Garden railway

Train de jardin

Edit:26 mai 2017, Cre:29 janv. 2017

Monorail

Modèle réduit de monorail, à l'échelle d'un train de jardin (1:22.5), librement inspiré du Schwebebahn de Wuppertal, Allemagne.

1rst photos

Introduction

C'est un projet que Je souhaitais déveloper depuis un certain temps. Les monorails modèles réduit à cette échelle sont très rares et il n'y a rien de disponible dans le commerce. Je trouve ce style de modèle intéressant et crois que celà peut être un ajout intéressant à un réseau de jardin.
Attendant la livraison d'une imprimante 3D, J'ai développé ce modèle de monorail avec toutes les pièces mécaniques à réaliser en impression 3D. J'ai une nette préférence pour les monorails suspendus et me suis inspiré du Schwebebahn dont la mécanique est d'une grande simplicité..
Le point critique était le bogie moteur. J'ai dévelopé un carter moteur spécirfique réutilisant les pièces d'un vieux moteur LGB de Stainz "1".

Les voitures ne sont pas un modèle du Schwebebahn, J'ai utilisé des caisses disponibles dans le commerce (fabriquées par Newqida) qui n'ont pas de portes latérales. J'ai ajouté une cabine de conduite, un balcon arrière et une structure de support de sol. J'aime bien l'idée d'un balcon ouvert à la manière des tramways de la fin du 19ème siècle (et du début du 20ème).

Le modèle n'est pas tout à fait terminé (il manque la voie et le jardin!) mais la plupart des composants sont réalisés et testés.

Spécifications :

Échelle : LGB so approximately 1/22.5. Les voitures standards sont un peu trop large pour un monorail.
Inclinaison +/- 20° et +/-15° s'il y a un rail d'alimentation (Schwebebahn:+/- 15°)
Motorisation: Moteur LGB, avec un carter imprimé en 3D.
Rail: tube 8mm de diamètre
Diamètres des roues : 44mm à l'axe du rail
La poutre support de rail peut être soit un tasseau de bois, soit un tube PVC diamètre 32 (dans le cas d'un usage extérieur). Je ne recommande pas l'utilisation de lames de terrasses en polyéthylène qui se dilatent trop au soleil.
Rayon minimum de virage avec la géométrie et les articulations définies: 600mm (ce qui permet de faire un quart de cercle avec une poutre de 1m de long). Avec ce rayon, le diamètre du rail doit être réduit à 7mm dans les courbes.
Alimentation électrique: Batterie ou rail d'alimentation double.
On pourrait utiliser les voitures de tramway LGB 'tel que'. Une autre possibilité serait d'utiliser l'ensemble LGB/Toytrain ICE pour avoir un aspect moderne.
Les voitures sont modifiées avec de la carte et des profilés plastique (styrène/ABS/PVC), aussi il faut utiliser des voitures construites dans un plastique que vous pouvez coller, ce qui est très difficile avec les voitures LGB en plastique ASA très compliqué à coller. Les voitures Chinoises Newqida se collent sans problèmes.

J'ai développé des pièces pour un aiguillage pas encore testé et différents système de supports de voie pour élargir les possibilités de montage avec des ponts ou d'autres structures.

Comme le vrai Shwebebahn, la voiture est légèrement décalée latéralement pour compenser le poids du bogie moteur (Ce décalage est paramétrable dans OpenSCAD). Un contrepoids n'est pas nécessaire.
Le bogie moteur est installé à l'arrière de la première voiture pour augmenter l'adhérence avec le poids de la batterie (s'il y en a une), laquelle sera installée dans la voiture centrale car le toit des autres voitures est boulonné en place (par les supports de bogie).

Alimentation

Le monorail peut être alimenté avec une batterie ou par un rail électrique double. J'utilise une voie de modèle de train à l'écehelle 'N' comme rail d'alimentation. Le rail support n'est pas utilisé pour l'alimentation car il est en aluminium et en PVC dans les courbes. Une installation extérieure avec un rail d'alimentation pourrait nécessiter la mise en place d'une brosse rotative de nettoyage (à installer devant le premier bogie), avec une articulation semblable à celle du système de collecte de courant. Je pense que le système à rail d'alimentation est à préférer pour un usage sous abri et une batterie (avec commande radio) pour un usage extérieur.
Pour avoir une bonne collecte de courant, il faut monter au moins deux ensembles (sur deux bogies différents).

