Rock Tumbler Projekt - Komponenten und Aufbau

[Delgado]

Liebes Forum

Ich bin bei meinen Recherchen auf euer Forum gestossen, welches sehr interessant und lehrreich ist!
Habe bereits einige Threads von euch gelesen welche mich auf den "richtigen" Weg gebracht haben, dennoch ist für mich vieles neu was Antriebe und Elektromotoren anbelangt!
Hoffe dass ich im richtigen Bereich bin, ggf. könnte man den Thread auch nach Klärung der Motorenwahl in den Bereich Mechanik verschieben.

Gerne möchte ich euch mein Vorhaben kurz schildern und würde mich über eure Konstruktionsvorschläge freuen!

Es soll ein kompakter, stabiler "Rocktumbler" gebaut werden, der über ein Netzteil betrieben werden soll. Er soll möglichst aus gut erhältlichen Neuteilen mit vernünftiger Qualität bestehen, jedoch so preiswert wie möglich & sinnvoll, optimal wäre es ein Budget von 150 Euro einhalten zu können. Vom Aufbau so wie im Video, bloss etwas kleiner...

- Als Fass soll ein Curtec 6.4l oder zwei 3.6l nebeneinander genutzt werden, daher ein etwa 40cm Breiter Aufbau.
- Als max. Last und um Reserven zu haben rechne ich mit 10-15kg Ladung, meist werden es wohl um die 5kg sein.
- Bei der Last auf die 40cm Breite sollten 20 mm Stahlwellen oder Rohre ausreichend sein, welche in Stehlager montiert werden.
- Das Fass muss ca. 30-40 u/min machen, nur eine Drehrichtung ist nötig, Betriebszeit zwischen 1.5 - 6 Stunden
- Der Motor sollte parallel neben den Wellen montiert werden um den Aufbau kompakt zu halten.
- Das Ganze soll mit einfacheren technischen Mitteln realisiert werden können - keine Drehbank.

Soviel zur angedachten Ausganslage. Nun habe ich mich einigermassen an die Übersetzung und den Motor herangetastet, wobei ich mir etwas unsicher bin.

Querschnitte= Fass: 198 Welle: 20 - Übersetzung 9.9.
Demnach muss die Welle 297 bis 396 u/min machen.

Was für einen Motor mit welcher Übersetzung und Antriebsart würdet Ihr hier verwenden?

Ich habe bereits einiges durchgerechnet, bin mir aber nicht sicher welches die richtigen Kompenenten für die Anwendung sind.

Plan A: Ein 24V E-Scooter Motor mit einer Untersetzung z.B. einen MY6812 120W 2500 u/min

Plan B: 24V Scheibenwischermotor der 100 u/min macht, mit einer Übersetzung von 0.25 - bleibt da noch genug Drehmoment für die Anwendung?

Besonders die Motorenwahl bzw. das passende Netzteil (Ampere Spitze) dazu ist für mich noch etwas unklar. Eine. Steuerung über PWM wäre sicher praktisch.

Wie könnte der Antrieb von der 8 mm Welle am Motor auf die 20 mm Welle umgesetzt werden, ich tendiere zu Zahn- oder Keilriemen? Könnte ich an der 20mm Welle eine Taperbuchse mit Riemenscheibe verwenden?

Falls ihr andere Ideen habt bin ich für jegliche Vorschläge offen, die Funktionsweise soll jedoch so bleiben- möchte das Fass nicht direkt an den Motor hängen.

Besten Dank und Gruss
Delgado

[ranke]

Wenn das Gerät häufiger als nur sehr gelegentlich läuft, würde ich keine Bürstenmotoren verwenden. Die verschleißen zu schnell.
Wenn die Drehzahl nicht geregelt werden soll ein Kondensatormotor, falls schon, ein Drehstromasynchronmotor mit zusätzlichem Frequenzumrichter. 550 W oder 750W sind Standardgrößen die etwa passen dürften, Drehzahl 1500 oder 3000 1/min.
Wellendurchmesser 20mm scheint mir vielleicht etwas dünn wegen möglicher Durchbiegung (Fassgewicht, Riemenzug), das mögen auch die Lager nicht. Vielleicht denke ich da aber im Moment zu vorsichtig.
Taperbuchse sollte gehen. Taperbuchsen gehen auch auf Motorwellen mit Passfedernut (haben die Motoren meist standardmäßig). Keilriemen dürfte das richtige sein, Zahnriemen kommt üblicherweise teurer und ich sehe in der Anwendung keinen Vorteil gegenüber Keilriemen.

