Universal Antriebskonzept - Matthias u. Rhbler

[matthias]

Liebe Buntbahner (auch die Frauen gehören dazu!)


Und da soll doch noch einer behaupten, Nachwuchsförderung findet hier im Buntbahnforum nicht statt und der Modellbauzweig Eisenbahn würde mangels junger Leute langsam schmaler werden! Wir beweisen (hoffentlich) das Gegenteil.

Zuerst möchten wir uns bei folgenden Personen recht herzlich für Ihre unzähligen Antworten auf unsere Fragen in Bezug auf den Getriebebau in Mails, Forenbeiträgen, Telefonaten und Briefen bedanken!

- fido
- Stoffel
- Tobi
- ottmar
- rau.mi
- theylmdl
- Heinz Aurracher (cnc-ecke)

Es sind sicherlich über 100 Mails und an die 20 Forenbeiträge, 3 Telefonate und 1 Brief, die zum Endresultat, welches wir hier präsentieren möchten geführt haben.

Nun denn, wollen wir's anpacken?

Was steht denn in unserem Pflichtenheft?

• - HGe 4/4 II Getriebe (theoretisch der stärkste Antrieb für Stefan und mich)
  - original getreue Räderdurchmesser
  - gefedertes Zahnrad für die Zahnstange (für möglichst gute Einfädelung auf der Zahnstange), muss per CNC-Fräse herstellbar sein
  - Wegen des langen Achsstandes Riemenantrieb auf die zweite Achse
  - 3-Punktlagerung, aber nur pro Block
  - starker Faulhabermotor 2342 018 CR
  - bearbeitete Standardgetriebekomponenten von der Fa. Maedler (Zahnriemenräder (Alu, Schnecke (Stahl), Schneckenrad (Bronze), Zahnriemen)
  - Standardgetriebeblock für weiter Lokomotiven (Für Adähsion und Zahnradfahrzeuge wie: Fo HGe 4/4 I, Fo Deh 4/4 I, Deh 4/4 II, Te 2/2, HGm 4/4, Rhb Te 2/2, RhB Ge 4/4 I/II/III ... etc.)
  - Mit Faulhaber Plantengetriebe 3,71:1 (23/1) auf 45 km/h Vorbildgeschwindigkeit regelbar, ansonsten per Dekoder auf 60km/h Vorbildgeschwindigkeit geregelt
  - Unterschiedliche Radgrössen können an den Getriebeblock montiert werden, ohne dass sich irgend ein anderes Teil (bis auf das Zahnstangen Zahnrad) ausgwechselt werden muss
  - Zahnstangen Zahnrad in verschiedenen standardisierten Grössen herstellen, damit unterschiedliche grosse Räder montiert werden können.
  - 1-2 Spannrollen mit Kugellager, um ein optimale Spannung von 0.4mm zu erreichen
  - 4 - 8 Kohlen, um Strom abzunehmen (Test wird noch gemacht, ob mehr auch wirklich mehr bedeutet)
  - Kugellgelagerte Achsen
  - Gute Auswechselbarkeit der Komponenten im Allgemeinen.
  • - Motor muss von Unten möglichst einfach gewechselt werden.
    - Motorblock muss einfach vom Gehäuse getrennt werden können.
    - Achsen inkl. Lagerblock müssen möglichst leicht getauscht werden können.
  - möglichst hohe Zugkraft auf Zahnstange (bis ca. 18 Kg auf 110 Promille) und Adhäsion (bis 30 Kg auf 40 Promille)

Probleme die sich bis jetzt schon ergaben:

• - Zu wenig Passungen für die Komponenten miteingerechnet d.h. zuviele Loctite Klebestellen
  - Problematisch: Isolation der Räder bei relativ hohen Kräften im Moment nur durch Loctite

Und dann natürlich noch ein bisschen was für die Augen:

antriebsblock04 (matthias)



antriebsblock05 (matthias)



Wir hoffen, wir werden in den nächsten 2-3 Wochen damit fertig!

Jeder ist herzlich eingeladen um Tipps und Kritik zu geben.

Liebe Grüsse
Matthias

[matthias]

Hallo Zusammen

Ich wurde per PN angehalten mehr [...] technische Details [...] darunter zu schreiben. Schön, werde ich versuchen:

1) Aussage: "Das Drehmoment vom Fauli sei zu hoch für das Schneckenrad resp. für die 18Kg auf der 110 promille Steigung."

Mädlerteile, die ich verwende:

30000700 Schneckenrad Uebersetzung von 1:20, Z=20 Zulässiges Drehmoment ist aber nur 0,13 Nm.

Faulhaber 2342 018CR bringt ein Drehmoment von 0.095 Nm auf. Da ist doch noch reichlich Platz.

Durchmesser Räder ca. 43mm.

18 Kg ist nur ein Richtwert, den ich mal angegeben habe resp. ich habe ihn falsch angegeben. Grundsätzlich sollten ca. 6 - 10 Wagen auf 110 Promile angehängt werden können. Das entspricht garantiert nicht 18 kg. Im Prinzip zieht das Ding nachher soviel wie es einfach maximal aushält.

2) Aussage: "In der Zahnstange wirkt aber auf den Motorblock ein Kippmoment, welches ggf. abgefangen werden muss."

Daran habe ich im Moment noch nicht gedacht. Es wird in der PN vorgeschlagen ein Zahnrad zu nehmen, wo der Zahnkopf sich verbreitert (umekehrte Envolve).

Ich muss darauf hinweisen, dass das Zahnrad im Moment einem Original LGB Zahnstangen Zahnrad exakt identisch ist. Mit Unterschied, dass es federt. Es hat also weder eine Envolvente Verzahnung noch eine umgekehrte Envolvente Verzahnung. Das LGB Zahnstangen Zahnrad ist sozusagen gar kein Zahnrad, weil dieses absolut gerade Zähne aufweist.

3) Aussage: Vergleich mit Schurrer / Scheba und Digitoy Antriebskonzept.

Ich habe mir lange überlegt ob ich das Digitoy Konzept den Motor aufstellen zu übernehmen.

Vorteil: Ich hätte vorbildgerechte 4 Zahnstangen Zahnräder und das Problem mit dem Kippmoment in engen Kurven gelöst. Alle 4 wären dann schön gefedert. Ich hätte damit sicherlich einen absolut perfekten oder annähernd perfekten Antrieb (wie Digitoy ihn hat). Ausserdem hätte ich eine grössere Schnecke nehmen können und damit mehr Kraft übertragen können.

Nachteil: Einen erhöhten Bauaufwand weil der Motorblock steht. Damit müsste man viel mehr Messing verbauen und mehr Elemente verbauen und der Antrieb über 2 Zahnriemen machen. Die angetriebene Achse wäre dann schön in der Mitte. In Zahlen: Er wird teurer.
Problem hätte ich dann auch mit der Übersetzung. Der Motor ist so ausgelegt dass er nur 10:1 übersetzt werden kann.



Nun, der hier vorliegende Vorschlag ist natürlich nur ein Versuch und ein Kompromiss zwischen Preis/Leistung/Verwandlungsfähigkeit/Universalantrieb.

Wenn noch mehr technische Details gefordert werden.

Liebe Grüsse
Matthias

[Stoffel]

(verschubst nach Modellbautechniken. Passt besser. Stoffel)

[cp]

Hallo Matthias,

ich möchte ja kein Spielverderber sein, aber

30000700 Schneckenrad Uebersetzung von 1:20, Z=20 Zulässiges Drehmoment ist aber nur 0,13 Nm. Faulhaber 2342 018CR bringt ein Drehmoment von 0.095 Nm auf. Da ist doch noch reichlich Platz.

das Drehmoment des Motors wird durch das Getriebe entsprechend der Übersetzung verstärkt, die Hebelgesetze lassen grüssen. Der Fauli bringt also sein mit 86,5 mNm angegebenes Anhaltemoment mit Faktor 20 auf das Schneckenrad, das sind 1,7 Nm. Natürlich nur theoretisch, weil vorher die Räder durchdrehen. Einleuchtender ist es, wenn Du es von der Lastseite aus betrachtest:

Adhäsion (bis 30 Kg auf 40 Promille

bedeutet, die Lok muss ca. 12 N halten können (Randnotiz: dies schafft gerade einmal eine Kiss Ge 4/4 I, einige Handarbeitsmodelle oder balastierte und mit Edelstahlradsätzen bestückte Ge 4/4 III von LGB). Bei 2 Getrieben wirkt dabei auf jedes Schneckenrad ein Drehmoment von 129 mNm. In der Praxis deutlich mehr, wenn Du in der Steigung nicht nur stehen, sondern auch noch beschleunigen bzw. Fahren möchtest. Dann müssen zusätzlich zur Hangabtriebskraft noch Trägheit und Reibung überwunden werden. Die dynamischen Kräfte sind auch nicht ohne.

18 Kg ist nur ein Richtwert, den ich mal angegeben habe resp. ich habe ihn falsch angegeben. Grundsätzlich sollten ca. 6 - 10 Wagen auf 110 Promile angehängt werden können. Das entspricht garantiert nicht 18 kg.

