RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#1 von steve1964 , 05.04.2015 11:55

-
Tag zusammen,
mal eine technische Frage zu Altbau E-Loks mit Stangenantrieb.
Betrachtet man eine z.B. E 91 von einer Längsseite, fällt auf,
daß sich die Treibstangen der beiden Treibradgruppen nicht auf einer Höhe,
sondern um etwa 90 Grad versetzt befinden .

War das ein Bauprinzip auch bei anderen stangengetriebenen E-Loks, wie zB
der E 52 ? ( Hier hat Märklin nämlich die Gestänge in gleiche Höhe gesetzt ) .

Werden Unwuchten beim Vorbild per Versatz ausgeglichen oder erhöht ?
Dient ein Versatz dazu, einen "toten Punkt" beim Anfahren besser zu überwinden ?

Danke schon mal an die Ingenieure hier ...
Grüße
Steve
-


Ich baue, also bin ich.


 
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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#2 von DeMorpheus , 05.04.2015 12:13

Hallo Steve,

der Versatz dient tatsächlich dazu einen Totpunkt zu vermeiden (wirklich vermeiden, nicht nur leichter überwinden).
Bei stangengetriebenen Dampf-, Diesel- und Elloks wird üblicherweise ein Versatz von 90° verwendet, bei Dampfloks mit drei Zylindern dann 60°.
Für die Unwucht spielt der Versatz keine entscheidende Rolle, da die Unwucht durch die in den Rädern integrierten Gegengewichte ohnehin je Lokseite getrennt ausgeglichen wird (das ist wegen der Breite nötig).

Märklins Modell ohne Versatz ist vorbildwidrig.


Viele Grüße,
Moritz

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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#3 von michl080 , 05.04.2015 12:50

Zitat von DeMorpheus
der Versatz dient tatsächlich dazu einen Totpunkt zu vermeiden (wirklich vermeiden, nicht nur leichter überwinden).Bei stangengetriebenen Dampf-, Diesel- und Elloks wird üblicherweise ein Versatz von 90° verwendet, bei Dampfloks mit drei Zylindern dann 60°.


moin,
so einfach ist das nicht!
Bei Dampfmaschinen gibt es natürliche einen Totpunkt, in dem der Dampfdruck keine Drehbewegung initiieren kann, bei Elektromotoren gibt es das aber nur bei zweipoligen Motoren (und die gibt es nur als Spielzeug). Also könnte eine Stangen-E-Lok ohne weiteres keinen Winkelversatz zwischen den beiden Seiten haben.
Ich weiss nicht, ob das auch so ausgeführt wird, aber es ist sicher möglich.

Michael


meine Anlage findest Du unter viewtopic.php?f=64&t=65847


 
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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#4 von rolfuwe ( gelöscht ) , 05.04.2015 13:21

Bei 180° Versatz der Treibzapfens zwischen beiden Seiten hat man im ungünstigen Fall, den Moritz als Totpunkt bezeichnet, keinen Kraftvektor in eine Drehrichtung. Der Antrieb könnt dann einen Totalschaden erleiden.
http://www.kfz-tech.de/Formelsammlung/KKurbeltrieb.htm


rolfuwe

RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#5 von Der Ruinenbaumeister , 05.04.2015 13:51

Zitat von michl080

Zitat von DeMorpheus
der Versatz dient tatsächlich dazu einen Totpunkt zu vermeiden (wirklich vermeiden, nicht nur leichter überwinden).Bei stangengetriebenen Dampf-, Diesel- und Elloks wird üblicherweise ein Versatz von 90° verwendet, bei Dampfloks mit drei Zylindern dann 60°.


moin,
so einfach ist das nicht!
Bei Dampfmaschinen gibt es natürliche einen Totpunkt, in dem der Dampfdruck keine Drehbewegung initiieren kann, bei Elektromotoren gibt es das aber nur bei zweipoligen Motoren (und die gibt es nur als Spielzeug). Also könnte eine Stangen-E-Lok ohne weiteres keinen Winkelversatz zwischen den beiden Seiten haben.
Ich weiss nicht, ob das auch so ausgeführt wird, aber es ist sicher möglich.