[Delgado]

Der Tumbler wird nur sporadisch- im Schnitt wohl 90min pro Woche genutzt. Da würde ein Bürstenmotor wohl ausreichen oder nicht?
Eine Steuerung wäre sicher sehr hilfreich. Können die kleinen Drehstromasynchronmotoren mit 1x 230V betrieben werden? Idr. werden die ja mit 400V Betrieben?
Wenn nach einiger Zeit der Motor gewechselt oder gewartet werden müsste könnte ich das gut in Kauf nehmen, wenn dafür die Beschaffung, der Aufbau sowie die Regelung einfacher und günstiger realisierbar ist.
Sollte möglichst kompaktgehalten werden - ein handlicher Motor wäre von Vorteil.

Bei 5kg beträgt die Durchbiegung 0.7mm, bei 10kg 1,3mm und bei 15kg 2mm bei der vollen Last auf eine Welle - jedoch wird die Last auf beide aufgeteilt- solle daher gut reichen?

[ranke]

Der Tumbler wird nur sporadisch- im Schnitt wohl 90min pro Woche genutzt. Da würde ein Bürstenmotor wohl ausreichen oder nicht?

Ja, sollte reichen. Ich denke man kann schon etwa 500 bis 1000 Betriebsstunden von einem vernünftig dimensionierten Bürstenmotor erwarten.

Können die kleinen Drehstromasynchronmotoren mit 1x 230V betrieben werden? Idr. werden die ja mit 400V Betrieben?

Kondensatormotoren sind üblicherweise für 1x 230V vorgesehen, haben aber nur eine Drehzahl und laufen mitunter auch mit recht geringen Drehmoment hoch.
Frequenzumrichter für die beabsichtigte Leistungsklasse sind ebenfalls für 230V einphasig erhältlich. Der Frequenzumrichter ist quasi das "Netzteil" für den Drehstrommotor und macht aus dem einphasigen Strom den dreiphasigen, den der Motor braucht, mit der zusätzlichen Möglichkeit die Drehzahl zu regeln und üblicherweise auch Schutzfunktionen (z.B. Abschalten bei Überlast/ Motorüberhitzung). Letzteres könnte noch eine wichtige Eigenschaft sein, falls das Gerät auch unbeaufsichtigt laufen soll (zumal bei reduzierter Drehzahl auch die Wirkung des im Motor eingebauten Lüfters schwindet).

Bei 5kg beträgt die Durchbiegung 0.7mm, bei 10kg 1,3mm und bei 15kg 2mm bei der vollen Last auf eine Welle - jedoch wird die Last auf beide aufgeteilt- solle daher gut reichen?

Ich sehe schon, die mechanische Seite hast Du soweit im Griff. Durch die Lastaufteilung entstehen zwar auch zusätzliche Kräfte, die die Wellen auseinanderspreizen, dafür dürfte die wahre Krafteinleitung nicht mittig zwischen den Wellen, sondern nahe am Lager stattfinden, sofern die Trommel nicht wesentlich kürzer ist als der Achsabstand.

[i_make_it]

Die Curtec 6.4l hat doch 140mm Durchmesser, wird die auf den 20mm Stahlwellen überhaupt mitgenommen?
Eventuell wären eine Gummiummantelung zur Erhöhung der Reibung zwichen Welle und Tonne überlegenswert.
Es geht ja schließlich nicht darum einfach 15 Kg zu drehen, sondern das die außermittige Masse soweit gedreht wird das sie sich in der Tonne umwälzt.

https://www.youtube.com/watch?v=nJb-0ukMIII

Die Version mit einem Farbeimer in den der verschlossene, volle Eimer einfach reingesteckt wird, finde ich recht praktisch. Der Aufbau ist auch um einiges einfacher.

