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Meine Car System Teststraße

Die Teststrecke enthält zwei Ebenen, um das Verhalten der Fahrzeuge auf Steigungen zu testen. Es ist ein kurzes Stück Schmalspurgleis verlegt, welches einen Bahnübergang besitzt, der so spitzwinklig angeordnet ist, wie der in der Planung der Anlage. Winkel um 90° stellen kein Problem dar. Je spitzwinkliger, desto schwieriger. Und die Teststrecke soll die minimalen Radien der späteren Straßen herausfinden.

Skizze Teststrasse

Die Maße im grünen Teil der Zeichnung sind natürlich mm statt cm, aber das kapiert mein CAD-Programm nicht, wenn ich einen Teil der Zeichnung in einem anderen Maßstab mache. Nachträgliche Änderungen: Der kleinste Radius unten wurde von 5,8 auf 7,4 cm erweitert, die Höhe zwischen den Elementen wurde auf 4,7 cm erhöht, damit meine kleine H0e Spreewaldlok auf den Gleisen drunter passt und die Kurvenform auf der oberen Ebene (unterer, blauer Teil der Zeichnung) wurde angepasst (siehe Video unten). Das Stück zwischen den Gleisen am Bahnübergang wurde nicht mit Messingprofilen und Auffüllen mit Spachtelmasse ausgeführt, sondern mit einem einfachen Stück Flugzeugsperrholz (1,5 mm dick). Fehlende Maße: Die gesamte Konstruktion ist 28 cm breit.

Der kleinste Radius

Ausgangspunkt meiner Modellbahn-Anlage ist der Bahnhof Wilischthal im Erzgebirge. Das Empfangsgebäude liegt an einer schmalen Stichstraße, die keinen Durchgangsverkehr hat, sondern auf der Ladestrasse zwischen Regel- und Schmalspurgleisen endet. Die Gleispläne des Bahnhofs geben die Situation gut wieder. Die Stichstraße ist dort als "Zufahrtsstraße" gekennzeichnet, die Ladestraße als "Bahnsteig" zwischen Gleis 7 und 8. (Dort gab es allerdings nie einen Bahnsteig, man musste von ebener Erde aus in die Personenwagen der Schmalspurbahn klettern). Um das Bild der Ladestrasse nicht vollkommen zu verschandeln, müssen die Car System Fahrzeuge, die den Bahnhof anfahren, auf etwa 11 cm wenden. Daher trat zunächst die Beschäftigung mit dem minimalen Radius in den Mittelpunkt meiner Überlegungen.

Die Teststrecke wurde dazu mit einem kleinsten Radius von 5,8 cm gebaut, wobei außen herum zum Auffangen "ausgebrochener" Fahrzeuge ein weiteres Magnetband mit 11 cm Radius angeordnet ist. Es zeigte sich schnell, dass keines der drei vorhandenen Fahrzeuge den Radius schaffte, ohne auszubrechen.

Der Ingenieur in mir suchte dann zunächst einmal nach dem Grund. Dieser musste irgendwo zwischen Radstand und maximalem Lenkwinkel zu suchen sein. Ein paar Skizzen und das Fräsen neuer Radien auf der Teststrecke bestätigten mich. Der minimale Radius berechnet sich aus:

Formel Radiusberechnung

mit: R Radius des Magnetbandes, d: Abstand der Achsen am Fahrzeug, α: maximaler Winkel des Lenkausschlags

Den berechneten Wert multipliziere ich dann noch mit 1,1, um 10% Sicherheit zu berücksichtigen. Die Oberfläche ist nie ganz eben, daher ist ein wenig Sicherheitsaufschlag immer nötig.

Ich habe derzeit drei Fahrzeuge. Einen Robur Bus mit 3,8 cm Achsstand, einen IFA H6 mit 5,1 cm Achsstand und einen Wartburg mit 2,8 cm Achsabstand. Alle Lenkstangen liessen sich um rund 30° drehen mit Ausnahme des PKW, dort war es etwas weniger. Der minimale Radius ist also im Wesentlichen eine Frage des Achsabstandes des fahrenden Modells. Bei 30° Lenkeinschlag ist der Mindestradius (ohne Sicherheitszuschlag) genau doppelt so groß, wie der Achsstand der Fahrzeuge. Klare Konsequenz daraus ist, dass die Strecke am Bahnhof und die Ladestraße von Modell-Wilischthal nur durch Fahrzeuge mit kurzem Achsstand angefahren werden dürften. Wie das unterschieden wird, erkläre ich auf diesen Seiten, wenn es gebastelt ist und funktioniert. Die weiteren Tests an der Teststrecke werden sich nur noch auf Bus und Wartburg beschränken, da der H6 mehr als 10 cm Mindestradius hat, und damit einige der Kurven nicht schaffen kann. Die Test-Fahrten der Fahrzeuge bestätigen die Mindest-Radius-Theorie jedenfalls eindrücklich.

Aufgrund der Ergebnisse habe ich direkt einmal die Bestände bereits vorhandener Fahrzeuge untersucht und festgestellt, dass viele Fahrzeuge (LKW Skoda, Altbau-IFA) eher 5 cm Achsstand haben, als weniger (IFA W50 hat nur 3,9 cm) und somit einen Mindestradius von rund 10 cm benötigen werden. Das bedeutet auch für die Planung der MoBa, dass die Wendekreise, die an den Enden der Straßen eingerichtet werden sollen, eine Mindestbreite von 35 cm bekommen müssten, damit alles sicher wendet. Der Radius des Magnetbandes sollte 15 cm betragen und je 2,5 cm Fahrbahnbreite links und rechts hinzu gegeben werden.

Ich beobachtete nun faziniert, wie der kleine Bus um die Kurven fuhr. Je länger ich schaute, desto klarer wurde mir, dass gerade bei der Einfahrt in die Kurve das Fahrzeug nicht gleich mit vollem Lenkeinschlag wendete, sondern erst langsam sich der Kurvenform annäherte. Das führt z.B. dazu, dass selbst die zu enge Kurve von R=5,8 cm vom Bus zunächst problemlos angefahren wurde, während des weiteren Kurvenverlaufs aber nicht gehalten werden konnte. Der Vergleich mit der Realität ergab, dass ich, wenn ich eine scharfe Kurve fahren will, die Lenkung so schnell wie möglich bis zum nötigen Maximum einschlage und nicht erst langsam am Lenkrad drehe. Das Car System Fahrzeug verhielt sich in einer Kreiskurve zunächst jedoch anders. Dieses erreicht erst nach gut einer Fahrzeuglänge den vollen Lenkausschlag. Wenn man die Realität im Modell umsetzen will, so musste man wohl zu Beginn der Kurve gleich mal einen radikalen Knick vorsehen, um dann in die mit einem Zirkel gezeichnete Kurve (mit Rmin) über zu gehen. Geht das? Das folgende Video der Teststrecke zeigt es (die ursprüngliche Spur entsprechend der oben gezeigten Skizze ist noch schwach als gefräste Linie zu erkennen)

Natürlich sollte der Anfangswinkel nicht wesentlich größer als der maximale Lenkausschlag sein (etwas größer wird aber vorraussichtlich gehen). Ferner sollte das Magnetband an dem Knick auf keinen Fall unterbrochen sein, da sonst die Lenkmagnete gerne kurz mal "hüpfen", was dazu führt, dass die Fahrzeuge geradeaus weiter fahren werden, statt die Kurve zu nehmen. Den Kurven-Knick hätte ich zusätzlich auch zu Anfang der S-förmig anschließenden Kurve vorsehen können, damit das Fahrzeug auch dort schneller von der einen Richtung auf die andere wechselt. Ist nicht ausgeführt worden, weil ich ja überhaupt erstmal sehen wollte, ob es in der Realität geht, was die Theorie versprach.

Da ich mit dem Robur Bus einen Achsstand von 3,8 cm gemessen habe und die Lenkung mehr als 30° Ausschlag erreicht, berechnet sich der minimal mögliche Radius der Kurve zu 8,4 cm (Sicherheit bereits eingerechnet). Aus dem Winkel des jeweiligen "Knicks" am Anfang der Kurve und dem tatsächlichen Radius errechnet sich die Breiteneinsparung:

Formel Radiusberechnung

mit: x: gesparte Breite der Wendestelle, R Radius des Magnetbandes, β: Winkel des Knicks zu Beginn der Kurve

Alles schön und gut, werden Sie sich jetzt vielleicht fragen, aber das reicht doch nicht für die Anforderung (Wenden auf 11 cm breiter Ladestraße). Stimmt. 8,4 cm minimaler Radius, den der Bus noch fahren kann ergeben 16,8 cm Durchmesser. Abzüglich 2,5 cm Ersparnis aber zzgl. der nötigen Breite links und rechts von der Fahrspur (Minimun je 1,5 cm, wenn keine weit überhängenden Busse eingesetzt werden, die ihre Lenkung sehr weit hinter der Vorderkante des Fahrzeuges haben) ergibt sich eine Fahrbahnbreite von 17,3 cm. Also muss eine andere Lösung her. Aber darüber denke ich schon nach.

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© Hans J. Garvens