konstruktion eines kettentriebes

[cmock]

hallo,

ich möchte die räder eines allradfahrzeuges über ketten antreiben und bräuchte dazu noch etwas input.

wenn man sich variante 1 ansieht (jeweils seitenansicht, die großen kreise sind die anzutreibenden räder, die kleineren sind die kettenräder), dann kommt mir der umschlingungswinkel des ritzels oben mit ca. 70° recht klein vor. geht sowas mit einem ritzel von 10-12 zähnen gut? die spannung der kette könnte hier durch horizontale verschiebung des ritzels mitsamt motor erfolgen.

bei variante 2 stell ich mir das untere der beiden kleinen ritzel als das auf der motorwelle vor, das obere dient rein zum spannen. hier hätte ich am motorritzel ca 120° umschlingung.

oder soll ich gleich auf die motorwelle 2 gleiche ritzel machen und jedes rad mit seiner eigenen kette antreiben? das würd halt eine verschiebbarkeit des motors in zwei achsen zum kettenspannen nötig machen.

weitere frage: wenn ich den drehmomentbedarf meines bots kenne (aus gewicht und zu bewältigender steigung), kann ich für diesen fall die zugkraft in der kette berechnen. wieviel sicherheitsfaktor sollte ich für stöße undsoweiter einberechnen? oder konkret: hab ich mit ketten mit 6mm teilung eine chance, einen max. 20kg schweren bot offroad zu bewegen?

danke,

cm.

[ranke]

Hier:
http://www.fsm.h-da.de/typo3/fileadmin/fsmk/downloadpool/maschinenbau/4%20semester/Maschinenelemente%20mit%20CAD/Maschinenelemente%20mit%20CAD%20-%20Formelsammlung%20-%20Kettengetriebe.doc
wird behauptet, ein Umschlingungswinkel von 120° wäre das Minimum am kleinsten Rad.
Man könnte deshalb auch eine Radanordnung wie in Variante 2 wählen und die Kette dann in einem S-Schlag um die beiden kleinen Ritzel führen (das untere Kettentrum zwischen den Laufrädern wie in Variante 1).

Was die Belastbarkeit betrifft: normalerweise sollte der Hersteller/Lieferant etwas dazu sagen können. Allgemeine Lebenserfahrung: Fahrradketten haben etwa Teilung 12mm, Der Bruchquerschnitt einer geometrisch ähnlichen Kette mit 6mm Teilung sollte dann etwa ein Viertel von dem einer Fahradkette sein. Wenn ein Fahrradfahrer mit 100 kg im Wiegetritt steht, ist in der Kette ein Zug von 150 bis 200 kg (je nach Übersetzung zwischen Kurbel und Kettenblatt). Ein Viertel davon scheint eher reichlich dimensioniert für ein 20kg Gefährt, zumal es wohl für jede Seite eine Kette geben sollte.

[Hessibaby]

Wenn Du das Antriebsritzel mittig über einem der angetrieben Räder anordnest bist Du bei 120°.
Ich würde aber auf jeden Fall einen, federbelasteten, Kettenspanner einsetzen, da Du damit Lastschläge ( z.B. beim Richtungswechsel ) abfedern kannst.

Gruß Hartmut

[ranke]

Ich würde aber auf jeden Fall einen, federbelasteten, Kettenspanner einsetzen, da Du damit Lastschläge ( z.B. beim Richtungswechsel ) abfedern kannst.


Bei diesem Konstruktionsvorschlag gibt es kein definiertes loses Kettentrum für einen federbelasteten Spanner. Ich bin auch nicht sicher woher die Lastschläge kommen sollten, der Reibschluß der Räder zum Boden sollte eine ausreichende Rutschkupplung für die Begrenzung von Lastschlägen sein. Eine ein- und bei Bedarf nachstellbare Spannmöglichkeit durch Verschieben eines Kettenrads scheint mir schon das Richtige zu sein, analog zur Einstellung beim Motorrad oder beim Fahrrad ohne Kettenschaltung.

