Redesign eines motorisierten Panoramakopfes (Fotografie)

[ranke]

Meint ihr, es täte statt dem verspannten Axiallager + Kegelrollenlager auch ein einfaches oder zweireihiges Radiallager? Der Rotor ist bis zu 35cm hoch und soll dabei Kameras bis 5kg tragen, sowohl stehend als auch um 90° in die Horizontale gekippt.

Entweder 2 Rillenkugellager oder ein zweireihiges würden wohl genügen, es kommt natürlich auch darauf an, wie die Maße sind, aber festigkeitsmäßig dürften die Lager nicht limitierend sein. Beispiel: ein zweireihiges Rillenkugellager 4204-B-TVH, Innendurchmesser 20mm, Außendurchmesser 47mm, Breite 18mm hat eine statische Traglast (radial) von 12,7 kN (Quelle: www.ina.com). Klar, axial hält das weniger, aber die 50N vom Aufbau merkt das Lager doch gar nicht. Was die Steifigkeit betrifft wird man noch etwas detaillieren müssen. Details um den Spannring (Befestigung an der Motorplatte mit radialen Schrauben, Lagervorspannung durch Madenschrauben) können mich an der Konstruktion auch nicht überzeugen.

[hboy007]

Der Spannring stand auch am Ende der Überlegungen und ist nicht so gelungen. Ich habe ihn nun zur vertikalen Verschraubung ausgeführt, man kann dann ja alles passend drehen und Ringe aus 20-50µm Messingfolie einlegen, um das Spiel zu kontrollieren. Dies wird auch bei optischen Komponenten gern gemacht. Die Ringdicke von Spannring und Riemenscheibe ist harmonisiert, ebenso ist noch eine Abstandshülse an der inneren Welle vorgesehen, sodass axiale Kräfte auf das oberste Kugellager nicht durch das Haften der Hohlwelle am Lagerring sondern durch den Druck durch den oberen und unteren Spannring, vermittelt durch die Abstandshülse vermittelt werden.




Als netten Nebeneffekt reduziert sich die minimale Höhe des Rohlings für die Motorplatte. Danke auf jedenfall für den Hinweis. Ist es nun gut so? Kann ich sonst noch was reißen?

[ranke]

Kann ich sonst noch was reißen?

Ehrlich gesagt, ich glaube ja.
1. Die Flanschverbindung der Motorplatte mit dem neuen Spannring braucht immer noch zuviel Durchmesser. Ich würde versuchen das obere Lager nur mit einem Seegerring zu fixieren, der in einer Ringnut im rohrförmigen Ansatz der Motorplatte sitzt. Der Spannring entfällt damit. Eine Einstellbarkeit (mit Einlagen uder wie auch immer) des Axialspiels würde ich nicht vorsehen, das kann man auch eng tolerieren und es passt, wenn man es zusammenbaut.
2. Axialdrucklager sind eher unüblich für so eine Anwendung. Versuche mal die Konstruktion mit Radiallagern. Ich würde dringend vorschlagen, Du suchst Dir Maße eines passenden Standardlagers aus einem Kugellagerkatalog und konstruierst den Rest darum herum. Erst dann sieht man wo es eventuell eng wird und wo man noch verbessern kann. Radiallager gibt es auch mit beidseitiger Deckscheibe, das verhindert das Eindringen von Schmutz, man braucht sich dann keine weiteren Gedanken über eine Abdichtung machen.
3. Die Lagerung der Schneckenwelle ist mir noch ganz unklar, auch weil ich nicht weiß, wie die Welle(n) sonst gelagert ist (sind). In Deiner Skizze sieht man eine Art Kupplung aus einem Rohrstück und Arretierringen? Das sieht noch etwas halbgar aus und braucht außerdem jede Menge Platz für die Ringe. Das Lager ausgerechnet auf das dünnwandige Kupplungsrohr zu setzen ist auch nicht so das gelbe vom Ei.

