Kardangelenk - Wirkungsgrad und maximaler Winkel

[jcrypter]

Hallo liebes Forum,

kennt sich jemand mit Kardangelenken aus?
Ich habe gelesen, dass der Wirkungsgrad sehr schlecht sein soll, weiß jemand was "schlecht" in diesem Fall heißt? Wieviel Kraft geht da verloren?
Welche Winkel sind realistisch, wenn man z.B. solch ein Gelenk verwendet?
http://www.ebay.de/itm/Wellenkupplung-Kardangelenk-fur-Schiffswellen-4mm-auf-4mm-/191322092778?pt=RC_Modellbau&hash=item2c8baf74ea

danke für eure Mühe!

Crypi

[Valen]

Ganz genau wie weiß ich nicht mehr. Aber im Mechaniker Schule ist mir erzählt das ein Kardanwelle mit ein Winkel ein unregelmäßige Drehung macht an dem Ausgang. In ein Umdrehung wird die Achse zweilmal ein wenig beschleunigen und wieder verzögern. Also ist es bestes die Winkel so klein wie möglich zu halten.

Sehe diese Wiki für den Formel: http://de.wikipedia.org/wiki/Kreuzgelenk

[TheDarkRose]

Um welchen Winkelversatz geht's denn?

[Podi]

in dem Kardangelenk sind vier Gleitlager, die alle Energie "fressen" dies ist stark vom Winkel abhängig, je kleiner der winkel ist desto besser der Wirkungsgrad, wenn du mit dem Gelenk nur einen Winkelfehler ausgleichen willst der nur wenige Grad hat kannst du warscheinlich den Verlust vernachlässigen. (Kein Winkelfehler=>Wirkungsgrad 100%=>wie ne ganz normale Welle)

Wieviel Drehmoment du mit der Welle übertragen kannst hängt ebenfalls stark vom Winkel ab, das Drehmoment wird wie die Drehzahl schwanken, da sich ständig die Hebellängen verändern. Bei Maedler findest du Formeln mit welchen du bestimmen kannst wieviel Drehmoment du bei welchem Winkel übertragen kannst: LINK (http://www.maedler.de/product/1643/1628/1877/kreuzgelenke-ke-aus-stahl)

Generell würde ich dir aber nur Winkel <15° empfehlen, ich hatte schon schlechte Erfahrungen mit Gelenken in dieser Größenordnung schon bei kleinen Drehzahlen. Wenn du das Gelenk mit einem Motor antreibst würde ich dir auf jeden Fall eine gute Schmierung empfehlen.

[jcrypter]

Guten Morgen,

danke für eure Antworten!
Damit scheidet die Möglichkeit aus. Es wären sicher 40°.
Dann muss ich mir etwas anderes Überlegen :)

Ich danke euch!

Crypi

[Geistesblitz]

Wenn du sagst, wofür es sein soll, kann dir ja vielleicht auch jemand beim Überlegen behilflich sein. Je besser man die Problematik kennt, desto besser lässt sich auch etwas vorschlagen ;)

[jcrypter]

Ich suche nach einer Alternative für die neun Zahnräder die auf dem zweiten Foto zu sehen sind.
https://www.roboternetz.de/community/threads/61101-Suche-g%C3%BCnstige-Schnecke-f%C3%BCr-Welle-Zahnrad-Verbindung?p=573550&viewfull=1#post573550
In der Mitte der Zahnräder wird eine Stange durchgeführt, ein großes Zahnrad in der Mitte kommt also nicht in Frage.
Konkret geht es darum, dass die drei roten Schnecken von einem Motor angetrieben werden sollen.
Bisher wird die Kraftübertragung über die Zahnräder realisiert.

Meine Idee ging jetzt dahin, die Schnecke/Zahnrad Verbindung durch zwei Zahnräder zu ersetzen. Die Welle die durch das angetriebene Zahnrad verläuft wäre in dem Fall horizontal, also im 90° Winkel, zur bisherigen Welle, die durch die Schnecke läuft. Das folgende Bild ist eine Draufsicht.
Rot: Motor der die Wellen antreibt
grün: die Wellen die durch die Zahnräder verlaufen
rosa: die angetriebenen Zahnräder
Blau: Wellenstücke die über die Kardangelenke mit den grünen Wellen verbunden werden sollen
29053
Ich hoffe es wird deutlich worauf ich hinaus will.
Der Ersatz der Schnecken durch die Zahnräder gefällt mir sehr gut, der Wirkungsgrad wäre bedeutend größer und es wäre präziser als bisher, das Spiel der Zahnräder in den Schnecken ist sehr groß.
ich bin dabei nicht auf die kardan-Variante beschränkt, jede andere Idee wäre mir auch recht :)

Crypi

[RoboHolIC]

Ich suche nach einer Alternative für die neun Zahnräder die auf dem zweiten Foto zu sehen sind
Umlaufender Zahnriemen? Da ist aber der Umschlingungswinken (oder wie das heisst) der lasttragenden Riemenräder etwas gering. Das könnte man mit Umlenkrollen anstelle der "neutralen" Zahnräder verbessern.
Sind Seilzüge im Vorfeld schon ausgeschieden? Es scheint ja immer gegen die Schwerkraft gearbeitet zu werden.

[jcrypter]

Über einen Zahnriemen hatte ich auch schon nachgedacht.
Zumindest, wenn es bei der Verwendung der Schnecken bleibt.

Wie würdest Du die Seilzüge verwenden wollen?
Das Problem daran ist, dass die Bewegung in eine Richtung kontrolliert ablaufen würde, in die andere Richtung aber nur durch die Schwerkraft beeinflusst würde. Wenn es mal hakt und das Gewicht nicht ausreicht bleibts hängen, das scheidet eigentlich aus.

Ich hatte gerade die Idee, bei den neun Zahnrädern zu bleiben und bei den drei Zahnrädern die Kraft mittel Kegelrädern um 90 grad zu kippen, so könnte man die Schnecken ersetzen. Allerdings wird das dann eine ganz schöne Bastelarbeit... und ich weiß nicht, ob ich die Präzision erreiche.

Crypi

[Geistesblitz]

Wie sähe es aus mit einer Schnecke in der Mitte, die dann direkt die drei Schneckenräder antreibt? Dafür bräuchtest du allerdings eine Schnecke, die groß genug für alle drei Räder ist. Hier hab ich mal ein Beispiel, wie ich das meine:29054

Das wär jedenfalls die einfachste Lösung, die mir auf die Schnelle einfallen würde.

[hbquax]

Also, ein einigermaßen hochwertiger Kardan hat sicher einen besseren Wirkungsgrad als ein Schneckengetriebe, auch bei 40°. Der Winkel pro Gelenk wäre bei dir übrigens 60°, das geht definitiv nicht. Du könntest aber jeweils ein Doppelkardangelenk einbauen. Nur wenn die alle hochwertig sein sollen wirds echt teuer.

Wie wäre es denn mit Kegelrädern? Hier: https://www.khkgears.co.jp/khkweb/search/sunpou.do?indexCode=57&referrer=series&sic=1&lang=de zum Beispiel gibt es auch Kegelräder für 60° und 120° Grad Achswinkel.

[jcrypter]

Guten Morgen,
die Idee mit der Schnecke in der Mitte ist sicher das einfachst, allerdings bezweifle ich, dass ich eine Schnecke mit einer Bohung von 3cm finde die ich bezahlen kann :)

Die Idee mit den Kegelrädern ist auch nicht schlecht, allerdings bezweifle ich, dass die Lösung mit den Kegelrädern für 120° in mienem Budget liegt.
Leider hab ich aber keine Preise dafür gefunden.

Crypi

[Geistesblitz]

Bohrung von 3cm wtf?
Wie groß soll dein Aufbau denn werden? Da brauchst dich über hohe Preise nicht wundern...
Oder hast dich verschrieben und meinst mm?

Würde eigentlich auch eine Lösung mit Koppelgetrieben gehen? Also an den Auslegern je noch einen Hebel anbringen, die dann über Schubstangen bewegt werden, ähnlich wie bei einem Polypgreifer (http://i.ytimg.com/vi/UgqCVdm8PSA/maxresdefault.jpg). Wär halt keine gleichförmige Bewegung mehr, da die Geschwindigkeit der Glieder über den Stellweg variiert. Weiß ja nicht, ob das kritisch ist.

[jcrypter]

Guck Dir bitte diese Bilder nochmal an, die 3cm sind das "Loch" in der Mitte der Plexiglasscheibe.

Koppelgetriebe.. nie gehört. mal googlen.
Das Prinzip des Greifers wäre in Ordnung, denke ich.
Wobei... das sieht so aus als wenn der sich über den Seilzug öffnet und schließt?

[Geistesblitz]

Genau, aber da kann man ja auch andere Sachen verwenden wie zB. Gewindestange mit Mutter oder ein Servo mit einer weiteren Schubstange. Weiß ja nicht, wie groß das Ganze werden soll.
Vergiss, was ich da schreibe, sehe gerade, dass du ja deinen eigenen Kram verlinkt hattest. Stimmt schon, die Lösung würde einen neuen Aufbau nötig machen.

[hbquax]

Wenn der Gesamtaufwand vertretbar bleiben soll, ist die bisherige Lösung doch gar nicht so schlecht. Wenn das Ding im Dauerbetrieb mit 1000 Umdrehungen laufen müsste, würde ich mir über den Wirkungsgrad gedanken machen, aber bei deiner Anwendung ist es doch echt egal. Wenn es dir zuviele Zahnräder sind, nimm einen Riemen oder eine Kette. Wenn zuviel Reibung im System ist, lohnt sich eher eine allgemeine Kugellagerung, insbsondere die Längskräfte der Schnecke müssen vernünftig aufgenommen werden.

Was du noch tun kannst: Halb so viele Zahnräder, aber dafür doppelter Durchmesser, und die Zahnräder an den Plexi-Hebeln auch so groß wie möglich machen.

[HeXPloreR]

Hallo Crypi,

was du brauchen könntest wäre so ein großes Zahnrad (60 X 1M) von z. B. Eitsch (Amaz_on) (http://www.amazon.de/eitech-00132-Metallbaukasten-Zahnradsortiment-Kette/dp/B000NNZTAA/ref=sr_1_26?ie=UTF8&qid=1410970929&sr=8-26&keywords=eitech)
Etwas aufbohren/drehen so das ein passendes Kugellager mit Innen-Ø 3cm durchgeht und vielleicht auf einem Stück Alurohr befestigt werden kann. Dann wäre die benötigt Mitte schön frei ;) ...und eine Kette wäre auch gleich dabei :)

Viele Grüße
Jörg

[jcrypter]

Guten Morgen,

ich glaube auch, dass ich mit den neun Zahnrädern wohl eine ganz gute Lösung gefunden habe. Alles was ich an Alternativen überlegt habe ist auch irgendwie schwierig. Und nach dem dritten komplett Neuaufbau weiß ich jetzt so langsam auch worauf ich achten muss.

Wovon ich aber wirklich weg möchte sind die Schnecken. Die sind zu unpräzise.
Also: neues Problem.
Dass heißt, die Schnecken werden ersetzt durch Zahnräder. Deren Welle ist dann aber um 90° versetzt.
Da gibt es keine andere Möglichkeit als Kegelräder, oder?

Crypi

[Geistesblitz]

Was war denn bei den Schnecken das Problem? Du meintest was vonwegen Spiel? Das wird dann wohl an einem nicht ganz stimmenten Achsstand liegen, oder? Sowas würde wohl auch bei Kegelrädern Probleme machen. Außerdem hast du ja windschiefe Achsen, da bräuchtest du also nochmal Zahnräder, um auf deine endgültige Antriebsachse zu kommen. Ließe sich das Spiel nicht durch eine gute Lagerung der Schnecken (Stichwort Axialkräfte) und einen passenderen Achsstand lösen? Dann sollten die Schnecken eigentlich kaum Spiel mehr haben.

[jcrypter]

Das Problem ist in diesem Fall, dass es Fischertechnik Schnecken und Zahnräder sind.
Man kann das Zahnrad gut und gerne 2mm drehen, ohne dass die Schnecke sich bewegt. Die Zähne des Zahnrades haben sehr viel Platz in der Führung.
Ich habe keine anderen Schnecken gefunden, die nicht gleich sehr sehr teuer sind.

