Werkstatt und Fahrzeugtechnik



Einleitende Bemerkung: 

Zum Bau von Fahrzeugen für die Modellbahn gibt es im Netz und in der einschlägigen Fachliteratur eine Unzahl von Veröffentlichungen. Neben meinen niedergeschriebenen Erfahrungen im Modellbau biete ich dem Leser zu einigen speziellen Themen an, sich mit Hilfe dieser Veröffentlichungen von Hobbykollegen oder auch von Modellbaufirmen noch tiefer mit der Materie vertraut zu machen, denn ich kann und will auf dieser Homepage kein umfassendes Kompendium des Eisenbahnmodellbaus liefern.

Nicht alles zum Thema Werkstatt und Technik kann man mit Hilfe von Bildern oder Zeichnungen erklären. Bleibt der Text, durch den sich der Besucher meiner Seiten quälen muß.

Zunächst also zu einigen Fragen, mit denen sich der Modelleisenbahner vor der Konstruktion und dem Bau (nicht nur) von Fahrzeugen beschäftigen sollte:

Die ernsthafte Beschäftigung mit der Modelleisenbahn verlangt eine gehörige Portion Grundkenntnisse über das große Vorbild auf den Gebieten Architektur, Technik und Landschaftsgestaltung, handwerkliche Fähigkeiten zur Verarbeitung von Material und den Willen, sich mit modernen Herstellungs- und Steuerungstechnologien auseinander zu setzen, ohne die heute der Umgang mit der Modellbahn nicht mehr möglich ist. 

Man sollte also eine technische Zeichnung anfertigen (und lesen) können, völlig egal ob mit Beistift und Papier oder einem CAD - Programm am Rechner. Vorteilhaft ist die Beherrschung eines skalierfähigen Zeichenprogramms, weil man damit die Voraussetzungen für das Herstellen von Fahrzeugteilen durch Dienstleister schafft. Messen, Anzeichnen, Sägen, Feilen, Schleifen, Gewindeschneiden, Bohren, Löten und Kleben kann man alles lernen, es schadet aber nichts, wenn man es schon mehr oder weniger beherrscht. CNC-Fräsen, Lasern, Ätzen oder 3 D-Druck kann der "normale" Modelleisenbahner getrost Dienstleistern überlassen, es sei denn, man will sich auf einem Gebiet spezialisieren und z.B. Serien fertigen. Ansonsten rechtfertigt die Zahl der Anwendungen nicht die bei der Anschaffung entstehenden Kosten. 

Unerläßlich ist es ebenfalls, sich eine kleine Werkstatt mit einem Minimum an Werkzeugen und Maschinen einzurichten. Fahrzeugbau nur am Küchentisch funktioniert nicht. Dazu gehören Bohrzwerg, Ständerbohrmaschine u. Schleifmaschine. Wer es sich leisten kann, der kann sich noch eine kleine Drehbank anschaffen. Bitte bei der Anschaffung daran denken, daß die benötigten Werkzeuge für die Arbeit an und mit diesen Maschinen ebenfalls Geld kosten, in manchen Fällen mehr als der Anschaffungspreis für die Maschinen.

 

Den Umgang mit bestimmten Materialien und Maschinen kann man sich im Netz anlesen. Es gibt für alles und jedes irgend ein Forum oder Spezialseiten. 

Zum Fahrzeugbau, wie ich ihn betreibe, wird (bis auf wenige Mischbau-Modelle) Messing oder Neusilber verwendet. Messing ist eine Legierung von Kupfer mit Zink. Es hat eine höhere Festigkeit als Kupfer und ist oberhalb von 37% Zinkanteil spanabhebend gut zu verarbeiten. So findet dieses Messing in der Feinmechanik und in der Uhrenindustrie breite Verwendung. Beim Neusilber wird ein Teil des Kupferanteils durch Nickel ersetzt. Es besitzt dadurch eine höhere Festigkeit als Messing und eine ins Silberne gleitende Farbgebung.

Übung, Erfahrung und Wissen über den Umgang mit diesem Material eignet man sich ausschließlich durch die Praxis an.

Es ist deshalb notwendig, sich mit einer Reihe spanabhebender Werkzeuge und Maschinen auszurüsten. Dazu gehören in erster Linie Bohrer, Fräser, Blechscheren und Feilen.

Aller Anfang ist schwer, deshalb mit solchen Arbeiten und Modellen beginnen, für die man ein Faible hat. Da fällt es am leichtesten, bei einem Mißerfolg erneut zu beginnen. Die Anfertigung eines Modells sollte den Modellbauer auch nicht überfordern. Wenn mir vor 20 Jahren einer den Bausatz einer Weinert - P8  vorgesetzt hätte, wäre ich sehr wahrscheinlich kein Hobby- Modellbauer geworden. 

 

Als Vertreter analog gesteuerter Anlagen muß ich bei der Konstruktion von Triebfahrzeugen besonders auf sehr gute Laufeigenschaften achten. Während bei DCC-gesteuerten Fahrzeugen elektronisch auf die Motorleistung und damit auf das Fahrverhalten Einfluß genommen werden kann, steht mir nur die mechanische Lösung über das Getriebe zur Verfügung. 

Dabei gelten folgende Kriterien:

1. Auswahl des Modellmotors nach den Leistungen, die ein Triebfahrzeug auf der Anlage zu erbringen hat. In der 

Pollin-Elektronic 3/15  www.pollin.de

Baugröße H0 bekommen zu kleine Motoren unter 0,3 Watt Leistung bei Dauereinsatz auf langen Anlagen-strecken Probleme. Die äußern sich durch übermäßige Erwärmung, vorzeitigen Verschleiß der Lager oder der Kollektorkontakte.

Im Modellbau haben wir im Prinzip zwei Arten von Motoren:

1. Permanentmagnetmotoren

2. Glockenankermotoren mit eisenlosem Rotor (s.u.)

Um den Innenraum orginal nachzugestalten, werden bei Drehgestellfahrzeugen häufig auch Drehgestellantriebe konstruiert und eingebaut. Durch den Platzmangel kommt es dann zu oben erwähntem Einsatz zu kleiner und damit zu schwacher Motoren mit zu hoher Drehzahl, die das Triebfahrzeug zur "Rennsemmel" machen. Die digitale Steuerung und auch hochwertige analoge Steuergeräte für diese Motoren (meist Glockenanker) können das etwas ausgleichen, es beansprucht aber die Motoren über die Maßen und beeinflußt damit ihre Lebensdauer.

Die gleiche Einschätzung trifft auch auf Mittelmotor-Unterflurantriebe zu.

Ausgleichen könnte man das mit einer weiteren Untersetzungsstufe des Getriebes, für die aber in den genannten Fällen der Platz nicht vorhanden ist.

Glockenanker
Glockenanker

Die Lebensdauer erhöht sich bei langsamlaufenden, kräftigeren Motoren mit ca. 6- bis 8000 U/min. Sie sollten aber mindestens 5 - polig und schräg genutet sein. Glockenankermotoren (möglichst ab 10/16mm aufwärts) besitzen zwar eine vergleichsweise hohe Drehzahl, bewirken aber durch das Fehlen der Permament-Rastmomente einen sehr gleichmäßigen Fahrzeuglauf, vor allem beim Anfahren und Rangieren. Ihr Einbau in Fahrzeugmodellen bringt aber nur dann optimale Ergebnisse, wenn der von ihnen benötigte Gleichstrom durch ein hochwertiges Steuergerät entsprechend geglättet ist. Wer mag, kann das mit dem Anschluß des Motors an eine Batterie überprüfen, die ja bekanntlich "reinen" Gleichstrom liefert. Dann ist der Glockenankermotor fast nicht mehr zu hören. Bei entsprechenden Platzverhältnissen im Modell empfiehlt sich ein Motor mit 2 Wellenenden, um die Option für eine Schwungmasse zu erhalten. Das gilt auch für die DCC-Fahrer.

Erfahrene Bastler erzielen auch mit Billigmotoren gute Laufergebnisse, in dem sie Schwungmassen und Getriebe entsprechend auslegen.

Letzten Endes muß es dem Bastler überlassen bleiben, sich in dem riesigen Modellbau - Motorenmarkt zu orientieren und eigene Erfahrungen zu sammeln.

