Baubericht Dampflok 03 001, Rostfeuerung, M1:16

[Steffel]

Hallo Zusammen,

nachdem die Luftpumpe fertig war musste ich eine kurze Pause für ein anderes Projekt einlegen.
An dieser Stelle; Gerhardt vielen Dank für die positive Rückmeldung.

Zwischenzeitlich bin ich wieder am Bau der 03 und habe mich den Pumpen, Oberflächenvorwärmer und dem Speisedom gewidmet.
Um die Pumpen und den Oberflächenvorwärmer final zu montieren müssen die Rohrleitungen von der Speisepumpe zum Speisedom und vom Dampfentnahmestutzen zum Anstellventil der Luftpumpe (Pfeife) verlegt werden. Beide Rohre gehen unter dem Oberflächenvorwärmer lang. Damit die Rohr verbaut werden können müssen auch die beiden Zielanschlüsse gebaut werden. Begonnen habe ich mit dem Speisedom.

Ziel war es wieder die originale Optik bei voller Funktionalität herzustellen.
Es musste also das Anstellventil und das Kesselrückschlagventil jeweils für die Speisepumpe und für den Injektor konstruiert werden.
Die finale Konstruktion ist in den folgenden Bildern dargestellt.

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Als Anstellventil nutzte ich die gleiche Konstruktion wie bei dem Dampfentnahmestutzen. Als Dichtelement dient eine Kugel aus FKM welche auf einem Zapfen sitzt und zusätzlich in einer Pfanne.
Die Kesselspeiseventile (links/rechts) werden nach Montage der Blechhaube (Speisedom) eingesteckt und mittels der kleinen Schrauben gegen rausdrücken durch den Kesseldruck gesichert.
Dies begründet sich darin das ich nicht wie im Original die Ausparung in der Blechhaube durchgehend nach unten machen wollte da ich mir sicher war dass das Blechteil ein Ei wird und sehr instabil.


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Das Rückschlagventil setzte ich mit Hilfe einer Kugel (d=3,2m) aus FKM um.
Die längs gebohrte Schraube dient zur Befestigung der gesamten Einheit und gleichzeitig zur Erhöhung und sorgt dafür das immer Wasser in den Zulaufrohren bleibt, damit alle Dichtungen keinem direkten Dampfeinfluss ausgesetzt sind.

An der Lok habe ich die beide Pumpen angebaut und die ersten Rohrleitungen montiert. Bei der Speisepumpe sind bis auf die Saugleitungen alle Rohre verbaut. Die Abdampfleitung der Speisepumpe geht wie im Original unter dem Kessel hinüber zu der Luftpumpe und vereint sich dort mit deren Abdampfleitung. Diese wiederum geht nach oben in den Oberflächenvorwärmer und soll dort das Speisewasser etwas vorwärmen.
Damit sich in der Verbindungleitung unter dem Kessel kein Wasser sammelt, habe ich dort eine automatische Entwässerung mit aufschwimmender Dichtkugel verbaut.

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Die größte Herausforderung war wie den Kesseldom herstellen, bzw. die Essenkrempe da hier durch die Krümmung mehrere Dimensionen zu bearbeiten sind.
Ich wollte es daher mit dem Verfahren Drücken versuchen, mit Kupfer und Holzmatrizen, ich habe sowas noch nie gemacht und wollte den Versuch wagen.
Daher Drechselholz bestellt (Buche geht am besten) und mit dem Einzahn den Kesselradius plus Blechdicke aus dem Holzklotz gefräst.
Ich habe vorher den Holzklotz rechteckig und eine ebene quadratisch gefräst um es besser im Vierbackenfutter spannen zu können.

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Dann alles in die Drehmaschine und die Kontur vom Speisedom als Sackbohrung eingebracht.
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Dann dachte ich mir durch das Drücken auf der Drehbank entstehen große Kräfte durch den unterbrochenen Eingriff am Anfang (welche sich dann auch einstellten). Ich dachte mir vielleicht sollte ich doch Tiefziehen versuchen.
Also fix noch einen Stempel gedreht und einen Niederhalter gebaut und die Versuche gestartet.

Vorher habe ich die Kupferbleche (t=0,6mm) alle weichgeglüht, das Ergebnis war ernüchternd schlecht! Die Faltenkräfte sind einfach zu groß da sich das Kupfer durch das Umformen sofort wieder verfestigt. Die Bilder zeigen dass es einfach keine gute Idee war. Man sieht das es die ersten mm wohl gehen würde dann aber die Druckbereiche der Umformung zu groß werden und sich das Material im Holz Platz macht.