Contrairement à ce qu'on voit sur les photos, il faut un ressort d'appui de chaque coté du bras de collecte.
La dernière photo montre comment le gabarit de voie est utilisé pour ajuster la position de la voie 'N' sur une poutre en bois.

Modélisation

Toutes les pièces sont dessinées avec OpenSCAD, qui est un langage de modélisation 3D. OpenSCAD a de sérieuses limitations, mais avec un peu de pratique et une bonne réprésentation du modèle dans votre tête, la conception peut être relativement rapide. Ceci nécessite un peu d'expérience de la programmation. Un tel modèle 3D permet une large paramétrisation.
OpenSCAD ne peut pas remplacer un bon logiciel de CAO, mais Je n'ai pas été convaincu par les programmes de CAO accessibles à prix raisonnable. FreeCAD à du potentiel mais son ergonomie n'est pas satisfaisante. Sketchup est vraiment facile à utiliser mais ne donne pas des modèles corrects pour l'impression 3D. Il y a des programmes relativement performants basés sur le 'cloud', mais J'ai de gros doutes sur leurt pérennité et ils utilisent tous des formats de fichiers propriétaires, Je les ai donc exclus par principe.
Malheureusment, il n'y a a ce jour aucune possibilité d'exporter un modèle OpenSCAD avec toutes ses couleurs. Pour utiliser ce modèle dans un autre programme, il faut exporter les pièces une par une et reconstruire le puzzle. Compliqué, mais c'est le défaut majeur d'OpenSCAD.
Le temps total d'impression 3D dépends des performances de votre machine et du niveau de finition que vous souhaitez. cela peut aller de 15 heures à 50 pour le monorail. Il faudra y ajouter le temps d'impression pour les pièces d'attache de voie si vous choisissez de les imprimer.

Vous avez des paramètres dans OpenSCAD pour définir le type de support de voie (tasseau bois ou tube PVC).
Par défaut, les supports de voie sont prévus pour une poutre en bois.

Construction et assemblage

Il y a pas mal de pièces à imprimer. Pour un usage extérieur, la peinture protègera les pièces des UV. Le carter moteur doit être imprimé dans un plastique résiatant à la température (donc, PAS en PLA). Vous pouvez utiliser du PETG, de l'ABS, du Polyamide (Nylon) ou de l'ASA.

Les bogies étaient mes toutes premières impressions et ne sont pas exemptes de défauts car j'étais encore en phase de tests. Vous pouvez avoir de bien meilleures pièces mais vous devrez imprimer plus lentement que moi (l'impression 3D est un bon exercice de patience). Vous devrez aussi bien nettoyer vos pièces avant peinture.
Vous devez utiliser un matériau non cassant pour les pièces avec de grands goussets, comme par exemple les bogies qui supportent les voitures. Il est préférable d'imprimer les roues en PLA pour avoir une meilleure finition et des trous plus précis.

Le bogie moteur a été testé sans charge pendant 2h sous 13.8V. Il reste à une température stable. La charge réelle sera faible comparé à celle d'une train de jardin ordinaire aussi Je ne pense pas qu'il faille craindre une augmentation de température en service. Les roues libres sont montées sur roulements.

Voitures

Les caisses des voitures viennent de chez NewQida (Chine) achetées neuves sur Ebay dans la boutique Zenner (Allemagne).
Si j'avais mieux cherché sur ebay, J'aurais pu acheter des voitures complètes pour moins cher que les caisses seules. Sur ebay, il faut rechercher:
"New G Scale Garden Passenger Coach Carriage Compatible 45MM" vendeur "1234-click"
ou un set complet de 3 voitures pour 100£ (avec le port) sur ebay Uk, vendeur "ecreastcoastrotor"

J'ai collé des profils plastiques U peu couteux sous le plancher pour simuler un chassis en acier et faire un support pour le balcon et la cabine de conduite. La cabine et le balcon ont été construits intégralement en carte plastique.
Les fenêtres (entourage et vitrage) de la cabine ont été faites avec des boites de CD mince (dont le plastique est plus mince que les boites de CD ordinaires. Les poutres support de plancher (décoratives) sont faites avec des profils PVC 'U' 12x12 (disponible en GSB).
L'entourage des fenêtre pourrait aussi être fait avec des pièces imprimées.

La voiture centrale est une voiture longue coupée à 4 vitres avec une extrémité reconstruite en carte plastique.

Les toits n'étaient pas disponibles, aussi ils sont fait en carte plastique de 1mm. Il a été difficile de les cintrer à chaud, aussi Je recommande d'utiliser un plastique plus mince, (0.6~0.8 mm).

Ce serait moins de travail d'acheter des voitures complètes, notamment parce qu'il y a déjà un toit.

Utiliser d'authentiques pièces LGB est délicat à cause des difficultés de collage sur le plastique utilisé (ASA). On pourrait cependant utiliser les voitures 90953 cars (ICE) pour construire un monorail d'aspect moderne pour ceux qui préfère au style fin 19ème.

Bogie moteur

Les bogies moteurs LGB sont lourds et volumineux et du fait de leur forme, le moteur doit être au dessus des roues. J'ai développé un nouveau carter compact pour le moteur qui permet de l'installer sous les roues. Le moteur original a été prélevé sur une locomotive LGB 'Stainz' "1" que j'avais acheté sur ebay et qui est arrivée fracassée parce très mal emballée. Une des sources les plus fréquentes de bogie sont les locomotives playmobil, mais je ne les recommande pas parce qu'elle ont un seul essieu moteur et les essais ont montré que la motricité n'était pas excellente même avec deux roues motrices.
Le carter peut nécessiter des adaptations suivant le type de bogie (celui que j'ai utilisé est un très vieux modèle et il y a eu des évolutions de détail). L'impression de ces pièces doit se faire avec des supports et elles doivent être nettoyées après impression. Les dimensions étaient suffisament précises, mais j'ai dû ajouter un peu de jeu pour faciliter le montage du moteur.
Les roues du bogie moteur ont une rainure prévue pour installer un joint torique augmentant la motricité. Le joint est à installer après peinture car sinon il sera difficile à nettoyer.
Les roues sont prévues pour des arbres avec un méplat. Il semble que les nouveaux bogies aient un système un peu différent et il faudra revoir la conception.
N'oubliez pas de graisser les pièces (avec une graisse compatible avec le plastique) et faites attention à ne pas perdre les billes de bout d'arbre en démontant les bogies originaux.

Bogie ordinaire

Les roues sont montées sur des roulements de type 623 (10x3x4)
Les nouveaux modèles de roues sont de type 'à batons' plus élégantes et le support de l'arbre est monobloc pour un meilleur alignement (attaché à une seule demi-roue).

Articulations de la voiture centrale

La voiture centrale est suspendue aux voitures avant et arrière.
Les charnières haute et basse font que l'angle d'inclinaison est le même pour tout le train.

Rail

Le rail est un tube aluminium de 8mm de diamètre exterieur.
Dans les courbes, le tube est remplaçé par une tige plastique de 7mm.
Les supports de rail sont vissés sur le tube aluminium avec des vis à bois de 3mm. Vous devez prépercer le tube en aluminium.

Développements futurs

J'ai conçu un système d'aiguillage embarqué sur le train, mais c'est un peu compliqué (Il faut un servo de modèlisme par bogie, et vous devez avoir deux bogie moteurs pour maintenir la traction pendant l'aiguillage), aussi Je n'ai pas l'intention de le réaliser maintenant. S'il y a une personne suffisamment courageuse !

Fichiers

L'ensemble de la conception est disponible sur GitHub (en anglais)

  • Modèle paramétrique OpenSCAD, adapté pour la nouvelle version avec 'customizer'.
  • Fichiers STL des pièces imprimées
  • Schémas/Photos

Liens

Schwebebahn

Autres modèles de monorails

(c) Pierre ROUZEAU
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Page mise à jour le 26/05/2017 09:32