Announcement: there is an English version of this forum on Hallo zusammen, ich plane gerade in den Trettraktor meiner Kinder einem Brushless-Motor einzubauen. Als Motor verwende ich folgenden Antrieb an einem 24V Lifepo-Akku: https://www.pollin.at/p/bosch-bldc-motor-f016l68035-36-v-16-11-a-310892 Der Motor hat bei 24V eine Drehzahl von 2700u/min. Da 8km/h genügen sollten ist meine Zieldrehzahl (Umfang des Rades ca. 100cm) ca. 140u/min. Ich bräuchte also eine Untersetzung von ca. 20:1. Meine Frage nun: Wenn ich auf den Motor ein 10'er Kettenritzel packe, und auf die Antriebswelle ein 50'er Kettenblatt montiere, hab ich schonmal mal eine 5:1 Untersetzung. Das wären dann aber immer noch 32km/h Endgeschwindigkeit, was etwas zu heftig für den kleinen Trettraktor ist (bzw. für meine beiden Kindergarten-Jungs). Wenn ich jetzt einfach den Motor "softwaremäßig" über Gaspedal drosseln würde, so dass man nur noch 30% Leistung geben könnte (Pedal mechanisch blockieren bzw. nen kleine ESP32 dazwischenschalten und damit die Pedalkennlinie anpassen), würde ich dann viel Drehmoment verlieren? Ich möchte eigentlich nicht noch eine weitere Kettenblatt-DIY-Untersetzungsstufe einbauen (Geräusche/Platztechnisch/Aufwand). In wie weit hängen Drehmoment und Drehzahl bei Brushlessmotoren zusammen? Linear? Und wenn ja, in welchem Verhältnis? Der Traktor sollte schon ein bisschen Power haben, Kraft/Drehmoment kann man bei so einem Fahrzeug ja nie genug haben. Danke im Voraus!
Für den Motor wird ein Drehmoment von 1,5 Nm angegeben. Nach der Untersetzung 1:5 erhält man 7,5 Nm am Antriebsrad. Radumfang ca. 1m bedeutet ca. 0,16m Radius. 7,5 Nm / 0,16m = ca. 47 N Schub. (ensprechend Gewichtskraft von etwa 4,7 kg) Als sinnvollen Wert für den erforderlichen Schub würde ich mindestens etwa 25% der Achslast anstreben. "Richtig Power" hat man wenn die max. Schubkraft der Achslast entspricht. Dann sind mit weichen Gummireifen -auf Beton- Steigungen bis zur Rutschgrenze möglich. (Hoffentlich sind die Angaben zum Motor richtig und hoffentlich hab ich mich nicht verrechnet.-Also besser eine zweite "Meinung" einholen.) Die Motordrehzahl ist proportional zur Spannung. Das Motordrehmoment ist proportional zur Stromstärke. -Und zu hoher Strom führt zu Überhitzung der Wicklungen....
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Toni T. schrieb: > Das wären dann aber immer noch 32km/h Endgeschwindigkeit, was etwas zu > heftig für den kleinen Trettraktor ist (bzw. für meine beiden > Kindergarten-Jungs). Ich nehme mal an, du baust auch eine Zweikreis-Scheibenbremsanlage ein.
Hans schrieb: > Die Motordrehzahl ist proportional zur Spannung. > Das Motordrehmoment ist proportional zur Stromstärke. > -Und zu hoher Strom führt zu Überhitzung der Wicklungen.... Das heißt also, dass der Motor auch bei nur 30% Regleröffnung das Drehmoment von 1,5Nm hat? Das Gefährt wiegt später bestimmt (mit Kind) 30kg. Also doch noch eine weitere Untersetzung bauen?
Toni T. schrieb: > würde ich dann viel Drehmoment verlieren? Das Drehmoment des amotors bleibt über die Drehzahl weitgehend gleich. Wenn du den Motor auf 33% drosselst statt ein Getriebe 3:1 einzubauen verlierst du 66% vom Drehmoment. Es ist immer eine blöde Idee, einen Motor zu kaufen mit 3-facher Leistung als benötigt bloss weil man sich ein passendes Getriebe sparen will.
Michael B. schrieb: > Das Drehmoment des amotors bleibt über die Drehzahl weitgehend gleich. > > Wenn du den Motor auf 33% drosselst statt ein Getriebe 3:1 einzubauen > verlierst du 66% vom Drehmoment. > Ist das nicht ein Wiederspruch in sich?
Toni T. schrieb: > Das Gefährt wiegt später bestimmt (mit Kind) 30kg. > Also doch noch eine weitere Untersetzung bauen? Ja, eine zweistufige Untersetzung ist empfehlenswert bzw. erforderlich. Vermutlich ist auch darauf zu achten, dass das Kettenrad an der Hinterachse nicht zu gross wird. -Bodenfreiheit! Drehmoment proportional zum Strom bedeutet umgekehrt: Wird ein hohes Drehmoment gefordert (wegen hohem Fahrwiderstand, bergauf, tiefer Boden, Beschleunigung etc.) steigt automatisch der Motorstrom auf möglicherweise unzulässig hohe Werte. Eine Beschränkung der Höchstgeschwindigkeit durch "Anschlag am Gaspedal" ist problematisch. Die Maximalgeschwindigkeit wird dann sehr lastabhängig. Bergauf wird Leistung fehlen. Bergab wird's trotzdem schnell. Mit stärkerer Untersetzung -wie ursprünglich angedacht- ist das nicht so. Günstig wäre ein Motorsteller, der den Maximalstrom (=Drehmoment) begrenzt bzw. bei Überlast -ev. auch bei Übertemperatur- abschaltet. (Kindersicher) Getriebebau ist sicher mühsam und aufwändig - aber meiner Meinung nach hier erforderlich. Alternativ: geringere Betriebsspannung und zweimotorig - spart Differential.
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Toni T. schrieb: > Ist das nicht ein Wiederspruch in sich? Wenn du das dafür hältst, hast du Getriebe und Drehmoment überhaupt nicht verstanden. Eine Untersetzung 3:1 erhöht das Drehmoment fast auf das 3-fache. Ein gedrosselter Motor nicht.
OK, alles verstanden. Ich Bau dann eine zweite Getriebestufe um die Drehzahl rein über die Untersetzung auf das erfolgreiche Niveau zu bringen. Danke euch allen!
Getriebebau: (platzsparend) In der ersten Stufe (ab Motor) genügt eine "kleine und zarte" Kette. Die Kräfte sind hier noch klein - aber die Kettengeschwindigkeit hoch. Eventuell hier Kettenspanner verwenden. In der zweiten Stufe sind grössere Kräfte aber kleinere Kettengeschwindigkeiten vorhanden.
Der Motor dürfte über keine Hallsensoren verfügen. Das sind sehr ungünstige Voraussetzungen für das Anfahren aus dem Stand. Gibt's dazu passende Motorsteller?
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Ich habe den Controller dazu: https://amzn.eu/d/4pTKUoS Der Motor läuft (bislang ohne Last auf der Werkbank )super sauber an. Kein ruckeln, kein fiepen. Ich hoffe das bleibt auch unter Last so.
Toni T. schrieb: > Wenn ich jetzt einfach den Motor "softwaremäßig" über Gaspedal drosseln > würde, so dass man nur noch 30% Leistung geben könnte (Pedal mechanisch > blockieren bzw. nen kleine ESP32 dazwischenschalten und damit die > Pedalkennlinie anpassen), würde ich dann viel Drehmoment verlieren? Vielleicht verlierst Du Dein Kind, wenn da ein Fehler im System ist, dann fährt das Ding mit Maximalgeschwindigkeit!
Hans schrieb: > Für den Motor wird ein Drehmoment von 1,5 Nm angegeben. > Nach der Untersetzung 1:5 erhält man 7,5 Nm am Antriebsrad. > Radumfang ca. 1m bedeutet ca. 0,16m Radius. > 7,5 Nm / 0,16m = ca. 47 N Schub. (ensprechend Gewichtskraft von etwa 4,7 > kg) > Als sinnvollen Wert für den erforderlichen Schub würde ich mindestens > etwa 25% der Achslast anstreben. > "Richtig Power" hat man wenn die max. Schubkraft der Achslast > entspricht. > Dann sind mit weichen Gummireifen -auf Beton- Steigungen bis zur > Rutschgrenze möglich. > (Hoffentlich sind die Angaben zum Motor richtig und hoffentlich hab ich > mich nicht verrechnet.-Also besser eine zweite "Meinung" einholen.) Hallo Hans, da ich jetzt ein 20:1 Schneckengetriebe für den Motor angebaut habe und auch sonst schon etwas weiter bin mit den Komponenten, habe ich Micorosfts-KI (Copilot) mal berechnen lassen was das Fahrzeug denn ziehen kann. Die Antwort verblüfft mich,... angeblich reicht es nichtmal für das eigengewicht des fahrzeugs?!?! Stimmt das? Dann brauch ich garnicht weiter zu machen. :(
1 | Um zu berechnen, wie viel Gewicht dein Fahrzeug ziehen kann, müssen wir einige Schritte durchgehen: |
2 | 1. Berechnung des Ausgangsdrehmoments: |
3 | - Der Motor hat ein Drehmoment von 1,5 Nm. |
4 | - Mit einem 20:1 Getriebe wird das Drehmoment um den Faktor 20 erhöht. |
5 | - Das Ausgangsdrehmoment ist also (1,5 , \text{Nm} \times 20 = 30 , \text{Nm}).
