Motoren für "Traktor" Lenkung

Hallo,

Ich bin derzeit voll in der Planung eines elektrischen 4WD Traktors. Das Teil muss man sich in etwa als Zwischending zwischen Aufsitzmäher und Kompaktlader vorstellen.

Das Teil soll "hyper-lenkfähig" sein was heißt, dass es sich praktisch am Stand drehen kann (ich möchte damit in meinem großen Keller auch mal was bewegen können). Somit kann ich keine mechanische Lenkung einsetzen, sondern muss alle 4 Räder ebenfalls über E-Motoren steuern. Das Gerät wird schätzungsweise so zwischen 500-700 kg wiegen, wobei die mechanische Radlast natürlich nicht von den E-Motoren zu tragen ist. Der E-Motor muss nur die Räder drehen können.

Hat hier Irgendjemand eine Ahnung, welche Leistung nötig ist um Kleintraktorreifen zu bewegen, die mit ein paar 100kg belastet sind? Außerdem sollte ich die Räder auch dann noch bewegen können, wenn das Terrain mal z.B. eine Matschwiese ist, in der die Räder ein wenig einsinken.

Frage also: Welcher Motortyp schlagt ihr vor (Getriebemotor)? Hat Jemand Erfahrung welche Leistung ausreichen müsste? Gibt es eventuell fertige Motoren mit eingebauten absoluten Drehgeber (damit ich die Stellung der Räder auch nach dem Aus/Einschalten problemlos feststellen kann)?

Martin

Um auf der Stelle drehen zu können, brauchst du ungefähr so viel Drehmment, wie du für das Durchdrehenlassen der Räder brauchst.
Nimm als Reibwert mal "1" an, das kommt bei Gummi auf Beton ungefähr hin. Daß Drehmoment für ein einzelnes Rad ist Gewichtskraft pro Rad mal Reibwert mal Radradius. Da solltest du dann deutlich drüber liegen mit dem was deine Motoren können, damit du etwas Reserve hast, wenn man ein Sack mehr auf der Schaufel liegt.

Wow! Die Antworten kommen in diesem Forum ja wirklich schnell!

Mit Gewichtskraft meinst Du Newton (also kg * 9,81)?
Den Radius in [m]?

D.h. wenn ich mit Maximum 350kg Belastung pro Rad rechne dann werde ich 350kg * 9,81 * 1 (Reibwert) * 0,25m (Radradius) also > 800Nm Drehmoment benötigen?

Martin

Hallo Martin,
hast du mal an die Möglichkeit gedacht, das ganze mit Hydraulikmotoren zu machen? Richtig teuer wird das Ganze ja sowieso. Es gibt fertige Rad/Motoreinheiten wie sie z.B. bei fahrbaren Hebebühnen benutzt werden. Der Vorteil wäre die Einsparung von der teuren Hochstromelektronik für die E-Motoren. Eine Hydraulikpumpe würde zentral alles versorgen, zwei doppeltwirkende Hebelventile, dann hast du deine Panzerlenkung a la Bobcat.
Gruß,
Robert

Du kannst die Einheiten deiner Wahl verwenden, du musst nur alles korrekt miteinander verrechnen.
Z.B. Masse in kg, Erdbeschleuningung in N/kg und Radius in m, dann ist das Ergebnis in kg*N/kg*m, und das ergibt dann tatsächlich Nm. In deinem Fall 858 Nm, du hast also völlig richtig gerechnet.
Ich würde anstreben, nur jeweils einen Motor pro Seite zu verwenden und dann beide Räder über Kette o.ä. zu koppeln, das vermeidet durchdrehende Räder bei ungleicher Lastverteilung, wie sie bei Loadern ja nun mal vorkommt.

Die ganzen Hydraulikmotoren wie bei den bekannten "Kommunaltraktoren" oder bei den Avant Fahrzeugen, etc sind auf einen Verbrennungsmotor angewiesen. Ich habe noch nie gesehen, dass Hydraulikaggregate von einem E-Motor mit Batterien angetrieben wurde ... und da ich damit in geschlossenen Räumen rumkurven will - und Nichtraucher bin - bleibt mir nur der rein elektrische Antrieb.

Oder gibt es tatsächlich Hydraulikaggregate mit E-Antrieb? Die Effizienz von Hydraulik ist nach meiner Kenntnis katastrophal. Ich denke da reicht kein E-Motor aus, oder?

Martin

Es gibt im Modellbaubereich Leute, die bauen ziemlich große Panzermodelle, die dann auch einige hundert kg wiegen, google doch mal in die Richtung und schau, was die so machen.

Geplant ist, die Räder absolut autark zu halten und nichts mechanisch zu verbinden.

