Schneiden von Styropor, Styrodur und EPP von Hand

1. Einleitung

Im Folgenden möchte ich meine Erfahrungen im Schneiden von Schaumstoff für Flugmodellflächen zusammenfassen. Die Erfahrungen wurden zum Teil schon vor 25 Jahren gemacht als noch kein Modellbauer im Internet auf Suche nach interessanten Tips für sein Hobby surfte. Heute finden sich im Internet sehr schöne Beiträge zum Thema. Siehe auch meine Linkseite. Jeder Modellbauer, der Flächen schneidet, hat so seine eigenen Methoden und Vorlieben. Vielleicht findet der Interessierte im nachfolgenden Text noch das eine oder andere für ihn Verwertbare.

2. Grundlegendes

2.1 Das Schaumstoffmaterial

2.1.1 Styropor

Wir unterscheiden zwischen dem Modellbaustyropor, aus dem die professionellen Flächen hergestellt sind und dem Baustyropor aus dem Baumarkt. Das Modellbaustyropor hat einen losen Verbund der einzelnen Kügelchen und lässt sich leicht von Hand brechen, wobei die Bruchfläche bröselig erscheint. Es lässt sich gut mit dem heissen Draht schneiden und die Oberfläche ist bis auf die sichtbaren kleinen Zwischenräume glatt.

Das Baustyropor hat eine geschlossenere Struktur, d.h. die einzelnen Kügelchen sind fest an einander gepresst und beim Brechen ist ein höherer Kraftaufwand nötig bevor es bricht. Beim Schneiden mit dem heissen Draht können bei hoher Temperatur die Kügelchen etwas ausschmelzen wärend die härteren Häutchen höher herausstehen. Das sieht dann wie eine Hammerschlaglackierung aus. Die härteren Häutchen haben noch einen weiteren Nachteil. Zieht man den Schneidedraht zu schnell durch das Styropor dann kann der Draht durch den Widerstand ins Schwingen geraten und unschöne Rillen ins Profil brennen. Ein langsames Schneiden bei niedriger Temperatur ergibt aber auch bei Baustyropor schöne glatte Oberflächen. Die Plattengrösse liegt normal bei 1000x500 mm. bei unterschiedlichen Dicken. Bevorzugt für unsere Zwecke sind 50 mm oder mehr. der Preis ist sehr moderat. Die Platten zum Fassadenisolieren kann man auch nehmen. Neben der Dicke ist auch das Raumgewicht der Platten von Interesse. Hier reicht die Baumarktqualität PS 15 oder PS 20.

{short description of image}

2.1.2 Styrodur

Styrodur wird unter auch unter anderen Handelsnamen in Baumärkten angeboten. Im Bauhandwerk wird es für verschiedene Zwecke benutzt. Dünnere Platten werden im Zuge des Wärmeschutzes für die Verblendung an Betonstürzen über Fenstern, Ummantelung von Betonsäulen und Betondecken vor dem Betonieren in die Verschalung eingelegt. Je nach Hersteller der Platten sind die Farben grün, blau, rosa und hellgelb zu sehen. Die Abmessungen der Platten sind 1250x625 mm bei unterschiedlichen Dicken. Eine andere Sorte von Styrodurplatten sind die 1000x500 mm grossen gefalzten Platten zum Isolieren von Keller und Flachdach. Diese sind meist ab 50 mm Dicke zu haben. Die sehr feinporige Oberfläche lässt sich neben den Schneiden mit dem heissen Draht, das ergibt eine glatte geschlossenen Oberfläche, auch gut mit den Holzwerkzeugen bearbeiten. Hier sind Urmodelle für Kabinenhauben schnell hergestellt. Generell ist Styrodur etwa doppelt so schwer wie Styropor, aber die Festigkeit erlaubt es Testmodell bis 1500 mm Spannweite ganz ohne Holmversärkungen und weitere Oberflächenbehandlung zu bauen.

{short description of image}


Sehr gut sind auch die blauen Roofmate-Platten. Diese im Kühlhausbau verwendeten Platten sind aber meist nicht im Baumarkt zu haben.

