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Gleichrichter-Getriebe im Meccano Bau
Bulletin 19/1998
von Heinrich Kunz, AMS
Konstruktion des Getriebes (Zeichnungen 1 und 2)
Der Antriebsteil besteht aus der Welle a und dem Ritzel No 26. Die beiden getriebenen Wellen b und c tragen je ein Plastik-Zahnrad No 27c, die miteinander in Eingriff stehen und durch das Ritzel No 26 der Antriebswelle angetrieben werden. Die Plastik-Zahnräder 27c sind auf den senkrecht stehenden Wellen b und c frei drehbar montiert und nach unten durch Stellringe No 59 und nach oben durch die mit den Wellen verbundenen Sperrräder No 148 in Position gehalten. Beide Zahnräder No 27c sind mit einer Freilauf- bzw. Sperrvorrichtung versehen, die aus zwei Sperrklinken No 147a und einem auf der Tragwelle fixiertes Sperrrad No 148 gebildet ist. Die Sperrklinken sind mit Drehbolzen No 147b, frei drehend, an die äusseren Löcher der Räder No 27c montiert und werden durch kurze Federschnurstücke gegen die Sperrräder gespannt (siehe Abbildung B). Beide Freilauf- bzw. Sperrvorrichtungen haben die gleiche Drehrichtung. Jede der getriebenen Wellen b und c ist am unteren Ende mit einem Zahnrad No 27a versehen, die über das Zwischenzahnrad No 31 miteinander in Eingriff stehen. Das Zwischenzahnrad ist frei drehbar an einer 25mm-Welle angebracht, die von der Nabe einer zweiarmigen Kurbel No 62b getragen wird. Diese Kurbel muss auf der Grundplatte No 52 in diagonaler Richtung angeschraubt werden, so dass ihre Nabe in die Mitte zwischen die beiden Wellen b und c zu stehen kommt (siehe Zeichnung 2). Um diese Platzierung zu erreichen, ist das Rundloch der zweiarmigen Kurbel mit einer Rundfeile 1 mm nach aussen zu erweitern.
Wenn die Antriebswelle a mit dem Ritzel 1 im Drehsinn A rotiert, so wird das grosse Zahnrad 2 in der Sperrrichtung angetrieben und dreht die Welle b mit. Diese Drehbewegung wird durch das am unteren Ende der Welle b befestigte Zahnrad 4 über die Zahnräder 5 und 6 auf die Welle c übertragen, so dass beide Wellen (b u. c) sich in der gleichen Richtung drehen. Das zweite grosse Zahnrad 3 wird in der Freilaufrichtung angetrieben und hat somit auf die Drehbewegung der Welle c keinen Einfluss. Dreht die Antriebswelle a mit dem Zahnrad 1 im Drehsinn B, so wird das Zahnrad 2 in der Freilaufrichtung angetrieben und beeinflusst die Welle b nicht. Dagegen dreht sich das Zahnrad 3 in der Sperrrichtung, so dass die Welle c mit gedreht wird und mit ihrem, am unteren Ende angebrachten Zahnrad 6, über die Zahnräder 5 und 4 die Welle b antreibt, wodurch beide Wellen (b u. c) wieder in der gleichen Richtung (Uhrzeigersinn) gedreht werden, wie beim Drehsinn A der Antriebswelle.
Die Umwandlung der unterschiedlichen Drehrichtungen der Antriebswelle a in eine gleichbleibende Richtung, geschieht somit durch die beiden in verschiedener Richtung angetriebenen Räder 2 und 3, indem immer das sich in der Sperrrichtung drehende Rad die Wellen b und c antreibt, wodurch diese eine gleichbleibende Drehrichtung erhalten.
Gleichrichter-Getriebe
Unter der Bezeichnung Gleichrichter-Getriebe versteht man Mechanismen, die Drehbewegungen unterschiedlicher Richtung in Drehbewegungen gleichbleibender Richtung umwandeln. Dies wird erreicht, indem zwischen Antriebsräder und ihren zugeordneten Wellen Freilauf- bzw. Sperrvorrichtungen angebracht werden. Solche Mechanismen sind in der Konstruktion von Transportanlagen, Werkzeugmaschinen, Uhrwerken, Messgeräten usw. anzutreffen und lassen sich auch mit den Teilen des Meccano-Systems herstellen bzw. nachahmen. Diese Möglichkeit soll nachstehend, an zwei Beispielen von Gleichrichter-Getrieben (Version 1 und 2) gezeigt werden.
