Dumme Fragen zum Thema Schneckenradsatz

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Freunde

 

Ich habe gerade damit begonnen meine Zauberbüchse als Teil der Segelsteuerung in Solid Edge 2D zu konstruieren. Dabei kommen mir Fragen in den Sinn die ich hier stellen möchte, damit ich keine Gedankenfehler begehe.

 

1. Elektrische Bremse für den Schrittmotor der Winsch.

 

Ich setze, wie bereits in der Vergangenheit geschrieben, einen Nanotec Schrittmotor ST6018L3008B mit einem Drehmoment von 3,1 Nm ein. Als elektrische Bremsen habe ich die für den Einsatz vorgesehen, die es für die Dunkermotoren gibt. Sie lösen, wenn man 24VDC Spannung anlegt. Bei ersten Versuchen die ich mit Torsten Gietenbruch vor Jahren gemacht habe, haben wir festgestellt, dass die Bremswirkung nicht sehr stark ist, weshalb wir damals zwei zusätzliche Andruckfedern durch konstruktive Maßnahmen angebracht haben. Damit der Schrittmotor möglichst selbstsperrend ist, schließlich steht der Schrittmotor die meiste Zeit, er dreht nur wenn die Segel verstellt werden, im Stehen verbraucht ein Schrittmotor auch den meisten Strom, weshalb ich diesen, unter der Steuerung einen Controllers nach dem Betätigen der Bremse, von der Spannungsversorgung abtrenne, werde ich auf einer Seite ein Schneckengetriebe anbringen. Über das Schneckengetriebe wird die Antriebswelle mit der Elektrobremse verbunden. Jetzt die Frage zum Verständnis:

 

Ich muss doch das Zahnrad auf die Antriebswelle montieren und die Schnecke auf die Welle, auf welcher die Elektrobremse sitzt. So kann die Bremswirkung der Bremse erhöht werden, richtig? Also die Umkehrung der üblichen Arbeitsweise von Motor und Schneckengetriebe!

 

Damit verbunden die 2. Frage. Das Zahnrad sollte einen möglich großen Radius haben, da ich ja will, das die Bremswirkung möglichst groß ist. Großer Radius, gleich großer Hebelarm, weshalb die Bremswirkung der Bremse über die Schnecke und das Zahnrad auf die Antriebswelle größer wird je größer der Radius des Zahnrades ist. Konstruktiv kommt mir das entgegen!

 

Die 3. Frage hat mit der Wahl des Zahnrades zu tun. Haben die Zahnräder die mit einer Schnecke zusammenarbeiten sollen eine spezielle Geometrie? Worauf muss ich achten, damit ein Zahnrad mit einer Schnecke zusammenarbeiten kann? Ein Zahnrad definiert sich ja in den Katalogen über die Zähnezahl, auch daraus resultiert eine bestimmte Untersetzung und dem Modul. Je größer die Modulzahl und die Anzahl der Zähne desto größer der Radius des Zahnrades, richtig?

 

Hier habe ich einen interessanten Beitrag zu meiner Frage zur Wahl des Zahnrades gefunden. Nun brauche ich einerseits nicht die Präzision die Astronomen brauchen und sind die Kräfte dann doch vergleichweise, trotz der Größe der Segel meiner Voilier, gering. Müssen also die Zähne z.B. eines Stahl oder Messingzahnrades schräg sein?

Edited February 25, 2012 by Hellmut Kohlsdorf

[Mainfranke]

Hallo Hellmut

Ich weis nicht genau was Du vor hast, da ich mich mit Segelwinden nicht aus kenne.

Aber:

 

Zu 1.

Die Schnecke wird vom Motor angetrieben. Das Schneckenrad läuft 90 Grad zur Schnecke.

Auf der Achse des Schneckenrades ist die eigentliche Winde auf der das Seil gewickelt wird.

Bremse wird keine benötigt, da sich das ganze nur über die Schnecke bewegen lässt und nicht umgekehrt.

Zu 2.

Die Größe des Schneckenrades spielt nur für die Übersetzung der Drehzahl (Motordrehzahl zu Windendrehzahl) eine Rolle, nicht aber zur Bremse.

Bei einer Umdrehung der Schnecke wird das Schneckenrad 1 Zahn weiter gedreht.

