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Kleine Dampfmaschine für Barkasse/Pinasse/...


BernhardB

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Hallo zusammen,

ich zeige Euch mal, an was ich gerade arbeite: Schon mal als "Appetit-Macher":

 

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Ich konstruiere gerade eine kleine Dampfmaschine, die ein recht kleines Boot (50 cm) antreiben soll. Rahmen-Bedingungen:

  • So klein wie möglich - die Maschine soll das Boot nicht dominieren
  • Das Boot soll aber auch wirklich fahren
  • Mit sehr einfachen Werkzeugen zu bauen - weiter unten mehr davon
  • Nach Möglichkeit kein oszillierender Zylinder - das finde ich einfach unrealistisch.

Der Status jetzt:

Die Maschine ist so weit aufgebaut, dass sie sich mit Hilfe einer Fahrrad-Luftpumpe betreiben lässt. Ich werde hier einen "rückblickenden" Bau-Bericht über die einzelnen Schritte einstellen. Kessel und Ankupplung einer Welle fehlen noch - es gibt also weiter was zu tun.

 

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Erst mal zum Prinzip und Werkzeug:

Die Maschine ist komplett selber in FreeCad entworfen. Es handelt sich um eine einfach wirkende Ein-Zylindermaschine, also das einfachste, was es gibt. Hier erkennt man das Prinzip:

 

 

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Und als animiertes Video (ein bisschen älterer Planungs-Stand, das Prinzip ist das gleiche...):

 

Wie man vielleicht sieht, ist neben dem eigentlichen Zylinder ein Ventil. Dieses besteht im Prinzip aus einem Röhrchen mit Löchern für Dampfeinlass und Dampfauslass und einer Bohrung zum Zylinder. In diesem Röhrchen bewegt sich eine Stange, die einen Ausschnitt erhalten hat. Über diesen Ausschnitt wird abwechselnd der Dampfeinlass und der Dampfauslass mit der Bohrung in den Zylinder verbunden - das ist alles.

Zum Werkzeug: Viel ist das nicht, was man dazu braucht - Fräse und Drehbank habe ich nicht. Im Einzelnen:

  • Zum Bohren und Schleifen: Proxxon-Handgerät mit allen möglichen Aufsätzen, dazu (das Einzige, was ich extra angeschafft habe) ein kleiner Bohrständer. Akku-Schrauber, Hand-Drillbohrer, Feilen und natürlich Schleifpapier. M3-Gewindeschneider.
  • Zum Sägen: Laubsäge (genauer: Juwelier-Bogen - eine Anschaffung für ca. 20 Euro, die ich jedem empfehlen kann) und billige Metall-Bügelsäge
  • Zum Löten: Hand-Hartlötgerät (mit recht heißer Flamme) und Lötkolben
  • Zum Messen: Ein elektronischer Mess-Schieber

Das wars im Wesentlichen schon. Das Material ist standardmäßig kaufbare Messing-Röhrchen, Gewinde-Stangen, Messing-Flachprofile usw. Also auch kein Hexenwerk.

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Edited by BernhardB
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Hier seht Ihr den Bau der Grundplatte und der Platte, in die später der Zylinder gelötet wird:

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Die erste Idee war, einfach die Gewindestangen durch die Löcher zu stecken und mit Muttern festzuschrauben. War aber leider nicht so der Bringer, deswegen habe ich bei der nächsten Variante (es gibt nur sehr wenige Teile, die ich nur einmal anfertigte) unter die Platte Streben gelötet, mit der man später die Maschine im Boot festschrauben kann, und in diese Aufdopplung (von 2 auf 4 mm) M3-Gewinde geschnitten:

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Der Zylinder wird gebaut:

Ein Messing-Tohr-Abschnitt außen 12mm innen 10 mm für den eigentlichen Zylinder und ein Rohr-Abschnitt außen 6 innen 4 mm auf jeweils einer Seite abgeflacht und miteinander hart verlötet:

 

 

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Geputzt:

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Leider habe ich da kein Photo davon: Dann habe ich den Bohrständer, in den man die Bohr-Maschine auch um einen definierten Winkel drehen kann, um 45 ° verstellt und konnte damit am oberen Rand des Zylinders (1 mm innen, damit der Deckel noch drauf passt) schräg eine Bohrung in die Ventil-Führung bohren. Dann noch die Löcher für Zu- und Abdampf in die Ventilführung gebohrt und Zuleitungen und Deckel auf den Zylinder  wieder hart eingelötet:

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Hier seht Ihr den Aufbau de Lager-Böcke: Diese sind auch aus 2mm Messing ausgeschnitten und werden auf die Gewinde-Stangen geschoben und daran festgeschraubt. Als Welle dient eine 2mm Schub-Stange für Servos. Gelagert wird die Maschine nur in den hinteren 2 Lager-Böcken mit 2 kleinen Kugellagern. Durch den vorderen Bock wird später die Welle des Boots geführt. Da die Maschine nicht selbstanlaufend ist, ist mein Gedanke, zwischen den vorderen und mittleren Block eine durch Servo bedienbare Kupplung zu bauen, so dass ich das Boot auf dem Wasser anhalten kann und später wieder losfahren kann.

