Serpentinen, die eine Kugel schafft

Im Modellmaßstab ist eine echte Serpentine viel zu eng: Eine Kurve von 15 m ist bei 1:45.000 ein Drittel Millimeter. Deshalb wird jede Serpentine zu einer Kehre mit etwa 1,3 Kugelbreiten Durchmesser in der Mitte der Rinne aufgeweitet, und der Abschnitt danach verschiebt sich um eine volle Kehrenbreite zur Seite. Ein Stapel Serpentinen öffnet sich wie ein Akkordeon, und wenn er zu lang für das Bett ist, biegt er sich etwas. Wo immer noch nicht genug Platz ist, werden zwei benachbarte Serpentinen zusammen herausgenommen (ein Abschnitt des Stapels fällt weg), und die Seite sagt, wie viele: immer paarweise, damit der Rest der Straße weiter in dieselbe Richtung dreht. Eine kleinere Kugel, ein größeres Bett oder Kacheln erhalten mehr davon.

Ein Gefälle, das sie rollen lässt

Die Bahn bekommt ihr eigenes Profil, unabhängig vom Gelände darunter: immer bergab, nie flacher als etwa 2° (so viel braucht eine Stahlkugel auf gedrucktem Kunststoff, um den Rollwiderstand mit etwas Reserve zu überwinden) und nie steiler als 7½°. Wo sie unter dem Gelände verläuft, liegt sie in einem Einschnitt; wo sie darüber verläuft, auf einem Damm, damit sie ohne Stützen druckbar bleibt. Die Geländehöhe wird so eingestellt, dass die Route im Schnitt mit etwa 3½° fällt; du kannst beides ändern.

Das Rollen, simuliert

Eine Vollkugel, die ohne zu rutschen rollt, beschleunigt mit 5⁄7 von g·sin(Gefälle); der Rest der Energie geht in die Drehung. Dagegen wirken der Rollwiderstand an den Schichtlinien (schlimmer bei kleinen Kugeln), etwas Luftwiderstand und in Kurven die Reibung beim Hochlaufen an der Rinnenwand. In einer Kurve pendelt sich die Kugel dort ein, wo Schwerkraft und Fliehkraft im Gleichgewicht sind, tan ψ = v²⁄(r·g); die Rinne ist in schnellen Kurven überhöht und die Außenwand dort erhöht, wo die Kugel hoch läuft. Die Simulation markiert Stellen, an denen die Kugel stehen bliebe, über eine Kuppe flöge oder über eine Wand liefe, und macht die Bahn flacher oder steiler, bis sie den Becher erreicht.

Drucken

• Drucke die Bahn in einer Kontrastfarbe: Im 3MF sind Bahn, Gelände, Wasser, Zielbecher und Beschriftung getrennte Teile.
• Ein glatter Rinnenboden ist am wichtigsten. Verwende feine Schichten auf der Bahn (die Seite schlägt eine Höhe für deine Kugel vor) oder Glätten (Ironing) auf den Oberseiten.
• Keine Stützen nötig: Die Rinne ist ein offenes U mit Wänden, die höchstens 20° geneigt sind.
• Das Gelände ist innen größtenteils Luft; 8 bis 10 % Infill reichen völlig. Kacheln haben Löcher für gedruckte Passstifte.
• Schieb das Tor in die beiden Schlitze oben, leg die Kugel dahinter und heb es an.

Welche Kugel

Lagerkugeln sind auf wenige Tausendstel Millimeter rund und für ihre Größe schwer, daher rollen sie sauber. Chromstahl (oft als G25-Lagerkugeln verkauft) ist günstig und sehr glatt, rostet aber, wenn man ihn oft anfasst; Edelstahl (AISI 420 oder 440) kostet etwas mehr und bleibt glänzend. Die 16-mm-Einstellung passt für eine gewöhnliche Glasmurmel. Ein kleiner Scheibenmagnet unter dem Zielbecher stoppt eine Stahlkugel mit einem Klick und hält sie fest.

Was du beachten solltest

Die Simulation ist ein Modell, mit Reibungswerten für einen typischen PLA-Druck; jeder Drucker, jedes Filament und jede Kugel ist etwas anders, und genau dafür ist das Teststück da. Die Bahn folgt den Serpentinen der Route in der richtigen Reihenfolge und auf der richtigen Seite, aber nicht ihrem genauen Verlauf: Sie braucht Platz, den die echte Straße nicht hat. Der Zielbecher sitzt dort, wo die Bahn endet. Tunnel werden nie verwendet: Eine Route durch einen Tunnel wird dort abgeschnitten, wo er beginnt.