Leerlaufrad

Ein Zwischenrad ist ein Rad, das ausschließlich dazu dient ^, die Drehbewegung von einer Welle auf eine andere zu übertragen, wenn eine direkte Verbindung unerwünscht ist. Beispiele hierfür sind die Verbindung eines Motors mit dem Plattenteller eines Grammophons [ ^{1 ] [ 2 ]} oder der Kurbelwellen-Nockenwellen-Getriebestrang eines Automobils ^{[ 3 ] .}

Weil es selbst keine Arbeit verrichtet, wird es als „ Leerlaufmotor “ bezeichnet.

Ein Zwischenrad kann als Bestandteil eines Reibungsantriebsmechanismus verwendet werden . Beispielsweise verwendeten frühe Phonographen ein Zwischenrad aus Gummi, um eine Metallmotorwelle geräuschlos mit einem Metallteller zu verbinden.

Ebenso ist die Andruckrolle in einem Magnetbandlaufwerk eine Art Leerlaufrolle, die gegen die angetriebene Antriebswelle drückt, um die Reibung zu erhöhen.

Bei Riemenantrieben werden häufig Umlenkrollen eingesetzt, um den Verlauf des Riemens zu verändern, wenn ein direkter Verlauf unpraktisch wäre.

Umlenkrollen werden häufig auch verwendet, um gegen die Rückseite einer Riemenscheibe zu drücken und so den Umschlingungswinkel (und damit die Kontaktfläche) eines Riemens an den Arbeitsrollen zu vergrößern, wodurch die Kraftübertragungskapazität erhöht wird.

Riemenantriebe verfügen üblicherweise über eine bewegliche Riemenscheibe, die durch Federn oder Schwerkraft als Riemenspanner dient und die durch Temperatur oder Verschleiß bedingte Riemendehnung ausgleicht. Um die Kraftübertragungswellen nicht bewegen zu müssen, wird hierfür in der Regel ein Spannrad verwendet.

Ein Zwischenrad ist ein Zahnrad, das zwischen zwei oder mehr Zahnrädern (mindestens einem Antriebs- und einem Abtriebszahnrad) eingefügt wird, um entweder die Drehrichtung der Abtriebswelle zu ändern, die Größe eines oder beider Zahnräder bei gleichbleibendem Wellenabstand zu verringern oder beides. ^{[ 4 ]}

Ein Zwischenrad hat keinen Einfluss auf das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangswelle. Bei einer Zahnradkette hängt das Übersetzungsverhältnis ausschließlich von der Zähnezahl des ersten und letzten Zahnrads ab. Die Zwischenräder verändern unabhängig von ihrer Größe nicht das Gesamtübersetzungsverhältnis der Kette, sondern lediglich die Drehrichtung des letzten Zahnrads. Daher kann jedes Zwischenrad nur das Vorzeichen des Übersetzungsverhältnisses ändern.

Die gleiche Regel gilt für ein Zwischenrad in einem reibungsgetriebenen Antriebssystem ohne Getriebe. Die Umfangsgeschwindigkeit der Eingangswelle wird direkt auf die Umfangsgeschwindigkeit des Zwischenrads und von dort auf die Ausgangswelle übertragen. Ein größeres oder kleineres Zwischenrad behält die gleiche Umfangsgeschwindigkeit bei (die der Umfangsgeschwindigkeit der Eingangswelle entspricht); daher wird die Ausgangswelle unabhängig von der Größe des Zwischenrads mit konstanter Drehzahl angetrieben. In Reibungssystemen kann ein Zwischenrad jedoch auch als Kupplung fungieren oder bei plötzlicher oder ungewöhnlich hoher Belastung durchrutschen, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis der Räder ändern kann.

