Weichenantriebe

Hallo zusammen,

vielleicht hat es ja auch sein Gutes, wenn man jedes Mal, wenn die Anlage schon mal in einen ersten Teilbetrieb gehen kann, durch einen Umzug wieder zurück auf Los muss. Zumindest kann man immer wieder seine Erfahrungen (siehe Motto) einbringen und Lösungen entwickeln, was wahrscheinlich besser ist, als sich jahrelang mit irgendwelchen, bekanntlich langlebigen Provisorien herum zu ärgern. Eigentlich war ich der Ansicht, mit den im betreffenden Anlagenthread vorgestellten Weichenantrieben die Zappadong!-Lösung für mich gefunden zu haben - bis es genau damit zunächst zu sich lösenden verklebten Servohaltern und zum Bruch einer Stellschwelle kam. Und insgesamt war das alles sowie nicht so Zappadong! wie es ursprünglich schien. Die Liste der Ärgernisse ist lang:

- Zu langer Stelldraht. Der kann zwar ordentlich federn, ist aber von Hause aus ziemlich krumm. Wenn er sich beim Stellvorgang verdreht, weist die Krümmung in eine andere Richtung und die Weichenstellung stimmt nicht mehr. Das zu vermeiden, ist einfach. Man muss den Servo eben noch weiter verstellen um das zu kompensieren, aber dann steht eben alles unter mechanischer Spannung - insbesondere die Klebefuge des Befestigungswinkels und die Stellschwelle. Und das mögen beide auf Dauer nicht. Zusätzlich führt der Stelldraht eine Rotation aus, das heißt, er stellt sich in der Stellschwelle schief und biegt an ihr herum. Das mag sie auch nicht.

- Zu ungenauer Einbau. Idealerweise sollte der Weg, den das Ende des Stelldrahts ausführt mit dem Weg, den die Bohrung in der Stellwelle macht, übereinstimmen, wobei die Mittelstellung des Servos und die Mittelstellung der Stellschwelle zusammenpassen sollten. Sehr witzig. Die Weiche ist oben auf der Platte, der Antrieb unten, der einzige Anhaltpunkt ist der nach unten hängende (krumme) Stelldraht und der Servo in seinem Befestigungswinkel ist bei der ersten Berührung mit der Grundplatte "fest" ohne Korrekturmöglichkeit. Und jeder Fehler addiert sich zu den im vorigen Punkt beschrieben Kräften hinzu.

Mit anderen Worten, ich verbrauche einen Großteil des Stellbereichs des Servos damit, irgendwelche Ungenauigkeiten zu kompensieren und und einen Großteil seiner Stellkraft, um irgendwelche schädlichen Kräfte zu erzeugen, die sich nach einiger Zeit unangenehm bemerkbar machen. Zu meiner Ehrenrettung muss ich aber hinzufügen, dass trotz all dieser Schwächen die Weichen gut und sicher funktioniert haben. Aber die Lösung ist eben doch keine gute.

Und ein Blödsinn kommt noch hinzu, auf den man erstmal kommen muss. Dieser Weichenantrieb kann nur die Stellbewegung ausführen und hat keine Möglichkeit, einen Schalter anzubringen. Brauchte es auch nicht, da der Schalter zum Polarisieren des Herzstücks der Weiche am Servodekoder integriert ist. Gut und schön, aber der Dekoder ist teilweise ein ganzes Stück vom Servo entfernt. Damit wird einiger Verkabelungsaufwand notwendig, um den polarisierten Strom zum Herzstück zu schaffen - während doch vor Ort, dort, wo der Servo ist, alles schon da wäre, wenn er nur schalten könnte. Also: Unfug!

Also: Es ist Zeit, sich mal wieder eine eierlegende Wollmilchsau auszudenken, auf der man möglichst noch reiten kann. Was muss sie alles können?

