Steuerung von Dreizylinderlokomotiven

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  • Hallo,


    mal ein Beitrag zu einem speziellen Thema.



    Mein aktuelles Projekt ist eine englische V2 GREEN ARROW für Spur 1 (Maßstab 1 : 30,5).


    Das Original ist eine Dreizylinderlok, gebaut im Jahre 1936 nach einer Konstruktion von Sir H.N. Gresley, Chief Mechanical Engineer der London North East Railway(LNER).
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    Der Modellbauplan ist mit 2 Zylindern ausgelegt. Ich habe mich im Nachhinein geärgert, daß ich nicht von Anfang an auf die Dreizylinderausführung umkonstruiert habe. Es wäre in diesem Maßstab gut möglich gewesen. Leider hatte ich die notwendigen Informationen über die Steuerung erst nach der Fertigung von Rahmen und Zylinder zur Verfügung.


    Die Modellbaupläne im Maßstab 3 1/2 und 5 Zoll sind aber als Dreizylinder ausgeführt.



    Da mich derartige technische Lösungen interessieren und ich inzwischen einiges Material dazu habe, will ich versuchen, diese hier erläutern. Ich kann aber unmöglich, alle Informationen dazu hier schreiben. Korrekturen und Ergänzungen nehme ich gerne entgegen.



    Herbert Nigel Gresley, Locomotiv-Ingenieur in Doncaster hat 1915 eine Patentschrift verfaßt, die zwei Ausführungen der Steuerung von Dreizylindern beinhaltet. Es geht darum, den mittleren Zylinder nicht von einer eigenen Steuerung zu betreiben, sondern dieser Zylinder soll von den beiden äußeren (Walscharts) Steuerungen betätigt werden (Conjugated Valve Gear). Für Gresley war die dritte Steuerung unnötiger Ballast (unnecessary weight).
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    Das Schema aus der Patentschrift zeigt eine Seitenansicht, Draufsicht und Vorderansicht auf Treibachse, Kolbenschieber und angedeutete Zylinder. Die Schieberstangen sind nach vorn verlängert und über Gelenkhebel mit dem querliegenden Gestänge verbunden. Wesentlich dabei ist der größere Hebel. Er hat ein Hebelverhältnis 2 : 1 und ist etwa in Lokomotivmitte gelagert. Der lange Hebelarm ist mit einer der äußeren Schieberstangen verbunden. Am kürzeren Arm ist ein Gelenk, in dem ein gleichschenkliger, kleinerer Hebel gelagert ist. Dieser ist mit einer der äußeren und der inneren Schieberstange verbunden.
    Das Schema zeigt den Aufbau noch etwas deutlicher.
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    Die äußeren Schieberstangen bewegen sich natürlich mit dem vollen Schieberweg. Das kürzere Hebelende mit dem Gelenk macht nur den halben Schieberweg. Der gleichschenklige Hebel an diesem Gelenk übersetzt aber 1 : 1, also entsteht an der Verbindung zur inneren Schieberstange wieder der volle Schieberweg, aber versetzt zu den beiden äußeren Bewegungen. Das bedingt natürlich an der Treibachse einen Versatz der Kurbeln um je 120°.


    Der englische Begriff „conjugated“ bedeutet hier soviel wie „Zusammenfassen beider Bewegungen“.


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    Das Modell dieser Steuerung steht im National Railway Museum in York.



    Die erste Lokomotive mit dieser Steuerung wurde 1918 für die Great Northern Railway (GNR) gebaut und dann für alle Dreizylinderlokomotiven der LNER verwendet.


    Es gab dann noch Änderungen an den Lagern und Bolzen, deren Verschleiß anfangs doch zu groß war. Das Wartungsproblem war besonders während des II. Weltkriegs zu spüren, als es an entsprechenden Schmiermitteln und Ersatzteilen mangelte.


    Diese Ausführung hat sich aber auf lange Sicht bewährt und wurde viele Jahre eingebaut.



    Auf dem ersten Foto ist deutlich die Geradführung der vorderen Schieberstange zu sehen.



    Das zweite Patent funktioniert mit zwei Zwischenwellen und entsprechenden Hebeln. An der Verbindung zur inneren Steuerung wird ebenfalls ein 2:1 Hebel verwendet.
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    Meines Wissens nach ist diese Variante aber nicht verwendet worden.



    Die deutschen Varianten, wie z.B., der preußischen S 10² oder der sächsischen XVIII H haben auch alle einen Hebel 2 : 1. Natürlich sind die Ausführungen stark unterschiedlich. Diese Steuerungen wurden alle etwa zur gleichen Zeit entwickelt, so daß man sicher schon gegenseitig auf die Patente geschaut hat.


    Ich werde diese Ausführungen auch noch versuchen zu erläutern. Da muß ich aber noch auf Zeichnungen, bzw. Genehmigungen zur Veröffentlichung warten.


    Quellenangabe:


    Buch„GREEN ARROW and the LNER V2 Class“ von Michael Rutherford und Michael Blakemore, erschienen 1997Dank an Michael Blakemore


    Webseite der “LNER-Enzyclopädie“,Dank an Richard Marsden


    Patentschrift Nr. 15769 von 1915 über „Improvements in Valve Gear for Locomotive and other Steam Engines."