Sicher? Ein Standard-LGB 3x67 bringt 2 Kg auf die Waage. Die Lok mindestens 10 Kg, sonst steigt die bei der Last in der Zahnstange gleich auf. Macht bereits bei 6 Wagen zusammen 22 Kg. Bei 10 Wagen (wo gibts das in der Zahnstange im Vorbild?) 30 Kg.

Letztendlich sind das nur theroretische Überlegungen. Die Angaben in den Datenblättern sind sicherlich für industrielle Anwendungen und für eine bestimmte Lebensdauer gerechnet. Bei Modellbahnen kann man da schon mal etwas großzügiger mit umgehen. Bei den angegebenen Lasten hätte ich angesichts der Dimensionen leichte Bauchschmerzen. Aber ich habe ja auch so etwas noch nicht selbst konstruiert.

Grüße

cp

[matthias]

Hallo CP

ich möchte ja kein Spielverderber sein, aber

bist du nicht. Darum habe ich ja das ganze hier das Forum gepostet!! Genau aus diesem Grund.

Sorry, ich muss eingestehen, dass ich zwar vieles berechnet habe, aber ganz durchgerechnet habe ich die ganze Geschichte nicht. Ich muss dazu gestehen, dass ich auch etwas zu faul war hier meine Physikformelbücher hervorzunehmen und mir zu überlegen, wie ich jetzt das alles berechnen könnte. Und dies vorallem auch deswegen, weil ich kein Metallverarbeitender Beruf geschweige dann etwas mit Konstrukteur resp. Ingenieur gelernt habe. Das ist zwar keine Entschuldigung, aber eine Erklärung warum das Ding noch nicht so richtig toll berechnet wurde.

Deine Überlegungen muss ich nochmals sorgfältig nachvollziehen.

Bitte lass uns weiterhin hier offen diskutieren. Ich versuche Deinen Argumenten zu folgen und Deine Überlegungen in die Konstruktion einfliessen zu lassen.

Wie ich verstehe ist der Knackpunkt meiner Konstruktion das Schneckenrad, habe ich das halbwegs richtig verstanden? Wie sieht es mit der Motorisierung aus? Genügend oder eher Ungenügend?

Gehen wir davon aus, dass die Lok in der 110 promille Steigung ca. 24 Kg halten muss.

Liebe Grüsse
Matthias

[theylmdl]

Hallo Matthias!

Die Zugkraft Eures Antriebs scheint ein entscheidendes Kriterium zu sein, und das auch im Adhäsionsbetrieb. Auf den CAD-Renderings konnte ich aber keine Dreipunktlagerung entdecken (siehe auch phpBB2/viewtopic.php?t=5530 ). Die spielt aber für eine gute Adhäsion eine ganz entscheidende Rolle (von der Stromabnahme ganz zu schweigen).

Bedenkt bitte, dass bei starr gelagerten Achsen eines zweiachsigen Antriebsblocks beim Reibungsverlust eines Rads mehr als 25% der Traktion verloren gehen.

Oder habe ich da nur 'was übersehen...? Dann sorry!

Beste Grüße,

[Glacier-Express]

Hallo Matthias,,
wenn ich Dein Getriebe anschaue, treten bei mir grosse Ängste auf. Erstens: Eine Schnecke sollte nie, mit mehr als 6ooo U/min betrieben werden. Dein Fauli weist aber kein Stirnradgetriebe auf. Zweitens: Die Schnecke hat keine Gegenlagerung, das Lager im Fauli neigt zur Ausleierung und grossem Radial und Achsialspiel, ein Ruckeln der Lok bei Talfahrt wird umungänglich. Drittens: Ein Schneckengetriebe sollte immer in einem Ölbad laufen, es sei denn, Du lässt das Schneckentrieb so beschichten, dass Es keine Schmierung mehr braucht, ist möglich, aber sehr teuer, ich Persönlich ziehe das aber vor, eine Ölwanne ist mir zu problematisch. Meine zwei Getriebe für HGe 4/4 1 wird vier Maxonmotoren mit Stirnradgetriebe haben. Die Schneckentriebe werden alle mit einer Beschichtung zum Schmierlosen Betrieb beschichtet. Das wird wohl nicht eine billige Lösung sein, aber ich bin sicher, dass die Lok dann auch meinen Ansprüchen gerecht wird.
Zum Vorbild: MGB Züge mit zehn Wagen habe ich noch nie gesehen. In Disentis werden die langen RhB Glacier-Express Züge in zwei MGB Züge aufgeteilt, und das eben wegen dem Zahnstangenbetrieb. MGB wird Dir sicher zu diesem Problem auskunft geben.
Gruss, Manfred

