[Reh]

Hallo zusammen!

Nachdem ich mich im Forum kurz vorgestellt habe, möchte ich nun etwas näher auf mein Selbstbauprojekt Shay122 eingehen. Als ungefähres Vorbild für mein Freelance-Modell wählte ich wegen ihres stimmigen Aussehens die Lok 122 aus.
shay122 (Reh)

Waldbahnlokomotive von Typ Shay mit der Seriennummer 122 (Bild: shaylocomotives.com)

Ich möchte euch nun am Bau der Lok teilhaben lassen. Es wird kein Nachbau sondern ein Frei-Schnauze Modell sein. Es gibt keinen Zeitplan oder Fertigstellungstermin, ich werde in lockerer Reihenfolge immer mal wieder einzelne Baugruppen vorstellen. Ich hoffe, doch auf Interesse bei Euch zu stossen, schliesslich erfreue ich mich auch immer wieder an den tollen Bauberichten hier im Forum. Begonnen habe ich damit im Jahre 2002 mit dem Entwurf und Bau der Antriebs-Fahrgestelle, damals noch ohne Festlegung auf Dampf oder Elektroantrieb. Inzwischen habe ich mich für ein Livesteam-Modell entschieden. Die Lokomotive wird komplett aus Eigenbau-Teilen entstehen. Die Dampfmaschine dazu wurde Anfang diesen Jahres fertig.
Es ist eine weiterentwickelte Maschine aus dem Gartenbahn -Projekt "Waldbahnlok 1:22.5", D10/H16, Laufbuchsen Bronze, Kolben Edelstahl, Stopfbuchsen mit Teflonwickel, Umsteuerventil mit zentraler Welle.
Eine zusätzliche Getriebeuntersetzung vor der eigentlichen Antriebswelle ist hier zwar nicht ganz vorbildgerecht, aber der Kraft und realitätsnahen Geschwindigkeit durchaus zuträglich (ist durch eine Lochgitterabdeckung später eh nicht mehr zu sehen).

AggregatShayLoco (Reh)


Das Modell wird Gasgefeuert sein. Nachspeisung und Gasregeleinheit sind angedacht. Es soll R1-Weichen durchfahren können und mit 3,5% Steigung fertig werden.

Bis dann!

[Eisenbahner]

Herzlichen Glückwunsch zu Deiner Entscheidung!
Ich freue mich immer, wenn sich ein Modellbauer an diese doch recht anspruchsvolle Lok wagt. Du schreibst, daß Du die Drehgestelle schon fertig hast. Stellt Du davon ein paar Bilder ein?
Bin sehr gespannt, welche Fortschritte die Lok nimmt. Gut finde ich auch, daß Du Dir kein enges zeitliches Limit gesetzt hast. Bei mir dauerte es 5 Jahre.
Gruß und wenig Ausschuß
Eisenbahner
P.S Bei mir hat der "Ausschuß" noch für eine zweite elektrische Lok gereicht.

[Reh]

......Du schreibst, daß Du die Drehgestelle schon fertig hast. Stellt Du davon ein paar Bilder ein?
.......

Hallo Eisenbahner, ich danke Dir, hab Deine Lokomotiven schon öfters bewundert. Zur Frage: Ja, die Drehgestelle werde ich, wie alles andere, auch noch zeigen, waren schon ne harte Nuss die Dinger, sind auch nicht perfekt geworden, aber laufen tun Sie Ich muss das nur mal redaktionell und visuell aufarbeiten.

Herzliche Grüsse

[Reh]

Also, weiter gehts,
ich fange bei der Lokomotive unten an, bei den Drehgestellen:
Die wurden wie schon erwähnt, 2002 schon fertiggestellt, komplett mit Antriebswelle, Gelenken und Längenausgleichselementen.

Drehgestell Shay122 (Reh)

Drehgestell mit Antriebsstrang

Die Achsen sind auf der Antriebsseite im Rahmen mit Kugellagern gelagert, auf der Gegenseite mit Sinterlagern. Diese aufwändige Lösung deshalb, weil durch die querliegende Antriebswelle vor der Achse kein Platz zum Lagern der Achswelle blieb (1,4mm). Die Kegelzahnräder (zugekauft) sind mit Feingewinde justierbar in den Rädern versenkt, um später das Zahnspiel genau einstellen zu können. Selbstredend dürfen die Achsen keinerlei Seitenspiel haben und rund und leichtgängig muss auch noch alles laufen.
Da hatte ich mir ganz schön was aufgehalst, das Ergebnis ist imho ok. Es fehlen jetzt noch die Bremsen an den Gestellen.

