Eigenbaumontierung als Communityprojekt

Hallo Werner.

ich will dir nicht zu nahe treten, aber vielleicht machst du dich mal schlau, wie ein Zykloidengetriebe funktioniert und weshalb die Scheibe diese Kurvenform hat. Einige Links findest Du weiter oben, für kommerzielle Produkte hat zum Beispiel Spinea informative Bilder und Daten.

Die Nocken (die Du Noppen nennst) bilden eine Evolvente ab, die sicherstellt, dass jede Nocke einen Stift mindestens formschlüssig berührt. Deine Idee mit den Kugellagern funktioniert daher schon mal nicht, da die Evolvente nirgends eine Kreisform hat.

Die Untersetzung ist bei allen Winkeln konstant. Deine Vermutung, dass sich durch die spezielle Kurvenform der Scheibe eine unregelmässige Drehbewegung ergibt ist falsch.

Was man machen könnte (wird von einigen v.a. bei 3D-Druckgetrieben gemacht) ist, die Pins als Kugellager auszuführen.

Ich habe mich entschieden, dafür 3mm Stahlzylinder (DIN Normteile) zu verwenden, die jeweils ein Bronzelager führen. Vorteil: Standardteile, die nicht extra gefertigt werden müssen und die, sollten sie tatsächliche verschleissen, einfach gewechselt werden können.

Für ein Getriebe, das nur sehr kleine Kräfte übertragen muss könnte man auch nur Stifte nehmen. Was aber bleibt ist, dass sowohl die Stifte möglichst genau positioniert und auch die Evolvente der Scheibe(n) sehr präzise sein müssen. Abweichungen machen sich durch unregelmässigen Widerstand oder auch höheren Verschleiss bemerkbar.

Für Deine Anwendung ist vielleicht ein kleiner Motor mit passendem Planetengetriebe besser geeignet.

Aber: mach mal . Versuch macht kluch und vielleicht kriegst Du ja eine brauchbare Lösung hin.

Herzliche Grüsse Robert

Hallo Harold,

Zitat von AQR66

Bezüglich der Toleranzen: Fertigung im µm Bereich ist anspruchsvoll. Schon am (nach)messen wird man auch mit sehr gut ausgestatteter Hobby-Werkstatt scheitern.

Also muss das Konstrukt möglichst fehlertolerant sein. Und die Teile einfach.

Ich weiss ehrlich gesagt nicht, welche Toleranzen notwendig sind. Vielleicht kann da eine FEM Analyse wirklich Licht ins Dunkel bringen.

Bei den Drahtringlagern frage ich beim Hersteller zurück, ob die das mit den 7-8um wirklich ernst meinen. Machbar ist vieles, aber ob es dann auch sinnvoll umsetzbar ist?

Zitat von AQR66

"Normale" Dünnring Vierpunktlager fordern nicht ganz so enge Toleranzen wie die Drahtlager

Das wäre durchaus eine Variante, die zu diskutieren wäre. SKF schreibt zwar, dass diese Lager nicht für statischen Betrieb geeignet sind, aber ich denke, das gilt für jedes geschmierte Lager. Ich werde das mal noch genauer abklären.

Zitat von AQR66

Die Zykloidenkurve im Bsp sieht relativ flach aus.

Ich hab die Belastungen noch nicht exakt ausgerechnet. Die Masterarbeit, die ich weiter oben verlinkt habe bietet dafür aber eine ausreichende Formelsammlung und ein durchgerechnetes Beispiel.

Die Exzentrizität der Zykloidenscheiben ist meist überraschend klein. Vergleicht man die Formen auf Abbildungen, dann sehen die auch in etwas so aus.

Selbst Getriebe für 50kW haben erstaunlich kleine Dimensionen.

