Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

[Muki19]

Wäre dieses Kombi-Lager aus Freilauf+Kugellager im Heli geeignet?
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Laut Datenblatt ist das CSK17 für 24,5Nm ausgelegt.
Die NadelFreilaufhülse "HF1616" ist die mir bekannteste größte Version von den Freiläufen die man im Heli meistens findet.

Das Problem ist bei mir aber das meine Freilaufnabe in der höhe sehr begrenz sein muss. Ich hätte kein platz für die HF1616 Hülse mit jeweils 2 Lagern oben/unten.

Max. dürfte meine Nabe 30mm hoch sein und soll HZR sowie ein Auro-Zahnrad tragen.

Mit Hülse und Lagern würde ich auf 26mm kommen und dann müste noch die Bohrung zum befestigen mit der Welle zwischen.

Mit dem CSK17 lager würde ich auf eine Höhe von 17mm kommen, da kann ich mir ein 2. Lager sparen da eins bereits selbst im Lager ist. Im Durchmesser ist sogut wie alles offen.

Wieviel Nm sollte so ein Freilauf aushalten im 700er/800er???
Alternativ könnte ich auch ein "CSK20" und hätte 40Nm, das wäre das doppelte von so einer HF1616 Hülse.

Der einzigste Nachteil ist das Gewicht. Das CSK17 wiegt schon 70g und das CSK20 dann 110g.

[DiKey]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Wieviel Nm sollte so ein Freilauf aushalten im 700er/800er???

Das kommt ganz drauf an ...
..... welcher Flugstil
..... was bringt der Motor
..... usw.

Daher wird es keine endgültige Aussage geben können - 32,5Nm und es passt.

Als Ansatzpunkt würde ich a) die Motorleistung und b) die für den Flug(stil) nötige Leistung nehmen.

Grundsätzlich gilt die Formel P=M*2*Pi*n
P .... Leistung in W
M .... Moment in Nm
n .... Drehzahl in 1/sec

a)
ich nehme an, dass der Freilauf direkt auf die HRW greift (wenn nicht Drehzahl entsprechend ändern) und der Motor eine max. Leistung von 5kW hat und mit einer Kopfdrehzahl von 1800RPM geflogen wird (beide Werte sind frei erfunden).
Daher: 5000 W = M * 2 * PI * (1800/60) --> M = (5000 * 60) / ( 6,28 * 1800) = 26,5 Nm

b) ist nMn schwerer abzuschätzen
für "normalen" Flugstil (Rundflug und Schweben) sind 100 bis 150 W pro kg nötig. Zur Sicherheit sollte für die Auslegung der Wert x2 genommen werden --> 200 - 300W/kg (als Basiswert für Rundflug).
Bei härterer Gangart kann das ganz schön nach oben gehen. Ich schätze für Kunstflug x3 und bei 3D ist die Skala nach oben offen.

Daher ist die benötigte Leistung für Kunstflug
P = m [kg] * 250 [W/kg] x 3 --> P = 5 kg * 250 W/kg * 3 = 3750W

und mit diesem Wert in die obrige Formel:

M = (P * 60) / (2PI * n) = 19,9 Nm


Damit hast du eine Abschätzung des nötigen Moments (außer ich hab mich verrechnet)


Dietmar

[Muki19]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Der Freilauf ist ja aufgebaut wie ein Kugellager. Da erst ab Innendurchmesser 17 (CSK17) genug Drehmoment vom Freilauf angegeben wird (24,5Nm) muss da also eine Stahlhülse her die dann auf D10 bzw. D12 (je nach Rotorwelle) reduziert.

Das CSK17 hat die Abmaße 40x17x12 und 24,5Nm. Auf anderen Shopseiten stand mal 30Nm...

Das CSK20 hat die Abmaße 47x20x14 und ist mit 40Nm angegeben.

Wie grenzwertig sind den bisher die Freilaufhülsen in den 700er Heli's?
Man ließt ja schon das ein oder andere mal das sie kaputt gehen oder sie durchrutschen.