Man muss bei einer Shay zwingend mit den Komponenten Drehgestelle und Antriebswelle beginnen, weil sämtliche Proportionen der Lokomotive von der Machbarkeit der Länge des Antriebsstranges abhängen. Und diese Länge wird bestimmt von der Kompaktheit der Gelenke und der Länge der Schiebeausgleichselemente. Im Klartext, will man einen Engen Radius durchfahren, müssen die Längenausgleichselemente entsprechend dimensioniert werden.

Antriebswelle Shay (Reh)


Bei mir waren das 32mm Längenänderung pro Ausgleichselement bei Durchfahren von R1 Gegenkurven, herausgefunden durch probieren auf einem abenteuerlichen Versuchsaufbau. Leider bin ich mir gar nicht sicher, ob die 2mm Messingschrauben in den Knochen der Gelenke dem Betrieb standhalten. Was meint Ihr

Das Urmodell (Reh)

Erste Schritte zum Ermitteln von Dimensionen

Noch ein paar Pappaufbauten erleichtern gleichzeitig das Beurteilen des gesamten Erscheinungsbildes. Na, ist doch fast fertig
Demnächst gehts weiter.

[Eisenbahner]

Hallo Reh,
die 2 mm Schrauben halten das locker aus, sofern sie festgezogen sind. Sichere nach einem letzten Zusammenbau (nach der Lackierung) alle Schrauben mit Locktite. Ich habe damals viele der Schrauben im Garten verloren. Welchen Achsdurchmesser der Kardanwelle hast Du gewählt? Ich tippe auf 3 mm. Richtig? Die Zahnräder und Ausgleichgelenke dann mit M2 Madenschrauben fixiert? Achtung: Die waren bei mir der Schwachpunkt, allerdings hat meine Welle nur 2 mm Durchmesser. Auch hier half Locktite.
Die Idee mit dem Feingewinde am Kegelzahnrad zur Einstellung des axialen Spiels - Kompliment! Einfach genial!
Sind die Zahnräder von Conrad?
Gruß
Eisenbahner

[Reh]

....Welchen Achsdurchmesser der Kardanwelle hast Du gewählt? Ich tippe auf 3 mm. Richtig? Die Zahnräder und Ausgleichgelenke dann mit M2 Madenschrauben fixiert? Achtung: Die waren bei mir der Schwachpunkt, allerdings hat meine Welle nur 2 mm Durchmesser. Auch hier half Locktite.
Die Idee mit dem Feingewinde am Kegelzahnrad zur Einstellung des axialen Spiels - Kompliment! Einfach genial!
Sind die Zahnräder von Conrad?
Gruß
Eisenbahner

Ja, 3mm Welle, die wird aber in die die Gelenke und Ausgleichselemente mit Gewinde eingedreht und mit M2 Madenschrauben fixiert. Das die gesichert werden müssen ist schon klar. Die Zahnräder (richtig, ne Menge Euros) sind ja auch durch 2 Schrauben gesichert. Das mit der Axialspiel-Einstellmöglichkeit hat mir so lange Kopfzerbrechen bereitet, bis ich diese Lösung hatte. Ich bin kein gelernter Maschinenbauer, ich stand mal 4Wochen in der Lehre an einer Drehbank...vor 25 Jahren...da bin ich angesichts solcher Geistesblitze schon mal ganz stolz, Danke schön
Grüsse, Der, die, das Reh

[Reh]

So, weiter gehts nun wie versprochen mit dem Kessel Teil 1.
Das Vorbild hat ja einen sogenannten T-Boiler. Aufgrund erheblicher Bedenken meinerseits, das Ding im Bereich der Verbindung zwischen stehendem Teil und liegendem Kesselteil dauerhaft druckdicht zu bekommen , habe ich mich für einen reinen Stehkessel entschieden. Als Kessel-Vorlage diente mir wieder das Waldbahn-Livesteamprojekt der Gartenbahn mit leicht modifiziertem Bauplan, angepasst an die vorhandenen Materialien. Als Kessel dient ein 58er Messingrohr mit 2mm Wandstärke in das eine 38er Feuerbüchse mit Rauchrohr und Quersiederohren aus Kupfer eingelötet wird, selbstverständlich alles mit Hartlot. Meine anfängliche Skepsis vor solch grossen Lötstellen war schnell verflogen, als es doch reibungslos klappte. Nur immer ordentlich einheizen