Ich habe vor einiger Zeit mal so überschlagsmässig ein paar Eckdaten durchgerechnet und war überrascht, wie klein die Kräfte an einzelnen Punkten ist. Nicht vergessen, alle Nocken berühren einen Stift. Ein Viertel (also mindestens vier) kriegen viel Kraft ab, weitere vier etwas weniger. Die Kräfte werden also verteilt.

Vergleicht man das ganze mit einem Schneckengetriebe irgend einer auch besseren kommerziellen Montierung, dann liegt deren Belastbarkeit bei wenigen zig Nm. Das steckt dieses Zykloidengetriebe locker weg.

Zitat von AQR66

Die Aufnahmescheiben für die außen liegenden Bolzen und auch die Zykloidenscheiben würde ich separat fertigen (lassen).

Ja, vielleicht hast Du recht. Vielleicht auch nicht.

Vorteil Deiner Lösung: einfachere Teile. Nachteil: sie müssen sehr präzise konzentrisch positioniert werden können.

Vorteil meine Lösung: ein Teil, das zwar präzise (wie präzise?) gefertigt werden muss, dafür aber keinen Abgleich benötigt. Nachteil: teureres Teil.

Ein wichtiges Ziel dieses Projekts war ja, dass diese Montierung auch von einem geübten Amateur mit bescheidenem Werkzeug- und Messpark erfolgreich zusammengebaut werden kann.

Ob die ganz verbissenen Dreher und Fräser die Teile komplett selber herstellen können? Ich weiss es nicht.

Zitat von AQR66

Eine Option könnte Drahterodieren sein.

Ui, das ist ein teurer Spass. Ich hab das mal Live gesehen bei einer Blechstanzfirma mit eigenem Werkzeugbau, das muss man sich gut überlegen, ob das notwendig ist.

Ich habe den Eindruck, dass eine gute CNC Maschine die Evolvente genau genug hinkriegt. Aber das ist erst mal eine Behauptung und vielleicht Wishful Thinking.

Ich glaube übrigens nicht, dass die Stirnflächen der Räder gehärtet werden müssen. Da sie geschmiert über Bronze laufen sollte der Verschleiss klein sein. Werd ich aber auch noch abklären, das hängt letztendlich davon ab, wie gross die Kräfte an den Kontaktstellen sind.

Ich werde nun bei Gelegenheit mal die CAD Daten so aufbereiten, dass ich sie rausgeben kann. Einerseits im Freecad Format (Einzelteile und Assembly) und als STEP.

Dann haben wir eine Diskussionsgrundlage und Datenmaterial für Angebote von Firmen.

Herzliche Grüsse Robert

Hallo Jürgen,

ja . Ist immer das gleiche Spiel. CIC Filter habe ich schon erfolgreich in einem FPGA Projekt eingesetzt (Details erspare ich mir und allen anderen Lesern jetzt).

Ich hätte auch selber drauf kommen können, dass mein erster (Ent)Wurf nicht funktionieren kann. Mit dem Pythonscript kann man das schön darstellen und an den Parametern schrauben. Dann sieht man schön, was da wie dreht. Oder eben nicht dreht.

Aber so passt es jetzt. Ein Vollkreis von 360°*60'*60" wird nun durch 200*256*256 (200 Vollschritte zu 256 Mikroschritten und einer Getriebeuntersetzung von 256) geteilt, was zu ungefähr 0.1" führt.

Aber erst mal muss klar sein, ob das mechanisch Sinn macht.

Herzliche Grüsse Robert

Hallo jürgen,

Zitat von engineer

Ich habe etwas recherchiert: Wenn ich es richtig verstehe, besteht ein wesentlicher Aspekt bei solchen Getrieben in der Verwendung der "verkürzten" Zykloiden, die "weicher" sind, was seine Ursache in dem Umstand hat, daß man bei hohen Drehzahlen keine Unwuchten haben will. Schlussfolgerung: Für den hiesigen Zweck müsste man wohl anders herum denken und die "gewöhnliche Zykloide" ansetzen, also eine - ich interpretiere mal - "maximale Lagerung" mit mehr "Härte" (= mehr Lagerfestigkeit ?) und die besagt Unwucht hinnehmen, die aber beim Astrotempo keinerlei Rolle spielt. Die typische 180°-Lagerung der beiden exzentrischen Getriebeteile bliebe unbenommen (?)

