KW Belastung 2 mm Federstahl

[Hennes]

Mal ne allgemeine Frage,

gibt es genaue Berechnung wann sich eine 2 mm Federstahlwelle verdreht bzw. reißt oder abschert. Denke derzeit über Umbau auf 2,5 mm nach, da sich meine Welle in der Kupplung um rd. 10° verdreht hat.

Nach meiner Schätzung und allgemeinen Formeln müsste die rd. 4,5 KW vertragen bevor sie abschert. Aber vielleicht weis ja jemand mehr oder kann mir eine Formel hierzu angeben.

Danke für Infos.

Gruß Hennes

[carphunter]

Hallo Hennes,

interessantes Thema, bin nämlich auch schon am überlegen meine 4,75 Flex Antriebe in der Mystic auf 2,5 mm Federstahl um zubauen. Leider hab ich es mit dem Rechnen nicht so, 2,5 mm wäre für mich vom Gefühl her ausreichend. Bin mal gespannt was die Mathematiker dazu schreiben.

Gruß
Klaus

[MiSt]

Ein "Mathematiker" hat dazu erst mal keine Meinung :cool:.

Ein Physiker wird sagen: Der limitierende Faktor für eine Welle, ob flexibel, federnd, hohl oder voll, ist das Drehmoment, das sie ohne bleibende Verformung übertragen kann. Die Leistung in kW ist dann lediglich das Produkt aus Drehzahl und Drehmoment, daher kann man bei hoher Drehzahl viele kW über dieselbe Welle übertragen, die bei kleiner Drehzahl so gut wie keine Leistung übertragen kann, weil das Grenzdrehmoment für beide Fälle gleich ist.

Ein Materialkundler wird nun nach den genauen Maßen, Eigenschaften der verwendeten Materialien und Technologien (z.B. haben Hohlwellen aus gängigen Kohlerohren so gut wie keine Torsionsfestigkeit :cool:) fragen.

Danach kann ein Maschinenbauer das Grenzdrehmoment ausrechnen, womit dann bei jeder gegebenen Drehzahl auch eine individuelle Grenzleistung festliegt, die aber - wie dargelegt - eigentlich gar nichts aussagt.

Da ich aber Elektrotechniker bin, kann ich das Grenzdrehmoment leider nicht ausrechnen und müßte dazu selber in Wikipedia unter dem Stichwort "Torsion(sbelastbarkeit)" nachlesen :D.

Und sobald man das Grenzdrehmoment weiß, muß man noch mit sich selbst ausmachen, mit welchem Sicherheitsfaktor man (über-!)dimensioniert. Das ist bei E-Motoren nämlich nicht ohne, die können beim Anlauf irrsinnige Drehmomente erzeugen.

[Sika]

Ein großes Problem für eine Berechnung bei halbgetauchten Antrieben sind die Drehmomentpulse, die der Propeller bzw. dessen Blätter beim Eintauchen ins Wasser erzeugt - ganz besonders, wenn das Boot springt. D.h. der Rotor dreht mit seinem Trägheitsmoment frei und wird dann schlagartig über die Welle abgebremst. Das läßt sich nur sehr schwierig abschätzen. Jedenfalls kann man für vollgetauchte Antriebe vergleichsweise dünnere Wellen benutzen, die dann aber für halbgetauchte Antriebe versagen.

Wichtig ist auf jeden Fall Michaels Hinweis, dass nicht die Leistung sondern das Drehmoment der limitierende Faktor ist (Leistung = c* Drehzahl* Drehmoment).
Anschließend kann man das dann rechnen, siehe auch hier: http://www.rc-raceboats.de/forum/showthread.php?12896-Wie-d%FCnn-kann-eine-Federstahlwelle-sein

Kritisch ist auch noch die Biegung der Welle. Je nach Fixierung von Antrieb und Motor zueinander liegt die Welle nicht in einem schönen, gleichmäßigen Kreisbogen, sondern sie ist z.T. annähernd gerade und nur in einem kleinen Längenbereich wird der Großteil der Umlenkung vollzogen - hier brechen die Wellen dann besonders gerne.

