Zoals je op deze site wel kunt zien, werk ik veel met fischertechnik. De onderdelen van dat constructie systeem hebben een herkenbaar abstractieniveau dat uitstekend geschikt is voor het bouwen van dynamische functionele modellen. Andere constructiesystemen gaan met hun soms talloze onderdelen veel verder met het nastreven modellen met decoratief realisme. Dit artikel tast de grens tussen functioneel en decoratief af aan de hand van het klassieke fischertechnik spaakwiel. Hierbij is een grote rol weggelegd voor de 3D-printer.
Sommige andere constructiesystemen (we zullen geen namen noemen omdat het 'Lego' is) richten zich met hun soms ontelbare aantallen speciaal gevormde bouwstenen op het (na)bouwen van zeer decoratieve modellen terwijl bij fischertechnik het accent soms juist op de technische functie ligt. Voor de bouwer van decoratieve schaalmodellen van bijvoorbeeld vintage voertuigen, tractoren of stoomtreinen, vormt het vormgeven binnen het abstractieniveau van ons favoriete constructiesysteem daardoor soms een behoorlijk uitdaging. Want, hoe bouw je met de beschikbare, soms vrij ver door-gestyleerde, onderdelen een zo herkenbaar mogelijk schaalmodel? Voor sommigen is de uitdaging hierbij zo puur mogelijk te werk te gaan door zich zonder enige consessie te beperken tot de officeel verkrijgbare onderdelen. Maar het moet toch worden vastgesteld dat fischertechnik zichzelf deze beperking niet altijd oplegt. Voor het bouwen van sommige orginele modellen zijn bijvoorbeeld hulpstukken nodig die zelf uit karton moeten worden geknipt. En bij het model van ‘Classic Line’ stoomwals (39050) wordt bijvoorbeeld voorgesteld het dak van de kabine met dubbelzijdig plakband te bevestigen omdat de veren van het ‘Planierschild’ (36908) aan de verkeerde kant zitten. Deed het ‘creatief faciliteren’ hiermee niet al ver voor de beschikbaarheid van de 3D-printer zijn intrede?
Door het ontbreken van specifieke decoratieve elementen moet er dus soms met fischertechnik iets meer worden gepuzzeld en geïmproviseerd. Vooral bij het bouwen van decoratieve modellen van klassieke automobielen, fietsen, stoomtreinen of andere voertuigen loopt men tegen uitdagingen aan. Het standaard fischertechnikprogramma is hier namelijk niet overvloedig. Het 90 mm ‘Speichenrad’ (19317) in de afbeelding hiernaast blijkt zelfs eigenlijk het enige opengewerkte spaakwiel met echte spaken.
Enkele spaakwielen met kleinere diameters zijn wel te vinden tussen de fischertechnik auto-velgen, maar deze zijn als natuurgetrouw spaakwiel voor een decoratief model slecht bruikbaar. Daarbij is de ‘Felge 20’ (143231) de enige waar echt tussen de spaken doorgekeken kan worden. De ‘Speichenfelge’ (31986) is gesloten en eigenlijk zijn alle auto-velgen sowieso te dik om als klassiek voertuigwiel te kunnen worden gebruikt. Wie kleine spaakwieltjes (17mm) zoekt voor bijvoorbeeld een stoomtrein, en wat van knutselen houdt, kan twee ‘Mini-Speichenräder’ (35171) vinden in het oude differentieel (31043). Kortom, de conclusie kan niet anders zijn dat spaakwielen een zeer ondergeschikte rol in het standaard fischertechnikprogramma spelen.
In het assortiment standaard verkrijgbare Lego onderdelen daarentegen, bevinden zich juist vele modellen en groottes opengewerkte spaakwielen. Hoewel de diameters hiervan voor de bouwschaal van fischertechnikmodellen wat aan de kleine kant zijn. Om deze lacune op te vullen zijn er zelfs online webshops te vinden met speciale 3D-geprinte Lego-wielen voor modellen van treinen en klassieke voertuigen.
Voor fischertechnik vond ik deze mogelijkheid nog niet. Dit was voor mij als bezitter van een 3D-printer en enkele 3D-skills natuurlijk een mooie uitdaging toen ik van verschillende kanten werd gevraagd mee te denken over aanvullende diameters, kleuren en uitvoeringen van spaakwielen voor het bouwen modellen vintage voertuigen, tractoren en stroomtreinen. Deze vragen kwamen toevallig precies op het moment dat ik zelf ook behoefte had aan enkele 3D-geprinte ontwerpvarianten van spaakwielen.
