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das Rad neu erfunden (2)

Wie bereits im ersten Teil gezeigt, habe ich mich aufgemacht, ein eigenes Eisenbahnrad zu entwickeln. Wie meist konstruiere ich nicht eine Lösung für einen einzelnen Anwendungsfall, sondern ein Universaltool, mit dem aus einer Konstruktion viele Ausgabeprodukte entstehen können. OpenSCAD ist dafür eine großartige Hilfe.

Im Laufe eines Jahres und einiger dutzend gedruckter Prototypen schritt die Konstruktion eines eigenen Eisenbahnrads weiter voran. Dabei flossen neben Verbesserungen auch weitere Konfigurationsmöglichkeiten ein.

Die Treibräder einer 01.10 entstammen einem früheren Entwicklungsstand, aber sind trotzdem ganz nett anzusehen. Auch wenn die Konstruktion inzwischen in einigen Details weiter verbessert wurde.

Neben der grundlegenden Geometrie der Elemente können spezifisch für das jeweilige Rad eigenen Parameter definiert werden. Im Laufe der Entwicklung und der Beschäftigung mit Rädern des Vorbilds haben sich die definierbaren Parameter fleißig vermehrt. Die Bedeutung der Werte werden in einer der Datei beigefügten PDF erklärt.

das Lastenheft

Neben der freien Konfigurierbarkeit von Durchmesser und Speichenzahl waren mir einige Unterschiede zu den bekannten Rädern wichtig.

  • die Montage von Haftreifen ist möglich
  • geeignet für zweifarbigen Druck mit unterschiedlichen Farben für Radreifen und Radscheibe
  • der Spurkranz tritt leicht gegenüber Nabe und Gegengewicht zurück
  • die Speichen weisen einen abgerundeten Querschnitt auf
  • die Speichen laufen in Richtung vom Radreifen zur der Radnabe leicht spitz zu
  • das Gegengewicht ist nicht zwingend zentrisch platziert
  • an Achsstand und Radius angepasste Spurkranzbreite
  • der Übergang von der Speiche zum Radreifen ist partiell abgerundet
  • der Durchmesser der Radnabe ist konfigurierbar

Um die Merkmale eines Dampflokrades überhaupt zu verstehen, waren einige Original-Konstruktionszeichnungen, die ich im Historischen Eisenbahn Archiv von Peter Zander erworben habe, sehr hilfreich.


Die Räder für eine Seite einer „01“. Die Druckdauer liegt je nach Qualität und Drucker im Bereich eines Arbeitstages. Für die 01.10 wäre das Kurbelkreuz auf der gegenüberliegenden Seite auf Grund der 120°-Teilung des Dreizylindertriebwerks versetzt.

Räder, Gegengewicht und Koppelstange für eine Jung R42C in der Ansicht des Sclicers.
Druckdauer in mittlerer Qualität und 25% Infill knapp 2 Stunden. Benötigtes Material: 5m Filament (1,75mm). Die Kosten für Material und Stromkosten betragen weniger als einem Euro.

Hintergründiges zur Konstruktion

Die Räder werden nur in seltenen Fällen radial angeordnet sein. An dem Funktions-Prototyp der V65 mit Beugniot-Hebel ist gut zu erkennen, wie groß der Winkel zwischen Rad und Schiene werden kann.

Dementsprechend kann der Spurkranz mit der Schiene in Konflikt geraten. Aus diesem Grund wird der Spurkranz in der Modellumsetzung ggf. bei kleinen Radien, größeren Radständen und größeren Rädern schmaler ausgeführt. Das notwendige Maß ist in der Konstruktion vollständig verformelt.

Zusätzlich ist die entsprechende Herleitung in Tabellenkalkulations-Form enthalten.

Damit sinnvoll Räder unterschiedlicher Größe in einem Fahrzeug verbaut werden können, sollte die Differenz der Räder („RadDurchmesser“) in einem vielfachen einer halben Plattenhöhe (1,6 mm) stehen). Die weitere sinnvolle Differenz ergibt sich aus der Bautechnik und natürlich dem Vorbild.

Gedruckt habe ich bisher auf dieser Basis Räder für Dampfloks der Baureihen 01, 50 und 55, deren Tender sowie der Stangen-Diesel-Lokomotiven V60 (DB), V65 und Jung R42C. Die zugehörigen Loks werden sicher nach und nach folgen.

Als Haftreifen verwende ich O-Ringe in einem Millimeter Breite. Angegeben ist der Innendurchmesser. Für ein 26mm-Rad ist somit ein Ring 24,0×1,0 erforderlich. Oder einige mm enger. Die Ringe gibt es günstig in China.

Normalerweise kann sich die Breite der Treib bzw. Schubstange mit einer halben Steinbreite an den schmalen Technic-Liftarmen orientieren. Bei seitenverschieblichen Achsen kann ein Abstand zwischen Rad und Treibstange sinnvoll sein. Mit entsprechendem Drucker können die Treibstangen auch zweifarbig ausgeführt werden, wie z.B. hellgrau/rot für viele Bundesbahnloks.

Die Treibstangen stellen hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit. Bereits Abweichungen im Bereich von einem halben Prozent führen zu einem schwergängigen Fahrwerk. Daher sollte gerade hier gewissenhaft die Längenausdehnung des Materials (z.B. bei ABS) überprüft werden.

Neues aus der Werkstatt

Inzwischen ist der Flashforge Finder wieder verkauft. Statt dessen habe ich, wieder von Flashforge und wieder gebraucht gekauft, einen Creator Pro im Einsatz. Dieser verfügt über ein größeres, beheiztes Druckbett mit dem endlich auch das ersehnte ABS gedruckt werden kann. Zudem verfügt er über zwei Druckköpfe, so dass mehrfarbige Teile entstehen könne. Wie rote Eisenbahnräder mit grauen Radreifen.

Als Slicer setze ich nicht mehr das zum Drucker gehörende Flashprint ein, sondern habe mir nach langem Überlegen und einigem Ausprobieren für das nicht ganz billige Simplyfy3D entschieden.

Mit denhttps://blog.5zu6.de/wp-admin/edit-tags.php?taxonomy=post_tag Ergebnissen von Drucker und Slicer bin ich, nach gewisser Lernkurve, ziemlich zufrieden. Auch wenn es sicher viele andere gute Drucker und Slicer gibt.

Das Rad neu erfunden (1)
Das Rad neu erfunden (2)
Das Rad neu erfunden (3)
Das Rad neu erfunden (4)

das Rad neu erfunden (1)

Vorweg. Das Rad wurde, trotz der reißerischen Überschrift, nicht neu erfunden. Aber es wurden neue Wege zu vorbildgerechteren Rädern gefunden. Auch wenn dieser heute mal nicht über China, sondern über den 3D-Drucker führt. Ein paar Lösungen aus den Frühzeiten wurden bei 1000steine.de zusammengetragen.

Einer der Bereiche, in denen Custom-Parts eher akzeptiert werden, sind Eisenbahnräder. Weil es bis zum 2009 erschienene Emerald Night kaum Möglichkeiten gab. Und es bei Rädern, anderes als bei anderen fehlenden Bauteilen, kaum sinnvolle Lösungen für Workarounds gibt.

bestehende Lösungen

Bei vielen werden vor allem die Spitzguss-Räder von Big Ben Bricks verwendet. Auch die über den 3D-Druck-Dienstleister Shapeways erhältlichen Räder von Shupp finden eine gewisse Verbreitung. Bein Thingiverse gibt es zudem ein konfigurierbares Eisenbahnrad von Thidney.

Jason Steinhurst hat die verschiedenen Rädergrößen zusammengestellt:
All The Currently Available, Lego Compatible, Train Wheel Sizes

wir haben die Kraft

Ein Nachteil der BBB-Räder und der Shupp-Räder sind die fehlenden Haftreifen. Im 3D-Druck stehen hinter der entsprechenden Nut nur ein paar Zeilen.

weil mir das nicht ausreicht

Für meine Vorbilder erschienen mir diese im Vergleich zu früher großartigen Möglichkeiten immer noch nicht ausreichend. Die Lücke zwischen dem ganz kleinen Eisenbahnrad mit einem Durchmesser von 8,2 mm (2927/50264) und dem normalem Eisenbahnrad mit 17 mm Durchmesser (55423c01) gab den Anstoß, etwas eigenes zu entwickeln.


Die erste Vorschau-Ansicht eines Treibrad-Satzes für eine 01.10. Für die andere Seite ist die Achse um 30° gedreht, da es sich um eine Dreizylinder-Lok handelt.

weiteres Radzubehör

Neben den Rädern sind Treibstangen und, für Dieselloks mit Stangenantrieb ein Gegengewicht am Blindwellenantrieb, notwendig.

Gedruckte Treibstangen sind beispielsweise beim US-amerikanischen Bricklink-Händler zephyr erhältlich.

Wird fortgesetzt.

Das Rad neu erfunden (1)
Das Rad neu erfunden (2)
Das Rad neu erfunden (3)
Das Rad neu erfunden (4)

3D-Druck: erste Gehversuche, erste Ergebnisse

Vergangene Woche habe ich mir einen gebrauchten 3D-Drucker gekauft. Inzwischen sind die ersten Erfahrungen gesammelt.

Recht bald nach den ersten Testdrucken fertiger Bauteile habe ich mit dem Druck selbst konstruierter Teile begonnen. Ziemlich viele Klemmbausteine findet man auf PrintABrick – konvertiert aus LDraw. Leider geriet bereits der erste Druck so groß, dass zwei Teile nicht nebeneinander passen. Da wurden wohl die Toleranzen nicht berücksichtigt.

(bei den roten Fenstern handelt es sich um Original-Elemente)

Zu Studentenzeiten hatte ich ein wenig dreidimensional mit AutoCAD 12 gearbeitet. Die Studentenversion von damals dürfte zwar noch in der Ecke liegen, lief aber schon damals unter Windows NT eher holprig. Zudem wird sie heute gängige Formate wie stl nicht unterstützen. Schon damals habe ich lieber die Befehle über die Tastatur eingegeben als in der Gegend herum zu klicken. Deshalb habe ich zunächst das freie OpenSCAD ausprobiert – und bin da hängen geblieben. Sehr hilfreich für das Steine-Design ist die Seite calliau.org. Mit diesen Angaben machte ich mich an den ersten Entwurf, ein Fenster das zwar an das Standardlayout angelehnt ist, aber die im Original nicht verfügbaren Abmessungen 3×3 aufweist. Bereits der erste Versuch war sehr vielversprechend.

Bei Thinkvise habe ich einen parametrisierten Stein gefunden, der mich zum einen inspiriere die normierten Abmessungen in Variablen zu schreiben. Dadurch können Sie zur weiteren Kalibrierung noch angepasst werden. Wovon ich, vom Messchieber unterstützt, zunächst reichlich Gebrauch gemacht habe. Zudem habe ich die Fenster-Datei so gestaltet, dass theoretisch jede Abmessung möglich ist.

Nach einigen Versuchen haben sich für mich folgende Abmessungen als am besten passend und klemmend herausgestellt:

SteinBreite = 8.00;
SteinHoehe = 9.60;
Luecke = 0.10;
Luecken = 2*Luecke;
Wandstaerke = 1.40;

NoppenDaussen = 4.85;
NoppenDinnen = 3.35;
NoppenHoehe = 1.80;

BodenHoehe = 2.25;//SteinHoehe/4.5;
BodenSeitRohr = 1.30; //alter Wert 1,20

l = SteinBreite * breite - Luecken;
b = SteinBreite * 1 - Luecken;
h = SteinHoehe * hoehe;

Die Testdrucke sind in allen werksseitig nicht verfügbaren Größen zwischen 1×1 und 6×3 entstanden.

Jetzt braucht es nur noch die passenden Scheiben. Diese werde ich mir wohl aus 2 mm Platten schneiden oder lasern (lassen).