Gruß,
Jörg

[MiSt]

Kritisch ist auch noch die Biegung der Welle. Je nach Fixierung von Antrieb und Motor zueinander liegt die Welle nicht in einem schönen, gleichmäßigen Kreisbogen, sondern sie ist z.T. annähernd gerade und nur in einem kleinen Längenbereich wird der Großteil der Umlenkung vollzogen - hier brechen die Wellen dann besonders gerne.

Dem möchte ich ausdrücklich beipflichten nach eigener total entnervender Erfahrung: Mir ist das passiert in einem HA (!) Rigger, der pro Lauf eine 2mm (!)Welle verheizt hat (eine testweise eingebaute 2mm-Aluwelle hielt ganze 5s), bis ich endlich dahinter gekommen bin, warum ...

Wenn man eine Federstahlwelle einbaut, sollte man sie zur Abschätzung dieses Phänomens ohne führende Elemente (Stevenrohre, Teflonrohre) zur Kupplung laufen lassen, nur regulär gelagert im Endstück/Strut. Man wird dann einen Versatz zwischen Kupplungsbohrung und Wellenende sehen, denn sonst würde ja später kein Bogen entstehen. Falls dieser Versatz nicht nur eindimensional ist, muß er in den beiden Dimensionen unbedingt gleich groß sein - andernfalls wird die Welle gewalkt und dadurch regelrecht abgejuckelt - so war es beim erwähnten Rigger, zusätzlich hat der Motor/Kupplungs-Einbauwinkel in der einen Dimension nicht gestimmt (selbstmurmelnd muß der Motor samt Kupplung auch im korrekten Winkel stehen, sonst entstehen erneut Walkeffekte). Eine banale Neuausrichtung des Motors hat dann dazu geführt, daß seitdem NIE mehr eine Welle brach.

Und weil es daher furchtbar schwierig ist, für Federstahl wirklich eine gewisse ernstgemeinte Verstellbarkeit (Wellenhöhe, Wellenwinkel, ggf. Seitenzug ==> zweidimensionaler Bogen) risikolos hinzubekommen, also ohne Gefahr zu laufen, die Welle lokal zu walken, bevorzuge ich nach wie vor meist Flexwellen (sehr kurz, sehr bogenförmig, mit Heckmotor, da kann man problemlos eine sehr weit verstellbare Geometrie finden). Wobei die halt auch ihre Lästigkeiten und Tücken haben, z.B. 3!!/10 unterschiedliche Dicke von links/rechts bei Gunderts 4,7/5,0mm-Ware :rolleyes:, unvorhersagbare Längenänderung unter Last, Rostanfälligkeit, Schmiernotwendigkeit, ...

[kirschgruen]

Danke für die konkreten Tipps zu Federstahl!
Darüber hab ich bisher kaum was gelesen ... liegt wahrscheinlich daran das die meisten den Einbau nach Gefühl vornehmen.

Grüße Fabian

[Hennes]

Danke für die Infos; also alles nicht so einfach:(.

Kann nur meine Daten angeben. Motor hat 3800W, 95Ncm und 53.000 UPM. Schraube war 45/3 mit 1,6 Steigung und da habe ich das Gefühl der 2 mm Federstahl fängt an sich minimal zu verdrehen. Hat aber bisher gehalten, was nach den Berechnung fast gar nicht sein dürfte.

Na, wahrscheinlich dann mittelfristig auf 2,5 mm umbauen - wegen der Sicherheit.

Gruß Hennes

[riggerdirk]

Hallo Hennes,
manchmal ist es schon erstaunlich, was ein guter Federstahl,gemessen an seinem Durchmesser verträgt.
Ich hatte letztes Jahr einen älteren Hydro 3 Rigger von mir mit einem Lehner 2240/13 mit 8s laufen lassen, wobei ich die abgerufenen Drehmomentpeaks schon etwa auf 65 bis 70 Ncm schätze.
Ich habe dabei die 2mm Welle mit Loctite in ein 4mm Hero-Rohr eingeklebt, und die dann in der Motorkupplung eingespannt.
Die Welle hat jeden absichtlich rabiaten Teststart ausgehalten-und das bei einem 57er K-Abguß.
Was auch wichtig ist,ist, auch die Stelle der Wellenabflachung mit ins Kalkül zu ziehen.
Bei meiner Klebelösung ist nur das Außenrohr abgeflacht.

Gruß Dirk

[Sika]

Wie im verwiesenen Thread geschrieben, hatte ich ähnliche Effekte bei ca. 50.000 U/min und ca. 5KW im SAW Rigger, von daher passt das schon zu deinen Daten.

Nach Umbau auf 2.5mm war Ruhe - eine 2.5mm Welle kann ungefähr das Doppelte einer 2mm-Welle verkraften. Man muß halt schaun, ob sie den Biegeradius noch mag.

Gruß,
Jörg

[Tobbi]

Werde möglicherweise auch mal Federstahl testen,finde aber gar keine.
Wo kauft ihr die denn und wo liegt das maximum ,3mm vieleicht?
Gruß Tobbi

[Hennes]

Tobbi,

einach selber bauen. Stahl gibs für kleinstes Geld bei Graupner. Dann 3 auf 5 mm Teflon und 5,2 auf 6 mm Messingrohr; fertig. Und 2,5 mm sind schon heftik, die hab ich gerade in ner WildThing verbaut. 3 mm bekommt man kaum noch gebogen; denke das geht kaum als Ersatz für ne Flexwelle.

Gruß Hennes

[Tobbi]

Ok,Danke,werd mal Ausschau halten.


Gruß Tobbi

[Doctor ES]

moin hennes,

wenn die 2,5er PASST - dann bau sie doch einfach ein:-) schwächer wirds bestimmt nicht. und wenns in der wt funtzt....??? ausrechnen kannst du knicken. erfahrung und konkreten fall multipliziern = ergebnis.

doc=•>

[carphunter]

Hallo,

spricht eigentlich in einem Kat was dagegen statt Federstahl Titanwellen zu verbauen, diese sollten zwar nicht so hohe Drehmomentkräfte abkönnen aber haben weniger rotierende Masse bzw. biegefähiger. Wer hat damit schon Erfahrungen gesammelt.

Gruß
Klaus

[Sika]

Titanwellen (bzw. Titanlegierungen Ti-6AL-4V von der Fa. Titan-Concept aus Berlin) kannst du verwenden und das wird auch gerne in den kleineren Klassen gemacht, weil leichter und in besserer Qualität (geschliffen) verfügbar. Aber die Haltbarkeit ist schon deutlich geringer als von Federstahl. Theoretisch liegen die Streckgrenzen nicht so weit auseinander, aber real im Boot brechen Titanwellen deutlich früher.

Jörg

[Mark]

Meine Ti-Erfahrungen (mit oben genannter Titan-Concept Ware):

- Als starre 4 mm Wellen super geeignet. Punkt.

- 2 mm Titanwellen haben sich bei mir regelmäßig verbogen (nicht gebrochen!), schon bei geringster Unwucht.
Grund hierfür ist wahrscheinlich die geringere Elastizität der Ti-Welle (E-Modul Federstahl ca. 190.000 vs Ti6Al4V ca. 110.00 N/mm2)-->oder?

[Robert]

Ja, die geringe Steifigkeit des Titans ist daran schuld. Man wird einen grösseren Torsionswinkel bei Belastung messen. Federstahl ist wohl im Moment das Optimum. Was noch seeeeeehr viel ausmacht, die Oberfläche der Welle. Dadurch das sie im Bogen läuft, wird sie pro Umdrehung einmal gestaucht, einmal gedrückt. Es lastet eine Biegewechselast darauf. Das führt dazu, das wenn die Oberfläche kleine Kratzer hat, diese nach ein par mal fahren das Ende bescheren. Deswegen sollte man diese Wellen immer polieren. Und zwar nicht in der Bohrmaschine drehend, da man dort kreisrunde kerben ins Material bringt, sondern wenn dann mit der hand längs der welle entlang polieren. Hab bei mir eine Welle, guck mal ob ich ein Photo schaff, da sieht man sehr schön, das ein anfangsriss optisch doppelt wie ein haar das ganze ausgelöst hat, mit duktieler Bruchfleäche am ende.

Bin selbst am überlegen ob ich eine 3mm federstahlwelle in mein Böötchen mit lehenr 3060 bau. Rein rechnerisch geht das gerade, ähnlich wie 2230-10 an 6s und 2mm welle. Habs allerdings noch nie in der hand gehabt, was für ein radius man da so erreichen kann, beim biegen. Gehört auch immer ein wenig Gefühl in den Modellbau:rolleyes:.

Schönen Abend euch
Grüsse
Robert

[Ch.Lucas]

Hi,
zu den Aussagen bezüglich Gebogener Wellen ist nichts mehr hinzu zu fügen .Solange ohne weiter Verformung nach der Belastung belastet wird ist es eigentlich auch Egal ob Federstahl oder ein anderer Hochfester Stahl für den Draht verwendung findet.Hochfeste Drähte aus Chirurgen stahl Rostfrei sind zu bevorzugen ,da schon leichter Rostansatz die Oberfläche heftig angreift.Roberts Tipp mit Polieren ist völlig Richtig ,bei normalen Rostanfälligen Federstahl kann man sich auch mal Erkundigen ob es irgendwo eine möglichkeit zu Passivieren gibt.Das gibt der Korrosion erst mal keinen Ansatz.
Macht Euch aber auch mal Gedanken zu geraden Wellen .Zum einen kann man sich zb.bei einem Rigger ,Hydroplane überlegen ob man den Motor nicht in einer V-Förmigen dritten Schwimmerausbuchtung unter dem Rumpf möglichst nah zur Wasseroberfläche runter bekommt.Wodurch der Wellenwinkel schon auf günstige 2°-3° kommt und ein Bogen der Welle nicht mehr sein muss.Zudem kann auch beim Prop durch einer verwendung finden der einen starken Rake Winkel (V9XX Serie Octura) hat der mit den Wellenwinkel schon gut arbeitet.

Dann gibt es noch die Möglichkeit die Welle als doppelkardan Gelenkwelle auszuführen.Heist der Motor liegt dann flach genau parallel zur Wasseroberfläche im Rumpf ,dann kommt das erste Kardangelenk ab dem die Welle dann abgewinkelt zur Motorwelle nach unten geht bis vor den Strut.Vor dem Strut kommt dann das zweite Kardangelenk der dann wieder den Winkel zum parallelen Strut herstellt.
Durch die zwei Gelenke wird der Kardanfehler (nach einem Kardangelenk dreht die Welle je nach Winkel nicht mehr Winkelsynchron zur Motorwelle) ausgeglichen.In Fesselrennbooten wird das so angewendet.Die lange Welle läuft dabei frei und wird nur durch ein Schwirrlager ,dass so plaziert wird wo sich die größte Schwingungsauslenkung ergibt zwischengelagert.Als Schwirrlager reicht eine Bronzebuchse mit gut 1-2 Zehntelmillimeter Lagerspiel.6,5ccm Boote haben 3mm Wellen bei bis 30000 U/min am Propeller.Gelenke aus Silberstahl(Präzisionsrundstahl)der nach dem Abschrecken (Härten) nur ganz leicht angelassen wird.Die sind Sprödhart und sehr verschleißfest.

Ist nur als Anregung ,es muss nicht immer im Bogen verlaufen.

[MitjaJ]

Berechnung fur gerade wellen:

[The Flying Dutchman]

Diese titanwellen habe ich auch schon probiert in mein 4S rigger mit 45000+ umdrehungen. Das halt nicht! Binn dann wieder zuruckgegangen auf 2mm federstahl mit hohere drehzahlen und kleinere props. Das ging gut.
Fur mehr als 4S wirde ich dann langsam auf 2.5mm gehen.

my 2 cents.

[Brummer]

Hallo Christian,

was für Kardangelenke werden hier den genommen ?