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7 | 2. Berechnung der Zugkraft an der Radachse: |
8 | - Der Radius des Rades beträgt 16 cm, also 0,16 m. |
9 | - Die Zugkraft (F) kann mit der Formel (F = \frac{M}{r}) berechnet werden, wobei (M) das Drehmoment und (r) der Radius ist.
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10 | - (F = \frac{30 , \text{Nm}}{0,16 , \text{m}} = 187,5 , \text{N}).
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12 | 3. Umrechnung der Zugkraft in Gewicht: |
13 | - Die Gewichtskraft (G) wird durch (G = F \div g) berechnet, wobei (g) die Erdbeschleunigung (ca. 9,81 m/s²) ist. |
14 | - (G = \frac{187,5 , \text{N}}{9,81 , \text{m/s}^2} \approx 19,1 , \text{kg}).
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15 | Das bedeutet, dass dein Fahrzeug theoretisch etwa 19,1 kg ziehen kann. Beachte, dass dies eine vereinfachte Berechnung ist und in der Praxis Faktoren wie Reibung, Wirkungsgrad des Getriebes und Bodenbeschaffenheit eine Rolle spielen können. |
Toni T. schrieb: > angeblich reicht es nichtmal für das > eigengewicht des fahrzeugs?!?! Du hast ein 20kg schweres Gewicht, das über eine Umlenkrolle schwebend über dem Abgrund baumelt, und das andere Ende an der Seifenkiste befestigt. Was denkst Du, was passiert, wenn man die Kiste loslässt? Das Teil schießt los! 200N Schub sind schon richtig gewaltig für so wenig Gewicht.
Martin S. schrieb: > Du hast ein 20kg schweres Gewicht, das über eine Umlenkrolle schwebend > über dem Abgrund baumelt, und das andere Ende an der Seifenkiste > befestigt. Danke Martin für deine Antwort, sowas mach ich natürlich nicht :) Dann bezieht sich also auf eine vertikal wirkende Kraft. Wenn das Teil also 11kg leichter wäre, könnte es sogar de Wand senkrecht hochfahren. Mir gings eher darum ob das Teil später das Eigengewicht mit Fahrer(ich denke so 30kg) und nen Anhänger/Schlitten/... ziehen kann. Das sollte ja dann wohl klappen. Bei dem großen Motor/Leistung und der Übersetzung hätte mich die Antwort der KI doch schon sehr verwundert.
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Hast Du eine Federwaage? Häng sie an den Traktor, setz beide Kinder drauf, pack noch nen Sandsack o.ä. als fiktive Motor-Akku-Masse dazu und zieh an der Waage. Dann kannst Du doch ablesen, wieviel "Gewicht" das braucht. Abgelesener Wert * 9,81 ist dann die notwendige Antriebskraft. 600W sind ordentlich viel für so ein Konstrukt. Vermutlich würden 250 locker reichen. Oder gar die Hälfte davon. Mach das Ding jedenfalls nicht zu kräftig. Irgendwann kommen die Kinder auch mal auf die Idee, sich gegenseitig umzufahren. Du willst ja keine Quetschungen.
Toni T. schrieb: > habe ich > Micorosfts-KI (Copilot) mal berechnen lassen was das Fahrzeug denn > ziehen kann. Am besten lässt du die KI auch die Konstruktionspläne machen. Und wenn das Kind bei einem Unfall verletzt wird, kann dir die KI bestimmt auch helfen.
Jetzt machs doch mal halblang. Zu deinen bedenken bezgl. der Sicherheit: Der Motor hat das angegebene Drehmoment von 1,5nm bei 36V. Ich habe nur 24V. Das Schneckengetriebe hat einen Wirkungsgrad von ca. 70%. Also nochmal Verluste. Rechnen wir mal mit dem verringerten Drehmoment von 1nm und dem Verlust durch das Getrieb, sind wir bei nur noch der Hälfte der Kraft. Maximale Endgeschwindigkeit mit ca. 8km/h ist auch für Kinder noch gut steuerbar. Leicht "overpowered" ist das Ding bestimmt, da gebe ich dir recht, aber das sollte sich positiv auf die Lebensdauer von Akku/Motor auswirken und den Fahrspaß auch verbessern wenn das Teil nicht gleich bei der ersten Geländefahrt stehen bleibt. Und bezgl. der KI: KI ist halt die Zukunft, da kommt noch mehr und wir nicht drum herum. Ob das gut oder eher schlecht wird stellt sich noch raus. Ich hab seither damit auch nur wenig gemacht, bin aber immer noch geflasht was da an Antworten rauskommt, auch die Reaktion auch Nachfragen usw. Das ist schon imposant.
