Feldbahn-Antriebskonzept

Selbstgebaute maßstäbliche Schienenfahrzeuge mit/ohne handelsüblichen Zurüstteilen

Moderator: fido

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theylmdl
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Feldbahn-Antriebskonzept

Beitrag von theylmdl »

Hallo Feldbahn-Freunde!

Ich hatte es ja schon angedroht :wink: - nun will ich den Worten Taten folgen lassen. Hier kommt eine Anregung für ein etwas anderes Antriebskonzept für Feldbahn-Triebfahrzeuge.

Typischer Weise werden ja Ketten, O-Ringe und Ähnliches verwendet. Denen stehe ich aber wegen der nötigen Dreipunkt-Lagerung ein wenig skeptisch gegenüber. Ich wollte einen Antrieb, bei dem eine Achse ohne große konstruktive Probleme, vor allem aber ohne Zugkräfte, frei pendeln kann.

Bei dem Beispiel bin ich von Rädern mit 15,5mm Durchmesser und einer Vorbild-Höchstgeschwindigkeit von 8km/h ausgegangen. Ferner davon, dass ein Faulhaber-Getriebemotor der 2020-Reihe verwendet werden soll.

Hier die Formeln zur Berechnung der nötigen Rad-Umdrehungszahl je Minute:
  • 1. Radumfang = Laufkreis-Durchmesser × 3,14159, hier 52,9mm.
  • 2. Strecke je Minute: Vmax ÷ Maßstabsfaktor × 1.667, hier 593 (Zentimeter je Minute).
  • 3. Radumdrehungszahl je Minute: Strecke ÷ Radumfang, hier 593cm ÷ 5,29cm = 112 Umdrehungen je Minute.
Als Abtrieb zu den Achsen sollten Tellerräder mit Modul 0,5 und 20 Zähnen verwendet werden, wie sie beispielsweise in den Zahnradsets von fohrmann Werkzeuge ( http://www.fohrmann.com ) und Conrad ( http://www.conrad.de ) enthalten sind. Darauf wirken sollen an einer Längsachse in Fahrzeugmitte zwei Ritzel mit 10 Zähnen (ebenfalls im Set enthalten). Damit sich die Räder nicht gegenläufig drehen, muss ein Tellerrad links und eines rechts an der Achse angeordnet werden.

Die Achse der Ritzel dient gleichzeitig als die eine Lagerung der Dreipunktlagerungs-Wippe. Diese ist in der folgenden Skizze grün eingezeichnet, starre Rahmenteile hingegen sind rot. Farben- oder Rot-Grün-Blinde mögen mir verzeihen, ich sende gerne eine Alternative per E-Mail.

Bild
Hier die Ansicht von oben. Die Haube sollte beim Modell links liegen.

Flexibel sollte das Ganze ja auch noch sein, was Motoreinbaulage und Achsstand angeht. Im Beispiel sind's 500mm Vorbild-Achsstand wie bei einer DIEMA DL6.

Die Tellerräder-Ritzel-Kombination sorgt schon einmal für eine Untersetzung 1:2. Wird nun ein Faulhaber 2020B verwendet (Getriebe 1:15,1), ergibt sich eine Abtriebs-Drehzahl von etwa 331 Umdrehungen je Minute bei der empfohlenen Motordrehzahl von 5.000 Umdrehungen bei 12 Volt. Durch die Tellerrad-Untersetzungstufe müssen also noch 331 zu 224 ausgeglichen werden, das macht etwa 1:1,5 aus. So ganz perfekt lässt sich das nicht regeln, aber schon ganz gut. Beispielsweise mit einer Kombination aus 12 Zähne Ritzel (an einem Kombirad im Set enhalten) und einem 20 Zähne-Zahnrad (leider nicht enthalten, aber anderswo erhältlich).

Das macht 1:1,67, damit liegen wir nicht ganz falsch, wenn auch ein wenig niedrig.

Das sieht von der Seite her so aus:

Bild

Durch die einseitig angeordnete Abtriebswelle kann der "Faulhi" beliebig verdreht eingebaut werden. Das ist hier gerade gut! Denn so können als Abstandszahnrad viele verschiedene Größen zum Einsatz kommen. Nach unten hin wird die Lage des Motors durch das Tellerrad auf der Achse begrenzt.

Da der Motor nun längs liegt und nicht wie bei den bekannten Konstruktionen quer zur Fahrtrichtung, gibt es auch herzlich wenig Platzkummer in den kleinen Motorhauben.

Nun höre ich schon das "Ach und Weh"-Geschrei der Techniker, weil die wünschenswerter Weise etwa 400 Gramm schweren Zugzwerge sich mit einem Viertel ihrer Gesamtachslast auf einer rotierenden Welle abstützen. Also, wer meint, dass das sein muss, kann die 100 Gramm mit einem Kugellager auffangen - Platz genug ist dafür vorhanden. Und den anderen zur Beruhigung: Hier läuft seit Jahren eine IIm-Lok mit so einer Konstruktion. Nur dass die drei Kilogramm wiegt. Von Verschleiss keine Spur.