Ich würde so ein CSK-Lager in der "PP" Variante bestellt und das Lager eingepressen+Nutenstein, dann kann das Lager innen sowie außen am Ring nicht durchrutschen.

Gibt es noch andere Alternativen zu den Freilaufhülsen die am Ende eine flache Bauhöhe haben? das Problem ist nur das die Hülsen zusätzlich noch 2 Lager brauchen.

Der Nachteil bei den CSK-Lagern ist, das sie im Vergleich zu den Hülsen viel schwerer sind.

[Muki19]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

So würde jetzt die Hülse aussehn in die später die Rotorwelle kommt und mit einem 3mm bzw. 4mm Stift verbunden wird. Da wo der Stift durchkommt soll auch das Auro-Zahnrad drauf damit es mit der HRW mitdrehend ist und nur der Antrieb soll ein Freilauf bekommen. (Bisher dreht der Heckrotor bei AR nicht mit).



Bei den Freilaufhülsen hat man auch so eine Hülse, in der Regle aus Stahl und gehärtet.

Bei den CSK-Lagern könnte ich die Hülse doch aus ALU 7075 machen oder? Das Würde das Gewicht deutlich reduzieren und ich könnte auch das CSK20 verwenden.

Auf den oberen Zapfen kommt dann ein 2.Kugellager mit 24x15x5. Dann sollte das Zahnrad ausreichend gelagert sein ohne das es wackelt.

Das HZR wollte ich bei Mädler bestellen, es soll ein Z100 sein in Modul 1 und aus POM mit einer Zahnbreite von 15mm, das Ritzel hat glaube ich 14mm Zahnbreite.

Das Auro-Zahnrad soll später 5mm Zahnbreite haben und muss ebenfalls Z100 und Modul 1 haben.

Am ende soll zwischen den Zahnrädern nur 1mm Luft sein damit ich auf max. 21mm Höhe komme. (wie gesagt wenig Platz vorhanden).

DasHZR wird später innen auf D65mm aufgefräst und soll mit 8 M3 Senkschrauben auf die Alu-Nabe kommen.

Die sieht in etwa so aus:

Da soll dann das CSK17 Lager und das Kugellager 24x15x5 rein. Und dann das ganze auf die Hülse.

Der Bund an der Nabe soll 4,5mm Werden damit ich dort 1,5xD Gewindetiefe habe.

So sollte das in etwa Fertig aussehn ohne das Auro-Zahnrad:




Die Aufnahme für Das Aurozahnrad soll dann auf die Hülse kommen und oben aufliegen dmait es nicht nach unten rutschen kann, vielleicht werde ich noch ein Ring oder sowas dazwischen machen damit der freilauf mit dem HZR nicht nach oben gegen das Auro-Zahnrad rutshen kann. Oder ich klebe alle Lager fest und dann ist auch gut.

Jetzt ist blos die Frage ob die blaue Hülse aus hochfesten ALU sein kann oder nicht?

Hier nochmal alles im Schnitt:


Die Gesamthöhe wäre bis dahin 27mm.
Nun ist die Frage ob der Freilauf 40Nm oder 24,5Nm haben sollte....Die HF1616 haben zum vergleich nur 20,5Nm

[DiKey]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Hallo,
ich hab kurz über deine ßberlegungen drüber geschaut und nehme an, dass du ein einstufiges Getriebe realisieren willst. Richtig?

Zu der Freilaufhülse aus ALU:
Wie willst du den Freilauf mit der Hülse verbinden? Presspassung oder mit Keil?
Alu - Stahl Presspassung hab ich keine Erfahrungen ob das auf Dauer hält; müsste man sich genauer anschaun.
Keilverbindung in Alu halt ich für suboptimal; da kommen ganz schöne Belastungen auf die kleine Keilfläche und ich fürchte das hält nicht lang. Das sollte berechnet werden.
Außerdem müsste die Lochleibung berechnet werden die durch die Stiftverbindung Hülse - HRW entsteht; da könnte auch eine Schwachstelle sein.

