Selbstbau Oberleitung

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Funktionsfähige Fahrleitung für H0 im Selbstbau – Machbar? Sinnvoll?

Working, home made catenary systems – a possibility?

Gastbericht von Gerhard Novak   Guest report from Gerhard Novak

Selbstbau Oberleitung / self-made catenary

Dieser Artikel beschreibt den Bau eines Fahrleitungsystems Österreichischer Bauart, aber ich bin sicher mit ein bisschen Phantasie kann jedes andere System gebaut werden, zumindest dort wo einfache Mastkonstruktionen im Einsatz sind (Zum Beispiel in den Niederlanden – I Profil Stahl- oder runde Beton Maste, Italien- runde Stahlmaste, Norwegen- I Profil Stahlmaste, Rumänien – runde Betonmaste).

Nach meinen bisher gemachten Erfahrungen ist der Selbstbau gar nicht so kompliziert, und mir hat es neben den finanziellen Einsparungen eine Menge Spaß gemacht.

Ich möchte ihnen hier die Herstellung des Fahrdrahtes sowie von Betonmasten – letztere in 2 Ausführungen – vorstellen.
  The following article describes a catenary system which uses the Austrian design. However, I am sure with a bit of imagination it could also be applied to the catenary systems of any other country, as long as there are simple pole designs in use (For example The Netherlands – I shaped steel girder or round concrete poles, Italy – round steel poles, Norway-I shaped steel girder poles, Rumania – round concrete poles).
In my experience, it is not too difficult to make your own catenary system; other than the fact that it is financially more efficient, it was a lot of fun for me to build.

I will introduce you to the manufacture of catenary wires and concrete poles – later in described in 2 different versions.

 

Fahrdraht

Catenary

Das von mir verwendete Ausgangsmaterial ist galvanisch verzinkter, weicher Stahldraht, wie er zum Teil in den Gartenabteilungen diverser Baumärkte zu finden ist. Wichtig ist dass der Draht eine glatte Oberfläche aufweist und sich dehnen lässt. Nun zum Durchmesser. Der Industriestandard bewegt sich hier zwischen 0,7 und 0,5mm. Da mein Fahrdraht weich gelötet und nicht geschweißt wird habe ich mich für die 0,7mm Variante entschieden.   Firstly the catenary wire. The material I used is zinc-coated mild steel wire, a material which can be found in the garden departments of various DIY markets. It is important for the wire to have a smooth surface and for it to allow some elongation. The Industrial standard diameter of wire is currently between 0,5 and 0,7mm. As my catenary wire needed to be soft soldered, I decided to use 0,7mm.

Zu den Werkzeugen und Hilfsmitteln:

The necessary tools:

Seitenschneider guter Qualität (muß hart genug sein für den Stahldraht und scharf genug um saubere schnitte zu ermoeglichen)
Pinzette – möglichst nicht magnetisch aber aus Metall
Lötkolben mit feiner Spitze aber mit ein wenig Leistungsreserven (z.B. 25 Watt)
Haltevorrichtung für den zu lötenden Draht – nicht unbedingt nötigt hilft aber enorm.
Flußmittel – ohne dieses laesst sich der verzinkte Draht nicht so ohne weiteres verlöten
Lötzinn – gute Qualität möglichst 0,5mm
Stabiler Schraubstock.

Um die Fahrleitung herstellen zu können müssen zunächst einmal Lötschablonen hergestellt werden. Wenn sie nur wenige Meter der Fahrleitung anfertigen wollen genügt dazu ein Stück Sperrholz, mindestens 1cm dick, da wir in dieses Holz einige Nägel einschlagen müssen. Wenn sie in die “Serienfertigung” gehen wollen ist ein Rest einer Küchenarbeitsplatte besser geeignet, da die GFK-Oberflache die Löttemperatur und das Flußmittel besser verträgt als das Sperrholz.
 
  A set of good quality side cutting pliers, these have to be hard enough to cut the steel wire, but sharp enough to allow it to create clean cuts.
A pair of tweezers, if possible, these should be made of non-magnetic metal.
A soldering iron with a fine tip, it shouldn’t be too weak, for instance 25 Watt would be sufficient.
A device to hold the pieces of wire in position (although this is not a must, it can be very useful).
Flux, without flux it is difficult to solder the zinc coated wires. I used a zinc-chloride based type.
A good quality soldering tin for electronics, if possible, of diameter 0,5mm.

For the catenary wire, begin by making a soldering stencil. If you only want to make only a few meters of catenary wire, this stencil can be made using a piece of plywood, of minimal thickness 10mm (this is because we have to hammer in some nails). If you wish to start production in a more “industrial” style you could use a piece of scrap kitchen working surface. These are usually coated in FRP, a material which is more resistant to both the flux and the high temperatures the soldering iron uses.

 
Zeichnen sie die Form des Fahrdrahtes auf die gewählte Unterlagsplatte und schlagen sie Stahlnägel ohne Kopf so in das Brett dass die Position des Stahldrahtes fixiert wird - der Stahldraht jedoch dazwischen noch Platz hat ohne sich zu verbiegen. (Siehe Foto) Es macht Sinn vor dieser Arbeit bereits ein Stück Stahldraht gerade zu richten um die Position der Nägel ueberpruefen zu können. Der Spanndraht (der obere Draht der Fahrleitung) folgt in etwa der Form einer Parabel – also muss der Draht bei jedem Querdraht ein wenig seine Richtung ändern. Schlagen sie bei jedem dieser Kreuzungspunkte einen Nagel ein. Wenn sie den Spanndraht in die Schablone einlegen müssen sie ihn so biegen, dass er der vorgegebenen Form ohne Spannung folgt. Der Spanndraht ist der obere Draht in der Abbildung.   Draw the outline of the catenary wire on the surface of the board you have chosen. Hammer headless steel nails into the board so that they will fix the steel wire in position. Leave enough space for the diameter of the wire to avoid bending it (See picture). It is a good idea to prepare a piece of steel wire in advance in order to check the position of the nails. The suspension wire (the upper wire of the catenary system), has the approximate shape of a parabolic curve. Therefore, the wire has to undergo a change in direction at every cross wire. Place a nail at every crossing point. When you put the suspension wire into your stencil, bend it so that it follows the shape without any tension.
 
Um den Stahldraht gerade zu richten spannen sie ein Ende in einen gut befestigten Schraubstock ein und ziehen am anderen Ende (versuchen sie es einmal mit einer Länge von ca. 60 cm) mit einer kräftigen Flachzange an.
Achtung! Der Stahldraht wird sich zunächst plastisch verformen – dehnen (weicher Draht ca. 15 bis 20%) – und danach abreißen. Versuchen sie den Stahldraht spürbar zu dehnen aber nicht zu reißen. Achten sie dabei darauf, dass der Draht jederzeit reißen kann (Verletzungsgefahr falls sich hinter ihnen irgendwelche Gegenstände oder gar eine Wand befinden…). Sie werden feststellen, dass der gedehnte Draht jede zuvor vorhandene Biegung verloren hat und nun kerzengerade ist. Versuchen sie den Draht auszuspannen oder abzuschneiden ohne ihn zu biegen. Wir benötigen ausgerichteten Draht für die weitere Fertigung.

Wenn Fahr- und Spanndraht in Position liegen, müssen die Querdrähte angefertigt werden. Verwenden sie dazu einen Rest des geradegerichteten Drahtes und schneiden sie die benötigte Länge mit dem Seitenschneider zu. Hier sind eventuell mehrere Versuche notwendig bis die Länge passt.

Der Querdraht wird an seine Position geschoben und mit der Haltevorrichtung festgehalten. Benetzen sie die Verbindungsstellen mittels Zahnstocher mit ganz wenig Flußmittel und verlöten sie den Draht mit wenig Zinn. Achten sie darauf nicht die in die Schablone eingeschlagenen Nägel mit dem Fahrdraht zu verlöten. (Wenn Flußmittel auf die Nägel kommt ist das sehr leicht möglich)
 
  To straighten the steel wire put one end into a stable, well fixed vice and pull the other end with a pair of strong, flat pliers. Close the pliers firmly so that the wire can not slip out while you are pulling it. Try this with a length of approximately 60 cm first.
Be ware – the steel wire will start with plastic elongation (for a soft wire approximately 15 to 20% ) and it will break if you increase the force. Try to elongate the steel wire without breaking it. Bare in mind that the wire may break at any time during this procedure, a little scratch or impurity can be enough to start this. There is the danger of hurting yourself during this procedure, especially if there are any objects or a wall behind you. After this procedure, you will see that every bend which was in the wire will have disappeared and that it is totally straight. It will also be a little harder than it was before. Try to open the vice or to cut the wire from it without bending it again. As the following steps of production require straight wire.

Once the wires are in position in the stencil, you need to make the cross wires. To do this, use a scrap piece of straightened wire. Cut off the required length using the pliers with the cutting side. You might have to try this several times before you get the correct length.

The cross wire needs to be held in the correct position during soldering. To do this, moisten the are of connection with a very amount of flux, solder the connection using very little tin. If the flux gets onto the nails, it could easily cause the wires to be soldered onto the nails on the stencil.
 
Wenn alles geklappt hat können sie nach verlöten aller Verbindungen das erste Stück Fahrleitung vorsichtig aus der Schablone heben.   Use the same method for all the catenary wire’s connections. If everything works successfully, you will be able to lift the first piece of catenary wire out of your stencil.
Wenn das Zinn an den Lötstellen gut geflossen ist sind diese Lötstellen recht haltbar. Ganz wichtig ist es jetzt die Flußmittelrückstände von den Lötstellen zu entfernen. Dazu waschen sie den fertig gelöteten Fahrdraht mit ein wenig Haushaltsspülmittel vorsichtig ab. Eventuell die Lötstellen mit einer weichen Bürste behandeln. Wenn sie auf die Reinigung vergessen wird die Verzinkung im diesem Bereich der Lötstellen binnen 2 Wochen schwarz.

Somit ist der erste Teil der Arbeit abgeschlossen. Sie haben eine recht stabile aber doch zierliche Fahrleitung vor sich, die Länge und Form können sie durch die Gestaltung der Schablonen individuell den Bedürfnissen anpassen.
  If the tin flows properly at the wire’s connections, they will be rigid. It is important to remove the residues of the flux at this point. To do this, wash the finished catenary wire carefully, use a little washing up liquid. You can also treat the connections with a soft brush (old tooth brush) during washing in order to make sure that all the flux has really been removed. If the flux is not removed, the connection area will be black within a few days.

The first part of your work is now finished. You should have produced a stable, but fragile catenary wire. You can change the length and shape of the wire to your needs by building the stencils with the necessary dimensions.

Betonstreckenmast

Concrete poles

Die Fahrleitung alleine hilft uns noch nicht weiter – jetzt benötigen wir Maste. Gott sei Dank sind die meisten Maste der ÖBB aus Beton und daher einfach nachzubilden.

Die Standardmaste der ÖBB sind im Profil am Sockel ca. 200 x 325 mm und an der Spitze 200 x 200 mm. Wenn wir das in unsere Modellwelt übersetzen so sind das 2,3 x 3,7 mm.
 
  The catenary wire alone will not help you – now we need poles. In Austria most of the poles are made from concrete.

The OeBB’s standard poles have a profile of approximately 200 x 325 mm at the base and 200 x 200 mm at the top. If we translate this into our model’s dimensions the profiles are 2,3 x 3,7 mm respectively. The height depends on which standard H0 models you are using and the track height (brand dependent) on your model. (See diagram).

Einfache Ausführung:

Simple Version:

Für die einfache Ausführung verwende ich quadratische Hartholzleisten 5x5mm. Diese werden mit Sandpapier ein wenig konisch zugeschliffen, wobei eine elektrische Schleifscheibe (Planscheibe) die Arbeit enorm erleichtert.

Von unten wird mit 3mm Durchmesser ca 8mm tief in den Mast gebohrt. Diese Arbeit ist ein wenig heikel da nur 1mm Wand stehen bleibt. Wer eine Drehmaschine mit 4-Backenfutter besitzt sollte sich damit die Arbeit erleichtern. In diese Bohrung wird eine 3mm Gewindestange mittels 2-Komponentenkleber eingeklebt. Verwenden sie langsam härtende Kleber wie z.B. Uhu plus endfest 300, an diesem Punkt ist hohe Festigkeit notwendig.

Weiters sind für die Aufnahme des Auslegers 2 Bohrungen mit 0,8mm gemäß Zeichnung anzubringen. Die Höhe ihres Mastes richtet sich einerseits nach ihrem Gleisbett – andererseits nach der „Normallage“ für H0 Fahrdrähte Diese sollte gemäß NEM 201 69mm ober der Schienenoberkante liegen. Es macht übrigens Sinn sich eine Kopie dieser Vorschrift zu besorgen, da dort auch noch andere Abmessungen wie z.B. die groesste Seitenabweichung etc zu finden sind. Im Internet unter MOROP und NEM 201 zu finden.
 
  For the simple version of catenary system poles, use square shaped hard wood profiles of 5x5mm. Grind these to a slightly conic shape using abrasive paper. For this type of work an electric wood grinder for is highly useful.
Drill a hole of 3mm diameter at the foot of the mast. This work is rather delicate as the wall will only be 1mm thick at the end of it. A lathe with a four-jaw chuck would be useful for this work.
Into this hole, glue a 3mm threaded stud. The length of the pole has to be well calculated – it should be the thickness of your baseboard + 15mm. Use a slow setting araldite resin glue (for example, UHU plus endfest 300). For this you need to use a high mechanical strength.

For the bracket installation, two holes of 0,8mm diameter need to be drilled into the pole according to the diagram. The height of your pole will depend on the top level of your track and the standardised „Normal level for H0 catenary wires” according to NEM 201. NEM 201 asks for a height of 69mm above top track level. It is a good idea to get a copy of the NEM standard as it also contains other useful information, such as the largest side deviation the catenary wire can have from the track centre. These standards are available on the internet – http://www.morop.org/en/idf/index.html. (This website is available in English; however, the standards are only in German and French)
 
Somit ist die rohe Form des Mastes fertig, was nun fehlt ist der Ausleger   The basic pole is now ready, the next step is to build a bracket.

Ausleger

 Brackets

Für den Ausleger gilt es eine robuste aber doch recht zierliche Form zu finden. Nach einigen weniger geglückten Versuchen bin ich auf folgende Ausführung gekommen: Material Federstahldraht 0,8 mm – dieser ist für eine maßstäbliche Ausführung sicher zu dick, außerdem werden Sie feststellen, dass die einzelnen Elemente eines Original Auslegers alle verschiedene Durchmesser haben. Aber die Oberleitung soll ja auch funktionsfähig sein.

An einer Stelle des Auslegers müssen 2 Stahldrähte verbunden werden – das ist die problematische Stelle. Meine Lösung verwendet eine „Isolator“ aus Messing der gleichzeitig als Loethuelse dient.
 
  You should attempt to find a robust design which still looks neat. After a few trials with negative results, I used the following method: use spring steel wire of 0,8mm diameter (this is certainly too thick for a version which is in scale, however, the catenary system should also be operational).

A connection of two wire pieces is necessary at one point of the bracket, this is the largest problem with the design. I used an “insulator” made of brass which had the additional function of being a splicing sleeve for the 2 steel wires. Flatten both steel wires at the zone of the connection using a fine grinder. The insulator holds both wires in position, so that the connection can be fixed with soft solder.
Für alle die die „Isolatoren“ nicht herstellen können: Wenn man die beiden Stahldrähte im Verbindungsbereich mit sehr feinem Kupferdraht umwickelt und danach mit Flußmittel verlötet kann man ebenfalls eine sehr haltbare Verbindung herstellen. Um das Aussehen zu verbessern: Isolatorattrappen aus Kunststoff sind im Fachhandel erhältlich. Hier muss eventuell nur der Innendurchmesser durch Aufbohren angepasst werden.

Die beiden Enden des Auslegers auf der Seite des Fahrdrahtes müssen verzinnt werden um später das anlöten der Fahrdrähte zu erleichtern.
Der Ausleger muß (wie zuvor der Fahrdraht) gewaschen werden um die Flußmittelreste zu entfernen. Danach wird der Ausleger mit Superkleber in die Bohrungen des Mastes eingeklebt und kann nach Lackierung bereits verwendet werden. Wer noch etwas mehr machen will kann auch noch die Beschläge des Mastes mit feinen Kunststoffprofilen nachahmen.
Farbe: Es gibt eine rosa-graue und eine betongraue Ausführung. Als Betongrau hat sich Humbrol matt 175 bewährt.


Ich habe ca. 50 Stück dieser Mastbauform auf meiner Anlage in Verwendung und bin mit dem Aussehen recht zufrieden. Stellen sie jedoch keine Preiserlein neben die Maste, sonst kann man leicht erkennen, dass sie zu dick sind.
  If you cannot make your own brass „insulators“: the 2 steel wires can be wrapped with a fine copper wire in the connection area, if you then soft solder the connection with the help of some flux it will also create a good mechanical connection. To improve the visual aspect of your model, fake insulators made of plastic are available in good model shops.
The ends of the bracket (which will hold the catenary wire later) have to be coated in tin, to make the soldering of the catenary wires easier when the pole is in its final position.
At this point you need to wash the bracket (in the same way as the catenary wire was before) to remove the remaining flux. Next, glue the bracket into the 0,8mm holes of the pole using cyano acrylate glue. Finally, paint both the pole and the bracket before being used.

If you want to improve the visual aspect of the pole, you could also make the fittings to hold the bracket. I used small plastic profiles to do this.

I have used approximately 50 pieces of this pole type on my model layout and I am satisfied with both the visual aspect and the functionality. However, I should warn you not to put any scale people to close to the masts as this will make it obvious that the poles are oversized.

Betonstreckenmast – verbesserte Ausführung

 Improved Version

Da man mit dem Erreichten nie zufrieden sein soll – eine verbesserte Ausführung der Maste. Auch dieser Mast ist nicht maßstäblich, aber bereits wesentlich näher daran. Wenn man mit der Dicke des Mastes an das Scale maß von 2,3 x 3,7 mm gehen will wird der Einsatz von Holz aus 2 Gründen problematisch.
1) Holz dieser Stärke ist auch wenn es sich um Hartholz handelt bereits sehr elastisch.
2) der schlanke Mast bietet keine Möglichkeit die Gewindestange einzukleben – nicht einmal wenn M2 verwendet wird. Daher muss man jetzt zu einem Messing Profil greifen. Aus Verfügbarkeitsgründen habe ich mich für 2,5 x 3,5mm entschieden. Der Aufbau ist gleich wie zuvor, nur ist jetzt ein „Mastfuß“ neu hinzugekommen, der den Einsatz der M3 Gewindestange wieder möglich macht. Eine Drehmaschine erleichtert die Anfertigung des Mastfußes ist aber nicht unbedingt notwendig.
  We are never completely satisfied with our results, for this reason here is an improved version of the pole. This pole is also not to scale, however it is much closer. To use scale sized poles, wood would be difficult to work with for two reasons.
1) the wood gets very elastic at this thickness
2) it is impossibility to fix a threaded stud into the wood, even if we use M2. Therefore, we need to change our design to brass, I used a profile of 2,5 x 3,5 mm. The design is similar to before, what is new is the additional base to the pole. This makes the use of an M3 stud possible. A lathe is useful during the production, however it is also possible to make a pole without one.
 
Der Mast wird mit dem Mastfuß entweder durch ein M3 Gewinde verbunden (das geht nur mit der Drehmaschine) oder mit dem Fuß verlötet indem in den Fuß ein passender Schlitz eingefeilt wird. Habe beides probiert, beides ist machbar. Die Methode mit dem Gewinde hat den Vorteil der einfacheren Montage. Verlötet wird übrigens auch die geschraubte Variante. Das gibt mehr Festigkeit und verhindert das locker werden der Schraubverbindung.

Ich verwende bei diesem Mast den gleichen Ausleger wie bei der einfachen Ausführung. Sicher eine Möglichkeit für Verbesserungen.

Für Problemstellen, wo auf Grund von Schattenbahnhöfen oder darunterliegenden Konstruktionshölzern nicht durch die Grundplatte durchgeschraubt werden kann, ist auch der Einsatz einer Grundplatte denkbar die auf den Sockel aufgelötet wird und mittels 2er Schrauben eine Befestigung des Mastes von oben erlaubt. Auf dem schlanken Mast wirken die zuvor eingesetzten Beschläge aus Kunststoffprofilen etwas zu grob und sollten durch kleinere Messingprofile ersetzt werden.
  Connect the pole to the base with the help of an M3 head (this only works with a lathe). Alternately, it can be connected by soldering. To create a stable connection, it is necessary to file a gap into the base of your pole which corresponds to the width of the pole. I tried both methods and found that the method with the thread is more stable and easier to handle.

At the moment I am using the same bracket for the poles. Although this is also a field for improvements.

In some situations it is not possible to access the threaded stud from below (for example at hidden, underground sidings). In this case, a base plate can be added; this allows you to fix the pole into place using two screws inserted from the top.

Using the rather slim poles, the fittings that were used on the wooden version look too big. If it is possible on your model, using smaller brass profiles instead would improve this.

Installation

Installation

Versuchen sie die richtige Position für die Maste zu finden – das kann manchmal schwierig sein wegen Unterflurweichenantrieben, Konstruktionshölzern oder wie in meinem Fall wegen des Schattenbahnhofs der sich unter der Platte befindet.
Sie können die Maste gemäß den Regeln der zuvor erwähnten Vorschriften positionieren (größte Seitenabweichung) oder “empirisch” mittels einer Lokomotive mit Stromabnehmer. Nach meiner Erfahrung eignet sich dazu eine kurze Lokomotive mit zentralem Stromabnehmer (Ich verwende eine Roco 1161, die hat auch noch einen schmalen Stromabnehmer) Wenn diese Lokomotive sicheren mechanischen Kontakt zum Fahrdraht hat passt die Position auch für alle anderen.
Die Maste werden mittels der Gewindestangen von unten an der Anlage festgeschraubt.
Danach wird ein Fahrdrahtstück in passender Länge angelötet. Die Enden des Fahrdrahtes werden zu u-förmigen Schlaufen gebogen die auf den Ausleger aufgeschoben werden. Eventuelle Überlänge wird abgeschnitten. Den Spanndraht verlöte ich mit dem Ausleger ohne Schlaufen zu formen. Diese Methode garantiert beinahe in jedem Fall, dass keine Spannung am Spanndraht auftritt. Diese führt zu einem hochbiegen der Fahrdrahtfelder zwischen den Masten, was nicht besonders natürlich aussieht. Nur an den Modulgrenzen, wo ich den Fahrdraht abnehmbar machen muss, werden auch in den Spanndraht die u-förmigen Schlaufen gebogen. Hier wird natürlich nicht gelötet.
  Attempt to find the correct position for the poles, this can be difficult sometimes due to point motors, construction wood, or in my case due to the catenary system in the area below the baseboard where there are hidden sidings.
You can position the poles by following the rules of the standard mentioned before (biggest distance of wire from the track centre), or by using the “empiric” method; in other words using an engine to find the correct position. From my experience, the best method for this is to use a short engine with a central trolley (I use a Roco 1161, on this even the contact piece is rather narrow in comparison with modern Austrian engines). If this engine has a secure contact with the wire, every other engine will work.
The poles are fixed using threaded studs fastened in place with a nut.
After this, a matching piece of catenary wire has to be soldered to it. Bend the ends of the contact wire into a small “U” with some small round pliers so that they fit into the bracket. Solder the top wire to the bracket without bending it and cut away the end of the wire. This method almost guarantees no tension on the top wire, which is good as tension would lead to a bent section of catenary. At section breaks between the modules of my layout where I need to remove the catenary before storing the modules, I made the “U” bend on the top wire as well. At this point I did not solder the wire so that the U-shaped eye holds the catenary.
Fahrleitung mit einfachen Holzmasten

A catenary system with simple wooden poles.
Fahrleitung mit Messing Masten

A catenary system with improved brass poles.

 

 

 

ATW
© 2000ff - Arnold Hübsch