Hebebühne / Kippvorrichtung

Nachdem es soweit war, das ich auf meiner Modellbahn Waggons mit Sand befüllen konnte, brauchte ich natürlich auch eine Möglichkeit, die Waggons wieder zu entladen.

Auch hier galten die gleichen Vorgaben wie bei dem Sandsilo:

Da auf dem einschlägigen Markt nichts zu finden war, was meinen Vorstellungen entsprach, habe ich mich für den Selbstbau einer Hebebühne / Hebevorrichtung entschieden, welche im Prinzip wie die Ladepritsche eines LKWs funktioniert.

Um es jedoch gleich vorweg zu sagen:
Der Bau der Hebebühne stellt gewisse Anforderungen an das bastlerische Können -was sowohl für die mechanische Fertigung als auch für die evt. in Frage kommende elektronische Steuerung gilt.

 

Das folgende Bild zeigt die Hebebühne im Ruhezustand

Als eigentliche Bühne habe ich ein märklin-Rampenstück 7268 (74618) verwendet und ein gerades Metallgleis 5160 eingesetzt.
Der Mittelleiter des Gleisstücks wurde komplett entfernt und die Oberseite des Gleises mit einer Lage Holzplanken verkleidet.

Bei dem zum Einsatz kommenden Waggon handelt es sich um einen offenen Güterwagen vom Typ Eaos (4689) mit 16,1 cm Länge.
Eine Kopfseite wurde entfernt und durch eine Schütte ersetzt.


 


Die folgenden Bilder zeigen die Hebebühne 'in Aktion'.
 
      
 
 
      
 


Eine der ersten Fragen von Besuchern lautet meistens: Und wie hebst Du die Bühne an ?

Natürlich kann ich mir keine echte Hydraulik leisten und auch der erforderliche Platz dafür wäre kaum vorhanden.
Außerdem wäre die Hubkraft eines solchen Antriebs um ein vielfaches überdimensioniert.
Bei mir tut's ein einfacher Getriebemotor.
Die folgende Zeichnung zeigt das Prinzip der Hebebühne:


Unter der Platte befindet sich ein langsam laufender Gleichstrom-Motor. Er ist über das Zugseil mit dem beweglichen Teil der Hebebühne verbunden.
Zum Anheben der Bühne wird das Zugseil auf die  -auf der Welle des Motors befindliche-  Seiltrommel aufgespult.
Das Zugseil wirkt auf Punkt A und zieht den unteren Schenkel der Winkelverbindung zu sich heran.
Über die Achse wird diese Bewegung auf die Bühne übertragen und diese beginnt sich zu heben.

Die Hubgeschwindigkeit lässt sich u.a. durch
- die Drehzahl des Motors,
- den Abstand des Punktes A von der Achse und
- den Durchmesser der Seiltrommel
in gewissen Grenzen regeln.

Die -in der Zeichnung blau gezeichnete- Winkelkonstruktion besteht aus 6 mm starken Sperrholz und ist im waagerechten Teil mit dem Rampenstück verschraubt.
Die Achse wurde mit einem 2-Komponentenkleber (Stabilit-Express, UHU-Plus o.ä.) mit der Winkelkonstruktion verklebt. Sie besteht aus einem Alu-Rohr mit 6mm Außen- und 4mm Innendurchmesser.
In das Rohr lassen sich 2 Schrauben mit 4mm Metallgewinde einschrauben, welche dann den Drehpunkt der Bühne bilden.

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Wenn die mechanische Fertigung schon aufwendig erscheint, so steht die benötigte Elektrik / Elektronik dem
um nichts nach !

Da der Getriebemotor die Bühne heben und senken muß, muß er auch in beide Richtungen drehen können.
Am leichtesten lässt sich die Drehrichtung bei Gleichstrom-Motoren umkehren.

Das folgende Bild zeigt die prinzipielle Schaltung:

Bild 7

Durch die Verwendung von 2 gekoppelten Umschaltern kann die Drehrichtung geändert werden.

Bei den Schaltungen nach Bild 7 würde der Motor jedoch ständig in eine der beiden Richtungen laufen.
Wir müssen folglich eine Abschalt-Möglichkeit vorsehen.

Bild 8

Ein Schalter unterbricht den Stromfluss in beiden Richtungen.

Bleibt aber immer noch die Frage, mit welchem Bauteil wir die Umschaltung der Drehrichtung vornehmen wollen.
Möglich wäre z.B. ein Schalter mit zwei Umschaltkontakten.
Die Dinger sind aber nicht so leicht zu beschaffen, teuer und meist viel zu unförmig.
Einfacher ist die Verwendung eines Relais mit der entspr. Kontaktausstattung.

Bild 9


Mit der Schaltung nach Bild 9 hätten wir eigentlich eine gute Möglichkeit, die Hebebühne zu steuern.

