Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

[wirbelwind]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Hallo Stefan,

eine Rechnung macht letzlich nur Sinn, wenn sie "genügend" genau die Verhältnisse der Realität abbildet. Wenn du dann einen "100 % - Aufschlag" machst, um dir einen Teil der Rechnung zu ersparen, kannst du eigentlich gleich schätzen....
Aber... wenn du schon mal etwas genauer gerechnet hast, wirst du sehen, dass der überwiegende Last-/Kraftanteil von der Fliehkraft kommt. Ein wesentlich kleinerer, aber evtl. noch relevanter Teil kommt von der (max.) Hubkraft bzw. dem g-fachen Eigengewicht. Die Schwenkkräfte bzw. Schlagkräfte (wenn du die Bewegungen ganz oder teilweise verhinderst, z. B. als Rigidkopf) sind (i. d. R.) nur von untergeordneter Bedeutung (im Modellbereich) für die Auslegung des Zentralstückes bzw. der Blatthalter.

...normalerweise Sicherheitsfaktoren von 1.2 bis 1.5 ...

... und wenn Menschenleben davon abhängen, werden die Sicherheitsfaktoren auch noch weiter nach oben "geschraubt". Wobei man sich auch über die Bereiche klar sein muss, wo die Faktoren greifen müssen. Last-/Kraftermittlung, Materialgüte, Ausführung usw. Wie unklar sind die einzelnen Bereiche?
Weiterhin muss klar sein, dass die hier diskutierte Auslegung auf statischen Ansätzen beruht und die dynamische Betrachtung im Wesentlichen aussen vor bleibt... Also sind auch hier zusätzliche Sicherheiten vorzusehen, es sei denn, du willst eine Dynamikrechnung machen (viel Spass )...

... allerdings bezogen auf die Dehn-/Streckgrenze ...

Jep. Für die Auslegung selbst würde ich auf jeden Fall die Streckgrenze zugrunde legen. Hast du aber schon fest vorgegebene Größen, dann kannst du natürlich auch den Rückwärtsgang machen und sehen, wieviel Sicherheit dir bis zum Bruch bleibt... Da sollten aber dann schon größere Sicherheiten rauskommen...

Wäre auch sehr froh, wenn`s wo nen Link gibt ...

Es gibt einige Links, die eine FE-Berechnung ihres Rotorkopfes zeigen (z. B. von einer Comanche in ßsterreich - ich finde ihn aber gerade nicht)... Die wesentlichen Berechnungsschritte (Lastansätze) habe ich jedoch bisher noch nicht gesehen.

Wenn du vernünftige Abmessungen machst, ist aber - wie weiter oben schon gesagt - weder der Blatthalter noch das Zentralstück das Problem, sondern eher die Schraubverbindungen. Ich habe vor einiger Zeit mal an einem Rotorkopf/Blatthalter für einen Scale-6-Blatt mit ß250 cm rumgerechnet. Der fliegt mittlerweile... mit einem POM-Zentralstück und AlMgPb-Blatthalter.

Gruß Klaus.

PS: Ein nicht billiger aber zuverlässiger Lieferant von Metallen für Modellbau in entsprechenden Liefermengen ist Wilms.

[Steffen 2.0]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Aber das haupt problem ist doch, dass man nicht weiss wie hoch die Kräfte sind die auftreten (Außer der Fliehkraft, aber für ein Zentralstück wohl vernachlässigbar). Was nimmt man da an? Sprich schätzt man da? max. 50g?

[wirbelwind]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Hallo,

naja, so ganz unwissend ist man ja nicht....

Die Fliehkraft lässt sich ja relativ leicht berechnen, man muss nur mal den Rotorkreis festlegen, damit ergibt sich dann ein geschätztes Blattgewicht... mit der geplanten Drehzahl hast du die Fliehkraft. (Alles deine Auslegungsparameter ).

Mit der Modellgröße ist auch annähernd das Modellgewicht festgelegt. Dieses, mit den entsprechenden g-Kräften vergrößert (Rundflug? Kunstflug? 3D?) ergibt dir die ungefähre vertikale Kraft am Zentralstück, denn schließlich müssen ja die Blätter den Hubi tragen...
(50 g *) Welches Profil verwendest du? Die Profile müssen in der Lage sein, diesen Auftrieb zu erzeugen.

