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

das des zweiten 12:20. Durch Multiplikation erhalten wir das Gesamtverhältnis 1:1. Die Laufräder ändern also gar nichts an dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten und dem letzten Zahnrad.
    Sehen wir uns jetzt das zweite Beispiel aus Abbildung 5-7 an. Die beiden Paare sind identisch und bestehen jeweils aus einem Antriebsrad mit 12 und einem angetriebenen Rad mit 20 Zähnen. Das Verhältnis beträgt in beiden Fällen 20:12. Durch Multiplikation erhalten wir ein Gesamtverhältnis von 2,779:1. Das ist nicht identisch mit 1,667:1, dem Verhältnis zwischen dem ersten und dem letzten Zahnrad. Hier handelt es sich bei den zwischengeschalteten Zahnrädern nicht um Laufräder, da sie das Gesamtübersetzungsverhältnis beeinflussen und daher nicht ignoriert werden können.
    Zum Schluss stellt sich noch die Frage, wie wir das Verhältnis bei der Verwendung eines Schneckengetriebes berechnen. Das ist sogar noch einfacher: Das Verhältnis ist der Quotient
Anzahl der Zähne des angetriebenen Rades:1
. Das liegt daran, dass eine vollständige Rotation der Schnecke das angetriebene Rad um einen Zahn weiterdreht. Um ein Zahnrad mit 24 Zähnen ganz zu drehen, sind daher 24 Umdrehungen der Schnecke erforderlich. Es liegt also ein Verhältnis von 24:1 vor.
Wirkungsgrad von Zahnrädern
    Jedes Zahnrad hat ein Gewicht und ruft Reibung hervor, die wir überwinden müssen, um das Rad drehen zu können. Bei jedem Zahnrad in einem Mechanismus geht ein Teil der Motorkraft verloren. Der
Wirkungsgrad
eines Zahnrads gibt an, wie viel Energie übertragen wird und wie viel verloren geht. Leider ist es sehr schwer, den Wirkungsgrad einzelner Zahnräder zu bestimmen, vor allem da Zahnräder mit der Zeit verschleißen. Da wir jedoch wissen, auf welche Weise Energie in mechanischen Systemen verloren geht, können wir folgende zwei Faustregeln anwenden, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen:
    Je weniger Zahnräder, umso besser.
    Je kleiner die Zahnräder, umso besser.
    In der Praxis führt ein niedriger Wirkungsgrad zu einem Verlust an Drehmoment und Drehzahl, denn bei einem geringeren Wirkungsgrad muss der Motor innere Widerstände überwinden (z.B. durch Reibung). Das kannst du bei motorisierten Fahrzeugen erkennen, deren Räder sich meistens schneller drehen, wenn du sie vom Boden löst. Das bedeutet, dass funktionierende Mechanismen in der Praxis niemals so effektiv sein können, wie das Übersetzungsverhältnis angibt. Wie stark der Wirkungsgrad eines Mechanismus sinkt, hängt vom Wirkungsgrad der Zahnräder ab.
    Wie wichtig der Wirkungsgrad ist, kannst du bei jedem Mechanismus erkennen, der über ein Schneckengetriebe verfügt. Die extrem hohe Untersetzung eines Schneckengetriebes kommt auf Kosten des Wirkungsgrads zustande. Nach einigen Quellen geht durch Schneckengetriebe ungefähr ein Drittel der Motorleistung aufgrund von Reibung und der Neigung des Getriebes verloren, entlang der Achse zu verrutschen. Die Reibung ist so hoch, dassSchneckengetriebe heiß laufen, wenn sie längere Zeit einem hohen Drehmoment ausgesetzt werden. LEGO-Schnecken können aufgrund der Reibung auch nicht als angetriebene Räder verwendet werden. Bei manchen Anwendungen sind Schneckengetriebe unverzichtbar, aber im Allgemeinen sollten sie nur spärlich eingesetzt werden.
Zahnspiel
    Bei LEGO-Zahnrädern können wir das
Spiel
einfach als den freien Raum zwischen den Zähnen zweier ineinandergreifender Räder definieren. Im Idealfall sollte es gar keinen Abstand geben, aber in der Praxis weisen LEGO-Zahnräder immer ein gewisses Zahnspiel auf. Es gelten folgende allgemeine Regeln:
    Die Zahnräder älteren Typs weisen ein sehr viel höheres Zahnspiel auf als die neuen Kegelräder.
    Je kleiner das Zahnrad, umso größer das Zahnspiel.
    Das Zahnspiel aller direkt ineinandergreifenden Räder summiert sich.
    Was ist so schlecht an Zahnspiel? Betrachte als Beispiel einen Lenkmechanismus. Ein erhebliches Spiel zwischen ihm und dem Motor verringert nicht nur die Genauigkeit der Steuerung, sondern gibt den Rädern auch eine gewisse Freiheit, sodass sie beim Auftreffen eines Hindernisses abweichen können. Das wiederum kann dazu führen, dass das Fahrzeug beim Überfahren von Bodenwellen zur Seite ausbrechen kann oder dass die Lenkung verzögert reagiert.
    Immer wenn es auf Genauigkeit ankommt, führt Spiel zu Problemen. Viele Arten von Kränen, Ziehbrücken und Drehscheiben kranken am Spiel. Die beste Möglichkeit, um Spiel zu vermeiden, besteht darin, eine