2.1.3 EPP (Polypropylen)

Erfahrungen liegen zur Zeit noch nicht vor. Ein Paket Platten wurde bei der Firma Hei-Tec GmbH in Worms geordert (sie Anzeigen in den Modellbauzeitschriften)

{short description of image}

2.2 Die Schneidetemperatur

Der Schneidetemperatur kommt eine entscheidende Funktion für das Ergebnis des Schneidens zu. Hohe Temperaturen kommen nur für das kommerzielle Schneiden mit CNC-gesteuerten Maschinen in Frage, weil hier ohne Schablonen geschnitten wird. Beim Schablonenschneiden geht man besser zu niedrigen Temperaturen und einem entsprechend angepassten langsamen Tempo. Eine Styroporplatte sollte für Testschnitte geopfert werden. Meine Schneidetemperatur bei Styropor liegt so niedrig, dass der geheizte Draht für etwa 2 Sekunden angefasst werden kann!

Bei hohen Temperaturen führen zittrige Vorwärtsbewgung des Drahtes bzw. Rubbeln des Drahtes auf der Schablone zu Schwingungen des Drahtes, der dabei Wellen in das Schaummaterial brennt und den geschnittenen Flügel unbrauchbar macht. Schleifen und Spachteln sind zeitaufwendig und die gewünschte Profilkontur ist meist sowieso hin. Vor Jahren hat ein Bekannter auf verkorkste Probestücke 1,5 mm Balsaholz bzw. 1 mm Furnier mit Unterdruck aufgeklebt. Das Holz wurde in die Rillen hineingepresst! Presst man über ein mit Bierkästen beschwertes Brett ist das Ergebnis optisch besser, aber das Holz ist nur punktuell verklebt.

2.3 Der Schneidedraht

Als Schneidedraht werden Widerstandsdraht, dünne Klavierseite, dünner Stahldraht oder Fesselfluglitze benutzt. Firmen, welche Material für den Flächenbau vertreiben, bieten auch spezielle Schneidedrähte an. Ich habe mir vor Jahren bei der Firma Schley in Hannover mal eine 10 m Rolle gekauft, die hält ewig. Die Drahtstärke sollte bei 0,3 mm bis 0,5 mm liegen. Wichtig ist, dass der Draht sich beim Erwärmen nur um wenige Millimeter pro 1 Meter Drahtlänge ausdehnt und stramm gespannt werden kann ohne sich merklich dabei zu dehnen.

2.4 Abbrand ermitteln

Ein wichtiger Vorversuch ist es bei verschieden Temperaturen die Schneidegeschwindigkeit und den Abbrand zu ermitteln. Im Bild stellt die rote Linie die Auflage des Schneidedrahtes dar

.

{short description of image} Abbrand ermitteln

Unter Abbrand verstehe ich das über die Drahtstärke hinaus abgebrannte Schaummaterial. Dazu fährt man etwa 10 cm mit dem heissen Draht in das Material hinein und schaltet dann den Strom ab. Wer jetzt eine Fühlerlehre besitzt ist fein heraus, andererseits tun es auch einige Pappe- und Papierstreifen, um die Spaltbreite zu messen. Bei der einfachen Methode messen wir den Papp- und Papierstreifenstapel mit einer Schieblehre aus. Der Abbrand ist nun die Differenz zwischen Spaltbreite und Drahtdicke.

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4
Material Styropor Styrodur Styropor Styrodur
Drahtdicke 0,5 mm 0,5 mm 0,5 mm 0,5 mm
Spannung 20 Volt 20 Volt 16 Volt 16 Volt
Strom 2,4 Ampere 2,4 Ampere 1,8 Ampere 1,8 Ampere
Spaltbreite 1,3 mm 1,1 mm 0,9 mm 0,9 mm
Abbrand 0,8 mm 0,6 mm 0,4 mm 0,4 mm

Die Beispiele 3 und 4 zeigen, dass bei niedrieger Temperatur bei unterschiedlichen Materialien gleicher Abbrand erzielt werden kann. Die Drahtlänge meines Schneidebügels beträgt übrigens 1,4 m. Damit lassen sich die 1,25 m langen Styrodurplatten ohne Teilung schneiden. Für kürzere Schnitte verweise ich auf den Punkt 4.