Ergänzung: Zur Beschichtung der Stahlwellen, kann man sich mal die folgenden Produkte ansehen:
3M 03584 Professional Grade Rubberized Undercoating
Rust-Oleum 248914 Automotive 15-Ounce Truck Bed Coating Spray
Dupli-Color TR250 Truck Bed Coating Aerosol
Das sind diese Bed Liner die bei den Mythbusters mal getestet wurden um eine Wand Bombensicher zu machen.
https://www.youtube.com/watch?v=3JOXrpCLCJg

Damit kann man z.B. auch bei enem Virbrationstumbler die Innenwand des Gefäßes beschichten um den Verschleiß am Gefäß selbst zu verhindern.

[i_make_it]

Da ich grade die Waschmaschine gelehrt habe.
4,5kg Wäsche die vollgesogen mit Wasser gut 20kg wiegt.
Assymetrische Masse die in einer Trommel umgewälzt wird.
Beim Langsamlauf macht meine Maschine auch nur 20-40 1/min.
Waschmaschinenmotoren wären vermutlich auch geeignet.
Und die laufen üblicherweise ein paar mal die Woche 90-120 Minuten.
Dabei halten die auch locker 7-10 Jahre.

[Unregistriert]

Täusche ich mich oder würde der Frequenzumrichter alleine schon das Budget (fast) sprengen?

Falls ja wird es beim DC Motor bleiben müssen.

Ein Waschmaschinenmotor tönt natürlich sehr naheliegend aber wie liesse sich der Regeln- der Betrieb scheint ja mit AC und DC möglich zu sein?

Was mir noch nicht gelungen ist, ist einzuschätzen wie viel Drehmoment nötig ist um die Trommel in Bewegung zu setzen. Wieviel mehr sollte dann der genutzte Motor leisten können um ihn nicht zu stark zu belasten?
@Ranke: Was wäre für dich in dem Fall ein vernünftig dimensionierter Bürstenmotor?

Habe den Durchmesser sicherheitshalber nachgemessen, die Werksangaben scheinen grob zu stimmen sind 19x mm



@i_make_it:

Das mit der Gummiummantelung der Welle habe ich auch schon geplant- habe an einen Schrumpfschlauch gedacht oder eben eine solche Beschichtung- danke für die Produktvorschläge!
Das Fass direkt an den Motor zu hängen hat sicher seine Vorteile, jedoch bin ich mit "meiner" Lösung viel flexibler. Kann ohne grossen Mehraufwand x Fässer nutzen, zwei kleine Gleichzeitig usw.

[ranke]

@Ranke: Was wäre für dich in dem Fall ein vernünftig dimensionierter Bürstenmotor?

Schön wäre ein in dieser Beziehung aussagekräftiges Datenblatt.
Bei Automotive (Scheibenwischer) gibt es vermutlich garantierte Lebensdauer des Herstellers, aber wie lange? Die Gesamtlebensdauer eine KFZ ist vielleicht mit 2000 Stunden anzusetzen (das wären 100000 km bei einem Schnitt von 50 km/h). Davon 25% im Regen, dann hätten wir 500h. Irgend so etwa so wird die Größenordnung sein.
Mit meiner Formulierung wollte ich eigentlich nur hochgetunte Kleinmotoren ausschließen, die vielleicht nur <= 10h halten.

Was mir noch nicht gelungen ist, ist einzuschätzen wie viel Drehmoment nötig ist um die Trommel in Bewegung zu setzen.

Kommt eben darauf an, was Du in die Trommel reinfüllst. Wenn es z.B. trockener Sand wäre, dann wird sich beim Drehen der Sand auf der hochdrehenden Seite der Trommel immer höher sein als bei der herunterdrehenden Seite. Trockener Sand hat einen ziemlich definierten Böschungswinkel. Mit etwas Geometrie und einer Annahme über die Füllmenge wird man die Exzentrizität des Schwerpunkts der Trommel und mit der Dichte des Sands das resultierende Bremsmoment rechnen können.
Dazu kommt noch die Masseträgkeit, die beim Beschleunigen/ Verzögern auftritt, das läßt sich auch ganz brauchbar abschätzen. Am schwierigsten wäre noch der Zuschlag für Unrundheit der Trommel und ähnliche Eventualitäten.