D.h. jedes Rad sitzt auf einem eigenen "Träger" mit dem 5kW E-Antriebs-Motor. Dieser "Träger" wird dann für Kurvenfahrten vom Lenk-Motor gedreht. Ich habe also schlussendlich 4 komplette getrennte Radeinheiten. Die 4 Lenk-Motoren werden über eine Software gesteuert (mach ich vermutlich mit dem Arduino), die je nach Lenkkreis die Position jedes Rad einzeln berechnet und die 4 Lenk-Motoren einzeln ansteuert. Ich habe also nicht nur 4WD Antrieb, sondern auch eine Allradlenkung.

Wenn ich mich mit dem Fahrzeug am Stand drehen will, muss ich die 4 Räder auch unabhängig voneinander per Software auf 45° stellen und die Antriebsmotoren unterschiedlich ansteuern (die linke Seite hat die umgekehrte Richtung wie die rechte Seite).

Wie gesagt ist in diesem Fall keinerlei mechanische Kopplung zwischen den 4 Rädern möglich. Aber das erschlage ich Alles mit der Mikroprozessorsteuerung für die Lenkung. Ich darf nur nicht während der Bestzeitenjagd auf der Nordschleife in einem Atomkrieg mit einem EMP geraten. Da hätte ich dann vermutlich ein Problem mit der Lenkung ;-)

Martin

Klasse Forum!

Hi Martin,
Nee, stimmt nicht. Diese Hebebühnen zb. laufen fast alle elektrisch. Und der Wirkungsgrad von Hydraulik ist gut! Ich glaub du verwechselst das mit Pneumatik, da ist es wirklich katastrophal. Ausserdem lassen sich Hydromotore ganz vorzüglich regeln, mit saftig Drehmoment aus dem Stand.
Elektromäßig hatte ich mal einen sogenannten "Andifant" (einfach googlen). Vom Prinzip her Bobcat, rechts und links je einen (4kw wenn ich mich recht erinnere) 24Vdc Motor, wirkte auf beide Räder über Kette.
Ich "schlachte" übrigens übernächste Woche so eine fahrbare Scherenhebebühne mit zwei Hydroantrieben. Gespeist über 36V E-Pumpe. Die Leistungsdaten habe ich noch nicht, krieg ich aber noch raus. Gesamtgewicht des teils ist übrigens 2,3T.
Gruß,
Robert

Ah, du willst also doch eine mechanische Einzelradlenkung bauen, ich dachte das wird ein Fahrzeug mit Raupenlenkung, das dann wie ein Panzer auf der Stelle drehen soll. Ist zwar mechanisch mehr Aufwand, braucht aber dafür viel weniger Drehmoment.

Viermal 5 kw sind 20 kw, für ein Fahrzeug von weniger als einer Tonne, das wird ganz schön flott. Das ist dann wie ein Fiat Panda.

Zitat:

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Zitat von huluvu

... Elektromäßig hatte ich mal einen sogenannten "Andifant" (einfach googlen). Vom Prinzip her Bobcat, rechts und links je einen (4kw wenn ich mich recht erinnere) 24Vdc Motor, wirkte auf beide Räder über Kette ...

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Sowas in der Richtung "Andifant" sollte es werden. Was hatte dieses Gerät für eine Batterie bzw. Kapazität? Wie lange konnte man damit arbeiten?

Martin

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Zitat:

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Zitat von hbquax

Ah, du willst also doch eine mechanische Einzelradlenkung bauen, ich dachte das wird ein Fahrzeug mit Raupenlenkung, das dann wie ein Panzer auf der Stelle drehen soll. Ist zwar mechanisch mehr Aufwand, braucht aber dafür viel weniger Drehmoment.

Viermal 5 kw sind 20 kw, für ein Fahrzeug von weniger als einer Tonne, das wird ganz schön flott. Das ist dann wie ein Fiat Panda.

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Die Raupen sind mir zu viel Gewürge und haben auf Betonoberflächen oder im Gras zu viel Abnutzung. Möchte mit dem Fahrzeug ja auch vielleicht noch Rasenmähen und nicht nach dem Rasenmähen einen Panzerübungsplatz hinterlassen. Derzeit geplant sind also 4 einzelne Räder die voll beweglich sind und per Software gesteuert werden.

Bzgl. 20kW Maximalleistung: man muss ja nicht immer Vollgas geben ... ;-)

0echanisch einfacher wärs mit Knicklenker, die Lagerung der einzelnen Räder stell ich mir recht anspruchsvoll vor

Zitat:

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Zitat von Vitis

0echanisch einfacher wärs mit Knicklenker, die Lagerung der einzelnen Räder stell ich mir recht anspruchsvoll vor

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Ein Knicklenker war auch mein erster Entwurf den ich relativ lange verfolgt habe, weil es eine sehr einfache Konstruktion ist und trotzdem sehr wendig.
Mit der Zeit bin ich dann aus folgende Gründen davon abgekommen:

1. Das Fahrzeug darf nicht breiter als 90cm und nicht länger als 170cm sein. Bei diesen Abmessungen hast Du bei sehr kleinen Kurvenradien das Problem, dass der Knickpunkt gefährlich nahe an den Kipp-Punkt kommt. D.h. der Knickpunkt wandert an den Rand der Fläche, die von den Rädern eingeschlossen wird. Das wäre beim geplanten Frontlader etwas gefährlich, wenn man im Eifer des Gefechts versucht mit erhobenen Frontlader zu scharfe Kurven zu nehmen.

