Tims kuppelbare EUB in 1:10

[Timmod]

Hallo allerseits,
fast 5 Jahre ist es her, seit dem ich meinen ersten Beitrag zu meiner Pendelbahn geschrieben habe (Thema "Tims Modellbahn"). Mein Interesse für Modellseilbahnbau ist seit dem nicht stehen geblieben und so wird meine alte, naive Idee eine kuppelbare Einseilumlaufbahn zu bauen langsam zu einem realisierbarem Vorhaben.
Seit ca. einem Jahr tüftle ich verstärkt an solch einer Anlage. Inzwischen kann ich mit großer Sicherheit sagen, dass ich das Wissen habe das auch umzusetzen, und beginne hiermit meine Beitragsserie dazu.

Hier mal einige Eckdaten der angestrebten Anlage:
Maßstab: ca. 1:10
Förderseildurchmesser: 6 mm
Spurweite: 410 mm
Zuladung pro Fahrzeug: 2 kg
Zul. Gesamtgewicht pro Fahrzeug: 3 kg
Stationsmaße (bis jetzt als Schätzung) LxBxH: 1500x550x550

Jeder, der auch mal versucht hatte eine kuppelbare Seilbahn anzufertigen, wird auf typische Schwierigkeiten gestoßen sein, zu denen ich hier gerne schonmal ein paar Geheimnisse loswerde:

Seilscheibe (Umlenkscheibe):
Ein 1-rillige SPA Keilriemenscheibe mit einem effektivem Durchmesser von 400 mm kommt zum Einsatz. Ich habe sie neu für ca. 80 € das Stück gekauft. Diese werden über Taperbuchsen montiert. D.h. dort ist man mit dem Wellendurchmesser flexibel. Als Seilfutter kommt ein PU-Keilriemen (rot, 75 Sh A) zum Einsatz, der in der Scheibe endlosverschweißt wird. Die Seilrille wird dann eingeschliffen oder geschmolzen. Aus meinen Tests ergibt sich da eine extrem hohe Umfangskraft.

Seilrollen (Rollenbatterien usw.):
Handelsübliche 50 mm TPE-Rollen werden leicht modifiziert, indem eine Seilrille eingeschliffen wird. (nicht ganz zentrisch, da die TPE-Rollen etwas zu breit sind). Um einige Teile testen zu können habe ich eine Seiltestanlage gabaut. Hier wird auch die Abtriebskraft von einer TPE-Rolle an dem Seil bei einem Seilablenkwinkel von ca. 4° getestet. Die Härte des TPE-Rollen Gummis scheint gut zu passen. Alle TPE-Rollen laufen in den dafür erhältlichen Buchsen (die werden nach einiger Laufzeit tatsächlich etwas warm, aber zu schnellen Verschleiß konnte ich bisher noch nicht feststellen). Da liegt man mit einem guten Angebot bei ca. 1 € pro Rolle!

Reibreifen und Reifenförderer:
Bei einem gewissem Händler gibt es 40 mm Gummireifen auf Felge und sogar Keilriemenscheiben in unterschiedlichen Größen. Das passt alles erstaunlich gut und ist sogar erstaunlich günstig. https://www.opitec.de/technisches-zubehoer/antrieb/ (keine Werbung)
Leider haben sie die 40 mm Keilriemenscheiben mit Rundloch nicht mehr in Produktion. Bei den Keilriemen handelt es sich um verschweißte PU-Riemen mit rauer Oberfläche (3,5mm Durchmesser).
Der Trick bei den Reifenförderern ist, dass Reibreifen und Keilriemenscheiben direkt hintereinander liegen und verschraubt o.Ä. sind. So braucht man keine Kugellager bzw. Achslagerung oder dergleichen und es wird deutlich einfacher. Bei den Reibrollen liegt der PU-Riemen neben dem Seil mit auf der TPE-Rollen Oberfläche.

Kuppelklemme:
Das wohl kritischte Teil an solch einer Anlage. Meine Kuppelklemme ist selbst konstruiert in ätlichen Iterationen und Arbeit. Da werde ich eher in einem weiteren Beitrag hier im Detail darauf eingehen. Sie ist im Wesentlichen aus Stahlprofilen geschnitten, geschliffen und geschweißt. Es handelt sich um eine bistabile Klemme mit Klemmbackenachse parallel zu und direkt über dem Seil.
Die Federkraft ist schon in einem Bereich, wo tatsächlich Verletzungsgefahr besteht, wenn man seinen Finger statt dem Seil da drin hat.