[hboy007]

zu 3. und 1. muss ich wohl etwas zum Gesamtaufbau ausholen. Eben habe ich mit einem FEM-Applet (http://www.lnm.mw.tum.de/tm-applets/kontinuum2d.html) eine grobe Simulation der Geometrie versucht und die hat nur mehr meine Befürchtung bestätigt, dass die rohrförmige Ausbildung an der Motorplatte noch nicht weit und dickwandig genug ist.Der Kameraaufbau wirkt nach meiner Auffassung wie ein Hebel, der auf der hellblauen Rotorplatte aufgesetzt ist und durch Unwucht und Gewichtsverlagerung durch ein schweres Objektiv mit einem Angriffspunkt irgendwo in der Mitte des Gebildes auf den Spannring wirkt wie ein Flaschenöffner. Je weiter man die Axiallager nach außen verlegt, umso eindeutiger sind die Kräfte axialer Natur, auch wenn sie auf gegenüberliegenden Seiten in unterschiedliche Richtungen zeigen. Daher habe ich kein gutes Gefühl dabei, den wahrscheinlich aus 3-4mm Stahl ausgeführten und mit 6 oder 8 Imbusschrauben befestigten Spannring (wenn er nur auf dem inneren Rohr aufliegt und die Lager nur in Position hält, spannt er eigentlich nicht mehr sondern ist mehr ein Deckring, aber gut) durch einen Seegerring auszutauschen, obwohl das viel an Höhe sparen würde.
Alternativ könnte man natürlich zwei Radiallager über den inneren Tubus ziehen und das Rotorteile außen aufpressen. Nachdem ich schon einige Radiallager ausgebaut habe, die durch axiale Belastung beeindruckend viel Spiel hatten, hat dieser Lagertyp ungemein Sympatiepunkte eingebüst.

Die Schneckenwelle ist ein wenig das ungeliebte Kind bei dem ganzen Aufbau. Auf den Rotor wird noch ein weiterer Distanzring geschraubt, der das in meinem dritten Beitrag gezeigte Schneckengetriebegehäuse aufnimmt. Dieses beinhaltet eine Schleiflagerung für die Spitze der Schneckenwelle. Das Drehmoment, welches auf die Schneckenwelle wirken wird, ist nicht sonderlich groß. Eine Ungleichverteilung durch Neigung oder Montage des Objektivs auf dem Kameraausleger wird durch eine seitlich angebrachte Untersetzung (Zahnriemen) auf eine horizontale Welle übertragen, die das Zahnrad im Schneckengetriebe dreht. Demnach erfährt die Schneckenwelle vorrangig axiale Kräfte, die entsprechend auf das Messingröhrchen wirken. Bei dem Querschnitt müsste das Röhrchen 3kN wegstecken können (Dehngrenze nach wikipedia), das Radiallager wird,vermittelt durch die Arretierringe und die Distanzhülse, dabei vorrangig axial belastet.

So stelle ich mir nun die Belastung vor und dementsprechend habe ich Wert auf die Proportionen der Komponenten gelegt. Korrigiere mich, falls ich da irren sollte. Ansonsten muss ich nochmal einen Moment über Sinn und Unsinn des Schneckengetriebes nachdenken und dann ist es an der Zeit, sich die Finger schmutzig zu machen

[ranke]

Daher habe ich kein gutes Gefühl dabei, den ... Spannring ... durch einen Seegerring auszutauschen, obwohl das viel an Höhe sparen würde.

Sicherlich bewirkt der Kameraaufbau ein Kippmoment, das zweifellos über die Lager und auch über den Ring aufgenommen werden muß. Bei bekannten Maßen kann man das Kippmoment für einen ungünstigen Belastungsfall rechnen und dann sehen, ob es Schwachstellen gibt. Ich habe Zweifel, dass die Schraubverbindung mehr hält als der Seegerring, ich würde es eher andersherum schätzen. Zumindest würde ich den rechnerischen Vergleich machen, das Gefühl ist da nicht immer ein guter Ratgeber.

Nachdem ich schon einige Radiallager ausgebaut habe, die durch axiale Belastung beeindruckend viel Spiel hatten, hat dieser Lagertyp ungemein Sympatiepunkte eingebüst.

Kaputte Lager habe ich auch schon viele gesehen. Auch hier meine Empfehlung: Auf Basis einer vorläufigen Konstruktion die Lagerlasten berechnen und danach sehen, ob die Lager ausreichend dimensioniert sind. Die Wälzlagerhersteller geben umfangreiche Informationen zur Lagerberechnung, auch wie axiale Lagerlasten bei Rillenkugellagern zu behandeln sind. Mein Gefühl sagt mir, dass man hier gar nicht vermeiden kann, gnadenlos überzudimensionieren (aber wie gesagt: ein Gefühl ist ein Ding, ein Rechenergebnis ein anderes).

Die Sache mit der Schneckenwelle habe ich nicht vollständig verstanden. Das Kugellager wird aber nur geringe Axialkräfte aufnehmen können, weil die Reibung zwischen Innenring des Lagers und Messingrohr sogar bei enger Passung nicht sehr hoch wird, das Messingrohr ist wegen der geringen Wandstärke zu elastisch.

[hboy007]

Das obere Lager ist ein 6200Z, die Axiallager sind 51106 (ID30mm/32mm, AD 47mm, Breite 11mm).



hier ist die Einspannung des Radiallagers zu sehen, die Wellenaufnahme für den Motor, die Distanzhülse, und die Wellenhülse sind als eine Einheit (gelb) dargestellt. Diese Darstellung ist nun Maßstabsgetreu, der Motor hat ein 57x57mm Flanschmaß und eine 6,35mm - Welle.

Ich werde wohl die große Riemenscheibe nur einseitig eindrehen lassen und so weit absenken, dass sie bis auf einen Millimeter an die Motorplatte heranreicht und mit einem eingefetteten Filzring gegen Schmutz abdichten. Das obere Lager ist durch den außen verlaufenden Alu-Distanzring gekapselt. Auf der Höhe des Radiallagers befindet sich später der Steg des Rotors, seitlich auf der Motorplatte folgt der zweite Motor.


ps: vielleicht ein Lager ala 6702-2RS (15x21x4mm), nur zweireihig?
pps: oder doch lieber 6201-2RS (12x32x10mm)?



ppps: wenn ich mir das recht anschaue, könnte ich wirklich aufgeben und zwei 6806-2RS bzw ein 6806-2RSW10 (Radiallager ID 30mm AD 42mm Breite 10mm) verbauen. Dadurch entfiele der Spannring /ggf. lässt er sich durch einen Seegerring ersetzen, bei passend dimensionierter Zahnriemenscheibe entfällt auch der Spacer und der Abstand Motorplatte-Rotorsteg liegt bei weniger als 15mm...

pppps.: Wie wären Schrägkugellager, etwa zwei Stück von diesen hier (etwa http://medias.ina.de/medias/en!hp.ec...H;bL1OEsZKxPi9) oder ein zweireihiges Schrägkugellager - oder Vierpunktlager (diese finde ich jedoch nicht in der schmalen Ausführung)?

Wenn ich diesen Lagertyp verwende: http://medias.ina.de/medias/en!hp.ec...N;bdTHJtaHWkD6 könnte ich zwei stück in eine ausgedrehte Zahnriemenscheibe einpressen und habe axiale wie auch radiale Belastungen abgedeckt.

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Allgemeines zu Lagern, was ich bei der Recherche gefunden habe: http://www.skf.com/skf/productcatalo...ptparent=1_0_1

[hboy007]

Ich nutze nun einmal einen Doppelpost, um auf dieses Dokument einzugehen: http://www.rbcbearings.com/aero-pdfs...ntct_Xtype.pdf

Hier wird im Kern beschrieben, wieso ich keine Radiallager verwenden möchte. Vierpunktlager sind speziell für Misch- und Momentbelastung ausgelegt, stecken aber bei 25,4mm ID nur 20Nm weg, was sich durch ein schweres Objektiv oder eine Videokamera leicht erzielen lässt. Kreuzrollenlager sind für meine Anwendung prädestiniert, aber viel zu teuer. Kegelrollenlager finde ich in schmaler Ausführung nicht und Schrägrillenlager in zweireihiger Ausfertigung scheint es mit den angestrebten Maßen auch nicht wirklich zu geben. Was soll ich nur tun?