Stückgleise aus dem Drucker

Auf dem Weg zum perfekten Kunststoffgleis habe ich eine neue Herstellungstechnologie ausprobiert: den 3D-Druck. So entstanden jede Menge Feldbahn-Gleise in den Spurweiten 22 und 30 mm.

Eine neue Technologie hat Einzug in meine Modellbau-Werkstatt erhalten. Habe ich bisher Modellbau-Teile mit Formen oder durch fräsen hergestellt, so können jetzt Teile im 3D-Druck erstellt werden. Hier mehr zu meinem 3D-Druck-Start.

In einem früheren Artikel (siehe Artikel 70) hatte ich über den Kunststoff-Gleisbau mit Polystyrol berichtet. Dabei war die Krönung eine Form, mit der gerade Stückgleise zügig gebaut werden konnten (siehe Artikel 73). Diese Idee lässt sich auch für gebogene Gleise und Weichen umsetzen. Mit den Möglichkeiten des 3D-Drucks geht die Erstellung der Stückgleise noch schneller und präziser von der Hand.

In diese Artikel stelle ich ein Stückgleissystem vor, das gerade und gebogene Gleise beinhaltet. Die Königsdisziplin des Weichenbaus folgt in einem späteren Artikel.

Stückgleise im Vorbild

Typisch für Feldbahnen waren transportable Gleissysteme – das sogenannte Stückgleis. Damit sind Gleisjoche gemeint, die bereits vor dem Verlegen fertig montiert sind und im Ganzen verlegt werden. Das erste System dieser Art stammt von Decauville. Eine Weiterentwicklung war das O&K-Patentgleis, bei dem die Gleisjoche zusammen gesteckt wurden, so wie auf einer Modellbahn. Stückgleise kamen immer dort zum Einsatz, wo der Einsatzort gewechselt oder die Streckenführung geändert wurde. Neben Baustellen und Landwirtschaften zählten die Sandgruben dazu.

Im Katalog der Firma Dolberg aus dem Jahr 1940 (2003 wurde ein Reprint herausgegeben) finden sich beispielsweise folgende Stückgleise:

  • 2 m Gleisjoch mit Stecklaschen
  • 5 m Gleisrahmen auf Stahlrillenschwellen
  • 7 m Gleisrahmen auf Dachschwellen
  • 2,5 m und 5 m Kurvenrahmen auf Stahlrillenschwellen

Architektur

Bei dem Gleissystem habe ich mich an der Geometrie der Auhagen-Feldbahnattrappen orientiert.

Ich hatte mit diesen Gleis-Attrappen im Maßstab 1:87 bereits ein Diorama (siehe H0f Feldbahndiorama). Die Stückgleise sehen wirklich fantastisch aus, wen stört es da schon, das auf ihnen keine Lok fahren kann.

Solche Stückgleise wurden bei Feldbahnen zum schnellen Auf- und Abbau von Gleisanlagen genutzt. Übliche vorkonfektionierte Längen waren 2,5 m und 5 m, wie sie im Auhagen-Set auf den Maßstab 1:87 umgerechnet vorhanden sind.

Folgende Stücke wurden gedruckt:

  • Gerades Stückgleis 230 mm lang mit 4 Rillenschwellen (5 m Vorbild)
  • Gerades Stückgleis 115 mm lang mit 3 Rillenschwellen (2,5 m Vorbild)
  • Gebogenes Gleisstück 30° mit Radius 230 mm (Radius 5 m Vorbild)

Die Spurweite ist 22 mm (Vorbild 500 mm) und 30 mm (Vorbild ca. 600 mm).

Konstruktion

Schienenprofile

Gleisprofile der Feldbahnen gab es in den unterschiedlichsten Varianten. Mit größeren, stärkeren und damit auch schwereren Feldbahnfahrzeugen wurden die Gleisprofile auch immer größer. Ein typisches Feldbahngleisprofil war das Profil S10, wobei die 10 für 10 Kg je Meter Profil steht.

Typ Einsatz HVorbild KVorbild HModell KModell
S5 Feldbahn, Handbetrieb 50 mm 20 mm 2,2 mm 0,9 mm
S7 Feldbahn, leichte Fahrzeuge 65 mm 25 mm 2,9 mm 1,1 mm
S10 Feldbahn 70 mm 32 mm 3,1 mm 1,4 mm
S12 Feldbahn 80 mm 34 mm 3,5 mm 1,5 mm
S14 Feldbahn 80 mm 38 mm 3,5 mm 1,7 mm
S18 Heeresfeldbahn 93 mm 43 mm 4,1 mm 1,9 mm
S20 Feldbahn, schwere Fahrzeuge 100 mm 44 mm 4,4 mm 2,0 mm

Legende: H - Profilhöhe in mm, K - Kopfbreite in mm.
Modell: Maßstab 1:22,5

Dieses Profil auf Rillenschwellen ist für einen Raddruck bis 1,6 t ausgelegt. Bei einer zweiachsigen Lok ergibt sich damit ein zulässiges Gewicht von 6,4 t. Das S10-Profil auf Holzschwellen kann mit Fahrzeugen bis 8,8 t (2,2 t Raddruck) befahren werden.

