Hilfe beim Bau einer Hochgeschwindigkeitsseilwinde

[i_make_it]

OK gehen wir mal zurück zur ursprünglichen Aufgabenstellung:

Eine Puppe soll hoch und runtergerissen werden

Eine Seilwinde die nur oben zieht kann zwar hochreißen, das Runterkommen ist dann aber einzig von der Fallgeschwindigkeit abhängig.
Wenn Also die Puppe 1Meter Groß ist und die Proportionen eines Menschen hat, wird 1Kg auf ein großes Volumen und somit auch auf einen großen Querschnitt verteilt. Es entsteht ein Fallschirmeffekt der die Fallgeschwindigkeit verringert.
Bei einer Puppe in Erwachsenengröße und selber Masse wird der Effekt noch stärker.
Diese Anfoderung und die Überlegungen waren ausschlaggebend für meinen doppelseitig verspannten Flaschenzugantrieb.

- Geschwindigkeit ca. 10m/s

Da wir schon spätestens seit Einstein wissen das eine unendliche Beschleunigung einer Masse größer Null eine unendliche Energie zum Quadrat benötigt, bedarf es einer Beschleunigungsrampe und einer Verzögerungsrampe um von 0m/s auf 10m/s und zurück zu kommen.
Bei einer Seilwinde die nur von oben zieht, ist die Verzögerungsrampe einzig von der Masse, der Geschwindigkeit und der Schwerkraft bestimmt.
Wird die Seilwinde schneller verzögert, ist keine Spannung mehr auf dem Seil. Das Seil wird nicht mehr sauber auf die Haspel aufgespult und wird mit hoher Warscheinlichkeit aus eventuell vorhandenen Führungsrollen springen. Folge ist ein Totalausfall des Gerätes und notwendige Reparatur.

(3m Höhe mindestens)

Da Personen unter der Puppe durch gehen sollen, ist die Höhe festgelegt durch Durchgangshöhe die schnellstens frei zu machen ist, plus Platz für die Puppe in der oberen Endlage, plus Strecke der Verzögerungsrampe.
Bei Durchlasshöhe 2Meter, Puppenhöhe 1,8Meter und einer fiktiven Verzögerungsstrecke von 0,5Meter, Dürftest du mindestens 2,3m benötigen. Eher etwas mehr.

- Last ca. 1kg

Bei einer menschengroßen Puppe mit diesem Gewicht, denke ich das diese dir bei der ersten Beschleunigung durch die Beharrungskräfte einfach zerfällt.
Ich hatte im Oktober eine Puppe für einen Hexensturz von einem 20 Meter hohen Turm. Die Puppe wog trotz Leichtbau ca. 15Kg.
Davon 5Kg nur die Kleidung mit Schuhen.
Bei der zweiten Forführung ist uns der Körper durch den Bremsruck des Galgens schon fast zerrissen und ein Fuß ist mit Schuh abgegangen.
Zur Verstärkung werde ich in den Körper noch Rolladengurte einarbeiten.
Also Prüfe zur Sicherheit noch mal dein Gewicht nach. Falls du kein Gespenst aus einer Styroporkugel und einem Seidentuch machen willst.

Dazu das meine Konstruktion nicht möglich ist folgendes:
Nimm die Konstruktion mal 2, stelle sie links und rechts vom Personendurchgang auf, Verbinde sie wagerecht miteinenader so das du ein "H" bekommst dessen wagerechter Steg hoch und runter gefahren werden kann. An diesem Steg wird dann die Puppe befestigt und schon gibt es kein Problem mehr. (3-D Skizzen mit Paint sind nicht so einfach zu machen)

Bei der geforderten Maximalgeschwindigkeit würde ich auf Rollen-, Nadel- oder Kugellager nicht verzichten.
Eine einfache PA oder Messingrolle, gleitend auf einer Stahlachse dürfte bei ungeschmiertem Messing schnell zum fressen neigen und bei Kunststoffen zum Plastifizieren unter Druck und Temperatur.
Trocken Gleitlager werden für langsame Bewegungen oder Kurze Lebensdauer verwendet.
Wenn es richtig Schnell wird, wie z.B.: bei industriellen Schleifspindeln kommen wegen der Laufruhe und den Wirkenden Kräften sogar Hydrodynamische Lager zum Einsatz. Was mann hier allerdings wirklich nicht benötigt.