Crypi

[HeXPloreR]

Nun, wenn man am Zahnrad dreht sollte sich diese Art der Schnecke auch nicht bewegen ;) Auf den Fotos sieht es nicht aus wie 2mm. Ich finde auch solltest Du in der bisherigen Version wieder nicht am Ende der Kette den Antrieb anbringen, sondern mittig. Damit reduzierst Du (wieder mal) das Gesamtspiel von einer Seite zur anderen im Getriebe. Besonders dann wenn es nicht mehr um Kardangelenke geht.

Mal eine Andere Idee: Eine mittig gelagerte motorisierte Seilrolle zieht an einem Seil und über Umlenkrolle und Hebel/feste Rolle bewegen sich die Außenarme nach außen. Das sollte auch in die ander Richtung zum schliessen möglich sein. Das was man auf der einen Seite aufrollt, gibt man auf der anderes Seite wieder dazu. Der Aufbau würde sich deutlich vereinfachen und es müssen nicht so genaue Toleranzen eingehalten werden. Nimmt man ein etwas dehnbares Zugseil kann das letzten endes beim Schließungsende etwas nachgeben, falls nötig ;)

*hüstel* ...wie wären denn statt dessen drei kleine Getriebemotoren/Servos als Alternative?

[hbquax]

Besser als Fischertechnik:
http://www.conrad.de/ce/de/product/239966/Modelcraft-Kunststoff-Schnecke-weiss-Modul-1?ref=searchDetail
http://www.conrad.de/ce/de/product/297410/Zahnradsortiment-Modul-1/?ref=detview1&rt=detview1&rb=2
http://www.conrad.de/ce/de/product/236977/Schneckenradsatz-Modul-1-PolyamidZinkdruckguss-40?ref=searchDetail

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Schau mal hier: http://www.fechtner-modellbau.de/shop/

und dann durchklicken nach Funktions-Modellbau » Material » Mechanik » Schneckengetriebe

Frohes Schaffen

Nils

[jcrypter]

jajajajaja.. ich wusste, dass der Kommentar mit der sich nicht bewegenden Schnecke kommt ;)

Ich habe mir die Idee mit nur einer Schnecke die drei Zahnräder gleichzeitig antreibt nochmal durch den Kopf gehen lassen.
Evtl ist das wirklich besser.

http://www.conrad.de/ce/de/product/236950/Schneckenradsatz-Modul-075-MessingStahl-40?ref=list
kann man hierfür als Zahnrad ein beliebiges M0,75 benutzen oder besitzen diese besondere Eigenschaften?
Zumindest das Spiel Zahnrad/Schnecke wäre damit erledigt.

edit:
drei Motoren sind mir in der Ansteuerung zu aufwändig und ich WILL nur einen ;)

Crypi

[Geistesblitz]

Schneckenräder haben normalerweise keine geraden Zahnflanken, sondern nach innen gewölbte, die auch leicht schräg sind, sodass sie genau in die Schnecke greifen. So hat man weniger Spiel und höhere Belastbarkeit, da sich die Kraft besser verteilt. Wenns aber nicht viel Kraft übertragen muss, tuts wohl auch ein normales Stirnzahnrad.

[jcrypter]

Kann man aus den gegebenen Daten über diese Schnecke/Zahnrad-Kombination berechnen wie weit der Achsmittelpunkt der Schnecke und der Achsmittelpunkt des Zahnrades auseinanderliegen sollten um möglichst genau zu fassen?

[Geistesblitz]

Hmm, sowas sollte über das Modul gehen. Hast ein Büchlein zur Konstruktion zur Hand? In sowas sollten auch Formeln für Zahnräder stehen. In meinem steht jedenfalls, dass der Außendurchmesser um 2*Modul größer ist als der Teilkreisdurchmesser. Der Teilkreisdurchmesser ist der Durchmesser, bei dem glatte Zylinder sich genau berühren würden. Heißt also dein gesuchtes Maß wäre (d_Schnecke+d_Schneckenrad-2*m)/2