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Also ging es wieder zurück zur Ursprünglichen Idee Drücken.
Auch hier wieder alle Bleche weichgeglüht und mittels Dorn welcher vorn abgerundet und poliert wurde die ersten Drückversuche unternommen. Dabei habe ich immer viel Fett gearbeitet um die Reibung zwischen Dorn und Kupferblech gering zu halten.

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Die ersten Versuche waren sehr vielversprechend, allerdings reicht die Ausbringung des t = 0,6mm starken Kupferbleches nicht aus. Im hinteren Teil (Domspitze) wurde das Material durch das Verdrängen zu dünn und riss.

Ich bin dann auf 1mm starkes Blech umgestiegen. Durch die Reserve in der Blechstärke konnte ich den Dom in der Matrize vollständig ausformen. Allerdings wurde damit auch die Krempe welche auf dem Kessel aufliegt stärker und viel aus dem Maßstab da diese nahezu unbearbeitet blieb.

In der selben Aufspannung habe ich dann auch mit dem Innendrehmeißel die Bohrung ausgedreht.

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Um die Außenkontur zu fertigen spannte ich den Dom auf einen Dorn. Nach dem die Krempe grob abgeschnitten war drehte ich den Rest mit kleiner Zustellung rund.
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Da nun dieses Verfahren doch sehr gute Ergebnisse erbrachte habe ich auch die Essenkrempe in gleicher Weise gefertigt. Die Schwierigkeit lag nur darin das diese oben keinen Topf bildet. Somit musste im finalen Arbeitsgang ein Abstich auf dem Dorn erfolgen in der Hoffnung es verformt sich nichts, es hat aber alles geklappt.

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Die erste Probemontage zeigt der Aufwand hat sich gelohnt.

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Im nächsten Schritte ging es nun an die Fertigung der Kesselspeisventile, trotz Standartfertigungsmethoden zeigten sich hier doch einige Fallstricke. Ich musste einige Male teile verwerfen und wiederholt fertigen. Besonders der finale Lötvorgang zwischen Anstellventil und Rückschlagventil hatte seine Fallstricke.
Schlussendlich hat alles geklappt und das Ergebnis ist in den letzten Bildern dargestellt.

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Aktuell bin ich an der Konstruktion des Anstellventils für die Luftpumpe, mit angeschlossener Dampfpfeife.
Beste Grüße
Stephan

[jc94]

Bravo.

[mabaadre]

Hallo Steffel,

danke für Deinen ausführlichen Bericht.
Das Drücken, ebensowie das Dengeln, hat manchmal seine Tücken, wie Du es beschreibst.
Das Problem mit dem Reißen durch zu dünnes Blech kenne ich auch.
Als ich für meine Crampton die hälftigen Radkästen für die großen Antriebsräder gedengelt habe, ist mir das beim ersten Versuch mit 0,5er Ms-Blech auch passiert. Mit 0,75er Cu-Blech (vom Dachklempner) gelang es problemlos.
Bin auf Deine weitere Fortschrittsberichte gespannt.

[mf-pur]

Hallo Steffel,

ich schaue immer wieder gerne hier rein und bin jedesmal begeistert.

Vielleicht habe ich es überlesen, aber warum gerade 1:16.
Bei dem Aufwand, den Du treibst, wäre 1:10 oder 5Zoll von den Arbeitsschritten her kein Mehraufwand gewesen.

Viele Grüße
Michael

[Steffel]

Hallo Zusammen,

danke für die Rückmeldungen.


@mabaadre:
Was ich noch ergänzen muss; beim Treiben habe ich festgestellt es ist sehr wichtig zu versuchen das Material gleichmäßig zu strecken. Da man bei der oben vorgstellten Konstellation nichts sieht geht dies nur auf Verdacht, daher immer mehr Material bestellen. Ich habe bestimmt 5 bis 6 Versuche benötigt bis es mit dem 1mm Bleche geklappt hat.

Der Reglerdom ist auch schon fertig, dort war der Umformgrad noch höher so das ich gefühlt noch mehr Versuche brauchte. Zum drücken selbst gibt die Literatur nicht viel her, wie es scheint ein sehr altes Handwerk was viel Erfahrung braucht. Die Verbreitung scheint rückgängig da andere Umformprozesse das Verfahren abzulösen scheinen.