Bei soviel Unsicherheit in der Mechanik, empfehle ich einfach mal ein Modell mit Baumarkt Mitteln oder falls vorhanden Fischerteschnik bzw Märklin Metall / Konstrux etc. zu bauen und dann zu sehen welche nicht bedachten Nettigkeiten auftreten.
Dabei sollte man sich gedanken um die Grundgesetze der Mechanik, der Dynamik fester Körper und vor allem dem Energieerhaltungssatz machen.
Ich denke dann fallen sofort viele Lösungen weg. Vor allem alle die Statisch unbestimmt sind und unkontrollierbare und unbestimmbare Bewegungen zulassen.

[dost0011]

Hallo,

BITTE BITTE BITTE BITTE:

- Welche Zahnräder verwendet man bei 1Nm und 200W am besten:
M0.5 oder M1 oder größer? (Wozu gibts denn die Unterschiede überhaupt)
- Wie baut man so ein Getriebe? Die Frage geht in Richtung Lagerung der Wellen. Braucht man da Kugellager und Lagerböcke?
- Wo kriegt man das preiswert her (speziell für die 5mm Achsen)

Irgendjemand schreibt, dass man auf die Kugellager verzichten könnte. Ich habe aber gar keine Ahnung, wie man dann eine Welle befestigt!!!
Es leuchtet mir aber auch ein, dass bei dieser Last und Geschwindigkeit ein Kugellager von Vorteil ist.

Also vielleicht hätte ich nicht schreiben sollen, was ich vor habe.
Wenn die Puppe nicht schnell genug fällt, dann lasse ich sie halt langsamer herab - das tut der Mechanik nicht weh.
Ich habe Probleme ein Getriebe zu bauen, weil ich nicht weiß, wo ich den Scheiss dafür herkriege!!! Was brauche ich denn überhaupt???
Brauche ich Lagerböcke? Ja/Nein. Wenn ja wieviele?

Wie verbinde ich ein Zahnrad mit einer Stahlwelle, wenn das Zahnrad keine Mahdenschraube hat? Pressen ist doch bei 1Nm nicht wirklich sinnvoll, oder ?

Wenn euch das alles langweilt und ihr viel lieber über Puppen sprechen wollt (ich kanns ja verstehen!) dann nennt mir wenigstens eine Homepage oder ein Forum, wo ich das oben stehende erfragen/erlesen kann. Ich hab dieses Forum als das beste empfunden! Mir fehlt Praxiserfahrung UND Theoriewissen. Das ist böse - ich weiß...

Sorry, aber ich bin gefrustet. Ihr seid alle schon 100 Schritte weiter.
Ich sage nur "DIN Norm"...
Ich will nur "Basteln"...

Nun bitte nicht eingeschnappt sein. Ich wollte niemandem auf den Schlips treten

Viele Grüße

[Richard]

Na ja, hier ist halt Elecktonik gaängiger als Maschinenbau. Hier
werden, wenn überhaupt, nur sehr wenige ein Getriebe samt
Gehäuse bauen können. Alleine weil die Metallbearbeitungs
Maschinen kaum einer im Wohnzimmer herumstehen hat.

Bei Gopogle und "Getriebe" sollte sich doch etwas in der
Richtung finden lassen, oder halt ein Maschinenbau Forum?
Die Getriebe welche hier so gebaut werden liegen in einer
anderen Leistungsklasse, da reichen halt so ein Plastikrädersatz
von Conrad und die Lagerung muß dann auch nicht SO besonders
sein.

Gruß Richard

[i_make_it]

Also mal Getriebeberechnung und Zahnradberechnung.

-Dein Getriebe soll eine Leistung übertragen.

-Zahnräder Kämmen genau an einem Zahn im Eingriff.(rechnerisch für die Kraftübertragung)

-Bei gleicher Zahnbreite: je größer der Modul um so größer die wirksame Querschnittsfläche und somit: Umso geringer die Scheerspannung im Material.

- Werkstoffwahl: Kunststoff, Leichtmetalle, Buntmetalle, Stahl, gehärtete Zahnflanken.
Entsprechend der Anforderungen an Laufruhe, zu übertragende Kräfte, Umfangsgeschwindigkeiten der Zahnräder und daraus resultierender Reibungshitze wird der Werkstoff, die Vergütung, die Oberflächenbehandlung und die Verzahnungsgeometrie ausgewählt.
Gehärtete, geschliffene und schrägverzahnte Zahnräder kommen z.B.: in KFZ Getrieben zum Einsatz.