Grüsse Torsten


Hi,


Dann gibt es noch die Möglichkeit die Welle als doppelkardan Gelenkwelle auszuführen.Heist der Motor liegt dann flach genau parallel zur Wasseroberfläche im Rumpf ,dann kommt das erste Kardangelenk ab dem die Welle dann abgewinkelt zur Motorwelle nach unten geht bis vor den Strut.Vor dem Strut kommt dann das zweite Kardangelenk der dann wieder den Winkel zum parallelen Strut herstellt.
Durch die zwei Gelenke wird der Kardanfehler (nach einem Kardangelenk dreht die Welle je nach Winkel nicht mehr Winkelsynchron zur Motorwelle) ausgeglichen.In Fesselrennbooten wird das so angewendet.Die lange Welle läuft dabei frei und wird nur durch ein Schwirrlager ,dass so plaziert wird wo sich die größte Schwingungsauslenkung ergibt zwischengelagert.Als Schwirrlager reicht eine Bronzebuchse mit gut 1-2 Zehntelmillimeter Lagerspiel.6,5ccm Boote haben 3mm Wellen bei bis 30000 U/min am Propeller.Gelenke aus Silberstahl(Präzisionsrundstahl)der nach dem Abschrecken (Härten) nur ganz leicht angelassen wird.Die sind Sprödhart und sehr verschleißfest.

Ist nur als Anregung ,es muss nicht immer im Bogen verlaufen.

[MathiasMxxx]

wollte jetzt auch auf Federstahl gehen... möchte ich im MTC Antrieb verwenden. MTC bohrt mir eine passende Bohrung anstatt der gewöhnlichen 6,3 mm für ne Flexwelle...

erste Frage: sollte ich lieber 2,5 oder 3mm Federstahl verwenden... gebe etwa 3kw auf die Welle (Leopard 4082)

zweite Frage: zwischen Stevenrohrwelle und Welle v. Motor sind etwa 1cm Höhenunterschied auf 15cm Länge, reicht da der (notwendige?) Biegeradius überhaupt aus?

dritte Frage: Kann ich den Federstahl von Conrad nehmen? sonst kenne ich nur Gundert
http://www.conrad.de/ce/de/product/238109/QUALITAeTS-FEDERSTAHLDRAHT-25X1000-MM/1210090&ref=list

[MiSt]

1cm auf 15cm ist sogar für 2mm Welle eher zu viel. Beitrag #5 gelesen hinsichtlich Fluchtungsthema :cool:?

[Robert]

3kW sagt leider nix aus. Bei welcher Drehzahl fährst du etwa ? Wenn du bei nur 20.000 bis 30.000 fährst, und grossem Propeller(ü45mm) kannst es vergessen mit 2mm. Ob die 2,5 oder 3mm halten kannst du ausrechnen, ein Link vom Thread ist in diesem Thema drinn.

Und was heisst biegen ? Ist der Motoreinbauwinkel schon vorgegeben ? 15cm klingen aber auch mir viel zu klein.

Wenn Conrad Federstahl hat, ja klar. Wenns federstahl ist, hälts auch.

[MathiasMxxx]

1cm auf 15cm ist sogar für 2mm Welle eher zu viel. Beitrag #5 gelesen hinsichtlich Fluchtungsthema :cool:?
hmm ok...

ja schon, aber ohne ikonische Darstellung im Gesamtzusammenhang nicht verstanden :confused: :D


3kW sagt leider nix aus. Bei welcher Drehzahl fährst du etwa ? Wenn du bei nur 20.000 bis 30.000 fährst, und grossem Propeller(ü45mm) kannst es vergessen mit 2mm. Ob die 2,5 oder 3mm halten kannst du ausrechnen, ein Link vom Thread ist in diesem Thema drinn.

Und was heisst biegen ? Ist der Motoreinbauwinkel schon vorgegeben ? 15cm klingen aber auch mir viel zu klein.

Wenn Conrad Federstahl hat, ja klar. Wenns federstahl ist, hälts auch.
oki danke,
etwa bei 30K unter Last, 90cm Mono, 2mm ist schon klar das das nicht hält, ist ja nur die Frage 2,5 oder 3mm
Prop etwa 47mm

Biegeradius
http://www.mmehr.de/modellbau/meineLizzard/21.JPG
ist sehr schräg fotografiert

http://www.mmehr.de/modellbau/meineLizzard/fs.jpg
in etwa so siehts von der Seite aus

der Motorwinkel ist recht flach etwa 10°-15°

[MiSt]

1) Wie kommst Du auf die 3kW?

Ein Wettbewerbs-Mono2 setzt bei 4s ca. 5000mAh in 6 Minuten durch, das sind im Mittel ca. 720W Eingangsleistung (650W im Wasser).

Rechnung dazu: 5000mAh in 6 Minuten ==> 50A im Mittel
4s haben im Mittel 4x 3,6V = 14,4V
==> mittlere Leistung 50A x 14,4V = 720W ~ 1PS

Solche Dinger sind nicht viel kleiner als eine Lizard und haben vergleichbare Propellergrößen bei vergleichbaren Drehzahlen.

Mit wirklichen 3kW würdest Du bei 4s 5000mAh in 1,5 Minuten durchsetzen, bei 8s auch schon in 3 Minuten.

2) Warum willst Du auf Federstahl umbauen? Auch Federstahl rostet und ist daher nicht wartungsfrei.

[MathiasMxxx]

1) Wie kommst Du auf die 3kW?

2) Warum willst Du auf Federstahl umbauen? Auch Federstahl rostet und ist daher nicht wartungsfrei.

1) ~25V max. 120A gemessen. Sind etwa 3000 Watt als Peak.

2) weil ich mir mit Federstahl deutlich weniger Theater verspreche, aber wenn Leute die schonmal beides ausprobiert haben sagen, dass Federstahl nicht weniger Arbeit ist, bleibe ich bei Flex. Außerdem ist es Federstahl deutlich billiger :cool:

alleine was ich schon an Spannzangen durchgejuckelt habe :doh:

[MiSt]

OK, 3kW Peak - das sagt aber nicht viel aus, außer, daß man nun anhand der Drehzahl das Maximaldrehmoment abschätzen kann ...

Federstahl ist nicht ganz einfach zu kuppeln, da der kleine Durchmesser sehr hohe Übertragungskräfte nach sich zieht (und hohe Anforderungen an die Rundlaufpräzision). Meine favorisierte Lösung bei Flexwellen ist inzwischen das Aufkleben eines Endstücks kupplungsseitig, dieses dann abgeflacht und mit normaler Kupplung gekoppelt. Das ist sehr viel billiger als Spannzangen und läßt sich sehr streßfrei demontieren, um die Welle zu pflegen, weil die Marken der Madenschrauben auf der Abflachung sitzen und daher die Demontage nicht behindern - im Prinzip wie bei der Starrwelle. Ein guter Verdrehschutzist es natürlich eh. Aufpassen: Diese "Kuppelhülse" muß durch das Teflon (und die Lager natürlich) ziehbar sein!

Was das "Theater" angeht, sind ausschließlich sehr gerade starre Wellen mit reichlich und gut verteilten, dabei uneingeschränkt rostfreien Lagern streßfrei, alles andere erfordert Pflege.

[Rocky]

Auch wenns nciht direkt zum Thema gehört:
Irgenwas mach ich falsch. Ich teste gerade/wechsel auf Flexund Gleitlager, weil mit starr nur Scherereien hatte. Ich habe 2-3 mal die ganze Wellenanlage gewechselt weil die Lager gefressen hatte. Außerdem hat bis auf die letzte (2mm vorne mit langem 3-fach gleitgelagertem Endstück) alle fürchterlichen Krach gemacht. Bei uns fährt noch ein MSA, die Welle läuft schön ist aber auch nicht mehr demontierbar. Und dann der Ärger mit fressenden Kupplungen....
Bei Flex hab ich immer groß dimensioniert um große Enstücke mit großem Lagerabstand zu haben und die laufen schön. Und wenn was ist kauf ich Ersatzteil, umabauen und fertig und muss nicht erst das halbe Boot zerstören weil ein Bauteil gefressen hat. Die großen Katamarane fahre aber of 2-2,5mm starr, scheinbar hatte ich wohl immer nur sch.... Material erwischt. Daher passt für mich starr und stressfrei nicht zusammen.

[MathiasMxxx]

oki danke euch beiden, habt mich überzeugt :D bleibe bei Flex

gehe jetzt in Serienfertigung und kaufe mir dafür gleich mehrere Stevensrohre, wenn dann wieder was ist, kann ich gleich mehrere auf einmal fertig machen. :bang