Modellbau digital? Eine Horizontale Dampfmaschine mit kostenfreier Software nachgebaut.

[Blaubaer GER OK 712]

Hallo zusammen,

heute möchte ich Euch mein aktuelles Projekt vorstellen.
Den Nachbau einer horizontalen Dampfmaschine als 3D-Modell. Als Vorlage diente mir ein Bauplan
aus dem Schulungszentrum einer bekannten CAD-Firma.
Die genauen Zeichnungen kann ich aus rechtlichen Gründen nicht teilen. Aber darum soll es
auch nicht gehen. Viel spannender ist der Weg, den ich gewählt habe. Die Umsetzung komplett
mit kostenloser Software.

Ich veröffentliche diesen Beitrag bewußt hier im Bereich der Dampfmaschinen. Es geht mir nicht primär um die
Software-Diskussion. Sondern um die konkrete Anwendung im Modellbau. Am Beispiel dieses
klassischen und mechanisch anspruchsvollen Projekts lassen sich die Möglichkeiten und Grenzen der
frei verfügbaren Werkzeuge besonders gut demonstrieren.

Bildquelle: User Blaubaer Ein erster Eindruck.

Kuddel

 

[Blaubaer GER OK 712]

Meine Motivation

Viele von uns kennen die Hürde. Professionelle CAD-Programme sind oft teuer oder haben komplexe Lizenzmodelle.
Als Hobby-Modellbauer sucht man daher nach alternativen Wegen, eigene Projekte digital umzusetzen.
Sei es für die Planung, Visualisierung oder spätere Fertigung. Ich denke hier an die CNC-Bearbeitung
oder den 3D-Druck. Visualisierte Bilder erleichtern die Vorstellung und Planung des zukünftigen Projektes.

Die gute Nachricht ist, daß es inzwischen einige leistungsfähige, kostenfreie Programme gibt.
Bekannte Namen sind hier z.B. Fusion 360 (für private/hobbyistische Nutzung), FreeCAD oder eben Blender.
Ich habe für dieses Projekt Blender gewählt.

Bildquelle: User Blaubaer Die Arbeitsoberflächen von FreeCAD und Blender sehen sehr professionell aus.
Und sie sind es auch.



Meine ausgewählte Software

Blender ist ein mächtiges, frei verfügbares 3D-Programm, das ursprünglich für Animationen entwickelt wurde.
Man wundert sich vielleicht zunächst, ein solches Tool im technischen Bereich wiederzufinden.
Doch seine Werkzeuge für Modellierung, Präzisionsmessung und auch technische Visualisierungen werden oft unterschätzt.

Es ist auch ohne teure Spezialsoftware möglich, anspruchsvolle Modelle zu realisieren. Manchmal braucht es nur den Anstoß,
etwas Neues auszuprobieren.

Kuddel

 

[Blaubaer GER OK 712]

Der Nachbau-Prozeß


Als Basis dienten mir technische Zeichnungen, die als Schulungsmaterial konzipiert sind. Sie enthalten bewußt Lücken und
kleine Fehler, um den Umgang mit unvollständigen Plänen zu trainieren. Maße fehlten oder mußten abgeleitet werden.
Auch konstruktive Ungereimtheiten galt es zu finden.

Es war eine spannende Herausforderung zu prüfen, ob sich diese typisch ingenieurstechnische Aufgabe,
das kritische Prüfen und Korrigieren einer Zeichnung, auch mit Blender als Werkzeug meistern läßt.
Die Antwort ist: Ja, das geht sehr gut.

Bildquelle: User Blaubaer

zB. ist der Durchmesser der zentralen Hauptwelle laut Bauzeichnung zu groß angegeben. Der Paßsitzt zu dem 608 Normkugellager stimmt nicht überein. Mit einem Zusammenbau der Komponente ist dieser Fehler schnell zu finden.

Kuddel

 

[Blaubaer GER OK 712]

Bildquelle: User Blaubaer

Blender im technischen Einsatz:
Das Bild zeigt, wie das Measuret-Tool präzise Abmessungen (hier D11,96 mm an der Welle) innerhalb der 3D-Szene anzeigt.
Wichtig für die Modellüberprüfung.

 

[Blaubaer GER OK 712]

Ein Beispiel für die Baugruppenerstellung.

Es scheint ein wenig übertrieben. Das Normkugellager 608 in seinen Einzelheiten zu konstruieren. Zeigt das es möglich ist.
Wir Modellbauer sind Detailverliebt .......grins.....

Bildquelle: User Balubaer

Das Kugellager wird benötigt für den Lagersitz der Hauptwelle / Kurbelwelle.

Bildquelle: User Blaubaer

Bildquelle: User Balubaer

 

[Blaubaer GER OK 712]

Struktur und Gliederung des Projekts:

Zu Beginn habe ich die Maschine in logische Baugruppen aufgegliedert, um den Überblick zu behalten:

Hauptbaugruppen:

Basisplatte/Fundament:
---> Die tragende Grundplatte, auf der alle weiteren Komponenten aufbauen.

Zylindereinheit:
---> Enthält den Zylinder selbst, den Kolben und die Dichtungen usw.

Pleuel:
---> Das verbindende Glied zwischen Kolben und Kurbelwelle.

Kurbelwellen-Einheit:
---> Zusammengebaut aus der Kurbelwelle, dem Schwungrad und den Kurbelwangen und vielem mehr.



Besonderes Augenmerk lag auf zwei komplexeren Subsystemen, die ich als eigene Untergruppen modelliert habe:

Steuerung für die Zylinderfüllung:
---> Die Ventilsteuerung mit dem Steuerblock und Gestängemechanismus.

Energieleitungssystem:
---> Alle Leitungen und Anschlüsse für Dampfzufuhr und -abfuhr.

Diese gedankliche Gliederung war auch die Grundlage für meine Arbeitsstruktur in Blender.
Im Outliner habe ich für jede Baugruppe und Untergruppe eigene Ordner, sogenannte „Collection“, angelegt. So konnte ich alle Bauteile systematisch einsortieren und katalogisieren. Diese klare Hierarchie macht das Arbeiten mit komplexen Modellen übersichtlich und hilft, den Überblick zu behalten.

Bildquelle: User Blaubaer

Das Bild zeigt die große Anzahl von Baugruppen und Objekte. Ohne gute Struktur und Benennung verliert man die Übersicht.
Eine sehr wichtige Aufgabe.

 

[Blaubaer GER OK 712]

Die Baugruppe Pleuel-Container:

Bildquelle: User Blaubaer Zeigt die Baugruppe von der Vorder- und Rückseite.

Bildquelle: User Blaubaer Hier nochmal die Einbauposition


Einen besseren Überblick bekommt man durch eine Explosionsdarstellung.
So etwas zu machen? Zeigt die Stärke von CAD-Programmen. Ich kann mich noch gut daran erinnern,
diese Aufgabe von Hand zu zeichnen.

Bildquelle: User Blaubaer

 

[Blaubaer GER OK 712]

Der Zylinderblock ---> Herzstück der Maschine


Diese zentrale Baugruppe vereint die wesentlichen Funktionselemente:

Zylinder: Das Gehäuse, in dem der Dampf expandiert.
Die Besonderheit hier, Alle Steuerkanäle sind realitätsnah konstruiert und bilden den physikalischen Dampfweg korrekt ab.

Kolben: Wandelt die Dampfkraft in lineare Bewegung um.

Kolbenstange: Überträgt diese Bewegung auf den Pleuel.

Steuerblock: Das Gehäuse für die Ventilmechanik. Auch dieser ist funktionsfähig ausgelegt. Das heißt, die internen Hohlräume
und Schieberbahnen entsprechen einer realen Steuerung.

Ein schönes Detail bei der Konstruktion war die Umsetzung der funktionierenden Gewindeverbindung.
In Blender läßt sich so etwas nicht nur optisch, sondern auch geometrisch korrekt mit präzisen Gewindeprofilen modellieren.
In diesem Beispiel sind metrische Gewinde vorgeschrieben. Ich mußte aber auf die angegebenen Gewindesteigungen achten.

Bildquelle: User Blaubaer

Bildquelle: User Blaubaer
Diese Explosionsdarstellung zeig, was in dem Zylinderblock "drinsteckt".

