mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

[Vincent]

Hallöle,

Warum eigentlich fliegen viele große Hubschrauber mit mehrstufigen Getrieben ? TDR, Voodoo, Goblin, Diabolo, etc..haben alle 2 oder mehrstufige Getriebe.

Aber es gibt auch immernoch viele große Helis ala XXtreme 800 oder Raptor 700, die dennoch nur einstufige Getriebe haben.

Worin liegt denn jetzt der genaue Vorteil / Nachteil bei den mehrstufigen Getrieben ?

Grüße,
Vince

[aurian]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Hi

Hauptvorteil dabei ist dass die Umfänge der Zahnräder und damit auch die Duchrchmesser wesentlich kleiner ausfallen können. Das erfordert so einerseits weniger Platz in der Mechanik, andererseits wirken sich bei kleineren Zahnrädern Geometriefehler wie Höhenschlag weniger stark aus. Bei nachträglich gefrästen Konturen und Verzahnungen spielt das weniger eine Rolle, bei rein gegossenen Teilen kann das aber relativ viel ausmachen.

Weiter wirken bei kleinen leichten Zahnrädern wesentlich schwächere Kreiselkräfte. Ob sich das aber in einem agileren Handling bemerkbar macht bzw. fühlbar ist wage ich eher zu bezweifeln.

Der Nachteil sind sicher Kosten der Herstellung. Es braucht mehr Teile, mehr Lagerpunkte am Rahmen und stellt bei unsachgemässem Aufbau eine weitere Fehlerquelle dar. Jedes zusätzliche mechanische Teil stellt auch immer ein zusätzliches Ausfallrisiko dar.

Gruss

[Harima20]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Huhu,

ich kann mir das nur so vorstellen, dass man bei einer übersetzung von klein auf groß, dann wieder klein auf groß, kraft spart.

Das ganze kann man sehr gut mit Lego nachvollziehen (man, waren das noch Zeiten)

Desweiteren wird durch die ßbersetzung auch geschwindigkeit rausgenommen.

460 Kv * 44,4V = 20424 U/min

Diese müssen ja für den Rotor auf Sagen wir mal 2000 runter gebrochen werden.

Also das ist jetzt mal so meine Vorstellung

Liebe grüße
Michi

[Vincent]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Ok, das ist ne gute Erklärung zum mechanischen Konzept Aurian.

Aber auch die ßbersetzung der Kräfte spielt doch bestimmt auch ein Rolle, so wie Michi das angedeutet hat.
Grüße
Vince

[GuidoM]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Ein weiterer Nachteil sind größere Reibungsverluste durch die zwei Stufen. Ob das allerdings bei den heutigen Antrieben eine große Rolle spielt, wage ich zu bezweifeln.

Diesmal habe ich mich das erste mal bei meinen Hubschraubern für ein zweistufiges Getriebe entschieden. Durch die positiven Erfahrungen bei der MP-Serie mit den schrägverzahnten Modul 1 Zahnrädern in Bezug auf Wirkungsgrad, Robustheit und Laufgeräusch, überwiegen trotz der geringfügigen Verlust durch die zweite Stufe die verschiedenen konstruktiven Vorteile.

[aurian]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Ok, das ist ne gute Erklärung zum mechanischen Konzept Aurian.

Aber auch die ßbersetzung der Kräfte spielt doch bestimmt auch ein Rolle, so wie Michi das angedeutet hat.
Grüße
Vince

Hi

Jein. Ein Getriebe ist schlussendlich ein Drehmomentwandler. Wenn du an den Ein- und Ausgangsparametern, also Drehzahlen und Drehmomente, nichts änderst dann hast du en den Ein- und Ausgangspunkte des Getriebes auch die selben Kräfte, ganz unabhängig davon wie Komponenten dazwischen angeordnet sind.

Der Motor dreht nach wie vor mit Drehzahl x. Diese Drehzhal muss schlussendlich auf die Rotorwellendrehzahl Y gewandelt, also untersetzt, werden. Dabei erhöht sich zwangsweise das vom Motor abgegebene Drehmoment bis es an der HRW ankommt. Diesen Anstieg des Drehmoments muss ein Getriebe bis am Schluss aushalten können.

Was du bei Mehrstufigen Getriben viel besser umsetzen könntest wäre ein Motor zu wählen der zwar die selbe Leistung abliefert, diese aber bei höherer Drehzahl. Das würde bedeuten dass das Motordrehmoment um den Faktor schwächer ausfällt wie die Drehzahl gegenüber dem Ursprungsmotor steigt. WENN man das machen würde dann könnte man auf der Eingangsseite des Getriebes schwächere Komponenten und damit kleinere Module verwenden. Damit würde der Vorteil genutzt das ein mehrstufiges Getriebe eine höhere Spreizung bereitstellen kann als das bei einem einstufigen Getriebe bei den Platzverhältnissen in einem Modellheli möglich ist.

