Manchmal passen die Getriebe-Motor-Kombination, die man im Fachhandel beziehen kann, dann doch nicht zum vorhanden Platz im Modell. In solchen Fällen heißt es dann: Getriebe selber konstruieren!
Die nachfolgenden Formular helfen bei der Bestimmung der notwendigen Getriebekomponenten um die Geschwindigkeit eines Elektro-Motors auf die benötigte Geschwindigkeit des Modells zu reduzieren. Die Berechnungen werden direkt nach Eingabe der benötigten Werte durchgeführt und angezeigt.
Basisdaten des Modell
Zunächst lässt sich berechnen welche Übersetzung ins Langsame angemessen ist um ein maßstabsgetreues Fahrverhalten zu simulieren. Dafür sind zunächst einige Angaben notwendig.
Anleitung Basisdaten
1. Modell Maßstab
Der Maßstab leitet sich natürlich aus dem zu bauenden Modell ab, z.B. kann das 1:87 (H0) sein.
2. Motor-Drehzahl im Modell
Hier wird die maximale Drehzahl des gewählten Elektro-Motors erwartet. Diese Angabe hängt auch von der geplanten maximalen Spannung ab, die man am Motor anlegt. Oft geben Lieferanten die Drehzahl von Elektro-Motoren bei der sog. "Nennspannung" an. Es empfiehlt sich jedoch diese Angaben von der Bau des Getriebes mit einem entsprechenden Messgerät zu überprüfen.
3. Durchmesser Antriebsrad am Modell
Mit einem Messschieber ist der Durchmesser des Rades, welches vom Elektro-Motor angetrieben wird, gemessen und eingeben.
4. Max. Geschwindigkeit Vorbildfahrzeugs
Welche Fahrsituation des Vorbild-Fahrzeug soll abgebildet werden? Dem entsprechend ist die Maximale Geschwindigkeit zu überlegen. Für Straßenfahrzeuge könnte man eine maximale Geschwindigkeit von 110 km/h für PKW, 80 km/h für LKW und ca. 50 km/h für Traktoren und ähnliche Fahrzeuge annehmen.
Aus dem ersten Formular ergibt sich dann das notwendige Übersetzungsverhältnis für das vorbildgerechte Modell und eine Angabe, wie schnell das Modell rein rechnerische fahren würde. Störende physikalische Größen (z.B. Reibung) bleiben unberücksichtigt.
Berechnung eines Stirnrad-Getriebes
Die Übersetzung der Geschwindigkeit kann durch ein Stirnrad-Getriebe erreicht werden. Der Vorteil von Stirnrad-Getrieben ist, dass die Antriebsachse bei stoppendem Vortrieb des Motors nicht blockiert wird, sondern noch mit dem Schwung des Fahrzeugs ausrollen kann. Der Nachteil ist allerdings, dass der Motor (Antrieb) dafür parallel zur Abtriebsachse - also quer zur Fahrtrichtung - eingebaut werden muss. Dazu fehlt oft der Platz.
Anleitung Stirnrad-Getriebe
1. Zahnrad Modul
Zahnräder definieren sich grundsätzlich über ihr sog. Modul. Je kleiner das Modul der Zahnräder, umso niedriger wird auch der Durchmesser und damit der Platzbedarf im Modell sein. Im Mikromodellbau ist Modul 0.2 recht verbreitet.
2. Getriebestufen (max. 3 Stufen)
Für jede Getriebestufe ist die Anzahl der Zähne sowohl des antreibenden Zahnrades (Z1 / Antrieb) als auch die Zähnezahl des angetriebenen Rades (Z2 / Abtrieb) anzugeben.
3. Übersetzung & Achsabstand
Daraus errechnet sich dann die Übersetzung der Getriebestufe und der Achsabstand, den die beiden Zahnräder zueinander haben müssen, damit die Zähne noch gut ineinander greifen. Hier ist allerdings keinerlei "Puffer" eingerechnet. Es empfiehlt sich bei der Konstruktion von Getrieben den Achsabstand zusätzlich um einen Puffer von 0,2 mm zu vergrößern.
Aus den Getriebestufen errechnet sich im Endeffekt eine Gesamtübersetzung. Ziel ist es natürlich mit der gesamten Übersetzung, die sich aus allen Stufen multipliziert, möglichst nahe an die im ersten Formular errechnete notwendige Übersetzung heran zu kommen.
Wer mehr über Stirnräder bzw. Stirnrad-Getriebe erfahren möchte, dem sei die Webseite von tec-science empfohlen. Hier finden sich gute Beschreibungen und Animation zur Mechanik von Stirnrad-Getrieben.
Berechnung eines Schnecken-Getriebes
Bei einem Schnecken-Getriebe liegen der Antriebsmotor und die Abtriebswelle im Winkel zueinander. Dadurch passen diese Konstruktionen oft besser in schmale Modell-PKW. Die Steigung der Schnecken der Anzahl der Gänge bestimmt. Nachfolgend kann die Berechnung mit Schnecken bis 4 Gängen erfolgen. Schnecken-Getriebe haben nur eine Übersetzungsstufe.
Anleitung Schnecken-Getriebe
1. Zahnrad / Schnecke Modul
Das Zahnrad und die Schnecke müssen das gleiche Modul haben. Zahnräder definieren sich auch in diesem Fall nach dem sog. Modul. Je kleiner das Modul des Zahnrades, umso niedriger wird auch der Durchmesser und damit der Platzbedarf im Modell sein.
2. Gangzahl Schnecke
Zur Berechnung ist zunächst die Gangzahl der antreibenden Schnecke wichtig. In der Regel kommen Schnecken mit einem Gang zum Einsatz.
3. Anzahl Zähne Zahnrad
Des weiteren ist die Anzahl der Zähne des angetriebenen Zahnrades anzugeben.
4. Übersetzung
Aus der Eingabe der Gangzahl und der Zähne im gemeinsamen Modul errechnet sich dann die Übersetzung des Getriebes. Auch in dieser Berechnung ist keinerlei "Puffer" einbezogen. Es empfiehlt sich 0,2 mm "Luft" dem Achsabstand hinzu zu fügen.
5. Teilkreisdurchmesser der Schnecke
Um den Achsabstand zwischen der Schnecke und dem Zahnrad berechnen zu können, muss der Teilkreisdurchmesser der Schnecke recherchiert und in das Formular eingegeben werden. Diese ist in der Regel beim Händler zu erfahren.
Ziel ist es auch mit dem Schnecken-Getriebe möglichst nahe an die im ersten Formular errechnete notwendige Übersetzung heran zu kommen. Es fällt auf, dass sich mit diesem Getriebe mit nur einer Stufe eine verhältnismäßig hohe Übersetzung erzeugen lässt.
Auch zu Schnecken-Getrieben bietet die Webseite von tec-science einen sehr informativen Artikel.
Kombination mehrerer Getriebe
Es kann vorkommen, dass man eine Kombination aus Stirn- und Schnecken-Getriebe einsetzen möchte. In diesem Fall können die einzeln berechneten Übersetzungen schlicht miteinander multipliziert werden. Dies gilt für alle Getriebekombinationen.
Beispiel
Stirnrad-Getriebe mit Übersetzung: 3,9
Schnecken-Getriebe mit Übersetzung: 35
Kombination: 3,9 x 35 = 136,5
Bezugsmöglichkeiten von Zahnrädern und Schnecken
Zahnräder und Schnecken je nach Kundenwunsch ab Modul 0,1 speziell gefertigt erhält man im Webshop kkpmo der polnischen Firma KK Produkcja. Die Zahnräder werden sowohl in Messing als auch Kunststoff (POM) angeboten. Der Shop ist in deutscher Sprache und wird von einem Deutschen geführt.
Außerdem hat auch die Sol Expert Group Zahnräder und Schnecken im Angebot.
Beide Händler kann ich empfehlen.
Messung der Drehzahlen eines Motors
Für gar nicht viel Geld lassen sich Drehzahlmesser erwerben. Der Besitz eines solchen Messgeräts wird mit der Zeit unerlässlich - besonders wenn sich das eigene Sortiment an Motoren mehr und mehr füllt.
Hinweis: Für die Richtigkeit der berechneten Werte wird keine Garantie übernommen.