    Michael

  • Hi Michael,


    schön mal wieder was von Dir zu lesen. Die Gresley Steuerung wurde auch an den stärksten Starr-Rahmen-Lokomotiven verwendet, den Loks der 9000er Serie der Union Pacific.
    Bekanntlich auch eine 3 Zylinder Lok mit der Achsfolge 4-12-2.
    Die Loks haben sich zwar mehr als bewährt, aber auch dort war der Schwachpunkt der hohe Wartungsaufwand und Reparaturanfälligkeit der Steuerung.
    Die Steuerzeiten änderten sich bei hohem Verschleiß der Bolzen.
    Auf dem Bild sieht man die Steuerung recht gut.


    Gruß
    Christian
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    Das Licht am Ende des Tunnels könnte auch ein Zug sein !!! :D Ich bin der Fräser Eilig, was ich nicht fräs das feil ich.... Genitiv ins Wasser weil es Dativ ist :pinch:

  • Die Konjugierte Steuerung bei den Britischen A1 Loks war fortschrittlich, aber leider nicht zeitgemäß. Während WK2 wurden einige A4's stillgelegt, weil ganz einfach die Leute fehlten, um diese komplizierten Maschinen zu warten. DIe Lager der Maschinerie waren verschleißanfällig und führten zu häufig zu Ausfällen. Wenn die Loks bei einem Anfahrvorgang mal 'durchgingen', dann war fast immer ein Werkstattaufenthalt notwendig.
    Nach dem Tod von Sir Nigel Gresley 1941 wurden alle Lokprojekte mit konjugierten Steuerungen eingestellt, oder diese Loks wurden in klassische 2-Zylindermaschinen umgebaut.
    Nichtsdestoweniger sind Modell-Loks mit Konjugierter Steuerung eine anspruchsvolle und dankbare Sache.



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  • Hallo Mike,
    ein sehr interessantes Thema sprichst du hier an, wenn du noch tiefer in die Gresleysteuerung eintauchen willst habe ich einene gute website für dich:
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    Lade die (kostenlos und ohne zu registrieren) File 10k runter, da kannst du stundenlang dran rumspielen, vor, und zurück, hoch und runter. Auch kannst du dir später die Justierarbeiten ersparen. Genau nach den Maßen (auch in mm) bauen und zusammenfügen, läuft garantiert problemslos, vor und rückwärts ohne zu ruckeln, nicht nur in der Simulation. Habe schon 3 Loks nach dieser Simulation gebaut, alle 3 laufen absolut zufriedenstellend. Gruß Gerhard - und viel Erfolg

  • Steuerungen von Drillingsloks sind wohl ein Fall für sich.
    Vergleicht man hier Einheitsloks mit Länderbahnloks, kann man sagen, dass die
    DRG nur dann der Lok ein Drillingstriebwerk gegönnt hat, wenn es wirklich sein
    musste, z.B. bei höheren Geschwindigkeiten (BR 01.10,03.10,05,usw.) oder wenn
    die Belastungen im Triebwerk beim Zwilling zu ungünstig wurden (z.B.BR 43->BR 44).
    Allerdings bekam bei den DRG-Loks die "Mitte" ihre eigene Steuerung.


    Anders die Länderbahnen:
    Da gab es Loks mit doppelt gekröpfter Gegenkurbel auf einer Seite (pr- P10)
    oder Loks mit Übertragwelle, wobei diese nichts anderes machte, als das
    Gresley-Patent, nur auf anderem mech. Weg (sä. XVIII H, G12, usw).


    Im Alltagsgeschäft wollte man allerdings einfache Loks haben und so verwundert es
    nicht, dass die P 8 länger als die P 10 eingesetzt wurde.
    Selbst die T20 hat die BR 84 bei der DR überdauert und das mehrere Jahre.


    Wo es ging, versuchte man ab den 60er Jahren alles was mehr als 2 Zylinder hatte
    los zu werden, meist durch Diesel- und Eloks.
    Von der Erdölkrise anfang der 80er Jahre in der DDR Jahre haben eigentlich dann nur
    Zwillingsloks profitiert.
    Man prügelte dann lieber eine 52.80er vor einem Gz, als eine 44er.
    Schön, dass es da die heile Welt des Modellbaus gibt, wo Faszination im
    Vordergrund steht.


    Dass die DRG lieber wieder mit 3 Steuerungen arbeitete liegt wohl auch daran,
    dass bei entsprechenden Verschleiß der äußeren Steuerungen sich die
    Fehler der inneren Maschine stark erhöhten, weshalb die G 12, wie auch die
    BR 18.0 (XVIII H) , in der Werkstatt nicht die beliebtesten waren.


    Eigenartiger weise habe ich die sog. Übertragwelle an der G12 erst richtig
    verstanden, als ich Simulationen der Gresley-Steuerung gesehen habe, denn
    das Grundprinzip ist gleich.