Ein Kunststoffzahnrad hat eine große Dämpfung und somit eine große Laufruhe, aber wenn du die in einem Drehzahlbereich betreibst in dem die Zähne heiß werden, kommst du in den Bereich von Reibschweißen von Kunststoff, die Dinger verkleben einfach.
Kunststoff auf Metallzahnrad. Ohne vernünftige Lagerung werden die Querkräfte die Räder auseinandertreiben und das Kunststoffzahnrad wird als Opferzahnrad seine Zähne verlieren. Das kann konstruktiv sogar so gewollt sein.

Also beginne erst mal mit dem zu übertragenden Drehmoment und ermittle dann mal die sich ergebende Flächenpressung an einem Zahn.
für die verschiedenen Module und Zahnradbreiten.
(Je größer die Fläche um so kleiner die Flächenpressung)
Jetzt kannst du die Scheerfestigkeit der Werkstoffe mit den ermittelten Werten vergleichen und eine Werkstoffauswahl treffen.
Mit dem gewählten Werkstoff, Modul und der Zahnradbreite rechnest du jetzt einmal das ganze Getriebe durch und ermittelst die Kräfte an den Wellen.
Biege- und Torsionskräfte.
Das vergleichst du mit den Werten für deine gewählten Wellen.
Und wählst falls notwendig größer dimensionierte Wellen die den Belastungen Standhalten.
Jetzt kannst du dich mit den Wellen Naben Verbindungen (Zahnrad auf der Welle befestigen) befassen.
Bei Schwächung des Wellenquerschnitts durch Bohrungen, Flächen etc immer noch mal gegenrechnen ob die Welle das jetzt noch aushält oder man noch mal einen Schritt zurück muß.
Zum Schluß widmend man sich der Lagerung der Wellen. und dem Gehäuse was alle Kräfte aufnehmen muß, an das Antrieb und Abtrieb montiert wird und das alle Kräfte sicher an ein Tragwerk ableiten muß.

Das war jetzt die Kurzfassung.

Suchbegriffe: Zahnradberechnung, Getriebekonstruktion, Getriebeberechnung

http://www.tmoells.de/downloads/Zahnradberechnung.pdf

http://www.maschinenbau.fh-pforzheim...nstruktion.htm

http://www.atlantagmbh.de/media/kata...ng-Auswahl.pdf

Googeln, lesen, Taschenrechner zücken und frisch ans Werk.

Übrigens wenn man von DIN erzählt ist man nicht weiter sondern das ist der Anfang. Nach DIN kommt das was ich oben geschrieben habe.

Modul ist DIN genormt.
Werkstoffnormung ist DIN.
Vorgehen bei der Konstruktion ist DIN.
Zahnradberechnung ist DIN genormt.
Getriebeberechnung ist DIN Genormt.

DIN ist sozusagen die Bauvorschrift im Maschinenbau.

Die alternative ist Trial and Error.

Nimm einen Motor und ein paar Zahnräder und schau was passiert.
Hat nicht geklappt, dann halt mal ein anderer Motor und ein paar andere Zahnräder und noch mal von Vorne.

Langfristig ist das Vorgehen nach DIN nicht so frustrierend und im Endeffekt schneller.

>>> EDIT <<<
Ich habe mal von der Lastseite gegengerechnet

F=m·(v/t)

Bei v=10m/s
und
t1=1s

F1=1Kg·{(10m/s)/1s}
F1=10N
--------------
t2=0,5s

F2=1Kg·{(10m/s)/0,5s}
F2=20N
--------------
t3=0,1s

F3=1Kg·{(10m/s)/0,1s}
F3=100N

Bei Seilspulenradius von r=0,1m

M1=F1·r
M1=10N·0,1m
M1=1Nm
--------------
M2=F2·r
M2=20N·0,1m
M2=2Nm
--------------
M3=F3·r
M3=100N·0,1m
M3=10Nm

Daraus ergibt sich bei deinen Daten das die Puppe innerhalb von einer Sekunde auf die Endgeschwindigkeit beschleunigt wird, da du ja ein Drehmoment von 1Nm angibst.

Das wiederspricht aber deiner Höhenangabe von 3 Meter.
Da die Durchschnittsbeschleunigung bei einer gleichförmigen Beschleunigung identisch zu dieser ist, kann daraus die Durchschnittsgeschwindigkeit und darüber die zurückgelegte Strecke bestimmt werden. Da komme ich dann auf 5 Meter nur für die Beschleunigung. Wenn die Verzögerung mit dem selben Betrag erfolgt, Sind wir bei mindestens 10 Meter Höhe.
Daraus folgt, wenn die Höhe 3 Meter nicht eklatant überschritten werden soll, aber die Endgeschwindigkeit beibehalten werden soll, muß die Beschleunigung erhöht werden.
Somit stimmt das von dir festgelegte Drehmoment nicht mehr.
Du must mindestens von 3,3Nm ausgehen um die Bauhöhe von 3 Metern nicht massiv zu überschreiten.

Prinzipiell geht man bei der Konstruktion immer von der Last aus und arbeitet sich dann zum Antrieb durch nicht umgekehrt.

Da die Physik für "Bastler" und für Ingenieure die selbe ist, und sich ein paar schlaue Köpfe gedanken gemacht haben und in DIN, VDE, und ISO viele der Naturgesetze in Vorschriften und Formeln für den nicht Physik Professor hadhabbar gemacht haben, sehe ich kein Problem darin mich auch im Hobbybereich daran zu orientieren.
Ich erfinde ja auch nicht grade mal für ein Projekt ein neues Gewinde sondern Nutze genormte Schrauben von denen ich im Zweifelsfall auch sagen kann was sie aushalten.
Auch Zahnräder, Wellen und Kugellager müsstest du dir wie dazumal Leonardo da Vinci ohne DIN selbst schnitzen.

Also Wenn du basteln unter ablehnung von solchen Hilfen betreiben willst.
Wird dein Projekt mit ziemlicher Sicherheit ein Reinfall bis eine Katastrophe.

[mwoidt]

Nur mal so als anmerkung generell zu einer Seilwinde...
Ein trommeldurchmesser von 10cm ist nie im leben realisierbar ^^
Allein das Stahlseil hat nen mindestbiegeradius...
außerdem neigen kleine Trommeln dazu schlaufen beim aufwickeln zu bilden, daher brauchst du bei den kleinen durchmesser und der Geschwindigkeit eine Spulvorrichtug, wie man sie z.b. von einer Angel kennt. Du solltest mal mit nem Trommeldurchmesser von ca. 60-70cm dann kann es ohne Spulvorrichtung gehen. Diese wird allerdings eine gewaltge Massenträgheit haben und da brauchst du dann richtig Motorleistung. Ich denke so ein Projekt wirst du ohne gute Kenntnisse in Konstruktionstechnik kaum realisieren können

[i_make_it]

@mwoidt

Also lesen hilft.
Richtig lesen noch mehr!
Ein Radius von 10cm impliziert einen Durchmesser von 20cm.
Und Stahlseile hatte ich ins Gespräch gebracht.
Ein 3mm Stahlseil ließe sich auf 20cm problemlos aufspulen sofern man nicht grade steifen Bowdenzug Draht nimmt.
Bei Kevlar oder einem monofilament Garn fürs Hochseeangeln geht der Haspeldurchmesser noch kleiner.

Dann sollte man aber wie du richtig erkannt hast einen Aufspulmechanissmus einsetzen der ein geordnetes Aufspulen ermöglicht.
Wobei pätestens beim bremsen von 10m/s auf null wird es entweder entsprechend lange dauern oder ohne Seilspannung ziemliches Chaos.
Weshalb ich den beidseitg verspannten Flaschenzug ins Spiel gebracht habe.

[radbruch]

Hallo

Eine Idee die ich weder völlig durchdacht noch selbst getestet habe: Die Puppe hängt an einem Rollladengurt welcher mit einer Handbohrmaschine per Reibrad (mit Gegendruckrolle) angetrieben wird. Das freie Gurtende hängt mit einem Gegengewicht in einem Rohr und betätigt hier jeweils in der Endlage einen Schalter. Puppe und Gegengewicht werden durch die Erdanziehung nach unten gezogen, denn ich glaube nicht, dass man mit Bastelmitteln einen Antrieb bauen kann, der mit 10m/s² beschleunigen kann (von einer Schleuder mal abgesehen;).

Gruß

mic

[Sergetg]

Mit einem Gegengewicht kann man doch ganz auf einen Motor verzichten, das Gegengewicht muss einfach dementsprechend schwerer als die Puppe sein. Wenn die Puppe langsamer runter als rauf kommen darf könnte man einfach eine langsamere Seilwinde nehmen um das Gegengewicht wider hoch zu ziehen. Danach ist die Puppe wieder unten und das Gegengewicht oben, und man muss nur noch das Gegengewicht auslösen dass es runterfällt.

[TomEdl]

Nur so eine kleine Idee von mir:
Warum nicht einfach zwei Umlenkrollen und ein Endlosseil, am oberen Wellenende einen 5-10kW Asynchronmotor und auf Dreieck hart einschalten. Das würde doch anständig genug am Seil anzupfen, oder?`

Grüße
Thomas