- An der Stellschwelle soll sie eine rein translatorische Bewegung ausführen.
- Keine Ungenauigkeiten durch krumme Stelldrähte usw. Alles muss geometrisch eindeutig fixiert sein.
- Sichere Befestigung durch Schrauben
- Einbau Über- und Unterflur
- Verschiedene Möglichkeiten, die Stellbewegung abzugreifen
- Möglichst vollständige Umsetzung des Servo-Stellwegs in die Stellbewegung
- Möglichkeit, Mikroschalter anzubauen.

Nach einigem Grübeln kam als erster Ansatz so etwas heraus:



Also, ein Getriebe, bei dem hinten der Servo, vorne bis zu zwei Schalter angeflanscht sind. Da dieses Getriebe nur Schwenkbewegungen macht, braucht es von den Zahnrädern nur Segmente, die erstmal gewöhnungsbedürftig aussehen. Aber die Gesamtübersetzung ist 1:8, das heißt, von den 90° Stellwinkel des Servos kommen am Ende 11,25° am Abtrieb an, und das reicht um ein Stück Zahnstange um 2 x 1,27  = 2,54 mm hin und her zu schieben. Der Stellweg einer N-Weiche liegt bei 1,6 mm, also ist noch etwas Reserve für das Spiel in der Anordnung und Ungenauigkeiten beim Einbau da.    






Wenn die Konstruktion schon mal so weit gediehen ist, ist es nur ein kleiner Schritt zum 3D-Drucker, den ich natürlich gleich mal gemacht habe. Schließlich war ja auch noch die Frage offen, ob ich mit dem Drucker überhaupt eine funktionsfähige Verzahnung mit 0,5er Modul hinbekomme. Nach 2 1/2 h Druckzeit hatte ich den Teilesalat (in fotogenem Kontrastschwarz...)




Cool: Die Verzahnungen funktionieren ohne zu klemmen und ohne Nacharbeit auf Anhieb ... eine Freude, die ein Nicht-Bastler gar nicht nachvollziehen kann:



Weniger cool: Das Ding ist trotzdem Quatsch. Der Zusammenbau der beiden Gehäuseplatten wäre ein endloses Gefummel - das ich mir gleich erspart habe. Unschön auch, dass ich das Antriebszahn"rad" gar nicht am Servo montiert bekomme. Dazu bräuchte es eine ultrafeine Kerbverzahnung, die dem 3D-Drucker keine Chance lässt. Und last not least: Die beiden Gehäuseplatten sind 2 mm dick. Was wird wohl das Getriebe dazwischen sagen, wenn ich da von außen Schalter und Servo mit selbstschneidenen Schrauben festmache?

Für letzteres gibt's ein kurzes . Aber die Verzahnung funktioniert und das war das Wichtigste. Für den Rest gilt "Das kriegen wir beim Bügeln", sagte der Schneider, als der Hosenlatz hinten war. Und so sieht das Teil jetzt aus:



Na ja. Das ist jetzt noch ein kleines bisschen wirr, aber die wesentlichen Änderungen sind drin. Servo und Schalter schweben jetzt neben dem Getriebe, und der Servo treibt die Mimik über einen zu seinem Lieferumfang gehörenden Hebel und eine Kuppelstange an. Zu machen sind noch alle Gehäuseteile incl Grundplatte. Wenn das steht, kann ich die diversen Anschlussmöglichkeiten an der Zahnstange hin konstruieren. Und die linke Schalterbetätigung am "Vorgelege" kann ich noch absägen. Zum krönenden Abschluss wird das Teil auch noch einmal gespiegelt, so dass es eine linke und rechte Ausführung gibt. In einer Weichenstraße kommen sich die Antriebe zuweilen seeeehr nahe, und da ist das bestimmt hilfreich. Und eine stilisierte Ausführung davon muss noch in die Gleisplanzeichnung, damit es auch da weiter gehen kann.

Also - Restarbeiten noch. Etwas, was ich gar nicht so gerne mache, wenn das "Große Ganze" mal steht. Was vielleicht Länge und Zeitpunkt dieses Beitrags erklärt ...

Aber jetzt geht's weiter an die Arbeit!

Soderle. Innerer Schweinehund ist überwunden und der Antrieb ist konstruktiv fertig geworden:



Sieht ja recht kompliziert aus, die Höllenmaschine, ist aber eigentlich recht simpel aufgebaut und wohl hoffentlich auch leicht zusammen zu bauen. Gehäuseteile zusammenkleben, Getriebeteile aufstecken und sichern, Servo und Schalter nach Bedarf anbauen, fertig.

So, der Worte und Zeichnungen sind nun genug gewechselt - lasset 3D-Drucke folgen (oder so ...). Der rasende Fotoreporter ist dann life dabei, wenn es montiert wird!

Und dann winkt auch schon ein Großauftrag der Bahnbetreiber. Eine Bahndirektion Lauertal, wo immer das auch sein mag, hat schon eine größere Stückzahl angefragt ...

Hallo Wolfgang - ich bin immer wieder fasziniert von den Einblicken in deine Denk- und "Bastel"-Werkstatt -
gerade weil es eben keine Bastelwerkstatt ist, sondern von Beginn mit Hand und Fuß durchkonstruiert,
wobei du uns auch an deinen noch nicht endgültigen Entwürfen und Bauteilen teilhaben lässt,
damit wir den Mund wenigstens etwas wieder zubekommen.
Ich verschone dich aber diesmal mit dem Inscheniör, dem nichts...
Dafür nehme ich den Schneider-Spruch gerne in meinen Fundus auf: "Das kriegen wir beim Bügeln".
Rein technisch war ich schon bei deiner ersten Weichenantriebsvariante baff.
Dass sich dann in der Praxis Probleme einstellen, die mehr den Materialeigenschaften als dem Konstruktionsprinzip geschuldet sind, ist einfach so!
Es gibt eben Konstruktionen, die nur durch Ausprobieren zu optimieren sind. Oder dann doch verworfen werden müssen.
Die Wahrheit ist: Der Ingenieur kennt kein Malheur!

Beste Grüße
Michael

Hallo Michael,

schön, wenn dieses Maschinchen gefällt! Mittlerweile ist der zweite Prototyp fertig gedruckt und schon mal versuchsweise montiert:



Nun auch, auch wenn die Verbindung zwischen Servo und Getriebe noch fehlt, ist eine gewisse Ähnlichkeit mit der CAD-Ansicht nicht zu verleugnen und auch ein Fortschritt gegenüber dem ersten Prototyp. Sehr schön. Auch das Getriebe funktioniert wieder, aber das hat es ja beim ersten Prototyp auch schon. Aber ein paar Klöpse sind auch noch dran. Der dickste ist dieser hier:



Hm. Eigentlich sollten sich der Schaltknubbel und die Auslöser der Mikroschalter viel näher sein, man sieht es auf der Zeichnung. Sehr merkwürdig - die Schalter hatte ich genau nach den Maßangaben des Herstellers konstruiert. Der Abstand ist viel zu groß, so dass die Schalter gar nicht mehr zuverlässig betätigt werden. Neee, das geht so nicht, da muss ich nochmal dran. von macht

Beim Gehäuse hatte ich die Ecken der einzelnen Teile ähnlich wie bei Lasercut-Bausätzen etwas verzahnt und das geht auch ganz gut, aber das vorderste, ganz niedrige Stück, das verhindern soll, dass sich die Zahnstange nach vorne davon macht, ist glatter Murks, weil man sehr leicht die Zahnstange gleich mit festklebt. Klar, dann kann man sie auch nicht mehr verlieren und hat zugleich die Weiche gegen unbeabsichtigtes Verstellen gesichert, aber irgendwie habe ich das ungute Gefühl, dass hinter diesen unbestreitbaren Vorteilen noch irgendwo ein dicker technischer Nachteil schlummert.

Aber da haben wir schon ganz andere Sachen hingebügelt ... aller guten Dinge sind drei!

Und wieder gibt es was zum Schauen ... darf ich vorstellen? Der Prototyp Nr. 3a und 3b:





Das war jetzt mal ein Experiment - Filament or Resin, that's the question. Wenn ich mir die Verzahnungs"qualität" so im Vergleich anschaue:



dann habe ich zum Resindruck mehr Zutrauen. Und auch der nervige Zusammenbau des Gehäuses, von dem ich nicht weiß, ob und wie lange die Verklebungen halten, entfällt. Also geht es weiter per SLA und mit Resin. Ansonsten hatte ich für den dritten Prototypen sämtliche Einzelteile nochmal überarbeitet. Am augenfälligsten dabei war die Befestigung der Mikroschalter:



Soderle. Damit kann man jetzt die Schalter genau nach Bedarf einstellen. Im Prinzip hätte ich mich jetzt über die Serienfreigabe von meinem Großkunden der Eisenbahndirektion Lauertal gefreut, aber der Kerl hat doch glatt einen Chor organisiert und dann folgendes zum Besten gegeben:

"So kann's nicht sein, so kann's nicht bleiben,
so hab ich's mir nicht gewünscht.
Das passt nicht perfekt zusammen.
weil wirklich gar nichts stimmt ..."

Nicht ganz so harmonisch vielleicht, aber genau so unmissverständlich. Mist. Wobei er zu allem Überfluss auch noch recht hat. Stein des Anstoßes ist Folgender:

Die Mikroschalter erzeugen Betätigungskräfte wie der berühmte Starkstromschalter im Frankenstein-Film. Und die werden auch immer höher, je stärker ich die Betätigungsfeder des Schalters gegen die Waagerechte neige. Insofern ist die Einstellmöglichkeit des Schalters durch Verdrehen zwar nett gedacht, aber ungünstig. Hinzu kommt, dass der Schaltknubbel doch einen ziemlich großen Hebelarm hat und folglich ein sehr hohes Stellmoment erzeugt. Leidtragender dieser Zusammenhänge ist die Kuppelstange zwischen Servo und Getriebe, die sich lieber ihren Kurbelzapfen ruiniert als sich so vergewaltigen zu lassen. Mist.

Nee - das kann wirklich so nicht bleiben. Also wird es noch einen vierten Prototyp geben, der wahrscheinlich wieder gaaaanz anders aussieht.

Wie war das mit dem Know-How, Wolfgang? Es soll die Summe schlechter Erfahrungen sei. Hab ich "irgendwo" mal gelesen...
Was das betrifft, mache ich mir um dein Know-How immer weniger Sorgen!
Im Übrigen finde ich es bemerkenswert, wie wenig du dich entmutigen lässt.
Im Gegenteil blitzt bei jedem "Fehlversuch" schon wieder die nächste Idee hervor.
Du hast ziemlich viele Pfeile im Köcher!
Ich bin gespannt auf deine Lösungsansätze und den nächsten Prototypen.

Beste Grüße
Michael

Hallo Michael,

danke für den Zuspruch! Tatsächlich reift da wieder ein Pfeil im Köcher heran ... und natürlich wird das neue Antrieb dann wieder viel besser, schöner, leichter zu bauen usw. Man erzählt ja, dass auch Edison weit über tausend Versuche gebraucht hat, bis seine Glühbirne leuchtete. Ich hoffe, so heftig wird es schon nicht werden.

Ich denke, nächste Woche kann ich was vorlegen.

LG
Wolfgang

Und Edison soll jeden Fehlversuch explizit als Erfolg angesehen haben, weil er einmal mehr wusste,
wie man eine Glühlampe nicht baut.
Sich nicht entmutigen zu lassen ist eben eine Ingenieurs- und Erfindertugend...

Nächste Woche legst du bestimmt wieder (was) vor, Wolfgang!
Ich bin schon gespannt!

Beste Grüße
Michael

Er soll ja auch auf die Frage, wie lange er noch daran herumtüfteln will, geantwortet haben: „Wieso? Muss ich doch gar nicht, der nächste Versuch klappt doch!“. Gefällt mir!

Die neue Konstruktion „steht“ schon mal, wenn auch nur als eine wilde Ansammlung von Mittel- und Umrisslinien, die zwar noch nicht vorzeigbar sind, aber sehr optimistisch stimmen. Es geht also voran!

Hallo zusammen,

soderle. Das Herzstück des Ganzen, das Getriebe, steht schon mal und sieht, in eine Endlage gestellt, so aus:



Das rote Antriebszahnrad soll jetzt direkt am Servo angebracht werden, und zwar an einem der mitgelieferten Stellhebel. Damit ist die Hebelmimik, die sich als zu schwach erwiesen hat, komplett entfallen. Der Servo schwebt mit seiner Antriebsseite nach unten mittig über der Anordnung, die dadurch auch symmetrisch wird. Insgesamt wird das Ganze also viel kompakter als die vorige Höllenmaschine.

Das Antriebszahnrad treibt über das hellblaue Vorgelege, das sich im Prinzip nicht weiter verändert hat, den lila gezeichneten Abtriebshebel an. Dieser hat eine Innenverzahnung erkalten und sitzt auf der gleichen Drehachse wie das Antriebszahnrad (und hat eine große Aussparung für die Achse des Vorgeleges. Ganz rechts, wo die kleine Bohrung für die Stellstange angebracht ist, macht er noch einen Weg von +/- 1 mm, so dass der Stellweg für die Weiche auch dann ausreichen sollte, wenn der Antrieb mal nicht 100 % exakt angreift. Die links an der Innenverzahnung herausschauende Fahne macht den etwa 3 1/2 fachen Weg und dient dann als Schaltknubbel für die beiden Endschalter, die flach unter dem Servo angeordnet sind.

Dazu gehört - noch zu konstruieren - ein Gehäuse, bestehend aus Bodenplatte, Zwischenplatte und Oberteil. Das Teil wird etwa 50, mit Befestigungsschrauben 60 mm lang, durchgehend 20 mm breit, an der breitesten Stelle mit den Endschaltern sind es etwa 30 mm. Das sollte auch unter engere Weichenstraßen passen.

Gedruckt wird wohl arbeitsteilig. Der SLA-Drucker bekommt die feinen Details (Verzahnungen) besser hin, der Filament-Drucker die großen, planen Oberflächen am Gehäuse. Ob ich es so hinbekomme, dass sich das alles zusammenclipsen lässt? Wäre natürlich cool, aber mal schauen ... nicht dass ich noch übermütig werde.

Und wieder weiter ans virtuelle Reißbrett!

Hallo Wolfgang,
da ich bei jedem deiner Antriebe bislang geschworen hätte, dass du jetzt die universale Lösung schlechthin gefunden hast,
kommt mir der Gedanke, dass vielleicht genau das die ganze Zeit der Fehler war...
So versuchen wir es einmal andersherum: Ich staune nur und bin ganz still.
Aber die Daumen drücken sollte erlaubt sein!

Beste Grüße
Michael

... nicht nur erlaubt, sondern auch erwünscht!

Dankeschön!

Hallo,

tja - aller guten Dinge sind bekanntlich drei.

Der Probedruck der neuen zweiten Ausführung ist schon mal nicht so richtig berauschend geworden. Vor allem aber musste ich den Stellknubbel für die Schalter weit nach oben über die Ebene der Lagerung des Stellhebels herausführen, so dass das schon wieder eine kippelige Angelegenheit wurde.

Also - taugte auch nichts. Aber der lange Stellhebel mit der Innenverzahnung gab dann doch den richtigen Wink. Und mit einem "Ach, Lupo, bist Du blöd!" war dann eine vernünftige, und einfache Lösung da. Darf ich vorstellen:



Wie man sieht, sieht man nichts, zumindest keine Verzahnungen mehr. Ganz einfache Überlegung, wenn ich mit dem Stellweg des Servos einen viel kleineren Stellweg an der Weiche realisieren will, dann gibt mir das die notwendige Übersetzung an. Und die kann ich auch mit einem simplen Hebel erzeugen. Dabei sind sogar die Absolutwerte der Hebellängen egal, deren Verhältnis zueinander ist entscheidend.



Also, der Witz ist ganz einfach, dass der rote Stellhebel jetzt die "Standsäule" zur Befestigung des Servos als Drehpunkt nutzt und damit die Stellstange betätigt. Hinten hat er ein großes Langloch, in das ein Mitnehmer, der am (minmal umgearbeiteten) Arm des Servos befestigt ist, eingreift. Damit der Stellhebel schön brav unten an der Standsäule des Servos bleibt, bekommt diese noch eine in grün dargestellte Hülse übergestülpt, die den Hebel niederhält. Das sind dann vier einfache Teile.

Und die Schalter? Ganz einfach: In der Endlage der Stellbewegung steht das hintere Ende des roten Hebels über die Grundplatte vor. Die Schalter werden direkt auf der Anlagenplatte befestigt: Die erste Schraube auf Höhe der Markierung dienenden Einkerbung der Grundplatte, dann mit der zweiten Schraube so einjustieren, dass der Schalter sicher vom Stellhebel ausgelöst wird. Die Betätigungskräfte wirken einigermaßen in der Ebene der Teile, so dass sich da auch nichts mehr verbiegen dürfte.

Michaels Daumendrücken dankend voraussetzend, geht es jetzt unmittelbar an den Drucker. Bin schon mal gespannt!

Lupo60 schrieb:Michaels Daumendrücken dankend voraussetzend, geht es jetzt unmittelbar an den Drucker. Bin schon mal gespannt!

Und ich erst! An der Voraussetzung des Daumendrückens wird es nicht fehlen!

Beste Grüße
Michael

Das habe ich gemerkt, dankeschön! Das dritte Ding ist tatsächlich gut Ding geworden.

Schön auch die reduzierte Druckzeit - die wenigen Teile brauchen nur eine Stunde, für die Version 1 und 2 hat der Drucker 3 und 4 Stunden gebraucht. Hier der Lohn der Mühen:





Natürlich wieder in Konstrastschwarz ... sorry! Aber ich freue mich, da endlich einen Haken dran machen zu können.

Gratulation, Wolfgang!
Ehrlich gestanden bräuchte ich jetzt ein Video, um mir die Funktionsweise vorstellen zu können...
Aber kompakt und wenig Teile - das klingt per se schon mal sehr gut!

Beste Grüße
Michael

Hallo Michael,

Video kann ich leider nicht, aber vielleicht ist es auch verständlich, wenn ich's im CAD nachstelle. Da kann ich auch den Servo weglassen, der doch ziemlich die Sicht aufs Geschehen behindert;



Der orange Hebel ist an der Servoachse befestigt und greift mit einem (nicht dargestellten) Stift in den langen Schlitz des roten Hebels ein und nimmt den roten Hebel mit, wenn sich der Servo dreht. Der Rote Hebel dreht sich um die vordere Säule zur Servofestigung und verschiebt die ganz vorne angeordnete lila gezeichnete Stellstange. Gleichzeitig steht der hintere Teil des roten Hebels in den Endlagen ein Stück über die Grundplatte hinaus und kann damit einen unmittelbar daneben angeordneten Mikroschalter bedienen. Kein Hexenwerk also ... ich frag mich, warum ich's erst so kompliziert gemacht habe (wobei das Getriebe schon Spaß gemacht hat).

War schön, deine Überlegungen nachzuvollziehen, Wolfgang. Nun kann ich mir das alles einigermaßen vorstellen.
Auf den Praxistest bin ich sehr gespannt und drücke weiter die Daumen!
Vereinfachung ist doch immer die Kunst - obwohl auch ich Zahnräder stets irgendwie "sexy" finde!

Beste Grüße
Michael