RC-Baustelle.de | Druckvorschau: Mitteldifferenzial mit ungleicher Drehmomentaufteilung (Planetengetriebe)

Geschrieben von Freitag am 10.09.2017 um 13:45:

Mitteldifferenzial mit ungleicher Drehmomentaufteilung (Planetengetriebe)

Hallo alle Miteinander,

gerne würde ich Euch mal wieder um Eure Hilfe bitten. Für einen Traktor in 1:8, an dem ich seit längerem baue und plane, würde ich gerne ein Mitteldifferenzial in Form eines Planetengetriebesatzes einsetzen.

Ziel wäre es, das Drehmoment des Antriebs vor allem auf die Hinterachse und weniger auf die Vorderachse zu übertragen, da die Vorderachse im Vergleich zur Hinterachse wohl etwas weniger stabil ist.

Bisher habe ich vorgesehen gehabt:
- Sonnenrad Abgang zur Vorderachse
- der Planetenträger Abgang zur Hinterachse
- Hohlrad als Antrieb bzw. „Eingang“ des Diffs vom Motor/Getriebe

Nun überlege ich seit einigen Tagen, ob das so funktioniert oder ob ich da einen Denkfehler mache und komme zu keinem Ergebnis.

Georg (Fanuc) hat, wenn ich es richtig verstanden habe, in seinem großen 1:5 MAN, den er hier im Forum „Schwerlastzugmaschinen“ vorstellt, das Hohlrad als Abgang zur Hinterachse und den Planetenträger als „Eingang“ des Mitteldifferenzials. Also genau vertauscht zu meinem bisherigen Plan.

Das scheint mir insofern logisch, weil ja bei einem „normalen“ Differenzial – also etwa einem Achsdifferenzial mit Kegelrädern, das keine unterschiedliche Drehmomentaufteilung hat – sich die Drehrichtung zwischen den beiden „Ausgangswellen“ umdreht (wenn es zu einem Ausgleich kommt). Das ist bei Georgs Konzept ja auch der Fall: zwischen dem Abgang zur Vorderachse (Sonnenrad) und dem Abgang zur Hinterachse (Hohlrad) gibt es eine Drehrichtungsumkehr.

Anders dagegen bei meinem bisherigen Plan: Abgang zur Vorderachse (Sonnenrad) und Abgang zur Hinterachse (Planetenträger) drehen sich dabei, wenn es zu einem Ausgleich kommt, gleichsinnig.

Und an dieser Stelle stehe ich nun auf dem Schlauch: Würde das Differenzial so, wie ich es bisher geplant habe seinen Zweck auch erfüllen? Oder wäre nicht gerade der gegenteilige Effekt die Folge und ein Mitteldifferenzial in Form eines Planetengetriebesatzes muss so aufgebaut sein, wie es Georg gemacht hat. Im Moment denke ich, eher Zweiteres, bin mir aber eben nicht ganz sicher.

Vielen Dank schon mal für Eure Hilfe!

Gruß
Tobi

Geschrieben von Jeeper am 10.09.2017 um 19:43:

Hallo Tobi

so wie Du es dir angedacht hast ist es richtig.
VA - Sonnenrad
HA - Hohlrad
Antrieb - Planetenträger

Das Planetengetriebe dient hier nicht dazu die Drehzahlen der Ein- und Ausgänge
zu reduzieren. Die bleiben ja eigentlich gleich. Der Planetenträger bewegt Hohlrad und Sonnenrad in die gleiche Richtung, die Planetenräder wirken als ausgleichendes Bindeglied und verteilen die Kraft entsprechend der Übersetzung.

Grüsse Horst

Geschrieben von JensR am 10.09.2017 um 20:59:

Man kann auch mit so einem Differential Drehzahlunterschiede ausgleichen.
Ist aber in dem Anwendungsfall nicht empfehlenswert, wenn Du eine Sperre einbaust.

Hier eine Darstellung bei Wikipedia:
https://en.wikipedia.org/wiki/Differential_(mechanical_device)#Epicyclic_differential

Bei der Berechnung der Drehmomentaufteilung musst Du neben der mechanischen Belastbarkeit auch das Zugkraftvermögen bedenken. Normalerweise ist die Hinterachse stärker mit Gewicht belastet, kann also auch mehr Zugkraft übertragen.

Und bei ungleichen Raddurchmessern musst Du dann noch bedenken, dass der Hebelarm der Reifen das Drehmoment in Zugkraft umwandelt und Du hast ja dann noch nen Getriebe, das die Vorderräder schneller mit weniger Drehmoment rotieren lässt als die Hinterräder.