Zu 3.

Ein Schneckenrad hat eine andere Geometrie wie ein Zahnrad. Die Zähne sind schräg und konkav.

 

Bei Mädler sind diese Teile zu beziehen und auch Skizzen mit Maße vorhanden. Die CAD Daten zum download sind allerdings in 3D.

http://www.maedler.de/Category/1643/1619/705/1931.aspx

 

Viele Grüße aus Mainfranken

 

Günther

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Günther, ich will die Bremse als zusätzlichen Halt verwenden und plane daher gerade die zu von dir beschriebenen Methode umgekehrte Reihenfolge. Über das Zahnrad und die Schnecke soll eine Bremse erhöhte bremswirkung haben. Bei deiner Reihenfolge wird das Drehmoment bei einem Antrieb durch die Untersetzung erhöht, ich will die Bremswirkung entsprechend erhöhen!

 

Ich habe aber bei weitren Recherchen gelesen, dass die Zahnräder schräg verlaufen sollen, damit die Kontaktfläche möglichst groß ist. In dem Artikel auf den ich den Link gesetzt habe, wird ein M12 Gewindebohrer in eine Drehbank eingespannt und so ein passendes Zahnrad erstellt.

[MatthiasR]

Hallo,

 

habe ich das richtig verstanden: Der Motor soll das Schneckenrad drehen und die Bremse sitzt an der Schnecke?

Das wird so nicht funktionieren, da eingängige Schnecken in der Regel selbsthemmend sind - man kann mit der Schnecke das Schneckenrad antreiben, aber nicht umgekehrt. Im Mädler-Katalog (s. Link in Günthers Beitrag) steht zwar, daß Selbsthemmung nicht garantiert wird. Das heißt aber nur, daß es mit sehr hohem Kraftaufwand und unter sehr günstigen Bedingungen (u. a. gute Schmierung) möglich sein kann, ein Schneckengetriebe von der Schneckenradseite durchzudrehen. Unter Modellbau-üblichen Bedingungen sind eingängige Schneckengetriebe eigentlich immer selbsthemmend! (erst recht, wenn man statt eines "richtigen" konkaven Schneckenrades ein schrägverzahntes oder wohlmöglich geradverzahntes Zahnrad verwendet.

 

Grüße

 

Matthias

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Matthias

 

Halleluja, genau die Auskunft wolle ich haben! Du sagst also, dass eine Schnecke nicht von einem Zahnrad angetrieben werden kann, auch wenn diese im Normalfall der Drehung keinen Widerstand entgegensetzt, da die Welle in der Bremse frei drehen kann. Oder genauer gesagt, selbst wenn ich die günstigste Kombination nehme, also ein für das Zusammenspiel mit der Schnecke optimal geformtes Zahnrad die freidrehende Welle an der Schnecke über die Schnecke nicht drehen kann, oder nur mit großem Drehmomentwiderstand und damit Drehmomentverlust am Schrittmotor! ich hatte gehofft, dass eine solche Schnecke ohne Last vom Zahnrad ohne großen Drehmomentverlust gedrreht werden kann! Wenn ich das richtig verstehe, ist dieses so, da die Selbstsperrung der Schnecke durch das Drehmoment des Schrittmotors überwunden weren müsste!

 

Dann müsste ich also den „konventionellen” Weg gehen und ein Ritzel auf die Welle des Schrittmotors mit einem großen Zahnrad auf der Welle der Bremse kombinieren, damit die Bremswirkung der Elektrobremse maximiert wird?

[MatthiasR]

Dann müsste ich also den „konventionellen” Weg gehen und ein Ritzel auf die Welle des Schrittmotors mit einem großen Zahnrad auf der Welle der Bremse kombinieren, damit die Bremswirkung der Elektrobremse maximiert wird?

 

Wenn, dann umgekehrt. Wenn das Moment an der Bremse kleiner sein soll als an der Motorwelle, dann muß sich die Bremse schneller drehen als der Motor -> Ritzel auf der Bremswelle, Großrad auf der Motorwelle.

Dabei aber bitte beachten:

 

• Alle Reibungsmomente auf der schnelllaufenden Seite werden mit dem Übersetzungsverhältnis verstärkt auf die langsame Seite übertragen
  
• Der Energieinhalt einer Schwungmasse wächst quadratisch mit der Drehzahl. Falls die Bremse ein hohes Massenträgheitsmoment haben sollte, muß der Motor also deutlich mehr Moment zum Beschleunigen/Abbremsen aufbringen
  

Ich würde wahrscheinlich statt dieser Getriebelösung (Übersetzungen "ins Schnelle" sind mir irgendwie suspekt...) eher versuchen, eine Bremse zu bauen, die das nötige Bremsmoment direkt aufbringen kann. Da es schon eine Wickeltrommel mit großem Durchmesser gibt, würde sich z.B. eine Bandbremse anbieten.

Oder aber die Selbsthemmung eines Schneckentriebes ausnutzen, so daß man gar keine Bremse benötigt...

 

Grüße

 

Matthias

[Didi]

(Vorwort: Der Hellmut und ich sind gute Freunde, darum darf ich ihn auch mal dumm anreden )

 

Hellmut, warum willste immer das Rad neu erfinden.

 

Du hast mal wieder eine Frage gestellt in einer verbalen Ausführlichkeit dass es eigentlich kaum einer versteht. Ich habs glaub ich verstanden.

 

Der Matthias hat eigentlich schon alles wunderbar erklärt, darum von mir nur Ergänzungen.

Du kannst ein Schneckengetriebe nicht so wie von dir angedacht verwenden. Die Beispiele bei deinem Link zur Selbstfertigung vergiss mal ganz schnell, wennste es genau liest siehse dass das nur für Astronomische Nachführ-Pojekte gedacht ist wo keine wirklichen Kräfte auf den Antrieb einwirken. Das hat nix mit Kraftübertragung im Schiffsmodell zu tun. Dort geht es nur um minimalste Winkelgeschwindigkeiten um den Sternen zu folgen.

Du denkst wieder mal warum einfach wenns auch kompliziert geht.

 

Jetzt meine Vorschläge:

Du kannst entweder den Stellmotor verwenden um die Schneke anzutreiben und die Segelwinde auf das Schneckenrad montieren ,dann hast du einen selbsthemmenden Antrieb. Reicht die Drehzahl des Stellmotors dann aber aus?

Das kann man leicht berechnen, du erhältst bei so einem Antrieb auch ein sehr großes Drehmoment bei der Segelwinde. Denk an die Übersetzung Schnecke:Schneckenrad.

 

Du arbeitest aber doch auch mit Inkrementalgebern , dann setz einen Geber auf das Schneckenrad und treibe die Schnecke mit einem normalen DC-Motor an der dementsprechend angesteuert wird (Start-Stop)

Das funktioniert in meinen Aufschnittmaschinen wunderbar und zuvrlässig.

 

Es gibt noch ne nicht besprochene Lösung, die elektromagnetische Scheibenbremse.

Diese besteht ähnlich wie bei der Autokupplung aus einer Scheibe mit Bremsscheibe, stromlos ist die Bremse durch Federkraft geschlossen, in dem Moment wo der Motor anfängt zu arbeiten wird die Bremse durch einen Hubmagneten gelöst.

Edited February 26, 2012 by Didi

[Hellmut Kohlsdorf]

So ist es Didi, du bist cleverer als alle, daher auch mein Geschreibsel verstanden als einziger verstanden!

 

Nun Mal ernst. Woher soll ich Details zur Funktion von Schneckengetriebe kennen, wenn nicht in dem ich mich damit beschäftige und auch hier Fragen stelle! Ebenfalls hast du nicht erfasst, dass die Dunkerbremsen eben solche Scheibenbremsen sind die ich zum Einsatz bringen will!

 

Leider, trotz deiner cleverle, hast du die Funktion meiner Zauberbüchse nicht verstanden. Ein normaler Bürstenmotor ist absolut ungeeignet dafür! Willst de mehr dazu wissen dann lies mal nach bei Kolle! Hab es ja schon hinreichend beschrieben und es auch mit jemanden hier im Forum im Detail durchgerechnet. Mein Prinzip erlaubt es mehrfach geschorene Segelssteuerungen effizient zu realisieren, also das KISS Prinzip! Viel einfachere Mechanik und hohes Drehmoment trotz meterlanger Verstellwege!