Das maximale Lokgewicht von 6,4 t passt in mein Fahrzeugschema, zu dem die Grubenbahnlokomotiven B360 (3,5 t auf 2 Achsen/4 Räder) und B660 (5,5 t auf 4 Achsen/8 Räder) gehören. Auch eine LKM Ns2 oder Diema DS40 kann auf S10-Profilen fahren.

Das Schienenprofil hat ins Modell umgerechnet die Abmessungen 3,1 * 1,4 mm. Damit sind wir wieder bei den Abmessungen des Evergreen-Profils 356 mit 1,5 * 3,2 mm, das ich an anderen Stellen bereits verwendet hatte (siehe Artikel 70). Da ein Zehntelmillimeter in diesem Maßstab unbedeutend ist, habe ich die Maße gerundet auf 1,5 * 3 mm.

Die 1,5 mm beziehen sich dabei auf die Breite des Schienenkopfes. Gemäß dem linken Profil im Bild (Peco Profil mit 3,6 mm Höhe) müsste das Mittelstück weit unter einem Millimeter dick sein. Das ist im 3D-Druck schwierig zu bewerkstelligen, da so ein Bauteil eine gewisse Mindestdicke haben muss, etwa 1,5 mm sollten es schon sein. Für Normalspurgleise der Gartenbahn oder Feldbahngleise im Maßstab 1:13,3 ist ein fein detailliertes Gleisprofil im 3D-Druck möglich. Das rechte Profil im Bild soll ein LGB-Gleisprofil darstellen.

Im Maßstab 1:22,5 habe ich mich wieder für die einfache Rechteck-Form ohne Modellierung der typischen Profilform entschieden, sodass das Profil wie ein Evergreen-Profil aussieht.

Mit ein wenig Abstand stört diese Unsauberkeit kaum. Immerhin darf nicht vergessen werden, dass es zwar Gartenbahn-Maßstab ist, jedoch die Fahrzeuge und Gleise im Vergleich zur Normal- oder Meterspur sehr zierlich sind.

Schwellen

Die ersten Versuche wurden mit Dachschwellen getätigt. So hatte ich auch Gleise mit PECO-Profilen (Schwellen aus Leiterplattenmaterial) und Kunststoff (Polystyrol-Schwellen aus Evergreen-Profilen) gebaut. Das Gleissystem von Auhagen verwendet Rillenschwellen, die bei Stückgleisen üblich waren.

Mit dem Thema Rillenschwellen wurde ich in der Vergangenheit nicht glücklich. Fräs- und Ritztechniken waren nicht überzeugend. Jedoch mit der 3D-Drucktechnik gab es jetzt neuen Versuch.

Die Bilder zeigen zwei gedruckte Schwellenarten. Die Rillenschwellen gefallen mir ausgezeichnet.

Bei der Konstruktion habe ich mir nicht die Mühe der abgerundeten Ecken gemacht, da so ein Detail in der Praxis kaum sichtbar ist. Schließlich liegen die Gleise ja später in der Erde. Nach der Übersicht habe ich die Schwellenlänge auf 30 mm festgelegt (Spurweite + 200 mm im Vorbild). Das ist kein fixer Wert, denn bei der großen Feldbahn gab es alle möglichen Schwellenlängen. Die Schwelle selbst hat die Abmessungen 5,5 mm * 1,5 mm (Breite * Höhe).

Mehr Bilder zu verschiedenen Schwellenarten und -längen siehe im Artikel 72.

Schwellenabstände

Interessanterweise ist der Schwellenabstand bei den Stückgleisen nicht gleich. Allein durch die Konstruktion (5 Schwellen auf 5 m Länge bzw. 3 Schwellen auf 2,5 m) ergeben sich unterschiedliche Schwellenabstände wie folgt:

Art LängeVorbild LängeModell AbstandVorbild AbstandModell
Gleis gerade lang 5 m 230 mm 1181 mm 52,5 mm
Gleis gerade kurz 2,5 m 115 mm 1069 mm 47,5 mm

Laut Tabelle ist der größere Schwellenabstand für einen Raddruck von 800 Kg geeignet. Für eine B360 Grubenlok mit 5,5 t (Raddruck: 875 Kg) sieht das schon eng aus. Aber Modellbau ist nun mal ein Kompromiss. Außerdem kann das gedruckte Profil auch als S12 durchgehen, auf dem die Lok gut fahren kann.

CAD-Konstruktion

Noch aus Gewohnheit fertige ich von meinen Konstruktionen erst einmal 2D-Zeichnungen an. Manchmal benötige ich diese zur Umwandlung in 3D-Objekte, manchmal auch nicht. Für die hier gezeigten Stückgleise liegen die Zeichnungen im DXF-Format zum Download bereit. Dazu gibt es die passenden 3D-Modelle im STL-Format.

Gerade Gleise

Die zwei Arten von geraden Stückgleisen im 22 mm System (500 mm Vorbild) entsprechen folgenden Zeichnungen:

Die Zeichnungen für 30 mm Spurweite sind im o.g. Download enthalten. Die 3D-Konstruktion habe ich mit Tinkercad durchgeführt.

Tinkercad ist für viele Zwecke eine hervorragende Software, vor allem für rechteckige Modelle. Bei den gebogenen Gleisen habe ich eine andere Softwarelösung verwendet. Nach der Konstruktion wurden die Bauteile im STL-Format exportiert. Dieses Format kann anschließend durch die Software des 3D-Druckers (Slicer) gelesen und in Maschinenbefehle umgesetzt werden.

Die STL-Dateien können unter Windows mit verschiedenen Anwendungen angezeigt werden. Ich nutze gern die Print 3D App von Microsoft.

Exportierte STL-Dateien für die geraden Gleise

Gleisstück Datei
22 mm Spurweite, kurz Stückgleis-22mm-gerade-kurz.stl (16.49 kB)
22 mm Spurweite, lang Stückgleis-22mm-gerade-lang.stl (26.64 kB)
30 mm Spurweite, kurz Stückgleis-30mm-gerade-kurz.stl (16.49 kB)
30 mm Spurweite, lang Stückgleis-30mm-gerade-lang.stl (26.64 kB)

gebogene Gleise

Das gebogene Gleis hat einen Radius von 230 mm, was im Vorbild ca. 5 m entspricht. Das entspricht dem Mindestradius bei Grubenbahnen und kleineren Feldbahnen.

Die Konstruktion gelang mit Tinkercad nicht auf Anhieb. Da ich parallel von mit Fusion 360 arbeite, habe ich dort mein Glück versucht. Das gelang, da in Fusion 360 CAD-Zeichnungen im DXF-Format importiert werden können. Ich hatte das gebogene Gleis erst in QCAD konstruiert und anschließend in Fusion 360 importiert und in ein 3D-Modell umgewandelt.

exportierte STL-Dateien für die gebogenen Gleise

Gleisstück Datei
22 mm Spurweite Stückgleis-22mm-gebogen.stl (44.52 kB)
30 mm Spurweite Stückgleis-30mm-gebogen.stl (50.18 kB)

Druckergebnisse

Von den kurzen geraden Gleisen und den Kurven konnte ich mehrere Stücke in einem Druckvorgang bearbeiten. Das lange gerade Gleisstück passte mit seinen 230 mm Länge nur diagonal auf das Druckbett meiner Anicubic i3 Mega Druckmaschine. Die bedruckbare Grundfläche beträgt 200 * 200 mm. Damit kann ich auch gleich meine Hoffnungen für den größeren Maßstab 1:13,3 dämpfen.

Nach einigen Drucktagen und -Nächten sind einige Stückgleise entstanden.

Zum Probieren der Gleise entstand auf dem Tisch je ein Gleisoval mit 22 und 30 mm Spurweite. Die Gleisstücke hatte ich mit beidseitig klebenden Fotoecken befestigt.

Auf dem 22 mm Gleisoval fahren schon die neuen Grubenhunte, die ich in einem der nächsten Artikel vorstelle.

Das Video zeigt die Ergebnisse der Probefahrten. Insgesamt gefällt mir das Fahrverhalten gut. Besonders an den Gleisübergängen können die Kanten aus Kunststoff einfacher nachbearbeitet werden, sodass die Fahrzeuge nicht entgleisen.

S18 Gleise

Die Konstruktion der einfachen Feldbahngleise hat in Tinkercad wunderbar geklappt. Für etwas mehr Herausforderung habe ich ein S18-Gleis entworfen, das beispielsweise bei den Heeresfeldbahnen zum Einsatz kam. Das Gleis liegt auf Holzschwellen und Schienenplatten. Natürlich ist das kein Holz, sondern wiederum PLA-Kunststoff. Gemäß der obigen Tabelle ist das Profil am Schienenkopf 2 mm breit und insgesamt 4 mm hoch. Der Schienenfuß hat eine Breite von 4 mm. In dieser Größe kann das Schienenprofil fast vernünftig konstruiert werden. Die Schwellen sind 6 mm breit und 5 mm hoch. Die Länge beträgt 58 mm.

S18-Gleisprofil-30mm.stl (1.1 MB)

Die folgende Situation trifft man bei musealen Feldbahnen öfter an: verschiedene Schienenprofile werden gemeinsam verwendet. Bei genauerem Hinsehen ist der Übergang zwischen den Profilen sichtbar.

Fazit

Der 3D-Drucker hat seine erste Bewährungsprobe bestanden. Die gedruckten Gleise haben eine gute Qualität und sind für den Modellbahnbetrieb tauglich. Für mein Hobby ist das genau die richtige Technologie. Ich werde weiter an dem „Ausstieg vom Schienenstrom“ arbeiten und ausschließlich auf Kunststoffgleise setzen. Die nächste Herausforderung in meiner Modellbauwerkstatt sind gedruckte Weichen. Parallel zum Gleisbau arbeite ich auch an gedruckten Grubenhunten und Loren – dass alles hier demnächst in diesem Blog.