Beste Grüße,
Thomas Hey'l - info@themt.de - www * themt * de
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Thomas Engel
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Re: Feldbahn-Antriebskonzept

Beitrag von Thomas Engel »

:wink: Hallo Thomas,

:bindafür: Tolle Idee, ich freue mich schon auf die
Testfahrten auf meiner "Marterstrecke".

Es gibt ja einige Loks mit Faulhaber 2020C12,
die auf einen Getriebeneubau warten. Lohnt sich
da die Weiterverwendung mit anderem Vorgelege
oder ist da Motorneukauf angesagt?

Für Torfstaub bedenke bitte die Möglichkeit
einer Kapselung. (Wie ich Dich kenne, hast
Du dies jedoch bereits geplant.)

Ein schönes Wochenende wünscht

:flamingdev: Thomas
theylmdl
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Re: Feldbahn-Antriebskonzept

Beitrag von theylmdl »

Hallo!

Zunächst einmal hier eine Version mit besserer Lagerung der Wippe und der Ritzelwelle:

Bild

@Thomas: Ich setze nachher 'mal Getriebe für 2020A und 2020C zusammen. Lediglich bei 2020D sehe ich Probleme, da ist die Abtriebsdrehzahl schon zu gering.

Kapselung ist kein Problem. Ich zeichne das gleich nochmal etwas weiter. Ich hatte mir das so gedacht, dass so ein ganzer Antriebsblock (beispielsweise bei einer DIEMA DL6) einfach komplett von unten in den Aufbau gesetzt wird (wartungsfreundlich :wink: ).

Für Loks mit Innenrahmen müssen lediglich die hier rot eingezeichneten Längsträger des Antriebsblocks nach innen versetzt werden.

Beste Grüße,
Thomas Hey'l - info@themt.de - www * themt * de
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Thomas Engel
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Re: Feldbahn-Antriebskonzept

Beitrag von Thomas Engel »

:wink: Hallo Thomas,

Du bist Spitze, gäbe es einen, hättest Du Dir dieses
Jahr einen Feldbahn-Inovationspreis verdient. :gut:

Den Musterbau übernehme ich gerne, dann kommt
meine kleine Diema irgendwann ja doch mal ans Laufen.

Grüßle

:flamingdev: Thomas
theylmdl
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Re: Feldbahn-Antriebskonzept

Beitrag von theylmdl »

Hallo!

@Thomas: Vielen Dank für den virtuellen Preis. Innovation ist immer gut, aber so neu ist das alles nicht :wink: .

Hier noch ein Update. Beginnen wir 'mal mit den Daten der fraglichen Getriebemotoren der 2020-Baureihe. Allen gemeinsam ist eine Nenndrehzahl von 5.000 Umdrehungen je Minute bei 12V und moderater Last.

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Typ              Untersetzung  Abtriebs-Drehzahl bei 12V
Faulhaber 2020A  1: 3,9        1.282 U/Minute
Faulhaber 2020B  1:15,1          331 U/Minute
Faulhaber 2020C  1:58,8           85 U/Minute
Da die Tellerrad-Ritzel-Kombination schon 1:2 untersetzt und 121 Rad-Umdrehungen je Minute gewünscht sind, bleiben folgende Rest-Getriebestufen:

Code: Alles auswählen

A 1.282 ÷ 242 = Getriebe 1:5,3  (zweistufig)
B   331 ÷ 242 = Getriebe 1:1,36 (15:20 Zähne = 1,33)
C    85 ÷ 242 = Getriebe 2,85:1 (40:14 Zähne = 2,86)
Für B und C habe ich die Sache gelöst. Zusätzliche Zähnräder habe ich mir bei GHW ausgeguckt.

Hier zunächst einmal eine voll gekapselte Lösung für 2020B:

Bild

Beim Bau sollten die Abdeckungen nur im Bereich der Zahnräder vertieft sein, sonst sieht das blöd aus :) . Aber um das Prinzip zu zeigen, mag diese Skizze genügen. Das Zahnrad mit 12 Zähnen in der Mitte dient nur als Abstandshalter, die Untersetzung kommt über die Kombination 15 zu 20 Zähne zustande. Durch verdrehten Einbau kann der Motor noch um 2,6mm tiefer gelegt werden. Die Rahmenteile sind aus 0,8mm-, die Abdeckplatten aus 0,5mm-Blech. Wie Ihr seht, lassen sich die drei Getriebeteile voll kapseln.

Beim Faulhaber 2020C wird's schon schwieriger. Dessen Abtriebs-Drehzahl ist nämlich schon zu gering. Es ist zwar Mäusemurks, den wieder hoch zu übersetzen, aber die Teilchen sind ja nicht billig. Hier also eine Recycling-Lösung, die ebenfalls ziemlich genau 8km/h ergibt und gerade noch so passt.

Bild

Diesmal ist mit Motor-Verdrehen nicht viel zu holen, da das 40 Zähne-Zahnrad schon 21mm Außendurchmesser hat.