Wie het productprogramma van fischertechnik overziet, kan niet anders dan tot de conclusie komen dat het spaakwiel hier geen bijster grote rol in speelt. Behalve de hierboven genoemde kleine autovelg is er dus slechts één echt spaakwiel met een diameter van 90 mm. Dit wiel is vrij ver doorgestyleerd en uitgerust met acht spaken van 4 mm dikte. Het wiel heeft bovendien een relatief breed loopvlak van 15 mm. Mogelijk is dit een ontwerpcompromis waardoor het onderdeel zowel als band-aangedreven vliegwiel of (met enige fantasie) als normaal voertuigwiel kan worden gebruikt. Maar bij een gangbare schaal 1:20 oogt dit al vrij grof. Alleen bij bijvoorbeeld tractoren komen zulke brede wielen natuurgetrouw over. Daar komt bij dat de meeste klassieke (stoom)voertuigen vaak diverse diameters wielen vergen. Wie andere diameters van het spakenwiel zoekt, zal deze zelf moeten maken.
Als enige kleinere variant stelt fischertechnik zelf in de bouwdozen ‘Classic Line’ van stoomwals (39050) en de mobiele stoommachine (19321) het gebruik van de ‘Schwungscheibe’ (39006), waarin acht rode ‘spaken’ (Rastachse/V-Achse 20, 31690) geplaatst kunnen worden, voor. Dit wiel, in afbeelding 2, heeft een diameter van ~60 mm maar is aan één zijde gesloten waardoor er niet tussen de spaken doorgekeken kan worden. Zuiver ronde spakenwielen met andere diameters omvat het onderdelenprogramma niet en de met Statika ‘Bogenstücken’ van 30 en 60 graden gemaakte spaakwielen zijn voor de meeste voertuigen veel te groot. Wie andere diameters spakenwielen wil maken, is daardoor aangewezen op veelhoeken die uit bouwstenen en hoekstenen zijn opgebouwd.
Terwijl ik bezig was met de restauratie van een oud origineel fischertechnik-model, werd duidelijk dat het originele ‘Speichenrad 90’ in zwart (36916) niet meer gefabriceerd, en daardoor zeer slecht leverbaar, is. Het leek me daarom een mooie vingeroefening om als eerste dit klassieke wiel in 3D te modelleren en te gaan printen. Omdat de acht (4 mm) spaken van dit wiel niet plat op het printbed geprint kunnen worden, experimenteerde ik met enkele manieren van printen. Het printen met een, na het printen te verwijderen, steunconstructie is het eenvoudigst. Het verlies aan printtijd en materiaal is echter bij deze diameters aanzienlijk. Bovendien moeten de spaken aan de steunzijde worden nabewerkt en met de hand glad gemaakt worden. Ik experimenteerde daarom ook met het printen van twee helften die na het printen verlijmd konden worden met secondenlijm. Deze methode heeft zeker de voorkeur voor de wat grotere wielen, of bij de wielen die aan beide zijden een hoog niveau van detail vereisen.
Bij antieke voertuigen zijn soms niet alle diameters van de wielen gelijk. De voorwielen zijn soms kleiner uitgevoerd dan de achterwielen en zelfs het spaakwiel van 90 mm is voor modellen op schaal 1:20 hiervoor al vrij groot. Soortgelijke spakenwielen van 60 en 75 mm zouden een mooie toevoeging zijn en de bouwmogelijkheden voor decoratieve (en wellicht ook functionele) modellen meteen al sterk verbeteren. Het lukte vrij vlot om enkele aanvullende varianten te ontwerpen en printen. De breedte van het loopvlak is hierbij proportioneel verkleind naar 10 mm in plaats van de 15 mm van het originele 90 mm spakenwiel.
Geïnspireerd door de constructie van de eerste generatie automobielen, ontwierp ik enkele extra aandrijfmogelijkheden. Voor het realiseren van een kettingaandrijving, zoals bij veel van deze klassieke voertuigen, biedt fischertechnik op zich wel reeds voldoende mogelijkheden. Maar bij de oplossingen met een naaf-montage kunnen alleen relatief grote tandwiel-diameters worden gebruikt en bij montage met een spantang vergen deze relatief veel inbouwdiepte. Bovendien zijn deze klem-mogelijkheden alleen in rood leverbaar binnen het standaard fischertechnik onderdelenprogramma.
Om de ‘transparantie’ van het open spakenwiel zoveel mogelijk te behouden, ontwierp ik een tandwielkrans dat voor de bevestiging geen aparte naaf op de centrale as vereist. Dit ‘Clip-On’ Z34 tandwiel kan worden vastgeklikt op de spaken van het spakenwiel door middel van vier 'Rastadapters' (36227). Het tandwiel kan met een ander tandwiel of met een ketting, worden aangedreven en vanzelfsprekend in verschillende kleuren geprint worden. De afbeelding tonen de uitvoering en een toepassing van dit tandwiel.
Een authentieke aandrijfmethode die ook vandaag de dag nog regelmatig wordt gebruikt, is door middel van een krans met binnenvertanding. Met enig experimenteren was ook deze in een geschikte modulo 1.5 variant te ontwerpen. Het resultaat is zichtbaar in afbeelding 6. Doordat de tandkrans direct op de spaken is bevestigd, behoudt het wiel zijn open spaken-structuur. Merk op dat ik inmiddels ook banden voor deze spakenwielen geprint had. Hierover later meer.
Beide aandrijfmethoden zijn goed toepasbaar bij het bouwen van antieke automobielen. Het wiel zelf is een nauwkeurige kopie van het originele 90 mm spaakwiel, hierdoor kunnen de standaard fischertechnik naven worden gebruikt.
Bij de grotere spakenwielen is montage op de reguliere wijze, met standaard naaf (31014), een uitstekende oplossing. Zie bijvoorbeeld het wiel met een diameter van 10 cm (afbeelding 9) dat met het smallere loopvlak van 10 mm bedoeld is als prototype voor een antieke automobiel.
De rode naaf valt bij dit zwarte wiel echter erg op en er zijn helaas geen andere kleuren naven leverbaar in het standaard fischertechnik-programma. Om deze reden deed ik enkele experimenten met het zelf printen van de fischertechnik-naven. De voorlopige conclusie is echter helaas dat de methode (FDM) en het gebruikte printmateriaal (PLA of PETG) van de meeste hobby 3D-printers hiervoor niet toereikend is. Door de manier van printen (losse lagen) en de broosheid van het materiaal is het niet eenvoudig onderdelen te printen met een taaiheid die vergelijkbaar is met de spuitgegoten kunststof onderdelen van fischertechnik zelf. Het materiaal is te broos om de torsiekrachten bij het strak aandraaien te weerstaan en de kwetsbare losse lippen van het naaf-deel kunnen dan snel afbreken.
De zelfgeprinte onderdelen van PLA of PETG hebben een uitstekende vorm- en slagvastheid, maar bezitten dus niet de taaie veerkracht die noodzakelijk is voor voldoende klemkracht op de as bij toepassing als naaf of spantang. Wellicht zal ik in de toekomst nog doorgaan met verdere experimenten, maar voor nu lijkt het voor decoratieve modellen zinvoller de bekende rode naven simpelweg met een spuitbus kunststofverf in de gewenste kleur te bewerken.
De foto hiernaast geeft een beeld van enige experimenten met het printen van de naven in andere kleuren. De blauwe naaf is geprint met het flexibele 'flex'-filament. Helaas lukte het me nog niet kleinere details (zoals het schroefdraad) hiermee ook met de noodzakelijke precisie te printen.
De volgende stap was het brengen van enige variatie in de beschikbare spaakwielen-diameters. Hierbij liep ik er al snel tegenaan dat bij kleinere diameters (kleiner dan 50 mm) de standaard fischertechnik naaf relatief veel ruimte in begint te nemen. Een standaard naaf (31014) heeft reeds een diameter van 25,5 mm waardoor de ring in het center van het wiel al snel zo’n 28 mm zal zijn. Zoals in de afbeelding zichtbaar is, begint dit bij een wieldiameter van 60 mm reeds relatief groot te worden. Bij wieldiameters onder de 40 mm zullen er zelfs helemaal geen spaken meer zichtbaar zijn.
Om deze reden zocht ik nog even door naar alternatieve manieren om het wiel op de as te monteren. Montage met ‘Rastaschen’ ligt voor de hand en zou de noodzakelijke naafruimte minimaliseren. Helaas is een Rastasche in het montagepunt altijd enigzins beweeglijk en kan het wiel dan niet al te veel vertikaal belast worden en vertikaal draaiende wielen zullen snel zichtbaar ‘wiebelen’.
Een stuk steviger zou de montage met spantang (35113) zijn. De huls in het wiel hiervoor beperkt zich dan tot slechts 11 mm. Dat is een aanzienlijke verbetering, maar de montagediepte van het wiel op de as neemt hierdoor wel aanzienlijk toe. Een compleet gemonteerd wiel is in het center hierdoor bijna 22 mm dik. Om deze reden leek het mij beter om voor de kleinere diameters de fischertechnik klik- en klem-methoden te verlaten en een simpele huls met inbus-borgschroef aan deze wielen te ontwerpen. Deze afwijkende montagemethode gaat grotendeels schuil achter het wiel zelf, en valt daardoor tevens nauwelijks op terwijl het wiel aan de buitenzijde mooi plat kan worden gehouden. Dit laatste is ook functioneel van belang als, bijvoorbeeld bij spaakwielen van treinmodellen, drijfstangen moeten kunnen passeren.
Het doorbreken van het monopolie van de ‘Schwungscheibe’ als kleinste ondoorzichtige (pseudo-)spakenwiel vergt dat we onze miniaturisering zullen moeten voortzetten. Maar het verschalen is echter vanzelfsprekend niet traploos mogelijk. Belangrijk is te realiseren dat de maat van de standaard fischertechnik naaf gelijk blijft. Als het wiel esthetisch in proporties wil blijven, zullen zaken als spaakdikte (standaard 4 mm) en de breedte van het loopvlak derhalve ook moeten worden meegeschaald. De mogelijkheid bestaat dat we ons hiermee buiten de gevoelsmatige mate van ‘gestyleerdheid’ van de standaard fischertechnik onderdelen gaan bewegen. Voor mijzelf zit er gevoelsmatig ergens rond de 50 mm een stap naar een spaakdikte van 2 mm en een wielbreedte van 5 mm, maar dit is zuiver subjectief natuurlijk.
Deze visuele overgang is weergegeven in de afbeeldingen hieronder. Merk op dat omwille van de duidelijkheid de zwarte trein-flensband andersom is omgelegd. Meestal zal de as-bevestiging immers aan de achterzijde van het wiel moeten zitten. Beide afbeeldingen zijn visualisaties van de ontworpen hypothetische wielen. Voor het modelleren, visualiseren en animeren in 3D gebruikte ik Blender. Het wiel rechts printte ik later daadwerkelijk en is verderop te zien.
Het experimenteren met spaakwielvarianten wakkerde een oud idee opnieuw aan. Geheel toevallig had ik twee keer in relatief korte tijd in musea replica’s van de Benz Patent Motorwagen gezien. Eerst in het Technoseum in Mannheim tijdens mijn bezoek aan de BUGA23, later in het Mercedes-Benz Museum in Stuttgart. Dit antieke voertuig heeft een soort fietswielen met veel spaken. Het enige type spaakwiel met acht spaken van 4 mm dikte in het fischertechnik-programma is hiervoor, zelfs als we hiervoor de zwarte variant zouden nemen, vanzelfsprekend veel te ver door-gestyleerd. Bovendien zijn voor een enigzins decoratief en herkenbaar model twee verschillende diameters van dit spaakwiel nodig.
De mogelijkheid te ontwerpen en te printen, maakt het voor deze wielen mogelijk een gedetailleerder abstractieniveau op te zoeken. Dit leidde tot de spaakwielen met veel meer en veel dunnere (1 mm) spaken zoals hiernaast te zien is.
Met nog enkele andere maatwerken (klein Z15 tandwiel met inbus-schroef voor de kettingaandrijving en een bouwsteen waarmee de voorwiel-vork kon worden gemaakt) kon met deze gedetailleerde spaakwielen een decoratief model van de Benz Patent Motorwagen I uit 1886 gemaakt worden. Natuurlijk met een (nazaat van) Bertha Benz op de bok.
Wanneer er op schaal 1:10 gebouwd wordt, vereisen decoratieve treinmodellen eigenlijk nog kleinere diameters spaakwielen. Op verzoek van een clublid experimenteerde ik met diameters van 30, 35 en 45 mm met een schacht met inbus-schroef voor de montage op de as. Voor het 45 mm treinwiel ontwierp ik bovendien een variant met een draaipunt voor de karakteristieke drijfstangen van stoomtreinen (zie afbeelding 19). Als drijfstangen kunnen ‘Statika Streben’ dienen. Voor een ander toepassingsvoorbeeld ontwierp ik echter iets slankere stangen, die meer het ontwerp van de BSB Lok Gelenkschieber-Kurbelstange (36917) volgen. Voor het experimenteren met de verchroomde metalen 4 mm fischertechnik assen ontwierp ik een vergrote ‘Achsadapter (31422), zie afbeeldingen.
Het standaard fischertechnikprogramma biedt weinig mogelijkheden om spaakwielen banden te geven. Alleen voor de kleinste fischertechnik spaakvelg is een ‘Rennreifen’ (31237) beschikbaar. Voor andere spakenwielen worden eigenlijk geen banden voorgesteld en is men overgeleverd aan de eigen creativiteit. Bij het 90 mm spaakwiel kan bij wijze van loopvlak de zwarte rubberen ‘Raupenband Gummi 230’ (31057) uit o.a. uit mot1 en mot2 dozen worden omgelegd, maar deze is eigenlijk te smal voor dit 15 mm brede wiel. De brede rubberband in de afbeelding hiernaast is van ander speelgoed afkomstig en eigenlijk te breed, maar zou eventueel voor een tractormodel kunnen worden gebruikt. Al met al tekent zich de wens af meer bruikbare diameters, kleuren en soorten banden, bijvoorbeeld speciale banden voor treinen of tractoren, ter beschikking te hebben.
Het ontwerp van een geschikte band, die dan om het betreffende spaakwiel kan worden gelegd, is vanzelfsprekend relatief eenvoudig. Om deze reden experimenteerde ik met diverse diameters en breedtes. In sommige van de voorgaande afbeeldingen in dit artikel zijn de resultaten hiervan reeds zichtbaar.
Voor speciale toepassingen kunnen natuurlijk toepasselijke loopvlakken of banden worden ontwikkeld. Zoals ‘flens-banden’ voor treinen of banden voor tractor-modellen waarbij de ribben op het loopvlak vergelijkbaar zijn met het profiel op de verkrijgbare fischertechnik banden in de kleinere diameters. De hierboven getoonde tractorbanden kunnen direct op de standaard 90 mm spakenwielen worden gebruikt en ogen stijlvoller dan een eenvoudig rubber-elastiek. Merk op dat de juiste richting van het profiel twee verschillende banden vereist.
Door het zelf toevoegen van kleuren en diameters spaakwielen aan het standaard fischertechnik onderdelenprogramma kunnen de mogelijkheden voor het bouwen van decoratieve modellen van antieke voertuigen of treinen enorm worden uitgebreid. Montage van de wielen op Rastaschen is mogelijk, maar in de praktijk weinig stabiel en vooral bij de kleinere diameters breekt het zich op dat de standaard naaf 31014 (die bovendien helaas alleen in rood leverbaar is) visueel steeds overheersender wordt. De spantang 35113 kent weliswaar een kleinere diameter, maar vereist daarentegen helaas een relatief grote inbouwdiepte. Montage met een kleine huls met inbus-schroef lijkt een prima (bijna onzichtbaar) alternatief.
Bepalender zijn wellicht de visuele aanpassingen als het aantal spaken of de spaakdiameter in het wiel. Esthetisch gezien zoeken we immers met elke uitbreiding aan bouwmogelijkheden de grens van het herkenbare en vertrouwde abstractieniveau van fischertechnik op. Ieder zal voor zichzelf moeten bepalen of dit een geweldige kans of een te zware concessie is. In de meeste gevallen zal het waarschijnlijk een uitstekende aanvulling zijn aangezien qua spaakwielen bij fischertechnik de keuzemogelijkheden erg beperkt zijn.
Mogelijke toekomstige aanvullingen op mijn zelfontworpen ‘spakenwiel-programma’, en de spaakwiel-types waarmee ik reeds experimenteerde vindt u in de online catalogus.