3D-Kugelbahn aus Holz
Modulare Kugelbahn aus gefrästen Holzwürfeln – frei kombinierbar, mit Kurven, Trichtern und Fallschächten
Eine Kugelbahn, die nicht aus einem festen Bausatz besteht, sondern aus einzelnen Holzwürfeln. Jeder Würfel trägt ein Element – eine gerade Rinne, eine Kurve, einen Fallschacht, einen Trichter. Gestapelt und aneinandergereiht ergeben sie jedes Mal eine andere Bahn.
Genau das war die Absicht. Eine fertig aufgebaute Bahn ist nach dem dritten Durchlauf uninteressant. Ein Baukasten dagegen wirft bei jedem Aufbau dieselbe Frage neu auf: Reicht das Gefälle? Trifft die Kugel den nächsten Einlauf? Warum bleibt sie ausgerechnet hier stehen?
Entstanden ist die Bahn für die Enkelkinder. Gefräst wurden alle Teile aus Hartholz auf der eigenen CNC-Fräse.
Technische Daten
| Material | Hartholz, massiv |
|---|---|
| Bauweise | modulare Würfel, frei kombinierbar |
| Elemente | gerade Rinnen, Kurven, Fallschächte, Trichter, Verzweigungen, Auffangschale |
| Fertigung | 3-Achsen-CNC, 3D-Flächenbearbeitung für die Trichter |
| Aufbewahrung | Holzbox mit Schiebedeckel |
Das Baukastenprinzip
Alle Elemente haben dasselbe Grundmass. Dadurch passt jeder Würfel auf und neben jeden anderen, und die Übergänge treffen sich ohne Nacharbeit. Die Bahn lässt sich in die Höhe stapeln oder in die Länge ziehen – oder beides.
Die Elementtypen decken ab, was eine Bahn interessant macht:
- Gerade Rinnen als Verbindungsstücke
- Kurven für Richtungswechsel
- Fallschächte – senkrechte Bohrungen, über die die Kugel eine Ebene tiefer wechselt
- Trichter und Schalen, in denen die Kugel spiralförmig ausläuft, bevor sie in der Mitte verschwindet
- Verzweigungen, an denen sich entscheidet, welchen Weg die Kugel nimmt
Der Trichter ist das Element, das am meisten Eindruck macht – und das aufwendigste in der Fertigung.
Fertigung
Die einfachen Elemente – Rinnen, Bohrungen, Kurven – sind gewöhnliche 2D-Bearbeitungen. Anspruchsvoller sind die Trichter: Deren Innenfläche ist eine echte 3D-Form, die sich nicht mit Taschen und Konturen abbilden lässt.
Dafür kommt in Fusion 360 eine 3D-Flächenbearbeitung zum Einsatz, die den Kugelfräser in dicht nebeneinanderliegenden Bahnen über die gekrümmte Fläche führt. Der Screenshot zeigt die berechneten Werkzeugwege für ein solches Element – die eng gestaffelten blauen Bahnen sind der Grund, warum ein einzelner Trichter deutlich länger braucht als ein ganzer Satz gerader Rinnen.
Gefräst wird im Schraubstock auf dem Maschinentisch, mehrere Rohlinge nacheinander.
Die Kugel im Lauf
Kurzes Video eines Durchlaufs.
Aufbewahrung
Zu einem Baukasten gehört eine Kiste. Ohne sie liegen die Würfel nach dem zweiten Mal verteilt in der Wohnung, und ein fehlendes Element fällt erst beim nächsten Aufbau auf.
Die Box hat einen Schiebedeckel, der in einer gefrästen Nut läuft – kein Scharnier, das ausreisst, und nichts, was verloren geht.
Hinweise für Nachbauer
Der kritische Wert ist der Rinnendurchmesser im Verhältnis zur Kugel. Zu eng, und die Kugel klemmt in den Kurven; zu weit, und sie springt bei Tempo aus der Bahn. Es lohnt sich, das an einem Probestück mit genau den Kugeln zu prüfen, die später verwendet werden – und dabei auch gleich das Gefälle zu testen.
Zweiter Punkt: Kanten brechen. An einem Spielzeug, das von Kinderhänden gestapelt wird, haben scharfe Fräskanten nichts verloren. Ein kleiner Fasenfräser über alle Aussenkanten erledigt das in einem zusätzlichen Arbeitsgang.
Und schliesslich die Kugelgrösse selbst: Bei Spielzeug für kleine Kinder ist eine Kugel, die verschluckt werden kann, ein ernsthaftes Risiko. Grössere Kugeln und Aufsicht sind hier keine Formsache.