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Alles im Rahmen

Von LEGO® gibt es einen Liftarm-Rahmen 64179 mit der Abmessung 5x7x1. Dieser ist sehr praktisch, wenn es um stabiles dreidimensionales Bauen geht. Und ein Antrieb oder Getriebe innendrin seinen Platz finden soll.

Leider ist dieser für Eisenbahnfahrgestelle zu breit. In meinem Anwendungsfall ging es um eine seitenverschiebbare Achse. Somit außen 3w, innen für die Zahnräder 2w.

Im Fahrgestell für eine Lok wollte ich eine seitenverschiebbare Achse realisieren. Also darf der Rahmen hier nur 3w breit sein.

„legal“ ist das auch realisierbar. Allerdings ohne Antrieb. Innen brauchen die Zahnräder mindestens 2×2 Noppen. Oder sehr aufwändig und wenig stabil, wie hier für eine Class 66 von Mike Pianta:

Class 66 bogie detail (underside)

Alternativ (Thomas Selander) mit Technic-Connector 87408 möglich
V5 lok motorized with floating mid axle_001

Für die Montage des Motors sind oben drauf noch zwei Liftarme montiert, so dass die gängigen Motoren daran befestigt werden können.

Wie üblich habe ich die Datei mit OpenSCAD so aufgebaut, dass daraus sehr unterschiedliche Rahmen entstehen können. Diese ist – keine Anmeldung erforderlich – bei thingiverse zum Download erhältlich.

das Rad neu erfunden (4)

der Download – endlich

Nach vielen dutzend gedruckten Testrädern und Fahrwerksmodellen hat die Datei inzwischen einen Stand erreicht, in dem ich mich zur Veröffentlichung traue. Die Dateien sind über thingiverse.com erhältlich.

Über Rückmeldungen mit Erfahrungen würde ich mich sehr freuen, ebenso wie Berichte oder Fotos von Euren Ergebnissen.

Ich glaube zwar nicht, dass ich es auch nur annähernd in die Spitzenliga der Eisenbahnbauer schaffen werde. Aber vielleicht leiste ich einen Beitrag, das die Spitzenmodelle noch ein wenig schöner werden. Und die Grenzen zwischen LEGO® und Modellbau noch weiter verschwimmen.

Weiterverarbeitung

Für Leute ohne 3D-Drucker gibt es Druckdienstleister-Portale wie Treatstock. Trotz eigenem Drucker greife ich gelegentlich bei Bauteilen, die langer Druckzeit bedürfen oder größerer benötigter Menge auf deren Dienste zurück.

Für bessere Passungen der Bohrungen verwende ich eine Handreibahle für 4,76 mm (3/16 Zoll) die es günstig beim Chinamann gibt (aktuell leider nicht). Eine 5mm-Ahle ist zu groß!

Um einen Abstand zwischen Lokomotivrahmen und Spurkranz herzustellen, haben die Eisenbahnräder von LEGO® ein um etwa 0,25 mm vorstehende Radnabe. Dieser ist für das sichere Befahren von Weichen und Kreuzungen erforderlich. Bei einem Druck des Rades direkt auf dem Druckbett lässt sich dieses – zumindest auf meinem Drucker – nicht realisieren. Ich drucke die Räder daher mit einem Abstand von ca. 2mm und erzeuge entsprechendes Stützmaterial.

Einbau

Wenn Pins für die Stangen verwendet werden, ist auf die Ausführung „without Friction Ridges“ zu achten.

  • 4274 Technic, Pin 1/2
  • 32002 Technic, Pin 3/4
  • 3673 Technic, Pin without Friction Ridges Lengthwise
  • 3749 Technic, Axle Pin without Friction Ridges Lengthwise

Für Wunschfarben muss nicht unbedingt auf teure Q-Parts zurückgegriffen werden. Wer selbstgedruckte Räder verbaut darf eigentlich auch nicht vor Pins aus chinesischer Prosduktion zurückschrecken. Beispielsweise bei Aliexpress in der Kategorie Blocks nach „Technic Pin“ suchen.

Beispielsweise diese hier:

Nutzungsrechte und Haftungsausschluß

Die Dateien veröffentliche ich unter CC BY-SA 3.0 DE (Namensnennung – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Deutschland).

Darüber hinaus würde ich mich freuen, wenn bei der Verwendung in Modellen auf meine Urheberschaft hingewiesen würde. Ebenso würde ich mich über Kommentare mit Erfahrungsberichten oder Fotos über der Verwendung und Verfeinerung freuen.

Ich gebe keine Garantien hinsichtlich des Werks und übernehme keinerlei Haftung für irgendwelche Nutzungen des Werks, soweit das gesetzlich möglich ist.

Vor der Fertigung oder Bestellung größerer Mengen empfehle ich den Probedruck eines einzelnen Exemplar und dessen sorgfältige Kontrolle.

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

wird fortgesetzt

das Rad neu erfunden (3)

Inzwischen dreht auch der erste Prototyp-Fahrgestell seine Runden über den Testparcours um zu schauen, ob die Räder auch in der Praxis taugen. Im Zuge dieser Tests wurde das Spurkranzprofil überarbeitet.

Wenn aus dem Torso mal eine Lok wird, kann der Motor leider keinen Platz mehr finden. Dennoch ist die Württembergische T5 (Reichsbahn/Bundesbahn Baureihe 75.0) ein dankbares Versuchsobjekt. Soll das vor fast 100 Jahren entstandene Vorbild doch über ausgezeichnete Laufeigenschaften verfügt haben. Leider wurden alle Vorbildexemplare verschrottet.

mal was kryptisches

Auf Grund der Vielzahl der möglichen Rädervarianten – alleine im Umzeichnungsplan von 1967 der Deutschen Bundesbahn sind 30 Dampflokbaureihen enthalten – werden zumindest in der Erstauslieferung nur wenige Räder enthalten und als STL-Dateien beigefügt sein.

Für das Erstellen eigener Räder ist es erforderlich, sich mit OpenSCAD zu befassen und nur an den richtigen Stellen die Variablen zu verändern.

Für den Druck mit Filamenten in zwei verschiedenen Farben kann eingestellt werden, ob nur der Radreifen oder nur die Radscheibe gerendert werden soll. Zudem könnt ihr hier schnell einstellen, ob das Rad mit oder ohne Spurkranz gedruckt werden soll.

//bei zweifarbigem Ausdruck getrennte Objekte für Radreifen und Radscheibe
Radreifen = 1;
Radscheibe = 1;
// für Räder mit und ohne Spurkranz
Spurkranz = 1;
//Beschreibungstext auf der Innenseite
Txt = 1;

Der Beschreibungstext ist erst beim Druck mit feiner Düse, z.B. 0,2 mm, erkennbar. Dieser kann helfen, die losen Räder passend zuzuordnen.

Die Auflösung der Kreisobjekte ist so voreingestellt, dass der Umfang größerer Objekte detaillierter dargestellt werden. Voreingestellt sind:


fnDetail = RadDurchmesser*pi/2;
fnGrob = 18;
$fn = fnGrob;
.

So bleiben die Rechenzeiten und Dateigröße bei sinnvoller Qualität im Rahmen.

der Standard

Für die ganzen Parameter, über die erst das Rad definiert wird habe ich default-Werte festgelegt. Wenn diese verändert werden, hat das Einfluss auf alle Räder, da nur die vom default abweichenden Größen individuell definiert werden.

// Default-Werte; Änderungen wirken sich auf alle Räder aus!
RadDurchmesser = 24.00;
SpurkranzHoehe = 3.20;
RadBreite = 0.93;
GesBreite = 1.00;
SpeichenAnzahl = 0;
SpeichenWinkel = 0.00;
Nabenwinkel = 0.00;
Kurbelzapfen = 0;
Kurbelkreuz = 0;
NabeD = 1.00;
Gegengewicht = 0;
GgwRadius = 0.00;
GgwIDurchm = 8*NabeD-0.2;
GgwVersatz = 0.00;
GgwWinkel = 0.00;
RiA2 = 1.00;
Haftreifen = 1.10;
Achsstand = 5.00;
Huelse = 0.25; //Objekt zum Druck ca. 2mm in z-Richtung verschieben und mit Stützmaterial drucken

Mindestradius = 40.00;
Spurweite = 4.00;
GleisInnen = 2.80; // Rillenbreite
// Ende Default-Werte

kleines Rad

Mit ganz wenig Werten ist ein kleines, schmales Vollrad definiert.
Beschreibung = "kleines Rad"; //d=525mm
RadDurchmesser = 22.5;
RadBreite = 2/3;
Haftreifen = 0;
Achsstand = 4;

Speichenrad für den G8.1-Tender

Auch ein Speichenrad für einen Tender oder Wagen benötigt auf Grund des fehlenden Stangenantriebs nur wenige Angaben.
Beschreibung = "Speichenrad Tender 3T16,5"; //d=1000 mm
RadDurchmesser = 24;
SpeichenAnzahl = 11;
Haftreifen = 0;
Achsstand = 13;

etwas komplizierter, die 50

Ein „normales“ Dampflokrad ist an der Baureihe 50 verbaut. Vor allem für das Gegengewicht sind zahlreiche Parameter zu definieren. Erst beim genauen Hinsehen erkennt man, dass die Gegengewichte nur selten symmetrisch angeordnet sind.
Beschreibung = "BR 50 Treibrad Achse 3";
RadDurchmesser = 33.6;
SpeichenAnzahl = 15;
SpeichenWinkel = 180;
Kurbelzapfen = 1;
NabeD = 1.35;
Gegengewicht = 1;
GgwVersatz = 530/1400;
GgwRadius = 1000/700;
GgwWinkel = -7.43;
Achsstand = 10;

Die dreizylindrige Krönung

Noch toller wird es bei dreizyindrigen 01.10. Da die Räder hier nicht um 90°, sondern um 120° versetzt sind, muss die Radnabe (Nabenwinkel) auf einer Seite gegenüber dem Kurbelzapfen verdreht werden. Somit ist für jedes der 6 Treib- bzw. Koppelräder eine eigene Datei erforderlich.
Beschreibung = "BR 01.10 Treibrad vorne links";
RadDurchmesser = 48;
SpeichenAnzahl = 21;
Nabenwinkel = 30;
Kurbelzapfen = 1;
NabeD = 1.5;
Gegengewicht = 1;
GgwVersatz = 0.339;
GgwRadius = 2.5;
GgwWinkel = -62.58;
Achsstand = 14;
Mindestradius = 56;

das Dreibein

Das "Dreibein" V60 (DB) bringt eine weitere Eigenheit mit. Hier sind die Speichen außen vollständig abgerundet. Dafür habe ich den Parameter für die äußere Abrundung der Speichen (RiA2) nach oben gezogen.

Beschreibung = "V60 DB - Achse 1"; //d=1250 mm
RadDurchmesser = 32.0;//32.14;
SpeichenAnzahl = 13;
SpeichenWinkel = 180;
Kurbelzapfen = 1;
NabeD = 1.30;
Gegengewicht = 1;
GgwVersatz = 0.39;
GgwRadius = 2.5;
GgwWinkel = -5;
RiA2 = 99; //max
Achsstand = 13;

zum Vergleichen

Zum Vergleichen die Durchmesser der verschiedenen fertigen Eisenbahnräder.
klein: 8.2 mm
alt: 14.6 mm ohne Haftreifen
normal: 17.0 mm 55423
BBB S: 17.6 mm
Shupp MS: 20,5 mm
BBB M: 24.0 mm
Schupp M: 24,0 mm
Shupp ML: 27,9 mm
Dampflok: 30.0 mm 85489a/b
BBB L: 30.4 mm
Shupp L: 30,5 mm
BBB XL: 36.8 mm
Shupp XXL: 43,6 mm

Legometrie – die Kalibrierung

Die grundsätzlichen Abmessungen der Elemente sind ebenfalls in der Datei festgelegt. Falls der Drucker so eingestellt ist, dass der Prüfquader in korrekter Größe hergestellt wird, kann ggf. – mit entsprechender Vorsicht – hier nachjustiert werden. Die Achsmaße (AchsBreite, AchsLaenge) sind für strammen Sitz und somit ggf. etwas knapp bemessen. Bei Bohrungen sollte AchsLaenge nicht vergrößert werden, sondern mittels Handreibahle nachbearbeitet werden.

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

AchsBreite = 1.88;//1.85;
AchsLaenge = 4.90;//4.85;
AchsKrWinkel = 1.25;
AchsInkreisD = 0;//3.3;

NoppenDaussen = 4.95; //V1=4.80
NoppenDinnen = 3.30; //V1=3.25
NoppenHoehe = 1.80;

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

FaseD = 6.20; // Durchmesser der Bohrung um Technik-Loch
FaseT = 0.85; // Tiefe der Fase

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.