Wenn da nicht noch ein Problem wäre:
Der Aus-/Ein-Schalter beendet das Heben bzw. das Absenken der Hebebühne.
Was aber, wenn der Schalter zu spät oder aber überhaupt nicht betätigt wird ?
Beim Absenken wird sich nicht viel ereignen- schlimmstenfalls wickelt sich das Zugseil von der Seiltrommel und der Motor dreht leer weiter.
Beim Heben der Bühne sieht das allerdings ganz anders aus:
Ein langsam laufender Getriebemotor entwickelt ganz schöne Kräfte und ist ohne weiteres in der Lage, das Zugseil zu zerreißen oder andere mechanische Schäden an der Bühne hervorzurufen.
Um solches Unheil zu verhindern, empfiehlt es sich, den Hubweg zu elektrisch / elektronisch zu überwachen und beim Erreichen des oberen Grenzpunktes den Hubvorgang zu unterbrechen.

Bild 10

Eine solche Sicherheitschaltung kann sehr einfach durch einen Mikroschalter realisiert werden. Diese Schalter sind recht preiswert und in vielen Bauarten zu bekommen.
Der Mikroschalter wird mit der Ruheseite seines Kontaktes in die  Zuleitung zum Motor geschaltet, welche beim Heben stromführend ist, und öffnet den Stromkreis sobald z.B. der vertikale Schenkel der Winkelverbindung auf ihn einwirkt.

Wer sich einen weiteren Endschalter -für den unteren Anschlag- gönnt, kann sich den Aus-/Ein-Schalter sparen, da die Bühne dann beim Erreichen beider Endstellungen automatisch angehalten wird.
In diesem Falle reicht dann das Umschalten des Relais, um die Bühne zu heben bzw. abzusenken.

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Kommen wir nun zum eigentlichen Entladevorgang.
Am einfachsten ist die Verwendung einer Lokomotive mit TELEX-Kupplung:
- die Lok rangiert den Waggon auf die Hebebühne,
- kuppelt ab,
- fährt aus dem Einflussbereich der Hebebühne,
- der Waggon wird angehoben und wieder abgesenkt,
- die Lok fährt vor,
- kuppelt an und
- zieht den Waggon von der Bühne.

Wer keine Lok mit TELEX-Kupplung hat,  - es genügt auch eine Lok mit einem einfachen Kupplungshaken !
Die folgende Zeichnung zeigt das Prinzip:

  Bild 11

Dazu muß der Prellbock auf der Hebebühne so eingestellt werden, das der Waggon mit dem lokseitigen Radsatz schon auf der Bühne steht, die Kupplung aber über noch die Bühne hinausragt.
Die Lok sollte so anhalten, dass der Abstand der Waggonpuffer zum Prellbock max. 1mm beträgt (*) .
Beim Anheben hebt sich dann die Kupplungs-Öse des Waggons vom Kupplungshaken der Lok und kuppelt den Waggon ab.

(*) 
Bei einem größeren Abstand würde der Waggon ansonsten beim Anheben zum Prellbock rollen und einen absolut unnatürlichen Eindruck erwecken.
Drückt die Lok dagegen den Waggon an den Prellbock, kann es passieren, das beim Heben der Bühne die Lok für einen kurzen Moment über die Puffer mit angehoben wird und anschließend auf das Gleis zurückfällt.
Auch nicht gerade eine Augenweide.

Nun ist es aber gar nicht so einfach, diese Distanz mit der Lok einzuhalten, zumal, wenn die Hebebühne etwas weiter entfernt vom Fahrpult entfernt ist.
Ich habe darum in das Zufahrtsgleis einen Anschlag eingebaut, welcher über den Schleifer der Lok diese zum einen mechanisch anhält und zum anderen einen elektrischen Kontakt auslöst.
Da der Anschlag mit einem Langloch versehen ist, lässt sich die erforderliche Distanz sehr präzise und stabil einstellen.

Der Einbau des Anschlags hat einen weiteren Vorteil:
Da sich der Waggon beim Anheben kaum bewegt (bewegen kann), wird beim Absenken die Kupplungs-Öse wieder exakt über den Kupplungshaken gelegt. und die Lok kann -nach wechseln der Fahrtrichtung- sofort mit dem Waggon abfahren.
 

Der bereits erwähnte elektrische Kontakt lässt sich mit der folgenden Schaltung auswerten.
Die Schaltung ist für analogen und digitalen Betrieb geeignet.

Schaltungsbeschreibung:
Sobald die Lok mit dem Schleifer an den Anschlag fährt, fließt der Fahrstrom / Digitalstrom über den 1kOhm-Widerstand durch den Optokoppler gegen Masse. Der Transistor im Optokoppler lässt das K-Relais anziehen und seinen k1-Kontakt schließen.
Über k1 kann z.B. eine Kontrolllampe eingeschaltet werden.

Für Digital-Fahrer wurde das I -Relais vorgesehen.
Dieses Relais zieht ebenfalls über den k1-Kontakt an. Allerdings nur solange, bis der im Stromkreis liegende Kondensator von 1.000µF aufgeladen ist. Dann fällt I -Relais wieder ab und liefert somit über i1 einen Masse-Impuls von ca. 4 - 5 Sekunden.
Dieser Impuls könnte von einem Rückmeldemodul ausgewertet und z.B. die Lok autom. angehalten werden.
 

In Vorbereitung:
- Relaissteuerung zum autom. Heben und Senken der Hebebühne ...