Das 'inoffizielle' LEGO®-Technic-Buch: Kreative Bautechniken für realistische Modelle (German Edition)

entscheidende Zweck von Zahnrädern besteht darin, die
Eigenschaften
der in ein System eingegebenen mechanischen Energie unseren Bedürfnissen anzupassen. Dass dabei Bewegung übertragen wird, ist eine Nebenwirkung.
    Zahnräder können durch alle möglichen Arten von Energieeingaben angetrieben werden, seien es Elektromotoren, Handkurbeln, Windturbinen oder Wasserräder. Im Folgenden betrachten wir von E-Motoren angetriebene Zahnräder, da Motoren im Gegensatz zu anderen Mechanismen über konstante, messbare Eigenschaften verfügen.
    Jeder Motor weist eine bestimmte mechanische Leistung auf, die sich aus den beiden Faktoren Drehzahl und Drehmoment zusammensetzt. Diese beiden Eigenschaften können wir mithilfe von Zahnrädern umformen. Sowohl Drehzahl als auch Drehmoment wurden ausführlich in Kapitel 1 erläutert.

    Abbildung 5-1: Untersetzung
    Wann kommt es auf die Drehzahl an und wann auf das Drehmoment? Jeder Mechanismus und jedes Modell bringt seine eigenen Anforderungen mit. Einige brauchen eine höhere Drehzahl und ein geringeres Drehmoment, als der Motor liefert, während bei anderen das Gegenteil der Fall ist. Mithilfe von Zahnrädern können wir Drehmomente in Drehzahlen umsetzen und umgekehrt. Dazu gibt es zwei sehr einfache, aber auch sehr wichtige Regeln:
    Wird ein großes Zahnrad durch ein kleines angetrieben, erhöht sich das Drehmoment, während die Drehzahl sinkt. Dies wird Untersetzung genannt (siehe Abbildung 5-1 ).
    Wird ein kleines Zahnrad durch ein großes angetrieben, erhöht sich die Drehzahl, während das Drehmoment sinkt. Dies wird Übersetzung genannt (siehe Abbildung 5-2 ).

    Abbildung 5-2: Übersetzung
    Drehzahl und Drehmoment sind
umgekehrt proportional
. Wenn wir die Drehzahl um den Faktor zwei verringern, wird das Drehmoment um den Faktor zwei erhöht. Es ist nicht möglich, eine dieser beiden Eigenschaften zu ändern, ohne die andere zu beeinflussen. Dazu müssten wir die eingehende Leistung ändern, indem wir etwa eine Handkurbel stärker drehen oder einen Motor mit höherer Spannung anschließen.
    Um ein leichtes Fahrzeug anzutreiben, das wenig Drehmoment benötigt, um sich vorwärtszubewegen, können wir das überschüssige Drehmoment durch eine Übersetzung in zusätzliche Drehzahl und damit Geschwindigkeit umwandeln. Wie hoch der Anteil des Drehmoments ist, den wir umformen können, hängt hauptsächlich vom Gewicht des Fahrzeugs ab. Erfahrene Bastler können den Bereich der möglichen Umwandlungen anhand des Fahrzeuggewichts und des Motortyps abschätzen.
Antriebsräder, angetriebene Räder und Laufräder
    Abbildung 5-3 zeigt ein einfaches Beispiel für die Kraftübertragung mithilfe von Zahnrädern. Der graue Motor ist hier über zwei Zahnräder mit dem Rad verbunden. Das grüne Rad liegt am nächsten an der Leistungsquelle (dem Motor) und wird als
Antriebsrad
bezeichnet. Das rote Zahnrad empfängt von ihm seinen Antrieb und heißt daher
angetriebenes Rad
.

    Abbildung 5-3: Antriebsrad und angetriebenes Rad. Bei allen Abbildungen in diesem Kapitel wird dasselbe Farbschema verwendet: grün für Antriebsräder und rot für angetriebene.
    Bei zwei ineinandergreifenden Zahnrädern auf verschiedenen Achsen ist eines immer das Antriebsrad und das andere das angetriebene. Das Antriebsrad ist dasjenige, das den Antrieb überträgt, während das angetriebene Rad ihn empfängt.
    Wenn sich die Zahnräder drehen, rotieren auch die Achsen, auf denen sie befestigt sind. Es gibt eine Antriebsachse (den
Eingang
) und eine angetriebene Achse (
Ausgang
), die der Drehung ihrer Zahnräder folgen. Viele Mechanismen haben nur eine Eingangs-, aber viele Ausgangsachsen. Ein gutes Beispiel dafür ist das weit verbreitete Differenzialgetriebe (siehe Abbildung 5-4 ).

    Abbildung 5-4: Das Differenzial hat eine Eingangsachse (grün), aber zwei Ausgangsachsen (rot).
    Neben Antriebsrädern und angetriebenen Rädern gibt es auch
Laufräder
. Wenn mehrere Zahnräder in Reihe hintereinander geschaltet sind, ist das erste das Antriebsrad, das letzte das angetriebene Rad und alle anderen dazwischen sind die Laufräder (siehe Abbildung 5-5 ), da sie einfach nur mitlaufen, ohne die Umwandlung von Drehmoment und Drehzahl zu beeinflussen.

    Abbildung 5-5: Drei ineinandergreifende Zahnräder. Die Achse des grau dargestellten Laufrads dient nur zu dessen Befestigung.
    Laufräder sind gewöhnlich mit zwei oder mehr anderen Rädern gleichzeitig verzahnt, Antriebs-und angetriebene Räder dagegen nur mit einem (siehe