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Hallo Bernhard,

Respekt! Maschinenselbstbau ist schon mal ne andere Größenordnung.

Baust Du den Kessel auch selbst? Oderkaufst Du den Miniaturkessel von Microcosm? ist zwar Esbitbeheizt, sollte aber vermutlich ausreichen.

 

VG Ralf

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Derzeit plane ich den Kessel selber zu bauen - aus einem 42 mm Kupferrohr mit entsprechenden Kappen.  Ich habe da ein antiquarisches "Dampf 3 Modell Spezial" Heft herausgegeben von Theodor Vieweg geschenkt bekommen, in dem ein ähnlicher Kessel drinnen ist. Zusätzlich das ein oder andere Youtube-Video zu dem Thema angeschaut. Dass ich den sauber abdrücken muss ist klar. Da kommt dann noch ein zugekauftes Sicherheits-Ventil rein, dann ist das alles so wie es sein muss und es kann auch nichts passieren....

Miniaturkessel von Microcosm - hast Du da einen Link, wenn meine obige Vorgehensweise nicht funktionieren sollte? Mein bisheriger "Notfall-Plan" war der Kessel einer Wilesco D3 oder ein Kessel, wie Wilesco ihn in seine Mobile verbaut...

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Hier mal der Aufbau der Achse:

Für die Kurbel-Scheiben habe ich von einem 12-mm Rundstab Scheiben abgeschnitten und auf 2mm Dicke geschliffen, die Pleul bestehen aus 2*5 mm Messing. Dort habe ich die Ausdrucke von FreeCad mit doppelseitigem Klebeband aufgeklebt und entsprechend gebohrt / abgesägt. Das Bild ist etwas älter, da habe ich noch eine 2. Kurbel für das Ventil vorgesehen:

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Hier seht Ihr den Kolben und den Ring, der um den Excenter geht. Der Kolben ist mit Akkuschrauber, Feile und Schleifpapier in die richtige Form gebracht worden. Der Läufer auf dem Excenter besteht aus einem Rohrabschnitt und einem darin rein gelöteten Profil.

 

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Hier die fertig konfektionierte Achse: 2 Kurbelscheiben, darauf der Pleuel mit dem Kolben.

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Hier der Ventil-Einsatz mit Excenter. Der Excenter lässt sich mit einer Madenschraube auf der Welle fest schrauben.

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So schaut die Maschine jetzt aus (ich muss den Zylinder vielleicht noch etwas gefälliger polieren): Die Zylinder-Einheit musste ich leider ein zweites Mal bauen, da ich in der ersten Version das Ventil nicht dicht gekriegt habe. Deswegen ist die Führung jetzt ein Eck länger.  Dazu gesellt hat sich noch eine 19 mm Schwungmasse. Ich wollte die Achse so tief wie möglich später im Boot haben, daher der geringe Umfang. Ist wieder nichts weiter als ein Stück Stangen-Abschnitt mit einer Längsbohrung und einer Querbohrung, in dieser hat eine Madenschraube Platz gefunden. 

 

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Die Maschine ist lauffähig, wie das kleine Video zeigen mag:

 

Damit sind wir grob beim jetzigen Stand angelangt, Als Nächstes geht es an dem Kesselbau gehen...

 

 

Edited by BernhardB
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Weiter geht es mit dem Kessel: Der soll mal so ausschauen:

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Im Wesentlichen besteht das Ganze aus:

  • Kupferrohr 42 mm Durchmesser für Kessel und Brenner-Gehäusen
  • Dazu passenden Abschluss-Muffen, die Kessel-Deckel und Boden bilden
  • 12 mm Kupferrohr, das als Rauchrohr durch den Kessel bis zum Brenner geht
  • Brenner, der wird auch aus Fittings gemacht, derzeit plane ich einen Spiritus-Dochtbrenner
  • Einer Messing-Platte, auf die das Brennergehäuse gelöter wird, damit das auch schön standfest ist
  • Sicherheits-Ventil von Wilesco

 

Zum Warmwerden habe ich schon mal mit dem Brennergehäuse angefangen:

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Wieder ein bisschen weiter:

Boden und Decke des Kessels in Form gebracht: Um mehr Lötfleche zu haben, habe ich in Boden und Decke 8mm Löcher gebohrt mit einem Holz un der Dicke des Rauchrohres (12 mm) und ein paar Holzscheiben in heißem Zustand getrieben :

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Die anderen Teile sind auch weitgehend fertig:

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Zusammen gesteckt (noch nicht gelötet) schaut das dann so aus:

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Hafenschipper

Hallo Bernhard, 

Dampfmodellbau ist zwar schön, aber eigentlich 'nicht meine Welt', weil Dampfmaschinen entweder teuer oder schwierig zu bauen sind – dachte ich immer ;) 

Auch wenn ich die Metallbearbeitung, die Du hier zeigst, an meinem Küchentisch nicht machen könnte, belehrt Dein Baubericht mich eines besseren. Dass so etwas ohne Fräse und Drehbank möglich ist, ist eine wertvolle Erkenntnis – sehr erfreulich, dass Du uns an Deinem Projekt teilhaben lässt :that: 

Ich bin gespannt darauf, die Maschine später im dazugehörigen Boot zu sehen. 

Viele Grüße
Norbert 

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Ralph Cornell

Oh je, nicht selbst anlaufend? Wäre es nicht doch der Mühe wert gewesen, einen zweiten Zylinder mit um 90° versetzten Kurbeln einzubauen?

Ich hätte Angst, daß mir aus irgend einem Grund die Maschine auf dem Totpunkt stehen bleibt und leise auf dem See stehend vor sich hin köchelt.

Klar, die Ventilsteuerung ist dann aufwändiger...

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Neee, nicht selbstanlaufend. Ein 2. Zylinder würde hier auch nichts ändern: Dazu müsste das Teil zusätzlich noch doppelt wirkend sein. Für mich nicht herstellbar - schon gar nicht so klein. Sollte das Teil zu unzuverlässig sein, überlege ich mir, gut versteckt einen "Anstubs-Motor" einzubauen.... schauen wir mal, vor Einbau in ein Boot wird die Maschine gut ausgetestet.

Soo viel Angst mit dem Boot im Wasser liegen bleiben habe ich eigentlich nicht: Dank meiner Wohnung in München (wo Fläche nicht soooo günstig ist) beschränken sich meine Boots-Längen auf irgend was zwischen 30 und 50 cm. In diesem Fall strebe ich die 50 cm an. Soo weit vom Umfer lässt man dann so was nicht fahren.

Von meiner "Southern Bell" weiß ich, wie das ist, wenn ein Dampfschiff nicht mehr funktioniert und leise vor sich hin köchelt - oder eben nicht, da das Wasser aus ist: Schuhe ausziehen, Hose ausziehen und schwimmen gehen. Raus holen und feststellen, daß der weich gelötete Wilesco-Kessel eben nicht mehr gelötet ist. 50 Emmen in nen neuen Kessel investieren ::jawoll!:

 

Edited by BernhardB
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Der neue Kessel wird auch hart gelötet. Die Southern Bell fährt mit einer Wilesvo-Fertig-Schiffdampfmaschine (D48), da hab ich einfach zum Ersatz-Kessel gegriffen...

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Kessel-Löten Teil 1: Habe die Muffen auf das Rohrstück gelötet, das den Mantel darstellt. Dazu war erwartungsgemäß ein gewaltiges Maß an Hitze erforderlich: Der Kessel glühte - auf jeden Fall in dem Bereich, auf den die Flamme gerichtet war - großflächig rot (Nach https://de.wikipedia.org/wiki/Glut_(Lichtausstrahlung) ist dunkle Rotglut bei grob 700°, helle Rotglut noch 100 Grad höher. Die Verarbeitungs-Temperatur des Kupferlots ist 710°) . Das Ergebnis ist dann natürlich erst mal eine gewaltige Oxid-Schicht:

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Nach Befreien von dieser Schicht mit Feile, Schleifpads und Essig-Salzwasser kann man die Schweißnähte beurteilen:

 

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Genaues Hinschauen (nicht auf dem Foto erkennbar) zeigte mir, daß die Nähte sauber sind und ich gute Chancen auf nen dichten Kessel habe....

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Hallo Bernhard,

lötest Du noch Buchsen für den Wasserstand ein? Sonst musst Du das Wasser ja immer genau abmessen welches Du einfüllst.

Ich hatte den Kesselsockel noch in der Höhe gekürzt, der Schwerpunkt ist sonst bei einem 50cm Modell vermutlich zu hoch.

Befeuerung mit Esbit oder Gas? 

VG Ralf 

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Hallo Ralf,

2 hours ago, Brummbaer said:

lötest Du noch Buchsen für den Wasserstand ein? Sonst musst Du das Wasser ja immer genau abmessen welches Du einfüllst.

Das erspare ich mit aus Platz- und Dichtigkeits-Gründen: Für einen so kleinen Kessel hab ich keine passenden Ersatzteile gefunden, die ich hierzu verwenden kann - zum selber basteln fehlt mir die Idee, wie ich das auch wirklich sauber und dicht konstruiere.Wenn ich es richtig gerechnet habe, passen in den Kessel (4 von den 7 cm gefüllt) 45 ml Wasser rein. Die kann ich einfach mit ner Spritze aufziehen und rein drücken.