Geschrieben von Freitag am 11.09.2017 um 21:38:

Hallo Horst und Jens,

vielen Dank für Eure Erklärungen. Jetzt ist mir das Ganze klarer.
Vielleicht darf ich aber gleich noch an dem, was Du geschrieben hast Jens, anschließen und weiter fragen.

Verstehe ich Dich richtig, dass Dein Hinweis, dass die Hinterachse wahrscheinlich stärker mit Gewicht belastet ist und insofern mehr Zugkraft übertragen kann, dafür spricht, tendenziell eben mehr Drehmoment auf die Hinterachse zu verlagern? Schon oder?

Denn, wenn ich es richtig verstanden habe, ist es doch so: Desto kleiner der Drehmomentanteil, den das Mitteldifferenzial an die HA leitet, desto „früher“ wird, wenn die Zugkraftbelastung steigt, das Mitteldifferenzialdifferenzial Drehzahl und auch Drehmoment auf die Vorderachse leiten.

Welche Drehmomentaufteilung würdest Du bzw. würdet Ihr denn in etwa wählen. Im Moment habe ich eine sehr starke Aufteilung von gut 26% auf die VA und knapp 74% für die HA vorgesehen. Das ist aber ehrlich gesagt nicht das Ergebnis einer zielgerichteten Berechnung, sondern würde sich einfach aus den Teilen der 3-Gang Nabenschaltung, die ich für das Mitteldifferenzial verwenden wollte, ergeben.

Danke und viele Grüße
Tobi

Geschrieben von Unitrac2400 am 12.09.2017 um 12:27:

Hallo Tobi,

die Zugkraft deines Fahrzeuges ist nicht nur von der Drehmomentenaufteilung innerhalb des Umlaufgetriebes abhängig, sondern von vielen weiteren Einflussfaktoren, wie z.B. dem Schlupf der Reifen, der Balastierung sowie dem Schwerpunkt des Fahrzeugs.

Eine Aufteilung von 1/3 VA zu 2/3 HA wäre meine Empfehlung. Um Zugkraft und Lastaufteilung zwischen VA und HA zu optimieren, kannst du Front- und Radgewichte montieren.

In der Praxis wird sich die Funktion des Mitteldifferentials auf Straßenfahrten oder leichtes Gelände beschränken. Fährst du abseits von der Straße oder arbeitest du mit Anbaugeräten auf dem Acker, benötigst du einen vollwertigen Vierradantrieb, d.h. dein Mitteldifferential sollte eine Sperrfunktion besitzen.

Gruß Tobias

Geschrieben von JensR am 12.09.2017 um 13:21:

33% / 67% hört sich auch für mich auf den ersten Blick gut an.

Und ja, eine Sperrfunktion ist sicher notwendig. Ich muss aber zugeben, dass mir es momentan noch nicht klar ist, wie sich das mit beim Planetendifferential beim Sperren verhält.

> Desto kleiner der Drehmomentanteil, den das Mitteldifferenzial an die HA leitet, desto „früher“ wird, wenn die Zugkraftbelastung steigt, das Mitteldifferenzial Drehzahl und auch Drehmoment auf die Vorderachse leiten.

Hm, wenn ich Dich richtig verstehe: So funktioniert ein offenes Differential nicht. Solange es 0% Sperrwirkung hat, ist das Verhältnis der beiden Ausgangsdrehmomente konstant.

Ein "normales" Differential wird deswegen auch "Drehmomentwaage" genannt.
D.h. Deine Drehmomente sind immer identisch.
D.h. steht ein Rad in der Luft, kann es 0Nm übertragen.
D.h. das andere Rad überträgt auch 0Nm.

Beim Planeten-Diff hat eben ein Abtrieb immer (z.B.) doppelt so viel Drehmoment wie der andere. Und irgendwann rutscht eben ein Rad (oder eine Achse) durch und das begrenzt Deine Zugkraft.

google mal
-> planetendifferential sperren
und schau in das Buch von Vieweg, das zeigt einige Planetendiffs.

und mit derselben Suche findest Du auch Dynamik der Kraftfahrzeuge von Mitschke. Er beschreibt mit recht viel Detail die Drehmomentaufteilung bei unterschiedlicher Belastung der Achsen.

Geschrieben von Unitrac2400 am 12.09.2017 um 19:17:

Hallo,

beim Sperren des Differentials werden zwei Glieder des Planetengetriebes über eine Kupplung miteinander verbunden, z.B. die Sonnenradwelle mit dem Steg. Im Modellbau kann man das gut über eine Klauenkupplung realisieren. Welches Moment (Sperrmoment) sich an der Kupplung einstellt, lässt sich durch das Freischneiden der einzelnen Komponenten und das Aufstellen der statischen Gleichgewichtsbedingung berechnen.

Zurück zur Praxis:
Vermutlich wirst du bei deinem Modell keinen Unterschied bemerken, ob die Aufteilung der Drehmomente 33% VA / 66% HA, 25% VA / 75% HA oder 20% VA / 80% HA ist. Den größeren Einfluss auf die Zugkraft hat hier das Gewicht und seine Verteilung und nicht die aufgeführte Momentenaufteilung zwischen VA und HA.

Gruß Tobias

Geschrieben von Freitag am 13.09.2017 um 20:51:

Hallo Jens und Tobias,

vielen Dank für Eure Erklärungen. So ein bisschen muss ich darüber aber glaube ich noch nachdenken und vor allem einen Blick in die beiden Bücher werfen – danke für den Tipp Jens!

Mit der Sperrfunktion habt Ihr sicherlich recht und die ist auch eingeplant. Ich denke, dass ich es erst einmal mit den Komponenten aus der Nabenschaltung und damit der sehr starken Aufteilung versuchen werde. Du hast sicherlich recht Tobias, dass man das beim Modell nicht wirklich bemerken wird, ob 33% zu 66% oder 26% zu 74%.
Der Grund, warum ich gerne ein Planeten-Mitteldifferenzial und nicht ein „normales“ Differenzial bauen möchte, ist auch weniger, dass ich mir von einem höheren Drehmomentanteil auf der Hinterachse eine höhere Zugkraft erhoffe. Die Überlegung war eher, dadurch die Vorderachse weniger stark zu belasten.

Viele Grüße
Tobi

Geschrieben von cat2000 am 14.09.2017 um 17:25:

hallo Tobi
ist ja alles schon sehr kompliziert und irgendwie gibt es immer einen Kompromiss.
warum machst du nicht einfach eine zuschaltbare Vorderachse, mit einem Übersetzungsverhältnis, welches zur Hinterachse passt? Mal ehrlich, wann brauchst du die Vorderachse? Wenn du ja sowieso Schlupf hast, also im Dreck.
Da kannst du ja auch auf das Mitteldiff verzichten , oder sehe ich das falsch?

Gruss Alex

Geschrieben von Freitag am 16.09.2017 um 08:58:

Hallo Alex,

in gewisser Weise hast Du natürlich recht. Es bleibt immer ein Kompromiss. Und Einfacher wäre es, nur eine zuschaltbare Vorderachse zu bauen - sowohl vom Platz, als auch von der Umsetzung her. Aber das wäre ja langweilig ;-)

Nachdem das Original, Fendt 400 Vario, soweit ich weiß einen dauerhaften Allradantrieb mit sperrbarem Mitteldifferenzial hat, habe ich mir eben in den Kopf gesetzt, dass das auch im Modell umgesetzt werden soll. Sollte das nicht klappen, wird es vielleicht doch noch die zuschaltbare VA.

Gruß
Tobi

Geschrieben von cat2000 am 16.09.2017 um 18:17:

hallo Tobi
ja, das kann ich nachvollziehen Freude

Es sind ja gerade diese technischen Details, welche den Reiz ausmachen. Ich bin da halt manchmal ein bisschen zu bequem und wähle dann den einfacheren Weg.
Ich habe da ein ähnliches Problem bei meinem Bell b50 Projekt (1:8).
Ich habe mich für eine zuschaltbare Vorderachse entschieden (ohne sperrbares Zentraldiff) , ist einfach robuster. Und ob ich jetzt das Diff sperren muss , oder die Vorderachse einschalte kommt mir persönlich nicht drauf an.

Gruss Alex

Geschrieben von Lus am 25.09.2017 um 13:54:

Damit das Differential ausgleichen kann, sollte der Drehrichtung schon gegensinnig sein. Die Konsturktion dafürkann aber einfach gehalten sein:
Nimm statt des Planetendifferntials ein gewöhnliches Stirnraddifferential. Über die Zähnezahl der Abgangszahnräder wird das Drehmoment auf die jeweilige Achse festgelegt.
Die Vorteile auf einen Blick:
- Vollwertige Ausgleichsfunktion
- Einfache Konstruktion (keine Kegelräder, keine Innnenzahnräder)
- Keine Axiale Belastung von Lagern oder Wellen
- kompakte Bauweise
- Drehmomentverteilung frei wählbar

Beste Grüsse

Lus