Schöma-Diesel in GN15 (Teil 1)


83 18.07.2019


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Schöma CHL 10G als Kartonmodell nach einer Vorlage aus dem Forum der Feldbahnsinnigen.

Noch einmal der Versuch eines Feldbahn-Diesels in Gn15. Eine Schöma-Lok CHL 20G mit Faulhaber-Antrieb und Funksteuerung auf 16,5 mm Spurweite soll es werden. Im ersten Teil dieses Zweiteilers geht es um Planung und Antrieb. Im zweiten Teil folgt die Beschreibung der Konstruktion und der Modellmontage.


Mission

Obwohl GN15 nicht zu meinen bevorzugten Spurweiten gehört und ich mich 2015 schon einmal nicht so erfolgreich mit dem Thema auseinandergesetzt (siehe GN15 - ein Versuch) hatte, jetzt noch einmal ein neuer Versuch.

Es entstehen drei Modelle: Eine motorisierte Variante für eine GN15-Anlage und zwei Rollmodelle – sozusagen eine Traktion – für meine Vitrine. Dazu passend gibt es einige Loren (siehe GN15-Loren).

Die Anforderungen an das Modell sind schnell umrissen:

  • Fertiges Fahrwerk mit 16,5 mm Spurweite
  • Fahrbetrieb auf H0- und 0e-Gleisen
  • Deltang-Funktsteuerung mit Akku
  • Gute Fahreigenschaften
  • Wartungsfreundlicher Aufbau
  • Beleuchtung und eine Sonderfunktion

Vorbild

1929 trennten sich die Inhaber der Diepholzer Maschinenfabrik DIEMA Fritz und Christoph Schöttler. Christoph Schöttler gründete die Christoph Schöttler Maschinenfabrik GmbH, kurz SCHÖMA. Heute ist Schöma der einzige in Deutschland verbliebene Hersteller von Feldbahnlokomotiven. Der Schwerpunkt liegt im Bau von Tunnel- und Stollenlokomotiven für die Bauindustrie.

Ende der 50er Jahre des letzten Jahrhunderts begann der Bau von Lokomotiven mit hydrostatischem Antrieb. Anstelle des Schaltgetriebes kam eine Hydraulikpumpe mit Hydraulikmotor zum Einsatz. Geschwindigkeitsregelung und Fahrtrichtungswechsel erfolgten über eine Handradregelung. Das hydrostatische Getriebe diente gleichzeitig als Bremse.

Die Schöma-Feldbahnloks der CHL-Serie gibt oder gab es in verschiedenen Größen/Leistungsklassen. Das Modell soll eine moderne CHL 10 (10 PS-Klasse) bzw. CHL 20 (22 PS) werden. Letztere wurde bis in die heutige Zeit in größeren Stückzahlen gebaut. Daneben gab bzw. gibt es u.a. die Typen CHL 40 (ca. 45 PS) und CHL 60 (60 PS).

Technische Daten Vorbild:

  • Bauart, Motor: 2achsig, hydrostatisch, Kardan, Deutz F1L 812 Motor mit 11 PS (CHL 10G) oder F2L 812 mit 22 PS (CHL 20G)
  • Gewicht: 2,5 t bzw. 3,5 t
  • Vmax: 10 Km/h
  • LüP: 2320 mm
  • Achsstand: 860 mm
  • Breite, Höhe: 850 - 1250 mm, 2000 mm mit Dach.

Bilder

Da die Darstellung von Bildern aufgrund der Lizenzproblematiken immer schwierig ist, hier eine Liste mit ausgewählten Bildlinks zu den Vorbildern CHL 10 und CHL 20:

Auf der Seite Inselbahn werden Lokomotiven CHL 20G von Schöma verschiedener Ausführungen dargestellt. Das Design – am besten an den Motorhauben zu erkennen – änderte sich mit den Jahren. Die Fahrzeuge ab den 90er Jahren haben rechteckige, kantige Konturen, was sehr modern wirkt.