Michael




Vorsicht, nicht Polzahl und Nutzahl verwechseln! Fast alle Kleinmaschinen sind zweipolig - ja, auch das, was uns als Drei- oder Fünfpoler verkauft wird, weil der Rotor eben drei oder fünf Nuten hat. Zweipolige Gleichstrommaschinen gab es auch im Bahneinsatz, zum Beispiel bei dieser Schönheit hier.

Anfahrprobleme gäbe es bei einem Rotor mit zwei Nuten und einem entsprechend zweigeteilten Kollektor. So etwas zu bauen wäre natürlich sinnlos.


Gruß
Clemens

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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#6 von DeMorpheus , 05.04.2015 14:19

Hallo Michael,

dass der Elektromotor (üblicherweise) keinen Totpunkt hat ist natürlich richtig.
Der Antrieb über Kuppelstangen hat ohne (bzw. mit 180° Versatz aber trotzdem technisch gesehen einen Totpunkt, unabhängig vom Motor. Die Kuppelstangen sollten nur mit Zug- und Druckkräften belastet werden, für biegende Belastung (Querkräfte) sind sie nicht ausgelegt. Ohne (bzw. mit 180° Versatz der Kurbelzapfen träten aber je nach Drehwinkel ganz enorme Biegebelastungen auf für die die Kuppelstange erheblich kräftiger dimensioniert werden müsste - mit in der Folge wesentlich höheren oszillierenden Massen und größeren Belastungen von Fahrwerk und Gleis.
Ein Elektromotor könnte in der Tat auch ein Fahrwerk mit nicht-versetzten Kuppelstangen in jeder Winkelposition bewegen, sinnvoll ist so eine Konstruktion nicht.


Viele Grüße,
Moritz

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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#7 von Rebuilt Claughton , 06.04.2015 01:07

Zitat von DeMorpheus
Hallo Michael,

dass der Elektromotor (üblicherweise) keinen Totpunkt hat ist natürlich richtig.
Der Antrieb über Kuppelstangen hat ohne (bzw. mit 180° Versatz aber trotzdem technisch gesehen einen Totpunkt, unabhängig vom Motor. Die Kuppelstangen sollten nur mit Zug- und Druckkräften belastet werden, für biegende Belastung (Querkräfte) sind sie nicht ausgelegt. Ohne (bzw. mit 180° Versatz der Kurbelzapfen träten aber je nach Drehwinkel ganz enorme Biegebelastungen auf für die die Kuppelstange erheblich kräftiger dimensioniert werden müsste - mit in der Folge wesentlich höheren oszillierenden Massen und größeren Belastungen von Fahrwerk und Gleis.
Ein Elektromotor könnte in der Tat auch ein Fahrwerk mit nicht-versetzten Kuppelstangen in jeder Winkelposition bewegen, sinnvoll ist so eine Konstruktion nicht.


Hallo Moritz,

das mit den Biegebeanspruchungen ist einsichtig bei 0 und 180 Grad (bei horizontaler Treibstange). Aber verhindert wird es durch einen Versatz ungleich 0/180 Grad nicht? Bei der Rotation legt sich der Zapfen der Blindwelle jeweils bei 0 und 180 Grad immer wieder "mit voller Wucht" biegend in die (angenommen horizontale) Treibstange (und natürlich auch bei allen Winkeln ungleich 90 und 270 Grad; allerdings mit geringerer Kraft wegen des Winkels). Die Beanspruchung tritt immer auf; aber nicht gleichzeitig in voller Höhe auf beiden Seiten, wenn man keinen Versatz von 0/180 Grad wählt?
Könnte es sein, dass man mit einem Versatz ungleich 0/180 Grad eine ungewollte Elastizität (minimales Rucken) durch eine gleichzeitig auf beiden Seite maximal auftretende Biegebeanspruchung verhindern will? Bei einem einseitigen Antrieb kann ich ja "nichts verhindern"?

Grüße
Manfred


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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#8 von gaga , 06.04.2015 01:32

Zitat von steve1964
-
Tag zusammen,
mal eine technische Frage zu Altbau E-Loks mit Stangenantrieb.
Betrachtet man eine z.B. E 91 von einer Längsseite, fällt auf,
daß sich die Treibstangen der beiden Treibradgruppen nicht auf einer Höhe,
sondern um etwa 90 Grad versetzt befinden .

...

Grüße
Steve
-



Hallo Steve,

nein, wenn sich die Treibstangen von beiden Treibradgruppen ständig im 90° Versatz befinden, dann ist das nicht vorbildgerecht. Es ist nur dem Ein-Motor-Modellantrieb geschuldet und vom zufälligen (oder absichtlichen) 90°-Versatz bei der Montage der Treibradgruppen abhängig.

Beim Vorbild können beide Gruppen zwar zufällig und zeitweise diesen Versatz einnehmen - aber das ist dann durch unterschiedliche Motorenbelastung und von unterschiedlichem Schlupf der Radsatz-Gruppen hervorgerufen.

gaga


 
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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#9 von Riedenburgfritz , 06.04.2015 10:05

Mir ist gerade aufgefallen (vielleicht habe ich auch nur flüchtig gelesen), dass beim "Versatz" nicht ganz genau definiert ist, wer was hiermit gemeint hat.
Nimmt man eine V60 / BR 260 so ist m.W. ein Versatz von 90° zwischen den Treibstangen der linken und der rechten Seite vorhanden, der sich aufgrund der starren Achsen auch nicht ändert.

Bei der BR E 91 gibt es ja zwei Treibradgruppen, wobei zwischen den linken und rechten Treibstangen durch die Achsen eine starre Verbindung vorhanden ist mit einem Versatz von 90°. Die vordere und hintere Rädergruppe sind beim Vorbild nicht starr miteinander verbunden, sodass die beiden Treibstangen einer Seite keinen festen Versatz zu einander haben und durchaus auch gleichzeitig oben oder unten sein können. Beim Antrieb im Modell mit nur einem Motor auf alle Achsen ändert sich logischerweise der Versatz nie.


Viele Grüsse,

Fritz


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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#10 von Ulf325 , 06.04.2015 10:56

Zitat von Riedenburgfritz
Nimmt man eine V60 / BR 260 so ist m.W. ein Versatz von 90° zwischen den Treibstangen der linken und der rechten Seite vorhanden, der sich aufgrund der starren Achsen auch nicht ändert.


Das ist richtig, das war auch bei der Ost-V60 so. Der Grund dürfte in den Massenkräften 2. Ordnung liegen (dynamische Massenkräfte; die statischen werden durch die Gegengewichte ausgeglichen). Sprich: das Ganze läuft einfach ruhiger mit Kurbelversatz.


Mit freundlichen Grüßen: Ulf

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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#11 von MicroBahner , 06.04.2015 16:30

Hallo,
dass es keinen festen Versatz bei den beiden Triebwerken z.B. einer E91 gibt, wurde ja schon erwähnt. Da das 2 vollkommen unabhängige Antriebseinheiten sind, können die beliebig zueinander stehen.
Beim Versatz der Kuppelstangen innerhalb eines Triebwerkes auf der rechten und linken Fahzeugseite muss man sich etwas den Sinn des Kuppelstangenantriebs klar machen. Egal ob Dampf- Diesel oder Elektrolok ist die Antriebsenheit fest am Fahrgestell angebaut. Die Achsen/Rader sind dagegen im Fahrgestell federnd gelagert. Das bedeutet, dass es eine vertikales Spiel zwischen den Rädern und dem Motor gibt. Der Stangenantrieb dient u.a. dazu, dieses vertikale Spiel zwischen den gefederten und den ungefederten Elementen auszugleichen. Deshalb ist ein Stangenantrieb in vertikaler Richtung flexibel und kann Kräfte nur in horizontaler Richtung übertragen. Auf diesem Bild kann man z.B. sehr schön sehen, dass die Stangen aus gelenkig verbundenen einzelnen Elementen bestehen, um den Federweg der einzelnen Räder ausgleichen zu können.
Aus diesem Grunde gibt es dass Totpunktproblem bei allen Stangenantrieben, unabhängig ob die Kraft elektrisch, per Dampf oder Diesel erzeugt wird. Deshalb müssen die Stangen auf der rechten und linken Triebwerksseite immer um ( in der Regel ) 90 Grad versetzt sein.