Seilspleiß:
Da bin ich nicht der erste, der das so einigermaßen hinbekommen kann. An den Einsteckstellen hab ich teilweise noch die schwierigkeit, dass sich das Seil etwas verdickt. Hier ein Bild mit noch außenliegenden Einsteckenden:

Ich hoffe ich habe eure Interesse geweckt - ihr könnt gespannt sein, was hier noch so kommt!

In diesem Sinne wünsche ich euch allen noch ein guten Start in 2025!

 

[Timmod]

Vielen Dank euch für die Danksagungen

Ein kleines Statusupdate: Ich habe nun einen großen Holzboden aufgebaut, um noch weitere Testaufbauten schnell bauen zu können. (Groß ist relativ: So groß wie möglich in dem Zimmer, aber nur gerade so ausreichend für zwei voll ausgebaute Stationen Kopf an Kopf xD)
Der erste Testaufbau ist schon angefangen:

Da geht es mir erstmal darum die Geometrie der Kuppelstelle herauszufinden und zu optimieren. Später soll die Station auch aus Stahl gebaut werden. Als Motor verwende ich hier einen sehr kleinen Drehstrom Schneckengetriebemotor mit 18 U/min am Ausgang. Das macht eine passende Geschwindigkeit. Davor ist ein Frequenzumrichter von SEW (mit Drehstromeingang, daher der Cekon Stecker...)
Die andere Seilscheibe liegt 8° abgeneigt, wie es dann in beiden Stationen sein soll. Die aktuell einzelne Ablenkrolle sollen später zwei sein - also 4° Seilablenkung nach unten pro Rolle. In dem Bereich von diesen Rollen bis zur Ausfahrtsrolle (fehlt in diesem Aufbau auch noch) findet dann das Öffnen bzw. Schließen der Klemme statt.

Die Rollen der Klemme werden dann auf einem Stahl Rundstab oder einem Flachstahl geführt. In diesem Aufkau kann man einen 3mm Stahlstab einfach auf dem Holzbalken passend aufkleben.
Hier fehlen auch noch pro Seite je eine Rolle zum Nachstellen der Seilspur innerhalb der 8° Ebene. Dadurch wird die Spur nochmal ein wenig größer als nur die Seilscheibe.

Es gibt ein Detail, an dem ich noch überlege:
Da sich bei der Klemme ja nur eine der Backen bewegt beim Öffnen kann das Seil nicht direkt gerade nach unten herausgeführt werden, sondern muss auch 1 bis 2 mm von der Klemme weg bewegt werden.
Zwei Möglichkeiten sind mir eingefallen: Entweder die Klemme wird während dem Einkuppelvorgang ein wenig an das Seil herangeführt oder die Klemme "zieht" sich durch das Schließen der Klemme das Seil in die innere Backe.
Weiß hier zufällig jemand etwas mehr über dieses Detail an echten Bahnen?

 

[jojo2]

Bei echten Bahnen wird die Klemme ein wenig geschwenkt, d.h. Die Beschleunigungs bzw Verzögerungsstrecke ist nicht ganz gerade.

Hier kann man es ein wenig sehen: https://youtu.be/v19iju8uha0?si=4QJHU-nEZCk2wP3k

 

[Timmod]

Vielen Dank für den Hinweis @jojo2 ! Dann werde ich versuchen, dass ähnlich umzusetzen.

Derweilen ist nicht mehr viel an dem Testaufbau passiert, aber ich habe nochmal eine neue Design-Revision der Klemme gemacht, um alles noch etwas zu optimieren. Ich denk ich mache demnächst mal ein Video, in dem ich sie genauer zeige.

Außerdem habe ich eine gute Antriebseinheit gefunden, die ich für die Seilbahn verwenden möchte. Es handelt sich dabei um einen Asynchronmotor mit Bremse und Fremdlüfter an einem Kegelradgetriebe. Das mag alles etwas zu mächtig sein und aus dem Maßstab fallen, aber es sollte noch gerade so in die Station zwischen die beiden Hauptträger passen. Außerhalb des Getriebes ist die Welle noch einmal gelagert. Das kann dann nochmal Kräfte von der Seilscheibe aufnehmen. Ich habe zu dem Motor auch ein ganz kurzes Video auf meinem Youtube Kanal hochgeladen.