Meiner Meinung nach konstruktiv idealer wäre ein zweistufiges Getriebe mit dem Freilauf auf der Zwischenwelle. Warum?
Freilauf auf HRW: P= 4000W n=1800 1/min ï?  M=21,2Nm
Beispielhaft nehme ich eine Gesamtuntersetzung von 8:1 an. Gleichmäßig verteilt auf 2 Stufen.
n(HRW) = 1800 1/min
P(HRW)=4000W
n(Zwischenwelle)=7200 1/min
Da die zu übertragende Leistung gleich bleibt
M(Zwischenwelle) = (P * 60) / ( 2PI * n) =( 4000 * 60) / (2PI * 7200) = 5,3Nm

Und du bist mit den Freiläufen absolut auf der sicheren Seite!
Oder (falls du das irgendwie schaffst unterzubringen) den Freilauf direkt auf die Motorwelle; dann hättest du nur noch 2,6Nm. Da dürfte aber der Platz der limitierende Faktor sein.

Dietmar

[Albert]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Also mal meine Meinung dazu:

Bis vor wenigen Jahren haben in einem 60er Heli noch ein HF1012 gearbeitet mit 5,3Nm. Ebenso waren im Logo 600 nix anderes verbaut, wobei dort inzwischen 2 Stück drin sind (also 10,6Nm). Problem ist allerdings, dass diese Hülsenfreiläufe wie auch Nadellager eine dünne Stahlhülse aufweisen, die erst durch den Einsatz in eine entsprechende Passung die Tragfähigkeit des HF ergibt. Wenn die Nabe aus dünnwandigem Aluminium ist, bringt im Regelfalle nichts. Bezogen auf den Logo-Freilauf: wäre die Nabe aus Stahl, würde das Freilauflager deutlich mehr aushalten.

Sehr beliebt aktuell sind die Klemmkörperfreiläufe von GMN und dort der FE 422 M. Das bedingt aber immer eine Lagerung und gehärtete Laufbahnen. Dort liegt das Drehmoment bei 59Nm. Gibt's auch mit Lagerung für einen 10er Welle, ist dann aber 27mm hoch.

Daher finde ich den Freilauf von dir eine sehr interessante Alternative und mit 24,5 Nm sicher nicht unterdimensioniert.

Die Rechnung von Dietmar in seiner ersten Antwort zeigt das auch sehr schön. Wobei man halt Ausgangsleistung nicht mit Eingangsleistung gleichsetzen sollte und 5 KW reine Wellenleistung direkt am Hauptzahnrad sind schon ganz ordentlich

[DiKey]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Wobei man halt Ausgangsleistung nicht mit Eingangsleistung gleichsetzen sollte ...

Hallo,

stimmt, man kann meinen Text so lesen - da hab ich mich unklar ausgedrückt.
Die von mir gewählten Zahlenwerte sind ja auch nicht als "feste" Werte zu lesen sondern sollen nur die Berechnungen verdeutlichen.

Dem Einwand von Albert folgend müsste bei der ersten Rechnung für den Motor P(in)=6,6kW bei einem Eta= 75% (Alle Verluste eingeschätzt) P(out)= 5kW stehen.


Rechnet man mit P(in)= 5kW und eta=75% auf den Moment kommt man ziemlich genau auf den Moment der im zweiten Teil der Abschätzung steht 19,9Nm.

Die ganzen ßberlegungen / Rechnungen müssen mit den realen Werten nachvollzogen werden. Nur dann kann eine sichere Antwort gegeben werden.

Aber ich stimme Albert zu, mit den vorliegenden Informationen sollte der Freilauf mit 24,5Nm sauber dimensioniert sein.

Dietmar

[Muki19]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Habe heute früh noch das CSK17 Lager bestellt, auch aus dem Grunde, wenn ich den Platz für den Hülsenfreilauf HF1616 gehabt hätte hätte ich den verbaut und der hat etwas weniger als das CSK17 Lager jetzt, also denke ich mal das es reichen wird.

Es soll am Ende eh blos für ein "normalen" Heli (800er, 3-Blatt, 1100rpm) sein der einfach nur fliegen soll und das möglichst zuverlässig.


Habe heute mal die ersten Teile gefräst:




Habe an der Glocke die Position für das 2. lager geändert und es nach oben genommen, dadurch wird nochmals der Lagerabstand etwas größer und die 2 Lager können sich später nich in die quere kommen.
Wenn das CSK17-Lager kommt kann es auch gleich verbaut werden.

Hierfür wollte ich das CSK17-Lager: Pessen+Kleben+Sicherungsstift gegen verdrehen.
Habe zum kleben 0,02mm tief kleine Rillen eingefräst die später den kleber aufnehmen sollen, da beim pressen ja kein kleber irgendwo zwischen kann.

Laut Datenblatt soll die Nut am Aussenring 2mm Breit sein, da habe ich ein 2,5mm Stift so eingebracht das genau 2mm Breite vom Stift in die Passung stehn. Der Stift ragt somit genau 0,5mm in die Passung rein und das Lager müste den Stift schon abscheren damit es da durchdrehen kann.

Innen kommt später kein Stift zum Einsatz. Ich habe in die Hülse jetzt ein Radius eingefräst der genau wie die Nut im Lager 5mm Breit ist. da Werde ich ein Keil fräsen der ganz genau da rein kommt. Der Keil bekommt auch die gleiche Rundung und liegt dann 100% an und hat eine viel größere Fläche als wenn es nur eine kleine Kante seitlich sein wurde.

Die gesamte Baugruppe ist jetzt 27mm hoch.

Am Ende wird das ganze mit einem 4mm Stift versehn, der Stift wird das Auro-Zahnrad+Hülse+Rotorwelle verbinden, außerdem wird das Teil was das Auro-Zahnrad später trägt die hülse gegen das herausfallen nach unten sichern. Dazu werde ich das Teil einfach nur auf den innenring des oberen lagern aufliegen lassen.

[Albert]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

@Dietmar: mir war schon klar, dass du das mit der Leistung so meinst. Das war früher viel einfacher, da gab es Kataloge die 3,2 PS ausgegeben haben, die man sowieso nie erreicht hat. Und heute wirft jeder Regler Logs mit Peaks von 15 KW aus ohne dass die Richtigkeit der Werte geprüft werden kann.

5KW Eingangsleistung ist ne Menge......

@ Muki: schöne Fräsarbeit. Für mich wärs aber ein Drehteil

@

[Muki19]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Die Hülse Innen habe ich aus Alu gefräst, ausdem Grund das ich für den CSK17Freilauf dort keine gehärtete Fläche brauche, da das lager ja "komplett" ist. Das einzigste was da passieren könnte ist das sich der stift da "einarbeitet", aber dann könnte man auch eine aus Stahl machen. Außerdem bietet die Hülse auch die Möglichkeit auf 12mm Rotorwellen zuwechseln. Jetzt habe ich für 10mm Wellen.

[DiKey]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Und heute wirft jeder Regler Logs mit Peaks von 15 KW aus ohne dass die Richtigkeit der Werte geprüft werden kann

Die Regler "schätzen" auch nur die P(in). Da sind, gerechnet aus Flugzeit, entnommener Kapazität und mittlerer Spannung, Durchschnittsleistungsaufnahmen von rund 4kW erreichbar. Peak mit Faktor 3 -4 kann die 15kW erreichen.
ABER
Was kommt da an der Welle an und was wird verbraten? Die Frage konnte mir bisher keiner schlüssig beantworten (weil es keine wahrscheinlich absolute Antwort geben kann).


@ Muki

Saubere Arbeit - da bin ich gespannt auf die ersten Erfahrungsberichte

PS: Frästeil vs. Drehteil --> ich sehe sowohl Dreh- als auch Frässchritte bei der Fertigung (Nur auf einer 5-Achs-CNC realisierbar)

[Timo S]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Die Hülsenfreiläufe gibt es übrigens auch mit integrierter Lagerung.

Schau mal bei Ina/Schäffler unter der Bezeichnung HFL. In deiner Größe wäre der 26mm hoch!

Die habe ich selbst im Einsatz...

[DiKey]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Das einzige was da passieren könnte ist das sich der Stift da "einarbeitet", ...

Hast du versucht die entstehende Flächenpressung mit den Materialwerten zu vergleichen?
Genau an der Stelle (Keil vs. Hülse) kann ich mir vorstellen, dass es zu unzulässigen dynamischen Belastungen kommen könnte. Wobei ich zugeben muss da nichts gerechnet zu haben - ist ein reines Bauchgefühl.


Dietmar

[Muki19]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

Hast du versucht die entstehende Flächenpressung mit den Materialwerten zu vergleichen?
Genau an der Stelle (Keil vs. Hülse) kann ich mir vorstellen, dass es zu unzulässigen dynamischen Belastungen kommen könnte. Wobei ich zugeben muss da nichts gerechnet zu haben - ist ein reines Bauchgefühl.


Dietmar

Ne da habe ich nochnix gerechnet, das ist alles nach Bauchgefühl.
Die Kraft wird ja nicht nur an diesen Stift anliegen. Die Teile werden ja zusammengeprest und notfalls noch verklebt. Das alles sollte genug Sicherung geben.
Wenn der Freilauf jetz locker in der Passung sitzen würde wäre es was anderes.

Es gibt die Lager ja auch ohne diese Nuten in den Ringen, habe extra eins mit bestellt um dort noch mechanisch was machen zukönnen.

Habe eben nochmal bei Mädler nach die Zahnräder geschaut und muste erstmal feststellen das die Preise dort ohne Mwst sind

2 Schwarze POM Zahnräder kosten dann eben mal über 70€...mit Versnad vielleicht 80€?

Ein Modul 1,0 Fräser könnte man auch bestellen, wäre indem Moment günstiger, aber POM in 120mm Rundmaterial kostet eben mal in 200mm länge auch schon 50€...

natürlich könnte man aus den 200mm viel mehr Zahnräder machen...
Allerdings weiß ich nicht ob man am CNC-Teilkopf gerad verzahnte Zahnräder mit so einem Modulfräser machen kann, sowas würde ich zum ersten mal machen...
Das muss ich erstmal überschlafen. Der Freilauf kommt sowieso erst ende nächster Woche...

[Muki19]

AW: Freilauflager "CSK17" als ersatz für Freilaufhülse?

So sieht der stand der Dinge momentan aus:





Bis auf das Freilauflager und den Nutenstein wäre das soweit fertig.

Habe mir gestern nochmal die Mechanik angesehn und muste erstmal feststellen das ich das motorritzel doch nicht soweit nach unten schieben kann wie gewünscht.

Also muste das Auro-Zahnrad ganz nach oben, das Problem war nur das dort der Stift montiert werden muss.

Ich habe es jetzt so gemacht das beim einbau als letztes das Aurozahnrad aufgeschraubt wird. Vorher kommt der Stift durch und wird durch Madenschrauben Links/Rechts gesichert. Da kommt dann später das Auro-Zahnrad drüber.

Die Zahnbreite vom Hauptzahnrad muste ich nochmal etwas anpassen damit das ganze ohne ßnderungen der Mechanik reinpast. In dem Model sind es jetzt glaube nur noch 13mm Zahnbreite. Das Auro-Zahnrad habe ich auf 7mm Breite erhöht.

Ich werde jetzt nochmal das Model mit dem Fertigen Teil vergleichen ob auch alles so ist wie nach model und werde dann schonmal die Zahnräder genau planen wie sie genau aussehn sollen.

Die Kraft soll später nicht nur allein von den Schrauben gehalten werden sondern jedes Zahnrad bekommt die Gegenform der Aufnahme eingefräst, somit müssen die Schrauben das Zahnrad nur noch festhalten.