 

[Blaubaer GER OK 712]

Bildquelle: User Blaubaer

Im Drahtgittermodus (Wireframe) wird das detaillierte Innenleben des Zylinders sichtbar. Die realistisch modellierten
Gaskanäle für Dampfzufuhr und -abfuhr sind hier klar zu erkennen. Diese konstruktive Genauigkeit, nicht nur eine äußere Hülle,
sondern ein durchdachtes, funktionales System, war mir bei diesem Projekt besonders wichtig.

 

[Blaubaer GER OK 712]

Die Ventilsteuerung im Detail

Die präzise Ansteuerung der Zylinderfüllung erfordert ein exakt abgestimmtes Zusammenspiel mehrerer Einzelteile.
Um diese Funktionsgruppe zu realisieren, habe ich jede Komponente einzeln konstruiert.

---> Der Exzenter als antreibendes Element,
---> Die Steuerstange zur Kraftübertragung,
---> Der Schieber mit seinen präzisen Paßflächen,
---> Das Steuerventilgehäuse als tragendes Bauteil.

Die folgenden Detailbilder zeigen diese Einzelteile und veranschaulichen, wie sich auch komplexe mechanische Systeme
maßgenau aufbauen lassen.

Bildquelle: User Blaubaer

Bildquelle: User Blaubaer

Bildquelle: User Balubaer

Bildquelle: User Balubaer

Bildquelle: User Balubaer Der Überblick der Einbaulage.........

 

[Blaubaer GER OK 712]

Das Energieleitungssystem:

Diese Detailansichten zeigen die Umsetzung des kompletten Energieleitungssystems. Von der Dampfzufuhr bis zur Abfuhr.
Die Abbildungen dokumentieren:
---> Die Hauptleitungen, (Ein- und Auslass) mit ihren realistischen Biegeradien und Anschlussflanschen.
---> Den Haltebock, Der die Leitungen stabil am Fundament fixiert. Konstruiert mit typischen Montageelementen.
---> Die einzelnen Anschlussstücke und Adapter, Die das System flexibel und vollständig machen.

Jedes Teil wurde eigenständig modelliert, um ein in sich stimmiges, funktionales Gesamtsystem zu bilden. Das ist eine Planungshilfe,
die auch in der Realität umsetzbar wäre.

Bildquelle: User Blaubaer

Bildquelle: User Blaubaer

Bilquelle: User Blaubaer

 

[Blaubaer GER OK 712]

Die Kurbelwellenbaugruppe ---> Kraftumwandlung und Schwungrad:


Diese Baugruppe steht für den klassischen Aufbau historischer Dampfmaschinen. Ihr prägendes Merkmal ist
das massive, offen sichtbare Schwungrad, das nicht nur für einen ruhigen Lauf sorgt, sondern auch
das unverwechselbare Erscheinungsbild bestimmt.
Hinzu kommen die frei liegenden Kurbelwangen, die die rotierende Bewegung kraftvoll zur Schau stellen.
Diese offene Bauweise macht das robuste, mechanische Innenleben sichtbar und verleiht der Maschine
ihren faszinierenden Charakter.

Bilsquelle: User Blaubaer

Bildquelle: User Balubaer

 

[Blaubaer GER OK 712]

Die ersten Schritte – „Es ist kein Meister vom Himmel gefallen“

Bevor es an die großen Baugruppen ging, startete das Projekt mit einer scheinbar einfachen Aufgabe?
Dem Nachbau zweier Anschluss-Fittings.

Diese ersten Objekte haben mich zu Beginn ganz schön gefordert und so manche Lernkurve mit sich gebracht.
Umso mehr freue ich mich, daß sie mir gelungen sind. Ich bin ein wenig stolz darauf. Die Bilder zeigen
diese „Pioniere“ meines Blender-Projekts.

