Nach vielen Vitrinen-Rollmodellen hier wieder ein motorisiertes Fahr- bzw. Spielzeug mit Steuerung und Akku-Betrieb. Das Modell ist der Beginn einer kleinen Reise in einer speziell für LocoRemote-Gleise konzipierten Schrumpfbahn.

---

Mission

Eigentlich wollte ich nur mal schnell ein einfaches Lokmodell konstruieren, das auf engen LocoRemote-Gleisen fahren kann. Derzeit stehen mir nur gedruckte LocoRemote-Gleise inkl. Weichen und anderem Zubehör in ausreichender Anzahl zu Verfügung. Gleismaterial von LGB oder anderen Herstellern besitze ich nicht. Mit diesem Lokmodell möchte ich verschiedene Steuerungen und Modellmotoren ausprobieren.

Feldbahn- und Grubenbahn-Lokomotiven gehören schon zu den kleineren Fahrzeugen, jedoch meistens nicht so klein, dass sie auf den engen LocoRemote-Gleisen fahren können. Die Gleisgeometrie definiert einen Standard-Radius von 245 mm und noch zwei engere Radien. Die 245 mm Modellradius entsprechen im Vorbild 3,25 m, was überhaupt nicht vorbildgerecht ist. 5 m Radius sind bei Grubenbahnen bereits ein Minimum. Damit Fahrzeuge diese engen Radien durchfahren können, müssen Achsabstand und Fahrzeuglänge gering sein. Um das im Modell umzusetzen, bleibt nur ein leicht geschrumpftes Freestyle Modell.

Die neue Lok heißt HELGA (HEikos kLeine GrubenbAhn). Der Name bezieht sich nicht nur auf eine Lok, sondern auf eine Modellreihe. Diese unterscheiden sich in Motorisierung und Steuerung. An dieser Stelle stelle ich HELGA 1 mit Mini-Getriebemotor und HELGA 2 mit 16 mm Getriebemotor vor.

Passend zur LocoRemote-Spielbahn arbeite ich noch an einer kleinen Kastenlore sowie an einer Schalke-Akkulok, die noch kürzer ist.

LocoRemote Gleissystem

Das LocoRemote-Gleissystem hatte ich in einem früheren Artikel beschrieben (siehe Artikel 108: „Feldbahngleise für 45 mm Spurweite“). Seit 2023 gibt es eine Erweiterung. Das neue Hudson-Gleissystem bietet jetzt besser aussehende Gleisstücken mit nachgebildeten Rillenschwellen und und realistisch wirkenden Gleisprofilen.

Die neuen Gleise sehen gut aus, sind jedoch schwerer zu drucken. Stützmaterial ist notwendig. Für sichtbare Bereiche dennoch eine sinnvolle Bereicherung. Das bisherige Gleissystem wird als Version 1 weitergeführt. Das „alte“ Gleissystem ist mein Favorit, da es sehr funktional und super einfach herzustellen ist. Die Optik ist für meine fliegenden Aufbauten eher zweitrangig.

Drei Radien stehen zur Verfügung. Die folgende Abbildung zeigt ein Microlayout, dass einige Teile des LocoRemote-Systems beinhaltet.

• Standard-Radius 245 mm (Durchmesser 490 mm)
• Small-Radius 175 mm (Durchmesser 350 mm)
• Tiny-Radius 105 mm (Durchmesser 210 mm)

In der Beschreibung von LocoRemote sind andere Radien angegeben, da dieses Gleissystem für 32 mm Spurweite konstruiert wurde und im Slicer auf 140% vergrößert wird. So wird die Spurweite von 45 mm erreicht.

Im Vorbild beträgt der kleinste Radius gängiger Grubenloks 5 m, was im Modell 375 mm entspricht. Immer noch mehr als der Standard-Radius der LocoRemote-Gleise. Das Problem der engen Radien lässt sich recht einfach beschreiben. Das Fahrzeug kommt nicht um die Kurve, wenn der Achsabstand zu groß ist. Ein weiteres Problem besteht bei längeren Loks wie die nachfolgenden Bilder zeigen.

