müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

[SoloPro]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Das scheint wohl doch zu stimmen.
Klingt jetzt vielleicht etwas komisch^^: Aber vor Jahren habe ich mal eine Folge, die Sendung mit der Maus, gesehen
Da ging es explizit um dieses Thema.
Ein Grashalm (1-2m hoch) z.B., würde beim ersten Windhauch umknicken, wäre er aus Vollmaterial. Dem selben Prinzip nach werden unsere Hochhäuser gebaut. Aussen die Wände und innen der Schacht für den Aufzug.
Das mit dem Grashalm war nur ein Beispiel von mehreren in der Sendung.
Und ich bin mir sicher, die Maus lügt nicht!

Glaube die Stabilität ergibt sich über die Oberflächenspannung.
Biegt man eine Stahlplatte, entstehen auf der einen Seite Zug,- und auf der anderen Seite Druckkräfte. Durch die Bohrung vergrößert sich die Oberfläche. Somit die Zug und Druckkräfte. So etwas wie stützende Seitenwände entstehen zwar nicht, jedoch hat es einen entscheidenden Einfluss auf die mögliche Belastung der Welle und somit der Stabilität.

Wie Günter schon in Post 10 geschrieben hat:Bei gleichem Durchmesser ist eine Vollwelle biegesteifer. Ergibt sich einfach aus den Widerstandsmomenten.

[Marco_LEV]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Bei der spezifischen Belastung im Hubschrauber wird die Welle auf Torsion beansprucht.
Da ist mehr Material in der Tat besser, da ein Drehmoment übertragen wird. Je weiter es im Material aber zum inneren des Kerns kommt, desto weniger Kräfte werden übertragen. Je weiter aussen, desto Größere Kräfte. Da ist das Vollmaterial wohl wirklich im Vorteil, wenn in der Praxis wohlmöglich nicht wirklich viel.

Beansprucht man eine Welle jedoch auf Biegung, und dabei ging es mir explizit in meiner Antwort, dann ist ein "Rohr" stabiler als Vollmaterial mit dem selben Durchmesser.
Wählt man das Loch zu groß, wird irgendwann die Wandstärke zu dünn und somit zu schwach. Das Verhältnis Aussendurchmesser zu Innendurchmesser muss natürlich stimmig sein.

[DiKey]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Um die Diskussion um Fakten zu erweitern hab ich eine schnelle FEM-Simulaton erstellt.

Dazu sind auf einem fixierten Grundblock 3 Wellen fest verbunden.

Die erste Welle (LINKS) ist eine Vollwelle mit 12mm AD 113mm²
die zweite Welle (MITTE) ist eine Hohlwelle AD 12mm / ID 6mm 84,8mm²
die dritte Welle (RECHTS) ist eine Vollwelle mit AD 10,39mm 84,4 mm²

Dann hab ich auf alle Wellen die gleichen Lasten wirken lassen

im ersten Fall eine "Biegekraft"
im zweiten Fall eine Torsion

Das Material und die genauen Kräfte sind nicht wirklich relevant - sie sind bei allen Wellen gleich.

Interessant ist, dass bei Biegebeanspruchung beide 12mm Wellen gleich abschneiden; die 10,39mm Welle hingegen deutlich mehr gebogen wird.

Bei der Torsion liegen die 12mm Vollwelle und die 12mm Hohlwelle fast gleich auf (die volle ist eine Spur besser) - die 10.39 mm Welle fällt wieder deutlich ab.


Wenn jetzt die Hohlwellen aus "gewichtstuning" Gründen eingebaut werden spart man sich (bei den gewählten Maßen) rund 25% an Gewicht.


Dietmar

[Marco_LEV]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Um die Diskussion um Fakten zu erweitern hab ich eine schnelle FEM-Simulaton erstellt.

Dazu sind auf einem fixierten Grundblock 3 Wellen fest verbunden.

Die erste Welle (LINKS) ist eine Vollwelle mit 12mm AD 113mm²
die zweite Welle (MITTE) ist eine Hohlwelle AD 12mm / ID 6mm 84,8mm²
die dritte Welle (RECHTS) ist eine Vollwelle mit AD 10,39mm 84,4 mm²

Dann hab ich auf alle Wellen die gleichen Lasten wirken lassen

im ersten Fall eine "Biegekraft"
im zweiten Fall eine Torsion

Das Material und die genauen Kräfte sind nicht wirklich relevant - sie sind bei allen Wellen gleich.

Interessant ist, dass bei Biegebeanspruchung beide 12mm Wellen gleich abschneiden; die 10,39mm Welle hingegen deutlich mehr gebogen wird.

Bei der Torsion liegen die 12mm Vollwelle und die 12mm Hohlwelle fast gleich auf (die volle ist eine Spur besser) - die 10.39 mm Welle fällt wieder deutlich ab.


Wenn jetzt die Hohlwellen aus "gewichtstuning" Gründen eingebaut werden spart man sich (bei den gewählten Maßen) rund 25% an Gewicht.


Dietmar

Super Test, sehr interessant.
Das bestätigt ja schon fast das was ich sagte.
Mach doch mal bitte verschieden grosse Bohrungen, von etwas kleiner bis etwas größer.
Vielleicht kommt man der Sache ja so auf die Spur.
Ich habe jetzt mal 2 Wellen vom Protos gewogen.
Eine hohl, die andere voll.
30,7g - > 57,1g
Da sprechen wir also schon von fast 50% Einsparung.
Je größer die Bohrung, desto größer die Oberfläche und somit die Oberflächenspannung auf Zug und Druckbelastung. Das geht natürlich nur bis zu einem gewissen Grad.
Würde mich sehr interessieren was da für Ergebnisse rauskommen.

[DiKey]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Mach doch mal bitte verschieden grosse Bohrungen, von etwas kleiner bis etwas größer.

Hallo Marco,

kann ich gern machen!

Miss doch bitte die Wellen ab - AD, ID, Länge Bohrung-Bohrung und die frei ausragende Länge (Abstand oberstes Lager bis obere Bohrung)

Mit den Daten kann die Simulation dann realitätsnäher gemacht werden.

Dietmar

ps: was ich nicht kann ist die Welle in gehärteter Ausführung simulieren; ich kann nur einen Standardwerkstoff wählen.

[DiKey]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Marco,

schreib mir bitte noch ein paar Daten dazu:

Gewicht des Helis
Kopfdrehzahl
Flugstil

dann kann ich die auftretenden Kräfte und Momente abschätzen und brauch keine Fantasiezahlen einsetzen.

Dietmar

[Marco_LEV]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Marco,

schreib mir bitte noch ein paar Daten dazu:

Gewicht des Heli
Kopfdrehzahl
Flugstil

dann kann ich die auftretenden Kräfte und Momente abschätzen und brauch keine Fantasiezahlen einsetzen.

Dietmar

Hi Dietmar,

aber gerne doch.

Aussendurchmesser: 8mm
Innendurchmesser: 6mm
Bohrung - Bohrung: 132mm
Lager - Bohrung: 62mm

Bin gespannt wie ein Flitzebogen.^^

Edit: Puh, ich weiss gar nicht was ich für Drehzahlen fliege (schätze mal beim Photos ca 2000 +- 200).
Die große Küchenwaage ist leider leer, deswegen kann ich den Protos nicht wiegen.
Aber mit Akku sollte der so um die 1300-1400g haben.
Flugstil, wie jetzt, meiner?

https://www.youtube.com/watch?v=zRpjtfhuuKo

[raimcomputi]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Der Protos wiegt mit Akku ca. 1700 Gramm.

Raimund

[joachim8000]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Mal ein anderer Ansatz: ich gebe eine Belastung auf eine Hohlwelle und füge dann noch gedacht das Kernmaterial dazu. Wie sollte sie dadurch instabiler werden???
Bin gespannt auf die Simulationergebnisse...

[Marco_LEV]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Und hier erklärt der Armin von der Sendung mit der Maus, warum ein Rohr stabiler ist.^^

https://www.youtube.com/watch?v=J4MPUT9PsiM

[Klaus O.]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Und hier erklärt der Armin von der Sendung mit der Maus, warum ein Rohr stabiler ist.

Das ein Rohr biegesteifer ist als Vollmaterial, habe ich schon mal in diesem Thread gesagt.

TDR !Vollwelle oder Hohlwelle einbauen ? - RC-Heli Community

Für diese Aussage wurde ich dann regelrecht zerissen.

[joachim8000]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Hab's mir angesehen. Auf der Waage sieht man, dass das Rohr einen größeren Durchmesser hast. Er sagt es dann ja auch, beide wiegen dass gleiche...

[mumpf]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Also ich hab jetzt mal beide wellen gewogen. Die neue aus Vollmaterial wiegt 110gr und die originale 64gr.
Ich denke dieser unterschied spielt bei meinem scaler keine Rolle.

Ausserdem danke ich euch herzlichst für die vielen Tipps und anregungen die ich gekeiegt hab. Ist halt doch ein sehr interessantes thema.
Die Welle hat jetzt -0.015 bei den Lagern..und oben bei der Taumelscheibe muss ich noch einbisschen mehr abschleifen...da haben Sie wohl auch andere Toleranzen
Gruss Stephan

[Klaus O.]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Hab's mir angesehen. Auf der Waage sieht man, dass das Rohr einen größeren Durchmesser hast. Er sagt es dann ja auch, beide wiegen dass gleiche...

Das war der zweite Versuch.
Im ersten hatten beide Wellen den selben Durchmesser.
Auch da hat man schon gesehen das für das Biegen des Rohrs ein größerer Kraftaufwand nötig war.

[joachim8000]

AW: müssen Hauptrotorwellen hohl sein!?

Stimmt allerdings! Kann ich mir auch nicht erklären, vielleicht unterschiedliches Material erwischt???