 

2. Bei Zahnradgetrieben handelt es sich um die schlupflose Übertragung von Bewegungen sowie von Leistungen. Bei den Bauarten unterscheiden wir zwischen Stirnradgetrieben mit Gerad, - Schräg,- oder Schraubverzahnung, Kegelstirnradgetrieben und Schneckenstirnradgetrieben. Wer von den Modellbahnern besonderen Wert auf Laufruhe legt, sollte schräg verzahnte Stirnzahnräder einsetzen. Nachteil: Es treten achsiale Kräfte auf, die mit konstruktiven Mitteln aufgefangen werden müssen. Die Entscheidung zwischen Schnecken- und Stirnzahnradgetrieben fällt - wenn man die entstehende Geräuschkulisse und den benötigten Platz zum Kriterium nimmt - bei Modellbahnern eindeutig zu Gunsten der Schneckengetriebe aus. Durch die von der Schnecke verursachte Selbsthemmung des Getriebes fehlt den Fahrzeugmodellen zwar der Auslauf, den sie bei Stirnzahnradgetrieben besitzen. Das ist aber heutzutage bei DCC überhaupt kein Problem mehr und bei analoger Steuerung kann man das durch eine Schwungmasse auf der Motorwelle weitgehend kompensieren. Ideal ist der Schneckeneinsatz auf der ersten Untersetzungsstufe (Motorwelle/Schneckenrad), um die Motordrehzahl sofort zu reduzieren. Das erreicht man auch mit dem Einsatz von Getriebemotoren, bei denen das Getriebe direkt am Motor angeflanscht wurde.

Beispiele sind diese Getriebemotoren in offener und geschlossener Bauform.

Sie sind besonders dann geeignet, wenn auf ganz wenig Platz eine sehr hohe Untersetzung erreicht werden muß. Z.B. in Feldbahnlokomotiven oder auch zum Antrieb von Funktionsmodellen.

Als Vorteil der Schneckengetriebe gilt auch, daß man mit einer Schnecke bei gleichem Modul der Schneckenräder verschiedene Untersetzungsverhältnisse erreichen kann. Um vorbildgerechte Geschwindigkeiten für Schmalspurmodelle zu erzielen, sollte man von einem Untersetzungsverhältnis so um die 1:50 ausgehen. Eine einfache Möglichkeit zur Berechnung der Untersetzung bei Riemen- Stirnzahnrad- und Schneckenuntersetzung bietet diese Seite. Je kleiner die Baugröße, desto kleiner auch der Modul der einzusetzenden Zahnräder. Für H0m und e liegt der Modul bewährter Weise zwischen 0,3 und 0,5.

Pollin-Elektronic 3/15  www.pollin.de

3. Für Analogbahner bietet die Fliehkraftkupplung eine weitere Alternative zur Erzielung eines kultivierten Fahrverhaltens. Die Entwicklung geht auf Prof. Kurz zurück, Professor für Industrieverkehr an der Dresdner Hochschule für Verkehrswesen "Friedrich List" in den 50er- bis 70er Jahren des vorigen Jahrhunderts und  u.a. maßgeblich an der Formulierung der NEM- Modellbahn-normen beteiligt. Über die Funktionsweise will ich mich hier nicht länger auslassen, sie ist aus der Zeichnung ersichtlich. Nur so viel: Der Einsatz von Fliehkraftkupplungen verlangt eine sehr hohe Präzision bei der Herstellung und Erfahrungen beim Steuern der Modelle. So kann z.B. bei Fahrzeugen mit Stirnzahnradgetrieben der Motor im Gefälle ausgeschaltet und bei absinkender Geschwindigkeit des Zuges wieder langsam zugeschaltet werden. Auch ein realistisches Bremsen im Gefälle ist möglich: Motor ausschalten, umpolen und langsam wieder "Gas" geben. Jetzt bremst die Fliehkraftkupplung das Triebfahrzeug.

Durch die heute überwiegend eingesetzte digitale Steuerung ist die Fliehkraftkupplung weitgehend ins Abseits geraten.

4. Der Riemenantrieb ist für viele schwierige Untersetzungs- und Platzverhältnisse eine durchaus ernst zu nehmende Alternative zum Stirnzahnradantrieb.

Mit ihm vermeidet man Geräuschentwicklung und kann den Abstand zwischen antreibender und getriebener Welle stufenlos einstellen ohne dabei, wie bei Stirnzahnrädern, auf das Zehntel achten zu müssen.

Vorteil: Beim Riemenantrieb müssen treibende und angetriebene Welle nicht unbedingt parallel laufen. Das kann bei verschiedenen Motor - Getriebekonstellationen im Modell sehr wichtig werden.

Der Riemen sollte nur leicht gespannt sein, um den radialen Druck auf die Lager so gering wie möglich zu halten. Ist die Spannung zu groß, läuft der Motor erst bei einem höheren Strom an und ein weiches Anfahren ist dann nicht mehr möglich. Man sollte beim Riemenantrieb auch auf ein höheres Anlaufdrehmoment des einzusetzenden Motors (siehe P.1) achten.

Wichtig: Die reibschlüssige Kraftübertragung erfolgt hauptsächlich über die seitlichen Flächen der Riemenscheiben, des Riemenprofils. Liegt der Riemen nur auf dem Grund der Riemenscheibe auf, führt das zu einer Verminderung der übertragbaren Kraft bis zum Durchrutschen und letztlich zur Überhitzung und möglichen Zerstörung des Antriebsriemens (Zahnriemen sind hier ausgenommen).

O-Ringe aus dem Baumarkt sind für den Einsatz als Antriebsriemen ungeeignet. Ihre Qualität reicht für einen gleichmäßigen, leichten Lauf und einen dauerhaften Betrieb nicht aus. Langlebige Qualitätsriemen in allen Querschnitten und für fast alle Modellbau-Verwendungszwecke liefert diese Fa. für Elektroersatzteile. Fällt im Zuge der Konstruktion des Getriebes die Entscheidung für einen Riemenantrieb, dann sollte eine kleine Drehbank vorhanden sein, um die Riemenscheiben in der jeweiligen Größe selbst drehen zu können, die dem errechneten Untersetzungsverhältis entspricht.

Bitte beachten: Beim Einsatz von Flachriemen, also Treibriemen mit einem rechteckigen Querschnitt, müssen die Oberflächen der Riemenscheiben konvex ausgedreht werden. Damit zentrieren sich die Riemen selbstständig und unternehmen keinen Versuch, von der Riemenscheibe zu springen.

5.  Die im Modellbau verwendeten Messinglegierungen "halbhart" taugen eigentlich nicht für Lager. Sinnvoller ist es, Sinterlager oder massive Lager aus Rotguß zu verwenden.

Kugellager haben dem gegenüber den unbestreitbaren Vorteil, nicht auszuschlagen.

Der Einsatz von Wälzlagerbauformen, insbesondere von Rillenkugellagern, vermindert die Auswirkung von radialen und auch achsialen Kräften und ermöglicht hohe Drehzahlen.

                                                  Miniaturkugellager  

 Für den Maßstab 1:87 kommen hauptsächlich Baugrößen ab 1x3x1mm bis ca. 2x5x2 zum Einsatz.

Sie vermindern auch die Reibung der Achsen in den Lagern und erhöhen somit die Leichtläufigkeit der Getriebe.

Sehr aufpassen muß man  beim Einbau solcher Lager, daß die Flucht auf einer gemeinsamen Welle stimmt, denn ihre Winkeleinstellbarkeit ist sehr gering. Nicht fluchtende Lagerstellen führen zu Zusatzbeanspruchungen der Kugellager, die die Lebensdauer der Lager verringern.

Bei schnellaufenden Achsen muß man damit rechnen, daß sich der Geräuschpegel des Getriebes leicht erhöht. Bei einem einzelnen Kugellager hält sich das noch in Grenzen.

Beim Kauf bitte auf die beidseitig abgedeckten Lager zurückgreifen, um der Gefahr der Verschmutzung während des Baus und im späteren Betrieb vorzubeugen.

Besondere Sorgfalt verlangt ihr Einbau. Sie sind sehr empfindlich gegenüber seitlichem Druck und benötigen paßgenaue  Bohrungen für einen festen Sitz. Das   geht meist nicht, ohne die Bohrungen bis auf das Maß des betreffenden Lagers  aufzureiben, bzw. die Welle mit feinem Schmirgelleinen auf das genaue Maß des Lagerinnendurchmessers zu bringen. Pessimisten können auch noch zusätzlich das Lagergehäuse erwärmen und das Kugellager dann einpressen.

Genaues Arbeiten, häufiges Probieren und Geduld sind bei diesen Arbeiten  absolute Voraussetzungen. Einige Modellbauer leimen diese Lager ein. Ich halte davon nichts, denn wenn die Lagerbohrung so groß ist, daß ich das Lager ohne es einzuleimen nicht mehr festbekomme, kann es leicht passieren, daß nach dem Abbinden des Leims die axiale Flucht (s.o.)nicht mehr stimmt.  Damit würden alle  Vorteile des Kugellagers  null und nichtig.