HELGA kann gut mit dem Standard- und dem Small-Radius umgehen. Der sehr enge Tiny-Radius ist für den Lokbetrieb nicht empfehlenswert. Dafür müssen die Radscheiben und der Abstand zwischen den Achsen und den Lokpuffern kleiner sein.

Im Bild mit dem Micro-Layout sind Gleisstücken mit 420 mm Radius zu sehen. Diese sind im früheren Beitrag (siehe Artikel 108: „Feldbahngleise für 45 mm Spurweite“) beschrieben und auf Thingiverse verfügbar. Es gibt auch ein parametrisierbares OpenSCAD-Script, mit dem beliebige Gleisstücken angefertigt werden können (siehe Artikel).

Vorbild

Der Loktyp HELGA hat kein konkretes Vorbild. Dennoch erscheinen viele Elemente bekannt. Ich habe bei der Konstruktion Elemente anderer Fahrzeuge übernommen und angepasst. Dazu zählen:

• Puffer Diema DL6
• Akkukasten BEV W217 (siehe Artikel 133: „Akkulok B.E.V. W217“)
• Lokrahmen Deutz 914 MAH (siehe Artikel 125: „Grubenlok Deutz MAH914G (GK9 B)“)
• Radscheiben EGS Karlik (in Entwicklung)

Modell

Übersicht

HELGA ist ein einfache Konstruktion mit wenigen Bauteilen. Die Baugruppen sind wartungsfreundlich mit Schraubverbindungen am Lokrahmen befestigt. Diese Lok ist durchaus auch als Spielbahn für Kinderhände geeignet.

Werkzeuge, Montage und Materialien

Obwohl die Konstruktion nur aus wenigen gedruckten Bauteilen besteht, werden für das Gesamtmodell eine Menge anderer Baumaterialien benötigt, denn so eine 3D-Druck-Lok besteht nicht nur aus Kunststoff.

Für die Verbindung von Bauteilen oder Baugruppen verwende ich gern Schrauben in den Größen M2 und M1,6. Seit einiger Zeit nutze ich immer mehr Einschmelzbuchsen als Muttern. Für die Montage habe ich mir einen separaten Lötkolben zugelegt und diesen in einen vorhandenen Proxxon-Bohrständer geschraubt. Als Spitze dient eine spezielle Lötkolben-Einschmelzhilfe von Turmberg3D in der Größe M2.

In diesem Lokmodell habe ich ausschließlich M2-Einschmelzbuchsen verarbeitet. Die M1,6 Schrauben an den Puffern wurden mit Muttern befestigt.

Für den Aufbau werden noch andere Materialien benötigt:

Für den Antriebsblock

• 4 Stück Flansch-Kugellager MF63ZZ 6 x 3 x 2,5 mm
• 2 Stück 3 mm Messing-Achsen, Länge: 53 mm (GHW-Modellbau)
• einige 3,2 mm Unterlegscheiben
• 4 Schrauben M2 x 15 für Verbindung Ober- und Unterschale
• 4 Schrauben M2 x 10 für Verbindung Antriebsblock mit Lokrahmen
• 8 Stück M2 Einschmelzbuchsen, Länge: 3 mm
• 1 Paar Kegelräder Modul 0,5 20 Zähne 3 mm Bohrung (z.B. GHW-Modellbau 782020)
• 2 Kettenräder Serv-o-link S122: 12 Zähne, 3 mm Bohrung
• 12 cm Kette Serv-o-link C1227 
• 4 Madenschrauben M2 für Kegel- und Kettenräder
• 2-polige Steckleiste und ein Stück Kabel für den Motoranschluss
• für Motor 1: 2 Schrauben M1,6 x 5 zur Motorbefestigung
• für Motor 2: 2 Schrauben M2 x 5 zur Motorbefestigung

Für den Lokrahmen

• 1 Schraube M2 x 10 zur Befestigung Fahrschalter
• 2 Schrauben M2 x 5 mit Muttern M2 zur Befestigung Führerstand
• 8 Schrauben M1,6 x 4 mit Muttern M1,6 zur Befestigung der Puffer
• Blei- oder Stahlkugeln und Gießharz für Zusatzgewicht im Lokrahmen

Für den Akkukasten

• selbstklebende Gewichte (z.B. Ausgleichsgewichte für Reifenmontage)
• Akku LiIo 18350 (ca. 1000 - 1200 mAh)
• Batteriefedern
• Miniatur-Schalter, 19 mm lang, 6 mm breit
• Steuerung

Da die Kegelräder von GHW-Modellbau und die Kettenräder von Serv-o-link keine Bohrungen für die Befestigungsschrauben besitzen, wird noch ein Gewindeschneider M2 mit passendem Kernlochbohrer benötigt.