    Hier noch eine Simulation der Gresley-Steuerung:
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    Auf die weiteren Ausführungen bin ich sehr gespannt.


    Gruß,
    Dirk

    M.A. Verick:
    Die gefährlichsten Massenvernichtungswaffen sind die Massenmedien. Denn sie zerstören den Geist, die Kreativität und den Mut der Menschen, und ersetzen diese mit Angst, Misstrauen, Schuld und Selbstzweifel.

  • Es gab sogar doppelt konjugierte 4-Zylinder-Maschinen wie den GWR 'King'.


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    Diese Lok konnte nur anfahren, wenn einer der 4 Zylinder sich an einem Todpunkt befand.



    Bei 3 Zylindermaschinen kommt noch eine Komplikation hinzu, wenn das 3. Triebwerk ggü den beiden anderen geneigt ist.


    Martin Evans / Michael Breeze entwarfen den Green Arrow so, daß die Radsätze um 120 Grad versetzt sind.
    Weil das mittlere Triebwerk um 5 Grd 14 geneigt ist, steht dies 125 Grd und 14 min relativ zu der einen und 114 Grd unf 46 min zu der anderen Seite.


    Die Jungs, die solche Loks bauen hatten immer meine volle Bewunderung...

  • Nabend,


    wo Dirk die 10 anspricht.
    Die dort gewählte Lösung mit doppelter Gegebkurbel auf der linken Triebwerksseite gefällt mir persönlich besonders gut.


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  • Hallo Christian,


    genau das hat man bei der Rekonstruktion der G12 bei der DR geändert.
    Bei diesem Video mal auf die linke Lokseite achten:
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    Gruß,
    Dirk

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  • Hallo in die Runde,


    zum besseren Verständnis für etwaige weniger Kundige hier ein paar Fotos von meiner Herzensdame, bei der das auch so gelöst ist - separate Steuerung mit zusätzlicher Gegenkurbel am hinteren Radsatz:


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    Der helle Hebel in der Bildmitte überträgt die Bewegung der Exzenterstange auf eine Hilfswelle mit Hebel am anderem Ende, an dem die "Fortsetzung" der Exzenterstange hängt:


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    Diese bewegt dann in klassischer Weise die Kulisse des Innentriebwerks (ist aber unterhalb des Lagers hinter der "Schildkröte" verborgen):


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    Schöne Grüße...
    Kristian

  • Eine ähnliche Lösung gab es bei den in UK bei GWR durch H. Holcroft entworfenen 3-Zylinder Lokomotiven.


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    Wikipedia:
    "Bitte melden Sie sich an, um diesen Link zu sehen. official photograph of Bitte melden Sie sich an, um diesen Link zu sehen. No. 822, taken at Ashford works in 1922. The lever running forward across the outside cylinder is part of the Holcroft valve gear which drives the valve of the inside cylinder"


    Hier wurde nicht der Weg beschritten, die Schieberbewegung des inneren Zylinders durch eine Konjugierte Steuerung von den außen liegenden Steuerungen abzuleiten, sondern nur von einer Seite.(Stange vor dem Zylinder, beginnend am Voreilhebel)


    Dies hatte einige Vorteile, weil sich bei einer Konjugierten Steuerung die Fehler zb aus thermischer Ausdehnung von Stangen oder der Abnutzung von Zapfen in Lagern addieren. (bei Gresley liegt der Umsetzhebel nahe der Rauchkammer und nicht wie bei den Alternativen außen im Fahrtwind...)


    Eine Konjugierte Steuerung ist eigentlich eine mechanische Addier-Maschine, wobei die Position des Innenzylinders die Summe der Positionen er äußeren Zylinder ist, allerdings in der entgegengesetzten Richtung. Vereinfacht so: Mitte = - (Links + Rechts)

  • Hallo Johannes,
    Deine letzte Erklärung als mechanische Addiermaschine ist eigentlich perfect, besser kan es nicht erklärt werden.


    Der besagte Mr. Holcroft von der GWR hatte übrigens bereits seit 1909 ein Patent auf die Benutzung von nur zwei Steuerungen bei Dreizylinderlokomotiven. Der damalige Chief Engineer Churchward der GWR hatte sich aber auf Vierzylinderloks festgelegt. Deswegen kam es dort nicht zum praktischen Einsatz.
    Gresley hat dann das auch anerkannt (gave a credit to Holcroft) und sein Patent entsprechend formuliert.


    Im übrigen ist es gut zu sehen, was für eine konstruktive Diskussion mein eigentlich nebensächlicher Beitrag ausgelöst hat.
    Schönen Tag noch
    Michael

  • Michael,


    so soll es doch sein.....will ja nicht meckern, aber Dein Thema ist eine gelungene Abwechslung. Mich hat das Sommerloch hier genervt....die letzten Monate waren hier ja eher "mau" , gut dass Du das Ruder rumgerissen hast.


    Danke dafür :D

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    2 Mal editiert, zuletzt von Steamchris ()

  • Hallo zusammen,



    noch ein anschauliches Beispiel fand ich eben auf YT.
    Der Klang der Lokomotive ist ebenfalls sehr angenehm...



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    Gruß
    Christian

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