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Thema: Hochgeschwindgkeitsgetriebe 30 kW - 80000 rpm (3361 mal gelesen)
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tolimoli Mitglied Studi
Beiträge: 6 Registriert: 27.06.2014
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erstellt am: 27. Jun. 2014 23:45 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Hallo allerseits, für die Konstruktion eines Schleuderprüfstandes (im Rahmen meiner Abschlussarbeit) bin ich auf der Suche nach einem Hochgeschwindigkeitsgetriebe, der bei einer Untersetzung von 0,3 eine Abtriebsdrehzahl von 75000 - 80000 rpm schafft. Da es so etwas als Standardware nicht mehr gibt, spiele ich mit dem Gedanken mir mein eigenes Getriebe zu bauen. Üblich scheinen Riementriebe mit Nylonflachriemen zu sein, die auch bei Werkzeugmaschinen Einsatz finden. Allerdings will ich eine gewisse Dynamik erreichen (starkes Beschleunigungsmoment, plötzliche Verzögerung etc.) weswegen eine Flachriemen wegen seines Schlupfs nur bedingt geeignet ist. Daher wäre ein einstufiges Stirnradgetriebe evtl. die bessere Wahl. Hat jemand von euch Erfahrung bei der Auslegung und Konstruktion eines solchen Getriebes? Rotordynamik, Zahnschwingung und Schmierung genießen bei solch hohen Drehzahlen eine viel höheren Stellenwert. Habt ihr vielleicht paar Tipps oder Literaturvorschläge, wie man dieses Thema angehen könnte? Ich freue mich auf eure Antworten! Viele Grüße tolimoli [Diese Nachricht wurde von tolimoli am 27. Jun. 2014 editiert.] Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Rainer Schulze Ehrenmitglied V.I.P. h.c. Dipl.-Ing. im Ruhestand
Beiträge: 4419 Registriert: 24.09.2012
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erstellt am: 28. Jun. 2014 01:31 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Neugierige Fragen: >>30 kW .... der bei einer Untersetzung von 0,3 eine Abtriebsdrehzahl von 75000 - 80000 rpm schafft Welcher Antrieb mit einer Leistung von 30kW kann denn eine Drehzahl von 250.000 rpm liefern ohne in Fetzen zu fliegen? >>plötzliche Verzögerung Wie "plötzlich"? Kannst Du das beziffern? Ein Antrieb mit einer Leistung von 30kW wird wohl eine träge Masse von mehr als ein paar Gramm haben. Das Gleiche trifft auf die Komponenten des Getriebes zu. Stellt sich auch die Frage, welche Art von Drehzahlregelung die "gewisse Dynamik" erzeugen kann. Oder ob es zu schockartigen Laständerungen kommen soll. >>Zahnschwingung Bei solch hohen Drehzahlen können einem nicht nur die Zähne klappern - da können sich ganz unerwartete Resonanzen an anderen Stellen einstellen. Über welche Abmessungen reden wir hier? 60.000 rpm -> 1000Hz; Schallgeschwindigkeit in Stahl ist etwa 5000m/s -> Wellenlängen < 5m oder 5.Oberwelle < 1m Und bei Stoßbelastungen (gewisse Dynamik?) muss ein wesentlich höherfrequentes Spektrum berücksichtigt werden.
------------------ Rainer Schulze Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
ThoMay Ehrenmitglied V.I.P. h.c. Konstrukteur
Beiträge: 5242 Registriert: 15.04.2007 SWX 2019 Windows 10 x64
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erstellt am: 29. Jun. 2014 19:45 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
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alex Mitglied Produktentwicklung / Produktmanagement / Dipl.-Ing. (FH)
Beiträge: 788 Registriert: 25.07.2000
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erstellt am: 29. Jun. 2014 20:40 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
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Rainer Schulze Ehrenmitglied V.I.P. h.c. Dipl.-Ing. im Ruhestand
Beiträge: 4419 Registriert: 24.09.2012
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erstellt am: 30. Jun. 2014 06:02 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
>>Oder soll der Motor nur 80000rpm * 0,3 =24000 rpm laufen? Den Verdacht habe ich zwar auch, aber üblicherweise ist der Blickwinkel vom Antrieb zum Abtrieb. N(Antrieb) * Ü = N(Abtrieb) oder N(Antrieb) = N(Abtrieb)/Ü ------------------ Rainer Schulze Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Hohenöcker Ehrenmitglied V.I.P. h.c. Ingenieur
Beiträge: 2378 Registriert: 07.12.2005 Inventor 2023 Ich mag beide Arten von Musik: Country und Western! S-Fanclub
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erstellt am: 30. Jun. 2014 08:45 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Riemen würde ich bei diesen Drehzahlen jedenfalls nicht wählen. Durch die Zentrifugalkräfte hebt er ab und kann dann nichts mehr übertragen, oder fängt an zu schwingen, oder fliegt Dir um die Ohren, oder macht sonst was er will. ------------------ Gert Dieter "Das Gesetz ändert sich, das Gewissen nicht." Sophie Scholl Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
carsten-3m Mitglied Dipl.-Ing. Mbau (Produktmanagement, Patent- und Normwesen)
Beiträge: 950 Registriert: 08.05.2007 Pro/E Wildfire 4 PDMLink
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erstellt am: 30. Jun. 2014 12:54 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Zitat: Original erstellt von tolimoli: ... Da es so etwas als Standardware nicht mehr gibt, ...
