Verständnisfrage zur Getriebewahl bei Motoren [gelöst]

[rockin_santa]

Moin zusammen,

ich plane gerade die Motorisierung für meinen Kettenfahrwerk und habe mir ein Motorenpaar rausgesucht, von dem ich glaube, daß es geeignet ist.
Die Spannungsversorgung liefert 6V, der Bot wiegt etwa 7-8kg, ich rechne aber lieber mit 10kg.
Es ist der Getriebemotor 919D bzw. 540er, wie er bei Conrad gelistet ist (Nr. 222365 - 62).
Scheint ein brauchbares Preis/Leistungsverhältnis zu sein.

Nun bin ich mir nicht sicher, ob ich das schnellere 50:1-Getriebe oder die kraftvollere 148:1-Übersetzung nehmen soll.

Ich habe die Motorendaten bei einem Antriebsritzeldurchmesser von 7cm mal in den Drehmomentrechner (https://www.roboternetz.de/phpBB2/motordrehmoment.php?raddurchmesser=7&gewicht=5&umin=6180&untersetzung=148&Button=Berechnen&wegprorad=21.98&sekgeschwindigkeit=45.28&mingeschwindigkeit=27.17&stdgeschwindigkeit=1.63&TvorgetriebeNcm=2.1&TvorgetriebeNm=0.021&TnachgetriebeNcm=105&TnachgetriebeNm=1.05) eingegeben und komme zu folgenden Werten (Da jede Kette von einem Motor angetrieben werden, habe ich einfach für einen Motor 5kg Robotergewicht eingegeben):

1:50
Erforderliches Drehmoment vor Getriebe: 214,07 g/cm
Erforderliches Drehmoment nach Getriebe: 10703,36 g/cm
Geschwindigkeit ~0,45 m/sek

1:148
Erforderliches Drehmoment vor Getriebe: 72,32 g/cm
Erforderliches Drehmoment nach Getriebe: 10703,36 g/cm
Geschwindigkeit ~0,15 m/sek

Im Anhang habe ich die nötigen Tabellen aus dem Datenblatt eingefügt.

Primär möchte ich einen Motor haben, der genug Kraft hat, den Bot ohne Einbrechen der Drehzahlen über meinen keineswegs englischen Rasen zu bewegen. Sekundär wäre mir eine Geschwindigkeit in der Nähe von 0,5m/sek lieber.

Nun ist mein Problem, daß ich keine Erfahrung mit Getriebemotoren habe und mir nicht sicher bin, wie ich die Torque Table-Liste richtig deuten soll.
Diese besagt z.B., dass der Motor mit dem Getriebeverhältnis 50:1 bei maximaler Effizienz in Drehmoment von 5910 g/cm aufbringt, das Stillstandsmoment bzw. Anlaufmoment bei 33500 g/cm liegt.
Das heißt doch, wenn ich 10703,36 g/cm Drehmoment brauche, fährt der Bot zwar los, aber er quält sich mit geringer Drehzahl über den Boden?
Wenn das stimmt, sollte ich ja das Anlaufmoment außer acht lassen und mich bei der Motorenansteuerung in der Nähe der Drehzahl für die maximale Effizienz bewegen, um ein dynamisches und gesundes Fahrverhalten zu bekommen. Demnach brauche ich ja schon die Übersetzung 148:1 und habe dann 17493 g/cm, was dann ja dicke reicht.
Oder kann aus der Tabelle abgeleitet werden, daß der Motor mit der 50:1-Übersetzung zwar genug Kraft hat, sich aber dann nicht im effizienten Drehzahlbereich bewegt? Könnte man dann linear aus der Tabelle abschätzen, daß sich die Drehzahlen grob im Bereich der 5000 RPM bewegen werden und die Geschwindigkeit dann eben nicht ~0,45 m/sek sondern eher bei ~0,35 liegt? In diesem Fall würde ich dann gerne die schnellere Variante wählen.

Hinzu kommt ja auch, daß ich die Motoren mittels PWM ansteuern will und da habe ich ja sowieso nicht 100% der Spannung.

Ich hoffe, ich konnte mich einigermaßen verständlich ausdrücken.

Gruß

rockin_santa

[ranke]

Könnte man dann linear aus der Tabelle abschätzen, daß sich die Drehzahlen grob im Bereich der 5000 RPM bewegen werden


Ja, diese Abschätzung ist erlaubt.
Rein rechnerisch darf man bei Betrieb mit konstanter Spannung eine Drehzahlregelkonstante definieren:
Rm = Leerlaufdrehzahl/Anlaufmoment
Beim 1:50 Motor gilt auf die Getriebeabtriebswelle bezogen:
Leerlaufdrehzahl = 7500/50 = 150 1/min
Anlaufmoment: 33.500 g*cm
also Rm=0,00448 [1/(g*cm*min)]
Für einen beliebigen Arbeitspunkt mit der Drehzahl nx und Moment Mx gilt jetzt:
nx = Rm * (Anlaufmoment - Mx)
für ein Moment Mx von 10.000 g*cm errechnet sich eine Drehzahl von 105,3 1/min an der Abtriebswelle, entsprechend einer Motordrehzahl von 5.264 1/min.

