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Energielieferant


Maschinen im Modellbau - epaper ⋅ Ausgabe 2/2020 vom 19.02.2020

Ein kleiner Kessel für verschiedene Anwendungen


Skizze zum Kleinkessel. Die orange dargestellten Teile sind hier aus Kupfer.

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Bildquelle: Maschinen im Modellbau, Ausgabe 2/2020

Der Selbstbau von Dampfkesseln einfacher Art ist eine Aufgabe, die auch mit einer „einfachen“ Werkstatteinrichtung durchaus bewältigt werden kann. Wer in der Dampfmodellsparte unterwegs ist und eigene Entwürfe realisieren will, wird mit einiger Sicherheit an diesem Thema nicht vorbeikommen.

Nachdem ich mich in den letzten Jahren etwas mehr mit Heißluftmotoren beschäftigt hatte, sollte es nun mal wieder „dampfen“. Ein Modellbaukollege aus der Nähe hatte von einer LGB-Bahnanlage in ...

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... seinem Garten berichtet und so kam der Gedanke auf, eine einfache Echtdampfanwendung für diese Spur (45 mm) zu bauen, zumal noch zwei passende Wilesco-Zylinder und gedrehte Eisenräder im heimischen Ersatzteillager vorhanden waren. Kesselrohrmaterial aus Messing 63 mit einem Außendurchmesser von 45 mm würde wohl reichen, um einen einigermaßen leistungsfähigen Kleinkessel für diese Spur zu erstellen.

Über das Hartlöten und den Modelldampfkesselbau kann meines Erachtens nie genug berichtet werden und jeder macht dabei seine eigenen Erfahrungen. Sinn dieses Berichts ist es, gewonnene Erfahrungen weiterzugeben und Einsteigern Enttäuschungen zu ersparen.

Der beschriebene kleine Siederohrkessel kann für verschiedene Dampfanwendungen gebaut werden; die Maße sind je nach Anwendung variierbar:

Gedrehte Deckelschablone aus Stahl


Kesselbauteile zum Löten vorbereitet. Bei den Gewindestutzen wurde hier abweichend von der Beschreibung auch Sechskantmaterial verwendet, weil entsprechende Reststücke eben vorhanden waren


Lokomotivkessel für Spur 1 und LGB (45 mm), auch als Innenkessel
Schiffskessel für kleinere Dampfschiffe
Kessel für kleinere Stationärdampfmaschinen
Kessel für kleine Dampfwalzen oder - Traktoren

Materialzusammenstellung

Kesselrohr aus 45/43 mm Messingrohr (MS 63). Der „Profi“ zieht natürlich Kupferrohr vor, da es eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Messing besitzt und unempfindlicher gegen „selektive Korrosion“ sowie Alterung ist. Die gute Wärmeleitfähigkeit von Kupfer erschwert aber das Hartlöten erheblich, weil die Wärme von der Lötstelle zu rasch weitergeleitet wird, und wer dann keine „professionelle“ Hartlöteinrichtung (so wie ich) besitzt, wird schnell an seine Grenzen geraten und Enttäuschungen erleben. Alles schon gehabt.

Auf der anderen Seite besteht bei der Verwendung von Messing als Kesselbaustoff die latente Gefahr der „selektiven Korrosion“ (Hinweis: das ist die elektrolytische Zersetzung des unedleren Legierungsbestandteils Zink unter dem Einfluss von Flüssigkeiten). Die Gefahr der „selektiven Korrosion“ ist jedoch nicht all zu hoch, wenn geeignetes, „mildes“ Kesselwasser (z.B. Regenwasser) verwendet wird und man dieses nach Ende des Dampfbetriebs restlos absaugt.

„Selektive Korrosion“ habe ich bisher nur einmal bei einem älteren Fleischmann-Kessel aus 0,5 mm starkem Messingblech gesehen.

Für die Siederohre eignet sich am optimalsten 6/4 mm starkes Kupferrohr, das vor dem Biegen ausgeglüht werden muss. Dieses wandstarke Rohr knickt beim Biegen nicht so schnell ein.

Die Kesseldeckel sind hier aus 1,5 mm starkem Kupferblech gefertigt (weil es gerade vorhanden war) und sich gut umformen lässt.

Die Einlötstutzen sind einfache Drehteile aus Messing, in welche jeweils ein M6×0,75- Feingewinde eingebracht wird, bei Bedarf und Erfordernis auch andere Gewinde.

Vorbereiten der Kesselteile

Kesselmantel:
Bei dem 45/43-mm-Kesselrohr werden die Löcher für die Einfüllstutzen und die Siederohre stufenweise (beginnend mit einem 1,5-mm-Bohrer) gebohrt. Etwas problematisch ist die Herstellung der ovalen Öffnungen an der Kesselunterseite für die schräg eingehenden Siederohre. Man bohrt mit einer Standbohrmaschine zunächst einen senkrechten Durchmesser von 5,5 mm und bewegt dann den Kesselmantel vorsichtig schräg (Arbeitshandschuhe und Schutzbrille verwenden!) bis ungefähr zum gewünschten Winkel. Das Endmaß der ovalen Öffnungen wird mit einer passenden Rundfeile an das 6-mm-Siederohr angepasst.

Kesseldeckel:
Die Kesseldeckel, Ronden aus 1,5 mm starkem Kupferblech (Messingblech „geht“ auch, ist aber schwerer verformbar), werden über einer gedrehten 40-mm-Stahlschablone „gebördelt“. Das ergibt dann den zum Kessel (Innendurchmesser) passenden Durchmesser von 43 mm nach der Bearbeitung. Zur Bearbeitung wird das Kupferblech vorher ausgeglüht. Bitte nicht im kalten Wasser abschrecken, es besteht dann die Gefahr der Rissbildung. Die Ronde wird zusammen mit der Stahlschablone unter Beilage von einem Lederflecken in einen stabilen Schraubstock gespannt (Lederfleck an „gewaffelten“ Backenseite des Schraubstocks). Ungefähr die Hälfte der „Einspannung“ sollte aus den Schraubstockbacken herausschauen. Für das Bördeln nimmt man optimal einen Holzhammer, keinen Stahl- oder Schlosserhammer, dann bilden sich auch keine unerwünschten „Bearbeitungskrater“ auf der empfindlichen Kupfer- oder Messingoberfläche.

Kessel zum Löten im Schamotte-Arbeitsplatz. Ein gebogenes Drahtstück hält den Kessel in der gewünschten Lage


Bei diesem Kessel ist an Stelle eines Wasserstands nur eine Wasserüberlauföffnung an einem Kesseldeckel vorhanden. Damit wird sichergestellt, dass der Kessel beim Befüllen nicht überfüllt wird (Wasserfüllung ca. 2/3 des maximalen Kesselvolumens). Die Brennstoffmenge (hier Spiritus) und das Kesselwasser werden aufeinander abgestimmt, damit ein Trockenheizen mit einer Brennerfüllung nicht möglich ist. Die mögliche Brennstoffmenge wird am besten durch Versuche ermittelt. Bei derartigen Kleinkesseln zeigt ein Wasserstand meist nicht den richtigen Wasserstand an und bei Schiffen oder Lokomotiven ist eine Wasserstandkontrolle während des Fahrbetriebs ohnehin kaum möglich. Als Alternative wäre ein Wilesco-Sichtglas wie bei dem Wilesco-Dampftraktor denkbar.

Bei meinen Anwendungen hat sich die Abstimmung von Brennstoffmenge und Wasserinhalt bisher bewährt.

Wenn eine Hälfte gebördelt ist, wird umgespannt und weitergebördelt. Bitte keinen Kraftakt veranstalten, immer nur mit viel Gefühl arbeiten, weil sich ansonsten Falten bilden können. Das Werkstück wäre damit verdorben.

Kessel fertig zum Einbau


So schaut der fertig gelötete Kessel aus. Alles muss noch gereinigt werden. Tipp: Die Gewinde der Kesselstutzen schneidet man am besten nach der Lötung; das Ergebnis ist einfach besser. Der Kessel muss gründlich gespült werden. Flussmittel - oder Metallreste sind restlos zu entfernen.


Kessel nach der Reinigung.
Sieht doch schon viel besser aus!


Bei einem Biege-Winkel von ca. 45 Grad muss erneut geglüht werden, und dann kann bis zur endgültigen „Becher“-Form weitergebördelt werden. Solche Deckel können auch mit Hilfe der Drehbank „gedrückt“ werden, vorausgesetzt man besitzt ein ausreichend stabiles Gerät. Mit meiner „EMCO Unimat 3“ ist das nicht machbar, aber die „Profis“ unter den Modellbaukollegen haben sicher solche Voraussetzungen.

Wer will, kann die gebördelten Deckel mit der Drehmaschine an den Rändern sauber überarbeiten, aber das ist eigentlich nicht notwendig, da die Umbördelung im Kessel verschwindet und später nicht mehr sichtbar ist. Wichtig ist, dass der Rand durch Feilen etwas abgeschrägt wird, damit der Deckel mit mäßigem Druck in den Kesselmantel gepresst werden kann.

Es versteht sich von selbst, dass der bearbeitete Deckel vor dem Einlöten von allen Zunder- und Oxidationsschichten befreit wird. Beim Hartlöten ist peinliche Sauberkeit der zu verlötenden Teile für ein gutes Gelingen oberstes Gebot.

Siederohre

Auch diese sind vor dem Biegen auszuglühen. Für den Biegevorgang genügt ein 20-mm-Rundstab, der in den Schraubstock eingespannt wird. Eine Biegevorrichtung ist nicht erforderlich. Die Enden werden etwas konisch gefeilt und in die vorhandenen Kesselöffnungen eingepasst.

Löten

Allgemeine Löt-Empfehlungen

Das Löten von Dampfkesseln ist immer mit einem gewissen „Stress“ verbunden, weil einerseits sicher und andererseits genau und konzentriert gearbeitet werden muss.

Ein griffbereiter zweiter Lötbrenner mit gefüllter Gaskartusche kann nicht schaden, denn in kritischen „Löt-Momenten“ fehlt manchmal die erforderliche Hitze und es muss mit einem zweiten Brenner gegengelötet werden. Bei solchen Vorgängen benötigt man außerdem drei oder besser vier Hände! Aus diesem Grund sollte man optimal eine/n unterwiesenen Helfer/in dabeihaben, der oder die, falls erforderlich, unterstützend eingreifen kann. Bei mir macht das die Ehefrau, die mit handwerklichen Arbeiten aller Art rund um das Haus vertraut ist

Um das Werkstück bei Bedarf zu wenden sollten Zangen und Drahtstäbe (z.B. Draht aus alten Kleiderbügeln) in Reichweite liegen. Außerdem griffbereit sollte Lot in ausreichender Menge sein; der Bedarf an Lot wird bei solchen Aktionen oft unterschätzt.

Zum eigenen Schutz – ganz wichtig – ist schwer entflammbare Kleidung mit entsprechenden Schutzhandschuhen und Schutzbrille notwendig. Leicht entflammbare Gegenstände oder Medien sind aus dem Arbeitsbereich zu entfernen. Ein Feuerlöscher sollte für den Fall aller Fälle bereitstehen.

Für das Löten von derartigen Kesseln empfiehlt sich ein stufenweises Löten mit Hartloten unterschiedlicher Arbeitstemperatur.

Löt-Arbeitsplatz

Als Dampf- oder Heißluftmodellbauer hat man des Öfteren diverse Hartlötarbeiten zu bewerkstelligen. Deswegen empfiehlt sich ein kleiner Hartlötarbeitsplatz mit veränderbaren Schamottesteinen. Solche Steine bekommt man im Baumarkt in der „Kaminabteilung“. Der Arbeitsplatz wird auf einer hitzebeständigen Unterlage aufgebaut. Ich habe mir dazu ein einfaches Gestell aus Holz mit aufgelegten alten Kuchenblechen „zusammengezimmert“. Auf diese Anordnung werden dann die Schamottesteine in der jeweils erforderlichen Lage gestellt. Der Schamottearbeitsplatz konzentriert die Löthitze auf das Werkstück und verhin dert, dass all zu viel Wärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Aber trotz dieser Maßnahme wird es beim Löten immer etwas wärmer im Bastelkeller.

Löt-Vorbereitungen

Vor dem Löten sind die betroffenen Teile bzw. Lötstellen von Oxidschichten und Fetten aller Art (Handfett!) vollständig zu reinigen, sonst „greift“ das Lot nur schlecht oder gar nicht. Nach der Oxidentfernung mit Stahlwolle reinige ich mit Aceton und fasse das Werkstück danach nur noch mit sauberen Handschuhen an. Spiritus ist für die Entfettung weniger geeignet. Weil sich immer wieder Oxide auf der Oberfläche neu bilden, ist der Lötvorgang unverzüglich zu beginnen. Wo es erforderlich ist, muss Hartlötpaste aufgebracht werden; insbesondere wenn man ohne flussmittelummanteltem Lot arbeitet.

Vor dem eigentlichen Löten wird das Werkstück im Lötarbeitsplatz mit einem einfachen Campinggas-Brenner auf eine gewisse Grundtemperatur gebracht, um die verfügbare Wärmeenergie des „hauptamtlichen“ Hartlötbrenners zu schonen.

Im ersten „Löt-Arbeitsschritt“ werden die Siederohre und die Einfüllstutzen in den Kesselmantel mit einem Lot hoher Arbeitstemperatur eingelötet. Nach meiner Erfahrung eignet sich dafür sehr gut das in Baumärkten erhältliche CFH „Silber Hartlot cadmiumfrei“ mit einer von Arbeitstemperatur von 670°C. Dieses Lot ist flussmittelummantelt und benötigt kein weiteres Flussmittel mehr. Diese Arbeit ist gut ausführbar, weil einerseits beim Löten mit einem zweiten Lötbrenner von innen gegenerwärmt werden kann und man andererseits den Verlauf des Lötmittels auch innerhalb des Kesselmantels gut kontrollieren kann. Bei den Siederohren nicht mit Lot sparen; alles muss gut durchgelötet sein.

Kessel probeweise auf den Lokomotivenrahmen aufgesetzt. Im Rahmen befindet ich ein Spiritus-Dochtbrenner. Vorn über den Zylindern ist ein Umsteuerventil, das später ferngesteuert Vor- und Rückwärtsfahrt ermöglichen soll. Ein zweiter Fernsteuerkanal wird für eine Dampfpfeife vorgesehen


Der so gelötete Kesselmantel wird von Flussmittel- und Oxiden gereinigt; oftmals wird dafür verdünnte Schwefelsäure empfohlen. Wer will und sich der möglichen Gefahren bewusst ist („erst das Wasser, dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure …“), kann das so machen; ich nehme eine andere, nicht so aggressive „Lösung“. In heißes Wasser wird ein wenig Weinessig und Kochsalz gegeben und das Werkstück ungefähr eine Stunde darin eingeweicht. Anschließend kommt eine etwas arbeitsintensive „Bürstenkur“ mit weichen Messingbürsten zur Anwendung. Mit etwas Geduld und Beharrlichkeit lassen sich alle Lötreste entfernen. Die Schädigungen der eigenen Haut und der Umwelt halten sich in Grenzen.

Im zweiten „Löt-Arbeitsschritt“ werden die Kesseldeckel unter Zuhilfenahme von Flussmittel und einem Hartlot von etwas niedrigerer Arbeitstemperatur (~600°C) eingelötet. Dazu wird der Kessel im Arbeitsplatz senkrecht gestellt und zunächst der erste Deckel gelötet, dann gedreht und abschließend der zweite Deckel gelötet.

Durch die senkrechte Aufstellung fließt das Lot optimal in den Spalt zwischen Kesselmantel und Deckel. Die Entfernung zur zweiten Deckellötstelle bewirkt eine wärmetechnische Entkopplung, sodass diese Lötstelle nicht mehr aufgehen kann. Auch die anderen Lötstellen am Kesselmantel, ausgeführt mit Lot höherer Arbeitstemperatur, werden damit nicht mehr aufgelötet.

Kontrolle und Reinigung

Nach der Reinigung in dem bereits erwähnten Wasser-Essigbad unterzieht man den Kessel einer kritischen Sichtprüfung. Manchmal läuft das Lot trotz gewissenhafter Bemühungen nicht in alle Ecken; sind solche Fehlstellen erkennbar, so müssen diese punktuell mit einem Hartlot niedrigerer Arbeitstemperatur nachgelötet werden. Aber das ist im Allgemeinen problemlos machbar, wenn die Stelle sorgfältig gereinigt und vorgewärmt wird.

Kesselprüfung

Der hier beschriebene Kessel ist für einen Arbeitsdruck von 1,5 bar gedacht (Wilesco-Sicherheitsventil) und wird mit Spiritus beheizt. Ja, ich weiß, die „Profis“ nehmen heutzutage Gas, das gut regelbar ist und sicher seine Berechtigung hat. Auf sogenannten „Echtdampftreffen“ hat sich Pressluft als Arbeitsmedium etabliert. Auf der anderen Seite war Spiritus früher der klassische Brennstoff für Dampfspielzeug.

Eine Wasserdruckprobe von 3 bar ist bei einem solchen „Kesselchen“ ausreichend. Ich verwende dafür eine umfunktionierte Handspeisepumpe mit Manometer.

Bezugsquellen für Arbeitsmaterial

Metallrohre und Kesselbaumaterialien Fa. Wilms Metall, Köln, Widdersdorfer Str. 215, 50825 Köln, Tel.: 0221/546680

Gas für Hartlötarbeiten
„Spezial Gas AT 3000“, CFH, Artikel-Nr.: 52515, aus dem Baumarkt

CFH „Silber Hartlot cadmiumfrei“ Arbeitstemperatur: 670° C, Artikel-Nr.: 52320, (flussmittelummantelt), aus dem Baumarkt

Silberlot der Fa. Bengs Modellbau, Im Kirchfelde 6, 31675 Bückeburg, Telefon: 05722892102, E-Mail: info@bengs-modellbau. de; Eine nützliche Anleitung zum Hartlöten von Fa. Bengs: https://www.bengs-modellbau. de › tutorial › hartloeten-silberlot-anleitun

Lötbrenner:

„Rothenberger Lötlampe Rofire Piezo 1.950° C mit Gaskartusche Multigas300“, Artikel-Nr.: 2108387, Hersteller-Nr.: 35429