Winkelgetriebe Varianten. Besser oder nicht?

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Hallo,

Für eine differenzielle Steuerung habe ich eine Variante eines Antriebs mit Winkelgetriebe gebaut und später zur Variante 2 umgebaut. Antrieb in Fahrzeug mit drei Rädern - zwei für Antrieb, ein Stützrad. Mit beiden wurden Fahrtests durchgeführt. Die Skizze zeigt jeweils die linke Seite. Man erkennt, daß der Motor in den beiden Varianten für gleiche Drehrichtung des Rads andersherum drehen muß.

  Ansicht von hinten in Fahrtrichtung (Motorwelle steht senkrecht nach oben)

   ^  v  < >  sind Symbole für Drehrichtung


                 Kronenrad                                    Kronenrad
   Rad   Zahnr. .--.                            Rad   Zahnr.        .--.
  .---.  .-.    |  |                           .---.  .-.           |  |
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  |   |  |v|----|v|                            |   |  |v|------------|v|
  |   |  | |    | | .-.                        |   |  | |        .-. | |
  |   |  '-'    |  ||<|Motorritzel             |   |  '-'        |>||  |
  |   |  .-.    '--'| |                        |   |  .-.        | |'--'
  |   |  | |        '_'                        |   |  | |        '_'
  |   |  | |  _______|________________         |   |  | |  _______|________________
  |   |  | | '-------'----------------         |   |  | | '------------------------
  | ^ |  | |  |             |  Chassis         | ^ |  | |  |             |  Chassis
  | ^ |--|^|  |  Motor      |                  | ^ |--|^|  |  Motor      |
  | ^ |  | |  |             |                  | ^ |  | |  |             |
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  |   |  '-'                                   |   |  '-'
  |   |  Zahnrad                               |   |  Zahnrad
  |   |                                        |   |
  |   |                                        |   |
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  '---'            Variante 1                  '---'            Variante 2

Ich glaube nun beobachtet zu haben, daß das Fahrzeug nach Variante 2 besser auf Richtungsänderungen reagiert, also besser auf Beschleunigungen bzw Bremsen einer Fahrzeughälfte.

Kann das sein oder ist das nur eine subjektive Empfindung, weil mich der Umbau relativ viel Mühe und Zeit gekostet hat?

Durch den Umbau der Variante 1 nach Variante 2 könnten natürlich auch unerkannte mechanische Unzulänglichkeiten behoben worden sein (zB Schwergängigkeit).

Ich finde keine Erklärung dafür.

Gruß
Searcher

[ranke]

Eine Begründung, warum eine Variante prinzipiell weniger verlustbehaftet sein sollte kann ich nicht finden.
Bei solchen Aufbauten ist es aber relativ einfach ungewollte mechanische Verluste einzubauen (z.B. bei der Lagerung der Zwischenwelle). An so etwas wird es wahrscheinlich liegen.

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Der Auslöser für den Umbau war die Betrachtung des "Gegendrehmoments" (nennt man das so?) , nicht, ob da andere mechanische Verlust auftreten.

Wenn in Variante 1 der Motor beschleunigt, muß er mit seinem Drehmoment über die Zahnräder Kraft auf das Rad ausüben. Der Motor ist am Chassis festgeschraubt und stützt sich mit einer Gegenkraft dort ab. Er übt auf das Chassis eine Kraft aus, die entgegen der Beschleunigungsrichtung des Fahrzeugs wirkt.

In Variante 2 untestützt die Gegenkraft die Beschleunigungrichtung.

Weil da aber noch die ganzen anderen Lager sind, wo auch überall Kräfte wirken, blicke ich nicht durch ob obige Überlegungen richtig sein können.


Falls jemand meine Bloggerei übersehen haben sollte, hier Fotos dazu.

Bild hier   Variante 1 Bild hier   Variante 2 (Klicken zum Vollbild)

Gruß
Searcher

[ranke]

Der Auslöser für den Umbau war die Betrachtung des "Gegendrehmoments" (nennt man das so?) , nicht, ob da andere mechanische Verlust auftreten.

"Stützmoment" ist glaube ich der übliche Ausdruck. So bezeichnet man z.B. auch das Moment, mit dem sich bei einem Kraftfahrzeug die Motor-Getriebeeinheit (Triebwerk) an der Karosserie abstützt. Das wäre das, was Du meinst.

Nach einem einfachen Prinzip der Mechanik müssen sich alle Kräfte und Momente, die an einem starren Körper angreifen zu Null addieren (Vektormäßig betrachtet). Die Gewichtskraft des Triebwerks, die man sich am Schwerpunkt angreifend denken kann, stützt sich über die Lagerung des Triebwerks an der Karosserie ab. Dass die Summe der Stützkräfte über die Lagerpunkte entgegengesetzt gleich zur Gewichtskraft ist, ist relativ leicht einzusehen. Das Antriebsmoment, das das Triebwerk durch die Antriebswellen an die Räder weitergibt wird ebenfalls durch ein entgegengesetzt gleichgroßes Stützmoment über die Befestigungspunkte an die Karosserie weitergegeben. Die Größe des Stützmoments ist also völlig unabhängig von Details der Getriebekonstruktion. das ist der Grund, warum ich eher andere Effekte für das unterschiedliche Verhalten verantwortlich machen will (manche Motoren drehen z.B. leichter linksrum als rechtsrum).

Einen Einwand muss ich mir allerdings bei meiner theoretischen Ableitung gefallen lassen: Die Annahme, Motor und Getriebe wären starre Körper, ist natürlich eine grobe Vereinfachung. Tatsächlich haben wir ja verschiedene rotierende Wellen - je schneller sie sich drehen, desto größer ihr Einfluß. Deshalb gibt es zusätzliche Kräfte und Momente, sobald irgendwo etwas beschleunigt wird. Aufgrund der Symmetrie mit den beiden gegenläufigen Motoren hebt sich da manches wieder gegenseitig auf, außerdem hat man ja in beiden Varianten ganz ähnliche Verhältnisse.

Kurzum, ich glaube immer noch daran, dass die beiden Varianten eigentlich gleichwertig sein sollten und die von Dir beobachteten Unterschiede eher auf anderen Effekten beruhen.

[PICture]

Hallo!

Ich glaube nun beobachtet zu haben, daß ...

Glauben ist nicht Wissen ...

Kann das sein oder ist das nur eine subjektive Empfindung, weil ...

Das ist fast sicher, um genau zu wissen, muss man messen ...

Ich finde keine Erklärung dafür.

Ich weiss es ich auch nicht warum, deshalb werde ich (wie oft) gar nicht suchen, sondern annehmen, dass es so objektiv ist ...

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Hallo,

@ranke: Danke für die Erklärungen. Wenn ich also genau wissen will, wie sich die entgegengesetzt drehenden Motoren in den beiden Varianten auswirken und wo das Stützmoment letzten Endes bleibt, werd ich wohl nicht drumrum kommen die Kräfte an allen Angriffspunkten ganz genau mit Vektorgrößen zu betrachten.

@PICture: Stimmt, es zählen Fakten. Eine einfache Frage, welche der beiden Varianten in der Skizze die bessere ist hätte es auch getan.

Mein Denkfehler lag wohl darin, daß ich angenommen hatte: Motor dreht anders rum - Stützkraft anders rum - unterstützt Schwenkbewegung des Fahrzeugs statt zu hemmen - Super! Das die entgegengesetzte Stützkraft des Motors auch wieder irgendwie anders über die Lager zurückwirkt hab ich erst mal gar nicht betrachtet... Hinzu kam eben die Beobachtung, daß das Verhalten des Fahrzeugs besser ist.

Das der "gute Effekt" nicht bei gerader Beschleunigung des Fahrzeugs, also bei gleicher Beschleunigung des linken und rechten Motors wirken kann ist klar. Bei Beschleunigung nur einer Seite könnte die Energie der anderen Seite entnommen werden, die dann langsamer würde, und im Sinne einer guten Reaktion auf Lenkimpulse mir gut ins Konzept passen würde. Im Grunde bin ich jedoch zufrieden, daß der Umbau besser funktioniert als das Original, auch wenn es "nur" wegen der handwerklichen Auswührung ist.

Gruß
Searcher

[ranke]

Ein Grund, warum Variante 2 besser sein könnte ist mir nachträglich noch aufgefallen. Die Schwungmasse des Motorläufers erzeugt beim Abbremsen oder Beschleunigen ein zusätzliches, dynamisches Stützoment um die Hochachse des Fahrzeugs. Bei Variante 2 wirkt dieses zusätzliche Moment im Sinne der dadurch generierten Lenkbewegung, bei Variante 1 dagegen.

Beispiel für Variante 1, linker Motor, Drehrichtung wie oben skizziert: Der Motor dreht auf die Welle gesehen im Uhrzeigersinn. Wird er beschleunigt, dann stützt er ein zusätzliches dynamisches Moment im Gegenuhrzeigersinn auf das Chassis ab. Die Beschleunigung des linken Motors bedeutet aber eine Einleitung einer Rechtskurve (Chassis dreht im Uhrzeigersinn).
Variante 2: der linke Motor rotiert gegen den Uhrzeigersinn, eine Beschleunigung bewirkt ein zusätzliches dynamisches Stützmoment im Uhrzeigersinn, was auch der kinematischen Lenkrichtung entspricht.

Ob dieser Effekt allerdings wahrnehmbar stark ist, müsste man mal rechnerisch abschätzen. Ich halte es immerhin jetzt für möglich, dass Variante 2 deshalb besser in Kurven ein- und herauslenkt, dafür möglicherweise etwas nervöser bei kleinen Störungen in der Geradeausfahrt reagiert.

Übrigens hatte ich das vorher nicht gesehen, weil ich die Skizze als Draufsicht (also Motor mit liegender Welle) interpretiert hatte. Erst die Fotos haben mir die wirkliche Einbaulage klargemacht.

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...die Skizze als Draufsicht (also Motor mit liegender Welle) interpretiert hatte. Erst die Fotos haben mir die wirkliche Einbaulage klargemacht.

Entschuldigung bitte an ranke und alle die vielleicht mitgegrübelt haben. Die Skizze ist gerade noch um einen Ansichtenhinweis ergänzt worden.

@ranke: Zur Kräfte-, Momentverteilung kann ich im Augenblick nichts Neues sagen. Immer wenn ich versuche da tiefer einzusteigen, geht's über mein Vorstellungsvermögen und ich komme immer zu anderen Ergebnissen. Brauch, glaub ich erstmal ein wenig Abstand. Bei genügend Muße muß ich doch mal versuchen das zu Papier zu bringen. Das wird was werden...

Die Verbesserung des Fahrverhaltens zeigt sich hauptsächlich daran, daß, wenn in einer Kurvenfahrt das Signal zum gerade fahren kommt, es viel exakter reagiert als vorher. Man erkennt sofort, daß der Knopf an der FB gedrückt wurde (es wird ja mit einer IR Fernbedienung ferngesteuert) und es zieht sich sofort gerade (Immer auch im Hinterkopf, das die Motore keine Kraftpakete sind und in den Augen der meisten sicher unterdimensioniert sind). Auch in den Kurven fällt es mir viel leichter genau zu steuern. Vorher war das schwammiger und ich mußte meist die Richtung korrigieren, da ich den gewollten Punkt nicht traf. Zum Geradefahren werden die Pulsweiten der beiden Motore addiert, durch zwei geteilt und beide Motore mit diesem Mittelwert versorgt.

Zur eigentlichen längeren Geradeausfahrt kann ich keine großen Unterschiede zu vorher feststellen; da gibt es noch andere Probleme, die da möglicherweise die Auswirkung der Getriebeänderung überdecken.

Programm und weitere Details hier im Blog.

Gruß
Searcher

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Hallo,
ich habe eine weitere Modifikation am Chassis vorgenommen, die die "gute" Veriante 2 automatisch wieder zur "schlechten" Variante 1 gemacht hat (komplettes Chassis umgedreht und auf dem "Rücken" fahren lassen. Die Gelegenheit nutzte ich um die Wirkung der beiden Variante per Video zu dokumentieren.

Der erste Hälfte zeigt die "schlechte" Variante 1, die zweite Hälfte bessere Variante 2.



Benutzt wurde das gleiche Fahrprogramm:
Aus dem Stand Kurve links mit PWM Werten 80 / 150 für zwei Sekunden (max Wert wäre 249)
dann direkt Kurve rechts mit vertauschten PWM Werten für zwei Sekunden
und wieder Kurve links, Kurve rechts - jeweils zwei Sekunden
dann PWM auf beiden Seiten gleich und kurz runterzählen in den Stand

Danach das Gleiche nur entgegengesetzt mit Kurve rechts begonnen.

LEDs:
Vor Beginn blinken Rot und Grün drei Mal.
Danach zeigen Rot und Grün das Eintreffen der Steuersignale an:
Rot - nach links, Grün - nach rechts
Vor Beginn der zweiten Kurvenserie leuchtet Gelb kurz auf
Am Ende Rot und Grün länger und Gelb ein Mal kurz.

Leider hab ich den Unterschied im Video nicht so deutlich hinbekommen wie ich ihn spüre. Am deutlichsten sehe ich es daran, daß die Fahrt eigentlich hintereinanderliegende Achten beschreibt. In der schlechten Fahrt berühren sich die Bäuche nicht bzw. kommt das Fahrzeug außer Tritt. In der guten Fahrt kann man die Achten deutlich ausmachen und die Kurven sind enger. Hätte gern ein qualitativ besseres Video geliefert ... beim nächsten Umbau dann...

Gruß
Searcher