Antriebsblock und Motorenkonzepte

Der Antriebsblock enthält einen 3 V Getriebemotor. Nur so kann eine 1S Akkuzelle verwendet werden. 2 Typen von Motoren habe ich getestet und dafür Antriebsblock-Oberschalen angefertigt. Meinen Lieblingsmotor 2619333 von Faulhaber habe ich dieses Mal wegen Preis und Verfügbarkeit außen vor gelassen.

Zur Auswahl stehen ein Mini-Getriebemotor, den es als 3 V Variante in vielen Drehzahlen gibt, und ein 16 mm Getriebemotor. Ca. 100 U/min ist die ideale Drehzahl der Getriebemotoren. Beide Motoren besitzen Getriebezahnräder aus Metall. Beide Motortypen gibt es auch für andere Spannungen wie 6 V, 9 V oder 12 V. Für den Modellbau sind die 3V Motoren wegen des Betriebs an einer LiIo-Zelle ideal. Zum Thema Drehzahl und Geschwindigkeit gibt es demnächst einen separaten Artikel.

Der Motor überträgt seine Kraft über Kegelräder auf eine kugelgelagerte Achse. Die zweite Achse wird über eine Kette angetrieben. Diese Art der Kraftübertragung wurde beim Vorbild oft verwendet.

Im ersten Schritt der Antriebsmontage müssen die Kegel- und Kettenräder vorbereitet werden. Ich habe in die Bauteile 1,6 mm Bohrungen eingefügt und M2 Gewinde hinein geschnitten. Darin sitzen kurze Madenschrauben, die diese Kegel- und Kettenräder auf den Achsen festhalten.

Für die Montage der Radsätze gibt es eine Montagehilfe zum Einstellen der richtigen Spurweite. Auf die 3 mm Achse mit einer Länge von 53 mm werden die Einzelteile Kugellager, Antriebsräder sowie je zwei Unterlegscheiben aufgefädelt. Die Radscheiben habe ich zuvor mit einem 3 mm Bohrer im Bohrständer geweitet. Die beiden Radscheiben sitzen ziemlich stramm auf der Achse. Ein wenig Sekundenkleber in der Bohrung der Radscheibe kann dabei nicht schaden.

Bei den Radscheiben gibt es zusätzlich eine Variante mit Haftreifen. O-Ringe 26 x 1,5 mm passen vorzüglich in die Vertiefungen der Radscheiben.

Der Antriebsblock besteht aus einer Oberschale, die den Motor trägt und einer Unterschale als Halterung für die Kugellager. Die Oberschale gibt es in zwei verschiedenen Ausführungen für die jeweiligen Motortypen. Ober- und Unterschale werden mit M2 Gewindeschrauben verbunden. Dazu wurden in die Oberschale M2 Einschmelzbuchsen als Muttern eingebracht, auch von der anderen Seite für die Befestigung des Antriebsblocks am Lokrahmen.

Der Getriebemotor wird mit 2 Schrauben (M2 beim 16GA Motor und M1,6 beim Mini-Getriebemotor) in der Oberschale befestigt. Er sitzt etwas schräg im Motorblock. Die Radsätze können mit aufgesetzter Kette in den Block eingehängt werden. Durch die aufgezogenen Unterlegscheiben auf den Achsen sollten die Radsätze kaum Spiel haben. Vor dem Aufsetzen und Verschrauben der Unterschale werden die Kettenräder und das Kegelrad-Paar justiert. Der Motor erhält eine Anschlussleitung, die durch die vorbereitete Öffnung nach außen geführt wird.

Der 16 mm Getriebemotor sitzt eng im Antriebsblock. Hier muss bei der Motorenauswahl auf die Länge geachtet werden.