Bildquelle: User Blaubaer

 

[Blaubaer GER OK 712]

Ein abschließendes Wort und eine kleine Enthüllung

Vielleicht ist es dem einen oder anderen aufgefallen? Das Eingangsbild der kompletten Maschine ist in einer Hinsicht
technisch nicht ganz korrekt dargestellt. Der Grund dafür ist ganz profan. Mein Bürorechner stößt bei der Berechnung
solch großer, detaillierter Modelle schnell an seine Grenzen.
Ein kleiner Trick hat mir geholfen, das Bild dennoch zu erstellen. ---> Das Spiegeln von Objekten.<---
So konnte ich die Rechenlast halbieren und trotzdem ein vollständiges Rendering erzeugen.
Manchmal muss man eben kreative Wege gehen!

Ich hoffe, ich konnte mit diesem Einblick den einen oder anderen neugierig machen. Der digitale Modellbau muss kein
teures oder unerreichbares Hobby sein. Vielleicht probiert ja auch jemand von Euch mal ein ähnliches Projekt
mit einem Tool seine Wahl aus?

Zum Schluss möchte ich mich für Euer Interesse bedanken. Ich wünsche viel Spaß beim Lesen und Anschauen der Bilder.

Sende einen herzlichen Gruß in die Runde. Kuddel

---

 

[vhr]

Vor dem Hintergrund der digitalen Souveränität würde mich interessieren,
ob Blender auch unter LINUX läuft ?

 

[Claus Eckert]

Hallo,

schau doch am Besten auf der Homepage von blender.org Da stehen zwei Download-Möglichkeiten für Linux zur Auswahl.

Danke Kuddel für die Beiträge. Mit Blender 3D habe ich mich vor vielen Jahren beschäftigt. Da war das echt sehr kompliziert. Dann war die berufliche Karriereleiter wichtiger.

Aber wenn ich sehe was Du da so machst, hat sich da Einiges entwickelt.
Gerade die Bemaßung und das Erstellen nach Maßangaben hat damals komplett gefehlt. Deshalb war es auch als CAD-Ersatz unbrauchbar.
Das scheint jetzt vernünftig machbar zu sein.

 

[Ragnar]

Ein ganz toller Bericht, Kuddel.
Und jetzt kommt das "aber".
Die Dampfmaschine wird nicht selbst anlaufen.
Dazu brauchst du einen Versatz zwischen den beiden Zylindern.
So wie sie jetzt angeordnet sind drücken beide Kolben gleichzeitig in Richtung Kurbelwelle.
Also ein Zylinder darf nicht auf dem Totpunkt stehen.

 

[Blaubaer GER OK 712]

Moin Ragnar,

Ganz toll beobachtet. Du hast da absolut recht und sprichst ein wichtiges technisches Detail an. Der Versatz zwischen den Zylindern ist
natürlich entscheidend für den selbstständigen Start und die Funktionsweise der Maschine.
Dein technisches Verständnis ist da wirklich top!

Ehrlich gesagt hat die Maschine noch weitere "kreative Freiheiten". Die Ventilsteuerung ist beispielsweise auch nur angedeutet
und würde in der Realität so nicht funktionieren.

Die Spiegelfunktion, die ich verwendet habe, ist tatsächlich hauptsächlich für diese Fehler verantwortlich.
Der Grund dafür ist ganz profan.
Mein in die Jahre gekommener Rechner (immerhin 22 Jahre alt) hat bei der Berechnung dieses komplexen Modells
schlichtweg kapituliert. Die Anforderungen an die Rechenleistung waren einfach zu hoch.

Also musste ich einen kreativen Weg finden. Habe bewußt mit Spiegelfunktionen gearbeitet, um die Rechenlast zu halbieren.
Daß dabei technische Ungenauigkeiten entstehen, war mir bewußt. Es war der einzige Weg, überhaupt ein vollständiges
Rendering zu erstellen.

Ehrlich gesagt bin ich selbst ein bisschen enttäuscht, daß die Maschine nicht technisch korrekt dargestellt ist.
Als Techniker würde ich sie natürlich am liebsten perfekt und funktionsfähig zeigen. ---seufz---

Kuddel

 

[Ragnar]

Moin Kuddel,

ich habe so einige Erfahrungen mit Dampfmaschinen.
Ich habe hier auch eine im Regal stehen.
Zweizylindrig, doppelt wirkend und oszillierend.
Kurbelversatz ist dabei 90°.
Aber nicht selbst gebaut.