Schlagwort-Archive: Eisenbahn

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)

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)