Kettenräder S122 (12 Zähne, 3 mm Bohrung) und die Kette stammen von SERV-O-LINK. Bei Hettler gibt es die Bauteile auch in Deutschland ohne die aufwendigen zollbehafteten Einfuhren aus den USA. Die Kette ist in der Länge beliebig verstellbar. Kettenglieder können einzeln hinzugefügt oder entnommen werden. Ein Kettenglied ist ca. 3 mm lang. Die Herstellung einer genau passenden Kettenlänge ist oft schwierig. Auch bei diesem Antriebsblock hängt die Kette etwas durch. Mit einem Kettenglied weniger ist die Kette jedoch zu kurz.

Lokrahmen

Die Lokrahmen-Baugruppe besteht aus dem eigentlichen Rahmen, dem hinten angeschraubten Führerstand, einem Hilfsrahmen als Halterung für den Akkukasten sowie den beiden Puffern.

Der Hilfsrahmen ist ein separat gedrucktes Bauteil, das zwei M2 Einschmelzbuchsen erhält. Dort wird später der Akkukasten aufgeschraubt. Der Hilfsrahmen wird auf den Lokrahmen geklebt. Als Montagehilfe gibt es einen Zylinder, der für das exakte Übereinanderliegen der Kabeldurchführung sorgt.

Der Lokrahmen besitzt auf der Oberseite 4 Bohrungen für M2-Schrauben, mit denen der Antriebsblock verschraubt wird. Die Diema-Puffer sind zweiteilig und werden vor der Montage verklebt. Darin sitzt der Kuppeldorn, wie er auch bei den Loren verwendet wird. Er kann zweiteilig mit Filament oder einteilig mit Resin erstellt werden.

In die Hohlräume des Lokrahmens werden ca. 80 g Bleikugeln vergossen. 105 g wiegt der beschwerte Lokrahmen jetzt.

Akkukasten

Der Akkukasten besteht aus Kasten, Deckel und einige Verzierelemente. Auch die Innerein wie das Batteriefach und der Fahrschalter zählen zu dieser Baugruppe.

Eine Neuerung, die ich immer nutzen möchte, sofern die Baugröße es zulässt, ist der entnehmbare Akku. Er ersetzt die sonst üblichen fest eingebauten LiPo-Akkus, bei denen meist eine Ladebuchse installiert werden muss. Bereits im Geisterwagen (siehe Artikel 126: „Kastenlore mit Antrieb und Sound“) hatte ich so einen Akku eingesetzt. Der dort verbaute 18500-Akku hat eine Kapazität von 1500 mAh. Für diese Grubenlok verwende ich einen kürzeren 18350-Akku mit 1200 mAh.

Für den Nachbau kann natürlich auch ein anderes Batteriekonzept verwendet werden. Wenn Batteriefach und Podest nicht verwendet werden, ist genügend Platz für ein LiPo-Akku vorhanden.

Im Akkukasten ist genügend Platz für weitere Gewichte. In der Vergangenheit hatte ich mit kleinen Blei- oder Stahlkugeln gearbeitet, die mit Gießharz befestigt wurden. Für dieses Modell probiere ich etwas Neues aus. In der Reifenmontage werden Ausgleichsgewichte verwendet. Zwei Varianten habe ich gefunden:

• 20 x 12 mm à 5 g
• 20 x 24 mm à 10 g

Beide Gewichte sind jeweils 4 mm hoch und mit einer Klebefolie versehen. Der Akkukasten erhält ein Zusatzgewicht von 80 g. Davon entfallen 20 g auf den LiIo-Akku und 60 g auf 6 Ausgleichsgewichte. Die Gewichte werden gleichmäßig verteilt: hinten 20 g Akku und 20 g Gewicht, vorn 40 g Gewicht. Da die kleinen Metallplatten selbstklebend sind, ist die Montage ziemlich einfach.

Die hinteren Gewichte sitzen auf einem Podest, auf dem das Batteriefach sitzt. Die Anzahl der Gewichte können auch reduziert werden, wenn die Lok zu schwer geworden ist.

Die Gewichtsbilanz der Lok sieht hervoragend aus:

• Lokrahmen mit Führerstand, beschwert: 200 g
• Lok komplett ohne Fahrer, jedoch mit Akku und Gewichten: 322 g

Der Lokführer ist ein etwas verkleinertes gedrucktes Modell von Design Scan Print 3D mit einem anderen Kopf. Er passt ohne weitere Vorrichtungen in den Führerstand. Fertige Figuren in 7/8ths sind u.a. von Clavey Models im Ebay-Shop erhältlich.