2. Bei diesen kompakten Abmessungen kann man den Sitzplatz bei einem Knicklenker nur auf der vorderen Fahrzeughälfte planen (auf der hinteren Hälfte bekommst Du Probleme mit den Füssen bei engen Kurven oder aber das Fahrzeug würde sehr hoch). Wenn dann aber noch ein Frontlader angebaut wird, dann befindet sich der Lader direkt vor der Nase des Fahrers, was auch gefährlich sein könnte.

3. Bei der vorderen Sitzposition kann man nur bei abgesenktem Frontlader ein- und aussteigen. Bei erhöhtem Frontlader müsste man dann unter der Last bzw. über oder unter den seitlichen Streben klettern, was mir auch zu gefährlich und mühsam erscheint.

4. Trotz kleinem Wendekreis kann ein Knicklenker nicht auf der Stelle umkehren. Das wäre nur mit einer Panzerlenkung möglich. Panzerlenkung macht aber zu viel Schaden am Untergrund (Rasen, etc).

Aber Danke für deine Frage. Es hilft immer solche Fragen mit Argumenten zu beantworten um das Ganze öfters mal zu überdenken.

Martin

Zitat:

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Hat Jemand Erfahrung welche Leistung ausreichen müsste?

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Eine Abschätzung würde ich folgendermaßen angehen:
Anhaltswerte für den Rollwiderstand F von Luftreifen gibt es z.B. bei Wikipedia, bestimmt findet man auch detailliertere Angaben im Netz.
Der Lastfall "befahren von weichem Boden" wird den höchsten Fahrwiderstand haben, nach dem man den Antrieb auslegen muß. Dazu noch ein Sicherheitsfaktor (der auch die zusätzliche Kraft für eine gewisse Beschleunigungskraft einschließen kann).
Aus dem ermittelten Fahrwiderstand F und dem Rollradius r des Rades ergibt sich direkt das nötige Moment M an der Antriebsachse:
M [Nm] = F [N] * r[m]
Für die mechanische Leistung am Rad braucht man noch die (maximale) Drehzahl des Rades. Es rechnet sich dann: P [Watt] = M [Nm] * n [1/s] * 6,28
Der Faktor 6,28 ist eigentlich 2 * Kreiszahl Pi, außerdem aufpassen dass man die Drehzahl in 1/s einsetzt, nicht in 1/min was häufiger angegeben wird.
Die mechanische Leistung am Motor würde ich versuchen mit einem Sicherheitsfaktor, der die Getriebeverluste berücksichtigt, zu erschlagen.
Für die Auslegung der Elektrik braucht es noch die elektrische Leistung, auch hier würde ich versuchen mit Zuschlägen zu schätzen, oftmals gibt es in Motorkennfeldern auch Angaben zum Wirkungsgrad bei bestimmten Lastfällen, da kommt man schon einigermaßen genau hin.

Hm...wie wäre es, wenn du jedes Rad um 90° schwenkbar in jede Richtung machst?
Es gibt sogenannte Nabenmotoren, die könntest du genau dafür nutzen. Dann hast du sogar schon ein Radlager und mußt dir nur noch Gedanken um die Federung machen.
Solche Motoren sind meist als Synchronmotoren ausgeführt, fertige Regler gibt es für solche Motoren auch.

Rechne aber mal damit, dass dich der ganze Spaß locker mal über 50.000 Tacken kosten wird. Und wenn es nur 50.000 werden kannst du froh sein...


Tante Edit:
Etwas deutlich billiger kommst du weg, wenn du nur zwei Räder antreibst und die anderen beiden Räder starr mitlaufen lässt. Wenn du die Antriebsräder um 90° schwenken kannst, kriegst du auch Wenden auf der Stelle hin, der Wendedrehpunkt würde in diesem Fall zwischen den mitlaufenden Rädern liegen.

Soll das Ding denn außer sich selbst noch etwas anderes bewegen? Der Begriff Traktor impliziert das irgendwie. Das solltest du dann in deine Berechnung des erforderlichen Drehmomentes mit aufnehmen. Ich denke immer noch, ein seriöser Antrieb für ein Arbeitsfahrzeug sollte bei Reibwert eins das Traktionsvermögen voll ausschöpfen können, also die Räder durchdrehen lassen. Allein schon damit du im Normalbetrieb Reserve hast. Bei maximalem Drehmoment geht der Wirkungsgrad eines einfachen E-Motors nämlich total in den Keller, bester Wirkungsgrad ist bei ca. 1/4 des Maximaldrehmomentes.

