Next Generation Wendel

Warum muss eine Wendel eigentlich immer aus Span- oder Sperrholzplatten sein?

Warum nicht mal eine Wendel aus dem bewährten Getränkeflaschen-Material PET?

Das schwebt mir schon eine ganze Weile vor und ich habe auch schon länger damit herumexperimentiert. Weiter als bis zur Erstellung von Versuchs- und Prototyp-Komponenten bin ich zwar bis jetzt nicht gekommen. Auf dem folgenden Bild sieht man ein Gebilde, wo ein paar Prototyp-Komponenten zusammengesteckt sind. Das ist noch weit entfernt von einer Wendel, aber man sieht doch, wie es gemeint ist.

Immerhin ist die Idee bei mir jetzt etwas gereift und jetzt mache ich mich an die Realisierung. Ich habe vor, alle Wendeln der ChRB III auf diese oder ähnliche Weise zu bauen.

In diesem Thread werde ich über die Entstehung von funktionierenden Wendelkomponenten aus dem 3D-Drucker und über den Zusammenbau derselben berichten. Wo verschiedene Varianten möglich sind, werde ich sie allenfalls gegeneinander abwägen. Ich werde über Fortschritte und gegebenenfalls auch über Rückschläge berichten. Wie immer bin ich natürlich an Feeback aus eurem Kreis interessiert.

Sobald die Entwicklung als abgeschlossen betrachtet werden kann und es um die Produktion geht, werde ich das Thema dann im Thread ChRB (Christoph-Röbi-Bahn) - dritte Anlage fortsetzen.

Roger, danke für den Hinweis. Bei mir geht es. Jetzt habe ich das Bild nochmals neu hochgeladen und eingefüht. Funktioniert es jetzt auch bei dir?

Die Fahrbahn der Wendel besteht aus einzelnen Platten-Elementen, die ich jeweils als Ganzes drucken kann. Doppelt so grosse Elemente wären wünschenswert, sind aber für meinen Drucker zu gross. Die Elemente sind vorgesehen, um RocoLine-Gleise R4 und R5 (481.2 und 542.8 mm) aufnehmen zu können. Da eine Platte einen Winkel von 15° abdeckt, braucht es zwei Elemente für ein Gleis-Paar. Für einen Vollkreis von 360° braucht es also 24 Elemente.

Die einzelnen Elemente werden mit je drei Schwalbenschwänzen passgenau zusammengesteckt. An jedem Ende einer Verbindung sind Halb-Ösen angebracht. Diese Halb-Ösen (die nach dem Zusammenstecken zu Voll-Ösen geworden sind) können mit Schraub-Verbindungen zusammengehalten werden, damit sich die Schwalbenschwanz-Verbindungen nicht mehr lösen können. Alle 30°, d.h. immer nach zwei Platten-Elementen, werden zwei vertikale Stützen (eine innen und eine aussen) eingeschraubt, welche die Wendelplatten in genau der gewünschten Höhe positionieren. Die Stützen können sich nach oben fortsetzen, um die nächsthöheren Wendelplatten auf ihrer richtigen Höhe abzustützen.

Zwischen zwei benachbarten Stützen-Paaren, d.h. nach jeweils 15°, wo keine Abstützung notwendig ist, müssen die Schwalbenschwanz-Verbindungen trotzdem gesichert werden. Dies geschieht mit je einer kurzen Schraub-Verbindung (Blindschraube).

Das Zusammenfügen der Platten mit den Schwalbenschwanz-Verbindungen, sowie das Abstützen mit zylindrischen Stützen auf der genau vorgesehenen Höhe, betrachte ich als definitiv und experimentiere damit nicht weiter. Hingegen, für die Befestigung der Gleis-Stücke auf den Wendelplatten, für das Anbringen der Oberleitungs-Drähte, für das Befestigen der Reed-Kontakte und für die Kabelführungen bestehen bei mir erst Ideeën und deshalb bin ich damit noch am Experimentieren.

Zitat von Bueti

So professionell konstruierte Sachen sieht man selten! Ich staune immer wieder, was Du alles mit einem Computer anstellen kannst!

Danke, Martin. Ich habe ja schliesslich fast 40 Jahre lang mit dem Anstellen von Diesem und Jenem mit einem Computer meine Brötchen und Bierchen verdient .

Die erwänten Stützen, die die Ösen zusammenhalten und die Wendelplatten in der richtigen Position abstützen, sehen so aus. Sie haben an einem Ende ein Aussen-Gewinde mit einem zylindrischen Stück und am anderen Ende ein Innengewinde. Jeweils zwei Stützen können sehr gut von Hand zusammengeschraubt und ohne weitere Hilfsmittel festgezogen werden.