Im Beitrag auf Drehscheibe-Online von Gunnar Meißner wird eine besonders interessante Variante der CHL 20G gezeigt: Durch den hydrostatischen Antrieb können mehrere Antriebsgestelle verbunden werden. Die Hydraulikpumpe der ersten Lok treibt den Hydraulikmotor des zweiten Fahrgestells an. Dieser hat keinen Aufbau! Diese Art der Traktion im Modell finde ich sehr interessant.

Hier 3 Bildlinks zu dieser Traktion:

Modellvorlage

Die Idee basiert auf einem Thread bei den Feldbahnsinnigen mit dem wunderschönen Namen: Was wäre wenn … SCHÖMA Diesellok für GN15. Er startete Weihnachten 2013 und endete im März 2014 mit einem Entwurf von Ulrich Abramowski für einen Feldbahndiesel in der Baugröße GN15. Es wurde der Bau einer modernen Schöma-Lok im Modell besprochen. Auf den Halligbahnen wurden bzw. werden diese modernen Loks eingesetzt.

Es entstand eine Maßskizze, die im Laufe der Diskussion immer weiter verfeinert wurde. Das Ergebnis ist ein Kompromiss zwischen Maßstäblichkeit und der engen Spurweite sowie des kurzen Achsabstandes.

Als Zwischenschritt gab es noch eine etwas größere Variante, die maßstäblicher wirkt.

Allerdings bin ich mir noch nicht sicher, ob ich das Modell in den finalen
Dimensionen (kleine Variante) bauen will. Die Lok erscheint mir einfach zu klein. Das merkt man am besten in Verbindung mit Figuren.

Die Abmessungen gefallen mir auf dem schmalen Gleis, und auch die Proportionen zu den Loren (siehe GN15-Loren) stimmen. Nur hat der Lokführer wenig Platz. Das ist aber nicht das Hauptkriterium, wie folgendes Bild zeigt:

Auch im Maßstab 1:1 kann der Fahrer in der Lok nicht aufrecht stehen.

So stehen zwei Varianten zur Verfügung, die ich mit Vk (Variante klein) und Vg (Variante groß) bezeichnen möchte. Interessanterweise hat mich diese größere Variante auch schon vor einigen Jahren interessiert, was ich in der Zwischenzeit schlicht vergessen habe. Es entstand auch davon in 2015 ein Kartonmodell.

Passen die Abmessungen?

ParameterVorbildUmrechnung SollIst VkIst Vg
Breite850 - 1250 mm38 - 55 mm41 mm45 mm
Höhe2000 mm102 mm94 mm103 mm
LüP2310 mm102 mm96 mm109 mm
Achsabstand860 mm38 mm35 mm35 mm

Die Werte zeigen, dass die größere Variante maßstabsgerechter ist.

Die Frage ist nun folgende: Wird die Schöma-Lok ein maßstabsgetreues Modell auf extrem schmaler Spur oder ein Fahrzeug mit Lilliput-Charakter, so wie bei anderen GN15-Fahrzeugen üblich?

Es tut mir wirklich leid, dass ich die Entwürfe und Skizzen nicht ausführlich besprechen kann und immer um den Brei herumreden muss. Aber bezüglich der Urheberrechte und der Veröffentlichung der Zeichnungen bin ich mir unsicher. Richtig schade ist, dass viele Bilder durch die Ablage bei Bilderdiensten verloren sind. Auch erreiche den Autor Ulrich Abramowski nach über 5 Jahren nicht mehr.

Antrieb und Steuerung

Grundlagen

Der Schöma-Diesel soll ein fertiges Fahrwerk nutzen. Diese benötigen modellbahntypisch 12 V zum Fahren. In der schienenstromlosen Welt ist eine Fahrspannung von 3,7 V praktisch, da sie aus einer LiPo-Zelle gewonnen werden kann. Das ist insofern gut, weil LiPo-Akkus mit mehreren Zellen ein Balancing zwischen den Zellen beim Laden benötigen. Dazu ist ein weiteres Kabel notwendig, dass aus dem Fahrzeug herausgeführt werden muss.

Um die Fahrspannung von 3,7 V auf 9 V oder 12 V zu erhöhen, wird ein StepUp-Regler eingesetzt.

Fahrwerk

Gedanken

Wegen der kleinen Spurweite von 16,5 mm und den filigranen Rädern bzw. kleinen Maßspielräumen, die für gute Fahreigenschaften auf H0 oder 0e-Gleisen sorgen, kommt ein Selbstbau nicht in Frage. Vor längerer Zeit (siehe GN15 - ein Versuch) hatte ich solche Antriebe betrachtet und konkret einen Baustein von Tenshodo ausprobiert.

Grundsätzlich funktionieren diese kleinen Antriebe, sie werden oft in der Gn15-Szene eingesetzt. Meiner Meinung nach fahren nicht alle dieser Antriebe zufriedenstellend und nur wenige Produkte sind einfach beschaffbar. Die Alternative sind Antriebe von SB-Modellbau mit Glockenankermotoren. 2011 (siehe 0f Feldbahndiesel) hatte ich ein H0m-Fahrwerk von SB-Modellbau in ein Fahrzeug eingesetzt. Diese Antriebe mit Faulhabermotoren sind schon etwas Besonderes. So ein Fahrwerk soll auch in die Schöma-Lok eingebaut werden.

Auswahl

Aus dem Portfolio von SB-Modellbau scheint mir für die GN15-Lok dieses Fahrwerk geeignet zu sein: https://www.sb-modellbau.com/details/H0-Fahrwerk-30-0-mm-40054.

  • Der Raddurchmesser von 15,5 mm entspricht im Vorbild ca. 350 mm, was bei Feldbahn-Loren und kleinen Loks ein übliches Maß ist.
  • Die Modellgeschwindigkeit im Maßstab 1:87 beträgt 60 Km/h. Auf den Maßstab 1:22,5 übertragen sind das 15 Km/h, ein perfekter Wert.
  • Der Achsabstand ist mit 30 mm sehr knapp.

Das Fahrwerk ist ein Katalogartikel. Auf Wunsch ändert SB-Modellbau auch Maße. So wäre auch ein größerer Achsabstand möglich gewesen. Allerdings keimt dann wieder die Diskussion zum Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen. Das Fahrwerk kostet 160 € und eine Änderung würde den Artikel zu einer Sonderanfertigung machen. Im Verhältnis zu den anderen üblichen Antrieben (Hallig, PMT, etc.), die sonst bei GN15 zum Einsatz kommen, ist der Preis hoch. So ein Messing-Fahrwerk mit Faulhaber-Motor kostet richtig viel Geld, es ist aber auch etwas ganz besonderes. Es surrt einfach so vor sich hin und hat einen niedrigen Stromverbrauch – einfach Klasse.

Insgesamt bewegen sich Faulhabermotoren auf einem hohen Preisniveau. Beispielsweise wird zur Motorisierung eines Drehgestells (Modellbahnen aus dem 3D-Drucker) ein Getriebemotor verwendet, der schon allein 150 € kostet.

In dem auserwählten Antrieb ist ein Motor Maxon 310363 mit Schwungmasse verbaut. Die technischen Daten:

  • Drehzahl: 13600 U/min bei 12 V
  • Leistung: 1,2 W bei 15 V

Erste Messfahrten ergaben folgende Geschwindigkeiten:

SpannungUmgerechnete Vorbildgeschwindigkeit
9Ca. 10 Km/h
7< 10 Km/h
12Ca. 20 Km/h

Diese Messungen sind noch sehr ungenau und dienen nur als Orientierung. Die Geschwindigkeit des Fahrwerks passt. Die Stromaufnahme beträgt nur 25 mA bei 11 V. Dieser außerordentlich gute Wert lässt hoffen, dass die Spannungserhöhung mittels StepUp-Regler funktioniert.

Das Gewicht beträgt 71 g.

StepUp-Regler

Das Fahrwerk mit dem Maxon Motor ist für eine Fahrspannung von 12 V ausgelegt. Der Motor bewegt sich bereits bei 3,7 V (1S LiPo). Bei einer Spannung von 9 Volt ist die Fahrgeschwindigkeit akzeptabel. Da das Gesamtsystem mit einer Lipo-Zelle betrieben wird, muss ein StepUp-Regler für die nötige Fahrspannung sorgen. Die Schaltung sieht wir folgt aus:

Tatsächlich liegen am Ausgang 9 Volt an. Auch unter Last mit dem Maxon-Motor sinkt die Spannung nicht ab. Der Stromverbrauch des Motors bei 9 Volt liegt bei etwa 26 mA. Dabei fließen aus dem Akku 75 mA ab. Das ist der Preis für die Spannungserhöhung.

Zum Einsatz kommt ein Pololu #2116 U3V12F9, der eine Ausgangsspannung von 9 V erzeugt. Die technischen Daten:

  • Eingangsspannung ab 2,5 V
  • Ausgangsspannung 9 V mit 4% Genauigkeit
  • Temperaturschutz

Die Regelungskurve zeigt, dass mit steigender Eingangsspannung die nutzbare Last größer wird. Im Fall der Feldbahnlok kann bei 3,3 V ein Ausgangsstrom von 100 mA gezogen werden, ohne dass die Spannung einbricht. Das reicht für den sparsamen Faulhabermotor und weitere Verbraucher wie LED`s.

Zur Unterdrückung von Spannungsspitzen (LC Voltage Spikes) wird ein Elektrolytkondensator von 33 µF zwischen VIN und GND empfohlen.

Steuerung & Schaltplan

Die Feldbahn-Lok erhält eine Deltang-Funktsteuerung im 2,4 GHz Netz. Als Sender verwende ich den TX20 und als Empfänger den Rx62.

Der Empfänger steuert den Motor und zwei Funktionen:

  • Licht in Abhängigkeit der Fahrtrichtung
  • Blinklichter in Orange als Simulation von Rundumleuchten

Der Schaltplan sieht wie folgt aus:

Die Highlights dieser Architektur sind:

  • Die Ladeschaltung für den LiPo-Akku ist nicht im Fahrzeug integriert. Es gib eine externe Ladebox und eine Steckverbindung.
  • Es gibt keinen Schalter, der den Stromkreis ein- bzw. ausschaltet. Diese Funktion wird durch den E_SWITCH des RX62 übernommen. Bei der Realisierung gibt es die Wahl zwischen Taster oder Reed-Kontakt (Magnet).
  • Neben der Beleuchtung mit weißen Leds gibt es ein Sondersignal als blinkende Leds in orange. Wenn die selbst blinkenden Leds funktionieren, wird keine Blinkelektronik benötigt.

Möglicherweise sind nicht alle Funktionen so umsetzbar. Der eigentliche Baufortschritt wird die Lösung zeigen.

Folgende Elemente müssen in das Fahrzeug integriert werden:

  • Akku LiPo 1S 3,7 V 1000 mAh
  • StepUp-Regler
  • Deltang Rx62 Empfänger

Alle Elemente müssen im Motorraum untergebracht werden, damit der freie Blick durch das Führerhaus nicht beeinträchtigt wird.

Fazit & Ausblick

Gute 5 Jahre nach Veröffentlichung des Forumbeitrags bei den Feldbahnsinnigenist das Projekt Schöma-Diesel auf meinem Basteltisch gelandet. Der erste Bauversuch 2015 kam über die Kartonmodelle leider nicht hinaus. Doch jetzt ist der Anfang gemacht und im zweiten Teil dieses Artikels erfolgt der Aufbau des Fahrzeugs.

Zum Zeitpunkt, als ich diesen Text schreibe, gibt es bereits die Konstruktion des Lokrahmens.

Image
Lokrahmen der CHL10G aus dem 3D-Drucker.
Tags
#gn15 #2019 #16.5mm #1:22.5 #feldbahn #fahrzeugbau #3d-druck #rc
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