Zitat:

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Zitat von ranke

Eine Abschätzung würde ich folgendermaßen angehen: ...

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Danke für deine Ausführungen aber ich befürchte fast, dass Du mich falsch verstanden hast. Es geht nicht um die nötige Antriebsleistung des Rades. Die ist mit einem 5kW Motor pro Rad mehr als ausreichend gegeben. Es geht hier rein um einen zusätzlichen "Stell"motor, mit dem ich die Radposition verändern möchte. Diese kann nichts mit der Geschwindigkeit zu tun haben, da die nötige Kraft um ein Rad zu bewegen im Stillstand sicher am höchsten ist und nicht mit der Geschwindigkeit zunimmt.

Martin

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Zitat:

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Zitat von White_Fox

Hm...wie wäre es, wenn du jedes Rad um 90° schwenkbar in jede Richtung machst?

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Das ist derzeit geplant.

Zitat:

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Zitat von White_Fox

Es gibt sogenannte Nabenmotoren, die könntest du genau dafür nutzen. Dann hast du sogar schon ein Radlager und mußt dir nur noch Gedanken um die Federung machen. Solche Motoren sind meist als Synchronmotoren ausgeführt, fertige Regler gibt es für solche Motoren auch. Rechne aber mal damit, dass dich der ganze Spaß locker mal über 50.000 Tacken kosten wird. Und wenn es nur 50.000 werden kannst du froh sein...

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Radnabenmotoren waren zu Beginn geplant. Radnabenmotoren findet man derzeit zu vernünftigen Preisen aber nur für Fahrräder oder maximal Roller. Radnabenmotoren sind extrem kompakt da Sie quasi Felge und Antrieb in einem sind. Der Nachteil ist, dass der Rotor natürlich je nach nötiger Achslast extrem stabil sein muss. Radnabenmotoren für Traktoren gibt es zu kaufen, die kosten aber - wie Du schreibst - pro Motor mehrere K an Euros.

Deshalb habe ich mich für eine andere Konstruktion entschieden. Das Rad wird wie üblich einfach über ein Rollenlager getragen. Auf der Innenseite der Felge befindet sich dann ein Zahnkranz. In diesen Zahnkranz greift dann der 5 kW Standardmotor. Dieser Motor und die Achse des Rades sind fix verbunden. D.h. mit dem Stellmotor drehe ich diese Kombination aus Rad und Antriebsmotor. Der Vorteil:

1. Die Achslast muss nicht vom Antriebsmotor getragen werden.
2. Ich kann Standard-E-Motoren verwenden und brauche keine sündteuren Radnabenmotoren.
3. Mit dem Zahnkranz erreiche ich eine immense Untersetzung. Der Traktor ist für 10km/h ausgelegt und mit der Untersetzung arbeitet der E-Motor mit einem guten Wirkungsgrad auch bei diesen langsamen Geschwindigkeiten.

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Zitat:

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Zitat von hbquax

Soll das Ding denn außer sich selbst noch etwas anderes bewegen? Der Begriff Traktor impliziert das irgendwie. Das solltest du dann in deine Berechnung des erforderlichen Drehmomentes mit aufnehmen. Ich denke immer noch, ein seriöser Antrieb für ein Arbeitsfahrzeug sollte bei Reibwert eins das Traktionsvermögen voll ausschöpfen können, also die Räder durchdrehen lassen. Allein schon damit du im Normalbetrieb Reserve hast. Bei maximalem Drehmoment geht der Wirkungsgrad eines einfachen E-Motors nämlich total in den Keller, bester Wirkungsgrad ist bei ca. 1/4 des Maximaldrehmomentes.

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5kW pro Rad als Antrieb sind sicher mehr als ausreichend ;-)
Die Frage bleibt aber bzgl. dem "Stellmotor" der Räder: Welches Moment wird benötigt um einen Kleintraktorreifen im Stillstand zu lenken (nicht anzutreiben).

Bzgl. Wirkungsgrad: Deshalb der Zahnkranz an der Innenseite der Felge. Damit erreiche ich eine immense Untersetzung und der Antriebsmotor kann in einem Drehzahlbereich mit gutem Wirkungsgrad arbeiten.

Martin

Zitat:

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Es geht hier rein um einen zusätzlichen "Stell"motor, mit dem ich die Radposition verändern möchte.

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Gut, dann ist das schon mal geklärt, ich konnte das aus Deinem ersten Posting nicht klar herauslesen, ob Du Antriebs- oder Stellmotor meinst (und andere, die Dir geantwortet haben offensichtlich auch nicht).

