Alles Banane Oder Was? Eine Challenger Lok bekommt einen verbesserten Antriebsstrang

Erster Teil, Bestandsaufnahme:

Vor einiger Zeit bekam ich eine Challenger Lok, man bezeichnet die Achsfolge 4-6-6-4 [Deutsch: (2'C)' C2' ] mit diesem Namen, zum Umbauen.
"Die Lok läuft gut, da ist schon was gemacht worden, nichts am Antrieb machen, nur Sound und Beleuchtung einbauen so wie Stromabnahme verbessern." hieß es als Auftrag. So bin ich auch verfahren und habe es so auch nur gemacht. Die umgebaute Lok habe ich dann auf das Fremo Treffen in Unna mitgenommen wo ich mit dem Bekannten traf. Kurz gesagt, es war ein Fiasko.
Der Sound funktionierte prächtig, die Beleuchtung ebenfalls und Kontaktprobleme traten dank der nachgerüsteten Stromabnahme auch nicht auf. Aber die Lok lief nicht richtig. Wunschgemäß wurde der Antriebsstrang so belassen wie er war. Das vordere Triebgestell hoppelte wie ein Karnickel, die ganze Lok lief unrund und hatte sicht und führlbar mechanische Schwergängigkeit. Gewusst habe ich das schon zu Hause, aber manchmal muß man es die Leuten eben "live" zeigen.
Jedenfalls bekam ich die Erlaubnis den Antrieb jetzt gründlich anzugehen.

Und darum geht es:

So wie abgebildet habe ich die Lok bekommen.
Ursprünglich saß hier mal ein großer Open Frame Motor der seien Kraft über einen Gummischlauch auf ein Vorlegegetriebe abgab. Diesen Zwischengetriebe war innerhalb der hinteren Zylindergruppe angeordnet und enthielt nur 2 übereinander angeordnete Stirnzahnräder. Die Übersetzung war 1:1 und so wurde nur die Kraft auf eine Zwischenwelle unten abgegeben. Vorn dort ebenfalls über Gummischläuche auf die beiden Achsgetriebe.

Die hintere Triebgruppe die fest mit dem Gehäuse verschraubt ist, ganz wier das Vorbild.

Die vordere Triebgruppe. Man erkennt deutlich das Gehäuse des Vorgeleges.

Ich bin eindeutig dafür, daß dieser Schlauch gelb eingefärbt wird. Wenn man es ganz genau nimmt sollte noch ein blaues Etikett aufgeklebt werden...

Das habe ich auch noch vorgefunden.
Man erkennt die langen Wellenenden die erforderlich sind damit der Schlauch überhaupt erst eine ausreichend große Oberfläche vorfindet um dort "Grip" zu haben.

Auch hier die Doppelfunktion als rotierendes Kraftübetragungselement und als statisch belastete Drehmomentstütze.
In der Summe der Kräfte wird der Schlauch kräftig gewalkt und verzehrt einen Teil der Motorleistung die schlußendlich im Schlauch in Wärme umgewandelt wird und somit als Verlustleistung zu betrachten ist.

Schäuche kann man nur nehmen wenn die beiden Wellenenden genau fluchten und sich auch nicht relativ zueinander bewegen. Ansonsten walkt man sie mit den o.a. Folgen.

Selbstklebende Schaumstoffstückchen ergeben noch keine Drehmomentstütze, so leid es mit tut.

Die Lok wurde dann soweit erforderlich zerlegt.

Als allerstes wurden die nervigen Dampfeinströmrohre mit einer ordentlichen Befestigungsmöglichkeit versehen. Sie waren nur lose in die Zylindeblöcke eingesteckt und bei jedem Hantieren mit der Lok flutschten sie aus ihren Führungen und man musste sie mühsam wieder "einfangen".
Zu diesem Zweck habe ich mir passende Messingbuchsen gedreht und sie innen mit einem M1,4 Gewinde versehen. Meine Wahl fiel auf Schräubchen mit 6-Kantkopf, diese sehen doch an diesen gut sichtbaren Stellen etwas "technischer" aus als die üblichen Schlitz- oder Kreuzschlitzschrauben.
Die Pinorkel an den Gußteilen wurden abgeschnitten und statt dessen dort eine Bohrung eingebracht.

So sieht das dann bei der fertig montierten Lok aus.

Beim Antriebsstrang galt es erst einmal ein Konzept zu finden.
Verschiedene Möglichkeiten wurde durchdacht und der größte Teil wieder verworfen. So beispielsweise die Reaktivierung des Vorgelegetriebes, aber statt mit Stirnzahnrädern mit Zahnriemen.

Diese Lösung hier kristallisierte sich als die einfachste heraus. Alle Komponenten sind hier noch lose aufgelegt.
Das Vorgelege wird hier gänzlich eliminiert und folglich kann auch auf dessen Gehäuse komplett verzichtet werden.
Eine einzige lange Gelenkwelle verbindet beise Achsgetriebe miteinander.

