Schaltgetriebe


Oft soll ein Antrieb unterschiedliche Anforderungen bewältigen - wie beispielsweise beim Auto: es soll z.B. schnell fahren können, aber auch mit Zuladung an einer Steigung nicht schlapp machen. Das kann ein Motor meist nicht direkt leisten, zumal er seine beste Leistung normalerweise nur in einem schmalen Drehzahlbereich erbringt.

Die Lösung für dieses Problem ist eine Über- oder Untersetzung: Durch ein Zahnradgetriebe werden Drehzahl und Drehmoment des Motors so geändert, dass an der Achse die gewünschten Werte anliegen. Ein Zahnradgetriebe hat den Charme, dass bei der Umsetzung wenig Leistung verloren geht.

Abb. 1 zeigt die Konstruktion eines Dreigang-Schaltgetriebes mit fischertechnik. Die Anordnung der Zahnräder auf der Achse ist etwas trickreich, wenn das Schalten unter Last (im Betrieb) erfolgen soll und die Zahnräder dabei nicht verkanten dürfen. Das Getriebe treibt ein Differential an. Geschaltet wird durch (manuelles) Verschieben des schwarzen Schalthebels.

Die Über- (bzw. Unter-)setzung des Getriebes lässt sich über die Zahl der Zähne der verwendeten Zahnräder leicht ausrechnen: Im mittleren Gang (Foto) ist die Übersetzung 1:1 (Z20:Z20), im kleineren Gang 3:1 (Z30:Z10) und im größten Gang 1:3 (Z10:Z30). Die Drehzahl des Motors wird außerdem 3:2 übersetzt (Z30:Z20), und am Differential erfolgt mit dem Kronrad eine Untersetzung im Verhältnis 15:38 (Z15:Z38). Mit dem Umfang der verwendeten Reifen (25,5 cm) lässt sich daraus wie beim Fahrrad die Ablauflänge (auch "Entfaltung" genannt [2]) berechnen: Die Strecke, die die Räder bei einer Umdrehung des Motors "abrollen". Die Rechnung ist einfach: im mittleren Gang sind des 3/2*15/38*25,5 cm = 15,1 cm, im kleinen Gang ein Drittel, also 5,0 cm und im größten Gang das Dreifache, also 45,3 cm.

Dreiganggetriebe mit Schalthebel und Differential 01.jpg
Abb. 1: Dreigang-Schaltgetriebe (mit Differential)


Mit fischertechnik-Zahnrädern lässt sich auch ein zweiachsiges Viergang-Getriebe (Z40:Z10, Z30:Z20, Z20:Z30, Z10:Z40) mit Rückwärtsgang realisieren. Spendiert man weitere Achsen, sind auch deutlich komplexere Schaltgetriebe möglich.

Quellen

[1] Wikipedia: Schaltgetriebe.
[2] Wikipedia: Entfaltung