Unter dem Begriff "Turbogetriebe" sind solcherart Getriebe zu finden (bspw. von Voith BHS). Nicht wirklich ungewöhnlich, so scheint's. ------------------ Gruß, Carsten Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Torsten Niemeier Ehrenmitglied V.I.P. h.c. Maschinenbau Ingenieur
Beiträge: 3555 Registriert: 21.06.2001 "ZUSE I.36", 8 BIT, 32 Lämpchen, Service-Ölkännchen "ESSO-Super", Software: AO auf Kuhlmann-Parallelogramm-Plattform ** CSWP 04/2011 ** ** CSWE 08/2011 **
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erstellt am: 30. Jun. 2014 15:03 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Die Größenordnungen sind doch etwas anders als bei den Voiths. Das hier im Thread beschriebene Getriebe hat IMHO ein Abtriebsmoment von gerade mal 2,5Nm. Das ist alles etwas Miniatur... Die verlinkten Voith-Getriebe fangen wohl erst bei 500kW an. Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tolimoli Mitglied Studi
Beiträge: 6 Registriert: 27.06.2014
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erstellt am: 01. Jul. 2014 12:04 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Hallo liebe Community, erst mal vielen lieben Dank für die Willkommensgrüße und eure Antworten. Wie Ihr schon richtig vermutet habt, meinte ich selbstverständlich ein ÜBERsetzungsgetriebe, das eine Antriebsdrehzahl von 24000 rpm auf 80000 rpm erhöht. Mit "gewisser Dynamik" ist die Variation der Zyklenzeit gemeint, wobei in einem Zyklus der Prüfling, ein Verdichterlaufrad, auf Schleuderdrehzahl beschleunigt und nach kurzem Verweilen in dieser wieder auf 0 rpm oder einer geringen Drehzahl verzögert wird. Die Beschleunigung- und Verzögerungszeit kann 5-20s betragen, wobei das Halten der Drehzahl 60-120s betragen kann. Abhängig davon, ob man das Laufrad atmosphärisch schleudert oder in einem Vakuum, kann die Leistungsaufnahme zw. 4 und 30kW variieren. Leider habe ich keinen Hersteller gefunden der Direktantriebe als Standardware in diesem Leistungs- und Drehzahlbereich liefert. Der schnellste Motor mit 30kW dreht mit 24000 rpm und kommt von der Firma Parker (MGV840CAH). Daher dachte ich die Wunschdrehzahl evtl. mit einem Getriebe zu realisieren. Die Alternative wäre, das Laufrad im Vakuum laufen zulassen und dieses dann durch einen hochdrehenden Spindelmotor mit 4kW anzutreiben. In wie weit diese dafür geeignet sind, müsste man gesondert nachprüfen (horizontale Lagerung etc.). Weiterhin gibt es Motorkomponentenlieferer wie E und A die ausschließlich die Rotoren und Statoren für solche High-Speed-Drives liefern. Gehäuse, Lagerung und Ölversorgung müsste eigens ausgelegt und konstruiert werden. Flachriemen kommen bei Schleuderprüfstanden der Firma Schenck zum Einsatz. Allerdings handelt es sich hierbei nicht um Gummi-Riemen, sondern nylonartige Flachbänder.
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alex Mitglied Produktentwicklung / Produktmanagement / Dipl.-Ing. (FH)
Beiträge: 788 Registriert: 25.07.2000 ME10 8.70G I-deas 12 NX NX 6 / NX 7.5 mit Teamcenter 8 Inventor 10/2010/2011/ 2013/2014/2015/2019 ProE Wildfire 3 SolidWorks 2019/2021
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erstellt am: 01. Jul. 2014 12:41 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
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tolimoli Mitglied Studi
Beiträge: 6 Registriert: 27.06.2014
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erstellt am: 01. Jul. 2014 13:14 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
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Husky Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Beiträge: 5704 Registriert: 10.07.2002 No Sysinfo
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erstellt am: 01. Jul. 2014 13:29 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Hallo, HSC Fräsmaschinen haben KEIN Getriebe. Arbeiten alle mit Hochfrequenzspindeln. Getriebe würde ich glatt und sauber verwerfen, dafür eine Hochfrequenzspindel einsetzen. GMN zBsp. liefert sowohl für Fräs.- wie für Schleifanwendungen Spindeln, die Leistungsauslegung würde ich dem Hersteller überlassen. Die liefern auch alle weiteren Eckdaten. Grüsse Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
tolimoli Mitglied Studi
Beiträge: 6 Registriert: 27.06.2014
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erstellt am: 04. Jul. 2014 13:21 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
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ThoMay Ehrenmitglied V.I.P. h.c. Konstrukteur
Beiträge: 5242 Registriert: 15.04.2007 SWX 2019 Windows 10 x64
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erstellt am: 04. Jul. 2014 20:21 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
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N.Lesch Ehrenmitglied V.I.P. h.c. Dipl. Ing.
Beiträge: 5089 Registriert: 05.12.2005
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erstellt am: 04. Jul. 2014 20:32 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
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Torsten Niemeier Ehrenmitglied V.I.P. h.c. Maschinenbau Ingenieur
Beiträge: 3555 Registriert: 21.06.2001 "ZUSE I.36", 8 BIT, 32 Lämpchen, Service-Ölkännchen "ESSO-Super", Software: AO auf Kuhlmann-Parallelogramm-Plattform ** CSWP 04/2011 ** ** CSWE 08/2011 **
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erstellt am: 04. Jul. 2014 21:04 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Zitat: Original erstellt von N.Lesch: Bei den Drehzahlen findest Du kein Kugellager mehr.
Spindellager ginge schon. GMN (:-)) lagern ihre Motorspindel ja schließlich auch! Schmierung und Vorspannung dazu wird nicht trivial und ohne passenden Teststand (Lagertemperaturen) IMHO nicht zu realisieren. Die Feld-, Wald- und Wiesenzahnräder aus dem Link passen aber definitiv nicht in ein solches Projekt. Allein schon das zu erwartende Geräusch zieht einem die Zehennägel hoch. Ich würde mich an sowas nicht herantrauen. Und ohne uns allen zu nahe treten zu wollen, ist das meiner Meinung nach lediglich mit der Hilfe des Forums nicht zu realisieren. Dazu braucht man die Hilfe von jemandem, der sowas schon mal gebaut hat. Und derjenige wird hier nicht das dazu erforderliche Gesamt-Know-How breittreten. Wenn es auf diesem Wege überhaupt zu vermitteln wäre...? Just my 2ct. EDIT: Wichtiges, fettes Wort vergessen.
[Diese Nachricht wurde von Torsten Niemeier am 04. Jul. 2014 editiert.] Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
alex Mitglied Produktentwicklung / Produktmanagement / Dipl.-Ing. (FH)
Beiträge: 788 Registriert: 25.07.2000
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erstellt am: 05. Jul. 2014 10:05 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
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Husky Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Beiträge: 5704 Registriert: 10.07.2002 No Sysinfo
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erstellt am: 05. Jul. 2014 10:46 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Zitat: Original erstellt von N.Lesch: Bei den Drehzahlen findest Du kein Kugellager mehr. Dann kannst Du Zahnräder ganz vergessen.
Also die Drehzahl ist nicht sooo abartig wie du denkst, auch nicht für Wälzlager .... Grüsse Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
murphy2 Ehrenmitglied -
Beiträge: 1726 Registriert: 30.07.2002
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erstellt am: 05. Jul. 2014 17:16 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Ruchtig, sind nur nicht die für 3 Euro Fuffzig und bisweilen auch nicht im "normalen" Wälzlagerkatalog. Man schiele Richtung P4-Lager, achte aber auf die andere Breitentoleranz, nicht, daß es bei der Montage fragende Blicke gibt. Wer die Möglichkeit hat, schaue sich einen Turbolader eines Diesel-PKW an, drehen so um die 150tsd, die hängen im Ölkreislauf. Wer es trocken braucht, kann auf Luftlager gehen, aber die Luft muß wirklich trocken und sauber sein, sonst sind die gleich hin. Recht viel leichtgängiger als Luftlager geht's kaum mehr. Und wenn's im Vacuum sein muß, wir hatten an den Turbomolekularpumpen Magnetlager, diese Pumpen drehten auch 150tsd. Allerdings fiel dann mal der Strom aus... Das heisst, ich würde hier in Richtung Luftlager schielen, Auslegung sehr sorgfältig, vor dem Anlaufen Luft rein, Luftspalt trägt und dann Action. Vacuumdichtung, hier hatte ich früher in der Halbleiterei die sog. Ferrofluidics, gegen Atmosphärendruck braucht man 5 Dichtspalte (jeder schafft 0.2 bar). Drehzahlen mit über 100tsd wurden durchaus schon mit Flachriemen realisiert. Das sind Nylonflachriemen, die endlos geklebt sind und meist eine Chromlederzugschicht haben. Hab ich - bei niedrigeren Drehzahlen - im Sägewerk auch, hat nichts mehr mit der landläufigen Vorstellung von dicken Lederflachriemen zu tun. Aber vorsicht, die Achslast ist bei den meist üblichen 1.8% Vorspannung ordentlich. Inwieweit es Zahnriemen noch packen, müsste man schauen, Zahnriemen werde bis 80m/sec spezifiziert, das wären bei 80tsed U/Min ca. 50mm Scheibendurchmeser. Zahnriemen findet man häufiger auch in der Genussmittelindustrie.