Umkehren

Ein Zwischenrad, das keine Welle antreibt und somit keine Arbeit verrichtet, wird als Leerlaufrad bezeichnet. Manchmal wird ein einzelnes Leerlaufrad verwendet, um die Drehrichtung umzukehren; in diesem Fall spricht man von einem Rückwärtsgangrad. Beispielsweise wird bei einem typischen Schaltgetriebe im Pkw der Rückwärtsgang eingelegt, indem ein Rückwärtsgangrad zwischen zwei Zahnräder geschoben wird. Da ein im Uhrzeigersinn drehendes Antriebszahnrad (Zahnrad „A“) ein zweites Zahnrad („B“) gegen den Uhrzeigersinn antreibt, dreht sich durch das Hinzufügen eines dritten Zahnrads in der Kette das Zahnrad „C“ in die gleiche Richtung wie „A“. Ein typisches Getriebe ist mit den Zahnrädern „A“ und „B“ ausgestattet. Dreht sich der Motor, dreht sich die Abtriebswelle in die entgegengesetzte Richtung und treibt so das Fahrzeug vorwärts . Eine herkömmliche Leerlaufradanordnung besteht typischerweise aus einem „A“- und einem „C“-Zahnrad, die erst dann miteinander in Kontakt kommen, wenn ein „B“-Zahnrad zwischen sie geschoben wird. Da das Getriebe so konstruiert ist, dass es das Auto vorwärts bewegt, wenn sich die Abtriebswelle in die entgegengesetzte Richtung der Eingangswelle dreht, zwingt das hinzugefügte Zwischenrad „B“ das Zahnrad „C“ dazu, sich in die gleiche Richtung wie das Zahnrad „A“ zu drehen, und somit drehen sich Eingangs- und Ausgangswelle in die gleiche Richtung, wodurch das Auto rückwärts fährt.

Ein weiteres Szenario sind Walzenreihen, wie sie beispielsweise zum Pressen von Papier verwendet werden. Jede Walze muss angetrieben werden, doch ein eigener Motor für jede Walze wäre ineffizient (und die Synchronisierung der Drehzahl bei unabhängigen Antriebssystemen kann schwierig sein). Man könnte zwar einfach an jedes Walzenende ein Zahnrad anbringen, doch das hätte zur Folge, dass sich jede Walze in die entgegengesetzte Richtung der vorherigen drehen würde (und somit aneinander reiben würde). Durch das Hinzufügen eines kleinen Zwischenzahnrads zwischen jedem größeren Zahnrad erhält man eine Walzenreihe, die alle in die gleiche Richtung angetrieben werden.

Übertragung über Distanz

Zwischenräder können auch die Rotation zwischen weit entfernten Wellen übertragen, wenn es unpraktisch wäre, die entfernten Zahnräder einfach zu vergrößern, um sie näher zusammenzubringen. Größere Zahnräder benötigen nicht nur mehr Platz, sondern ihre Masse und ihr Trägheitsmoment verhalten sich quadratisch proportional zu ihrem Radius . Anstelle von Zwischenrädern kann natürlich auch ein Zahnriemen oder eine Rollenkette verwendet werden, um das Drehmoment über eine Distanz zu übertragen. Bei kurzen Distanzen kann eine Kette von Zwischenrädern eingesetzt werden; die Anzahl der Zwischenräder (gerade oder ungerade) bestimmt, ob sich das Abtriebszahnrad in die gleiche Richtung wie das Antriebszahnrad dreht. Bei längeren Distanzen ist eine Rollenkette oder ein Riemen leiser und erzeugt weniger Reibung, obwohl Zahnräder in der Regel stabiler sind, abhängig von der Festigkeit der Rollenkette. Ein Anwendungsfall für mehrere Zwischenräder ist, wie oben beschrieben, der, wenn mehrere Abtriebszahnräder gleichzeitig angetrieben werden müssen.

Caterpillar- Kettenleiträder

Ein Kettenfahrzeug nutzt eine Kombination aus Rädern und Rollen, darunter Antriebsräder , Leiträder , Stützrollen und Laufrollen . Es ist vom Prinzip her einem Förderband sehr ähnlich, nur dass es sich hier nicht um eine Maschine handelt, die Objekte auf einem angetriebenen, durchgehenden Band transportiert, sondern um eine Maschine, die sich selbst auf einem solchen Band bewegt. In der Regel wird die Kraft auf ein Antriebsrad übertragen , das die Kette in ihrer Schleife antreibt. Am gegenüberliegenden Ende des Fahrzeugs befindet sich ein Leitrad , das als eine Art Riemenscheibe fungiert . In manchen Anwendungen tragen Antriebsrad und Leitrad einen Teil des Fahrzeuggewichts. Für die Zwecke dieser Beschreibung gehen wir jedoch davon aus, dass Antriebsrad und Leitrad keine tragenden Elemente sind und das Antriebsrad vorne angebracht ist. Da sich das Antriebsrad je nach Konstruktion entweder vorne (wie bei vielen Panzern des Zweiten Weltkriegs, z. B. dem M4 Sherman ) oder hinten (wie bei den meisten modernen Panzern, z. B. dem T-90 ) des Fahrzeugs befinden kann, hebt das Leitrad die Kette entweder vom Boden ab und führt sie zum Antriebsrad zurück (hinteres Leitrad) oder es nimmt die Kette vom Antriebsrad auf und legt sie vor den Laufrollen ab (vorderes Leitrad). Das Leitrad wird, genau wie ein Zwischenrad, nicht angetrieben. Obwohl es technisch gesehen die Laufrichtung der Kette umkehrt (aber nicht ihre Drehrichtung ), hat dies nichts mit dem Begriff „Leitrad“ zu tun; es besteht keine Verbindung zu einem Zwischenrad, außer dass beide „leer“ sind, also keine Arbeit verrichten, sondern nur Kraft übertragen (wobei „leer“ ein Begriff für etwas oder jemanden ist, der nicht arbeitet). Die Laufrollen sind eine Reihe nicht angetriebener Räder zwischen Antriebsrad und Leitrad, die das Gewicht des Fahrzeugs tragen (und daher nicht als „leer“ gelten, obwohl sie nicht angetrieben werden). Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie Panzern und anderen gepanzerten Fahrzeugen sind diese Laufrollen üblicherweise mit einer Art Federungssystem ausgestattet, um den Fahrkomfort zu verbessern, die Steuerbarkeit zu erhöhen und den Verschleiß zu verringern.

Aufgrund der Schwierigkeiten beim Einbau von Federungssystemen in das Leitrad und insbesondere in das Antriebsrad tragen bei solchen Fahrzeugen üblicherweise die Laufrollen das gesamte Fahrzeuggewicht. Bei langsam laufenden Anwendungen wie Bulldozern benötigen diese Laufrollen keine Federung, da die niedrigen Geschwindigkeiten keine Dämpfung erfordern. Dadurch können auch Leit- und Antriebsräder einen Teil des Gewichts tragen, da ihre fehlende Federung keine Rolle spielt. Rücklaufrollen können verwendet werden, sind aber im Prinzip kleine Rollen, die das Gewicht der Kette tragen, während diese von hinten nach vorne transportiert und neu angelegt wird. Die Kette bildet eine feste „Straße“, auf der die Laufrollen auf allen Oberflächen rollen: Die Laufrollen rollen das Fahrzeug entlang der selbst erzeugten „Straße“, während das Antriebsrad das Fahrzeug entlang der Kette vorwärts treibt und neue Kette ablegt. Das Leitrad nimmt die abgenutzte Kette wieder auf und führt sie zurück zum Antriebsrad vorne. Daher lautete eine frühe Bezeichnung für ein Kettenfahrzeug „Gleisverlegemaschine“ (nicht zu verwechseln mit Gleisbaumaschinen für die Eisenbahn ). Der Transport von Fahrzeugen über schlammigen Untergrund erforderte oft das Auslegen von Bohlen oder Baumstämmen entlang der Gleise (siehe Knüppeldamm , Bohlenweg ). Im späten 19. Jahrhundert entwickelten Erfinder eine rollende Maschine, die ihren eigenen Bohlenweg anlegte, sodass die Bauern nicht mehr Baumstämme auslegen mussten, um schlammige Gebiete zu durchqueren. Weitere Vorteile wurden später entdeckt.

Es gibt einige nicht angetriebene Kettenfahrzeuge (d. h. Anhänger , die auf Ketten statt auf Rädern fahren), die anstelle eines Antriebsrades zwei Leiträder besitzen. Bestimmte Geräte, wie der Caterpillar D9 Bulldozer (und zahlreiche andere Bulldozer der Marke Caterpillar), der Tucker Sno-Cat und die Gummiketten-Umrüstsätze von Mattracks , haben ihre Ketten in Form eines Dreiecks oder einer Pyramide (von der Seite betrachtet), wobei sich das Antriebsrad an der Spitze der Pyramide befindet. In dieser Konfiguration gibt es zwei Leit-/Laufräder und ein Antriebsrad (sowie mehrere kleine, tragende Laufrollen). In sehr seltenen Fällen fehlt dem Fahrzeug überhaupt ein Leitrad. In nördlichen Regionen wurde beispielsweise eine Methode angewendet, um die Traktion im Tiefschnee zu verbessern: Man verwendete einen einfachen dreiachsigen Lkw und montierte eine einfache, durchgehende Kette um die Hinterräder. So entstand ein einfaches Halbkettensystem mit zwei Antriebsrädern, aber ohne Leit- oder Laufräder. Bei echten Kettenfahrzeugen sieht man das allerdings fast nie, da das zweite Antriebsrad überflüssig ist.