Mit dem Faulhaber 2020A habe ich noch so ein bißchen Kummer, da wird's wohl zwei Getriebestufen brauchen. Kommt Zeit, kommt Zahnrad.

Beste Grüße,
Thomas Hey'l - info@themt.de - www * themt * de
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fido
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Re: Feldbahn-Antriebskonzept

Beitrag von fido »

Hallo Thomas,

ich verfolge Deine Diskussion mit Spannung, da ich mich ja selbst sehr für Antriebe interessiere. Ich finde Deine Antriebkonzeption sehr überzeugend, wie ich auch das Konzept vom Torsten mit der seitlichen Wippe und Zahnriemen sehr gelungen finde.

Ich würde mich aber an Deiner Stelle auf den 2020B beschränken. Denn die zu große Übersetzung eines 2020C über Stirnräder wieder zu übersetzen kann es eigentlich nicht sein. Eventuell wäre der Antrieb mit einem Faulhaber 2034 interessant, der neu noch bezahlbar ist.

Oder wir werfen einen Blick in die Sonderposten bei lemo-Solar:

Faulhaber - Motor 2230 V 040 G mit Getriebe 22B - 9:1
Motor: Leistung 2,1 Watt, 0,3-22 mA, Anhaltemoment 9,37 mNm, Nennspannung 40 Volt, Leerlaufdrehzahl 8200 Upm, Empf.Betriebsspannung 0,2 - 50 Volt, Getriebe: 22B-9:1, Leerlaufdrehzahl Getriebewelle bei 12 Volt = 270 Upm, Leerlaufdrehzahl Getriebewelle bei 40 Volt = 910 Upm, Anhaltemoment 84 mNm= 0,84 kg/cm.,
Maße: Motor Ø 22 mm, Getriebe Ø 24 mm, ges. Länge 48 mm, Ritzel Modul 0,3 / 12 Zähne, ohne Ritzel Getriebewelle 2 mm Ø X 7 mm, ges.- Gewicht 74 Gramm.
Kostet eur 15,-

Die Tellerräder haben leider den Nachteil, das sich der Achsdruck auf der Kippachse nicht gleichmäßig verteilt. Ob dies im Fahrbetrieb Auswirkungen hat, weiss ich nicht. Mit Kegelzahnrädern wärst Du auf der sicheren Seite, da der Hebel viel kleiner ist.

Ich bin jedenfalls sehr gespannt, mal eine Lok mit diesem Antrieb fahren zu sehen und freue mich auf die weiteren Fortschritte.
:runningdog: Viele Grüße, fido
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Re: Feldbahn-Antriebskonzept

Beitrag von theylmdl »

Hallo fido!

Danke für die Anerkennung. Ob sich die Idee bewährt, wird sich in der Tat erst in der Praxis heraus stellen.

Die Konstruktion für 2020C habe ich nur gemacht, weil mich Thomas Engel darauf hingewiesen hat, dass eventuell manche Umbauwillige diesen Motor schon haben. Natürlich ist es Kokolores, ein schon hoch untersetztes Getriebe wieder 'raufzunudeln.

Den Hinweisen auf den 2034 und 2230 V 040 G werde ich 'mal folgen, vielen Dank für den Tipp. Ich schau' mal zu, dass ich bei Faulhaber das Datenblatt und die Maßskizze bekomme.

Das hier verstehe ich nicht:
Ob dies im Fahrbetrieb Auswirkungen hat, weiss ich nicht. Mit Kegelzahnrädern wärst Du auf der sicheren Seite, da der Hebel viel kleiner ist.
Bei Kegelrädern ist auch nicht mehr als 1:2 drin, und die mittlere Linie (der Teilkreis) sollte genau da liegen, wo er bei den zitierten Tellerrädern und Ritzeln liegt (wenn es Modul 0,5 ist).
Hilf' mir doch bitte noch 'mal auf die Sprünge :wink: .

Beste Grüße,
Thomas Hey'l - info@themt.de - www * themt * de
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fido
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Re: Feldbahn-Antriebskonzept

Beitrag von fido »

theylmdl hat geschrieben:Den Hinweisen auf den 2034 und 2230 V 040 G werde ich 'mal folgen, vielen Dank für den Tipp. Ich schau' mal zu, dass ich bei Faulhaber das Datenblatt und die Maßskizze bekomme.
Hallo Thomas,

die PDFs der meisten Motoren kannst Du dir online bei Faulhaber herunterladen. Der Lemo-Solar Katalog ist für Maße und technische Daten aber auch eine Fundgrube.
Bei Kegelrädern ist auch nicht mehr als 1:2 drin, und die mittlere Linie (der Teilkreis) sollte genau da liegen, wo er bei den zitierten Tellerrädern und Ritzeln liegt (wenn es Modul 0,5 ist).
Ich dachte an kleinere Module bzw. 1:1 Kegelräder, wenn es die Übersetzung erlaubt.
:runningdog: Viele Grüße, fido
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