Unsicherer ist wohl der tatsächliche Drehmomentbedarf, gerade bei Kettenfahrzeugen ist der sehr schwankend, besonders wenn es nicht nur schnurgerade geht. Der Drehmomentrechner hat zwar einige eingebaute Sicherheit, ist aber wohl nur auf Radfahrzeuge ausgelegt. Vielleicht könntest Du Dir im Notfall eine Erhöhung der Betriebsspannung offenhalten, der Motor hat ja noch Reserven.
Noch eines: Ein Drehmoment ist als Kraft * Hebelarm definiert, entsprechend ist die Einheit N*m. Notfalls (wenn auch physikalisch nicht richtig, aber offenbar gebräuchlich) auch mal g * cm, aber niemals g/cm.

[oberallgeier]

... Drehmoment ist als Kraft * Hebelarm definiert ... physikalisch nicht richtig, aber offenbar gebräuchlich) auch mal g * cm ... Es war Anfang der 70er - und die Techniker/-innen und Ingenieure/-innen waren gehalten, doch bitte in SI-Einheiten zu rechnen (und möglichst auch zu denken). Und es war ein Drama. Wie viele musste ich davon überzeugen, dass Rechnungen mit gleichen Basiseinheiten wie m oder g an den Größenangaben einfacher waren, als kp/mm² mit - beispielsweise - cm² und möglichst auch noch m² zu verrechnen - was sehr häufig zu Fehlern führte. Aber wer hatte dann die kp/cm² (wenn nicht gar kg/cm²) korrekt in N/m² umgerechnet - das gab immer so seltsam grosse Exponenten, manchmal sogar negative. Und wer glaubte so von ganzem Herzen, dass ein Bar nicht wirklich (z.B. auf dem Mond nicht) 1 kg/cm² ist, sondern UNGEFÄHR 1 kp/cm². Da brauchte es schon markante Crashs, (http://www.ptb.de/de/wegweiser/einheiten/si/geschichte.html) über die wir alle herzlich lachten. Na ja, viele - denn manche kg/cm²-Gläubige konnten darüber garnicht wirklich lachen. Auch wenns dabei eher um think metric - oder auch nicht - ging. Mittlerweile sind viele der kg/cm²-Generation ausser Dienst gestellt - und das Problem stellt sich fast nicht mehr. Übrig bleiben dagegeg solche hübsch unterhaltsamen Stilblüten wie "Vakuum -0,3 bar" oder der absolute Hammer: "Hamm sie ein Vakuummeter das bis -2 oder -3 bar geht?". Sprich: historisch betrachtet, macht g * cm sogar Sinn - obwohl man es nach neuer Nomenklatur besser nicht umrechnet und dann mit Ns² nix Sinnvolles mehr anzufangen weiß. Wie sollte man auch?

[rockin_santa]

Danke Ranke ;-)

Durch Deine Ausführungen weiß ich jetzt, wo mein Denkfehler war.

Und natürlich muss es g*cm heißen, ich habe es ohne nachzudenken von dem Drehmomentrechner abgeschrieben. :oops:

Gruß

rockin_santa

[ranke]

@ oberallgeier:

Beim derzeitigen wochenlangen Dauerregen kommt mir ein Spruch in den Sinn, der (glaube ich zumindest) Karl Valentin zugeschrieben wird: "Besser so ein Wetter, als gar keins".
Eine ähnlich pragmatisch-schicksalsergebene Einstellung sollte man wohl auch haben wenn man ein Datenblatt wie dieses (https://www.roboternetz.de/phpBB2/download.php?id=19337) in die Finger bekommt ("Lieber so ein Datenblatt, als gar keines"). Normalerweise rechne ich so etwas kurz auf SI-Einheiten um, Momente werden in Nm, Drehzahlen in Hz umgewandelt. Werden dabei ingendwelche Zahlenwerte unhandlich groß oder klein, dann hilft die Potenzschreibweise um damit unfallfrei umzugehen.
Bei einer Frage im Forum (bzw. bei der Formulierung der Antwort) ist die Sache dann etwas komplizierter, weil man vor dem Kernproblem erstmal die Umwandelei erklären muss, dann weiss man nicht, ob der Fragesteller mit der Potenzschreibweise vertraut ist und ob er bereit ist der Umrechnerei solange zu folgen, bis man das eigentlich zugrundeliegende Problem erläutern kann.
Je nach vermutetem Wissensstand beim Fragesteller muss man eben versuchen den richtigen Ton zu treffen (außerdem habe ich auch keine Lust im Kampf gegen Windmühlen Romane zu schreiben, ich bin ja nicht der Cervantes).
Im Grunde stimme ich Dir aber vollkommen zu, die Verwendung der SI-Einheiten ist nicht nur gesetzlich vorgeschriebener Standard sondern vor allem praktisch und maximal einfach. Ich kann mich noch gut an eine in den USA aufgewachsene Englischlehrerin erinnern, die argumentierte, dass die imperialen Einheiten durchaus ihre Berechtigung hätten, so sei zum Beispiel die Länge eines Fußes jedem klar ersichtlich und leicht vorstellbar, die Ingenieure und Wissenschaftler könnten ja durchaus in Ihrem merkwürdigen metrischen System rechnen. Mein Einwand, dass jemand, der sich einen Fuß vorstellen kann, sich ohne größere Probleme auch 3,3 Füße vorstellen können sollte um dieses Konstrukt dann "Meter" zu nennen fand kein Verständnis. Gut, dass wir in Europa die Willkür der Einheiten weitgehend überwunden haben, die USA sind nicht in allem der Trendsetter.