KesselShay1 (Reh)

Feuerbüchse mit schräg eingelöteten Quersiederohren (die seitlichen zu sehenden Haltelaschen zur Kesselbefestigung hab ich inzwischen entfernt, da sie zu schwach waren)

KesselShay2 (Reh)

Stehkessel

Seitlich am Kessel sind die Lötringe für den Wasserstand angebracht, oben die für das Sicherheitsventil, Dampfentnahme, Manometer und Nachspeiseventil vorgesehen. Der Kessel hat die Druckprüfung mit 10 bar gemeistert, dem Betrieb steht also nichts mehr im Wege.
Das Rauchrohr wird später noch bündig eingekürzt. Die Öffnung werde ich dann irgendwie verdecken, ohne den Brennerzug allzu sehr zu behindern.
Unten sind die Halterungen für den Keramikbrenner zu sehen, seitlich die Winkel zur Befestigung im Hauptrahmen.


KesselShay3 (Reh)

Blick in die Feuerbüchse von unten.

Um dem Aussehen des Vorbildes gerecht zu werden, wird es natürlich auch den dazugehörigen liegenden Teil des Kessels geben. Da das Kesselvolumen durch den fehlenden liegenden Kesselraum recht knapp ist, wird es auf jeden Fall eine Nachspeiseeinrichtung geben, über die Art und Weise bin ich mir noch nicht im klaren. Zum liegenden Teilstück gibt es demnächst mehr in Kessel Teil 2.

Herzliche Grüsse, der Reh

[Regalbahner]

Hallo Reh

saubere Abrbeit
da ich mich auch gerade mit der Materie befasse (etwas kleiner )
schaue ich ganz genau hin und bin bespannt wie's weiter geht

Christoph

[Reh]

Hallo Reh

saubere Abrbeit
da ich mich auch gerade mit der Materie befasse (etwas kleiner )
schaue ich ganz genau hin und bin bespannt wie's weiter geht

Christoph

Hallo Regalbahner, ich danke Dir. Deine Kleine gefällt mir auch richtig gut, werde das putzige Teil mit grossem Interesse weiterverfolgen

[Eisenbahner]

Hallo Reh,

Feines Stück Kessel, das Du da baust!

Hast Du mit dieser Art Kessel schon Erfahrungen gesammelt? Ich mache mir ein bisschen Sorge, ob die erzeugbare Dampfmenge ausreicht. Die oszillierenden Motoren sollen sehr "dampfhungrig" sein. Zudem wird Deine Shay mit relativ hoher Drehzahl gefahren (Kegelrad ist 1:3 untersetzt).

Überschlägig kannst Du relativ einfach in 3 Schritten nachrechnen:

Schritt 1:

V (Volumen) Dampf = Zylinderinhalt x 2 x Anzahl Hübe/min x Zylinderzahl

das ergibt x cm3/min

Schritt 2a:

Die zu verdampfende Wassermenge:

m wasser = V Dampf/ Dichte Dampf 3 atü = x Gramm/min = ist ungefähr x
cm3/min

Für Dichte Dampf 3atü setzt Du 470 cm3/g ein.

Schritt 2b:

Deine Betriebsdauer kannst Du auch noch ganz einfach ausrechnen:

t betrieb = Wasserinhalt Kessel/ m wasser (cm3/min)

Schritt 3:

Vergleich der Heizfläche Hf mit der tatsächlichen geometrische Heizfläche
F heiz Deines Kessels wobei gelten muß: Hf < F heiz .

Hierbei kannst Du folgenden Wert ansetzen:
Rauchrohrkessel hat eine Verdampfungskapazität von ca. 5 cm3/min pro 100 cm2 Heizfläche.

Somit errechnet sich Hf = V wasser / Verdampfungskapazität = x cm2

Deine Heizkesselfäche setzt sich aus allen Flächen zusammen, die auf der einen Seite Feuer erleiden und auf der anderen Seite Wasser haben:
Oberfläche des Kesselboden, Siederohre und Flammrohr (1/3 Wasserstand annehmen).

Viel Spass beim Rechnen, falls Du Dir es antuen willst.

Eine gute hilfreiche Quelle ist das Buch MODELL-Dampfmaschinen NV-Verlag 1991 ISBN 3-7883-0153-8

Ich hoffe, dass Deine gewählte Kesselauslegung passt.
Ansonsten gilt: Probieren geht über Studieren!

Gruß
Eisenbahner