 

Die Geber kommen bei meiner Anwendung ganz woanders zum Einsatz! Sie liefern die Auslekung der Bäume, die entscheidende Information für die vom Schrittmotor anzufahrende Position! Die ICs von Trinamic sorgen einerseits schon für die Erfassung von Schrittfehlern, außerdem korreliert mein System sich ja selber laufend und kann so dass kumulieren von Schrittfehlern vermeiden. Bei der Schrittauflösung meines Systems wären selbst hunderte Mikroschrittfehler kaum kritisch!

 

Ehrlich Didi, erst lesen, dann verstehen und dann cleverle Aussagen machen!

 

Jetzt zu Matthias: Danke für die Inputs! Wo ich schon so vieles anders mache, jetzt auch noch eine Elektrobremse selber bauen? Du siehst wo begrenztes Verständnis mancher schon jetzt Unverständnis für meine Wege herrscht! Ich werde mir Mal die bei Dunker gekauften Elektrobremsen mal genauer anschauen.

[MatthiasR]

Moin,

 

das mag ich so verallgemeinert nicht stehenlassen:

 

Ein normaler Bürstenmotor ist absolut ungeeignet dafür!

 

Das, was mit einem Schrittmotor geht, geht mit einem Servomotor (egal ob mit Bürsten oder bürstenlos) allemal. Wenn's auf Genauigkeit beim Positionieren und/oder hohe Dynamik ankommt, kommen praktisch immer Servoantriebe zum Einsatz. Schrittmotoren sind die billige Alternative für nicht ganz so hohe Anforderungen...

 

Grüße

 

Matthias

[Hellmut Kohlsdorf]

Der Aufwand ist ein ganz anderer! Der Schrittmotor bietet per Funktion die Kontrolle und das Wissen über seine Position dadurch das er Schritte macht. Wenn ich ihn also von einer Position A in eine Position B fahren muss, so definieren sich die Positionen durch die Anzahl der Schritte aus einer Bezugsposition, hier jene mit dem Mast in der Mittelstellung.

 

Bei einen Bürstenmotor muss ich einen Regelkreis schaffen der aus einem weiteren Geber und der Motorbetätigung bestimmt wird. Viel größerer Aufwand und wo ist der zusätzliche Nutzen? Wie gezeigt ist durch die Befähigung bis zu 256 Mikroschritte pro eines der 200 Schritte pro Motorumdrehung die Genauigkeit der Positionierung um Größenordnungen über jener die in dieser Anwendung benötigt wird.

 

Das ist nach meinem Verständnis ähnlich wie der Unterschied einen bürstenlosen oder einen Bürstenmotor zu steuern. Der bürstenlose Motor verlangt einen viel höheren Rechenaufwand, woduch die Entwicklung der Steuerelektronik, insbesondere die Programmierung viel aufwendiger wird!

 

Aber trotzdem Matthias, ich bin gerne bereit eines Besseren belehrt zu werden, doch sehe ich im Fall meiner Zauberbüchsenvariante, abgeleitet und in Anerkennung der Zauberbüchse die im Forum igminisail-ev.de vorgestellt wird, eine mechanisch wesentlich vereinfachte Konstruktion. Die Endlosschot entfällt, welche in der ursprünglichen Zauberbüchse nur die Funktion hat die Stellgröße durch den Bediener über die Funkfernsteuerung einzubringen. Die Wuhling Vermeidung folgt dort weiter dem alten bewährten Verfahren, allerdings wird die Gefahr der Wuhling Bildung durch die über das Verhältnis der beiden Trommelumfänge erhöhten Schotverstellung erhöht. Das entfällt bei mir völlig, da ich über den Geber an den Bäumen die Stellung dieser kenne und in Abhängigkeit dieser bestimme welche Position der Schrittmotor anfahren soll, damit nur die erforderliche Schotlänge bereitgestellt wird. Wird der Baum also in Richtung Mittelstellung geweht, so erkennt das die Elektronik durch den Geber und kürzt entsprechend die Länge der bereitgestellten Schot. Soll das sich Öffnen des Segels begrenzt werden, durch den Bediener an der Funkfernsteuerung bestimmt, so wird nicht mehr Schot bereitgestellt als jene die für den Baum in der gewünschten maximalen Auslenkung benötigt wird. Dazu wird in der klassichen Zauberbüchse immer noch die Endlosschot benötigt.