[cmock]

ranke: danke für den input, jetzt seh ich klarer.

die belastbarkeit der ketten wird vom lieferanten angegeben, für 6mm-ketten zB 3kN bruchkraft. wenn der bot mit 20kg eine 45°-steigung fährt und das große kettenrad den halben durchmesser des rades hat, liegt an der kette eine kraft von 280N an, soweit ist das trivial zu berechnen, und ich hab hier einen faktor von >10 zur bruchkraft, gefordert werden in dem dokument >7.

wofür ich aber überhaupt kein gefühl hab, ist die größenordnung der dynamischen kräfte -- was ich im ursprungsposting nicht dazugesagt hab, ist, daß das ein offroad-bot wird, dh. da gibt's u.U. einen recht abrupten wechsel zwischen "räder drehen durch" und "räder greifen"... dann beschleunigt der bot, und F=m*a, aber wie groß ist die beschleunigung? die hängt wiederum vom grad des grips am rad ab, von der elastischen verformung der gesamtkonstruktion, vom drehzahl- und drehmomenteinbruch des motors, da hoffe ich auf erfahrungswerte.

[Hessibaby]

@ranke ! weder Fahrrad noch Motorrad haben einen Rückwärtsgang. Und die Kette eines Fahrrads springt meist dann ab, wenn Du nach einer Bremsung mit Rücktritt wieder in die Pedale trittst.
Des weiteren hast Du beim Fahrrad nur zwei aktive Komponenten, bei diesem Projekt aber drei. Je nachdem wie der Reibschluß der angetriebenen Räder ist, wird die Kette im Bereich zwischen den Rädern mal gestaucht und mal gedehnt.
Das eine Vorspannung da sein muß ist unbestritten, aber das Wechselspiel sollte nicht außer Acht gelassen werden.

Gruß Hartmut

[ranke]

Der Reibbeiwert zwischen Reifen und Asphalt wird im allgemeinen nicht größer als etwa eins. Die Umfangskraft am Reifen wird also nicht höher als die Normalkraft. Ausnahmen gibt es eigentlich nur im Rennsport. Im Gelände ist der Reibbeiwert im allgemeinen wesentlich niedriger als eins (wer schon einmal versucht hat ein Fahrzeug mit zugeschaltetem Allrad auf Asphalt zu rangieren, weiss wovon ich rede). Daher eigentlich kein Problem. Was könnte als worst-case-Scenario herhalten um trotzdem den Antriebsstrang höher zu belasten? Zum Beispiel: Fahrzeug mit hoher Raddrehzahl verklemmt sich den Reifen so, dass er sehr schnell abgebremst wird. Das wird dann wirklich schwierig zu rechnen, man fragt sich auch, wie häufig ist so ein Fall?
Mein Vorschlag: Rechne den gesamten Antriebsstrang durch, welches Teil denn im unwahrscheinlichen Fall brechen würde (wahrscheinlich schert eine Welle ab bevor die Kette reisst) und dimensioniere so, dass es ein relativ billiges und leicht zu ersetzendes Teil ist.

[ranke]

@hessibaby:



Und die Kette eines Fahrrads springt meist dann ab, wenn Du nach einer Bremsung mit Rücktritt wieder in die Pedale trittst.


Aber auch nur, wenn etwas mechanisch nicht in Ordnung ist, sonst bleibt sie drauf.

Die Frage ist, wo und wie könnte man einen federbelasteten Kettenspanner sinnvoll integrieren? Man bräuchte dann ja 3 Stück, weil man ja nicht weiss, welches Trum gerade ohne Zugspannung ist. Die dürften dann aber auch nur sehr kurze Ausgleichswege fahren, das lose Kettenspiel wird ja ständig zwischen den Spannern hin- und hergerissen. Da scheint es mir sinnvoller, die unvermeidliche Längung der Kette gelegentlich durch Nachstellen zu kompensieren. Wenn das nicht gelingt würde ich mich auch nicht scheuen, Anlaufscheiben seitlich an die Kettenräder zu montieren um das Abspringen zu verhindern.

[Hessibaby]

@ ranke ! Sollbruchstelle ist ein guter Gedanke. Vielleicht ein Kerbstift am Abtriebszahnrad ?

Gruß Hartmut

[ranke]

Vielleicht ein Kerbstift am Abtriebszahnrad


Ober an den getriebenen Rädern. Hätte den Vorteil, dass ein Rad noch läuft, wenn nur einer bricht.

[Hessibaby]

Die Anlaufscheiben wären ok wenn´s nicht ins Gelände geht, da lagert sich aber sonst der ganze Dreck ab.
Die beste Alternative währe wohl die Variante2 ( oberste Zeichnung ), wo das Umlenktrum ( mit den blauen Punkten ) zum Spannen verwendet wird ?

Gruß Hartmut

[Hessibaby]

Ober an den getriebenen Rädern. Hätte den Vorteil, dass ein Rad noch läuft, wenn nur einer bricht.

Dann müßte das Trum aber mit Seegerringen am Abwandern gehindert werden.

Gruß Hartmut

[ranke]

Dann müßte das Trum aber mit Seegerringen am Abwandern gehindert werden.


Ja das ist auch richtig. Am Antriebsrad ist schon die logisch richtige Stelle, es ist das Rad an dem die Motorschwungmasse hängt und kein Reibschluß das Moment begrenzt. Außerdem merkt man es wenigstens gleich, wenn er abgeschert ist.

[cmock]

weder Fahrrad noch Motorrad haben einen Rückwärtsgang.

dann überleg mal, was bei einem motorrad passiert, wenn du runterschaltest und die kupplung schnell kommen läßt... die kraft, mit der du da schwarze striche auf den aphalt malst, wird vom unteren trum der kette übertragen.

deshalb ist wohl auch ein fahrrad mit freilauf das einzige fahrzeug, wo in der antriebskette ein kettenspanner vorkommt...


Des weiteren hast Du beim Fahrrad nur zwei aktive Komponenten, bei diesem Projekt aber drei. Je nachdem wie der Reibschluß der angetriebenen Räder ist, wird die Kette im Bereich zwischen den Rädern mal gestaucht und mal gedehnt.

wenn ich mir das genau durchdenke, halte ich das für nicht so problematisch - in den meisten fällen werden die drehmomente an den beiden rädern gleichlaufend sein, die einzige ausnahme, die mir einfällt, ist, wenn das vorderrad auf einem gefälle steht und das hinterrad auf einer steigung, zb beim überfahren einer art kuppe, dann geht das kettentrum dazwischen von zug auf, äh, gegenteil-von-zug. ich denk, darauf werd ich's genauso ankommen lassen wie auf das risiko, daß die kette ihre DIN-gemäßen 15000 betriebsstunden nicht erlebt. eine wesentliche folgerung ist aber, daß die konstruktion recht steif sein muß, damit der kettendurchhang minmal bleibt.

eine vorspannung möcht ich eigentlich nicht in der kette haben, um die lager nicht unnötig zu belasten, ich hoffe, daß ich den rundlauf der beteiligten komponenten möglichst exakt hinkomme und ein minimales spiel der kette einstellen kann.

eine solche vorspannung durch einen federbelasteten spanner müßte ja, um wirksam zu sein, die kette permant mit etwas mehr als der maximal im betrieb auftretenden belastung spannen, womit die kraft in der kette im worst case mehr als das doppelte der betriebsnotwendigen kraft wäre. folge: stärkere kette notwendig, mehr kettenverschleiß -- oder denk ich da grad falsch?

ahja, motorräder haben üblicherweise gummi-ruckdämpfer zwischen kettenrad und hinterrad, das hilft sicher gegen stoßbelastungen (lastwechsel und andere). ich glaub, darauf werd ich hier aber verzichten...

cm.