Ich masse mir als Nichtmaschinenbauer hier keine abschliessende Meinung an. Mein Verständnis (auch aufgrund der Berechnungen in der von mir zitierten schwedischen Diplomarbeit) ist aber, dass der Verkürzungsfaktor einen wesentlichen Einfluss auf die Kraftverteilung hat. Was für diese Anwendung das Optimum darstellt, muss noch genau durchgerechnet werden. Vorerst ist es erst ein Konzept mit einigen Spielereien im CAD.

Interessant dabei ist aber, dass die einzigen Veränderlichen die Exzentrizität und der Rollendurchmesser sind. Die Zykloidenform ergibt sich aus diesen. Das bedeutet aber auch, dass, sollten im Lauf von Messungen Anpassungen notwendig sein, nur wenige Komponenten angepasst werden müssen: die Zykloidenscheibe, die Antriebswelle und der Rollendurchmesser. Zsatzkosten sind damit recht überschaubar.

Ich habe, vorerst, die Gear Workbench von Freecad zur Berechnung der Scheiben verwendet. Es gibt allerdings eine Vielzahl von Studien und Paper, wo mit angepassten Zykloidkurven gearbeitet wird.

Ob solche Modifikationen bei den hier auftretenden Drehmomenten notwendig sind, wird sich zeigen. Die in den Studien angenommenen Drehmomente gehen eher in Richtung Windrad und Schiffsschraube, also MN. Da ist jedes Promille Verlust und Drehmomentschwankung relevant, da viel näher an den Materialgrenzen geritzt wird.

Ich gehe immer noch davon aus, dass das hier geplante Getriebe weit unter seiner Belastungsgrenze betrieben werden kann.

Zitat von engineer

Einen Punkt habe ich noch: Das ZG proklamiert den Umstand, dass es nicht blockieren kann. Das ist natürlich auch eine Frage des jeweiligen Gegenmoments, denn letzlich muss das bewegte Rohr sich drehen können und übersetzt damit den Stoss hart mit N:1 in ein Drehmoment auf den Antrieb. Da sitzt aber bei den industriellen Anwendungen - und hier gfs auch - ein Schrittmotor drauf, der sich gerade dreht oder im Haltebetrieb arbeitet (also unter Strom seine Position hält, um das Rastmoment zu verstärken, oder gar im Microstep zu bleiben).

Der von mir geplante Schrittmotor hat ein Haltemoment von ca. 0.22Nm, ab dann wird er wohl "durchgedreht". Das entspricht am anderen Ende des Getriebes 56Nm!

Das muss man erst mal schaffen. Ich behaupte mal, jedes Schneckengetriebe in kommerziell erhältlichen Montierungen ist da hinüber (ja ich weiss: Rutschkupplung),

Der Schrittmotor wird keinen Schaden nehmen, wenn sein Haltemoment überschritten wird, die Welle dreht einfach durch. Ausserdem ist angedacht, den Motor mit solchen Kupplungen anzukoppeln:

Elastische Kupplung RNKC, spielfrei, mit Klemmnabe, Kompaktausführung

Der Zahnkranz dämpft hier Impulse, während "normale" Drehmomente spielfrei (-arm) übertragen werden.

Ich sehe da also kein grundsätzliches Problem.

Einen zusätzlichen Vorteil hat übrigens die Kombination Closed-Loop Schrittmotorantrieb - Zykloidengetriebe gegenüber einer Lösung mit Rutschkupplung:

Du haust dem auf die Rübe und es wird (da der Antrieb weiss, um wieviel er verdreht worden ist) wieder in die Sollposition zurückfahren. Wie bei Direktantrieben (die erst bei grösseren Montierungen sinnvoll sind).