3. Die Schneideschalonen

3.1 Ausdruck mit dem Computer

Haben wir ein Computerprogramm zur Bearbeitung von Profilen und eine Profilbiblithek dazu, ist das Ausdrucken von Profilschablonen schnellgemacht. Ein Knackpunkt ist jedoch die Eingabe des "Beplankungsabzuges". Zu der Materialstärke des Beplankungmaterials ist der Abbrand mit zu berücksichtigen, denn unterhalb der von der Schablone vorgegebenen Kurve haben wir noch etwas mehr vom Schaummaterial weggebrannt (siehe 2.4). Nehmen wir das Beispiel 1 von Abschnitt 2.4 dann ergibt sich folgendes Bild:

Drahtstärke : 0,5 mm
Spaltbreite :1,3 mm
Abbrand : 0,8 mm
Beplankungsstärke : 1,5 mm
Abzug oben : Beplankung - halber Abbrand ( 1,5 - 0,4 = 1,1 mm)
Abzug unten : Beplankung - halber Abbrand - Drahtstärke (1,5 - 0,4 - 0,5 = 0,6 mm)

Wir sehen, dass wir erheblich abweichende Abzüge oben und unten haben. Hätten wir den Abbrand nicht berücksichtigt wäre die Oberseite um 0,4 mm tiefer und die Unterseite 0,4 mm nach aussen aus der Profilkontur gerückt. Das geschnittenen Profil hätte dann nur noch wenig mit dem ursprünglichen Profil zu tun, da sich die Profildicke, die Profilwölbung, die Form der Endleiste und die Form der Nase geändert hätten.

3.2 Die Endleiste und die Nase

Die Profilprogramme zum Ausdruck von Schneideschablonen drucken nur die reine Profillänge, auf Wunsch werden auch Zählstriche und die Profilsehne mit ausgedruckt. Um nun beim Schneiden den Draht sauber ausserhalb des Profils zu führen, müssen wir die Profilschablone um mindestens 10 mm auf beiden Seiten verlängern. Die Rundung der Nasenpartie übertragen wir umgedreht auf den Bereich der vorderen Schablonenverlängerung. Im Endleistenbereich versuchen wir den Auslauf der Wölbungslinie anzupassen. Hilfreich ist ein Ausdruck des Profils in Normalform mit Sehne und Wölbungslinie.

3.3 Herstellen der Schablonen

Ich habe meine Schablonen aus Sperrholz, Aluminumblech (Kostenloser Abfall beim Klempner) und GFK-Material gemacht. Wichtig ist eine absolut gerade Längskante am Material an der die Ausgedruckte und ausgeschnittenen Papierschablone angelegt werden kann. Gewünschte Verwindungen des Flügels berücksichtigen die Programme üblicherweise, ebenso die Dicke des Schaummaterials.

Die Papierschablonen kleben wir mit wasserfreiem Kleber auf das Schablonenmaterial und achten dabei auf Deckung der unteren Kanten. Mit einem feingzahnten Laubsägeblatt sägen wir etwas ausserhalb der Kontur die Schablone aus und nehmen später das überstehende Material mit Feile und Schleifpapier weg. Als letzter Schritt werden die Kanten gebrochen und mit einer Ziehklinge zusätzlich geglättet. Diese Arbeit ist immer wieder mit dem Darüberfahren mit dem Schneidedraht zu prüfen, denn der Draht soll ohne Ruckeln glatt darüber gleiten. Holzschablonen werden vor dem Feinschliff mit Sekundenkleber gehärtet.


4. Die Schneidemaschine

4.1 Der Schneidebogen

Mein Schneidebogen ist vom Typ "Schreinersäge", d.h. an einem zentralen Mittelteil sind auf beiden Seiten die Seitenwangen mittig geweglich befestigt, unten wird der Schneidedraht an zwei Messingnägeln befestigt und oben ist eine Schlaufe aus kräftiger Schnur um die Holmenden gelegt. Die Schlaufe hat in der Mitte ein Windholz mit dem der Draht auf der Gegenseite gespannt wird. Die Stromzuleitung ist um die Messingnägel gewickelt und verlötet, so dass noch etwas Platz bleibt um den Schneidedraht mit Schlaufen einzuhängen. Die Zuleitung führt über die Seutenwangen zum Mittelteil und dort über einen mittig angebrachten Kippschalter. Nach dem Einschalten des Stromes muss der Bogen mit dem Windholz nachgespannt werden. Vor dem Ausschalten entspannt man den Bogen um den Schneidedraht nicht zu überdehnen.

Im Prinzip ist aber jede andere Bogenform möglich. Schalter und Spannmöglichkeit nicht vergessen. Um die 1250 mm der Styrodurplatte voll auszunutzen habe ich meinen Bogen 1400 mm lang gemacht. Wie später ersichtlich lassen sich auch schmälere Styroblöcke damit gut schneiden.