Waschmaschinen haben heute auch oft Bürstenmotoren, offenbar Universalmotoren mit elektronischer Ansteuerung. Natürlich nicht offiziell dokumentiert, aber es gibt sicher Bastler die im Netz schon etwas dazu geschrieben haben. Möglicherweise wäre auch ein Wäschetrockner gut. Ich kenne da den Stand der Technik nicht, ältere Modelle hatten normalerweise einen Kondensatormotor (eine Drehrichtung, konstante Drehzahl), die waren ziemlich unkaputtbar. Da müsste man eigentlich das ganze Gerät (auf "kalt" gestellt) direkt verwenden können.

[Delgado]

Das Fass wird ca. mit 2kg Messinghülsen und 2kg Stahlpins beladen und mit Wasser soweit aufgefüllt bis das Material gut abgedeckt ist, vermutlich keine 4l.
Innenseitig werde ich 3-4 kurze Mitnehmer anbringen, sodass sich nicht nur das Fass dreht. Nur ein kleiner Teil wird wohl wirklich mitgenommen, das Meiste wird unten nur umgewälzt.

5l nasser Sand wiegt ca. 8kg, 7.5 kg trocken, eine Berechnung damit könnte bereits recht aufschlussreich sein? Wie wird das berechnet?
Deutlich mehr Gewicht ist nur für Anwendung nötig die für mich momentan irrelevant sind - eine eingerechnete Leistungsreserve auf die ich auch verzichten kann.

[i_make_it]

Falls Du schon so ein Faß hast, dann befüll es einmal und gieß dann das Wasser einen Eimer ab. Danach Das Volumen messen. Damit hast du dann auch das Gewicht des Wassers.
An sonsten eine stabile Plastiktüte nehmen und mit einer großen Pappe und 2-3 Spanngurten einen Zylinder mit dem selben Durchmesser wie das Faß herstellen.
Tüte rein, befüllen und dann auch wieder das Wasser abgießen.
Damit hast Du die Masse.
Wenn Du das Faß hast, wenn es befüllt ist, mit Edding innen einen "Eichstrich" rein machen und anschließrend mit Wasser bis zur Markierung füllen.
Wassermenge messen und Du hast das Volumen.
Bei der Tüten Variante, analog verfahren und ein Tasse Wasser dazugeben.
Wenn Du Masse und Volumen hast, nimm das Fass als Zylinder und rechne das Volumen aus.
Das Verhältniss der Volumen ist das Selbe wie das Verhältniss der Kreisfläche des Faßbodens zur Kressegmentfläche des befüllten Volumens.
Wenn z.B. 80% des Zylindervolumns befüllt sind, dann ist auch die Fläche des Kreissegments 80% der Kreisgläche.
Die Formel umstellen das Du bei gegebenem A und gegebenem A den Flächenschwerpunkt des Kreissegmentes berechnen kannst.
Der ermittelte Abstand des Schwerpunktes zum Kreismittelpunkt ist der Hebelarm deiner Masse. Wenn die Gewichtskraft rechtwinkelig zum Hebelarm wirkt, hadt Du das notwendige Haltemoment um die Masse so zu halten. Das gesuchte Drehmoment muß also größer sein (Je nach gewünschter Beschleunigung entsprechend viel größer)

Das notwendige Wasservolumen zu berechnen dürfte ziemlich schwer sein, da du ja nicht nur eine Partikelgröße hast. Bei entzünderten Flaschenhülsen, kann das Wasser immer mindestens das halbe Volumen der Hülse füllen, während man nicht davon ausgehen kann das jede Hülse mit Stahlpins gefüllt ist. Bei der trockenschüttung ist der Füllgrad des Volumens also nicht gleichmäßig.