Kurbelmodelle

[Norbert]

Hier stelle ich eine Anzahl von kleinen Modellen vor, gemacht zur Bedienung durch Besucher, insbesondere Kinder, um damit Interesse und Verständnis für mechanische Funktionen zu wecken.
Es ist immer wieder schön zu beobachten, wenn die Herren den begleitenden Damen ein Differentialgetriebe zu erklären versuchen.
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Jeder Punkt eines Kreises bewegt sich beim Abrollen in einem Kreis doppelten Durchmessers auf einer geraden Linie deren Länge gleich dem äußeren Kreisdurchmesser ist.
Die Drehung der Kurbel wird über ein Schneckengetriebe auf die vernickelte Kurbel mit Gegengewicht (#122/#11776) übertragen, deren Drehachse im Zentrum des Zahnringes liegt. Dieser hat innen 114 Zähne. Das am Ende der Kurbel #122 gelagerte 57Z Zahnrad rollt auf dem Innenzahnkranz ab. Da die Zähnezahlen von Innenring und abrollendem Zahnrad sich wie 114:57 = 2:1 verhalten, verhalten sich auch die Durchmesser wie 2:1.
Jeder Randpunkt der 57Z Rades bewegt sich während des Umlaufs auf einer Geraden. Hier ist durch die Vermittlungslasche #117/#11766 der Punkt ausgesucht, der sich in Richtung der langen Welle bewegt. Auf dem dort angeschraubten Zapfen ruht eine Relingstütze mit Muffenanschluß, in der die lange Welle befestigt ist, d.h. die Welle gleitet in den Löchern des Lagerbügels #46/#10046 hin und her.
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Der Antrieb des inneren Zahnrads erfolgt über eine Schnecke auf ein 19er Ritzel und von dort über eine 3:1 Übersetzung 57Z/19Z auf die Drehachse. Für einen Umlauf des inneren Zahnrads werden also 19/3 Kurbelumdrehungen benötigt.
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De La Hire II Geradführung Zeiger 01.jpg

Die Zeigerspitze entspricht einem Punkt des inneren Kreises und bewegt sich auf einer Geraden, deren Länge dem Durchmesser des äußeren Kreises entspricht.
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De La Hire II Geradführung Zeiger 02.jpg

… mit Hilfe eines 46Z Kettenzahnrads. Das Delrin-Sonnenrad hat 114Z, das Zeigerrad 57Z.
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De La Hire III Untersetzung 01.jpg

Auch diese bekannte Mechanik stellt eine Anwendung des Theorems von La Hire dar: die beiden Zapfen sind Punkte des Innenkreises und bewegen sich, bezogen auf die Schlitzscheibe, auf geraden Linien (d.h. in den Schlitzen).
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De La Hire III Untersetzung 02.jpg

Die vorgenannte Bedingung ist nur erfüllt, wenn gilt: Achsabstand in der Höhe = halber Zapfenabstand.
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Schmidtkupplung 01.jpg

Bei einer Schmidtkupplung kann der Achsabstand unter Last und während des Laufens verstellt werden. Zwei Verstellgetriebe erlauben es, die Abgangsachse mit dem schwarzen Zahnrad stufenlos im gesamten verfügbaren Bereich zu verstellen.
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Der Verstellbereich ist kreisförmig und wird durch die Summe der Längen der verbindenden 3-Loch Bänder begrenzt. Der Radius des Verstellkreises ist also 2x2 Lochabstände, d.h. 2".
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Wird fortgesetzt.

[Norbert]

Fortsetzung Kurbelmodelle.
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Bei diesem Kegelrad-Differential wurden Eitech-Teile für den Käfig verwendet. Dadurch kann das große Kegelrad als Tellerrad verwendet werden. Allerdings müssen auch drei kleine Kegelräder gekürzt werden.
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Stirnrad-Differential mit 19Z Ritzeln. Die rote Scheibe muß eine 6-Loch Scheibe sein, damit der Abstand zwischen den Löchern gleich dem Abstand zur Achse (1/2") ist.
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Diese Detailaufnahme zeigt die sukzessive Verschiebung der vier beteiligten Ritzel-Stirnseiten.
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Differential-Torsen 01.jpg

Selbsthemmendes Differential (Torsen-Differential). Der Differentialausgleich erfolgt über eine Schnecke-Ritzel-Ritzel-Schnecke Kombination und ist daher nicht umkehrbar.
Bem: Torsen ist die Abkürzung für 'torque-sensitive', also 'drehmomentfühlend'.
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Differential-Torsen 02.jpg

Die beiden Schnecken an den Enden der Halbwellen sind über zwei Ritzelpaare miteinander gekuppelt.
Ein Verdrehen der Räder gegeneinander ist möglich, nicht jedoch die Übertragung einer Drehung von einem Rad zum anderen, wie beim gewöhnlichen Differential.
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Differential-Kugel 01.jpg

Das antreibende Kronrad bildet den Käfig für acht Kugeln, die auf zwei ebenen, mit den Halbachsen gekoppelten Metallflächen abrollen und so den Differentialeffekt bewirken.
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Die übertragbaren Drehmomente sind gering, weil die notwendige Parallelität der Planscheiben bei dem aufzubringenden Anpreßdruck auch mit dem zusätzlichem Versteifungsbügel nur schwer zu erreichen ist.
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Differential-Riemen 01.jpg

Der Ausgleich zwischen den Halbwellen wird von den Schnurrädern an den Enden mittels O-Ring über zwei Umlenkrollen bewirkt.
Das übertragbare Moment hält sich zwar in Grenzen, reicht aber durchaus für kleinere Modelle.
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Bei dieser Baugröße sind 1/2" Schnurlaufräder mit Stellschraube erforderlich, die es bei Märklin nur als Antriebsräder des großen Elektromotors 1072 gab. Bei Meccano haben sie die Nummer 23a.
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Differential-Hebel.jpg

Ein mittig beweglich gelagerter Hebel überträgt die Ausgleichsbewegung zwischen zwei Kurbelarmen mit Langloch ganz ohne irgend ein Rad.
Ideal zu Reparatur im Urwald ohne Werkstatt.
Das Prinzip entspricht dem bekannten Mechanismus zur Drehrichtungsumkehr.

Wird fortgesetzt.

[Norbert]

Fortsetzung 2.
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Differential-Hebel 01.jpg

Gegenüber dem Drehrichtungs-Umkehr-Mechanismus, der i.d.R. mittels Gabelköpfen fest gekoppelte Verbindungen aufweist, hat diese Variante den Vorteil, daß der Abstand der Kurbelarme und damit der Räder unabhängig von der Lage des Hebels ist und konstant bleibt.
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Malteserkreuz-Antrieb 01.jpg

Malteserkreuz-Getriebe für den Filmtransport. Das 6-armige Malteserkreuz stammt von Compact-Technik und wurde mit 6 Gewindebohrungen M4 versehen, um eine Lochscheibe anschrauben zu können.
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Das Antriebsrad wurde aus einem Messing-Spurkranzrad durch Entfernen eines Teils des Spurkranzes hergestellt.
Der Arm mit dem Mitnehmerstift ist eine flache Lagerstütze 11730 mit 10 mm Bohrung für die Nabe.
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Der Antrieb des Films (zwei zusammengeklebte Halbformat-Negativstreifen) wird durch 36Z Kettenräder von Meccano bewirkt.
Eine 2/3 Übersetzung 38Z/57Z sorgt bei jeder Kurbelumdrehung für einen Filmtransport um 4 Loch, was genau einem Halbbild entspricht.
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Drei Planetengetriebe #6524.jpg

Drei Planetengetriebe: Warum dreht sich die blaue Scheibe gleichsinnig, gegensinnig und gar nicht mit der Handkurbel?
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1:96 Untersetzung durch zwei Zahnräder mit einem Zahn Unterschied:
altes Zahnrad Nr. 31 mit 96 Zähnen & neues Zahnrad Nr. 31/95 bzw.10595 mit 95 Zähnen.
Bei jeder Kurbelumdrehung dreht sich das lose Zahnrad mit der Zeigerscheibe um einen Zahn weiter oder zurück,
je nachdem, ob das gößere Zahnrad hinten oder vorne verwendet wird.
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Unkonventioneller Winkeltrieb_#6523.jpg

Ein unkonventioneller Winkeltrieb ohne Zahnräder.
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Kaskadierte_Schneckengetriebe-01_#1827.jpg

5 kaskadierte Schneckengetriebe 1:19. Um den Zeiger einmal zu drehen muß die Kurbel 19 x 19 x 19 x 19 x 19 = 2.476.099 mal gedreht werden.
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Kaskadierte_Schneckengetriebe-02_#1829.jpg

Das Getriebe ist 14 Jahre alt. In dieser Zeit haben Besucher den Zeiger aus der Senkrechten in die jetzige Position gekurbelt.

Wird fortgesetzt.

[märklin_fan]

Lieber Norbert,
bei diesen Getriebemodellen erblassen ich in Ehrfurcht, Chapeau.

[Norbert]

Danke, Erwin, es kommen noch zwei Modelle.
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Kompaßwagen-01_#1824.jpg

Chinesischer Kompaßwagen. Bei Kurvenfahrten des Gefährts behält die Figur ihre Richtung bei und weist so den Kurs.
Das Prinzip basiert auf einem Differentialgetriebe und wurde angeblicch bereits 2.600 vor Christus in China angewandt.
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Blick auf das Differential. Damit der Kompaß funktioniert muß hier gelten: Abstand der Räder = Durchmesser der Räder.
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Unidirektionales_Getriebe-01-#7345.jpg

Dieses sog. „Gleichrichter-Getriebe” sorgt dafür, daß sich das blaue Rad immer im gleichen Drehsinn bewegt, unabhängig davon, ob die Kurbel rechts oder links herum gedreht wird. Ein solches Getriebe schaltet man vor den (Hand-)Antrieb eines Modells, wenn nur eine Drehrichtung erlaubt ist, damit es funktioniert (z.B. bei einer Förderschnecke).
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Unidirektionales_Getriebe-02-#7346.jpg

Je nach Drehrichtung der Kurbel bewegt sich der Getriebekäfig aus zwei Lagerschilden (Flat Trunnion MC #126a, MT #4400-45) nach links oder rechts und sorgt so für die richtige Drehrichtung. Die lange Schraube dient als Anschlag für den Käfig, damit in dieser Position drei Ritzel Z19 genau übereinander stehen.
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Prinzip des One Way Drive b.jpg

Prinzip des Umschaltgetriebes (grün gefärbtes Bauteil = Trunnion Nr. 126a):
A: Antriebswelle mit Kurbel, gleichzeitig Drehachse des Getriebekäfigs
B_{1, 2}: Wellenstummel zur Lagerung der Zwischenzahnräder Z19
C: Abtriebswelle mit blauem Rad
D: Schrauben mit Abstandshülsen zwischen den beiden Lagerschilden
Bei Rechtsdrehung der Kurbel kippt der Käfig nach rechts bis an einen Anschlag, der so zu justieren ist, daß die drei Wellen „A”, „B₁” und „C” senkrecht übereinander stehen. Die obere Welle ist wie die Kurbel rechtsdrehend.
Bei Linksdrehung der Kurbel kippt der Käfig nach links, bis das rechte Zahnrad auf Welle „B₂” in das Zahnrad auf Welle „C” eingreift. Das Zahnrad auf Welle „B₁” läuft dann ohne Eingriff in das obere Zahnrad, das durch Einschalten eines weiteren Zwischenzahnrads nach wie vor rechtsdrehend ist.

Damit ist die Vorstellung „Kurbelmodelle” beendet.
Viel Vergnügen beim Betrachten und Nachbauen.

[märklin_fan]

Lieber Günther
könntest du mal eine Stückliste für das unidirektionale Getriebe zeigen?

[Günther]

Zum "Gleichrichter-Getriebe" möchte ich meinen Nachbau zeigen:

IMG_4110.JPG

Bei Linksdrehung erfolgt der Antrieb über rechte Zwischenwelle.

IMG_4111.JPG

Bei Rechtsdrehung erfolgt der Antrieb auf die linke Antriebswelle.

IMG_4112.JPG

Die Bügel begrenzen die Pendelbewegung am 5 er Lochband.

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Am Riesenrad hatte ich das Getriebe eingesetzt, deshalb diese Variante mit Sektorplatten.

Gruß
Günther