Würde man nun aber (das sieht man im nächsten Bild) die beiden Stützen in der Öse festziehen, würde man die Wendelplatten in eine zu den Stützen senkrechte Lage zwingen. Das ist aber nicht gut, denn die Wendelplatten sollen ja leicht ansteigen (bei der ChRB III wird das eine Steigung von rund 2% sein). Ohne weitere Massnahmen würde man damit die Platte "verwerfen" (flach, dann steil, dann wieder flach, etc.), was natürlich nicht angehen kann.

Um das zu vermeiden, habe ich "schiefe" Unterlagsscheiben konstruiert. Die "Schiefe" dieser Scheiben passt genau zur gewünschten Steigung der Wendelplatten und ist so minim, dass man sie fast nicht sieht. Jede Scheibe hat einen kleinen, nach oben vorstehenden, zylindrischen Zapfen, der sich an der dickeren Seite befindet. Die Ösen habe das Gegenstück, ein kleines Loch, wo die Zapfen reinpassen. Dieses Loch ist auch auf der Unterseite der Ösen vorhanden.

Wenn man nun unter- und oberhalb der Öse je eine schiefe Scheibe in der richtigen Lage einsetzt, und die Stützen festzieht, bringt man die Wendelplatten automatisch in die richtige Lage bezüglich Steigung. Das untenstehende Bild zeigt die Stützen mit den schiefen Scheiben, aber noch nicht festgezogen.

Nach dem Festziehen sieht es so aus:

Man muss schon genau hinsehen, dann stellt man fest, dass die Stützen und die Wendelplatten nicht mehr senkrecht zueinander sind, sondern im gewünschten Winkel.

Zitat von Cebu Pacific

Wenn du an deinen Fahrbahnteilen lang Freude haben möchtest, sorge dafür, dass die scharfen Kanten im Schwalbenschwanz und an den Ösen verschwinden. Bei den Ösen kannst du platzmässig gut grosszügige Übergangsradien anbringen. Die Schwalbenschwänze sind für mich viel zu steil und die erwähnten scharfen Kanten. Ein kleiner Radius, wenigstens 0.5mm sollte platzmässig auch dort drin liegen. Je grösser je besser. Die Kerbwirkung ist für jeden Werkstoff der Ermüdungskiller.

Ich würde anstelle von Schwalbenschwänzen runde Formen wählen, wie bei einem Puzzle und alles sauber ausrunden.

Die Verbindungen der Wendelplatten sind kaum Kräften ausgesetzt. Dazu sind sie stark überdimensioniert. Hier habe ich jetzt überhaupt keine Bedenken, dass da mit der Zeit Brüche entstehen. Auch die von dir erwähnte Kerbwirkung ist bei additiv gefertigten Teilen kaum ein Problem. Wenn man nämlich die Kanten mit der Lupe betrachtet, sieht man, dass da effektiv ein kleiner Radius vorhanden ist. Hier erfolgt beim Druck kein Unterbruch der Extrusion, sondern nur ein Richtungswechsel der Düse. Ich bin sicher, Erwin, wenn du die Gelegenheit hättest, die Wendelplatten in die Hand zu nehmen und daran herumzuriegeln, würdest du mir recht geben.

Ich muss allerdings einräumen, dass ich mich da täuschen kann. Sollte in ein paar Jahren der Fall eintreten, dass die Plattenverbindungen brechen, werde ich mich bei dir melden und dir attestieren, dass du recht hattest.

Zitat von Cebu Pacific

Für solche Teile habe ich persönlich kein Vertrauen in PLA oder PET-G mangels Langzeiterfahrung. Ich persönlich würde da auf ABS setzen.

Erwin, ich halte ABS für diesen Zweck als ziemlich ungeeignet. Die grossen Vorteile von ABS sind höhere Temperatur-Resistenz und Witterungs-Beständigkeit. Das sind beides Kriterien, die in unserem Umfeld irrelevant sind. ABS hat den Nachteil, dass es beim Abkühlen stark schrumpft. Massgenaue Teile (wie diese Wendelplatten) mit ABS herzustellen, wäre also schwierig und aufwändig. Mein Drucker eignet sich schlecht für ABS, weil er kein Gehäuse hat. Beim Druck mit ABS entweichen gesundheitsschädigende Dämpfe, was ich lieber nicht will.

Im Gegensatz dazu ist PET-G sehr gut geeignet. Die mit diesem Material gedruckten Teile sind sehr massgenau. PET-G ist stark, zäh und gilt als dauerhaft. Mein Drucker ist für den Druck von PET-G sehr gut geeignet. Interessant ist hier noch, dass die Firma Prusa (der Hersteller meines Druckers) einige Teile für den Drucker mit PET-G druckt (siehe nachfolgendes Bild).

Alle orangen Teile sind mit PET-G gedruckt. Besonders die beiden Teile an den Enden der x-Achse sind bestimmt höheren Belastungen ausgesetzt, als meine Wendelplatten. Der Hersteller Prusa würde kaum für den eigenen Drucker PET-G einsetzen, wenn er Zweifel bezüglich Dauerhaftigkeit hätte.

Danke, Markus, für das Schildern deiner Erfahrungen.

Zitat von Sugarbear

Ein Punkt aus meiner Erfahrung, ich hatte zu Beginn meiner 3-D-Phase auch eine Wendel in Kunststoff erstellt. Das hatte - zumindest bei mir - einen Nachteil mit zwei Folgen: Es war viel zu leicht.

Das führte zum Einen zu einer wirklich unangenehmen Geräuschkulisse.

Das ist für mich die grosse Unbekannte. Aus diesem Grund werde ich erst mal nur einen Teil der ersten Wendel erstellen und dann probeweise befahren. Sollte es auch hier zu einer wirklich unangenehmen Geräuschkulisse kommen, können wir das Ganze immer noch auf "interessantes Übungsprojekt" umbuchen, abreissen und konventionell wieder aufbauen.

Zitat von Sugarbear

und muss, um in meine Wendel einzusteigen, zuerst hineinrobben und mich dann aufrichten (nein, es gibt kein Video ). Das geht nicht immer berührungsfrei ab und es kam zu Entgleisungen und Abstürzen.

Das wird bei uns kein Problem. Die Mannlöcher in den Wendeln werden komfortabel gross. Da habe ich jetzt trotz meines Alters noch keine Probleme um hineinzukommen.

Zitat von Sugarbear

nur für die Sache mit dem schräg liegenden Trasseebrett habe ich mir was zusammenkonstruiert und hier auch schon vorgestellt.

Das würde mich interessieren. In welchem Thread hast du das vorgestellt?

Zitat von Sugarbear

Meine Wendel ist aber auch riesig, mehr als 10 Umdrehungen, vielleicht und hoffentlich funktioniert dein Teil da besser.

Unsere Wendeln sind auch gross, aber mehr im Umfang, als in der Höhe. Wir haben eigentlich nirgends mehr als zwei aufeinanderfolgende Umgänge. Dafür haben wir jeweils zwei Wendeln übereinander auf verschiedenen Höhen, die dann aber zusammengebaut sind.

Zitat von Sugarbear

Noch aus Interesse: Wie lange druckt deine Maschine an einem solchen Teil?

Etwa 6 Stunden. Ja, das ist lang, aber das ist typischerweise etwas, was ich über Nacht drucken lasse und Nächte wird es noch genug geben bis die Anlage fertig sein soll.

Erwin, zwischen PLA und PET-G besteht ein grosser Unterschied. PLA ist spröde, PET-G ist zäh. PLA hat einen engen elastischen und keinen plastischen Bereich. Das heisst, wenn man PLA biegt, kommt es entweder in die gleiche Lage zurück oder es bricht. Ganz anders bei PET-G. Das hat einen recht grossen elastischen Bereich, wo es nach dem Loslassen die ursprüngliche Form wieder annimmt und anschliessend einen grossen plastischen Bereich, wo es nach dem Loslassen gebogen bleibt. PET-G ist fast nicht zu brechen. Das sind die Gründe, warum ich diesbezüglich kaum Bedenken habe.

Zitat von Cebu Pacific

In dem Fall müssen wir für auf Festigkeit belastete Teile PET-G versuchen

Falls ihr da wirklich Versuche mit PET-G macht, wäre ich an den Ergebnissen sehr interessiert.

Wenn man PLA mit PET-G vergleicht, muss man wissen, dass die Schicht-zu-Schicht-Haftung bei PLA eher schlecht, bei PET-G aber sehr gut ist.

Das bedeutet, dass bei PLA die Druckfestigkeit senkrecht zu den Schichten hoch ist, die Zugfestigkeit aber klein. In Schicht-Richtung sind wahrscheinlich Druck-, und Zugfestigkeit beide mittelmässig.

Da bei PET-G die Schicht-zu-Schicht-Haftung ausgezeichnet ist, sind die Festigkeiten bei diesem Material wahrscheinlich eher in die verschiedenen Richtungen ausgewogen.

Die Auflage auf der Grundplatte ist jetzt auch konstruiert. Bis jetzt gibt es davon erst eine. Es wird noch viele brauchen, aber jede davon in seiner individuellen Höhe.

Die für die Photo bis jetzt eingefügten Wendelplatten sind immer noch die Prototypen.