[matthias]

Hallo Zusammen

@thomas: Entweder haben wir in unserem alten Posting völlig nebeneinander vorbeidiskutiert, oder aber ich habe tatsächlich was nicht verstanden. Da es hier um ein Antriebsblock handelt der nicht alleine fährt sondern in Kombination mit einem anderen. D.h. die Dreipunktlagerung findet pro Drehgestellt statt. Sprich ein Drehgestell/Antriebsblock kann nur horizontal pendeln und der andere kann sowohl horizontal als auch vertikal (Richtungen in Bezug zur Schiene). Ich dachte das würde reichen. Ausserdem: Eine 3 - Punktlagerung von diesem Antrieb in sich selbst kann man schlichtweg vergessen. Konstruktionstechnisch gar nicht möglich. Behaupte ich jetzt einfach mal in meinem jugendlichen Unsinn. Wenn dem nicht so ist, belehr mich eines besseren!


@Manfred: Ich bekomme auch immer Angst Zustände wenn ich die Antriebe der anderen Buntbahner hier sehe . Soviel schlechter kann meiner nicht sein.

wenn ich Dein Getriebe anschaue, treten bei mir grosse Ängste auf. Erstens: Eine Schnecke sollte nie, mit mehr als 6ooo U/min betrieben werden. Dein Fauli weist aber kein Stirnradgetriebe auf.

Richtig mein Fauli weist kein Planeten resp. Stirnradgetriebe auf und dies hat den folgenden Grund: Die Vorbildgeschwindigkeit passt so ziemlich genau auf 90 km/h. Würde hier die kleinste zur Verfügung stehende Übersetzung von 3.71:1 reinhauen, hätte ich nur noch die Hälfte und müsste mittels Untersetzung das Ganze wieder raufhauen. Sorry, aber macht so in meinen Augen 0 Sinn. Ansonsten könnte man mittels Dekoder den Strom begrenzen und somit die Umdrehungen etwas herunter schrauben.

Zweitens: Die Schnecke hat keine Gegenlagerung, das Lager im Fauli neigt zur Ausleierung und grossem Radial und Achsialspiel, ein Ruckeln der Lok bei Talfahrt wird umungänglich.

Kann ich nicht beurteilen, ob das jetzt stimmt. Für mich spricht ... kein einziger Hersteller macht das so wie von Dir beschrieben. Ob das natürlich ein Argument ist kann ich jetzt so auch nicht bestätigen.

Problem bei mir ist auch, die Stahlschnecke schaut über die Welle des Motors hinaus. Aber finde mal einen Motor der eine Welle länger wie 20mm hat. Wirst Du so auf keinen Fall finden.

Und wenn das so oft zitierte Hesga Getriebe so einen hat, dann ist das eine Spezialanfertigung von Maxon, bin ich ziemlich sicherlich überzeugt (sag ich jetzt mal in meinem jugendlichen Leichtsinn).

Drittens: Ein Schneckengetriebe sollte immer in einem Ölbad laufen, es sei denn, Du lässt das Schneckentrieb so beschichten, dass Es keine Schmierung mehr braucht, ist möglich, aber sehr teuer, ich Persönlich ziehe das aber vor, eine Ölwanne ist mir zu problematisch. Meine zwei Getriebe für HGe 4/4 1 wird vier Maxonmotoren mit Stirnradgetriebe haben. Die Schneckentriebe werden alle mit einer Beschichtung zum Schmierlosen Betrieb beschichtet. Das wird wohl nicht eine billige Lösung sein, aber ich bin sicher, dass die Lok dann auch meinen Ansprüchen gerecht wird.

Ob das bei der Modellbahn eine relevante Rolle spielt kann ich mangels Erfahrung leider nicht bestätigen und auch nicht dementieren. Auch ob das Preis/Leistungsverhältnis hier gerechtfertigt ist, kann ich unmöglich beurteilen. Wäre schön hier von Dir einen Langzeitversuchsbericht zu lesen!

Ich bin da Pragmatiker und sage einfach: Fett statt Öl ... das muss reichen. Ob die Schneckenrad mit Ölbeschichtung die Halbwertszeit um z.B. 10% kann ich nicht beurteilen. Wäre aber gut zu Wissen.

Wie Du siehst bin ich da deiner Lösung etwas skeptisch. Du darfst mich aber mit Fakten gerne zum umdenken überreden!

