Santa Fe Zug - Umbau Bremsanlage - Ysebähnli

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    im Masterstudium an der HS-Karlsruhe an der ich studiere müssen alle Studierende zwei Projektarbeiten bearbeiten. Nach dem Modulhandbuch der Fakultät wird eine Projektarbeit wie folgt beschrieben:

    "Die Studierenden sollen in der Lage sein im Team ein vorgegebenes Projekt selbstständig und strukturiert zu bearbeiten und alle Unterlagen zur stofflichen Verwirklichung zu erstellen."

    Projekte können von Professoren angeboten oder selbst erdacht werden. Um die Zeit, die in die Projektarbeit zu investieren ist, sinnvoll zu nutzen schlug ich zwei meiner Freunden vor ein Projekt für das Ysebähnli durchzuführen. Der Santa Fe Zug, den Hannibal vor Jahren aus den USA importierte ist aktuell mit einer Vakuumbremse ausgerüstet. Das Bremssystem hat eine durchaus brauchbare Bremskraft, aber hatte schon immer Probleme mit der Dichtigkeit und damit, dass es sehr sehr träge ist. Wer das Ysebähnli kennt, weiß dass es nicht viele Meter Gleis sind die eben verlegt sind. Es geht mit bis zu 4,5% heiter auf und ab. Gute Bremsen sind also dringend notwendig, weswegen der Zug meist nur an nicht so betriebsreichen Tagen zum Einsatz kommt.

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    Aus diesen Gründen entstand die Idee den Zug samt Bedienwagen auf die sonst zum Einsatz kommende Druckluftbremse umzubauen.

    Als erstes soll eine Kiste für den Bedienwagen gebaut werden, der eine Einheit für die Erzeugung der Druckluft und das Bremsventil beinhaltet. Die Kiste soll auch universell an anderen Zügen zum Einsatz kommen können, weshalb sie nicht fest in den Wagen eingebaut wird.

    Als erstes haben wir einige Messungen durchgeführt, um den Iststand zu dokumentieren und am Ende des Projekt die neue Bremsanlage mit der alten vergleichen zu können. Gemessen wird der Bremsweg bei verschiedenen Geschwindigkeiten, der Druckverlauf beim Bremsen und die Bremskraft des Zuges bei verschiedenen Drücken.

    Der Bremsweg zeigt eigentlich das Problem gut auf... bei einem leeren Zug bestehend aus der Lok Santa Fe, dem Bedienwagen und den drei Personenwagen ergibt sich ein Bremsweg bei "normale Geschwindigkeiten" von bis zu 12 Metern. Im Gefälle mit einem vollen Zug sieht das Ganze natürlich noch schlechter aus. Der parabelförmige Verlauf ist natürlich der kinetischen Energie geschuldet, die durch E=1/2*m*v^2 quadratisch zunimmt.

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    Gemessen wird auf einem halbwegs ebenen Streckenabschnitt. Während vorne gefahren und gebremst wird, wird hinten mit meinem Bedienwagen die Geschwindigkeit beim Bremseinleitung gemessen. Hier gerade kurz vor einem weiteren Testlauf.

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    Aus der Kraft, bei der der Zug gerade bei angezogener Bremse zu rollen beginnt wird die Totzeit berechnet, in der die Bremsung eingeleitet ist, aber noch keine Bremsung des Zuges stattfindet.

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    Der Zug wird übrigens nicht nur mit der Santa Fe genutzt, sondern auch noch mit einer Bezinlok vom Hannibal. Nach dem Projekt wird der Zug also öfters als jetzt auf der Strecke bei uns zu sehen sein.

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    liebe Grüße

    Jonas

  • Hallo Jonas,

    ein sehr interessantes Thema für mich, da ich beabsichtige meinen Containertragwagen nachträglich mit einer Bremse auszustatten.

    Da werde ich bestimmt aus deinen noch folgenden Bauberichten einiges lernen können ;)

    Grüße

    Christian

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    mittlerweile bin ich mit meinen Mitstreitern etwas weiter. Wir haben die Funktionen des Systems definiert und Komponenten für die Erfüllung der einzelnen Funktionen ausgewählt. Neben den "normalen" benötigten Teilen für die Drucklufterzeugung habe wir uns einen Schutzmechanismus überlebt. Beim Ysebähnli arbeiten wir mit aktiven Bremssystemen. Die Bremse kann also nicht mehr betätigt werden, wenn keine Druckluft vorhanden ist. Sollte also der Kompressor ein defekt haben, die Elektrik defekt sein, oder die Batterie leer sein, ist der Lokführer bremsenlos...