@Michael: der Maßstab ist damals (im Jahr 2000) mehr durch Zufall entstanden. Als ich mit den Rädern angefangen habe hatte ich einfach keine Kenntnisse. Richtig ist; die von Dir genannten Maßstäbe würden es einfacher machen. Vor 15 Jahren, als ich den neuen Rahmen anfangen wollte, habe ich kurz überlegt nochmal neu anzufangen und auf 1:11 oder 1:8 zu gehen.

Ich hätte dann aber meine mühsam gefeilten Räder nicht einsetzen können. Das konnte ich nicht übers Herz bringen daher bin ich den Rädern und damit den 3 1/2 Zoll treu geblieben.

Wenn ich mir jetzt vorstelle mit dem jetzigen Wissen nochmal neu beginnen zu können, wüsste ich nicht ob ich mich nicht wieder für 1:16 entscheiden würde. Bei 1:11 oder 1:8 werden die Lokomotiven auch größer/schwerer und einige Teile würden ggf. über die Bearbeitungsgrenzen der Maschinen wachsen.

Beste Grüße
Stephan

[Kolbenfresser]

Hallo Steffel

Hast du beim Umformen zwischendurch das Blech mal ausgeglüht? Es verhärtet sich ja bei der Umformung!

Ich lerne gerne aus deinen Erfahrungen, bin noch nicht soweit mit meiner Lok, kommt aber bestimmt noch dazu!

Gruß
Roland

[mf-pur]

Hallo Steffel,

danke für die Erläuterung zum Baumaßstab.
Die Bearbeitungsgrenzen der Maschinen sind natürlich ein gewichtiges Argument.
Für 5Zoll hätten die größeren Einsatzmöglichkeiten gesprochen, bei natürlich deutlich höherem Gewicht.

Zu den Problemen beim Tiefziehen:
Das, was Roland anspricht ist entscheidend. Bleche verhärten beim Ziehvorgang.
Also immer wieder zwischendurch weichglühen.
Zudem sollte die Ausgangsblechdicke nicht zu dünn gewählt werden,
wenn so stark umgeformt wird, wie bei den Domen, denn wenn das Blech papierdünn ist
hilft auch Weichglühen nicht mehr. Dann reißt es.


Viele Grüße
Michael

[Steffel]

Hallo Zusammen,


vielen Dank für die Rückmeldungen und Hinweise.

Weichglühen zischendurch habe ich überlegt aber verworfen da ich bedenken hatte das angefange Blech nicht mehr in die Matrize zu bekommen.

Oder meint ihr bei den Tiefziehversuchen?

Beste Grüße
Stephan

[Kolbenfresser]

Hallo Stephan

Zwischendurch glühen.
Ich denke das Blech wird sich dabei nicht wesentlich verformen.
Kannst ja Stufenweise vorgenommen und anfangs wenig glühen und dich steigern falls nötig.

Gruß
Roland

[Steffel]

Hallo Zusammen,

bei der Dampfpfeife bin ich schneller vorwärts gekommen wie ich dachte.
Mein Ziel war es einen Ton zu erzeugen welcher nicht so hoch ist. Um einen tiefen Ton zu erzeugen welcher dem Original ähnelt musste ich erst einmal herausfinden was der Originalton in Notation bedeutet. Leider gibt die mir zugängliche Literatur keine Hinweise auf den Ton bzw. den Halbton der Einheitsbauart.

Daher habe ich dann eine Sounddatei, welche den typischen Ton wiedergibt, bei einem Tonartfinder abgespielt. Hierbei stellte sich heraus dass es F minor (Moll) bzw. F major (Dur) sein sollte.
Da ich keine Kenntnisse von Musik habe half mir das erst mal nicht viel weiter. Ich bin dann auf einen Online- Tongenerator gestoßen und habe hier einfach Töne mit F mit rechteckwellenform abgespielt.
Dabei schien mir der Ton F#4 und F4 dem gewünschten Ergebnis nahe zu kommen. Der Tonartfinder hatte daher doch zur Lösung beigetragen.

Damit hatte ich die Frequenzen:
F#4 – 369,99Hz
F4 – 349,23Hz

Ich hatte im Vorfeld schon bei der Orgeltechnik geschaut und festgestellt dass es eine geschlossene (gedackte) Pfeife ist. Hinzu kommt das die Länge von der Schneidkante bis zur Reflexionswand der Welle (Deckel) entscheidend für den Ton ist. Wie in vielen Foren schon geschrieben ist ein tiefer Ton mit langen Pfeifen verbunden. Was leider sehr gegensätzlich zum Modellbau steht.

Auf einer weiteren Seite bin ich auf die Physik hinter Orgelpfeifen gestoßen. Für eine geschlossene (gedackte) Pfeife lässt sich die gesuchte Länge in Abhängigkeit der Tonfrequenz bestimmen:

l=λ/4=(c/f)/4=c/(4∙f) mit: c=340 m/s (Schallgeschwindigkeit in der Luft)

Mit den beiden oben genannten Frequenzen ergaben sich:

F#4 – 369,99Hz -> 243mm
F4 – 349,23Hz -> 229mm

Ich hatte erst mal Maße und keine Ahnung ob es funktionieren würde.
Kurzerhand baute ich einen Versuchsaufbau. Ich konstruierte eine kleine Ringdüse, ein Rohr (Durchmesser 8mm) mit angedrehter Schneidkante fungierte als Pfeife. In das Rohr steckte ich ein passendes Vollmaterial um die Länge (Reflexionswand) einstellen zu können.

Den ganzen Aufbau verbrachte ich in die Drehbank damit alles zentrisch zueinander steht.



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Durch einstellen der Länge im Resonanzkörper konnte ich den Ton einstellen, letztlich empfand ich ein Länge von 238mm als passend. Auf den Originalzeichnungen welche ich habe lässt sich dieses Maß nachvollziehen, bzw. bin ich damit nicht zu weit weg.

Das ganze habe ich nur mit Druckluft durchgeführt, ob es mit Dampf auch noch so ist wird sich zeigen.
Vorweg kann schon gesagt werden; je höher der Druck um so lauter und kraftvoller klingt die Pfeife.
Jetzt hatte ich den Ton und die Technik dazu aber leider war dies alles viel zu groß um es in der Lok unterbringen zu können.

Ich schaute wieder in die Musik und meine Vermutung bei den Blechblasinstrumenten genauer hinzuschauen ob diese nicht ggf. durch Änderung der Länge des Resonanzkörpers die Töne ändern bestätigte sich. Auch die Vermutung dass die Töne auch bei nicht geraden Resonanzkörpern verwendbar sind zeigte sich.
Eine Bestätigung sollte ein Versuchsaufbau herbeiführen.

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Und siehe da selbst einem verschnörkelten Rohr mit Durchmesser 4mm konnte ich den gewünschten Ton entlocken.
Damit war der Weg frei für den Einsatz bei der Lok.

Weil die Dampfpfeife direkt mit dem Anstellventil der Luftpumpe verbunden ist habe ich beide Einheiten in einem Schritt auskonstruiert.


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Das Anstellventil ist im Wesentlichen gleich der Ventiltechnik aus dem Dampfentnahmestutzen.
Die Hülse ist hohl gebohrt und mit einer Querbohrung versehen. Dreht man die Hülse um 180° wird der Weg zum Abgangsflansch für die Luftpumpe frei.

Die 180° sind daher gewählt um eine spätere Betätigung durch einen Modellbauservo zu ermöglichen. Daher scheiden Ventile mit Spindel und Kugel aus da diese vielfache Umdrehungen (360°) benötigen.
Diese Art der Ventile ist nicht 100% was aber bei den Pumpen etc. vollkommen ausreicht.

Ein Neuerung ist der Dichtring zischen Hülse und Ventilkörper. Dieser ist aus PTFE und hat eine Wandstärke von 0,25mm und einen Außendurchmesser von 3mm. Der Ring wird genauso hergestellt wie bei den Pumpen schon beschrieben.

Die Dampfpfeife selbst habe ich als Sitzventil ausgelegt. Hierbei dient eine Grafi-silkugel als Ventil.
Die Kugel habe ich durchgebohrt und auf den Ventilstößel gesteckt. Da die Bohrung wesentlich enger ist dichtet es gegen den Stößel automatisch ab. Ein Teller unterstützt die Kugel und soll gleichzeitig auch als Vorventil dienen da erst ein kleiner Querschnitt freigegeben wird.

Die eigentliche Dampfpfeife dient nur zur Optik. Wobei die Bohrung so gestaltet sind das am Ringspalt dampf austritt. Durch drehen des Pfeifenstockes können die waagerechten Bohrungen zueinander verstellt und damit die Dampfmenge eingestellt werden.

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Für die Pfeife welche den Ton erzeugt musste nun ein Resonanzkörper mit einer wirklänge von 238mm in der Lok untergebracht werden. Dafür habe ich die Rauchkammer vorgesehen da auch das Ventil hierfür außerhalb sitzt.
Ich habe hierfür einen Rohrbogen (Durchmesser 6mm) konstruiert welcher zur Reflexionswand kontinuierlich ansteigt um mögliches Kondenswasser zum Ablaufen zu bewegen.

Die Reflexionswand selbst habe ich durch einen verstellbaren Stopfen ausgebildet um nachträglich den Ton einstellen zu können. Die Einstellung erfolgt dann über die kleine M2 Spindel welche durch die Rauchkammertür zugänglich ist.

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Natürlich hat diese Konstruktion auch ihre Nachteile; der Dampfaustritt hinter dem Pfeifenventil aus der Ringdüse wird zu Dampfvernebelungen an einer Stelle frühen wo es Original nicht hinpasst, dieser Wehrmutstropfen wird bleiben. Auch ist die Größe des Pfeifenventil konstruktiv bedingt weit aus dem Maßstab.

Als Ringspalt habe ich verwendet:
Durchmesser Kern: 4,75mm
Durchmesser Gehäuse: 5,25mm
Damit einen Ring von 0,5mm könnte wahrscheinlich noch enger sein. Wichtig ist das der mittlere Durchmesser (5mm) genau dem Durchmesser der Schneidkante entspricht. In diesem Fall Rohr außen Durchmesser 6mm und innen 5mm.
Der Abstand von Ringdüse zur Schneidkante ist 2,8mm.

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Ich habe alle Teile gefertigt und montiert. Der erste Test war aber ernüchternd. Der Pfeife fehlte es an Lautstärke. Die Rohrleitung vom Dampfentnahmestutzen brachte nicht so viel Luft an das Ventil wie wenn ich direkt mit der Luft an das Pfeifenventil ging.

Das war sehr ärgerlich, ich habe daraufhin die gesamte Zuleitung vom Kessel über den Dampfentnahmestutzen bis zum Pfeifenventil bezüglich der Querschnitte verbessert/nachgearbeitet. Das brachte eine kleine Verbesserung aber nicht die gewünschte.

Dann habe ich dem Pfeifenventil intern noch Verbesserungen hinzugefügt um den Luftstrom besser zu lenken ohne unnötige Stauungen zu erzeugen. Daraus entstand die schräg geschnittene Fläche nach dem Ventilsitz.
Durch Zufall enddeckte ich aber das es sehr viel Verbesserung brachte neben der Ringdüse ein zusätzliches Leitblech anzubringen. Daher habe ich dies noch nachträglich installiert was eine erhebliche Verbesserung bringt.

Messtechnisch kann ich nicht ermitteln was genau die Ursache ist. Ich vermute aber dass die Ringdüse Verwirbelungen erzeugt da diese einfach zu kurz ist und der Luft/Dampfeintritt von der Seite erfolgt. Dadurch ist der Kegel des Austrittmediums wahrscheinlich nicht ideal. Ich werde ggf. noch die Verengungsstelle länger machen um mehr von einer Blende zu einer Drossel zu kommen.

Ziel sollte es sein den Bernoulli Effekt noch mehr zu verstärken um hohe Strömungsgeschwindigkeiten zu erreichen.

Ich kann bei Bedarf versuchen noch eine Sounddatei anzuhängen. Leider sind meine Aufnahmegeräte (Handy) nicht so doll so das es nicht so klingt wie tatsächlich. Es mischt in den Aufnahmen sehr arg das Rauschen von der Düse unter dem Ton, bzw. klingt es teils stark übersteuert. Ich muss mal schauen ob ich das noch besser hinbekomme.

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In dem Zuge habe ich alle Rohrleitungen der Speisewasserzuleitungen von der Speisepumpe zum Speisedom ergänzt und damit dem Oberflächenvorwärmer komplett eingebunden.
Die Erwärmung im Oberflächenvorwärmer erfolgt nur über den Abdampf der beiden Pumpen.
Weiter habe ich auch die Luftpumpe final angeschlossen, welche ohne Probleme über das vorgesehene Anstellventil läuft.

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Aktuell bin ich in der Konstruktion für die Saugleitung der Speisepumpe und Anschluss der Druckleitung vom Injektor zum Speisedom.

Beste Grüße
Stephan



Ps.: ich habe jetzt doch noch zwei Sounddatein angehangen. Da diese sich auf dem Rechner doch besser anhörten wie auf dem Handy.

Hierbei ist die Datei: Pfeife_extern, wo ich direkt mit der Druckluft an das Peifenventil zum testen gegangen bin.

Die Datei: Pfeife_Ventil, ist der finale Zustand wo die Luft (Dampf) über den Dampfentnahmestutzen und Rohrleitungen aus dem Kessel zugeführt wird.