Das nötige Moment für den Stellmotor hängt in hohem Maß von der Lenkgeometrie ab. Im besonderen geht es um den Abstand zweier (theoretischer) Punkte auf der Radaufstandsfläche. Der erste Punkt ist der gedachte Aufstandspunkt der Reifens (der in Wahrheit eine Fläche ist), der zweite Punkt ist der Schnittpunkt von Aufstandsfläche und der etwa senkrechten Schwenkachse des Rades. Dieser Abstand wird in der Fahrzeugtechnik auch Lenkrollradius genannt.
Abhängig vom Lenkrollradius spielen folgende Bewegungskräfte für das Antriebsmoment eine Rolle:

1. Fall, Lenkrollradius = 0:
Hier spielen Antriebs- und Bremskräfte keine Rolle, die Betätigungskraft ist im Stillstand auf griffiger Fahrbahn und bei niedrigem Luftdruck am höchsten. Sie läßt sich aus der Haftreibung Reifen zu Boden und der Größe der Radaufstandsfläche abschätzen.

2. Fall, Lenkrollradius ungleich Null:
Je höher das Verhältnis des Betrags des Lenkrollradius zur Reifenbreite, desto stärker werden die Antriebs- und Bremskräfte auch über die Schwenkachse des Rades und damit über den Lenkantrieb abgestützt. Ist der Lenkrollradius (betragsmäßig) größer as die halbe Reifenbreite, dann dominieren diese Kräfte mit Sicherheit über die Reibkräfte.

Falls die Schwenkachse nicht senkrecht ist, gibt es eine zusätzliche Höhenänderung des Fahrzeugs bei Lenkeinschlag, die ebenfalls ein resultierendes Lenkmoment erzeugt. Bei den geforderten hohen Einschlagwinkeln ist aber ein größeres Abweichen von der Senkrechten kaum sinnvoll.

Fazit für geringe Lenkmomente: Idealerweise Lenkrollradius nahe Null bei nahezu senkrechter Schwenkachse. Das ist in der Praxis oft schwierig zu realisieren, weil dann die Anlenkungen für die Schwenkachse in der Radscheibenebene liegen müssen, wo meistens kein Platz dafür da ist. Diese Anordnung ist auch in anderer Hinsicht günstig (keine Anhängigkeit der Radaufstandspunkte vom Lenkeinschlag, minimaler Platzbedarf für das Rad). Das obere Schwenklager kann evt. auch oberhalb des Rades angeordnet werden.

Hier nochmal ein paar Infos zum "Andifant", obwohl ich denke, dass das für dein Vorhaben eh nicht so relevant ist (Panzerlenkung). Die beiden Motoren haben wie schon gesagt je 4kW. Im Fahrzeug waren original 2 Bleibatterien a 12V, 180Ah verbaut. In meinem Fall war ich auf gebrauchte LKW Starterbatterien a 175Ah angewiesen. Damit konnte ich etwa ne halbe Std. "arbeiten"...wenn´s überwiegend geradeaus ging. Jede Drehung hat gefühlte 5min Akkulaufzeit gekostet. Wobei es sich ja um gebrauchte Akkus gehandelt hat....
Das hier ist vielleicht noch interessant: Ein "Fahrzeug" was deinem Konzept ein Wenig nahekommt...http://www.rumsauer.eu/produkte/spider.html
Eine relativ einfache Möglichkeit auf Lenkrollradius "0" zu kommen und somit die Lenkkräfte gering zu halten, wäre, die Räder/Antriebe schräg zu stellen.
Gruß,
Robert

Formulierungshilfe:

".... einen Kleintraktorreifen zwecks Lenkung um die Hochachse auf der Stelle drehen...."

Das im ersten Posting hätte das ganze Gelaber hier überflüssig gemacht.

Für die Lenkmomentabschätzung: Ich würde vereinfachend annehmen, das eine Kraft, die du mit Radlast mal Reibwert berechnest, auf einem Radius angreift, welcher der halben Reifenbreite entspricht.

Gruß
Nils

Zitat:

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Zitat von hbquax

... Das im ersten Posting hätte das ganze Gelaber hier überflüssig gemacht ...

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Tschuldige. Ich dachte schon der Thread Titel hätte klar gemacht, dass ich nur Motoren für die Lenkung suche und keine Antriebsmotoren.

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Zitat:

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Zitat von huluvu

Hier nochmal ein paar Infos zum "Andifant", obwohl ich denke, dass das für dein Vorhaben eh nicht so relevant ist (Panzerlenkung). Die beiden Motoren haben wie schon gesagt je 4kW. Im Fahrzeug waren original 2 Bleibatterien a 12V, 180Ah verbaut.

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Na ja, dass sind knapp über 4kWh Kapazität beim Andifanten.