Mit diesen Kräften längs zum Rotorblatt und senkrecht dazu kannst du schon mal rechnen.

Gruß Klaus.
PS: Ich muss jetz weg, deshalb geht momentan nicht mehr... )

[Steffen 2.0]

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Na aber sag ich doch, das was man eigneltich nicht braucht, nämlich die Fliehkräfte kennt man und das was interessant ist, nähmlich die G-Kräfte kennt man nicht. Wegen Biegung könnte man evtl. ja über die Drehrate rechnen bei flips *nachdenk* Wobei das gefühlt vernachlässigbar ist.

[Femler]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Na aber sag ich doch, das was man eigneltich nicht braucht, nämlich die Fliehkräfte kennt man und das was interessant ist, nähmlich die G-Kräfte kennt man nicht. Wegen Biegung könnte man evtl. ja über die Drehrate rechnen bei flips *nachdenk* Wobei das gefühlt vernachlässigbar ist.

Mit diesen Problemen ist ein Berechnungingenieur tagtäglich konfrontiert . Vielfach sind die Lasten nicht hinreichend genau definiert und man muss Annahmen treffen. Dabei gilt es natürlich die Lasten einerseits nicht allzu konservativ zu wählen damit die Teile nicht unnötig gross werden, allerdings sollten sie auch nicht unterschätzt werden, da ja sonst das Bauteil versagen könnte .

Hier habe ich mal eine Abschätzung des Momentes auf die Hauptrotorwelle bei einem Flip gemacht. Die Zeiten für den Flip sind nur grob geschätzt und sehr wahrscheinlich eher an der oberen Grenze, so dass das Moment eher noch grösser wird als aktuell berechnet.
Du siehst also, dass das Biegemoment nicht wirklich vernachlässigt werden kann , zumal ja allfällige vorhandenen Zugspannungen auch noch überlagert werden müssen.
Noch eine weitere Abschätzung: Wenn ein Heli aus 50 km/h innerhalb von 2 m zum Stillstand gebracht wird, sind das in etwa 5 g!

Gruss Diego

[JMalberg]

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...
Noch eine weitere Abschätzung: Wenn ein Heli aus 50 km/h innerhalb von 2 m zum Stillstand gebracht wird, sind das in etwa 5 g!

Tobi & Co von www.heligraphix.com haben mal vor Jahren einige Einmal-G-Sensoren in einem NT verbaut und kamen da auf G-Spitzenwerte von 20-30G (wenn ich mich recht erinnere).

[Femler]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Habe einen Fehler in meiner Berechnung entdeckt . HIER nun die richtige Berechnung .

Tobi & Co von www.heligraphix.com haben mal vor Jahren einige Einmal-G-Sensoren in einem NT verbaut und kamen da auf G-Spitzenwerte von 20-30G (wenn ich mich recht erinnere).

Das ist ja schon mal eine Hausnummer. Wenn ich mir das 3D-Gebolze so anschaue, kann ich mir das durchaus vorstellen. Bei 50 km/h würde das also in etwa einem Bremsweg von ca. 0.5 m entsprechen!

Gruss
Diego

[Steffen 2.0]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

.....
Hier (neuer Link) habe ich mal eine Abschätzung des Momentes auf die Hauptrotorwelle bei einem Flip gemacht. Die Zeiten für den Flip sind nur grob geschätzt und sehr wahrscheinlich eher an der oberen Grenze, so dass das Moment eher noch grösser wird als aktuell berechnet.
Du siehst also, dass das Biegemoment nicht wirklich vernachlässigt werden kann , zumal ja allfällige vorhandenen Zugspannungen auch noch überlagert werden müssen.
Noch eine weitere Abschätzung: Wenn ein Heli aus 50 km/h innerhalb von 2 m zum Stillstand gebracht wird, sind das in etwa 5 g!