Schneckengetriebe haben üblicherweise sogar nur um die 50%. Wenn also 0,75Nm übrig bleiben, sind es an der Getriebeabgangsseite 15 Nm. Mit deinem r=160mm Reifen sind das also runde 100N Vortriebskraft. Das ist gut zu handhaben. Wie machst Du das aber beim Bremsen? Wenn Du mit dem 1:20 Getriebe den Motor abstellst, bleiben die Reifen ja sofort stehen.
Der Hersteller meines Getriebes gibt einen Wirkungsgrad zwischen 63% und 89% an (je nach Übersetzung), wobei größere Übersetzungen einen schlechteren Wirkungsgrad haben sollen. Die 20:1 die ich nutze sind irgendwo im Mittelfeld von dem was die anbieten. Der Sollwert zum Motorcontroller läuft über einen Microcontroller, da habe ich eine kleine Rampe fürs anhalten und eine etwas größere Rampe für Beschleunigung hinterlegt. Selbst wenn man schlagartig vom Gas geht muss man nicht Zwangsnicken, und beim beschleunigen fällt niemand hinten runter. :) Auch so Sachen wie "mit vollgas in Rückwärts schalten" hab ich über den Microcontroller abgefangen.
Ok, dann passt das. Immerhin sollen die Kinder ja auch Spaß mit dem Dingens haben :)
Toni T. schrieb: > Umrechnung der Zugkraft in Gewicht: > Das bedeutet, dass dein Fahrzeug theoretisch etwa 19,1 kg ziehen kann. Hier liegt eine falsche Beschreibung vor! Richtig ist, dass die Schubkraft einer Kraft entspricht, die erforderlich ist um eine Masse von 19 kg zu heben. Es ist nicht das Fahrzeuggewicht gemeint! Das Fahrzeug darf auch sehr viel schwerer sein! 190 N Schub ist für eine Achslast an der angetriebenen Achse von vielleicht 200N (ca. 20 kg) sehr viel. Wahrscheinlich drehen die Räder durch, wenn man das Fahrzeug an einem Seil zurückhält. Für 5:1 hab ich ca. 50N Schub abgeschätzt. Die Rechnung der KI für 20:1 liefert ca. 200N. -Entsprechend dem 4-fachen Untersetzungsverhältnis. Schneckengetriebe ist selbstsperrend! Überlastungen durch Blockeren möglich! Neben den elektronischen Vorkehrungen könnte man auch mit einer Rutschkupplung vorbeugen - z.B. Keilriemen zur Achse.
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Hans schrieb: > Die Rechnung der KI für 20:1 liefert ca. 200N. Da hat die tolle KI einfach mal den Getriebewirkungsgrad vergessen. Hans schrieb: > Schneckengetriebe ist selbstsperrend! Pauschal falsch. Hans schrieb: > Hier liegt eine falsche Beschreibung vor! Habe ich hier schon geschrieben: Beitrag "Re: Drehmoment vs. Drehzahl bei BLDC-Motoren"
Mein Getriebe kann in beide Richtungen verwendet werden, was für meinen Anwendungszweck ja auch notwendig ist. Soweit ich weiß ist das bei selbstsperrenden Getrieben ja nicht möglich. Das von mir verwendete Schneckengetiebe ist also nicht selbstsperrend. Auf dem Teil steht die Bezeichnung HMRV50 falls es jemand interessiert.
>Für beide Laufrichtungen geeignet.
Das ist gut bzw. notwendig.
Selbstsperrend bedeutet -unabhängig davon- ,dass es unmöglich ist, den
Motor durch drehen der Abtriebswelle zu bewegen. Bei einer Untersetzung
von 1:20 wird es sich mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit um ein
selbststperrendes Schneckengetriebe handeln. Dann führt ein Abschalten
des Motors zum Blockieren der Räder und zu entsprechend hohen
mechanischen Belastungen.
-siehe Wikipedia Schneckengetriebe.
Vergleich / Analogie:
Durch Drehen einer Schraube kann man Zugarbeit verrichten.
Umgekehrt wird sich aber durch Ziehen an der Schraube die Mutter nicht
drehen.
Nur wenn die Schnecke bzw. die Schraube eine sehr hohe Steigung hat wird
es nicht selbstsperrend/selbstsichernd sein.
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Sollte ja aber, wenn ich den Motor kontrolliert hoch- und vor allem runterrampen lasse, kein weiteres Problem darstellen. Ganz im Gegenteil: Damit spart man sich die Scheibenbremse, und Handbremse/Parkbremse braucht man dann auch nicht :)
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