Und gaaaanz wichtig - dynamisch auswuchten, statisch reicht hier bei weitem nicht mehr. Und viel Vergnügen, wenn Ihnen Ihr "Werkstück" da eine Unwucht reinbringt, da reicht (gefühlsmäßig) ein Gramm schon. Wenn Sie hier Pech haben, müssen Sie auf Ihrer Welle die Unwucht erfassen und mit entsprechenden Maßnahmen bei laufender Welle ausgleichen. Und die Welle wird um ihren Schwerpuntk und nicht um die geometrische Achse rotieren.
Und warum nicht sich die Hausaufgaben von anderen machen lassen? Nennt man "delegieren" und ist einer späteren Karriere förderlich.
Ich möcht ja durchaus wissen, wieviele Professeure sich ihre Aufgaben auch in den Foren machen lassen. ------------------ - Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Husky Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Beiträge: 5704 Registriert: 10.07.2002 No Sysinfo
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erstellt am: 08. Jul. 2014 09:20 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Hallo Murphy, deine Idee mit dem Luftlager scheitert an der Traglast. Aber auch da gibt es funktionierende Lösungen ! Woran geforscht wird, aber noch nicht fertig Magnetlager. Ich kenne Lösungen, täglich im Einsatz bis 2000000 U/min. Auf Fertigungsanlagen in der Großserie. Der Wartungsfrei sind die Systeme nicht. Grüße Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
alex Mitglied Produktentwicklung / Produktmanagement / Dipl.-Ing. (FH)
Beiträge: 788 Registriert: 25.07.2000
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erstellt am: 08. Jul. 2014 10:09 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Zitat: Original erstellt von tolimoli:
Habt ihr vielleicht paar Tipps oder Literaturvorschläge, wie man dieses Thema angehen könnte? Viele Grüße tolimoli [Diese Nachricht wurde von tolimoli am 27. Jun. 2014 editiert.]
Hallo tolimoli, hast Du mal probiert bei Herstellern von Schleuderprüfstanden nachzufragen? Oftmal sind diese bereit bei Studenten Auskunft zu geben. Mit Glück springt vielecht eine kleine Betriebsbesichtugung heraus.
Gruß Alex Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
alex Mitglied Produktentwicklung / Produktmanagement / Dipl.-Ing. (FH)
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erstellt am: 08. Jul. 2014 12:48 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Zitat: Original erstellt von tolimoli: Hi Alex,hier sind die Daten: J = 0,0018 kgm² m = 1,6 kg d = 125 mm
Als Punktmasse gerechnet ergibt das ein Lastmoment von: ML1 = 10,47 Nm bei Beschleunigungszeit von 5s ML2 = 2,62 Nm bei Beschleunigungszeit von 20s auf Motor umgerechnet (i=0,3, pro Stufe 10% Verlust): MM1 = 38,39 Nm bei Beschleunigungszeit von 5s MM2 = 9,6 Nm bei Beschleunigungszeit von 20s Massenträgheitsmoment vom Motor ist hier nicht berücksichtigt. Das sollte der Motor als Beschleunigungsmoment min. bringen, falls ich mich nicht verechnet habe. Gruß Alex
[Diese Nachricht wurde von alex am 08. Jul. 2014 editiert.] [Diese Nachricht wurde von alex am 08. Jul. 2014 editiert.] Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Nossi1111 Mitglied Student
Beiträge: 4 Registriert: 04.12.2014 Systeminfo: Ich arbeite mit meinem Kopf & Catia
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erstellt am: 04. Dez. 2014 01:06 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für tolimoli
Hallo Tolimoli, auch ich bin Student und habe bereits mit vielen Firmen zusammen gearbeitet. Ich weiß, dass die Firme Wittenstein gerne Studenten hilft und unter anderem auch Spezialgetriebe herstellen. Ich bin mir sicher, dass man dir dort helfen kann. Einfach mal zum Hörer greifen :-) Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |