Motoren für "Traktor" Lenkung

[White_Fox]

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.

[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.

[maju]

Eine Abschätzung würde ich folgendermaßen angehen: ...

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

Das ist derzeit geplant.

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...

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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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.

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

[ranke]

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

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.

[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. 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

[hbquax]

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

[maju]

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

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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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.

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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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 ...

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

[ranke]

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?

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.

[maju]

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.

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