 

Die Software meiner Lösung programmiere ich so, dass diese ;parameter gesteuert wird. Also Daten wie Durchmesser der Trommel, Anzahl der Schorungen und Befestigungsposition der Schot am Baum werden eingegeben und den Rest berechnet die Software selber. So ist die Software ohne Änderung auf beliebige Abmessungen anwendbar und die Lösung wiederverwendbar, dann praktisch ohne Anpassungsaufwand.

 

Auch die Tatsache, dass ein langsam drehender Schrittmotor ein viel höheres Drehmoment bietet, als ein schnell drehender Schrittmotor ermöglicht den Einsatz einer Trommel für die Schotwicklung von großem Durchmesser. Dadurch wird der sonst übliche Verlust des für die Funktion verfügbaren Drehmomentes kompenziert, was bei Gleichstrommotoren der beiden hier genannten Bauarten nicht der Fall wäre! Ich müsste für das gleiche verfügbare Drehmoment, hier 3Nm einen normalen Motor mit einem so hohen Drehmoment auswählen, dass dieser die Wirkung des großen Durchmessers der Schottrommel kompensiert, hier Durchmesser etwa 130 mm! Oder aber die Umdrehungszahl des normalen Motors entsprechend erhöhen, damit ich die etwa 8 Meter geplanten Schotverstellweges erreiche!

 

Leider wird außer meinem cleverle Freund Didi keiner mein Geschreibsel verstehen, also bitte cleverle fragen!

Edited February 27, 2012 by Hellmut Kohlsdorf

[Didi]

Hellmut du hast es nicht verstanden, du brauchst keine komplizierte Steuerung für einen Schrittmotor, du musst nur Signale des Schneckenrades auswerten um einen x-beliebigen Motor mit Schnecke anzusteuern............

 

Du weist ich bin nicht der Software-Spezi, darum von mir auch nur ein Vorschlag wie mans einfach lösen kann, wenns dir zu simpel ist..........................

 

Ich hab jedenfalls jetzt den Eindruck hier gehts darum "Warum einfach wenns auch kompliziert geht" und klinke mich deswegen aus...................

[Hellmut Kohlsdorf]

Hallo Didi

 

Ich weiss mein Freund wie ich deine Aussagen zu interpretieren habe, keine Sorge. Aber den Teil den du hier ansprichst ist noch viel einfacher! Er brauch gar keinen Geber!

 

Der Regelkreis entsteht aus der Segelstellung und aus der Anfangsstellung des Schrittmotors. Beim Einschalten des Seglers brauche ich nur den Traveller und das Segel in der Mittelstellung haben und den Motor in eine Stellung fahren, wo die Schot für diese Mittelstellung passt. Das ist dann „Schritt 0”! Für alle anderen Segelstellungen und Travellerstellungen berechnet der Controller die Schrittposition. Damit die einfachen Controller die keine guten Multiplizierfähigkeiten haben keinen großen Rechenaufwand haben, arbeitet man mit einer Tabelle mit einem Eintrag für jede Baumstellung die der Geber erkennt. Also bei einem Geber mit 360 Markierungen sind das 91 Einträge in der Tabelle. 90 Grad links und 90 Grad rechts und die Mittelstellung. Ich ignorierre erst mal den Einfluss des Travellers! Ich will sehen ob die optischen Gebersensoren, die ich von dir mit den Motoren bekommen habe, auch eine Scheibe mit 720 Markierungen auswerten können, das wären dann entsprechend 181 Einträge und die Auflösung 1/2 Grad!

 

Die Elektronik für den Schrittmotor ist nicht kompliziert. Der Baustein erkennt und meldet selber Schrittfehler! Schrittfehler werden die Ausnahme sein und es gibt keinen Grund warum diese Schrittfehler nicht statistisch betrachtet sich gegenseitig aufheben! Schliesslich weht ein Segel genauso häufig nach backbord, wie nach steuerbord und wenn überhaupt Fehler sich ereignen werden diese sehr selten und ihre Auswirkung ist so minimal, dass es über einen Segeltag überhaupt keine Rolle spielen sollte!