Der Elektro- oder Dieselmotor kann den Kurbelzapfen der Blindwelle natürlich kraftschlüssig nach unten bewegen, wenn er sich im rechten Totpunkt befindet. Nur kann der Stangenantrieb dies aufgrund seiner vertikalen Flexibilität nicht auf die Treibachse übertragen.


viele Grüße
Franz-Peter
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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#12 von DeMorpheus , 06.04.2015 17:01

Zitat von Riedenburgfritz
Mir ist gerade aufgefallen (vielleicht habe ich auch nur flüchtig gelesen), dass beim "Versatz" nicht ganz genau definiert ist, wer was hiermit gemeint hat.

Ja, ich glaube mittlerweile dass Steve den Versatz zwischen unabhängigen Treibradgruppen, also auf der gleichen Lokseite, meint. Dieser ist zufällig und verändert sich durch Schlupf ständig.

Die Diskussion um Totpunkt etc. dreht sich um den Kurbelzapfenversatz zwischen den beiden Lokseiten.

Zitat von Rebuilt Claughton
das mit den Biegebeanspruchungen ist einsichtig bei 0 und 180 Grad (bei horizontaler Treibstange). Aber verhindert wird es durch einen Versatz ungleich 0/180 Grad nicht? Bei der Rotation legt sich der Zapfen der Blindwelle jeweils bei 0 und 180 Grad immer wieder "mit voller Wucht" biegend in die (angenommen horizontale) Treibstange (und natürlich auch bei allen Winkeln ungleich 90 und 270 Grad; allerdings mit geringerer Kraft wegen des Winkels). Die Beanspruchung tritt immer auf; aber nicht gleichzeitig in voller Höhe auf beiden Seiten, wenn man keinen Versatz von 0/180 Grad wählt?
Könnte es sein, dass man mit einem Versatz ungleich 0/180 Grad eine ungewollte Elastizität (minimales Rucken) durch eine gleichzeitig auf beiden Seite maximal auftretende Biegebeanspruchung verhindern will? Bei einem einseitigen Antrieb kann ich ja "nichts verhindern"?

Ich kann mit deinen Winkeln ohne Startpunkt zwar nichts anfangen, ist aber auch egal: Die Kuppelstangen werden (idealisiert) nur mit Zug- und Druckkräften belastet, unabhängig vom Drehwinkel. Dabei verändert sich der wirksame Hebel. Häufig sind Kuppelstangen auch an den Kurbelzapfen gelenkig ausgeführt, so können dann tatsächlich gar keine Querkräfte übertragen werden. Die durchschnittliche Kuppelstange einer Dampflok wäre auch bei weitem nicht in der Lage die nötigen Kräfte in Form von Querkräften zu übertragen. Hast du mal gesehen was mit einer Kuppelstange passiert wenn ein Kurbelzapfenlager festgeht?
Steht die Kuppelstange im Totpunkt ist sie kräftefrei, die Kuppelstange auf der anderen Seite überträgt in diesem Moment alles.

Zitat von Ulf325
Der Grund dürfte in den Massenkräften 2. Ordnung liegen (dynamische Massenkräfte; die statischen werden durch die Gegengewichte ausgeglichen). Sprich: das Ganze läuft einfach ruhiger mit Kurbelversatz.