2 hours ago, Brummbaer said:

Ich hatte den Kesselsockel noch in der Höhe gekürzt, der Schwerpunkt ist sonst bei einem 50cm Modell vermutlich zu hoch.

Befeuerung mit Esbit oder Gas?  

Ich denke, diese 2 Punkte hängen zusammen: Mein derzeitiger Plan ist Spiritus-Dochtbrenner. Dann brauche ich natürlich etwas mehr Höhe im Sockel, da das Gefäß mit Spiritus ja ne gewisse Höhe hat und der Docht da auch noch raus schaut. Hier wäre wohl Esbit besser: Das wird einfach in ne Schale am Boden gelegt und gut ist. Noch eine Alternative wäre eine Schale mit Brennpaste. Gas ist zu aufwendig.

 

Von der Höhe her schaut mir das fast stimmig aus - es kann sein, daß das einfach dadurch täuscht, dass der Kessel sehr schlank ist: Hier mal mein Entwurf für das endgültige Boot - Spantenriss eines Dampf-Landungsboot der Amerikaner aus dem Jahr 1890, das ich aber "in ziviler Aufmachung" haben möchte_

 

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Ich finde, da sieht das schon mal halbwegs stimmig aus, auch von der Höhe. Aber ich werde die Maschine erst mal auf einem Brett montieren und gut damit experimentieren, um zu sehen, wie sie sich verhält...

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Ich denke das es wegen dem Schwerpunkt auf jeden cm ankommt. Esbit ist da wohl die erste Wahl, dann kannst Du das Brennergehäuse noch niedriger machen. Auf deiner Zeichnung sieht das sonst sehr hoch aus. Ist aber schwierig zu beurteilen wie "schaukelig" der Rumpf nachher ist. 

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Bernhard, Du wirst ja vermutlich noch eine Boden-Beplankung oder eine Gräting im Rumpf anbringen.

Das Boot hat doch schon deutlich Tiefgang, und wenn es vom Gesamt-Gewicht her geht, könntest Du unterhalb der Bodenbretter direkt über dem Kiel Ballast einbringen - z.B. Blei-Kügelchen, mit Epoxy verklebt.

So würdest Du den Schwerpunkt runterkriegen.

Viele Grüße

Torsten

 

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Habe ich mir auch schon überlegt. Der Tiefgang muss eh halbwegs realistisch werden - und sooo schwer wird das nicht, was ausser der Dampfmaschine noch rein kommt: Ein bisschen Holz-Innenausbau, wahrscheinlich 2 Figürchen, ein Lipo-Akku (einfach weil er schon da ist), 1 Empfänger und 2 kleine Servos. Evtl. ein "Anstubs-Motor" -wird sich zeigen.... Da kann es durchaus sein, dass ich -alleine für ein halbwegs realistisches Aussehen - Gewicht rein bringen muss.

Allerdings so wenig wie irgendwie geht: Sooo stark wird die Maschine auch nicht sein und je schwerer desto mehr wird das schieben müssen. Wie gesagt: Da wird einiges an Testen auf mich zu kommen - sowohl außerhalb als auch im Wasser...

 

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  • 2 weeks later...

Kessel ist gelötet: 

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Das ist wohl das Größte, was man dem Hartlöter, den ich besitze, zumuten kann: Es war extrem schwierig, die Hitze herzukriegen, das Feuerrohr einzulöten. Aber ich denke, jetzt ist es mir gelungen, der nächste Schritt ist noch ein bisschen mehr sauber zu machen und Kessel abdrücken...

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Der Kessel will ja abgedrückt werden. Das geht am einfachsten gegen den Druck der Wasserleitung im Keller des Hauses - da ist der Druck am größten,

Also einen Anschluss für den Kessel an die Wasserleitung gebastelt:

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Wie man sieht, besteht die aus handelsüblichen Fittings, einem Manometer für 5 Euro aus der Bucht, einem Stück Dampfrohr, das einfach weich in ein Fitting eingelötet ist und einem Dampfnippel, der zum Anschluß an den Dampfauslass des Kessels passt.

Montiert sieht das dann so aus:

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Ich kann derzeit die Öffnung für das Sicherheitsventil nur durch das Ventil selbst verschließen - eine passende Schraube (M6 x 0,75) habe ich erst bestellt. Setze ich damit den Kessel unter Druck, so steigt der Druck auf dem Manometer bis exakt 2 Bar, dann öffnet das Sicherheitsventil. Das gilt natürlich noch nicht wirklich als abgedrückt, da muß der Test ohne Sicherheitsventil noch erfolgen.

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