Vor ein paar Tagen habe ich ein vorgefrästes Bauteil aus Patrick Bengs‘ Bausatz des Stirlingmotors «Rainer» leider geschrottet 😱😳
Wie kam’s? Nun, Herr Bengs hat in seiner Konstruktion/seinem Bauplan an dieser Stelle einen Übergang zwischen zwei miteinander zu verschraubenden Bauteilen von einen quadratischen (6.0 mm Kantenlänge) Vierkant auf einen ø 4.0 mm Rundquerschnitt vorgesehen, welchen ich einigermassen lieblos fand. Ich wollte den 6×6 quadratischen Querschnitt zumindest auf einen ø 4.0 Kegelstumpf «übergehen» lassen. Etwa so:
Dazu muss man eigentlich einen kleinen Kegel drehen. Aber da ich nach dem Drehen des letzten Kegels den Oberschlitten meiner Drehbank mit Hilfe eines Messdorns und einer Messuhr bereits wieder peinlich genau auf Bett-Parallelität einjustiert hatte, scheute ich den erneuten Aufwand wegen einer nur geringfügig erscheinenden Verschönerung. Damit war das Desaster vorprogrammiert 🙄
Zunächst einmal ist es nicht ganz trivial, ein Werkstück mit einem rechteckigen Querschnitt von 6 x 10 mm in ein Dreibackenfutter zentrisch einzuspannen. Herr Bengs hatte aber in der Bauanleitung zu seiner Dampfmaschine Danni einen passenden Trick verraten: das Bauteil in eine geschlitzte runde Hülse mit Innendurchmesser gleich der Diagonale des eigentlichen Bauteilquerschnitts einschieben. Dann die Rundhülse spannen, und durch den längs zur Hülsenachse verlaufenden Schlitz klemmt diese dann das innenliegende Bauteil mit Rechteckquerschnitt ein.
Die Diagonale eines Querschnitts von 6 x 10 mm ist fix zu ≈ 11.66 mm errechnet. Meine Hülse müsste also einen Innendurchmesser von etwa 11.5 mm aufweisen (zufällig hatte ich einen derartigen Bohrer). Schnell meinen kleinen Materialvorrat durchsucht: tatsächlich hatte ich noch ein Stück Alu Rundmaterial von ø 14 mm. Das mit ø 11.5 mm durchbohrt würde eine Wandstärke von 1.25 mm übrig lassen. Ich erinnere mich, dass ich das eigentlich etwas knapp fand, aber es würde wohl für eine derartige Kleinigkeit reichen. Das erwies sich als meine zweite Fehleinschätzung.
Und dann der Drehstahl: ich entschied mich für den folgenden, weil er bereits eine «schräg» zum Querschlittenvorschub liegende Schnittkante aufweist welche meinem Vorhaben, einen kleinen kegeligen Übergang zu drehen, entgegen zu kommen schien:
Wenn man einen Vierkant «anfasen» will, hat man es zunächst mit einem «unterbrochenen Schnitt» zu tun, d.h., die Schnittkante des Drehstahls (bzw. dessen Wendeschneidplatte) ist nicht ununterbrochen im Eingriff, was zu einer stoßförmigen Belastung / Entlastung aller beteiligten Komponenten führt. Da ich mich nicht mit einer kleinen Fase begnügen wollte sondern die volle Länge von 6 mm anschrägen wollte, wuchsen die stoßartigen Schnittkräfte mit zunehmender Zustellung des Querschlittens derart an, dass es schliesslich das Werkstück samt Hülse aus der Einspannung gerissen hat. Wodurch es zu Kaltverformung und unkontrolliertem Materialabtrag kam. Jedenfalls ist das Bauteil nun Schrott. 🥲
Was also tun? Herr Bengs kennt offensichtlich die Tücken der Metallbearbeitung, und auch seine «Pappenheimer». Jedenfalls bietet er einen umfassenden Ersatzteilservice an um evtl. misslungene oder zerstörte Bauteile nachbestellen zu können. Wäre anderenfalls auch zu ärgerlich, wenn wegen eines einzigen misslungenen Bauteils im Wert eines niedrigen einstelligen Frankenbetrags ein kompletter Bausatz im Wert eines dreistelligen Frankenbetrags abgeschrieben werden müsste.
Es hätte also alles so einfach sein können. Allerdings hatte ich besagten Ersatzteilservice gerade einmal zwei Tage vorher bereits in Anspruch genommen, und es wäre mir echt peinlich gewesen, so kurz darauf eine erneuten Stümperei meinerseits beichten zu müssen. Gab es sonst noch Optionen?
Ich erinnerte mich an das 26-wöchige Pflicht-Praktikum, welches ich als junger Student des Maschinenwesens an der RWTH Aachen absolvieren musste, in dessen Verlauf ich eine gefühlte Ewigkeit lang, tatsächlich jedoch nur ca. zwei Wochen lang das unter Auszubildenden aller Metallberufe berüchtigte U-Eisen allseitig befeilt hatte. Und dabei erfahren hatte, welche erstaunlichen Ergebnisse man durch den Einsatz von Kraft, Ausdauer, Sorgfalt, richtiger Technik und der geeigneten Hilfsmittel wie Schrupp- und Schlichtfeilen, Kreide und Feilenbürsten, Winkel und Haarlinealen erzielen kann.
Auch kam mir Michelangelo in den Sinn, welcher einem groben Marmorblock offensichtlich angesehen hatte, dass da der berühmte David drinsteckt. Wenn man nur alles Überflüssige drumherum entfernt …
Und so durchsuchte ich erneut meinen Materialvorrat und wurde fündig bei einer vollen Länge eines Messing Vierkants von 10 mm Kantenlänge. Da ich immer noch den Gedanken an den kegeligen Übergang im Kopf hatte, habe ich meine Drehbank auf mein Vierbackenfutter umgerüstet, um den Vierkant angemessen und sicher einspannen zu können. Anstatt der Krücke einer unangemessen schwachen Alu-Hülse in einem Dreibackenfutter.
Leider (an dieser Stelle) weist mein Vierbackenfutter einzeln verstellbare Backen auf. Das gibt diesem Futter zwar einen sehr breiten und vielseitigen Einsatzbereich. Allerdings ist es absolut mühsam, wenn man bereits regelmässig vierkantige Werkstücke zentrisch einspannen möchte. Hier muss man tatsächlich zweimal(!) sehr aufwendig mittels Messuhr jeweils zwei gegenüberliegende Oberflächen zentrieren. Eine Aufgabe, die je nach Anspruch durchaus einmal eine volle Stunde oder sogar mehr in Anspruch nehmen kann.
An dieser Stelle habe ich das Vierbackenfutter tatsächlich nur als sehr stabilen und komfortablem Schraubstock-Ersatz genutzt, da ich in meiner sehr beengten Werkstatt keinen Platz für einen fix montierten Schraubstock habe.
Gegen Ende der Zielerreichung habe ich in immer kürzeren Abständen mittels Mikrometerschraube an sechs Positionen (links, mitte, rechts, jeweils vorne und hinten) die Gleichmässigkeit des Materialabtrags kontrolliert und angepasst.
Den Zwischenstand nach einseitigem Materialabtrag finde ich schon einmal ganz manierlich gelungen:
Schliesslich habe ich – Stunden später – das Ziel des beidseitigen Materialabtrags um je 2.00 mm ziemlich gut getroffen 💪 …
Die sehr sorgfältig zentrierte Einspannung habe ich dann doch noch genutzt, um die Anschlussbohrung mit Gewinde einzubringen, und den ursprünglich kubischen «Zapfen» zu verrunden:
Nun hatte das Vierbackenfutter seine Schuldigkeit getan und es war wieder echte Handarbeit angesagt:
Vor dem Aussägen des mittleren Materials habe ich noch die Querbohrung mitsamt Gewinde eingebracht, weil das volle Material dem Körnen einen zweckdienlichen Widerstand entgegensetzt und keine Gefahr besteht, dass sich ein bereits ausgearbeiteter Zinken des Gabelkopfs unter einem Körnerschlag verbiegt.
Inzwischen ist das Werkstück mit den übrigen Bauteilen seiner Baugruppe vereint und weich verlötet. Ich finde, der Aufwand hat sich gelohnt und es ist gut geworden:
Lessons learned
- Es zahlt sich selten aus, im Modellbau eine Abkürzung nehmen zu wollen.
- Pessimisten würden den Einsatz von zwei vollen Tagen Lebenszeit für diese Arbeit als Verschwendung ansehen.
- Mir hat die Arbeit Spaß gemacht und ich freue mich darüber, dass ich Gelegenheit hatte, meine Erinnerung an die Leistungsfähigkeit rein manueller Bearbeitungsverfahren mit so archaischen Werkzeugen wie Schlüsselfeilen wieder aufzufrischen zu können. Eine Erfahrung, auf die ich in nächster Zeit sicher gerne wieder zurückgreifen werde.