Die Gegengewichte gleichen bei richtiger Dimensionierung die dynamischen Kräfte durch die Kuppelstangen (welche ja auch ausschließlich eine rotatorische Bewegung ausführen) vollständig aus. Bei Elloks und Dieselloks mit Stangenantrieb gibt es theoretisch keine Unwucht.
Bei Dampfloks gibt es zusätzlich die in Fahrzeuglängsrichtung hin- und hereilenden Massen von Kolben und Treibstange deren dynamische Kräfte durch größere Gegengewichte teilweise ausgeglichen werden. Durch die überdimensionierten Gegengewichte entsteht hier dann auch wieder eine Unwucht. Ob dieses Durcheinander voneinander abhängiger dynamischer Kräfte ohne oder mit Kurbelversatz ruhiger läuft möchte ich jetzt nicht bewerten müssen ... zur Vermeidung des Totpunkts ist ein Versatz so oder so nötig.


Ach ja: Der Kurbelzapfenversatz zwischen den beiden Lokseiten ist nicht zufällig 90° (bzw. bei Dreizylindertriebwerk 60° und bei Vierzylindertriebwerk 45°). Durch diesen Versatz addieren sich die wirksamen Hebel an linker und rechter Seite immer zum gleichen Wert, der Kraftfluss (das übertragene Drehmoment) ist dadurch gleichmäßig und unabhängig vom Drehwinkel.


Viele Grüße,
Moritz

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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#13 von steve1964 , 06.04.2015 21:03

hallo Moritz,
ja, richtig , ich hatte oben auch geschrieben
" betrachtet man EINE Längsseite der Lok " .
Das mit der Veränderung durch ( unterschiedlichen ) Schlupf ist mir jetzt
" klar soweit "

Wucht oder Unwucht :
Bin mal auf einer 111 mitgefahren . Schnellzug .
Das Schlingern und Schaukeln bei 140 km/h war auch ohne Stangen
eine Wucht !

Grüße
Steve
-


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RE: Stangen - E - Loks : Frage zum Versatz der Treibradgruppen

#14 von Rebuilt Claughton , 07.04.2015 00:42

Hallo Moritz,

Zitat von DeMorpheus

Zitat von Riedenburgfritz
Mir ist gerade aufgefallen (vielleicht habe ich auch nur flüchtig gelesen), dass beim "Versatz" nicht ganz genau definiert ist, wer was hiermit gemeint hat.

Ja, ich glaube mittlerweile dass Steve den Versatz zwischen unabhängigen Treibradgruppen, also auf der gleichen Lokseite, meint. Dieser ist zufällig und verändert sich durch Schlupf ständig.

Die Diskussion um Totpunkt etc. dreht sich um den Kurbelzapfenversatz zwischen den beiden Lokseiten.

Zitat von Rebuilt Claughton
das mit den Biegebeanspruchungen ist einsichtig bei 0 und 180 Grad (bei horizontaler Treibstange). Aber verhindert wird es durch einen Versatz ungleich 0/180 Grad nicht? Bei der Rotation legt sich der Zapfen der Blindwelle jeweils bei 0 und 180 Grad immer wieder "mit voller Wucht" biegend in die (angenommen horizontale) Treibstange (und natürlich auch bei allen Winkeln ungleich 90 und 270 Grad; allerdings mit geringerer Kraft wegen des Winkels). Die Beanspruchung tritt immer auf; aber nicht gleichzeitig in voller Höhe auf beiden Seiten, wenn man keinen Versatz von 0/180 Grad wählt?
Könnte es sein, dass man mit einem Versatz ungleich 0/180 Grad eine ungewollte Elastizität (minimales Rucken) durch eine gleichzeitig auf beiden Seite maximal auftretende Biegebeanspruchung verhindern will? Bei einem einseitigen Antrieb kann ich ja "nichts verhindern"?

Ich kann mit deinen Winkeln ohne Startpunkt zwar nichts anfangen, ist aber auch egal: Die Kuppelstangen werden (idealisiert) nur mit Zug- und Druckkräften belastet, unabhängig vom Drehwinkel. Dabei verändert sich der wirksame Hebel. Häufig sind Kuppelstangen auch an den Kurbelzapfen gelenkig ausgeführt, so können dann tatsächlich gar keine Querkräfte übertragen werden. Die durchschnittliche Kuppelstange einer Dampflok wäre auch bei weitem nicht in der Lage die nötigen Kräfte in Form von Querkräften zu übertragen. Hast du mal gesehen was mit einer Kuppelstange passiert wenn ein Kurbelzapfenlager festgeht?
Steht die Kuppelstange im Totpunkt ist sie kräftefrei, die Kuppelstange auf der anderen Seite überträgt in diesem Moment alles.




Ich ging vom einfachsten Blindwellenantrieb a la SJ Stangenloks aus. 0 Grad ist horizontal nach rechts; Winkel gegen den Uhrzeigersinn gemessen. Hat sich aber erübrigt. Ich hatte Dich so verstanden, dass der seitliche Versatz um 0/180 Grad die Biegebeanspruchungen erhöht, ergo zu vermeiden ist. Das habe ich kausal nicht zusammen bekommen. Franz-Peter (MicroBahner) hat es aber schön erklärt: Kuppelstangen werden mit Gelenken ausgeführt, um die Biegebeanspruchung zu eliminieren und Federwege zu ermöglichen -> Der Antrieb kann in den Stellungen 0 und 180 Grad keine wirklichen Zug- und Druckkräfte übertragen -> Daraus (aus den Gelenken) folgen Totpunktstellungen -> 180 Grad ist ungünstig

Zitat von DeMorpheus
Ach ja: Der Kurbelzapfenversatz zwischen den beiden Lokseiten ist nicht zufällig 90° (bzw. bei Dreizylindertriebwerk 60° und bei Vierzylindertriebwerk 45°). Durch diesen Versatz addieren sich die wirksamen Hebel an linker und rechter Seite immer zum gleichen Wert, der Kraftfluss (das übertragene Drehmoment) ist dadurch gleichmäßig und unabhängig vom Drehwinkel.


Bei Vierzylinder-Einfachdehnung wird nur sehr selten der 45 Grad-Versatz ausgeführt. I.d.R. werden wie bei der Zweizylinderlok (Einfachdehnung) die äusseren Zylinder um 90 Grad versetzt, die inneren werden gegenüber den äusseren um 180 Grad (oder je nach Neigung der Innenzylinder) versetzt, um die Innen-Steuerung über Wipphebel (daraus folgt ein Phasenversatz um 180 Grad) von den äusseren Schiebern abzuleiten ohne seperate Steuerung für die Innenzylinder (Beispiel S10.0). D.h auch eine so ausgeführte Vierzylinderlok (Einfachdehnung) hat kein gleichmäßigeres Drehmoment wie eine Zweizylinderlok. Die Lord Nelson Klasse der Southern zur Zeit des Grouping in GB hatte als Vierzylinderlok mit Einfachdehnung einen Versatz von 45 Grad (in der Literatur oft 135 Grad genannt); sie hatte laut Literatur ein sehr ungewohntes und "hektisches" Abdampfgeräusch.

Grüße
Manfred

Nachtrag, da es hier drunter und drüber geht: mein Geschreibsel bezieht sich auf den Versatz der Seiten einer Treibradgruppe im Vorbild


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#15 von rolfuwe ( gelöscht ) , 07.04.2015 09:11

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http://cdn01.trixum.de/upload2/5200/5005...3d5f3d68d41.jpg
http://pics.haertle.de/out/pictures/mast...heit-2014-3.jpg
usw.
Bei diesen Loks wird sich die Stellung der Treibstangen untereinander verändern, weil sie getrennte Antriebe haben.
Bei Loks wo die Antriebsgruppen im Model einen gemeinsamen Motor bzw. Getriebe haben, bleibt der zufällige "Versatz" erhalten.
http://www.rbd-breslau.de/12-elloks/e91_20.jpg
http://www.muekubahn.de/dokumente/modell...ae77/bild14.jpg
https://www.elriwa.de/media/image/thumbn...06_1000x700.jpg


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