 

[Timmod]

Das Design der Kuppelklemme habe ich nun finalisieren können und somit alle Teile bestellt um 10 davon herstellen zu können.
Zudem habe ich angefangen die erste Baugruppe für den Stationsumlauf zu bauen - die Aufwändigste mit der Kuppelstelle.

Die Klemme nenne ich "MK6V2" - MetallKlemme für 6 mm Seil Version 2. Die komplexen Rahmenteile sind aus 4mm bzw. 3mm Blechen geschnitten.
Hier seht ihr Bilder von den beiden Herzstücken Rahmen und Klemmhebel:

Nach Montage sieht die Klemme, die aus ca. 26 unterschiedlichen Teilen besteht, so aus:

Für die Station habe ich schon ein grobes Konzept. Um das zu verifizieren habe ich mit dem Bau der kritischten Stelle in der Station angefangen: die Kuppelstelle.
Die 8 Reibreifen pro Segment sind eine eigene Baugruppe, die flexibel in dem Segment montiert werden kann.
Hier seht ihr Bilder von dem Segment in der Montage:

Ich hab ein bisschen den Verdacht, dass die Reibung der ganzen Riemenkonstruktion mit den Kunststoffrädern zu groß werden könnte. Vielleicht brauchen die Ablenkrollen doch noch Kugellager...

 

[jojo2]

Bleibt das Seil in dem Winkel? Der ist etwas groß, da wirst du bei der Reibrolle extremen Verschleiß haben und evtl. handelst du dir noch ein bösen Seildrall ein. Den Winkel würde ich versuchen kleiner zu machen.

 

[Timmod]

So in etwa müssten das 8° sein, aber danke für die Info, dann versuch ich den Winkel nochmal kleiner zu machen. Ich hab nur Bedenken, dass dann die Abtriebskraft für die Reifen nicht mehr ausreicht...
Was genau meinst du mit Seildrall?

 

[jojo2]

Wenn das Seil gespannt ist, wird das vermutlich gehen. Ich bin da bei meiner Modell Eub auchimmer wieder verwundert wie gut man sich schon im Modell die Finger an Robas quetschen kann :lol:

Seildrall ist die Neigung vom Seil sich zu drehen. Der Drall kann so stark werden, dass sich das Seil von der Klemme abdreht.

Das ist insbesondere bei meiner Girak Klemme ein Problem, weil das Druckstück auf das Seil so klein ist. Man muss deswegen die Klemmkraft relativ hoch auslegen.

 

[stephezapo]

Na das ist mal ein ordentlicher Maßstab
Sehr geiles Projekt!

Woher hast du das Seil, und was ist das für ein Typ? Die Seile, die man im Baumarkt bekommt, sind schon ab 3mm fast unbiegbar.

 

[Timmod]

Das ist ein 19x6 Seil mit Kunststoffseele, Kreuzschlag (Gleichschlag bekommt man nicht so einfach, so wie ich das sehe). Bekommt man auch manchmal so im Baumarkt.
Da sind die Seilkonstruktionen aber auch oft welche mit deutlich weniger Drähten in den Litzen (z. B. 7x6) und teilweise auch Stahlseelen. Dann sind sie nicht mehr so leicht biegbar.

Ansonsten einfach online schauen, da findet man auf jeden Fall 19x6 Konstruktionen.

 

[Timmod]

Es gab nur ein bisschen Fortschritt bis jetzt:
Die grünen Riemen hatten zu viel Biegehemmung, bzw. die Mechanik hatte viel zu viel Reibung.
Ich habe jetzt dünnere PU-Riemen ausprobiert. Die scheinen ganz gut zu funktionieren, können aber nicht genug Kraft übertragen, um die Klemme zu öffnen.
Vermutlich werde ich die Reifenmechanik an der Kuppelstelle dann doch mit Zahnrädern bauen müssen...

Ich plane übrigens am 8.5. auf die Interalpin 2025 in Innsbruck zu gehen. Gebt gern Bescheid, wenn Interesse besteht sich dort mal zu treffen. Falls ja würde ich vorschlagen ein Thema dazu in Technisches aufzumachen.
LG Tim

 

[Spezialwidde]

Es gab nur ein bisschen Fortschritt bis jetzt:
Die grünen Riemen hatten zu viel Biegehemmung, bzw. die Mechanik hatte viel zu viel Reibung.
Ich habe jetzt dünnere PU-Riemen ausprobiert. Die scheinen ganz gut zu funktionieren, können aber nicht genug Kraft übertragen, um die Klemme zu öffnen.

Kennst du diese Federstahlspiralriemen wie man sie vor Allem bei Dampfmaschinenmodellen benutzt? Man findet sie unter dem Namen Antriebsspiralen für Dampfmaschinen im Netz. Vielleicht wären die eine Option. Sie haben einige Vorteile im Modellbau, unter Anderem brauchen sie nicht viel Spannung, übertragen trotzdem ausreichend Kraft weil sie Formschluss mit den Treibscheiben herstellen (man muss die Laufflächen auf den Rillen natürlich etwas bearbeiten aber das sollte kein Problem sein), gleichen aufgrund ihrer Flexibilität Abstände aus und federn stoßweise Kraftspitzen ab, etwa wenn gerade eine Klemme durchläuft. Vor Allem haben sie in der Transmission einen guten Wirkungsgrad da wenig Reibverluste auftreten was ja bei den schwachen Dampfmodellen sehr wichtig ist und nutzen sich darum auch kaum ab. Wär vielleicht mal einen Versuch wert!

 

[Drahtseil]

Warum keine klassischen Zahnriemen? Klar, die brauchen ggf. noch eine Spannrolle, das sollte aber bei deinem Maßstab kein Problem darstellen. Und im Modellbaubereich gibt's die auch in vielen Breiten, Längen und Teilungen. Durch den Formschluss solltest du dann auch keine Probleme mehr mit der Kraftübertragung haben. Alternativ wären auch Ketten (wie sie an einigen alten Kabinenbahnen früher in Einsatz waren) denkbar, die kämen bei einem klug gewählten Verhältnis von Wellenabstand und Teilung vielleicht sogar ohne Spannrolle aus. Größter Nachteil dürfte da dann der Preis für Riemen/ Kette und Riemenscheiben/ Ritzel sein. Dafür dann aber vermutlich auch deutlich langlebiger.

Edit: Rechtschreibfehler korrigiert.

 

[Timmod]

Kennst du diese Federstahlspiralriemen wie man sie vor Allem bei Dampfmaschinenmodellen benutzt? [...] Wär vielleicht mal einen Versuch wert!

Die habe ich noch nicht wirklich in der Hand gehabt, aber ich bezweifle, dass die genug Kraft übertragen können. Ich hab mal versucht mit einer Waage zu messen und zu überschlagen welche Kraft die Klemme hat:

Seilhaltung ca. 10 N (1 kg)
Die Hebelgeometrie hat eine Untersetzung von ca. 1:10 auf das Seil.
Kraft am Seil sind also ca. 100 N (10 kg). Tut auch wirklich weh, wenn man da seinen Finger rein bekommt xD

Spitzenkraft beim Öffnen: F_s = 14 N (1,4 kg)
Winkel der Kuppelschine ist ca. 15°
=> Spitzenkraft zum fortbewegen der Klemme ist F_s_h = tan(15°) * F_s = ca. 4 N
Radius eines Reifen ist 0,02 m
=> Drehmoment: 8 Ncm

Weiß das zufällig jemand, was für ein Drehmoment man mit Federstahlspiralriemen schafft bei max. 40mm Scheibendurchmesser?

Warum keine klassischen Zahnriemen?

Da war ich bisher vom Preis abgeschreckt, wie du schon gesagt hast. Aber danke fürs erinnern, das schaue ich mir nochmal an. Wenn man es nur für die ersten 8 Reifen braucht passt das vielleicht...
Der Abstand der Reifen ist schon relativ fix mit 50 mm, sonst müsste ich die Rahmenkonstruktion mit der Aufteilung in Baugruppen neu überlegen...

 

[Spezialwidde]

Ok, ich muss gestehen, mit so starken Klemmkräften hätte ich nicht gerechnet. Dann ist die Idee wohl doch zu schwach.