Bei meinem Vekikel sind derzeit 12x Versorgerbatterien geplant mit je 12V 100Ah. Das sind >14kWh.
Die "richtige" Lenkung statt der Panzerlenkung wird zudem helfen, erheblich Energie zu sparen so hoffe ich.

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Zitat:

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Zitat von ranke

Gut, dann ist das schon mal geklärt, ich konnte das aus Deinem ersten Posting nicht klar herauslesen, ob Du Antriebs- oder Stellmotor meinst (und andere, die Dir geantwortet haben offensichtlich auch nicht).

Das nötige Moment für den Stellmotor hängt in hohem Maß von der Lenkgeometrie ab. Im besonderen geht es um den Abstand zweier (theoretischer) Punkte auf der Radaufstandsfläche. Der erste Punkt ist der gedachte Aufstandspunkt der Reifens (der in Wahrheit eine Fläche ist), der zweite Punkt ist der Schnittpunkt von Aufstandsfläche und der etwa senkrechten Schwenkachse des Rades. Dieser Abstand wird in der Fahrzeugtechnik auch Lenkrollradius genannt ...

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Danke für deine Ausführungen. Da ich die Räder um 180° bewegen kann, liegt die Lenkachse senkrecht und parallel zum Reifenquerschnitt und ist somit >0. Bei derzeitiger Konstruktion liegt der Lenkrollradius bei 108mm. Zur Berechnung welche Kraft benötigt wird, gehe ich vom "schlimmsten" Fall aus: Gummiräder auf Beton und die Räder blockieren (= drehen nicht mit) während das Rad gedreht wird. Wenn ich den Motor so dimensioniere, dass er das schafft, so bin ich auf der sicheren Seite.

Wichtig sind sicher die Radbelastung (nehme ich mal mit 350kg an => 3500N).
Wichtig ist auch der Lenkrollradius: 108mm
Multipliziere ich die Werte, bekomme ich von der Einheit schon mal ein Moment.

Wo spielt aber nun die Fläche des Reifen bzw. der Untergrund eine Rolle?
Vermutlich gibt's hier einfach einen Faktor, der abhängig ist vom Untergrund und dem Reifen.
Hat hier Jemand eine Ahnung bzgl. der Richtwerte?

Martin

Zitat:

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Wichtig sind sicher die Radbelastung (nehme ich mal mit 350kg an => 3500N).
Wichtig ist auch der Lenkrollradius: 108mm
Multipliziere ich die Werte, bekomme ich von der Einheit schon mal ein Moment.

Wo spielt aber nun die Fläche des Reifen bzw. der Untergrund eine Rolle?
Vermutlich gibt's hier einfach einen Faktor, der abhängig ist vom Untergrund und dem Reifen.
Hat hier Jemand eine Ahnung bzgl. der Richtwerte?

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Das wäre der Reibwert rho, der in der Praxis maximal etwa 1 wird, bei guten Reifen und griffiger Fahrbahn.
Damit rechnet sich das Reibmoment, das die Lenkung aufbringen muß zu etwa:
Mr = m*g*rho*Lenkrollradius = 378 Nm
Die Formel vereinfacht insofern, weil es mit einem Aufstandspunkt des Reifens rechnet, statt mit einer Aufstandsfläche. Das kann man auch leicht daran erkennen, dass das nötige Lenkmoment nach der Formel Null wird, wenn der Lenkrollradius Null gewählt wird. Das ist natürlich unrichtig. In diesem Fall wäre dann die halbe Reifenbreite als "Ersatzradius" anzusetzen.

Zitat:

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Zitat von ranke

Das wäre der Reibwert rho, der in der Praxis maximal etwa 1 wird, bei guten Reifen und griffiger Fahrbahn.
Damit rechnet sich das Reibmoment, das die Lenkung aufbringen muß zu etwa:
Mr = m*g*rho*Lenkrollradius = 378 Nm
Die Formel vereinfacht insofern, weil es mit einem Aufstandspunkt des Reifens rechnet, statt mit einer Aufstandsfläche. Das kann man auch leicht daran erkennen, dass das nötige Lenkmoment nach der Formel Null wird, wenn der Lenkrollradius Null gewählt wird. Das ist natürlich unrichtig. In diesem Fall wäre dann die halbe Reifenbreite als "Ersatzradius" anzusetzen.

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Danke für die Hilfe.
Ich denke alle Parameter die das Drehmoment erhöhen, kann ich vernachlässigen, da im Normalfall ja die Räder nicht blockierend über den Asphalt radieren müssen sondern ich die Steuerung so programmiere, dass ich die Räder leicht antreibe in Richtung der Lenkbewegung. Somit dürfte das eigentlich benötigte Lenkmoment um Potenzen niedriger sein als bei der Annahme.

Ausserdem: Da die Lenkbewegung ja nicht sehr schnell sein muss, kann ich den Motor über ein Zahnrad untersetzen. Bei einer 10:1 Untersetzung reicht somit ein Motor mit einem Moment von 30-40Nm ohne Probleme aus.

Nochmals vielen Dank für eure Hilfe.
Jetzt kann ich mal was bestellen ohne viel zu raten und werde sehen, wie das in der Praxis funktioniert.

Martin

Zitat:

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Ich denke alle Parameter die das Drehmoment erhöhen, kann ich vernachlässigen, da im Normalfall ja die Räder nicht blockierend über den Asphalt radieren müssen sondern ich die Steuerung so programmiere, dass ich die Räder leicht antreibe in Richtung der Lenkbewegung. Somit dürfte das eigentlich benötigte Lenkmoment um Potenzen niedriger sein als bei der Annahme.

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Die Strategie, den Antrieb so zu steuern, dass er die Lenkbewegung unterstützt, wird wahrscheinlich nicht in allen Fahrzuständen gut funktionieren. Du mußt auch bedenken, dass die normalen Antriebskräfte ein rückwirkendes Moment auf die Lenkung aufbringen, die der Lenkmechanismus abstützen muß, selbst wenn eine Richtungsänderung gar nicht gewünscht ist. Jedesmal wenn Du an einem Rad "Vollgas" gibst, muß der Lenkmechanismus dieses Rads ca. 380 Nm abstützen nur um die Richtung beizubehalten! Das könnte man zwar mit einem selbsthemmenden Getriebe abfangen, das ist aber vielleicht keine gute Idee. Selbsthemmende Getriebe haben generell eine erhöhte Reibung, wenn man dann gegen das volle Antriebsmoment gegenlenken muß, ist das vom Lenkmotor aufzubringende Moment noch größer als abgeschätzt.
Da Du den Antrieb recht großzügig dimensioniert hast, werden solche Momente regelmäßig auftreten, ein zusätzlicher Sicherheitszuschlag ist meiner Meinung nach durchaus gerechtfertigt.

Zitat:

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Da die Lenkbewegung ja nicht sehr schnell sein muss, kann ich den Motor über ein Zahnrad untersetzen. Bei einer 10:1 Untersetzung reicht somit ein Motor mit einem Moment von 30-40Nm ohne Probleme aus.

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Das ist sicher richtig. Das Lenkgetriebe muß eben so dimensioniert werden, dass es die nötigen Momente aushält. Wenn man sich eine brauchbare Winkelgeschwindigkeit für die Schwenkbewegung überlegt und einen Zuschlag für die Getriebeverluste einrechnet sieht man schnell, welche Motorleistung für die Lenkung installiert werden muß. Aufgrund dieser Überlegung sucht man sich einen geeigneten Motor und hat dann alle Daten um das Lenkgetriebe rechnen zu können.

Zitat:

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Zitat von ranke

Die Strategie, den Antrieb so zu steuern, dass er die Lenkbewegung unterstützt, wird wahrscheinlich nicht in allen Fahrzuständen gut funktionieren. Du mußt auch bedenken, dass die normalen Antriebskräfte ein rückwirkendes Moment auf die Lenkung aufbringen, die der Lenkmechanismus abstützen muß, selbst wenn eine Richtungsänderung gar nicht gewünscht ist. Jedesmal wenn Du an einem Rad "Vollgas" gibst, muß der Lenkmechanismus dieses Rads ca. 380 Nm abstützen nur um die Richtung beizubehalten! ...

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Annahme ist, dass die auftretenden und auf den Lenkmotor rückwirkenden Momente aus der Fahrdynamik nie höher werden können, als das der Reifen die Haftung verliert. Da der Lenkmotor auf die Haftungsgrenze der Reifen ausgelegt ist, fühle ich mich hier auf der sicheren Seite.

Da die Lenkmotoren über eine Mikroprozessorsteuerung geregelt werden, sollten entstehende kleinere Positionsänderungen der Lenkung durch Antriebskräfte auch sofort korrigiert werden, da der Mikroprozessor ja ständig dafür sorgt, dass die Motoren in der von der Lenkung vorgegebenen Stellung sind.

Auch rückwirkenden Momente aus der Fahrdynamik (= Kurvenfahrten oder "Vollgas" aus dem Stand bei eingeschlagenen Rädern) dürften auch deshalb gering sein, weil ich die Antriebe der 4 Räder ebenfalls über einen Mikroprozessor gesteuert werden. D.h. je nach Lenkeinschlag wird der durch den Lenkeinschlag gewünschte Kurvenradius berechnet und der Umfang dieser je nach Rad unterschiedlichen Lenkkreise in Relation zueinander gesetzt. Das Rad auf dem größten Kreisradius bekommt 100% der gewählten Antriebsleistung und die anderen Räder nur die aliquoten Anteile laut Verhältnis der Lenkkreise. So verhindere ich das Durchdrehen der inneren Räder auch bei sehr engen Kurven und somit sicher auch eine deutliche Verminderung von rückwirkenden Momenten auf die Lenkung durch die Fahrdynamik.

Trotzdem Danke für den Hinweis. Mal sehen ob ich einen Motor finde, der über eine ausreichende Eigenhemmung verfügt, damit die Steuerung nicht ständig nachregeln muss.

Martin

Zitat:

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Zitat von huluvu

Nee, stimmt nicht. Diese Hebebühnen zb. laufen fast alle elektrisch. Und der Wirkungsgrad von Hydraulik ist gut! Ich glaub du verwechselst das mit Pneumatik, da ist es wirklich katastrophal. Ausserdem lassen sich Hydromotore ganz vorzüglich regeln, mit saftig Drehmoment aus dem Stand.
Elektromäßig hatte ich mal einen sogenannten "Andifant" (einfach googlen). Vom Prinzip her Bobcat, rechts und links je einen (4kw wenn ich mich recht erinnere) 24Vdc Motor, wirkte auf beide Räder über Kette.

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Hallo Robert,

Das mit dem elektrischen Hydraulikaggregat will ich aber trotzdem noch nicht ganz vergessen ...

Da ich mit Hydraulik keine Erfahrung habe, bitte mal meine folgende Berechnung überfliegen:
Da mein "Fant" ja nach wie vor Allrad haben soll, benötigt ich also für den Antrieb 4 Ölmotoren.
Wenn ich mal ins Blaue google, finde ich hier Ölmotoren mit einem "Schluckvolumen" von z.B. 36 cm3/U.
Leider finde ich bei den Ölmotoren keine Infos was das an Leistung bedeutet ... Reicht ein solcher Ölmotor aus für einen 4WD Traktor?

Bei einer Geschwindigkeit von 10km/h (= ca.2.75m/s) und einem Raddurchmesser von ca. 0.5m sind das also ca. 1.75 U/s pro Ölmotor.
Ich benötige also für den Antrieb mindestens ein Aggregat mit ca. 15l/min Volumenstrom nur für den Antrieb. Ist das korrekt?

Da die Antriebsleistung zweifellos über das Ölaggregat aufgebracht werden muss und hier noch ein Frontlader betrieben werden soll, denke ich mal dass ich ein Ölaggregat benötige, dass mal mindestens 10kW Leistung hat und 20-25l/min bringen muss. Wo finde ich Ölaggregate mit diesen Eckdaten und was kosten die (Richtwerte), damit ich mal die Kosten gegenüberstellen kann?

Martin

Hi Martin,
für die Berechnungen gehst du am besten mal auf die Seite von SAUER DANFOSS. Das ist DIE Marke für Orbitalmotoren, sprich Hydraulik- oder Ölmotoren. Da gibt es pdf´s und Tabellen ohne Ende.
Ich habe mittlerweile die hebebühne von der ich erzählt habe, geschlachtet. Zwei Motore mit Rädern sind dabei, sowie zwei Hydraulikpumpen a 36Vdc/52A. Der komplette Schaltkasten fehlte, so dass ich nicht weiss, ob die Pumpen immer gleichzeitig liefen oder getrennt geschaltet wurden. Daten zu Schluckvolumen, Leistung der Motore habe ich noch nicht, es ist ein amerikanisches Fabrikat. Bezeichnung und Fotos folgen.
Ganz fette E-Pumpen gibt es in großen Staplern, oft sehe ich sowas auf Schrottplätzen in sehr gutem Zustand. Habe ich aber nie mitgenommen weil sich sowas schlecht verkaufen lässt...ich halt aber mal die Augen offen.
Gruß,
Robert

es gäbe noch ne Alternative zu der ganzen Lenkungskonstruktion:

http://www.youtube.com/watch?v=IlmKcohyXG0
http://www.youtube.com/watch?v=CjcyHicm3NA

Zitat:

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Zitat von Vitis

es gäbe noch ne Alternative zu der ganzen Lenkungskonstruktion:

http://www.youtube.com/watch?v=IlmKcohyXG0
http://www.youtube.com/watch?v=CjcyHicm3NA

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Roboter mit diesen Schwedenräder habe ich schon bei kleinen Bausätzen gesehen.

Soviel ich weiss, haben die Rollen auf den Rädern aber keinen Antrieb bzw. Bremse. Wenn man ein solches Fahrzeug also auf einen schrägen Untergrund setzt, rollen die unkontrolliert den Anhang runter. Das ist für ein landwirtschaftliches Fahrzeug leider unbrauchbar.

nee, in der Schräge rollen die nicht weg, weil die Rollen gegenläufig angeordnet werden. Aber einigermaßen fest sollte der Untergrund wahrscheinlich schon sein. Bei Querfeldeinfahrt gehts vermutlich nur vor und zurück, lenken eher unwahrscheinlich.