{short description of image} Schneidebogen

4.2 Die Stromquelle

Ich benutze einen Trafo mit 150 Watt (Kern 102b), dessen Niederspannungswicklung durch Anzapfungen in Schritten zu 2 Volt den Bereich 2 bis 30 Volt Wechselspannung abdeckt. Die Wicklung ist für 5 Ampere dimensioniert. Der unter 4.1 beschriebene Bogen braucht laut den obigen Beispielen 3 und 4 ca. 30 Watt Leistung zum Schneiden. Der Widerstand des Drahtes beträgt bei 0,5 mm Durchmesser ca. 6,5 Ohm/Meter. Bei Stahldraht ist der Widerestand bei 0,5 mm Durchmesser ca. 2,4 Ohm/Meter. Um die 30 Watt zu erzeugen brauchen wir für den Stahldraht bei 3 Ampere dann 10 Volt. Will ich mit Stahldraht eine höhere Temperatur erreichen bin ich mit meinen 5 Ampere bald am Ende. Hier hilft nur noch ein stärkeres Netzteil oder ein kürzerer Draht. Ein regelbares Netzgerät mit den 30 Volt und 10 Ampere reicht dann alle Mal.

4.3 Einfache Hilfsmittel zur Ein-Mann-Bedienung

Auf den Schneidedraht habe ich zwei metallene Kugelkopfklipse (ein Gabelkopf bei dem der Stift ausgebohrt wird geht genau so gut) aufgefädelt. Durch die Gewindebohrung ist eine Schnur gezogen und an einem der Backen verknotet.


{short description of image} Zugöse

An der Tischkante sind 4 Umlenkrollen angebracht. Die Schnüre auf beiden Seiten des Styroblockes laufen über die äusseren Rollen und über die beiden Rollen in der Mitte zusammen. Beide Schnüre in der Mitte zusammengefasst und vom Tisch weggezogen bewegen nun den Bogen Richtung Tischkante. Die linke Hand führt den Bogen und die rechte Hand zieht an der Schnur. Schon brauchen wir keine 2. Person um eine Rechteckfläche zu schneiden und der Draht bewegt sich auf beiden Seiten gleich schnell. Vor dem Schneiden legen wir den Draht gegen den Styroblock und stimmen die beiden Schnüre auf gleiche Länge in der Zughand ab. Zum Testen ziehen wir den Bogen nun kalt über den Block und achten darauf, dass der Draht parallel auf der Vorderseite ankommt.

Die Rollen stammen aus dem Sortiment von Fischertechnik und sind mit passenden Schrauben an Bastel-Schraubzwingen (für Laubsägetischchen) in Gewindebohrungen befestigt. Als Schnur kommt Drachenschur aus Kevlar oder Bratenschnur (die für Rollbraten) zum Einsatz. Beiden Schnüren ist zu eigen, dass sie beim Ziehen praktisch keine Eigendehnung haben.


{short description of image} Umlenkrollen

Der Styroblock ist mit Doppelklebebandstücken auf der Tischplatte fixiert. Auf dem Block kommt ein passendes gerades Brett, eventuell mit einem Zusatzgewicht, als Beschwerung. Damit wird sichergestellt, dass der Block satt auf dem Tisch aufliegt und sich beim Schneiden nicht verzieht. Statt des Klebebandes kann der Block vorne auch durch eine Holzleiste arretiert werden.

Weitere Hilfsmittel zum Bearbeiten der Styroblöcke sind zwei T-förmige Führungsleisten, die mit kleinen Schraubzwingen am Tisch befestigt werden und den Draht bei senkrechten Schnitten führen. Elegant ist eine Vorichtung aus beweglich gelagerter Schiene (aus dem Märklin-Baukasten) mit aufgeklebtem Winkelmesser, die auch Schrägschnitte z.B. für V-Form erlaubt.

{short description of image} {short description of image}

4.4 Das Schneiden von Trapezen

Beim Schneiden von Trapezen muss nun aber die Schnur auf der Schmalseite einen kürzeren Weg zurücklegen. Deshalb erweitern wir die Schneidevorrichtung um einen vor der Tischkante horizontal drehbaren Holzstab, bei mir einen Rundstab aus dem Baumarkt. An der freien Seite des Stabes schrauben wir eine Leiste unter die Tischplatte auf der dann der Holzstab aufliegt. Die Schnüre halten wir nicht mehr in der Hand, sondern befestigen sie am Holzstab z.B. an Schlauchschellen. Die Hebelarme auf der Holzleiste (Abstand Schlauchschelle zum Drehpunkt) verhalten sich wie die Rippenlängen am Styroblock.

KurzerHebel = LangerHebel * ( KurzeRrippe / LangeRippe)

Um nun eine linke oder eine rechte Trapez fläche zu schneiden, müssen die Schnüre je nach Hebelanordnung einmal ohne Kreuzung und einmal mit Kreuzung zu den Schlauchschellen geführt werden. Vor dem eigentlichen Schneiden probiert man kalt die richtigen Seillängen, indem man den Draht von der Hinterkante zur Vorderkante des Styroblockes zieht und die Justage so macht, dass der Draht parallel zur Hinterkante in den Block läuft und parallel zu Vorderkante wieder austritt.

{short description of image} Schneiden linkes Trapez

{short description of image} Schneiden rechtes Trapez

Auf der Internetseite http://aeropic.free.fr/pages/modelisme/decoupe/decoupeenglish.htm ist eine ähliche Schneidevorrichtung beschrieben, nur ist hier die Holzleiste in der Senkrechten beweglich und zwei Rollen müssen senkrecht stehen, dann kann mit einem Gewicht an der Holzleiste quasi automatisch geschnitten werden.

4.5 Elektrischer Antrieb

Bei der waagrechten Anordnung der Holzleiste kann von einem untersetzten Eletromotor (altes Servo mit stillgelegtem Poti) eine Gewindestange angetrieben werden. Auf der Holzleiste ist eine Holzklammer drehbar befestigt und neben dem Drehpunkt eine halbe Schraubenmutter in das Unterteil der Klammer eingeklebt. Die Gewindestange wird durch das Oberteil der Klammer in der halben Schraube gehalten und bewegt beim Drehen die Holzleiste. Der Motor muss nur beim Schneiden in eine Richtung drehen, denn zurück gehts einfach durch Ausheben der Gewindestange aus der Klammer. Getestet habe ich den Antrieb bislang nur mit einem Antriebsprovissorium aus Fischertechnikteilen. Die Servolösung habe ich bei einer Vorführung anlässlich eines Modellbauseminares in Funktion gesehen.

5. Spezialarbeiten

5.1 Holmaussparungen

Aus 0,5 mm Stahldraht wird etwas knapper als die Holmgrösse ein Bügel gebogen und zwischen 2 Sperrholzbrettchen festgeschraubt. Die Tiefe lässt sich leicht variieren. Ich hänge den kleinen Drahtbügel in Reihe zu meinem grossen Schneidebogen und erhöhe etwas die Spannung. An eine Holzleiste als Führung entlanggeführt ist der Holmschlitz im Nu ausgebrannt.

5.1 Servoschacht, Bremsklappenschacht

Bei grösseren Aussparungen ist 1 mm Stahldraht biegesteifer. Mit einem kleinen Bügel in der passenden Abmessung lassen sich viereckige oder mit etwas Übung auch runde Löcher ausschneiden. Nicht nur bei selbst geschnittenen Flächen, auch bei nicht beplankten fertigen EPP-Flächen lassen sich so alle Löcher für die Einbauten sauber ausschneiden. Bei beplankten Flächen tritt der Drahtbügel nach dem Aufschneiden der Beplankung in Aktion.

5.1 Kabelführung

Am einfachsten macht man einen schmalen Schlitz wie bei der Holmaussparung auf der Tragflächenunterseite. Die Beplankung deckt ihn dann zu. Es darf aber kein Holm gekreutzt werden. Eleganter und universeller ist ein runder Kabeltunnel, der tiefer als der Holm liegt. Hergestellt wird dieser mit einer runden Drahtschlinge deren Enden mit 5 mm Abstand zwischen zwei Sperrholzbrettchen geklemmt werden. Die beiden Drähte dienen als Führung an einer Führungsleiste. Der Schlitz der nach dem Schneiden bleibt wird mit einer locker passenden Balsaleiste verschlossen.

{short description of image} Drahtbügel für Kohleholm (links) und Drahtbügel für Servoschacht (rechts)

{short description of image} Drahtbügel für Kabeltunnel