Guten Abend liebe Forenmitglieder,
an dieser Rechnung habe ich weitergearbeitet und bin nun ein paar Schritte weiter.
Zuerst noch Ergänzung:
r_i = ah/2s + as/8h - s/2 + hs/2a
Der eigentliche Radius bezieht sich auf die Schienenmitte, aber dies ist genau r_i + s/2:
r = 1/2*(ah/s + as/4h + hs/a).
Nun habe ich dies an drei Konstruktionen mal berechnet:
1.) 10cm-Blechwagen Typ 4507/4511 (Gmh 39 Stückgut-Schnellverkehr und Braunkohlestaubwagen):
s = 16,5mm; a=53,5mm; h (aus Radradius und Spurkranzhöhe) = 4,5mm.
Daraus ergibt sich ein Mindestradius von 32,51mm.
2.) Moderne 11,5cm-Kunststoffwagen Typ 4430 (El-u 61):
s=16,5mm; a=61,7mm; h=3,9mm. Dies ergibt einen Mindestradius von 40,44mm.
3.) alte Gußgüterwagen Typ 4606/4609 (Typ Rmms 63):
s=16,5mm; a= 83mm; h=4,3mm. Hier berechnet sich der Mindestradius zu 51,05mm.
Allem Anschein nach sind diese Ergebnisse zu niedrig. Abschätzung: Faktor 5.
Für den Bogenwiderstand setze ich an:
µ_Gesamt = µ_0 * R/(R-Rmin) mit R = tatsächlicher Radius, µ_0 = Fahrwiderstand. Daraus:
µ_Gesamt = µ_Bogen + µ_0
Folglich:
µ_Bogen = Rmin/(R-Rmin) in %Es bleibt noch der Faktor für Rmin zu bestimmen. Dies gelingt mir im Augenblick nicht aus der Formel. Also ist ein Experiment angesagt:
o.g. Modelle auf Schienen stellen und mit einem Dynamometer gleichmäßig um die Kurven ziehen und die Kräfte (alternativ Massen) zu messen. Dies für drei Radien: R0 (286mm), R1 (360mm) und R2 (434mm).
Erstaunlicherweise erhalte ich nun folgende, mit großer Streuung behaftete Ergebnisse:
Typ 1 (10cm-Blechwagen) mit µ_Gesamt = 11,8, µ_0 = 5 und folglich µ_Bogen = 6,8 im R0 (entsprechend einem Mindestradius = 164,81)

Typ 2 (11,5cm-Wagen) mit µ_gesamt = 12,2; µ_0=3,1 ergo µ_Bogen = 9,1 im R0 (--> r_min = 213,33

)
Typ 3 (13cm Wagen) mit µ_gesamt = 15; µ_0=3,9 ergo µ_Bogen = 11,1 im R1 (--> r_min = 266,40

)
Im Vergleich zur theoretischen Ableitung ein Faktor von 5,19

Dies führt dann zur vereinfachten Formel:
r_min = 2,6*(ah/s + as/4h + hs/a) mit a = Achsstand, s = Spurweite (16,5mm in H0) und h: Berührungslinie Spurkranzrand-Schiene (Pythagoras aus sqrt((Radradius+Spurkranzhöhe)^2-Radradius^2))
Für o.g. Modelle ergeben sich nun folgende zusätzliche Bogenwiderstände:
Typ 1: R2: 0,636%; R1: 0,882%; R0: 1,439%
Typ 2: R2: 0,936%; R1: 1,398%; R0: 2,757%
Typ 3: R2: 1,567%; R1: 2,787%; R0: 12,586% (d.h. Entgleisungsgefahr sehr hoch, entspricht den Beobachtungen!)
Nun noch ein Rechenbeispiel:
Eine Lok hat in der Ebene und Geraden eine Zugmasse von 60g (z.B: BR 89/3000 mit Plastikreifen). Wagen des Typs 1 haben einen Fahrwiderstand von ca. 2% mit geölten Achslagern und eine Masse von z.B: 60g. Damit kann diese Lok in der geraden Ebene 60g*100/2/(60/2) also 30 Wagen ohne Schleudern ziehen.
In o.g. Radien sind es (Vernachlässigung des Kurvenwiderstands der Lok!) weniger:
R2: 19 Wagen; R1: 17 Wagen; R0: 14 Wagen.
Entsprechende Rechnungen mit Typ 2 (1,5% µ_fahr/45g): 44/27/23/16 Wagen
Typ 3: (2% µ_fahr/90g): 17/9/7/2 Wagen.
Damit ist ein Anfang gemacht und weitere Experimente, um obige Resultate abzusichern können durchgeführt werden. Der nächste Schritt ist dann die Erweiterung des Wagenanzahlrechners (mit java-Online-Funktion).
mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn