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Herstellung eines Modellbaugetriebes

aka. Zahnradherstellung mit Kunststoff

by Markus Sengthaler

"Hätte mein Modellauto Allrad, würde es mehr Spaß machen es zu fahren.", ein Satz mit verheerenden Folgen. Denn als einer der wenigen entpuppt sich dieser als Beginn eines Projektes: Den Bau eines kompletten Allradsatzes fürs Modellauto, beinhaltend: Differential, Antriebsstangen und den zugehörigen Kupplungen.
Tag 2, früher Morgen: Durchforsten des Gedächtnisses nach geeigneten Materialien. Wahl: Kunststoff (2-Komponenten) für die Zahnräder, Niro für Antriebsgestänge und Kupplungen. Am Nachmittag wird das benötigte Material besorgt, das Metall vom Schlosserbetrieb meines Vertrauens, den Kunststoff aus dem Baumarkt. Es handelt sich dabei um 2-Komponenten Polymerharz, das Wunschprodukt, Epoxyharz, lässt sich nicht auftreiben.
Durch den Guss des Kunststoffes ließen sich auch kleinste Zahnräder duplizieren, das Negativ wird aus Heißkleber (aus Kostengründen, Silikonkautschuk wäre besser, kostet jedoch um einiges mehr) über das Orginal hergestellt.

Der Kunststoffguss


Das orginale Differential ,das es gilt nachzubauen. Die bräunliche Masse ist das Schmierfett, welches auch zum Sperren dient. Direkt dahinter die Kupplungen mit Madenschraube sowie die Antriebsstangen. Links ist noch ein Teil des Differentialgehäuses erkennbar.



Herstellen der Negativform: wie schon berichtet mittels Heißkleber, jedoch sollte man die Orginalform, die es zu wahren gilt, gut einölen (ich verwendete, wiederum aus Kostengründen, ganz normales Pflanzenfett).

Mit etwas Mühe, dennoch ohne Beschädigung, wurde das Orginal herausgedrückt. Die Entstandene Form sieht vielversprechend aus. Blasenbildung war kaum vorhanden. Zu empfehlen ist das gleichmäßige herausdrücken des Heißklebers und das vorherige überprüfen auf Bläschen im flüssigen Kleber.



Eingießen des Harzes: Im Bild die erste Serie, allerdings war das, aufgrund der geringen Menge schwierige, Mischungsverhältnis suboptimal, d.h. ich wiederholte den Vorgang, fotolos, später noch einmal. Wiederum empfiehlt es sich, um die Form eventuell noch einmal verwenden zu können, die Formen einzuölen.
Um dem ganzen noch ein wenig mehr Festigkeit zu verleihen, werden Glasfaserfetzen dem Harz beigemengt.

Endlich ein Ergebnis, die fertigen Zahnräder bzw das Differentialgehäuse, die Orginale im Vergleich. Beim großen Hauptzahnrad (im Bild unten) erkennt man das etwas zu große Glasfaservlies auf der Rückseite, sowie ein kleines Bläschen auf der Innenseite. Jene werden in Folge per geeignetem Schleifgerät entfernt.

Nachbearbeitung

Trotz sorgfältigster Vorgehensweise sind die Zahnräder nicht perfekt, Hauptgründe:
  • Bläschen in der Negativform
  • Bläschenbildung beim Gießen des Harzes
  • Verunreinigungen
  • Verformung der Negative beim Herauslösen des Orginals
Vor allem letzter Punkt entpuppte sich als besonders kritisch, da verwundene Zahnräder stundenlanges Nachschleifen fordern (es empfiehlt sich in dem Fall eine neues zu Gießen).
Provisorische Halterung mit, vorsichtig, eingespanntem Proxxon Schleifer. Gutes Licht und Staubmaske sowie ein gutes Auge verhalfen dem zu sehenden Gehäuse zu einer exakten Form (vor allem innen). Des weiteren wurde die Nut sauber gefräst und die Löcher für die Schrauben vorgebohrt.

Um die Führung der äußeren Kugellager besser anpassen zu können, drehte ich aus Nirostangen entsprechend passgenaue Führungen heraus und lochte diese für die inneren Wellen. zusätzlich verhalft eine Beilagscheibe zu einer einwandfreien Seitenführung des Kugellagers.
Am Holzstück stecken zwei jener vorher angesprochenen inneren Wellen, samt zugehörigem, fertig gelochten Zahnrädern. Die Wellen wurden zum Zahnrad hin eingefräst um dem Kleber mehr Halt zu verleihen.
 Jedigliche Verklebung führte ich wiederum mit Polymerharz durch, die dünnflüssigkeit erwies sich wiedermal als äußerst praktisch :-)


Nachschleifen: vor allem ungünstige positionierte, erstarrte Harztropfen musste ich entfernen ^^ Niemals fehlen darf: Kaffee, als Ersatz für das ausgegangene Club-Mate.

Das fertige Differential mitsamt Querstange. Es lief weitaus laufruhiger als das Orginal, zu lasten der Passgenauigkeit - ein wenig zu viel geschliffen?



Ein Meilenstein: das fertige Differential bzw das fertig verschraubte Gehäuse.

Antriebswellen und Kupplungen

Erscheint die Theorie noch so einfach, die Antriebswellen lassen meinen Blutdruck steigen und lauern mir mit ungewöhnlichen Problemen auf.
Die runden Köpfe wurden gedreht, die Stangen zugeschnitten und ein wenig geschliffen. Selbst die Maßgenauigkeit der Köpfe ist gegeben.
Zentrieren der Köpfen mit 5mm Durchmesser, Körnen auf der gekrümmten Oberfläche und bohren der Hauptverbindung.
Doch das Herausdrehen des Kugelkopfes härtete das Material und führte zu einer durch Bohrer nahezu unverarbeitbaren Oberfläche. Quietschen, das laute Echo des Bohrervernichtens kommt zu Tage und bleibt selbst bis zum Morgengrauen, trotz Schmiermitteleinsatzes, bei mir.
Abhilfe verschaffte eine erheblich verbesserte Zentrierung mit einem Schraubstock und ordentlichem Ankörnen sowie ein frischer Chrom-Vanadium-Stahl-Bohrer aus der Schlosserei meines Vertrauens. Selbst dort mit erheblichem Gemeckere, doch Schlussendlichem Durchbruch.

Wer nun glaubt alles sei getan, dem erwarten noch 5 andere Köpfe sowie die Bohrungen für die Querstangen. Jene mit special feature: Bohren während seitlich die Hauptstange steckt - schlussendlich wollen wir die durchbohren und mit der Querstange sichern. Die Passgenauigkeit sollte auch stimmen, ansonsten erwartet uns ein schief gebohrter Kopf und eine vernichtete, zerbohrte Stange. Zur Fixierung rate ich dringenst (!!) zur Verwendung eines Prismas.

ben Orginal, unten Nachbau. Der imperfekte rechte Kugelkopf wurde nachträglich zurechtgeschliffen.

Die Kupplungen lauern mit erheblich wenig Aufwand. Allerdings nicht ohne:
beidseitiges Bohren, sowie Einschlitzen, ausfräsen und Gewindeschneiden benötigen einige Stunden zur völligen Passgenauigkeit.
Des weiteren müssen passende Madenschrauben eingekauft werden.

Eine der fertigen Kupplungen.

Fazit


Wissen Sie, wenn Sie ca 50h damit verbringen einen Allradsatz herzustellen der Orginal ca 100€ kostet, dürfen sie nicht mit ihrem gewohntem Lohn rechnen. Die weitaus schlimmere Nachricht ist jene des Getriebebruchs, die Zahnräder waren meinem 0.74ps Motor nicht gewachsen. Selbst die zweite Serie, mit ca 10fachem Glasfaser und 5fachem Härter-Anteil verhalf nicht zur gewünschten Festigkeit. 
Unbeirrt dessen wuchsen meine Skills an der Drehbank, am Proxxon Schleifer, am Standbohrgerät und natürlich förderte es meinen Drang zur Verwirklichung meiner eigenen Vorstellungen. Der mir von Richie zugeflüsterte Spruch, erhielt das Projekt über den ganzen Zeitraum hinweg am Leben:
"Finishing the project was never part of it" (Adam Savagehttp://www.youtube.com/watch?v=29SopXQfc_s)

Und so bastle ich weiter, und giesse oder fräse mir meine Zahnräder aus Aluminium... aber das, ist eine andere Geschichte.

greetz
Markus Sengthaler