Werkstatt und Fahrzeugtechnik - Seite 2

6. Die Kardanwelle ist in Modellbaufahrzeugen ein nicht    wegzudenkendes Antriebselement. Mit dem Kardanantrieb kann man sowohl Höhenunterschiede zwischen antreibender und getriebener Welle überwinden als auch die ausschwenkenden Drehgestelle  mit Antriebsimpulsen versorgen. Den Verlust von Antriebsdrehmomenten durch die angewinkelte Kardanwelle kann man vernachlässigen. Die beste  Kraftübertragung liefern die Kardan- oder auch Kreuzgelenke mit Kugelkopf. Für die Baugröße H0e/m/f kommen meist solche Kardangelenke zum Einsatz. Kardanwellen, die aus einer Spiralfeder bestehen, kann ich nicht empfehlen. Sie fördern das ruckhafte Anfahren des Triebfahrzeugs und besitzen oft eine schwer zu beseitigende Unwucht. Ein absolutes NO GO ist es, solche als Kardanwelle eingesetzten Spiralfedern ohne Kardangelenke an ihren Enden gleich fest mit den Wellen zu verbinden.

Da Kardan -  oder Gelenkwellen nicht für einen Apfel und ein Ei zu erwerben sind, hier mal ein Beispiel für den Eigenbau.

7. Ohne Zahnräder und Schnecken geht im Getriebebau so gut wie nichts. Es ist deshalb anzuraten, sich über die Bauformen der Zahnräder, ein- und mehrgängiger Schnecken sowie über den Modul (Maß für die Größe der Zähne eines Zahnrades oder Schnecke) vorab etwas zu informieren.

Grundsätzlich gilt:

- je weniger Platz für das Getriebe besteht, desto kompaktere Bauformen sind erforderlich. Das erreicht man z.B. mit mehrstufigen Zahnrädern, Schnecken und/oder mit kleineren Moduln.

- je kleiner der Modul, desto höher ist die erforderliche Genauigkeit beim Getriebebau, aber tröstlicherweise auch die Fahrkultur des Modells, falls man genau gearbeitet hat.

- je kleiner das Drehmoment (einfach übersetzt: Kraft) und je größer die Nenndrehzahl des Motors ist, desto höher muß

die Getriebeuntersetzung gewählt werden.

Generell gilt, je kleiner der Modul, desto mehr Zähne hat das Zahnrad bei gleichem Durchmesser. Ein Zahnrad mit 10mm Durchm. käme bei einem Modul 0,4 auf 25 Zähne, bei einem Modul 0,5 nur noch auf 20 Zähne.

Das bedeutet auch, daß ich bei gleichem Zahnraddurchmesser und einem kleineren Modul eine größere Untersetzung

erreichen kann.

Die Zahnhöhe beträgt 13/6 des Moduls. Also beim Modul 0,4 etwa 0,86, bei M0,5 schon 1,08mm.


Um alle technologischen Möglichkeiten bei der Verringerung der Nenndrehzahlen des Motors zu untersuchen, muß man sich auch mit den Themen Getriebemotoren, Planetengetriebe, Vor- und Nachteile von Metall- oder Plastezahnrädern und deren Herstellungsqualität oder Kegelrädern beschäftigen.

Erstes Beispiel: Verwendet der Plastezahnradhersteller minderwertiges Material, dann kann es passieren, daß das auf eine geriffelte Welle aufgepreßte Zahnrad nach einer bestimmten Zeit reißt. Das passiert bei einem Zahnrad aus Messing nicht, hier ist eher der Abrieb das Problem.

Zweites Beispiel: Einige industrieelle Hersteller, aber noch häufiger Bastler, setzen bei Schneckengetrieben gerade verzahnte Zahnräder ein.

                          Motto: "Was wollt ihr denn, es dreht sich doch!"

Diese Kombination läßt einen korrekten Eingriff der Zähne ineinander nicht zu. Die Schnecke muß ein sogenanntes Schneckenrad antreiben, dessen Schrägverzahnung  dem Steigungswinkel der Schnecke entspricht. Da sich dieser Steigungswinkel je nach Modul und Anzahl der Gänge der Schnecke ändert ist es für den Laien sicherer, wenn er Schnecke und Schneckenrad als Kombination bei einem Hersteller erwirbt.


Wissen sollte man auch, daß mit einer größeren Steigung des Schneckengewindes die Selbsthemmung des Getriebes abnimmt. Überprüfen kann man diese Behauptung ganz einfach am heimischen PC. Nach einem kurzen Druck aufs Knöpfchen wird der CD-Auszug ausgefahren. Da die Steigung der antreibenden Schneckenwelle im Getriebe des Auszuges aber riesengroß ist (sieht bald aus wie eine Grillfackel), läßt sich der Auszug auch mit der Hand leicht zurückdrücken.

Das wäre z.B. mit einer normalen eingängigen Schnecke, wie wir sie im Modell verwenden, nicht möglich.

Hier noch ein Beispiel für Bastler, die sich neu mit der Materie beschäftigen und sich häufig nicht sicher sind, ob ihre Rechnerei tatsächlich funktioniert.

Ein Stück Holz mit ein paar Nägeln, die einigermaßen in die Bohrungen der Zahnräder passen, reichen für dieses "Übungsstück".

Damit kann man die errechneten Werte bei der gewählten Untersetzung kontrollieren und es hilft, Fehler auszuschließen.

Gleiches läßt sich auch für den Riemenantrieb mit einem oder mehreren Riemenscheiben installieren.

Auch die Anordnung der Zahnräder kann man damit simulieren.

8. Getriebe

Zur Berechnung der Untersetzungsverhältnisse empfielt es sich, diese Seite  gründlich zu studieren, weil sie bereits auf die Belange eines Eisenbahnmodellbauers abgestimmt ist.

Für den Aufbau des Getriebes ist die Berechnung des Achsabstandes von Zahnrad- und Schneckenwellen sehr von Bedeutung. 

Bsp-Formel: Achsabstand = (m (z1 + z2))/2  oder Achsabstand = d1/2 + d2/2

Dieser Abstand entscheidet - gleichen Modul der beteiligten Zahnräder u. Schnecken vorausgesetzt - über die Leichtgängigkeit des Getriebes. Deshalb sind die zu setzenden Bohrungen für die Aufnahme der Achsen sehr exakt und nur mit Ständerbohrmaschine auszuführen.

Das Spiel zwischen zwei Stirnzahnrädern soll normalerweise 1/6 des Moduls betragen. Also bei M0,4 = 0,07mm und bei M0,5 = 0,08mm.

Meine Erfahrungen gehen dahin, beim Anreißen der Bohrungen je nach Größe des Moduls ein- bis zwei Zehntel zum errechneten Achsabstand dazuzurechnen. Wer beim Bohren der Achslager über einen Kreuztisch verfügt, hat es da ein wenig genauer.

In der Praxis hat es sich bewährt, wenn diese Lagerbohrungen zunächst vorgebohrt, nochmals vermessen u. evtl. korrigiert, und dann bis auf 1 Zehntel auf den Wellen- oder Kugellagerdurchmesser aufgebohrt werden. Den genauen Durchmesser erzielt man dann durch Aufreiben mit entsprechenden Reibahlen.

Bei Moduln unter 0,3 müssen diese zum Achsabstand hinzugerechneten "Angstzehntel" weggelassen werden, weil man dann den korrekten Eingriff der Zähne ineinander riskiert. Deshalb also die höhere Präzision bei M 0,2 und kleiner.

Rechts ein Tipp für etwas erfahrene Bastler, der eigentlich aus der Uhrmacherbranche stammt:

Ist das Lager ausgeschlagen, hat man sich mal etwas verbohrt oder will neue Zahnräder einsetzen, dann kann man sich mit exzentrisch - einstellbaren Lagern helfen. Das zu korrigierende Lager wird Zwei- bis Dreimillimeter größer aufgebohrt und ein passendes Gewinde mit dem Gewindebohrer geschnitten. Dann nimmt man eine für dieses Gewinde passende Schraube und sägt  vorn eine Scheibe vom Gewinde ab. In die Schnittfläche sägt man dezentral einen Schlitz von ca. 1mm Tiefe. Ist das erledigt, wird diese Scheibe exzentrisch in das Dreibackenfutter der Drehmaschine eingespannt. Exzentrisch heißt, unter eine der 3 Drehfutterbacken schiebt man bein Einspannen ein kleines  0,2/0,3mm Blech. Jetzt "eiert" die Scheibe im Futter. Diese Scheibe wird jetzt mit dem Bohrfutter im Reitstock auf genau das Maß aufgebohrt, das die Welle oder das Kugellager besitzt. Dieses Loch sitzt dann außermittig. Nun kann man diese Gewindescheibe in das vorbereitete Lagerloch eindrehen und mit einem Schraubendreher genau in die Position drehen, die ein korrekter Eingriff der Zahnräder erfordert.

Diese relativ aufwendige Möglichkeit der Lagerkorrektur wird man natürlich nur anwenden, wenn das Objekt für den Erbauer oder Eigentümer einen entsprechenden Wert hat.

Etwas schneller kommt man zum Ziel, wenn ein Stück Rundmaterial in das ausgeleierte/verbohrte Lagerloch eingelötet, die Stelle plan geschliffen und dann das neue (alte) Lager exakt nach Maß gebohrt wird.

Speziell bei Dampflokomotiven hat sich in den letzten Jahren ein auf der Antriebsachse aufsitzender, gekapselter Getriebeblock bewährt. Der Motor ist entweder mit ihm fest verbunden oder treibt über eine Kardanwelle dieses Getriebe an. Man findet diesen Getriebeblock aber mittlerweile auch bei Diesel- und Elektroloks sowie bei kleinen zweiachsigen Rangierlokomotiven.

Bei hochwertigen Modellen haben die Konstrukteure einen federnden Motor/Getriebeblock vorgesehen, der es sogar möglich macht, die angetriebene Achse federnd zu lagern.

Eine Fundgrube für  Getriebevarianten    ist diese Seite, die sich auch ohne perfekte Englischkenntnisse selbst erklärt. Es schadet auch nicht, sich mit Entwicklungen in den USA, England, Austalien, Frankreich oder der Schweiz zu beschäftigen.

9.  Rad- Schienensystem

Das beste Getriebe kann seinen Zweck nur unzureichend erfüllen, wenn die Konstruktion des Triebfahrzeugfahrgestells nicht gewährleistet, daß das vom Getriebe bereitgestellte Drehmoment tatsächlich in vollem Umfang zur Fortbewegung genutzt werden kann.

 Dabei spielen folgende Faktoren eine Rolle:

  • wieviel Achsen sind angetrieben,
  • wieviel der angetriebenen Räder haben gleichzeitig Kontakt zur Schiene,
  • wie gleichmäßig ist die Achslast ausgehend vom Gesamtgewicht des Tfz auf alle angetriebenen   Achsen (Radsätze) verteilt,
  • welche konstruktiven Technologien (siehe unten) wurden beim Bau des Fahrgestells gewählt, um eine Allradauflage zu erzielen,
  • wie sind die Einflußfaktoren Traktion, Adhäsion und Haftreibungskoeffizient bei der Materialwahl von Rad und Schiene   berücksichtigt worden,
  • wie kann die Adhäsion durch den Einsatz von Haftreifen beeinflußt werden und was sind die Folgen,
  • wie kann eine effektive Form der Stromaufnahme von der Schiene einen ununterbrochenen Lauf des Motors garantieren. (Letzteres gilt nicht für Triebfahrzeuge, die mit einer RC-IR-Steuerung ausgerüstet sind. Das trifft aber eher auf größere Spurweiten zu.) Und welches Material, aus dem die Radreifen gedreht sind, verursacht beim Kontakt mit der Schiene die wenigsten Abrißfunken, die bekanntlich einen Großteil der allgegenwärtigen Gleisverschmutzung ausmachen.

Ich muß gelegentlich schmunzeln, wenn von Hobbykollegen in Foren o.a. die Meinung vertreten oder erwartet wird, eine DCC - Steuerung könne das alles kompensieren.

Nicht einer der aufgeführten 7 Punkte ist durch den Einsatz einer digitalen Steuerung zu beeinflussen oder gar zu korrigieren. Auch nicht mit Wischen auf irgendwelchen mobilen Glasplatten. Da helfen einzig und allein Kenntnisse in der Physik, der Mechanik, der Elektrotechnik und über Materialeigenschaften weiter.

Es ist auch ein schönes Beispiel dafür, daß Funktionsmodelle auf Modellbahnen, egal ob schienengebunden oder daneben gebaut, nur als Einheit von Elektrotechnik/Elektronik und Mechanik zu begreifen sind. Das ist der Kern der Vielseitigkeit unseres Hobbys.

Zurück zu Rad/ Schiene.

Während beim Vorbild (hoffentlich) immer alle Achsen mit beiden Rädern  auf dem Gleis stehen, müssen wir bei ihren Modellen nachhelfen.

Die für die Zugkraft und gute Stromabnahme so wichtige Allradauflage der angetriebenen Achsen kann man bei unseren Modelllokomotiven  mit folgenden  Konstruktionsformen erreichen:

Dreipunktlagerung

Wipplagerfahrwerk

Achsfederung


Grundsätzlich gilt:

Je mehr angetriebene Achsen ein Triebfahrzeug besitzt, desto lohnenswerter ist die konstruktive Kombination von Dreipunktlagerung, Wipplager und Federung einzelner Achsen. Das gilt für hochwertige industriell hergestellte Fahrzeuge bzw. Fahrzeuge aus "Edelschmieden" wie z.B. Micro-MetakitWeinert  u.a.

Es ist leider immer noch so, daß die breite Masse der Modellbahnhersteller aus nur ihnen bekannten Gründen diese Fahrwerkskonstruktionen bei ihren Produkten kaum anwenden. Im Ergebnis hält der Modellbahner dann für relativ viel Geld ein  Erzeugnis in der Hand, das mit ihm spricht, alle Register der Fahrzeugbeleuchtung und sonstige Gimmiks aufweist, aber auf der Anlage keinen Meter vernünftig läuft. Erfahrene Modellbaukollegen bessern dann, teilweise für einen erklecklichen Teil der Kaufsumme, ihre Modelle selbst nach oder schicken sie enttäuscht zurück.

 

Die Entscheidung über die Anwendung dieser Fahrwerkskonstruktionen beim Eigenbau von Fahrzeugen oder beim nachträglichen Umbau muß jeder Modellbahner für sich treffen. Da spielen der vorgesehene Einsatz auf der Anlage, die Qualität der Gleisverlegung, die Zahl der angetriebenen Achsen, die Art des Antriebes (Schnecke/Stirnzahnrad) und nicht zuletzt die eigenen Ansprüche an die Laufkultur von Triebfahrzeugen eine Rolle.

Es gibt allerdings auch Beispiele, wo Modellbahnkollegen mit dem Bau moderner Fahrwerke keine Verbesserung im Fahrverhalten erzielen konnten. In solchen Fällen kann man zu fast 100% davon ausgehen, daß bei der Konstruktion des Fahrwerkes oder später bei ihrem Bau handwerkliche Fehler gemacht wurden, die es dann im Nachhinein mühevoll zu finden gilt.