Getriebe (Modelleisenbahn)
Das Getriebe einer Modelleisenbahnlokomotive sorgt für die Kraftübertragung vom Motor auf die angetriebenen Radsätze. Das Getriebe ist neben dem Motor und der Leistunsaufnahme (landläufig: Stromverbrauch) für die Fahreigenschaften der Modelleisenbahnlokomotive mitverantwortlich.
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Allgemein
Getriebe dienen im Modellbau, aber auch anderorts, wie beispielsweise im Maschinenbau, zur Übertragung der Antriebskraft. Würden mit den kleinen Elektromotoren, die bei Modelleisenbahnlokomotiven üblich sind, die Radsätze direkt angetrieben, wäre ein langsames Fahren einer Modelleisenbahnlokomotive unmöglich, da auch die niedrigste Drehzahl eines Elektromotors für Modelleisenbahnen zu hoch ist. Mit dem Getriebe zwischen Motor und Antriebsachse wird aus der schnellen Rotation des Motors eine langsamere und zugkräftigere Fahrbewegung der Lokomotive. Ebenso werden vielfach die Antriebsachten mit einem Getriebe verbunden.
Getriebestufe und Übersetzung
Eine Übersetzungsstufe ist eine Kombination von zwei Zahnrädern unterschiedlicher Größe. Hat beispielsweise das Zahnrad auf der Motorachse 10 Zähne und das damit angetriebene Zahnrad auf der Antriebsachse 40 Zähne, so muss sich die Motorachse viermal vollständig drehen, um die Antriebsachse einmal vollständig drehen zu lassen. Damit hat man eine Getriebestufe mit der Übersetzung 1:4.
Reicht eine Getriebestufe nicht aus, so können mehrere Stufen hintereinandergeschaltet werden, d.h. auf der Achse des ersten "großen" Zahnrades sitzt das kleines Zahnrad der zweiten Stufe. Die Übersetzungen multiplizieren sich dadurch. Beispielsweise ergeben zwei Stufen der Übersetzung 1:4 hintereinander eine Übersetzung von 4x4 = 1:16 (der Motor muss sich 16 mal drehen, um eine Umdrehung der Antriebsachse zu bewirken).
Stirnradgetriebe
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Hauptartikel: Stirnradgetriebe
Stirnradgetriebe sind meist mit flachen Zahnrädern auf einer oder mehreren Ebene aufgebaut, die mehrfach mit Zahnrädern unterschiedlicher Größe ineinandergreifen. Stirnradgetriebe finden sich in grosser Anzahl in älteren Lokomotiven der Nenngröße H0, beispielsweise bei Märklin, Fleischmann und Lima. Sie sind nicht selbsthemmend, haben in Modelleisenbahn-Lokomotiven auch ohne Schwungrad einen guten Auslauf und gelten als robust.
Schneckenradgetriebe
Seit einiger Zeit werden zur Kraftübertragung bei Modelleisenbahnen der kleinen und mittleren Nenngrößen bis H0 meist Schneckenradgetriebe genutzt. Bei den kleinen Nenngrößen wie Z und N, war dies von Beginn an meist unumgänglich. Ein Schneckenradgetriebe besteht aus der Kombination einer meist eingängigen, selten zwei- oder mehrgängigen, Schnecke und einem Zahnrad. Dadurch lassen sich mit einer Getriebestufe hohe Übersetzungen realisieren. Zum Beispiel Übersetzungen von 1:20 oder 1:30. Durch eine Kombination mit einem Motor mit einem zweiseitigen Wellenausgang sind in der Regel durch die geringe Baugröße bei Drehgestelllokomotiven alle Achsen angetrieben. Auch die mögliche Verwendung kostengünstiger Elektromotoren normaler handelsüblicher Bauart gelten als Vorteil. Als Nachteil gegenüber den Stirnradgetrieben haben Schneckenradgetriebe ein schlechteren Wirkungsgrad und damit einen hohen Kraftverlust. Als Vorteil gegenüber einem Stirnradgetriebe gelten die geringeren Fertigungskosten, dies trotz höheren Qualitätsanforderungen an das Schneckenrad und die Schnecke. Dieser Sachverhalt ist jedoch nicht belegt, da auch für die Schwungmassen höhere Qualitätsanforderungen gelten. Ebenso kann die Selbsthemmung ein Nachteil sein, dieser wird jedoch meist durch das Anbringen von Schwungmassen auf den Antriebsmotoren gemildert. Auch die Anfahrts- und Bremsverzögerung im Digitalbetrieb lassen diesen Nachteil der Selbsthemmung mildern. Als weiterer Schwachpunkt bei Schneckenradgetrieben gilt die meist aus Kunststoff hergestellte Kardanwelle die in der Regel die Kraft vom Motor direkt an die Schnecke überträgt.
Schneckenradgetriebe im Verbund mit Kardanwelle und handelsüblichen kostengünstigen Elektromotoren genügen für den Modellbahnbetrieb in den meisten Fällen. Bei höheren Ansprüchen, insbesondere beim Dauerbetrieb und hoher Belastung, können Schnecken und ihre Kardanwelle bei mangelhafter Wartung rasch verschleißen.
In den meisten Fällen erfolgt nach dem Schneckenrad die weitere Kraftübertragung auf die Antriebsräder durch ein Stirnradgetriebe oder aber bei Dampflokomotiven wie im Original durch die Kuppelstangen.
Andere Kraftübertragungselemente
Winkelgetriebe
Als Variante der Stirnradgetriebe gibt es die Winkelgetriebe, wie diese jahrzehntelang in Lokomotiven von Jouef und der Lego Eisenbahn angewendet wurden. Winkelgetriebe vereinigen die Vorteile von Stirnradgetrieben, da diese nicht selbsthemmend sind mit den Vorteilen von Schneckenradgetrieben da diese mit kleinen, kostengünstigen Elektromotoren normaler handelsüblicher Bauart verbaut werden können. So verwendete Jouef lange Zeit auf der Konstruktionsgrundlage eines Pittman-Gleichstrommotors einen eigenen kleinen Gleichstrommotor, Lego solche von Bühler.
In den meisten Fällen erfolgt nach dem oder den Winkelgetrieben die weitere Kraftübertragung auf die Antriebsräder durch ein Stirnradgetriebe oder aber, bei Dampflokomotiven wie im Original, durch die Kuppelstangen.
Schraubenradgetriebe
Schraubenradgetriebe, sind verschiedentlich in Lokmotiven grösserer Nenngröße anzutreffen. Es sind vereinfacht ausgedrückt Schneckengetriebe mit mehrgängigen Schnecken die aber bloss eine Übersetzung von 1:1 bis etwa 1:5 haben. Schraubengetriebe sind meist nicht selbsthemmend, haben aber wegen der hohen Reibung einen nicht so guten Wirkungsgrad wie Stirnradgetriebe.
Kardanwelle
Die Kardanwelle sitzt bei Mittelmotoren zwischen Motor und Getriebe und dient zur Kraftübertragung insbesondere von festem Motorblock zu beweglichen Drehgestellen. Sie hat keine Getriebefunktion.
Riemenantrieb und Riemengetriebe
Manche älteren Modelle nutzen Keilriemen (z. B. NOHAB AA16 von VEB Piko Sonneberg, Krokodil von Roco) zur Kraftübertragung von der Motorwelle zur Getriebe- oder Antriebswelle. Dabei kann es auch zu einer Untersetzung kommen, wenn die Wellen unterschiedliche Durchmesser haben.
Die Riemen können verschiedene Formen haben. So finden sich in älteren Jouef-Modellen normale Haftreifen als Treibriemen zur Kraftübertragung.
Siehe auch
Weblinks
deutschsprachige Wikipedia:
weitere:
- Brushed DC Motor Technology and History auf sumidacrossing.org, Geschichte des Permanent-Magnet-Gleichstrommotors in Spielzeug- und Modelleisenbahnlokomotiven und Slotcars (englisch)