Zitat von engineer

Erfahrungsgemäß wirken dann bei so einem Stoss gewaltige Reflektionskräfte auf die Wellen und weitere Umlenkkräfte auf die inneren Lager, die das auffangen müssen. Da muss man nochmal ganz genau rechnen, wie das passt und ob nicht der sich starr verhaltende Minimotor zum Klotz wird

Er ist eben nicht starr. Wird das Haltemoment überschritten, dreht er durch. Nicht nett, aber gut gegen mechanische Überlastung/Beschädigung.

Das Zykloidengetriebe selbst wird bei 56Nm nur müde lachen.

Herzliche Grüsse Robert

Hallo Martin,

habe gestern gesehen, dass Du Dir zu diesem Thema auch Gedanken gemacht hast.

Ich glaube nicht, dass eine solche Montierung gebastelt werden kann, schon gar nicht zum Preis der üblichen Verdächtigen fernöstlicher Provenienz.

Es ist eine Herausforderung. Das macht für mich aber auch den Reiz aus.

Was aber (vielleicht, deshalb dieser Thread) möglich ist, zum gleichen oder etwas höheren Preis etwas selber zu designen und die kritischen Bauteile/-gruppen fertigen zu lassen.

Entscheidend ist, dass es ohne Spezialwerkzeug und präzise Messmittel eine Montage möglich ist. Aber da steht die Diskussion erst am Anfang.

Zitat von martin68

Der Ansatz hier ist super Sache, denke aber als DIY-Projekt etwas "techniklastik", für DIY suche ich eher nach "low-tech-Lösung" => mit möglicht wenig Aufwand was brauchbares bekommen, das hier ist mir zu "high-end", denke das haben die Profis schon gelöst,

Was verstehst Du unter DIY? Eben, das ist ein sehr dehnbarer Begriff. Die Technikgeschichte ist voll von Entwicklungen, die wir heute als selbstverständlich ansehen und die damals von den Profis verschmäht worden ist: Funkkommunikation auf Frequenzen über 1MHz, Computer (K. Zuse wurde als Student nahegelegt, da sei schon alles erfunden, das lohne sich nicht / Chef IBM: kein Markt für mehr als ein paar Grossrechner, etc.). Innovation ist meiner Meinung nach ohne Spieltrieb nicht möglich.

Das widerspricht aber Deinem Ansatz low-tech in keinster Weise. Wenn es für Dich zu einer brauchbaren Lösung führt: perfekt.

Selbst wenn aus diesem Projekt am Ende nichts konkretes wird: der Erkenntnisgewinn bleibt. Das ist der Unterschied zu den Profis (zumindestens denen, die ergebnisoffene Forschung und Entwicklung für tu teuer betrachten): wir können spielen. Ist ja Freizeit

Herzliche Grüsse Robert

Hallo Jürgen,

was die Mechanik abkönnen kann, werden wir sehen. Das Motordrehmoment lässt sich notfalls ja auch noch weiter begrenzen.

Herzliche Grüsse Robert

Hallo Drehn, hallo zusammen,

danke für die Rückfrage. Ja, das ganze ist leider eingeschlafen. Ich habe im Oktober eine Woch Urlaub und werde dann noch etwas abschliessendes dazu zusammenstellen und damit mein Ausgangsdokument ergänzen.

Harold hat ja schon einiges dazu geschrieben. Er hatte sich dankenswerterweise an der Geschichte beteiligt und einige Ideen und Berechnungen zu diesem Thema geliefert, die mir als Maschinenbau-Laie nicht aufgefallen waren.