Farbe und Alterung

So ein einfaches Fahrzeug, das auch als Spielzeug verwendet werden kann, muss nicht lackiert werden. Genauso gut könnten die Bauteile mit farbigen Filament erstellt werden. Lokrahmen in gelb und Akkutender in Grau oder Schwarz.

Für HELGA 2 habe ich mich für den klassischen Weg entschieden. Erst eine Grundierung und anschließend Airbrushfarben. Der Lokrahmen wurde mit Vallejo 71.083 Orange lackiert. Dieser Farbton ist ähnlich RAL 2011 Tieforange. Einige B360 und B660 wurden so lackiert. Die Radscheiben sind unlackiert. Der Akkukasten erhielt einen dunkelgrauen Farbton und einige Alterungsspuren. Das in verschiedenen Varianten vorhandene Typenschild habe ich zuerst farblich behandelt und anschließend aufgeklebt. Auch ein zweifarbiger Druck wäre möglich.

Zusammenbau

Nach der Lackierung wird der Motorblock – wie oben beschrieben – zusammengebaut. Mittels 4 Stück M2-Schrauben wird der Motorblock dann am Lokrahmen verschraubt. Die Anschlussleitung für den Motor passt durch die vorgesehene Durchführung.

Im Akkukasten werden Zusatzgewichte gleichmäßig verteilt. Wie bereits beschrieben, nutze ich selbstklebende Gewichte. Jeder Block wiegt 10 g. 4 Gewichte werden vorn und 2 hinten untergebracht. Im hinteren Bereich wird noch der Akku platziert, sodass sich eine gleichmäßige Gewichtsverteilung ergibt.

In das Batteriefach werden die Batteriefedern mit angelöteten Kabeln eingesetzt. Die Plus-Leitung wird über den Schalter im separaten Fahrschalter geleitet. Akkukasten und Fahrschalter bilden damit eine über Kabel verbundene Einheit. Im Wartungsfall müssen immer beide Baugruppen vom Lokrahmen gelöst werden.

Im letzten Schritt der Montage wird der Akkukasten samt Fahrschalter auf dem Lokrahmen mit M2-Schrauben befestigt. Die Beschriftung ist ein separates 3D-Druckteil, 3 verschiede Designs liegen dem Download bei.

Damit ist das Fahrzeug fast fertig. Bislang sind zwei Fahrzeuge entstanden:

• Links HELGA 2 mit 16 mm Getriebemotor, lackiert, mit Haftreifen
• Rechts HELGA 1 mit Mini-Getriebemotor, unlackiert

HELGA 2 erhält eine Steuerung (siehe nächster Abschnitt). HELGA 1 dient als Testfahrzeug für weitere Versuche mit alternativen Steuerungen.

Steuerung

Überblick

Und wieder gibt es die Auswahl der Steuerung, weil es nicht den einfachen und wiederkehrenden Weg gibt. Mein Favorit ist nach wie vor das Funksystem von Deltang. Welche Steuerungen stehen 2023 zur Verfügung?

1. Deltang Sender und Empfänger
2. Locoremote Empfänger und Handy als Sender
3. Microrail Empfänger und (noch) Handy als Sender

Die Varianten 2 und 3 sind technisch ähnlich und nutzen WLAN zur Übertragung der Daten. Dabei erstellt der Empfänger ein eigenes WLAN-Netz, mit dem sich ein Handy als Sender verbinden kann. Microrail ist meine Eigenentwicklung, die aus Lust an der Microcontroller-Programmierung entstanden ist. Die Auswahl der Hardware ist ähnlich zu LocoRemote (Mircrocontroller ESP8266 D1 und ein Motorshield von Lolin). Derzeit ist der Stand noch Beta, da einige wichtige Funktionen fehlen. Das Handy als Handsender ist in meinen Augen keine schöne Angelegenheit. Ein richtiger Regler gehört hier hin. An diesem Thema arbeite ich bereits einige Zeit und vielleicht wird einen solchen Handregler geben.

Komponenten von Deltang über Micron Radio Control und Empfänger von LocoRemote sind wegen des Nicht-EU-Warenverkehrs nicht so einfach beschaffbar. Neben den hohen Lieferkosten ist die EinfuhrSteuer und deren Bearbeitungsgebühr eine unangenehme Sache für Lieferungen nach Deutschland.

Die Deltang-Krise besteht darin, dass Empfänger der Serie Rx6 nicht mehr produziert werden. Gerade dieser Empfänger-Typ war für Modellbahnen hervorragend geeignet. Alternativ steht jedoch der Rx45-2 weiterhin zur Verfügung. Er funktioniert mit den Tx20-Sendern genauso gut wie die Rx6-Serie. Die Einschränkungen liegen in der max. Spannung von 6 V und dem max. Motorstrom von 500 mA. Kleinere Fahrzeuge mit 1S-Akku und 3V Getriebemotor (Mini oder 16GA) lassen sich mit dieser Steuerung betreiben. Über Booster kann die Ausgangsleistung sogar erhöht werden.

Aber schon wieder trübt sich der Himmel: Während die Empfänger verfügbar sind, macht der Tx2-Baustein als Basis der Sender Lieferprobleme. Auch gibt es die Bausätze der Sender nicht mehr. Fertig zusammengebaute Sender Tx10 und Tx20 sind weiterhin bei einigen Anbietern lieferbar. Auch hier gilt die Einfuhr-Problematik bei Bestellungen aus dem Nicht-EU-Ausland.

Der Preisvergleich zwischen den Steuerungen liest sich interessant.

• Deltang
  • Empfänger Rx45-v5 ca. 40 €
  • Sender Tx10 ca. 53 € oder Tx20 ca. 64 €
  • Summe: min. 93 €
• LocoRemote
  • Mini B ca. 47 €
• MicroRail
  • ca. 10 € für Komponenten zzgl. Löt- und Programmierarbeiten

Die Empfänger-Preise sind etwa gleich, jedoch wird im Deltang-System ein kostenintensiver Sender benötigt, während für LocoRemote ein beliebiges Smartphone ausreicht. Die Deltang-Sender können immer wieder mit anderen Empfängern verbunden werden, sodass am Ende weniger Sender als Empfänger benötigt werden.

HELGA-Steuerung

HELGA-2 erhält einen Deltang RX45-2-Empfänger, den ich fertig konfiguriert (mit angelöteten Kabeln, Train-Variante und 700 Hz PWM) bei Micron Radio Control bestellt habe. Der Schaltplan sieht wie folgt aus:

Am kleinen Baustein ist noch eine Status-Led angeschlossen, die dauerhaft leuchtet, wenn der Empfänger mit einem Sender verbunden ist. Im anderen Fall blinkt die Led langsam und zeigt damit die Suche nach einem Sender an. Nach einiger Zeit blinkt die Led schnell und zeigt damit den Bind-Modus an. Während dieser Phase kann der Empfänger an einen anderen Sender gebunden werden. Die Led sollte sichtbar am Fahrzeug nach außen geführt werden.

Die Unterbringung des Empfängers bereitet keine Probleme. Etwas vorsichtig muss man mit der filigranen Antenne umgehen. Diese bricht sonst leicht ab. In meinem Modell ist die Led noch nicht nach außen geführt, da ich noch andere Empfänger testen möchte.

Grundsätzlich bietet der Akkubehälter genug Platz für Empfänger auf Basis der Lolin-D1 Microcontroller, wie sie von LocoRemote und MicroRail verwendet werden.

Galerie und Video

Fazit

Aus wenigen Bauteilen ist eine interessante Grubenlok mit verschiedenen Motorvarianten entstanden. Das fertige Modell wiegt 357 g inkl. Grubenbahner. Die Masse ist groß genug, um mehrere Loren oder Hunte über die engen LocoRemote-Gleise zu ziehen bzw. zu schieben. Als Nächstes folgt eine Kastenlore für die Grubenbahn und später noch eine Schalke-Grubenlok, die vielleicht auch Tiny-Radien durchfahren kann.

Die gezeigte Fahrerfigur ist aus Lizenzgründen nicht Bestandteil des Downloads bzw. des Bausatzes.