Inzwischen habe ich eine kleine Dose mit einigem Zubehör für den Druck:

  • diverse Spachtel
  • Fühlerlehre
  • Klebestift
  • blaues 3M-Tape
  • Cuttermesser
  • kleine Kneifzange
  • Messschieber
  • dünner Permanentmarker

Dazu gesellen sich einige Rollen PLA-Filament. Dieses habe ich bei Material4Print erworben und erscheint mir sehr gut verarbeitbar. Soweit ich das Beurteilen kann. Etwas störrischer erscheint mir das Easy PLA von Fiberlogy zu sein. Dieses habe ich ob des dunkelgrauen („graphite“) Farbtons gekauft. Zwar deutlich dunkler als das originale dark blueisch grey, aber nicht damit beißend. Die Qualität der Drucke erscheint mir auch damit in Ordnung zu sein. Eine große Vielfalt an Grautönen habe ich noch bei 3dk.berlin entdeckt. Vielleicht hat ja bereits jemand Erfahrungen mit passenden Grautönen?
Vor dem eigentlichen Druck entsteht eine Reihe von Testobjekten, um die geeignete Temperatur herauszufinden. Angaben wie „190°C – 225°C“ helfen nicht wirklich weiter.

Für die Aufbewahrung angebrochenem Filaments habe ich mir einige Lock & Lock Frischhaltedose HSM947 (3,4 Liter) bestellt.

Sicher geht das alles noch viel besser. Für die ersten Gehversuche mit einem preiswerten Gerät finde ich die Ergebnisse ermutigend. Auch wenn ich bereits Vorstellungen habe, wie es weitergeht bin ich über die tatsächliche Entwicklung – bei mir, bei Anderen und auch bei LEGO® sehr gespannt.

Download der parametrisierten Fensterdatei für OpenSCAD.

Thermomix® für Männer

Was der Frau der Themomix®, dass ist dem Mann sein 3D-Drucker. Die Begehrlichkeiten die von beiden Spielzeugen ausgehen dürften nicht unähnlich sein. Die Freude die man damit haben kann ebenfalls. Und für beide gibt es für jedes Budget geeignete Alternativen.

Eigentlich war mir schon lange klar, dass ich einen eigenen 3D-Drucker benötige. Schmalspurkurven in verschiedenen Radien, Weichen und das Pflaster daneben wird sich nicht in den gewünschten Machart mit Teilen von der Stange realisieren lassen. Auch Fenster in 3×3 oder 3×5 aus Billunder Produktion wurden noch nicht gesehen. Auch die chinesischne Klonfabriken haben hier noch keine Lösung geschaffen. Snotten lässt sich vieles, aber nicht alles.

Der herangezogene Kochmixer-Vergleich half jegliche Kritik an der Anschaffung bereits im Keim zu ersticken.

Da es mir bekanntlich vor fast nichts graut bestehen keinerlei Berührungsängste mit Eigenkreationen. Angesichts des dabei entstehenden zeitlichen Aufwand dürfte sichergestellt sein, dass „Selbstgedrucktes“ weiterhin nur einen Notnagel darstellen wird.

Die Anforderungsliste wurden immer länger, so dass am Ende ein Ultimatker 2+ mit Haube auf der Wunschliste stand. Sicher ein tolles Gerät. Dass allerdings derzeit weder zum aufgerufenen Kurs, noch als Gebrauchtgerät auch nur ansatzweise ins Budget gepasst hätte.

Mit Klemmbausteinen bastele ich gerne. Elektrogeräte kaufe ich lieber fertig. Deshalb wäre ein Anet A8 kein Gerät für mich. Erst mit beträchtlichem Aufwand kann dieser in ein tolles und vor allem betriebssicheres Gerät verwandelt werden.

Einige zu schluckende Kröten erschien dann ein gebrauchter Flashforge Finder der beste Kompromiss für mich zu sein. 250 € habe ich für das Gebrauchtgerät bezahlt, dass ich am Freitag auf dem Weg zum 1000steine.de Stammtisch Rhein-Ruhr abgeholt habe. Auch wenn die fehlende Möglichkeit Filament aus dem original-Klemmbaustein-Material ABS zu nutzen eine gewaltige Kröte dargestellt hat.

Die ersten Testdrucke habe ich bereits durchgeführt und dabei die ersten Probleme kennengelernt. Jetzt wird erst mal das CAD angeschmissen, um lange Vermisstes druckbar umzusetzen.