In der Theorie zum Modell - Modellbahnwelt Sormitztalbahn

Elemente des Antriebes in der Draufsicht →

Der Antrieb

Das der Antrieb von außen realisiert werden sollte, stand schon recht früh fest. Dabei hatte ich zuerst den Gedanken, die Schiebebühne mittels Segelwindenservo in Bewegung zu setzen. Dann aber stellte ich die Überlegung an, dass ich alle meine Weichen mechanisch bediene, warum also nicht auch die Schiebebühne? Auf der Suche nach einem neuen Lösungsansatz bin ich dann schnell über das Schneckengetriebe gestolpert. Genauere Infos zu Schneckengetrieben findet man unter diesem Wikipedia-Link. wer damit nicht so genau Bescheid weiß, sollte dort erst einmal nachlesen, denn es ist zum Verständnis der weiteren Ausführungen notwendig.

Folgende, etwas abstrakte Animation (Seitenansicht, Übersetzung Schneckengetriebe = 1:20) zeigt den prinzipiellen Aufbau des Antriebes, die enthaltene Animation veranschaulicht die Wirkweise des Schneckengetriebes. Eine Antriebswelle wird von vorne nach hinten durch das Segment geführt. Auf dieser Welle befindet sich das Schneckenrad, von außen wird ein Handrad (evtl. auch Kurbel) montiert.
Die Drehung des Handrades überträgt sich über die Antriebswelle auf die Schnecke, welche wiederum das Schneckenrad antreibt. Schneckenrad und Seiltrommel teilen sich die Seilwelle. Mit einer vollen Drehung des Schneckenrades kommt auch eine volle Umdrehung der Seiltrommel zustande.

Eigentlich ein recht einfaches Prinzip, doch wie muss alles in Einklang gebracht werden, damit aus einer Bedienhandlung eine Fahrt der Schiebebühne wird? Dieses lässt sich anhand dreier Fragen klären.

1. Mit welcher Geschwindigkeit soll die Schiebebühne fahren?
Zu Beginn meiner Planungen hatte ich keine Info über die Geschwindigkeit der Schiebebühne. Im Netz konnte ich eine Dresdener Firma finden, die Schiebebühnen herstellt. Im Katalog der Firma werden Bühnen mit Vmax = 60 m/min aber auch 90 m/min gezeigt. Für's Erste habe ich mal die 60 m/min zu Grunde gelegt, was 3,6 km/h entspricht. Dieser Geschwindigkeitsrechner (Spur N, gibt aber u.a. auch TT aus) hat mir dann eine Modellgeschwindigkeit von 0,69 cm/s errechnet, was mir letztlich zu schnell erschien. Nach einigen empirischen Versuchen und Überlegungen kam ich zu der Ansicht, dass eine Modellgeschwindigkeit von 0,46 cm/s (45m/min) realistisch ist.

Fazit: Die Schiebebühne soll mit einer Geschwindigkeit von 0,46 cm/s fahren

2. Wie soll der Antrieb bedient werden, in welcher Zeit und was ist das Ergebnis?
Das der Antrieb über ein Handrad erfolgt, wurde oben dargelegt. Als Bedienhandlung wird ein vollständiges Drehen des Handrades definiert, welches durch entsprechende Wiederholung einen kontinuierlichen Verschub der Schiebebühne erzeugt. Um die Geschwindigkeit einer Umdrehung zu definieren lag es für mich nahe, den Zeitbezug der Modellgeschwindigkeit (cm/s) zu übernehmen. Zudem ist eine Sekunde ein glatter Wert. Eine Umdrehung per Hand wird sicher nie genau eine Sekunde dauern und stellt nur das Optimum dar. Allerdings kann der Bediener, durch langsameres oder schnelleres Drehen des Handrades, die Geschwindigkeit der Bühne in gewissen Grenzen beeinflussen. Insbesondere wird ein sanftes Anfahren und Anhalten möglich.

Fazit: Eine Umdrehung des Handrades soll 1 Sekunde dauern, der Verschubweg  0,46 cm betragen, was V = 0,46cm/s entspricht.

3. Wie erreiche ich einen entsprechenden Verschubweg ?
Die Übersetzung eines Schneckengetriebes 1:N gibt zunächst einmal an, um den wievielten (N-ten) Teil sich das Schneckenrad bei einer Umdrehung der Schnecke dreht. Im Umkehrschluss gibt N an, wieviele Male die Schnecke gedreht werden muss, damit sich das Schneckenrad einmal dreht.

Die  Grafik zeigt im Querschnitt die Unterteilung der Seiltrommel in Kreissektoren -und Bögen. Die Anzahl der Kreiselemente wird durch die Anzahl der Zähne des Schneckenrades bestimmt, welche sich aus der Übersetzung (im Bild 1:20) ergibt. Die Summe der Kreisbogenlängen bildet den Umfang.

Im Falle des Bühnenantriebes bedeutet eine Umdrehung des Handrades eine Umdrehung der Schnecke. Mit dieser Umdrehung, die optimal eine Sekunde dauert, soll die Bühne um 0,46 cm verschoben werden. Da Schneckenrad und Seiltrommel sich immer um den selben N-ten Teil drehen, wird auf letzterer auch der N-te teil des Umfanges abgewickelt bzw. aufgespult. Der N-te Teil des Umfanges, also der Kreisbogen, muss unabhängig von der Übersetzung und der daraus resultierenden Anzahl Kreisbögen, eine Länge von 0,46cm haben.

Um den nötigen Umfang zu berechnen multipliziert man einfach den Wert der Übersetzung mit dem gewünschten Verschub, hier 0,46cm.

Fazit: Da ich eine Übersetzung von 1:20 plane, bedeutet das: 20 * 0,46cm = 9,20 cm Umfang, Durchmesser = 2,928 cm.

←Die Tabelle zeigt an einigen Beispielen die Verhältnisse zwischen Übersetzung, Geschwindigkeit und Umfang.

Soll die Geschwindigkeit die gleiche bleiben, muss der Umfang mit der Übersetzung zu -oder abnehmen. Bei einem fixen Umfang verhält es sich umgekehrt.

Das ich mich derzeit für eine Übersetzung von 1:20 entschieden habe, liegt in erster Linie an der Beschaffbarkeit. Schneckenradsätze mit 1:20 und 1:40 sind in einschlägigen Modellbaushops zu angenehmen Preisen erhältlich. Bei meinen Überlegungen war ich auch bei 1:10. Entsprechende Schneckenradsätze fand ich da aber nur bei einem spezialisierten Anbieter, wo sie dann auch das zwei -bis dreifache kosteten. Ob die preiswerteren Teile für meine Zwecke qualitativ ausreichend sind, muss ich erst sehen, ich gehe aber davon aus.

Unterdessen hat mich die Information erreicht, dass die tatsächliche Geschwindigkeit der Schiebebühne noch um die Hälfte niedriger war, als ich vorausgesetzt habe. Derzeit habe ich keine Vorstellung, welche Auswirkungen die Geschwindigkeit auf die Waggons beim verschieben haben wird. Natürlich darf es nicht zu schnell sein, aber wenn man sich einen Wolf kurbelt ist das auch nicht prickelnd. Ich werde wohl am fertigen Modell testen müssen. Sicher bin ich im Moment aber, das ich den Umfang der Seiltrommel nicht noch weiter erhöhen möchte. In der Folge wird also die Übersetzung vergrößert werden.