Zahnradgetriebe
der Einbau eines Getriebes...
...ist eigentlich nicht sehr schwer. Ich habe nur ein einstufiges Getriebe vorgesehen, d.h. es sind nur zwei Zahnräder einzubauen.
Eines davon kommt auf die bestehende Hinterachse, für das zweite bauen wir eine neue Achse ein.
Version ohne Kugellager:
falls ich euch entschieden habt, das Auto ohne Kugellager zu bauen, habt ihr wegen der erhöhten Reibung weniger Kraft für den Vortrieb zur Verfügung. Damit seid ihr auch bei der Übersetzung des Getriebes sehr eingeschränkt.
Ihr müsst dann sehr wahrscheinlich eine kleinere Übersetzung wählen, damit das Auto noch sicher fährt.
Übrigens:
Falls ihr beim Wettbewerb dann feststellt, dass euer Auto doch nicht fährt und einfach stehen bleibt, habt ihr, sofern ihr nicht die Übersetzung ändern könnt, immer noch die Chance das Auto ohne Getriebe fahren zu lassen. Es fährt dann immerhin noch über 25m, was in den meisten Schulwettbewerben vorne dabei ist. Wickelt dazu den Faden einfach um die Radachse und nicht um die Zahnradachse. So umgeht ihr das Getriebe und das Auto wird fahren.
Wenn ihr Zahnräder einbauen wollt, müsst ihr natürlich erstmal welche haben. Welche?
Das erkläre ich euch jetzt.
Ich habe den Abstand der Zahnräder in der Anleitung erstmal auf 20mm definiert. Damit könnt ihr schon viele verschiedene Übersetzungen einbauen.
Ich würde euch Zahnräder mit dem Modul 1 empfehlen. Der Modul eines Zahnrades definiert die Zahngröße.
Modul 1 ist dabei noch so klein, dass ihr wenig Reibung habt und viele verschiedene Zahnräder bekommt, er ist aber auch noch so groß, dass ihr den Abstand der Zahnräder recht gut einstellen könnt.
Ich habe nur einen Shop gefunden, der die Zahnräder so herstellt, wie wir sie in Mausefallenautos brauchen können.
Hier der Link dorthin.
Ihr könnt natürlich überall Zahnräder kaufen. Falls ihr andere Zahnräder verwenden wollt, die eine größere Bohrung haben, müsst ihr auch dafür Adapter schleifen. Leider laufen die Zahnräder dann wahrscheinlich nicht mehr so rund und könnten Probleme breiten.
Bei dem Shop aus dem Link könnt ihr die aber so bestellen, dass sie genau auf eure Achsen passen. Ihr müsst dann keine Adapter machen oder gar größere Achsdurchmesser verwenden.
Ich habe meine Zahnräder alle dort bestellt und gebe nun an, welche für das Mausefallenauto ideal geeignet sind.
In dem Bestellformular müsst ihr nun folgende Angaben machen. In Klammern sind die Werte, die ich euch empfehle
- Material (POM natur, wer schwarz lieber hat, kein Problem)
- Modul (Modul 1)
- Zähnezahl (13 und 27)
- Bohrung (2mm für ein Auto nach Anleitung)
- Dicke (3mm)
Zur Zähnezahl:
die wird ja von eurer gewünschten Übersetzung bestimmt.
Der Durchmesser eines Zahnrades hängt davon ab, welche Zahngröße und wie viele Zähne es hat.
Mit dem Durchmesser der beiden Zahnräder, wird dann natürlich auch der Abstand der Achsen definiert.
Da ich den bereits auf 20mm festgelegt habe und Modul 1 empfohlen ist, könnt ihr nur noch bestimmte Zahnradkombinationen verwenden.
Der Abstand der Achsen ist so definiert:
D = (z1 + z2)*M / 2
z1 und Z2 sind die Zähnezahlen, M der Modul.
Die Übersetzung ergibt sich aus dem Verhältnis der Zähnezahlen.
i = z1/z2
Angenommen wir haben zwei Zahnräder im Modul 1. Eines mit 30 Zähnen und eines mit 10 Zähnen.
Die Übersetzung ist dann 3:1. Der Abstand? D = (30 + 10 ) * 1 / 2 = 20mm. Genau unser Abstand der Achsen am Anleitungsauto.
Ihr seht aber auch, dass eine Übersetzung genau 2: 1 nicht geht. Versucht mal eine Kombination zu finden, die den Abstand genau 20mm hat aber auch eine Übersetzung von genau 2.
Es geht aber ungefähr.
Nehmen wir 13 und 27 Zähne. Abstand wieder 20mm und Übersetzung ca. 2,1.
Vielleicht habt ihr gemerkt, dass wir am kleinen Zahnrad drei Zähne mehr haben und am großen drei weniger als vorher bei Übersetzung 3:1. So könnt ihr leicht die Übersetzung ändern ohne den Abstand der Achsen dabei mit zu verändern. Es ist später also möglich andere Zahnradkombinationen einzubauen, ohne neue Löcher in den Rahmen bohren zu müssen.