Aber eben, selbst dann bleiben die Ausgangsgrössen, sprich die ßbertragung auf die Hauptrotorwelle die selben, denn die HRW hat ja ihre feste Drehzhal die sie braucht. Und spätestens dann brauchst du wieder Bauteile die so dimensioniert sind dass sie diese Kräfte dauerhaft aushalten.

[The Pitcher]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Bei mehrstufigen Getrieben mit Riemen hast du die Möglichkeit einer thermischen Entkopplung ähnlich wie beim Banshee.

[Helambo]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Die Entscheidung für ein- oder mehrstufiges Getriebe beim Design einer Heli-Mechanik muss man auch im Kontext des gesamten Entwurfes sehen.

Beim einstufigen Getriebe liegt z.B. der Abstand Hauptrotorwelle-Motorwelle weitestgehend fest und damit auch die Motoranordnung im Chassis. Beim mehrstufigen Getriebe besteht hier mehr Variabilität, da die ßbersetzung in zwei Stufen erfolgt.

Außerdem spielt auch die mechanische Anordnung des Heckabtriebs eine Rolle. Auch beim einstufigen Getriebe braucht es hierfür ein zweites Abtriebszahnrad auf der Hauptrotorwelle.

Funktionieren tut beides. Es kommt auf einen gelungenen Gesamtentwurf an. Da gibt es eine Reihe von Kriterien: max. Leistungsdurchsatz, Gewicht, Werkstoffe, Aufwand Herstellung, Wartbarkeit, Flexibilität (z.B. hinsichtlich Komponenten Motor usw), usw.

Natürlich ist das ganze auch aus Marketing-Gesichtspunkten zu betrachten: Funktionierende Heli-Mechaniken gibt es inzwischen mehr als genug. Um ein neues Modell zu platzieren, muss auch "etwas Innovation" geboten werden. Das ist inzwischen nicht mehr einfach: Alle erdenklichen Antriebsvarianten (ein-/ mehrstufig, Riemen, schräg-, pfeil-, kegel- Verzahnungen usw.) sind irgendwo schon mal da gewesen. Technisch kommt es auf die Details an: Materialkombinationen, Ausführung, Präzision usw.

[Hanss Axel]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Hallo,

Wie schon erwähnt wurde, überträgt ein Getriebe die Leistung vom Motor zum Rotor.
Vernachlässigen wir mal die Reibung der Lager und der Getriebestufen, bleibt die übertragene Leistung gleich.
Es ändert sich lediglich das Drehmoment und die Drehzahl.

Ganz pauschal könnte man nun sagen: Je höher die Drehzahl und je kleiner das Drehmoment ist, desto kleiner kann ich das Modul wählen.
Bei hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl benötige ich ein größeres Modul.

Ein großes Modul bedeutet nun aber auch ein größeres Zahnrad.
Das bringt mir dann aber unter anderem evt. Platzprobleme im Modell.

Bei einstufigen Getrieben muss ich daher einen Kompromiss zwischen dem zu übertragenem Drehmoment und der Größe des Moduls eingehen.

Bei mehrstufigen Getrieben, kann ich die einzelnen Stufen besser an die erforderlichen Bedürfnisse anpassen. Bei der ersten Stufe ein kleines Modul, da dort zwar die Drehzahl hoch aber das Drehmoment klein ist und in der nächsten Stufe ein größeres Modul um das höhere Drehmoment zu übertragen.

gruß, Axel

[aurian]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Auch bei Zahnrädern mit kleinem Umfang bzw. kleiner Zähnezahl kann ein grosses Modul begrenzt angewandt werden.

Allerdings müssen dann die Zähne unterschnitten sein, damit der Gegenzahn genug Raum hat.

Dies bewirkt aber eine Schmälerung des Zahnfusses und reduziert damit die Festigkeit. Daher eben nur begrenzt umsetzbar.

[GuidoM]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Bei mehrstufigen Getrieben, kann ich die einzelnen Stufen besser an die erforderlichen Bedürfnisse anpassen. Bei der ersten Stufe ein kleines Modul, da dort zwar die Drehzahl hoch aber das Drehmoment klein ist und in der nächsten Stufe ein größeres Modul um das höhere Drehmoment zu übertragen.

Normalerweise wird aber nicht im Modul variiert, sondern die Höhe der Zahnräder: Zahnräder, welche die erste Stufe antreiben (weniger Drehmoment, höhere Drehzahl) sind in der Regeln weniger hoch, als die von der ersten auf die zweite (mehr Drehmoment, weniger Drehzahl).
Beispiel:

[Hanss Axel]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Normalerweise wird aber nicht im Modul variiert, sondern die Höhe der Zahnräder:

Schaut man sich aber mal ein Getriebe genauer an, z.B. wenn man ein Servo öffnet, sieht man, das Motorseitig ein kleines Modul auf einem schmalen Rad sitzt und der Servohebel auf einem viel dickerem Zahnrad mit größerem Modul.