    Um diese durchaus gefährliche Situation zu vermeiden werden wir ein zusätzliches, elektrisch betätigtes Ventil verbauen. Das Ventil verbindet den Drucklufttank mit dem Druckluftausgang, der zum Bremssystem führt. Fällt der Druck im Tank unter 1bar (Normaldruck sind 3-5 bar), so öffnet das Ventil und lässt den Restdruck in das System einströmen. Das Ventil ist stromlos offen.. also auch bei einem Defekt der Elektronik wird der Zug zwangsgebremst.

    Nach Auswahl aller Komponenten haben wir diese bestellt und heute mit dem Bau des Gehäuses für die Drucklufteinheit begonnen. Neben der Batterie werden der Kompressor und ein 2,5l Drucklufttank in der Kiste unterkommen.

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    liebe Grüße

    Jonas

  • Hallo Jonas, dafür braucht ihr kein e-Ventil !
    Ich kann dir ein Festo-Ventil 1/2 Wege, gegen 20.- abgeben, das mittels Federgegendruck einen min. Druck von 1,5 Bar überprüft, und endsprechen bei unterschreiten dann umstellt.
    Wie in den Unterlagen der Kupferbremse zu entnehmen, kann man damit auch ein Automatisches Notbremssystem aufbauen.

    Das Knupferbremssystem verwenden wir schon seit den 90er Jahren.

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    der Zusammenbau der Kiste ist weiter voran geschritten. Nach Kontakt mit Daniel wurde überlegt, das vorgeschlagene Ventil zu nutzen. Da aber die meisten Komponenten bereits vorhanden waren wurde doch wieder die bisher geplante Variante gebaut. Die Anlage besteht jetzt aus einem Akku, dem Kompressor und einem 2,5L Vorratstank. Als Bremsventil wird das, der Firma Balson verwendet. Als Zwangsbremsauslöser ist ein Druckschalter verbaut, welcher ein Magnetventil schaltet, um den Restdruck aus dem Tank direkt in das Bremssystem einzuleiten.

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    An der Vorderseite ist der Hauptschalter angebracht. Zwei Kontrollleuchten zeigen den Betriebszustand der Einheit an. Die grüne Leuchte zeigt an, ob das System aktiv ist und die Orangene leuchtet auf, wenn der Druck unterschritten wird und eine Zwangsbremsung ausgelöst wird.

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    An das Bremsventil von Balson wird direkt ein Manometer geschraubt, welches den aktuellen Bremsdruck anzeigt.

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    Auf die fertige Einheit wird ein Sitz für den Lokführer montiert, so dass man auch bei einem langen Betriebstag noch bequem die Lok steuern kann.

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    Als nächstes muss das Ganze mal an einem Zug vom Ysebähnli getestet werden. Funktioniert alles, wie geplant wird es dann ab September mit dem Umbau der Drehgestelle weitergehen.

    lg Jonas

  • Wo zu ist das Aluminium Klotz (Ventil ?) neben dem Magnet Ventil ?

    Der Luftbehälter scheint mir etwas klein zu sein...
    Es ist offensichtlich ein reine direkte Druckluftbremse.
    Sind die Wagen denn alle so gekuppelt, dass eine ungewollte Zugtrennung "unmöglich" ist ?

    PS: saubere Arbeit ;)

    • Offizieller Beitrag

    Hi Daniel,

    der Aluklotz ist ein weiteres Ventil, welches das Bremsventil entkoppelt, wenn das Magnetventil durchschaltet, damit die Luft nicht aus dem Bremsventil entweichen kann.

    Wir haben eine rein direkte Druckluftbremse in den Zügen verbaut. Die Wagenzüge, die wir fahren sind alle fixe Zugkompositionen, die nur getrennt werden können, wenn man den Wagenkasten um ca. 10cm anhebt. Eine Zugtrennung des Zuges an sich ist also ohne Entgleisung kaum möglich. Zwischen Lok und Wagen verwenden wir eine Kuppelstange mit Kugelkopf. Als zusätzliche Sicherung ist die Lok mit zwei Ketten an den Wagen befestigt. Eine ungewollte Zugtrennung ist also sehr unwahrscheinlich. In den 13 Jahren, in denen ich beim Ysebähnli dabei bin, habe ich so etwas noch nie erlebt.

    lg Jonas

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    letzte Woche könnten wir die Einheit an einem unsere Personenzüge testen. Alles funktioniert wie geplant. Hier ein kleines Video mit Funktionserklärung.

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    lg Jonas

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    es geht weiter an den Wagen des Santa Fe Zuges. Im Juli nach dem Dampftreffen habe ich je ein Drehgestell mit nach Karlsruhe genommen, um hier die Bremsen umbauen zu können. Nach Abschluss der Konstruktion und Validierung der umgebauten Drehgestelle werden wir dann alle weiteren Drehgestelle in Pratteln umbauen. In diesem Beitrag will ich euch erstmal kurz die beiden Drehgestelle zeigen, um die es geht.

    2-achsiges Drehgestell des Bedienwagens

    Das Drehgestell besteht aus Alugussteilen. Hannibal hat es in den 80ern aus den USA in die Schweiz importiert. Bis auf die Achsen sind noch alles Originalteile. Der Hersteller ist mir leider nicht bekannt. Die Bremsanlage wird mit einem Vakuumzylinder realisiert. Das Bremsgestänge befindet sich direkt unter dem Träger, auf dem der Wagenkasten aufliegt. Nach Einstellen der Bremse wir über zwei Exzenter gelöst.

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    Prinzipskizze der Bremsanlage - links gelöst - rechts gebremst

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    Der Vakuumzylinder ist auf diesem Bild bereits ausgebaut, aber seine Befestigungsbohrungen sind gut zu sehen.

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    3-achsiges Drehgestell der Personenwagen

    Auch dieses Drehgestell besteht größtenteils aus Alugussteilen und wurde ebenfalls vom Hannibal aus den USA importiert. Besonders an dem Drehgestell ist die Federung und die Auflage des Wagenkastens außerhalb der Drehgestellwangen. Es werden nur die äußeren beiden Achsen gebremst und dafür hat jede Achse seinen eigenen Vakuumzylinder.

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    Auch hier wieder eine Prinzipskizze der Bremsanlage. Das Nachstellen der Bremse wird hier über zwei nachstellbare Gabelköpfe realisiert.


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    In natura sieht das Ganze dann so aus. Auch hier sind alle Teile bis auf die Achsen noch Original.

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    Bis bald

    Jonas

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    es gibt einige Neuigkeiten...das Projekt kommt gut voran und auch der Prof ist zufrieden mit unserer Arbeit. Wir haben uns zuerst das dreiachsige Drehgestell vorgenommen. Die Hängeeisen und der Querverbinder mit Gabel sollte erhalten bleiben, um den Aufwand für das Umrüsten im Rahmen zu halten. Auf Basis der Ausgangssituation haben wir einige Konzepte erarbeitet und bewertet. Das Konzept mit dem größten Potential will ich euch hier zeigen.

    Der Zylinderhalter wird durch einen neuen ersetzt. An diesem wird ein einfachwirkender Druckluftzylinder befestigt. Dieser drückt einen Hebel nach oben. Auf der zylinderabgewandten Seite wird die Gabel des Querverbinders mit dem Hebel verbunden. Der Zylinder wird so gewählt, dass die maximale Bremskraft des alten und des neuen Systems etwa gleich groß sind.

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    Der Zylinderhalter wird aus je drei Laserteilen zusammengebaut. Die unteren beiden Belche werden an zwei Stellen gebogen. Die drei Bleche werden durch Laschen positioniert und mit Schraufen Kraftschlüssig verbunden. Die Schraubenverbindung wird so ausgeführt, dass kein Gewindeschneiden von Nöten ist. Die Muttern werden in die unteren Bleche eingeschoben, welche einen solchen Ausschnitt aufweisen, dass sich die Muttern nicht verdrehen können. Von oben kann nun eine Schraube eingedreht und festgezogen werden. Der rote Hebel wird ebenfalls per Laser zugeschnitten. Die Verbindung zum Zylinder wird mit einem Stück Vierkantrohr realisiert, welches durch eine damit hart verlötete Gewindestange in den Kolben eingeschraubt wird.

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    Dank meines 3D Druckers konnten wir schnell einen Prototypen herstellen und im Drehgestell testen. Alle Teile passen und die Funktion ist gegeben. Noch in diesem Jahr werden wir das Drehgestell mit zum Ysebähnli nehmen und nochmals prüfen, dass der neue Mechanismus mit keinen anderen Teilen unter dem Wagen kollidiert. Anschließend werden alle Teile für die sechs Drehgestelle bestellt und für die Montage vorbereitet.

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    liebe Grüße

    Jonas

    • Offizieller Beitrag

    Hallo nochmals...

    beim zweiachsigen Drehgestell wurden ebenfalls mehrere Konzepte erstellt. Durch die Einfachheit des System entschieden wir uns den Zylinder einfach zwischen die beiden Querverbinder zu hängen. Auch hier kommt ein Laserteil zu Befestigung zum Einsatz, welches im Prototypen noch aus einem 3D-Druck Teil besteht. Ich denke die Bilder sind hier selbsterklärend:

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    Ansicht von unten...

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    liebe Grüße

    Jonas

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    mittlerweile haben wir beide Drehgestelle einmal in die Wagen eingebaut. Alles passte und so konnten wir die Fertigungs- und Kaufteile bestellen. Die Laserteile kamen gestern an und passen wunderbar. Gerade die Schraubverbindung zusammen mit den Laschen passen sehr gut.

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    Nach den Prüfungen im Februar geht es weiter...

    liebe Grüße

    Jonas

  • Grüss Dich Jonas

    Die Verschraubung ist ja obergenial konstruiert!

    Vielleicht noch eine Anregung meinerseits zu den Laschen: ich habe das bei meinen ersten Laserteilen zuerst auch so gemacht.

    Da ich aber ein pedant bin und es wegen der fertigungsbedingten Radien kleine Lichtspalte zwischen den Bauteilen gab, habe ich die zweite Serie mit Freischnitten in den Ecken herstellen lassen. Dies sowohl bei den Laschen als auch bei den Durchbrüchen.

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    Viel Erfolg weiterhin, bin auch grad am werken...

    Gruss, Dani

    Feldbahnmässiger Regelspurbetrieb mit elektrischen Dieseldampflokomotiven

    • Offizieller Beitrag

    Hallo Dani,

    danke für deinen Hinweis. Das sieht sehr logisch aus...werde das nächste mal an dich denken.

    Wir haben gestern ein erstes Muster zusammengebaut und getestet. Es funktioniert alles wie geplant und die Teile passen auch nach dem Biegen perfekt zusammen.

    Bremse im gelösten Zustand (der Anschluss am Zylinder wird noch durch einen Winkelanschluss ersetzt)

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    Bremse im gebremsten Zustand

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    liebe Grüße

    Jonas

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    jetzt sind die Prüfungen rum und wir hatten wieder etwas Zeit für die Bremsanlage. Wir haben alle Teile gebogen und lackiert, so dass wir mit dem Zusammenbau beginnen konnten. Die ersten zwei Bremseinheiten sind montiert und im Drehgestell eingebaut.

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    Aktuell fehlen uns noch einige Druckluftzylinder. Diese werden in KW 9 geliefert. Anschließend bereiten wir in Karlsruhe alle Einheiten vor und bauen diese dann an einem Wochenende beim Ysebähnli vor Ort in die Wagen ein. Zum ersten Fahrtag im April wird der Zug also wieder einsatzbereit sein.

    liebe Grüße

    Jonas

    • Offizieller Beitrag

    Hallo zusammen,

    nach Problemen bei der Lieferbarkeit der Zylinder und danach der Grenzschließung durch Corona, haben wir es am vergangenen Wochenende doch noch geschafft den Zug final umzubauen. Wie geplant konnten wir das alte Bremssystem einfach ausbauen und durch unsere neue Mechanik samt Druckluftzylindern ersetzten. Den Umbau der vier Wagen konnten wird so zu zweit in gerade mal fünf Stunden durchführen. Anschließend wurde das Bremssystem natürlich ausgiebig mit den beiden Loks getestet, die vor dem Zug zum Einsatz kommen.

    Die Bremskraft ist bei maximalem Druck so hoch, dass die Räder blockieren. Bei einem beladenen Wagen tritt dies aber nicht auf! Der Bremsweg wurde im vergleich zum alten Vakuumbremssystem um etwa 75% reduziert. Durch diese Veränderung kann der Zug nun sicher an den Fahrtagen eingesetzt werden.

    Hier noch ein Video vom Zusammenstellen des Zuges und etwas Fahrbetrieb.

    Santa Fe - Gartenbahn 7,25 Zoll - Ysebähnli am Rhy

    viele liebe Grüße

    Jonas