Getriebe Version 1 Bilder A und B
Hier handelt es sich um einen Mechanismus, bei dem die Drehbewegungen der Antriebswelle verschiedener Richtung auf zwei getriebene Wellen in eine gleichbleibende Drehrichtung umgewandelt werden.
Bemerkung zur Konstruktion der Klinken-Sperrvorrichtungen
Die Klinken der Sperrvorrichtungen haben die Aufgabe, beim Wechseln der Drehrichtung der Räder 2 und 3, möglichst ohne Zeitunterbruch die Sperr-Räder No 148 zu erfassen und in die andere Richtung zu drehen. Diese Funktion lässt sich verbessern, indem bei jeder Sperrvorrichtung eine der beiden Klinken, durch Abfeilen der Spitze, um 1 mm gekürzt wird, so dass die Klinken nicht gleichzeitig in die Zähne des Sperrrads 148 einrasten, sondern um eine halbe Zahnbreite versetzt sind. Dadurch werden die Wellen b u. c beim Wechseln der Drehrichtung der Räder 2 und 3 durch die Sperrvorrichtungen schneller aktiviert
Getriebe Version 2 (Abbildung C)
Bei diesem Mechanismus werden die unterschiedlichen Drehbewegungen des Antriebs, im Vergleich zu dem Getriebe Version 1, nur auf eine Welle in eine gleichbleibende Drehrichtung umgewandelt.
Die Antriebswelle a trägt ein Ritzel No 26, das mit dem grossen Zahnrad No 27c in Eingriff steht. Dieses Zahnrad ist durch zwei lange Schrauben No 111d mit einem Kronenrad No 28 zu einer Einheit zusammengeschraubt und auf der Welle b gelagert. Die Welle b trägt ein weiteres Kronenrad No 28, das durch zwei Schrauben No 111 mit der Planscheibe No 109 zu einer Einheit verbunden ist. Beide Einheiten sind auf der Welle b frei drehbar angebracht und werden mit den Stellringen No 59 und den Sperr-Rädern No 148 seitlich in Position gehalten.
Zudem ist jede Einheit mit einer Freilauf- bzw. Sperrvorrichtung versehen, die am Zahnrad No 27c und an der Planscheibe No 109 befestigt sind. Beide Freilauf- bzw. Sperrvorrichtungen haben die gleiche Drehrichtung und sind gleich konstruiert, wie beim Getriebe Version 1. (Siehe Abbildung B). Die beiden in der Mitte der getriebenen Welle b angeordneten Kronenräder No 28 werden durch ein auf der senkrechten Welle No 18 frei drehbar angebrachtes Ritzel No 26 miteinander in Eingriff gehalten. Die Welle No 18 wird von der Nabe des an die Grundplatte No 52 geschraubten Buchsenrades No 24 getragen.
Konstruktion des Getriebes Veresion 1(Zeichnungen 1 und 2)
Der Antriebsteil besteht aus der Welle a und dem Ritzel No 26. Die beiden getriebenen Wellen b und c tragen je ein Plastik-Zahnrad No 27c, die miteinander in Eingriff stehen und durch das Ritzel No 26 der Antriebswelle angetrieben werden. Die Plastik-Zahnräder 27c sind auf den senkrecht stehenden Wellen b und c frei drehbar montiert und nach unten durch Stellringe No 59 und nach oben durch die mit den Wellen verbundenen Sperrräder No 148 in Position gehalten. Beide Zahnräder No 27c sind mit einer Freilauf- bzw. Sperrvorrichtung versehen, die aus zwei Sperrklinken No 147a und einem auf der Tragwelle fixiertes Sperrrad No 148 gebildet ist. Die Sperrklinken sind mit Drehbolzen No 147b, frei drehend, an die äusseren Löcher der Räder No 27c montiert und werden durch kurze Federschnurstücke gegen die Sperrräder gespannt (siehe Abbildung B). Beide Freilauf- bzw. Sperrvorrichtungen haben die gleiche Drehrichtung. Jede der getriebenen Wellen b und c ist am unteren Ende mit einem Zahnrad No 27a versehen, die über das Zwischenzahnrad No 31 miteinander in Eingriff stehen. Das Zwischenzahnrad ist frei drehbar an einer 25mm-Welle angebracht, die von der Nabe einer zweiarmigen Kurbel No 62b getragen wird. Diese Kurbel muss auf der Grundplatte No 52 in diagonaler Richtung angeschraubt werden, so dass ihre Nabe in die Mitte zwischen die beiden Wellen b und c zu stehen kommt (siehe Zeichnung 2). Um diese Platzierung zu erreichen, ist das Rundloch der zweiarmigen Kurbel mit einer Rundfeile 1 mm nach aussen zu erweitern.
Wenn die Antriebswelle a mit dem Ritzel 1 im Drehsinn A rotiert, so wird das grosse Zahnrad 2 in der Sperrrichtung angetrieben und dreht die Welle b mit. Diese Drehbewegung wird durch das am unteren Ende der Welle b befestigte Zahnrad 4 über die Zahnräder 5 und 6 auf die Welle c übertragen, so dass beide Wellen (b u. c) sich in der gleichen Richtung drehen. Das zweite grosse Zahnrad 3 wird in der Freilaufrichtung angetrieben und hat somit auf die Drehbewegung der Welle c keinen Einfluss. Dreht die Antriebswelle a mit dem Zahnrad 1 im Drehsinn B, so wird das Zahnrad 2 in der Freilaufrichtung angetrieben und beeinflusst die Welle b nicht. Dagegen dreht sich das Zahnrad 3 in der Sperrrichtung, so dass die Welle c mit gedreht wird und mit ihrem, am unteren Ende angebrachten Zahnrad 6, über die Zahnräder 5 und 4 die Welle b antreibt, wodurch beide Wellen (b u. c) wieder in der gleichen Richtung (Uhrzeigersinn) gedreht werden, wie beim Drehsinn A der Antriebswelle.
Die Umwandlung der unterschiedlichen Drehrichtungen der Antriebswelle a in eine gleichbleibende Richtung, geschieht somit durch die beiden in verschiedener Richtung angetriebenen Räder 2 und 3, indem immer das sich in der Sperrrichtung drehende Rad die Wellen b und c antreibt, wodurch diese eine gleichbleibende Drehrichtung erhalten.
Bemerkung zur Konstruktion der Klinken-Sperrvorrichtungen
Die Klinken der Sperrvorrichtungen haben die Aufgabe, beim Wechseln der Drehrichtung der Räder 2 und 3, möglichst ohne Zeitunterbruch die Sperr-Räder No 148 zu erfassen und in die andere Richtung zu drehen. Diese Funktion lässt sich verbessern, indem bei jeder Sperrvorrichtung eine der beiden Klinken, durch Abfeilen der Spitze, um 1 mm gekürzt wird, so dass die Klinken nicht gleichzeitig in die Zähne des Sperrrads 148 einrasten, sondern um eine halbe Zahnbreite versetzt sind. Dadurch werden die Wellen b u. c beim Wechseln der Drehrichtung der Räder 2 und 3 durch die Sperrvorrichtungen schneller aktiviert.
Zeichnung 1
Zeichnung 2
Zeichnung 3
Bild A
Bild B
Zeichnung 4
Bild C
Zeichnung 5
Bild D
Nachwort des Redaktors Dr. Tobias F. Haffter
Wie frühere Abklärungen ergeben haben, sind derartige Gleichrichter-Getriebe, bei welchen die Abtriebswelle unabhängig vom Drehsinn der Antriebswelle immer im gleichen Sinne dreht, schon seit sehr langer Zeit bekannt. Ein typisches Beispiel, das die Leser interessieren dürfte, sei anhand des deutschen Patents Nr. 97224 aus den Jahren 1897/98 illustriert und betrifft eine doppeltwirkende Bohrratsche. Die Beschreibung und die Zeichnungen dieses Patents erläutern den Aufbau und die Arbeitsweise der bezüglich des Antriebsmechanismus sehr kompakten Bohrratsche ausreichend.
Ein derart kompakter Aufbau lässt sich mit Meccano-Bauteilen ohne unerwünschte Nacharbeiten und Änderungen an den zur Verfügung stehenden Meccano-Teilen nicht erreichen. Insbesondere kann wegen der Grösse (Länge) der Sperrklinke No 147a der Durchmesser des Getriebes (Durchmesser des Zahnrads No 27c bzw. der Planscheibe No 109 in der Version 2, Abb. C) nicht unter 60 mm gebracht werden. Bei der alten Bohrratsche nimmt der Sperrklinkenmechanismus in radialer Richtung nur sehr wenig Platz in Anspruch. Zu erwähnen ist auch noch, dass wellenförmige Freiläufe relativ geringer radialer und longitudinaler Abmessungen für industrielle Anwendungen handelsüblich sind. Dagegen ist es durchaus möglich, das Getriebe der dargestellten Version 2 entsprechend der Bohrratsche des deutschen Patents seitlich anzutreiben, statt parallel zur Getriebewelle b über die Antriebswelle a, das Ritzel No 26 und das Zahnrad No 27. Hierbei kann das Zahnrad No 27 durch eine weitere Planscheibe No 109a ersetzt werden. Das im Eingriff mit den Kronenrädern No 28 stehende Ritzel wird nun fest auf seiner Welle 18 angebracht, welche ihrerseits vorzugsweise in der Deckelplatte No 53 drehbar gelagert ist und über die Deckelplatte vorsteht. Es ist ersichtlich, dass dann durch Drehen der Ritzelwelle 18 im einen oder andern Sinn die Abtriebswelle b immer im gleichen Sinn dreht. Es ist noch zu erwähnen, dass bei kleinen Spieldosen mit Handkurbel („Souvenir „-Spieldosen) kompakte Getriebeanordnungen bekannt sind, durch welche bewirkt wird, dass unabhängig vom Drehsinn der Handkurbel die Musikwalze immer in der gleichen Richtung dreht. Dieses Getriebe hat keinen Klinkenmechanismus, sondern beruht auf der je nach Drehsinn automatischen Zuschaltung eines Zwischenzahnrades, wie dies aus der nachfolgenden schematischen Skizze ersichtlich ist. Auf einer Eingangswelle 1 der Handkurbel (nicht dargestellt) sind ein Antriebszahnrad 2 fest und eine Wippe 3 schwenkbar angeordnet. Die Wippe 3 trägt zwei weitere, lose drehbare Zahnräder 4 und 5, welche beide mit dem Antriebszahnrad 2 kämmen. Eine Ausgangswelle 6, die mit der Musikwalze über ein nicht gezeigtes Schneckengetriebe verbunden ist, trägt fest ein Abtriebszahnrad 7. Ferner ist ausserhalb der Wippe 3 ein lose drehbares Zwischenzahnrad 8 angeordnet, welches mit dem Abtriebzahnrad 7 kämmt. Zeichnung 5.
Es ist nun ersichtlich, dass beim Drehen der Handkurbel bzw. der Eingangswelle 1 im einen oder anderen Drehsinn die Wippe 3 zufolge des vom Antriebszahnrad 2 auf die Zahnräder 4 und 5 übertragenen Drehmoments die eine oder andere von zwei Schwenklagen einnimmt. In ‚der einen, dargestellten Schwenklage kämmt das Zahnrad 4 der Wippe 3 mit dem Abtriebszahnrad 7 der Ausgangswelle 6 und treibt damit die Musikwalze in einem bestimmten Drehsinn an. In der anderen Schwenklage kämmt das Zahnrad 5 der Wippe 3 mit dem Zwischenzahnrad 8 und treibt damit die Musikwalze ebenfalls an. Dem unterschiedlichen Drehsinn der Handkurbel in der zweiten Schwenklage der Wippe 3 ist dadurch Rechnung getragen, dass durch das Zwischenzahnrad 8 eine Umkehr der Drehrichtung erfolgt, so dass das Abtriebszahnrad 7 und damit die Ausgangswelle 6 im gleichen Drehsinn drehen wie beim Antrieb in der ersten Schwenklage. Ein Aufsteigen der einzelnen Zahnräder der dargestellten ebenen Zahnradanordnung ist durch einen festen Gehäusedeckel verhindert, der auf die Wellenenden und die Zahnräder drückt.
Dieser Mechanismus lässt sich selbstverständlich ohne weiteres mit Teilen eines Metallbaukasten-Systems realisieren. Etwas fragwürdig ist die nur durch die Drehmomente bewirkte Umschaltung der Wippe. Schliesslich hat den Redaktor der Gedanke des Baus eines vollständig koaxialen Gleichrichter-Getriebes (Antriebs- und Abtriebswelle in einer Geraden) mit einer Übersetzung lil = 1, basierend auf der Version 2 von Heinrich Kunz, keine Ruhe gelassen. Bei den mit dem Redaktor anlässlich seiner früheren Tätigkeit stattgefundenen Diskussionen hatte nämlich das Projekt eines Gleichrichter-Getriebes in solcher koaxialer Ausbildung im Vordergrund gestanden. Das Resultat der an sich geringfügigen Änderungsbestrebungen ist in der photographischen Abbildung D dargestellt. Da dieses Modell auf der Version 2 von Heinrich Kunz beruht, genügt es, nachstehend im Einzelnen nur auf die wesentlichen Unterschiede hinzuweisen. Das in der Abbildung D dargestellte Modell ist grösstenteils mit Stokys-Teilen gebaut; Ausnahmen sind nachstehend erwähnt. Wie ersichtlich, hat das dargestellte Getriebe in horizontaler Richtung einen Eingangs- oder Antriebsabschnitt AN und einen nachfolgenden Ausgangs- oder Abtriebsabschnitt AB. Jeder dieser Abschnitte hat längs einer gemeinsamen Geraden eine entsprechende Welle, nämlich die Eingangs- oder Antriebswelle a und die Ausgangs- oder Abtriebswelle b. Die koaxialen Wellen a und b sind längs der angedeuteten Vertikalebene VE voneinander getrennt. Bild D.
Die Welle a ist in der rechten Gehäuseplatte P32 und dem daran angeschraubten Flansch K 31 drehbar gelagert. Die Welle b ist in der linken Gehäuseplatte P32 und einer Kupplung K13 drehbar gelagert. Die Kupplung K13 ist auf der senkrechten Welle befestigt, welche auf der Bodenplatte P33 auf deren Unterseite befestigt ist und das bereits besprochene Ritzel Z01 frei drehend trägt. Der Ausgangs- oder Abtriebsabschnitt AB stimmt im Übrigen mit dem entsprechenden Abschnitt der Version 2 von Heinrich Kunz (Zeichnung 4 und Abbildung C) nahezu vollständig überein, mit der Ausnahme, dass das grosse Zahnrad 27c durch eine Planscheibe R42 ersetzt ist. Ferner sind die auf den Planscheiben R42 schwenkbar angebrachten Klinken 147a offensichtlich Meccano-Teile, da die entsprechenden Stokys-Klinken K52 hier gänzlich unbrauchbar sind. Um die Drehbewegung der Eingangswelle a auf die rechte Planscheibe R42, die lose auf der Ausgangswelle b drehen kann, zu übertragen, ist das innere Ende der Eingangswelle a mit einem aufgeschraubten Flansch K31 versehen. Der Flansch K31 trägt zwei Schrauben S11, die in zwei entsprechende diametrale Löcher der benachbarten Planscheibe R42 greifen. Diese Schrauben sind an der Planscheibe R42 nicht mit Muttern verankert, da sich sonst eine Überbestimmung der Lagerung der Ausgangswelle b und damit eventuell ein Klemmen des Getriebes ergäbe. Statt der Schrauben S11 wäre die Verwendung von Griffen T04/T09, die gerade nicht disponibel waren, zu empfehlen. Die Funktionsweise des dargestellten Getriebes ist gleich wie diejenige der vorgängig beschriebenen Getriebeversion 2. Durch die koaxiale Ausbildung ergibt sich eine kleinere Bauhöhe. Zudem ist das Drehzahlverhältnis von Eingang zu Ausgang gleich 1:1.