Wie man die Kraftübertragung letztendlich auslegt, damit die Zahnräder der Belastung standhalten, bleibt natürlich dem Konstrukteur überlassen.

P.S. wenn man immer wieder ließt, dass Zahnräder "abrasiert" wurden, zeigt doch deutlich, dass den Getrieben zuwenig Beachtung geschenkt wird und nicht passend ausgelegt wurden.

[aurian]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Sali Axel

Bei den Servos ist das logisch. Motorseitig liegt ja sehr hohe Drehzhal mit tiefem Drehmoment an. Also kleine "Kraft" zum übertragen, daher reichen kleine Verzahnungen. Am Ausgang des Getriebes, also der Servowelle, ist die Drehzahl sehr stark untersetzt, dadurch aber das Drehmoment stark erhöht. Drum brauchts da auch massive Zähne.

Das "Abrasieren" von Zähnen kann auch gewollt sein, bzw. bewusst als Sollbruchstelle eingerechnet werden.
Mir ists lieber wenns mir beim Crash das Servogetriebe killt und der Rest vom Servo bleibt heil. Weil das Getriebe einfach austasuchbar ist.

Gruess

[Hanss Axel]

AW: mehrstufige Getriebe ? Vor/Nachteil ?

Das "Abrasieren" von Zähnen kann auch gewollt sein, bzw. bewusst als Sollbruchstelle eingerechnet werden.
Mir ists lieber wenns mir beim Crash das Servogetriebe killt und der Rest vom Servo bleibt heil. Weil das Getriebe einfach austasuchbar ist.

Das "Abrasieren" der Zähne war eher auf das Hauptzahnrad beim Heli bezogen.
Ließt man hier immer wieder, das bei machen Flugfiguren plötzlich die Leistung weg war und nur noch eine Autorotation einen vor dem schlimmsten bewahrt hat.

[klarisatec]

Vorteile 2-stufige Getriebe

Die Vorteile sind aus meiner Sicht:

Mit einem 2-stufigen Getriebe habe ich eindeutig viel mehr Spielraum, um den Motor optimal auf eine bestimmte Betriebsdrehzahl auszulegen und in den optimalen Betriebspunkten (also im besten Wirkungsgrad) zu betreiben - wenn man bei beiden Systemen die gleiche Rotordrehzahl zu Grunde legt und das wäre wichtig! Sonst vergleichen wir ßpfel mit Bananen... oder so ähnlich

Ein Beispiel: wenn moderne Getriebe eine ßbersetzung von bis zu 1:12 realisieren, können das 2-stufige Getriebe bei kompakterem Bauraum z.B. bei einer ßbersetzung pro Stufe mit 1:5 in diesem Fall mit einem Gesamtübersetzungsverhältnis von 1:25.
Im Umkehrschluss können beim 2-stufigen Getriebe also oft höher drehende Antriebe (leichter, da weniger Polpaare), mit besserer Eigenbelüftung und höherer Antriebsspannung gewählt werden (mehr Lipozellen --> kleinere Ströme --> längere Flugzeit).
Das ist jetzt zwar ganz grob - doch mit diesen Mitteln gelingt es oft das Mehrgewicht einer zweiter Stufe im Komplettkonzept trotzdem in mehr Flugzeit umzusetzen...

Mit dem Begriff "kleineres Getriebe" bin ich jetzt mal vorsichtig - der Zahnrad-ß des größten Zahnrades / Riemenrades wird beim 2-stufigen Getriebe kleiner, trotzdem brauchen die Getriebe mit ihrere 2-ten Stufe mehr Platz (in der Höhe, oder eben in der Länge).

Weitere Vorteile des 2-stufigen Getriebes sind:
- eine höhere Laufruhe (wenn man ungleiche ßbersetzungen und nicht geradzahlige teilbare Verzahnungen verwendet), da etwaige Verzahnungsfehler etwas gedämpft werden und für mich persönlich sehr wichtig
- deutliche leisere Betriebsgeräusche...

Die Nachteile sind aus meiner Sicht:
- mehr Bauteile, also höhere Kosten...

Was für mich nicht kein Nachteil ist:
- das Mehrgewicht - es lässt sich im Gesamtkonzept "verstecken"
- zusätzliche Fehlerquellen - wenn das 1-stufige System unterdimensioniert ist, wird es das 2-stufige bei gleicher Leistungsvorgabe auch sein. Bei gleicher Lagergröße sinkt die Belastung pro Lagerstelle im 2-stufigen Getiebe, d.h. die Sicherheit gegen Ausfall steigt - theoretisch...

Gruß Markus