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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.]

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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.

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Rainer Schulze

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Hallo und ein Willkommen hier im WeltBestenForum tolimoli.

Mal abgesehen von den 100% zutreffenden Aussagen von Rainer.
Bei den Drehzahlen fällt mir eigentlich Heigh speed milling ein.
Die müssen doch für diese Geschwindigkeiten Getriebe haben.
Natrürlich nicht entsprechend deiner Leistungsanforderung.
Ansonsten nachfragen bei den bekannten Getriebeherstellern.

Gruß
ThoMay

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Oder soll der Motor nur 80000rpm * 0,3 =24000 rpm laufen?

Welche Spannungsart soll's denn sein, DC, AC, ....? Oder vieleicht Druckluft oder ähnliches...?

Gruß Alex

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>>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

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Rainer Schulze

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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.

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Gert Dieter 

"Das Gesetz ändert sich, das Gewissen nicht." Sophie Scholl

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Zitat:

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Original erstellt von tolimoli:
... Da es so etwas als Standardware nicht mehr gibt, ...

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Unter dem Begriff "Turbogetriebe" sind solcherart Getriebe zu finden (bspw. von Voith BHS). Nicht wirklich ungewöhnlich, so scheint's.

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Gruß, Carsten

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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.

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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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Wieviel Masse auf welchem Radius soll den in 5-20s beschleunigt bzw. verzögert werden?

Gruß Alex

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Hi Alex,

hier sind die Daten:

J = 0,0018 kgm²
m = 1,6 kg
d = 125 mm

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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

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Vielen Dank für den Tipp mit den Spindelherstellern. Habe mal ein Angebot angefordert.

Um aber nochmal auf die ursprüngliche Fragestellung zurückzukommen: Gibt es bestimmte Richtlinien, die es zu beachten gilt, wenn man ein derart schnelles Getriebe konstruiert? Die Wellen (d=20mm) werden wahrscheinlich nicht länger als 400mm ausfallen und als Zahnräder würde ich diese hier nehmen:

http://www.maedler.ch/product/1643/1618/1034/1066/praezisions-stirnzahnraeder-gehaertet-und-geschliffen-modul-2

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Hallo tolimoli.

Hast du die Zahnräder und die Welle mal nachgerechnet?
Wie ist die Welle gelagert?
Wie die Zahnräder?

Ob bei den Drehzahlen gerade verzanhte Räder so sinnvoll sind?
Die Qualität der Verzahnung sollte wohl auch besser sein.
usw.....

Gruß
ThoMay

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Bei den Drehzahlen findest Du kein Kugellager mehr.

Dann kannst Du Zahnräder ganz vergessen. 

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Klaus

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Zitat:

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Original erstellt von N.Lesch:
Bei den Drehzahlen findest Du kein Kugellager mehr.

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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.]

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"Cross-Postings" in verschieden Foren sind nicht gerne gesehen.....

http://www.cnc-arena.com/de/forum/zweckentfremdung-hsc-spindel--72524.html

Wird dann "cad.de" in deiner Abschlußarbeit auch als Quelle angegeben?

Sorry,
aber ich habe wieder mal den Eindruck, daß wir hier "fertige Lösungen" präsentieren sollen....

Sollte mein Beitrag gegen die Forums-Regeln verstößen dann kann meine Anmerkung auch gelöscht werden.

Gruß Alex

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Zitat:

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Original erstellt von N.Lesch:
Bei den Drehzahlen findest Du kein Kugellager mehr.

Dann kannst Du Zahnräder ganz vergessen. 

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Also die Drehzahl ist nicht sooo abartig wie du denkst, auch nicht für Wälzlager ....

Grüsse

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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.

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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

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Zitat:

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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.]

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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

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Zitat:

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Original erstellt von tolimoli:
Hi Alex,

hier sind die Daten:

J = 0,0018 kgm²
m = 1,6 kg
d = 125 mm

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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.]

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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 :-)

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