Bei max. Ausknickung der beiden Triebwerke zueineiander.

Auch die Plazierung und Befestigung des Motors musste neu konzipiert werden. Er sollte möglichst tief auf dem Rahmen angeordnet werden und die Knickwinkel der Gelenkwellen möglicht klein zu halten. So wie im Interesse eines gleichmässigen Rundlaufs beide Gelenke der Welle möglichst denselben Knickwinkel haben.
Den Motor habe ich daher wieder mit einem Spannband direkt auf dem Lokrahmen befestigt. Auf dem Spann band befindet sich ein Träger für die el. Steckverbindungen.

Der Gegenpart sind dann die Drehmomentstützen für die achsreitenden Getriebe. Hier habe ich mich entschieden was Neues auszuprobieren.
Die Drehmomentstützen wurden unten an den Abdeckungen angelötetet. Mittels Langlöchern lässt sich die Neigung der Getriebegehäuse einstellen.
Die Elektrokabel sind für die Beleuchtung des Stirnscheinwerfers. Die Verbindung wurde trennbar ausgeführt.

Um zu zeigen um was für einen Apparat es sich handelt Bilder der Lok.

Eine Feuerbüchse fast schon so groß wie ein gedeckter Güterwagen Gr20.

So läuft dieser Antriebsstrang jetzt ruhig und ohne Lärmentwicklung. Lediglich der kugelgelagerte Motor ist zu hören weil er bei der 1:40 Übersetzung doch schon ganz schön hochdrehen muß.

Einige Kombinationen von Glockenankermotoren und Decodern harmonieren leider nicht miteinander.
Und Faulhaber Motor ist nicht gleich Faulhaber Motor, es gibt da teilweise große Unterschiede bei der Digitalverträglichkeit.
So auch in diesem Fall.
Zudem bin ich an technische Daten des eingebauten Faulhabers gekommen. Die Abgabeleistung liegt bei nur 1,9 W. Ein bischen sparsam für dieses Trumm von Lok.
Kein Wunder, daß der dann beim Anfahren derart ruckelte und versuchte Bocksprünge zu machen weil leistungsmässig überfordert war.

Die Lösung war dann in diesm Fall ein konventioneller Motor der auch genügend Kraft hat, 4,5W Abgabeleistung, um diese riesige Lokomotive standesgemäß vorwärts zu bewegen.
Nicht vom Aussehen täuschen lassen, dieser hochwertige Motor wird normalerweise zur Positionierung in medizinischen Geräten eingesetzt.

Hallo Wolfgang!

Vielen Dank für Deine Ausführungen denen ich zum größten Teil zustimmen kann.
Aber gestatte mir einige Anmerkungen.
Was hochtourig laufende Stirnradgetriebe betrifft; ich führe da mal als Beispiel die Märklinsche P8 an. Glockenankermotor der ruckelfrei läuft ja, ausreichend hohe übersetzung eigentlich ja, ausreichend genau gefertige Getriebekomponenten eigentlich ja, ausreichend genaue Lagrung der Getriebewellen und Zahnräder ja.
Märklin hatte bei der P8 ein Stirnradvorgelege realisiert das dann auf eine Schneckenwelle wirkte und diese Schnecke griff dann in ein Schneckenrad direkt auf der Radsatzwelle ein.
Eigentlich alles im grünen Bereich, wenn da nicht die explizite Lärmentwicklung dieser Modelle wäre. Eigene Erfahrungen und auch lebhafte Diskussionen in anderen Foren belgen die suboptimale Konzeption dieses Antriebsstrangs.
Hauptursache der Lärmemission sind die hochtourig laufenden Stirnradgetriebe dessen oberste Stufe mit Motordrehzahl rotiert.
Bei der letzten Auflage der P8 hat Märklin übrigens den Antriebsstrang komplett neu gemacht. Hier hat man die Schecke direkt auf die Motorwelle montiert und anschliessend die Stirnradstufen. Bei diesem klassischen Getriebekonzept ist der nervige Lärm dann verschwunden.
Ein Geräusch beim Kämmen der Zähne ineinander ist immer vorhanden.
Vermindern kann man es durch:
- Verwenden eine Evolventenzahnprofils; hier rollen dann die Zahnflanken aufeinander ab was Verschleiß und Geräuschentwicklung vermindert.
- Präzisere Fertigung; hier gebe ich zum Nachdenken Schweizer Uhrwerkspräzision kosten denn auch den Preis eines Schweizer Uhrwerks.
- Schrägverzahnung
Beispiele gibt es mehr als genug. Nur bei der Umsetzung für die Modellbahn hapert es immer noch.

Hochtourig laufende Gelenkwelle sind m.E. nicht das Problem. Geräuschentwicklung bei Gelenkwellen sind fast immer auf ein zu großes Spiel der Komponenten der eigentlichen Gelenke zurück zu führen.
Das führt dann zu klapperenden und ratternden Geräuschen.

Beispiel für ein klapperndes Gelenk. Man sieht deutlich wie die Kugel zwar ziemlich genau in den Becher hineinpasst, aber die Mitnehmerstifte für die Schlitze in der Becherwand zu klein sind. Das führt zu einem stoßweisen unrunden Lauf seibst schon bei gerader Stellung der Wellen zueinander.

Ich habe dann auch lernen müssen wie man solche Gelenke spiel- und klapperfrei anfertigen muß und wo bei welcher Partie es darauf ankommt. Dieses Gelenk läuft geräuschlos, ist aber eine zeitaufwendige und teure Einzelanfertigung
Großserientechnisch ist das auch möglich. Die von mir in diesem Fall eingebauten Gelenke von NWSL erfüllen diesen Zweck sehr gut. Becherschlitze und Mitnehmerstifte haben hier eine (sehr) leichte Preßpassung zueinander die einen geräuschlosen Lauf ermöglicht.

Und ja, es sollten beide Gelenke tunlichst den gleichen Knickwinkel aufweisen um eine gleichförmige Rotation zu gewährleisten. Haben beide Gelenke den gleiche Knickwinkel, so läuft zwar die eigentliche Gelenkwelle hinter den ersten Gelnek mit einem gewissen Ungleichförmigkeitsgrad, aber nach den zweiten Gelenk hebt sich das wieder auf und die angetriebene Welle rotiert wieder gleichförmig. Ist so ungefähr wie -1 x -1 = 1 wo das Minuszeichen verschwindet.

Schaut man sich die üblichen Großserienmodelle der üblichen Verdächtigen mit Standard Antriebsstrang einmal in dieser Hinsicht genauer an, so wird man feststellen, daß nur 1 Gelenk, nämlich dasjenige am Drehgestell ausknickt. Das Gelenk an der Motorseite wird nicht ausgeknickt. Damit laufen diese Lok in Kurven ungleichmässig, je kleiner der Radius desto ungleichmässiger. Das scheint aber nur einer sehr kleinen Minderheit bislang aufgefallen zu sein.

Was den Höhenversatz von Wellen betrifft:

Ganz bewusst wurde wegen der möglichen Geräuschentwicklung hier ein Zahnriemen eingesetzt und auf Stirnräder verzichtet.
Bei den Gelenken wurden auch andere Wege beschritten und homokinetische Gelenke geschaffen. Damit ist auch bei unterschiedlich großen Knickwinkeln der Gelenke einer Welle eine gleichförmige Rotation gewährleistet.

Da möchte ich noch einmal darstellen, die Kleinserienumbauten die ich hier Vorstelle sind in der Regel Einzelanfertigungen.
Die großserientechnische Umsetzung ist ein ganz anderes Thema. Insbesondere wenn eine Idee auch prozeßsicher gemacht werden muß. D.h. die Komponenten sollen sich sowohl in großer Stückzahl preisgünstig fertigen und sich auch von Ungeübten innerhalb eines bestimmen Zeitrahmens ohne Nachbearbeitung fügen lassen.

Jörg!

Gute Frage Jörg. Da ich nicht über den Maschinenpark verfüge um diese Teile in Serie zu fertigen und ebenso auch nicht über die Meßgeräte die über 1/10 Genauigkeit hinausgehen, habe ich mir etwas einfallen lassen müssen um trotzdem die gewünsche Genauigkeit mit den vorhandenen Mitteln zu erreichen.

Eine erste Überlegung war, die "Kugel" muß nur in ihrem entscheidenden Kugelschicht-Abschnitt eine exakte Kugelform in der Mitte haben, der Rest kann freigeformt oder sogar gänzlich weggelassen werden. Basierend auf dem maximalen Knickwinkel des Gelenks, sind es hier etwa 30°, bezogen auf dem Halbkugelumfang von 180°, wo man eine Kugelform haben muß. Die 30° kommen von der Forderung, daß das Gelenk hier einen Kickwinkel von max. 15° bewältigen muß.
Der Kugelschichtabnitt soll einen Durchmesser haben, der es gestattet sich spiel- und klemmfrei im Becher zu bewegen. Das konnte durch Einschleifen bewerkstelligt werden.

Ein weiterer Ausgangspunkt war auch 1,5mm Rundmaterial. Die Schlitze im Becher wurden daher auf eine Breite von 1,5mm gefeilt damit die Mitnehmerstifte, eben aus diesem 1,5mm Rundmaterial, sich spiel- und klemmfrei in den Schlitzen bewegen können. Diese Gelenke sind sozusagen aufeinander eingeschliffen.
Und als Einzelanfertigung untereinander nicht austauschbar.
Ein exaktes Maß für die tatsächlich vorhandenen Toleranzen kann ich Dir daher leider nicht angeben. Ich denke daß die so erreichten Spiele deutlich unter 1/10mm sind.
Entscheidend bei dieser Methode ist, daß man wissen muß wie die Komponenten zusammen arbeiten und wo man die Genauigkeiten haben muß.