Langer Rede kurzer Sinn:

• auch diese Art Getriebe benötigt ein Minimum an Präzision, damit es für unsere Zwecke genau genug funktioniert. Dieses Minimum ist maximal
• das ganze skaliert (wenig überraschend) nicht linear, d.h. halbiert man den Durchmesser, steigen/fallen andere Parameter überproportional. Die von mir ins Spiel gebrachten Dimensionen hätten zu einen zu wenig robusten Getriebe geführt, ein grösseres Getriebe wäre entsprechend teuer geworden.
• Der Herstellprozess Drahterosion ist gemäss Harold relativ kostengünstig und präzise. Ich habe bei ein paar Firmen angefragt und genau eine Antwort erhalten: viel zu teuer (eine übliche Methode Dir mitzuteilen, dass man keinen Wert auf eine Zusammenarbeit legt). Dieser Weg wäre also erst interessant, wenn man weiss, dass das ganze zufriedenstellend funktioniert und mit der Aussicht für den Produzenten auf Stückzahlen.
• Solche Getriebe wurden schon im 3D Druck und auch aus Aluminium hergestellt. Präzision, Spiel und Verschleissverhalten können aber unmöglich für unsere Zwecke eingehalten werden. Das wusste ich, ich dachte einfach, dass bei entsprechend präziser Produktion mehr drin liegt.
• Kommerziell erhältliche Getriebe (serienmässig, einstufig) kosten locker mal 4k€ aufwärts. Spiel und periodischer Fehler ist auch relativ gross. Das zeigt auch, dass hier Spezial-Knowhow und aufwändige Produktionstechnik notwendig sind. Und leider, dass ein solches Getriebe für einen Drehtisch einer CNC Maschine mit 500mm Durchmesser eben nicht auf 100mm skaliert. Irgendwann werden die Toleranzen so klein, dass man an Grenzen kommt.

Kurz: würden sich ein paar Maschinenbauer zusammensetzen und da was aus dem Boden stampfen (Studentenarbeit, Hochschule, was auch immer) liesse sich vielleicht ein Prototyp herstellen, der sowas wie funktioniert. Die Schwierigkeiten, die sich mit den Biegewellengetrieben ergeben, bleiben aber auch hier erhalten. Für das Geld, das da inverstiert werden müsste kann man locker bei Planewave einkaufen gehen

Ich habe mir ja in der Zwischenzeit eine Pegasus Nyx zugelegt und bin gespannt, wie sie sich in der Praxis bewähren wird.

War das ganze ein Flop? Kann man so sehen. Ich sehe es eher als interessantes Gedankenspiel, das gezeigt hat, was eben nicht geht und dass immer irgendwo Kompromisse lauern. Für mich ist das Fazit dasselbe wie mit Schneckenantrieben: reale Mechanik hat Toleranzen und Fehler, die auch mit viel Aufwand nicht zu eliminieren sind. Ausser, man baut sich einen Direktantrieb, der keine mechanischen Getriebekomponenten mehr enthält. Einmal mehr zeigt sich: gibt sowas noch nicht auf dem Markt, egal wie teuer, liegt das kaum an fehlendem Genie sondern an ein paar klitzekleinen psysikalischen Grenzen .

Ein solcher Direktantrieb braucht aber deutlich mehr Strom als was wir uns gewohnt sind, egal wie man es dreht und wendet, der Wirkungsgrad ist eher bescheiden (vereinfacht gesagt ist das Drehmoment proportional zum Strom und die dominanten Verluste Kupferverluste. Steht der Motor ist der Wirkungsgrad physikalisch gesehen 0). Und: für ausreichend Drehmoment (>10Nm) benötigen wir einen relativ grossen Durchmesser oder entsprechend grosse Motorlänge. Damit ist auch nix mit superkompakt. Ich hatte vor Jahren mal ziemlich detaillierte Berechnungen durchgeführt für ein Projekt, das dann nicht verwirklicht worden ist. Das ist auch mit Hobbymitteln machbar, allerdings auch nicht ohne.

Herzliche Grüsse Robert