Das Auto ist so ausgelegt, dass es 25m angetrieben wird. Wenn ihr eine Übersetzung von 3: 1 einbaut, wird es 75m weit angetrieben. Allerdings wird es dabei langsamer und hat weniger Kraft.
Mit 3:1 sollte es aber noch in jeder Turnhalle fahren. Wer sicher gehen will bestellt 2:1.
Hier mal einige mögliche, bestellbare Kombinationen, für den, der meine Erklärungen grad etwas verwirrend findet:
Z1 Z2 I Reichweite
34 6 5,67:1 131,2m
33 7 4,7:1 117,9m
32 8 4:1 92,6m
31 9 3,44:1 79,8m
30 10 3 : 1 75m
29 11 2,6 : 1 65,9m
28 12 2,3 : 1 58,3m
27 13 2,1 : 1 52,5m (Empfehlung für den Anfang)
25 15 1,7 : 1 41,7m
Die Summe beider Zähnezahlen ergibt beim Modul 1 mit Abstand 20mm immer 40.
Achtung: logischerweise kann man nicht einfach ein Getriebe wählen, das das Auto auf 117,9m bringt. Die Kraft, mit der das Auto fährt, ist dann recht klein und es kann sein, dass es in einer Turnhalle eben nicht mehr fährt, weil es die kleinen Hügel im Boden nicht mehr raufkommt. Es fährt dann sehr langsam und hat keinen Schwung mehr, und es hat aber auch keine Kraft um einfach hochzufahren.
Da müsst ihr dann selbst probieren welche Übersetzung noch geht.
Ich rate euch für den Anfang mal bei allerhöchstens 3:1 zu bleiben. Mit den 75m, die da machbar sind, seid ihr zwar in vielen Wettbewerben ganz vorne mit dabei, es kann aber bereits sein, dass das Auto eben nicht mehr überall fährt. Das hängt ja auch von der Mausefalle ab, die ihr habt. Falls es bei euch dann doch nicht fährt, heißt es neue Zahnräder bestellen und die Reichweite reduzieren.
Um ganz sicher zu sein, dass das Auto fährt, empfehle ich ich euch erstmal mit etwa 2:1 zu beginnen.
Wenn ihr Lust habt, könnt ihr ja auch gleich ein paar verschiedene Kombinationen kaufen.
Version ohne Kugellager:
ich würde da sicherheitshalber mal lieber eine kleine Übersetzung wählen z.B. 1,7:1 oder 2:1.
Nun zum Umbau des Autos:
Egal welche Kombination ihr wählt (ich empfehle euch das oben in der Tabelle), der Einbau ist immer gleich.
Für den Umbau macht es Sinn, das ihr erstmal die Kurvenscheibe und die Vorderachse wieder abbaut.
Die 180mm lange Hinterachse muss sowieso raus.
Nehmt die Hinterräder von der Achse und baut die dann aus dem Rahmen aus. Wenn die Achse leicht aus den Kugellagern geht, könnt ihr die im Rahmen lassen. Ansonsten müssen die Kugellager auch erstmal raus.
macht euch eine neue Achse mit 12cm Länge.
Von der bisherigen Hinterachse macht ihr auch die Kugellager ab.
schneidet nochmal zwei gleiche, etwa 5mm lange Stücke Schrumpfschlauch ab.
Schrumpft die auf die Achse, so dass auf der langen Achse (Hinterachse 180mm lang) 40mm Achse überstehen und auf der neuen kurzen (120mm lang) 10mm.
Die Kugellager schiebt ihr bis zum Schrumpfschlauch.
ihr habt jetzt zwei Achsen mit je einem Kugellager und einem kleinen Stück Schrumpfschlauch.
Steckt die beiden Zahnräder auf die Achse. Es macht Sinn, das kleine Zahnrad auf die lange Achse zu montieren, auf die später wieder die Räder kommen.
Auf die kurze Achse kommt demnach das große Zahnrad.
Ich habe mich mal für ein 3:1 Getriebe entschieden, weil ich probieren möchte, ob das Auto so noch in einer Turnhalle fahren kann.
sichert die Zahnräder mit etwas Kleber. Aber idealerweise so, dass ihr die zum Getriebewechsel wieder von der Achse bekommt. Die Klebung muss nicht viel Kraft aushalten. Der Heißklebepunkt im Bild hält schon.
steckt jetzt die bereits vorhandenen Schrumpfschlauchstücke wieder über die Achsen. Eines auf jede Achse, so wie im Bild.
Danach kommen die Kugellager wieder drauf.
Jetzt könnt ihr die Achsen wieder einbauen. Die lange kommt diesmal aber in das vordere Loch. Die kurze ist die neue Antriebsachse auf die der Faden gewickelt wird.
Schiebt die Kugellager wieder in den Rahmen und fixiert die Achsen mit den Schrumpfschläuchen. Sie sollten sich aber noch etwas hin und her bewegen lassen.
Wenn die Abstände der Löcher m Rahmen gepasst haben, sollte sich das Getriebe ganz leicht drehen lassen. Es soll etwas Spiel (lieber etwas zu viel Spiel als zu wenig!) zwischen den Zahnrädern sein.
Es kommt hier nicht auf das perfekte Abrollen der Zähne auf der Evolvente an.
Die Zahnräder dürfen aber auch nicht durchrutschen.
Falls das Getriebe doch klemmen sollte, weil der Achs-Abstand zu klein ist, muss das Kugellager der langen Welle auf der Seite Zahnräder nochmal aus dem Rahmen.
Steckt nochmal ein 5mm Stück Schrumpfschlauch auf die Achse.
Macht euch dann ein kurzes Stück (ca. 3cm) aus der Kiefernleiste und bohrt wieder ein 6mm Loch in die Mitte. Da presst ihr nun das Kugellager ein und steckt das Stück dann von außen auf die Achse.
Version ohne Kugellager:
Auch in dem kleinen Holzstück die 6er Bohrung durch eine 2,5er ersetzen. Mit dem großen Modul kann auch das Spiel in den beiden Achslagerungen noch ausgeglichen werden.
Dieses Stück könnt ihr jetzt von Außen an den Rahmen kleben und soweit an die andere Achse heranrutschen, bis der Abstand der Zahnräder mit etwas Spiel passt. Evtl. hilft es euch einen kleinen Streifen Papier zwischen die Zahnräder zu klemmen. Wenn der dann nach dem Trocknen wieder herausgenommen wird, habt ihr etwas Spiel zischen den Zähnen.
Version ohne Kugellager:
ihr sollte zwei oder drei Papierstreifen übereinanderlegen und zwischen die Zahnräder klemmen. So kann das größere Spiel in den Achslagerungen wieder ausgeglichen werden.
Die Achse wieder mit dem Schrumpfschlauch sichern.
Danach prüfen, ob das Getriebe leichtgängig ist.
Es muss sich nach dem Antreiben zwischen den Fingern ein paar Sekunden nachdrehen.
Räder wieder drauf, Kurvenscheibe wieder anbauen, aufziehen, und losfahren.
Eine Probefahrt im Keller hat das Auto schon hinter sich. Da fährt es problemlos, trotz seiner nun 178g.
Mit dem 3:1 Getriebe wird es jetzt ca. 75m angetrieben. Da es aber nicht mehr sehr schnell wird, wird es nicht mehr sehr weit ausrollen.
Trotzdem würde ich den Faden nicht fest an die Achse kleben.
25.10.2020
Update zum Getriebe
Das Auto ist heute ziemlich genau 73m weit gefahren.
Obwohl der Boden sehr uneben und wellig ist, ist es dort relativ gut gefahren. Nur einmal musste es nach dem Umdrehen wieder angestubst werden. Da ist es in eine kleine Vertiefung gefahren und nicht mehr rausgekommen.
Auf der Kegelbahn ist es problemlos auch "bergauf" angefahren. Ich gehe deshalb davon aus, dass es in einer Turnhalle problemlos fährt.
Hier das Video zur Fahrt in unserer alten Mehrzweckhalle
(die übrigens ab dieser Woche renoviert wird und einen neuen Boden bekommt)
17.01.2021
Ich suche gerade nach Möglichkeiten Zahnräder aus Holz herstellen zu lassen.
Nur damit kann ein Formel -M-taugliches Mausefallenauto mit Zahnradgetriebe gebaut werden.
Und das Zahnradgetriebe hat einfach den Vorteil, dass das Auto ganz leicht auf größere Reichweiten verändert werden kann.
Und wer richtig weit fahren will, wird mit meinem Kurvenscheibenauto ein Zahnradgetriebe brauchen.
Das Auslasern aus Sperrholzplatten ist kein Problem und wird oft im Internet angeboten.
Was ich jetzt noch brauche ist eine Lösung, wie ich meine Zahnräder so auslegen kann, wie die Mausefallenautos die brauchen.
Dabei bin ich auf eine Seite gestoßen, die ich euch gerne weiterempfehlen würde:
http://www.forestmoon.com/Software/GearDXF/
Hier wird ein einfaches Tool angeboten, mit dem man Zahnräder selbst auslegen kann.
Ich hab mir das Tool heruntergeladen und installiert.
Damit kann man dann DXF-Daten von den Zahnrädern erstellen, die man dann direkt zu einem Lieferanten schicken kann, der einem die Kontur auslasert.
Das werde ich nun ausprobieren und die Infos hier wieder einstellen.
Hier ein Beispiel eines Zahnrades Modul 1 mit 6 Zähnen und 2mm-Bohrung.
und das dazu passende Zahnrad mit 34 Zähnen.
Die beiden Zahnräder würden nun eine Übersetzung von 5,667:1 erzeugen und das Auto 131m weit fahren lassen
(Siehe Tabelle weiter oben).