 

[Timmod]

Nachdem ich ein gutes Angebot für passende Zahnriemen gefunden habe, habe ich ein paar Zahnriemenscheiben auf die Schnelle aus dem 3D-Drucker lassen und das ganze mal getestet. Ich bin jetzt sehr zuversichtlich, dass das funktionieren wird!

Mir ist allerdings aufgefallen, dass die Drehrichtung von den Reibreifen anders ist als die von den Seilrollen zum Abtrieb. Das würde direkt nur mit einem beidseitig verzahnten Riemen gehen, aber die sind wohl zu selten...
Stattdessen habe ich Zahnräder verwendet, um die Drehrichtung anzupassen.

Die ganze Reifenmechanik baue ich dann nochmal ordentlich, mit besser gedruckten Zahnriemenscheiben usw. Dann sollte es hoffentlich gehen.

Der Hauptrahmen der Stationen ist nun auch schon im Entstehen. Hier ein paar Bilder von den Längsträgern mit der Schräge und den beiden Stützen:

Zu guter Letzt: Ich habe ein Video gemacht, in dem ich die Kuppelklemme zeige und einmal komplett auseinanderbaue:

 

[Drahtseil]

Sehr schön. Was für Zahnriemen hast du da jetzt genau? Doppelzahnriemen wären natürlich von Vorteil, sähe deutlich originaler aus und würde die Reibung durch das zusätzliche Zahnrad vermeiden.

 

[Timmod]

Das sind 6 mm breite, geschlossene GT2 (2 mm Zahnabstand) Riemen mit insgesamt 200 Zähnen. Das ist wohl ein Standard, der viel für 3D-Drucker usw. verwendet wird. Bei dem Reifenabstand von 50 mm geht sich das mit Ritzeln, die 50 Zähne haben, genau aus. Die sind dann so um die 30 mm im Durchmesser.

 

[Timmod]

Hi zusammen!

Ihr habt länger nichts von mir gehört und es ist leider auch kaum was passiert an dem Projekt. Aber so ist das mit Hobby, manchmal gehen andere Sachen vor...
Jedenfalls bin ich gerade auf dem Weg nach Hamburg zum CCC Congress und ich werde dort wohl spontan ein kurzen Vortrag über die Kuppelklemme halten.
Ich habe auch den Prototypen meiner Klemme und des Beschleuniger-Segments dabei, um das zu zeigen.
Die vorläufige Zeit des Vortrags ist am 28.12. um 12 Uhr.

Falls also zufällig jemand von euch dort sein wird würde ich mich freuen, wenn wir ein bisschen quatschen können! Ich werde wahrscheinlich meistens an der "FSEI@TUM" Assembly zu finden sein.

LG Tim

 

[Timmod]

Hi!
So, neues Jahr, neues Glück. (Ich weiß es ist schon März)
Ich bin die letzten Tage ein bisschen weiter gekommen mit der Anlage:

Der Spannwagen musste neu gemacht werden, weil er falsche Maße hatte. Der aktuelle Spannwagen besteht aus drei Einzelteilen, die verschraubt werden, damit man beim Einbau etwas Toleranz hat und Spannungen vermeiden kann.

Und provisorisch montiert:

So würde die Seilscheibe montiert aussehen:

Ich würde nicht nochmal solche kugelgelagerten Schienen verbauen dafür, das ist eigentlich alles viel zu starr. Es bewegt sich aber, also passt das fürs erste.

Für das Beschleuniger-Segment hab ich passende Alu-Riemenscheiben bestellt. So sieht der Abtrieb vom Seil aus:

Das neue Reifenförderer-Segment fehlt noch. Ich schau aber nochmal, ob ich den Abtrieb über den Rücken vom Zahnriemen hinbekomme (Das müsste über eine Gummirolle funktionieren). Dann könnte ich mir die Richtungsumkehr über die Zahnräder sparen.
Die Segmente sind überarbeitet in ihren Maßen und nochmal neu gebaut. Am Hauptrahmen gibt es jetzt schon die Montageaufnahmen für zwei davon. Ein Segment ist eingebaut im Bild:

Und hier mal spaßeshalber eine Größenvergleich zur alten Pendelbahn: