Getriebe

Aus RC-Network Wiki
(Weitergeleitet von Hohlradgetriebe)
Getriebe einer Flügelverstellung

Getriebe sind bewegliche mechanische Verbindungen zur Umsetzung einer Bewegung in eine anders geformte. Die weitaus grösste Zahl der Getriebe zur Übertragung von Rotationsbewegungen bzw. -kräften. Neben ihrer Funktion zur Übertragung von Kräften zwischen räumlich unterschiedlichen Drehachsen (z.B. Winkelgetriebe), dienen sie zur Anpassung von Drehzahl und Drehmoment vom Motor auf den Verwendungszweck. Daneben ist aber auch z.B. die Hebelmimik eines Einziehfahrwerks oder eine Ruderanlenkung ein Getriebe.

Physikalische Grundlage

Die geleistete Arbeit bleibt über einen Getriebe konstant

Wie auch immer die Umsetzung erfolgt, es gilt, dass die Arbeit konstant ist, dass also oder vor und nach dem Getriebe gleich sind (von Verlusten abgesehen). Dabei ist

  • die Arbeit
  • die Kraft
  • der Weg (die Vektoren und das besagen, dass entweder von der Kraft oder dem Weg jeweils nur die Komponente, die in Richtung des jeweils anderen Vektors liegt zu berücksichtigen ist.
  • das Drehmoment, wobei das Drehmoment wiederum Hebelarm mal Kraft ist, also
  • die Drehzahl

Man sieht, dass auf Kosten der Drehzahl das Drehmoment erhöht werden kann oder umgekehrt. Man sieht weiter, dass auf Kosten des Weges die Kraft erhöht werden kann (Hebel) oder umgekehrt. Allerdings zeigt dies auch, dass man eine Drehbewegung mit Drehmoment und Drehzahl in eine lineare Bewegung mit Kraft und Weg umsetzen kann.

Getriebekonstruktionen

Es gibt die unterschiedlichsten Arten von Getrieben, welche dem Einsatzzweck, den Einbauverhältnissen und den Konstruktionsmerkmalen entsprechend zugeordnet werden. Beispiele von Getriebekonstruktionen sind unten skizziert, um einmal einen groben Überblick zu geben. Zykloidengetriebe kann man im Modellbau sicher vernachlässigen, da diese selbst in der Industrie als Exoten eingestuft werden. Weiterhin unterscheidet man bei Riemengetrieben z. B. Flachriemen, Keilriemen oder Zahnriemen. Die Winkelgeriebe in der Zahnart wie z. B. Kegelrad oder Schnecke mit Schneckenrad. Bei den "herkömmlichen" Getrieben gibt es geradverzahnte, schrägverzahnte und keilverzahte, um nur die drei gängigsten Systeme zu nennen.

Stirnradflachgetriebe

Das Stirnradflachgetriebe wird häufig im Modellbau eingesetzt, da es günstig und einfach im Aufbau ist. bei variablem Achsabstand lassen sich durch Tauschen verschiedene Übersetzungen innerhalb eines Modules verwirklichen.

Bei einstufigen Getrieben ist ein Achsversatz der antreibenden Welle zur Abtriebswelle zu verzeichnen. Bei 2-stufigen Getrieben kann die antreibende und abtreibende Achse zueinander fluchten. (Vertreter dieser Art: das runde 2-stufige geradverzahnte Lehmann-Getriebe.) Die einstufigen Getriebe einfachster Ausführung wurden bei den 280er Getriebeantrieben in den Anfängen des Hallenfluges und Slowflyer Bereich eingesetzt.

Mehrstufige,oft geradverzahnte Stirnradflachgetriebe sind in jedem Servo verbaut. Schrägverzahnte Flachgetriebe haben leider den Nachteil dass ein Teil der Energie durch vermehrte Reibung verloren geht. Außerdem muss das Zahnrad in Achsrichtung geführt werden. Allerdings kann ein schrägverzahntes Zahnrad gleicher Baugröße wie ein geradverzahntes mehr Drehmoment übertragen und überrascht durch die hohe Laufruhe. ( z.B. Aeronaut , Baugröße 400 bis 600 in verschiedenen Übersetzungen erhältlich. )

Hohlrad- bzw Planetengetriebe

Hohlradgetriebe (links), Planetengetriebe (rechts), schematisch

Das Hohlradgetriebe (Skizze, links) unterscheidet sich vom Stirngetriebe dadurch, dass die Zahnräder ineinander laufen. Hierdurch kann in einer Stufe eine große Übersetzung bei geringem Platzbedarf erreicht werden. Hohradgetriebe findet man oft in mechanischen Armbanduhren, sind aber im Modellbau weniger verbreitet.

Das Planetengetriebe (Skizze, rechts) ist eine Weiterentwicklung des Hohlradgetriebes und wird im Modellbau häufig bei hochwertigen Getrieben von Elektroantrieben verwendet. Das Planetengetriebe besteht aus

  • einem Zahnkranz (außen, blau), der mit dem Gehäuse fixiert ist
  • den Planetengetrieben (rot), deren Achsen untereinander verbunden sind (rot gestrichelt)
  • dem zentralen Sonnenrad (grün)

Das Sonnenrad sitzt auf der Motorwelle und dreht die Planetenräder, die am äußeren Zahnkranz abrollen. Die Luftschraube ist fixiert mit der rot gestrichelten Verbindungsplatte der Planetenräder. Die Untersetzung des Planetengetriebes ist gleich dem Verhältnis von Zähnen Sonnenrad zu äußerem Zahnkranz.

Winkelgetriebe bzw Differential

Winkelgetriebe (links), Differential (rechts), schematisch

Beim Winkel- oder Kegelradgetriebe wird die Richtung von Antriebs- und Abtriebsachse durch winkeligen Schliff der Zahnkränze umgelenkt (Skizze, links).

Eine Spezialanwendung hierzu ist das Differential (rechts). Hier sind alle Zahnräder frei drehbar und die Räder auf den fluchtenden Achsen drehen gegenläufig. Von Außen wird ein Zahnradpaar (grün) um die horizontale Achse gedreht und dreht bei Stillstand des Differentials beide horizontalen Achsen mit gleicher Drehzahl mit. Werden die horizontalen Achsen zu unterschiedlicher Drehzahl gezwungen, sorgt das Differential für einen Ausgleich und der äußere Antrieb erzwingt nur eine mittlere Drehzahl der horizontalen Achsen. Ein Differential bedingt also keine gleiche Drehzahl auf den ableitenden Achsen, sondern gleiches Drehmoment.

Eine wichtige Funktion haben Differentiale beim Antrieb von Autos wenn z.B. in Kurven das äußere Antriebsrad schneller drehen muss als das Kurveninnere. Besonderer Nachteil ist, wenn ein Antriebsrad auf Glätte trifft und durchdreht. Dann wird kein Drehmoment mehr auf das andere Rad übertragen, auch wenn es auf festem Grund steht. Für diesen Fall haben moderne Differentiale automatische Sperren. Im Modellbau wird eine gewisse Schwergängigkeit durch verschieden dicke Fette eingestellt.

Riemengetriebe bzw. Kettengetriebe

Zahnriemen a1.jpg

tbd (häufig in Modellhelikoptern zum Antrieb des Heckrotors aus dem Hauptmotor)

Verknieung

Eine der netten und für den Modellbauer wichtigen Getriebekonstruktion ist die Verknieung eines Gestänges. Der Name ist etwas weit her geholt (meines Wissens gibt es in der Natur kein Knie, dass im durchgedrückten Zustand höhere Last aushält als im "Arbeitszustand") aber der Begriff verdeutlicht recht nett, was gemeint ist: im Normalfall muss mit Muskelkraft das Knie gehalten werden. Wenn es nach hinten durchgedrückt wird und an seinen "Anschlag" geht, bracht es keine Muskelkraft mehr und "verriegelt" eher bei zunehmender Last. Eine solche Getriebeauslegung wird häufig bei Fahrwerken verwendet, um sowohl im eingefahrenen als auch im ausgefahrenen Zustand keine Servokraft zu benötigen und um Landestösse nicht auf das Servo zu geben, sondern auf die Aufhängung.


Anwendungen im Modellbau

Untersetzungsgetriebe

Kontronik Twist Brushlessmotor mit KPG Planetengetriebe

Elektromotoren, speziell Innenläufer, bieten bei hoher Drehzahl meist nur ein geringes Drehmoment. Beim Antrieb von Luftschrauben oder Fahrzeugrädern sind Drehzahlen von 30000 U/min nicht sinnvoll. Zum Verringern der Drehzahl, und zum gleichzeitigen Erhöhen des Drehmoments, werden Untersetzungsgetriebe mit Untersetzungen von 2:1 bis 7:1 bei Luftschrauben und 4:1 - 8:1 bei Fahrzeuge eingesetzt.

Mittlerweile werden auch hoch drehende Aussenläufer im Modellflugbereich mit Getrieben benutzt.


Braucht Mitarbeit durch Experten