Hallo,
für ein Hochschulprojekt im Studiengang Maschinenbau soll eine
Torschussmaschine für ein Fußballclub entwickelt werden. Das Konzept
steht. Jedoch gibt es Probleme bei der Motoren- und Steuerungswahl.
Nach dem gängigen Prinzip der Torschussmaschinen werden zwei
motorisierte Rollen verwendet, die dem Ball eine Geschwindigkeit
verleihen. Durch unterschiedliche Drehzahlen der Motoren soll dem Ball
ein Spin verpasst werden. Also die Drehzahlen der Motoren sollen
variabel sein und an einem Bedienpanel einzustellen sein.
Die Motoren sollten eine Drehzahl von etwa 2000 U/min aufbringen können
mit einer jeweiligen Leistung von 200W.
Idealerweise würden wir den üblichen Wechselstrom 230V bevorzugen.
Nun zur eigentlichen Frage:
Welche Motoren und Steuerung würdet ihr idealerweise verwenden?
Da das Projekt auch mit finanziellem minimalaufwand betrieben werden
soll, sollten die Kosten so gering wie möglich gehalten werden. Für
Motoren und Steuerung maximal 700€. Die Motoren sollten an eine Platte
geflanscht werden (Bauform B5, wenn ich mich nicht irre).
Unsere Idee: Zwei Drehstrommotoren verwenden und Steuerung über zwei
Frequenzumrichter.
Desweiteren gäbe es ja noch die Steinmetzschaltung oder Stern-Dreieck.
Damit könnte man die Motoren Betreiben. Neben dem Leistungsverlust gäbe
es dennoch das Problem der Drehzahlregulierung. Wäre das ohne
Frequenzumrichter möglich?
Was gibt es noch für möglichkeiten?
Gleichstrommotoren mit Transformatoren? 230V Wechselstrommotoren?
Ich bedanke mich vielmals für euer Bemühen.
Daniel
Unsere Idee: Zwei Drehstrommotoren verwenden und Steuerung über zwei
Frequenzumrichter.
ist auch mein Vorschlag.
Die Umrichter können aus 230V gespeist werden. Die Motoren müssen aber
in der Dreieck Schaltung an 230V betrieben werden können (Spannung
230V/400V). Da muss man beim Kauf aufpassen.
Steckt die Energie für den Schuß nicht eher in den rotierenden Massen
der Rollen?
Wenn ja, dann reichen evtl. auch zwei WaMa-Motoren (Allstrom, nix
modernes), da steckt dann der Tacho für die Drehzahlregelung auch schon
drin.
Der Nachteil der Stern-Dreieck-Schaltung ist ja der Leistungsverlust um
1/3. Wird dabei die maximale Drehzahl verringert, oder das Drehmoment?
Konstruktiv wäre natürlich der Drehstrommotor ein wesentlicher Vorteil,
da wir keine CAD-Daten von Waschmaschinenmotoren haben und die
Hochschule auch kein Geld dafür ausgeben möchte. Wird problematisch für
den Fußballverein, der die Maschine bauen soll.
Für zwei Motoren und zwei FU sollte das angegebene Budget ausreichen.
Wobei ein Waschmaschinenmotor bestimmt auch funktionieren würde, da, wie
du es sagst, die Energie in den rotierenden Massen steckt (E-rot =
1/2*I*omega²).
Daniel schrieb:> Wird dabei die maximale Drehzahl verringert, oder das Drehmoment
Weder noch.
Ein Aber gibt es doch: In deinem Fall muss der Umrichter den größeren
Strom der Dreieck Schaltung liefern.
Daniel schrieb:> Der Nachteil der Stern-Dreieck-Schaltung ist ja der Leistungsverlust um> 1/3.
Da verwechselst du etwas. Düsendieb wollte damit nur andeuten, das ein
normaler Frequenzumrichter mit einphasigem 230V Eingang nicht die
benötigte Spannung am Ausgang aufbringt, um einen Motor in
Sternschaltung mit 400V pro Phase zu betreiben, denn ein FU kann eben
höchstens 325Vss (= 230Veff) am Ausgang bringen.
Motoren, die für 400V in Sternschaltung gedacht sind, kann man oft durch
Umklemmen auf Dreieck dann mit 230V pro Phase betreiben - ideal für den
Betrieb am FU für volle Leistung.
S. K. schrieb:> Seit Ihr sicher, das Allstrommotor und Phasenanschnittsdimmer nicht der> bessere Weg zum Ziel ist? Macht jede Bohrmaschine so.
Die Idee gefällt mir auch. Leider sind die Bohrmaschinen meistens so
konstruiert, das das Gehäuse integraler Bestandteil der Mechanik und des
Getriebes ist. Wenn man die Maschine irgendwie einspannen könnte, würde
das vermutlich auch gut klappen, zumal die Dinger ja locker mal 400-500W
leisten und wenig kosten.
So als Idee: Zwei Kafigläufer mit großzügigem Anlaufkondensator, keine
FU,
dafür Halbleiterrelais (SSR) und durch geschicktes Timing des
Hochlaufens und Abschalten die Schwungmassen auf Wunschdrehzahl bringen.
Oder andersrum, Hochdrehen auf Nenndrehzahl und die jeweiligen
Schwungmnassen abbremsen (SSR mit Bremswiderstand), Ballfreigabe/Schuß,
neu Hochlaufen lassen ...
Die gesparten FUs in robustere Mechanik umsetzen ;)
Wir sind von der Idee mit den Drehstrommotoren immer mehr weggekommen
und haben uns den Gleichstrommotoren gewidmet.
Einen passenden Motor mit Flansch hätten wir auch gefunden (24V DC,
240W).
Soweit ich weiß wird die Drehzahl eines Gleichstrommotor über die
Spannung gesteuert. Wie funktioniert sowas? Einfach einen Poti zwischen
Spannungquelle und Motor klemmen? Ich hab hier öfters was von einer PWM
gehört? Wird soetwas benötigt? Wir würden das ganze dann mit zwei
Autobatterien in Reihe versorgen um die Maschine zu mobilisieren.
> Einen passenden Motor mit Flansch hätten wir auch> gefunden (24V DC, 240W).
Damit kannst du ein Modellauto antreiben oder Tischtennisbälle
abschießen, aber sicher keine Fußbälle.
> Soweit ich weiß wird die Drehzahl eines Gleichstrommotor über> die Spannung gesteuert.
Grob betrachtet: ja. Die Drehzahl ist aber auch Lastabhängig.
> Wie funktioniert sowas?
Mit einem PWM Regler kannst du die Drehzahl verändern. Mit einem
(optionalen) Sensor kannst Du die Drehzahl messen und dann mit einer
Regelung konstant halten - falls das überhaupt nötig ist.
> Einfach einen Poti zwischen Spannungquelle und Motor klemmen?
Geht auch, wenn das Poti 120 Watt Verlustwärme ableiten kann. Ich kann
mir so große Potentiometer vorstellen, habe aber noch nie einen Händler
gesehen, der sowas verkauft.
> Wird soetwas benötigt?
Dazu würde ich raten, wenn die Drehzahl einstellbar sein soll. PWM
Regler versorgen den Motor mit kutzen Impulsen, bei denen das Verhältnis
zwischen an und aus variiert wird, um die Drehzahl zu steuern. PWM
Regler geben nur wenig Verlustwärme ab.
> Wir würden das ganze dann mit zwei Autobatterien in Reihe> versorgen um die Maschine zu mobilisieren.
Ok. In diesem Fall würde ich auch die Spannung der Batterien überwachen,
damit sie nicht durch Tiefentladung beschädigt werden. Es gibt auch 24V
Battterien.
Daniel schrieb:> Gleichstrommotoren
Dabei fällt mir die Sparte "Modellbau" ein. Da müsste es doch was geben
inklusive Drehzahl-Steller oder -Regler. Als Stichworte wären da z.B.
Brushless, BLDC erwähnt.
Da soll es auch Motoren mit recht großen Leistungen geben, ein Problem
könnte eventuell die max. Betriebsdauer sein.
Allerdings habe ich in dem Bereich keine konkreten Praxiskenntnisse.
Gruß Dietrich
Dietrich L. schrieb:> Dabei fällt mir die Sparte "Modellbau" ein. Da müsste es doch was geben> inklusive Drehzahl-Steller oder -Regler. Als Stichworte wären da z.B.> Brushless, BLDC erwähnt.> Da soll es auch Motoren mit recht großen Leistungen geben, ein Problem> könnte eventuell die max. Betriebsdauer sein.
...und der Preis und der Maximalstrom. 1kW bei 14V Betriebsspannung sind
nicht sehr lustig. Besonders die Stromversorgung bereitet Kopfschmerzen,
so man keine großen Akkus nehmen will. Der Drehzahlsteller (im
Modellhubschrauberbedarf gibts auch Drehzahlregler) will zudem mit
reichlich Fahrtwind gekühlt werden. Die Welle des Motors und die Lager
werden üblicherweise gewichtsoptimiert ausgelegt, so ein Modellflugzeug
soll ja keine Bleiente sein.
Ach so, und die Drehzahl ist auch nicht ganz ohne und relativ hoch,
erstns weil das Gewicht spart und zweitens müssen die Spitzen des
Propellers fast Schallgeschwindigkeit erreichen, sonst stimmt der Schub
nicht...
Daniel schrieb:> Unsere Idee: Zwei Drehstrommotoren verwenden und Steuerung über zwei> Frequenzumrichter.
möglicherweise reicht es nur einen der Motoren mit einem
Frequenzumrichter auszustatten und den anderen mit konstanter Drehzahl
laufen zu lassen. Motorkondensatoren sind billiger wie
Frequenzumrichter...
Maschinenbauer bleib bei Deinem Eisen und benütze PURE MECHANIK !
Variogetriebe ! Von einem Standardwechselstrommotor angetrieben.
Elektronik ist doch ne schwache Sache ;-(
Erstmal danke für eure Antworten. Das hat Licht uns Dunkeln gebracht.
stefanus schrieb:>> Einen passenden Motor mit Flansch hätten wir auch>> gefunden (24V DC, 240W).>> Damit kannst du ein Modellauto antreiben oder Tischtennisbälle> abschießen, aber sicher keine Fußbälle.
Nichts für ungut, aber warum sollte das nicht funktionieren? Der Motor
soll, wie oben erwähnt, die Rollen lediglich auf Geschwindigkeit
bringen. Bei hohem Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit (... wir
reden hier von einer Drehzahl von 2000 U/min (Energie steigt quadratisch
zur Winkelgeschwindigkeit)) steckt da richtig viel Energie in den
rotierenden Rollen.
Nimm dir mal dein Fahrrad, dreh es zur seite und dreh ein paar mal
ordentlich an der Kurbel. Um das Rad nun auf konstanter Drehzahl zu
halten brauchst du sehr wenig Energie, wie du dann feststellen wirst.
Und nun brems das Rad mal mit der Hand am Umfang ab. Wirst du danach
vermutlich ungern wieder machen.
Und bei guter Wellenlagerung sollten die Reibkräfte auch gering
ausfallen. Dafür sollten die 240W Nennleistung ausreichen.
Würde in meiner Anforderungsliste "Schnellfeuer" stehen, dann würde ich
auch auf einen leistungsfähigeren Motor ausweichen. ;)
Ich habe einige PWM Drehzahlsteller bei conrad und co. gefunden. Würde
soetwas funktionieren?
http://www.ebay.de/itm/40A-10-50V-2000W-MAX-DC-Drehzahlregler-12V-24V-48V-Regler-PWM-Speed-Controller-N-/271413563569
Nach der Lastkennlinie des Motorherstellers hätte ich bei 2000 U/min und
366W einen Strom von etwas über 30A. Der Drehzahlsteller wäre bis 40A
ausreichend.
Senner auf der Heidi schrieb:> Maschinenbauer bleib bei Deinem Eisen und benütze PURE MECHANIK !>> Variogetriebe ! Von einem Standardwechselstrommotor angetrieben.> Elektronik ist doch ne schwache Sache ;-(
Das ist nett gemeint, würde ich auch ganz gerne. Aber das würde etwas
teuer werden. Wenn die Sache mit dem Spin nicht wäre hätte ich beide
Rollen über Zahnräder und Riementrieb mit einem Motor angetrieben. Aber
nein... es muss ja ein einstellbarer Spin sein! ;)
Wenn die Versorgung (el.)zu schwierig oder die Motorleistung zu hoch
wird:
Als Maschinenbauer solltest Du das Prinzip der Schwungmasse kennen. Die
Masse kannst Du relativ einfach in den zwei gegenläufigen Rollen
verstecken.
Wenn ich mal unterstelle, dass der Torwart versucht den Ball zu fangen,
muss er anschließend wieder Aufstellung nehmen. Das dauert aber und
somit wird die maximale "Schussfrequenz" nicht allzu hoch.
>>> Einen passenden Motor mit Flansch hätten wir auch>>> gefunden (24V DC, 240W).>> Damit kannst du ein Modellauto antreiben oder Tischtennisbälle>> abschießen, aber sicher keine Fußbälle.>Nichts für ungut, aber warum sollte das nicht funktionieren?
Ist ein Bauchgefühl.
Dein Bauchgefühl könnte dich täuschen. Ich habe hier eine Anwendung, wo
mit zwei EC-Motoren <100Watt ein schwerer Aludeckel mit >200kg angehoben
wird. Die Auslegung muss natürlich stimmen, sowohl vom Motor als auch
von den mechanischen Komponenten.
Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann
Ich würde gerne einen 24V Trafo verwenden (230V -> 24V) und dann zwei
parallelgeschaltete Spannungsquellen nutzen und dort die beiden
PWM-Module anschließen.
Nun weiß ich nicht, welchen Strom der Trafo haben muss. Der Nennstrom
des Motors beträgt 15A. Würde dabei ein 30A Netzteil reichen?
Die Lastkennlinie des Motors (im Anhang) ist für konstante 24V
dargestellt, was jedoch nicht möglich ist, da die Drehzahl des
Gleichstrommotors ja abhängig von der Spannung ist. Daher kann ich auch
Ich hoffe uns kann dabei jemand helfen. Als Maschinenbauer begibt man
sich recht selten in solche Gebiete... und wenn nur gezwungenermaßen...
;)
Daniel schrieb:> Nun weiß ich nicht, welchen Strom der Trafo haben muss. Der Nennstrom> des Motors beträgt 15A. Würde dabei ein 30A Netzteil reichen?
Ja, einfach die Strombegrenzung des Motorstellers (ein Drehzahlregler
ist bei Gleichstrommotoren unüblich) auf 15A einstellen.
ich hoffe, du weißt, wie du die Motordrehzahl auf den Sollwert regeln
willst, das würde bei einem Drehstrommotor WESENTLICH einfacher gehen.