Zum Vorbild: MGB Züge mit zehn Wagen habe ich noch nie gesehen. In Disentis werden die langen RhB Glacier-Express Züge in zwei MGB Züge aufgeteilt, und das eben wegen dem Zahnstangenbetrieb. MGB wird Dir sicher zu diesem Problem auskunft geben.

... hat wohl noch niemand. Das Thema ist erledigt.

Nun, da Du guten Einblick in Heinz Scheideggers HGe 4/4 II Getriebe hast, erwarte ich jetzt von Dir nicht dass Du hier mir weiterhilfst .

[Edit]Danke für euer Feedback und eure Kritik. Ich habe damit gemerkt, dass ich hier noch lange nicht am Ziel bin.[/Edit]

Liebe Grüsse
Matthias

[theylmdl]

Hiho Matthias!

Euer Antriebsblock mit zwei Achsen sollte so ausgelegt sein, dass er alleine schon die bestmöglichen Resultate bringt. Und daher sollten stets alle vier Räder bis zum Boden, ääh, zur Schiene reichen .

Das ist die erste Aufgabe. Und die zweite ist dann, bei zwei Drehgestellen nur einem davon die starre Lagerung quer zur Fahrtrichtung aufzubürden und das andere in beiden Achsen (längs und quer) pendeln zu lassen.

Eine 3 - Punktlagerung von diesem Antrieb in sich selbst kann man schlichtweg vergessen.

Verstehe ich nicht. Wieso? Gerade bei Euren großzügigen Platzverhältnissen ist das doch samt Kapselung für die Fettfüllung nicht so schwierig. Ihr könntet beispielsweise dafür sorgen, dass die Achse beim Motor in dem CAD-Rendering konzentrisch zur Motorwelle in einem Käfig pendelt, wie in dem erwähnten Thread beschrieben. Für Hinweise dazu stehe ich Euch natürlich gerne zur Verfügung.

Beste Grüße,

[cp]

Richtig mein Fauli weist kein Planeten resp. Stirnradgetriebe auf und dies hat den folgenden Grund: Die Vorbildgeschwindigkeit passt so ziemlich genau auf 90 km/h. Würde hier die kleinste zur Verfügung stehende Übersetzung von 3.71:1 reinhauen, hätte ich nur noch die Hälfte und müsste mittels Untersetzung das Ganze wieder raufhauen. Sorry, aber macht so in meinen Augen 0 Sinn.

Hallo Matthias,

wenn Du bei sonst unveränderter Übersetzung ein Vorsatzgetriebe mit 3.71:1 einbaust, dann vermindert sich die Geschwindigkeit auf fast ein Viertel

BTW, die 90 km/h kann ich nicht nachvollziehen. 8000 Umin x 1:20 macht am Rad 400 Umin. Klingt üblich, nicht ungewöhnlich. 43mm Raddurchmesser x Pi x 400 x 60 macht 3,2 km/h beim Modell oder im Vorbild 73 km/h. Das ist bei ausreichender Spannung auf dem Gleis OK, wie fahren Schmalspur, keinen ICE.

Manfreds Einwand bez. der maximalen Drehzahl von Schnecken ist berechtigt. Hersteller geben für Schneckenradsätze sogar Empfehlungen für die maximale Drehzahl an. Übrigens auch für Vorsatzgetriebe. Andererseits funktionieren LGB-Getriebe seit Jahrzehnten ohne Ölbad mit einer Art Halbfließfett und einem Motor, der auch jenseits der 7000 im Leerlauf dreht. Allerdings hat es dort auch 2 Schnecken pro Block. Du wirst um eigene Test unter definierten Bedingungen nicht herumkommen, um festzustellen, ob Deine Konstruktion klappt oder nicht.

Zur Motorisierung noch folgendes: 24 Kg Zuggewicht ergeben bei 11% Gefälle eine Hangabtriebskraft von 26 N. Über den halben Raddurchmesser und auf 2 Getriebeblöcke verteilt machts pro Schneckenrad 280 mNm. Ohne Berücksichtigung jeglicher Verluste sieht der Motor davon 1/20, also 14 mNm. Entsprechend seiner Drehmomentkonstante von 20,7 mNm / A möchte der Motor dafür 0,7 Ampere sehen. Drehmoment und Strom liegen unter den Werten im Datenblatt. Die große Unbekannte in dieser Rechnung sind Reibungs- und Getriebeverluste. Da ich wie gesagt so etwas noch nie selbst konstruiert habe, kann ich dazu leider nichts sagen.

Grüße

cp