Gruss Diego

Bei deinem Heli, m=2kg, währen ja dann die Zugbelastungen 2kg*30g=60kg. 60kg entsprechen 600N. Fläche der Rotowelle ist 28,3mm². Die Spannung somit 21N/mm² also ziemlich niedrig. Ich hätte echt gedacht, dass es eher anders rum interesant ist

[Femler]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Bei deinem Heli, m=2kg, währen ja dann die Zugbelastungen 2kg*30g=60kg. 60kg entsprechen 600N. Fläche der Rotowelle ist 28,3mm². Die Spannung somit 21N/mm² also ziemlich niedrig. Ich hätte echt gedacht, dass es eher anders rum interesant ist

Reiner Zug ist vielfach nicht der limitierende Faktor, da ja bei der Biegung die Belastung vor allem über die Randfasern übertragen wird.

Gruss
Diego

[M. Amacher]

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Bei Verzögerungen bis zu 50g müsste man auch ein Auge auf die Belastung der Radiallager in den Blatthaltern werfen.

[MicroF-104]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

N `Abend allerseits,

tut mir Leid, dass ich euch so lang hier sitzen ließ aber hatte etwas Stress



Zu aller erst mal ein großes [SIZE="3"]DANKE[/SIZE] an die schreibfreudigen Experten hier


Dass eine wirklich ausführliche Berechnung, v.a. wegen der dynamischen Lasten, natürlich sehr kompliziert und somit (für den Hobbymenschen) uninteressant ist, war mir klar. Mir ging es mehr darum, wie ihr das so macht, wenn ihr was baut, weil Blatthalter fräsen, sagen:"sieht stabil aus" und dann fliegen ist definitiv keine Lösung.



Meine Idee war mehr so (ich nehm jetzt mal meinen evtl. Eigenbau 600er als Bsp.):

600mm Blätter mit ca.150g

150mm Abstand der Blatthalterschrauben

max. 2500rpm

3kg Heli bei max. 30g macht also ca. 900N Zug/Druckkraft am Zentralstück


Zentrifugalkraft pro Blatthalter (Blattschwerpunkt Mitte Blatt angenommen): ca. 3kN


Soweit ja recht simpel, aber wirklich weit hilft das noch nicht, da ja noch die Aftriebskräfte am Blatthalter und das Kippmoment am Zentralstück anwesend sind. Das Moment für das Zentralstück hat ja Diego schon mal abgeschätzt und die Zugkraft ist ja schon bekannt.
Nun meine ßberlegung zum Blatthalter: Wenn das Rotorblatt eine Kraft senkrecht zu Rotorebene erfährt, zieht es an der einen Zunge des Blatthalters, wohingegen die Andere gestaucht wird.

Auftriebskraft pro Blatt 450N mit 300mm Hebelarm.

12mm Abstand der "Drehpunkte" ergibt dann 11,25kN Zug/Druckkraft


Dass das gerade gerechnete natürlich nur gilt, wenn sich nichts verbiegt, sprich vollkommen unelastisch ist, ist mir auch klar. Die Frage ist nur: Wie nahe (welch hochgegriffenes Wort für diese Schätzung) bin ich damit an der Realität* Wenn man mit Alu von ca. 500N/mm2 rechnet käme man auf ca. 30mm2 pro Blatthalterzunge, was nicht unrealistisch erscheint.

Durch Biegung der Blätter/Blatthalter und da das Rotorblatt ja ein Stück weit zwischen den Blatthalterzungen "klemmt" (Schäftung!) dürften die tatsächlichen Kräfte wohl etwas geringer Ausfallen. Jetzt müsste man nur noch schaun, dass die Blatthalterschrauben und die Lager ordentlich sitzen (stabil genug) dann 50%-100% Sicherheitszuschlag (wegen de Dynamik und Materialermüdung) und alles sauber rund und ohne Kerbstellen fräsen, nur möchte ich so nicht fliegen.


Daher ja meine Frage an die Konstrukteure: "Wie geht ihr vor?"
Liebend gern würd ich das ja bis ins kleinste durchrechnen, nur leider kann ich das (noch) nicht

Bin natürlich auch froh um Alles weitere, was irgendwie bei diesem Problem weiterhelfen könnte, da ich von niemandem verlangen möchte mir hier harklein vorzukauen, wie man einen Rotorkopf berechnet.





mfg
Stefan

[wirbelwind]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Hallo,

Rotordurchmesser: 1,4 m
Zentralstück (Blatthalter zu Blatthalter): 20 cm
(ich habs übersehen, dass du 150 mm (30 cm) angegeben hast)
Anzahl der Blätter: 2
Eigenmasse Heli: 3 kg
Eigenmasse Blatt: 150 g
Blattschwerpunkt bei ca. 58 % von L
Nenndrehzahl: 2500 U/min
max. Lastvielfaches: 30 g (?)

Fliehkraft: 4605 N ? ca. 460 kg
Auftriebskraft an einem Blatt: 441 N ? ca. 1/10 der Fliehkraft (bei 30 g!)

Blattspitzengeschwindigkeit: 183 m/s ! (manche Hersteller, z. B. M-Blade begrenzen auf 120 m/s)

Abgeschätzte Kräfte:
Corioliskraft (Voreilung durch Schlagbewegung): ca. 0,004 N
Tangentialkraft (Bremsung durch Luftkraft): ca. 11 N

Resultierende (schräge) Kraft am Blatthalter: 4626 N ? unbedeutende ßnderung zu Fliehkraft.

AlCuMgPb: Rp = 220 N/mm²
angenommene Sicherheit: 5 (individuell, wenn man die ganzen Unsicherheiten bedenkt, sicherlich nicht zu hoch)
erforderlicher Blatthalterquerschnitt: ca. 105 mm², das heißt z. B. über und unter dem Blatt einen Rechteckquerschnitt von 15 mm Breite und 4 mm Höhe...

Siehe meine obige Bemerkung, dass bei Alu die Berechnung der Beanspruchung für Blatthalter und Zentralstück nicht maßgebend wird, wohl aber die Anschlusspunkte, z. B. die Schraubverbindungen. Im vorliegenden Fall hätte eine M4-10.9 Blatthalterschraube im Nachweis auf Lochleibung im Blatthalter noch eine Sicherheit von ca. 1,6, das wäre mir zu wenig. Insbesondere wenn du keine saubere Scherfläche garantieren kannst, dann kommt noch Biegung in die Schraube ...

Das ist alles sehr schnell hingetippt und es kann schon sein, dass ich einen Fehler eingebaut habe, aber dennoch kann man zusammenfassen:

Bemessungsrelevant ist die Fliehkraft.
Bei üblichen Abmessungen wird nicht das Material (Alu) für die Auslegung entscheidend.
Besondere Sorgfalt ist bei der Auslegung der Verbindungsmittel notwendig.

Gruß Klaus.

PS: 30 g kommt mir etwas viel vor. Da müsste man mal überprüfen, ob die Blätter den Auftrieb tatsächlich erzeugen können.

[JMalberg]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

... PS: 30 g kommt mir etwas viel vor. ...

Ich suche es gerne raus, habe es aber bis jetzt nicht gefunden. Kann sich jemand daran erinnern in welcher ROTOR es stand?

[wirbelwind]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Hallo Jürgen,

das war keine Kritik/Zweifel an dir!

Mich würde nur allgemein interessieren, welchen Auftrieb die Blätter tatsächlich liefern können... :dknow:

Gruß Klaus.

[piet_nb]

AW: Welche Alu Legierung für Alu-Blatthalter, Zentralstück usw.???

Hallo,

ich habe das ganze mal in SolidWorks mit Hilfe der Belastungssimulation gerechnet. Das Programm ist in der Lage anhand des Werkstoffes die Belastungen in einem Werkstück zu simulieren und anzuzeigen.

Bei Gelegenheit werde ich hier mal ein Beispiel dazu einstellen.

Bei meinem Model hat sich eine Sicherheit von über "5" ergeben.

Zugefestigkeit des Materials 500N/qmm.

Durch die vielen Lastwechsel sollte man den Sicherheitsfaktor in jedem Fall zwischen 5 und 6 wählen um Materialermühdung auszuschließen.

Der eigentliche Knackpunkt sind die Blatthalterschrauben. M4 ist bei 700mm Blättern definitiv zu wenig. Die auftretenden Scherkräfte wären zu hoch, was die Praxis ja auch beweist

Gruß Piet