Taumelscheibe
Ich traue den Kunststoff-Gelenkköpfen nicht. So einen großen Heli Kunststoff-Anlenkungen anzuvertrauen finde ich ziemlich gewagt. Deshalb habe ich schon seit langem mit dem Gedanken gespielt, die Vario-Gelenkköpfe durch welche aus Stahl zu ersetzen, noch dazu weil ich ja evtl. auch mal Lasten transportieren will und damit die Anlenkungen auch etwas mehr belastet werden.
Außerdem erkennt man auf den Bildern meiner Hughes sofort, dass es ein Modell ist. Das liegt meiner Meinung auch daran, dass der Platz unter dem Rotorkopf im Original ziemlich gefüllt ist. Hier ist bei meinem Modell ziemliche Leere.
So sieht es beim Modell grad aus:
Und so soll es aussehen:
Hier sieht man den Unterschied deutlich:
Man sieht aber auch, dass meine Gedanken, dass die Rotorblätter zu hoch über dem Rumpf drehen, nicht stimmen. Die Höhe passt perfekt. Der Eindruck kommt vermutlich von der "Leere" unterhalb.
Aus den beiden o.g. Gründen habe ich mich entschlossen eine vorbildähnliche Taumelscheibe zu basteln.
Aber es gibt ein paar Punkte, die ich dabei beachten muss:
Das erste Problem: Dombreite
Die Dombreite beim Vario-Rumpf ist leider nicht vorbildgetreu und ausgerechnet zu schmal.
Das Original hat eine sehr große Taumelscheibe, die innerhalb des Doms sitzt. Bei mir wird der Durchmesser der Taumelscheibe durch den zu schmalen Dom begrenzt.
Das zweite Problem: Anlenkung der Taumelscheibe / Übersetzungsverhältnis
Normalerweise ist der innere, drehende Anlenkungsring unserer Taumelscheiben ja kleiner als der äußere. Damit ergibt sich ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis bei Nick / Roll. Wenn ich die Taumelscheibe derart vergrößere, muss in einem ähnlichen Verhältnis wie bei der jetzigen Taumelscheibe, die nicht drehende Anlekung größer gemacht werden. Da sehe ich Probleme, wie das in den Dom passen soll.
Wenn ich den feststehenden Teil aber sehr klein mache, ändere ich für die Servos das Weg-Verhältnis zwischen Pitch und Roll zu sehr.
Grund: Bei Pitch wirkt sich das Hebelverhältnis nicht aus. Da alle Servos gleichzeitig anheben, geht der Servo-Weg 1:1 in den Pitchweg.
Bei Nick/Roll benötigen die Servos dann aber viel weniger Ausschlag. Ob das dann mit der Regelung des helicommand noch funktioniert, kann ich nicht sagen. Deshalb erstmal das Ziel die Hebelverhältnisse möglichst gleich zu halten.
Das dritte Problem: Anlenkungsebenen nicht auf gleicher Höhe
Beim Original ist die feststehende Anlenkung kleiner als die mitdrehende. Außerdem wird dort die mitdrehende Ebene über einen mechanischen Mischer angesteuert. D.h. es gibt eine Anlenkung für Pitch und je eine für Nick und Roll. Hier spielt es keine große Rolle, wenn die feststehende Ebene nicht auf derselben Ebene liegt, wie die drehende.
Ich möchte bei meinem Modell wieder vier Servos einsetzen, die elektronisch gemischt werden. Hier spielt es schon eine (zumindest kleine) Rolle, wenn die Ebenen nicht zusammen liegen. wenn ich die auf eine Ebene legen will, dann wird der feststehende Teil noch größer, bzw. der drehende viel kleiner. Damit würde ich den optischen Eindruck der Mechanik wieder zerstören.
Das vierte Problem: Festigkeit der geplanten Kugelköpfe
Ein Grund für eine neue Taumelscheibe war ja, dass ich den Kunststoffteilen nicht traue. Welche Stahl-Kugelköpfe muss ich einbauen, damit ich 100% Vertrauen in meinen Eigenbau hab?
Das fünfte Problem: Spielfreiheit der Lager
Die meisten unserer Taumelscheiben nutzen ein Dünnringlager. Die sind oft nicht spielfrei. Da bei meiner geplanten Konstruktion die Hebel viel größer sind, macht sich ein Spiel im Lager auch deutlicher bemerkbar. Ziel muss es also sein, ein absolut spielfreies Lager zu verbauen.
Im Notfall müssen zwei Lager verbaut und vorgespannt werden.
Das sechste Problem: Unwucht des Taumelscheibenmitnehmers
der relativ große Taumelscheibenmitnehmer des Originals wird zwangsläufig zu Vibrationen führen. Ich kann den nur so leicht wie möglich bauen und hoffen, dass diese Unwucht nicht stört.
Und hier ein paar Anmerkungen zu den Problemstellungen:
Festigkeiten der Anlenkungen:
Als erste Aktion, um herauszufinden, welche Belastung zukünftige Kugelgelenke aushalten müssen, habe ich mal die Vario-Kunststoffteile belastet. Im Bild links hängen gerade 18kg daran. Man sieht deutlich, dass die Augen aufgedehnt werden.
Die Kugel rutscht auch von selbst aus der Kugelpfanne.
Die Verformung ist bereits plastisch, d.h. sie bleibt zum Teil erhalten und stellt sich nicht zurück. Folge: Spiel in der Anlenkung.
Die im Flug auftretende Belastung durch die Rotorblätter muss also weit darunter liegen. Hier ist mir noch keine bleibende Verformung an den Gelenkköpfen aufgefallen.
Damit sollten relativ kleine Stahl-Kugelgelenke ausreichen.
M2-Gelenke halten bei schwellender Belastung immerhin noch 1,1kN aus und liegen damit noch weit über den Kunststoffteilen.
Durch die längeren Hebel bei meines Konzeptes, werden die dann noch weniger belastet.
Dieser Test hat mich aber auch darin bestärkt, eine eigene Taumelscheibe zu bauen. Ich möchte eine robustere Konstruktion als die, die im Moment verbaut ist!
Hebelverhältnisse:
Die Dombreite am Modell lässt Taumelscheiben zu, die maximal 10cm Durchmesser haben. Damit kann ich aber trotzdem ein Design finden, dass einen größeren Durchmesser der feststehenden Ebene hat, um das Hebelverhältnis nicht zu sehr zu verändern. (Bild links)
Innenring Außenring Verhältnis
Vorher: 44,5 72,5 0,614
Neu: 100 141,4 0,707
Das Hebelverhältnis wird zwar etwas geändert, sollte aber noch OK sein.
Welche Hebelverhältnisse noch funktionieren, weiß ich nicht. Das muss ich evtl. ausprobieren.
Vielleicht kann ich die untere Ebene so gestalten, dass ich hier unterschiedliche Hebel einstellen kann.
Das bedeutet aber auch, dass die Anlenkungshebel erstmal etwas vorne aus dem Dom herausschauen werden.
Die müssen also so filigran wie möglich werden. um nicht so aufzufallen. Den Kompromiss muss ich eingehen.
Spielfreiheit der Lager:
Die Idee war, zwei sehr hochwertige Schrägkugellager zu verbauen, die dann zueinander verspannt werden.
Um die Genauigkeit noch zu erhöhen wären Spindellager perfekt. Leider sind die für mich unbezahlbar und der Nutzen steht in keinem Verhältnis zu den Kosten.
Ich habe mein Konzept nun so aufgebaut, dass ein zweireihiges Schrägkugellager und, wenn benötigt, ein weiteres Dünnringlager eingebaut werden können. Im Notfall können die beiden Lager also immer noch verspannt werden. Es hat sich aber herausgestellt, dass das Schrägkugellager bereits spielfrei läuft. Ich werde also nur ein Lager einbauen.
Ebenen nicht auf gleicher Höhe:
Wenn die beiden Taumelscheibenebenen nicht auf einer Ebene liegen, wird in eine der beiden, abhängig davon, wo das Gelenklager sitzt, auch eine leichte seitliche Bewegung ausführen. Ich plane deshalb das Gelenklager in den drehenden Teil der Taumelscheibe zu setzen. Dort gibt es dann bei der Blattanlenkung keine seitlichen Bewegungen. Die fallen dann im feststehenden Teil an. Dort kann ich sie aber (hoffentlich) über die Wegeinstellungen des vierten Servos am Helicommand heraus-"programmieren".
Dadurch dass die Taumelscheibenverdrehsicherung der feststehenden unteren Ebene auch nicht auf der gleichen Höhe wie die drehende obere Ebene liegt, wird sich die Taumelscheibe beim Kippen auch etwas verdrehen,
Für beide Fälle hab ich mal die Werte ermittelt:
der Unterschied in den Anlenkungslängen ist nicht messbar, Der größere Fehler wird durch die drehende Anlenkung der Servoarme kommen. Aber: die Taumelscheibe wird bei Nick/Roll auch etwas Pitch geben. Dieser Wert ist vernachlässigbar. Es sind bei 3,5° Neigung der Taumelscheibe gerade mal 0,01mm um was sich der Pitchwert ändert. Das wird sich beim Fliegen nicht störend auswirken.
Die Verdrehung beträgt dabei ca. 0,5°. Ich denke das ich das beim Fliegen auch nicht merken werde, bzw. unbewusst aussteuere.
Ich könnte aber wenigstens die Verdrehung so legen, dass sie nur bei Nick oder nur bei Roll auftritt. Ich denke aber, dass man die 0,5° eher nicht merkt. Genauer hab ich den Taumelscheibenmitnehmer wahrscheinlich auch nicht ausgerichtet. Ideal wäre eine Mechanik, die keine Taumelscheibenverdrehung zulässt, obwohl sich der festzuhaltende Teil etwas seitlich bewegt. Hier ist mir aber noch nichts Schlaues eingefallen.
Wie wird das beim Original gemacht, wenn die beiden Taumelscheibenebenen nicht auf einer gemeinsamen Höhe liegen?
31.12.2017
ich habe eine Lösung gefunden, wie ich die Verdrehung der Taumelscheibe verhindern kann.
Ich brauche dazu zwei Taumelscheiben-Verdrehsicherungen. Mehr dazu, wenn die Teile fertig sind. Im Prinzip wird es ein Kardangelenk.
Wegen der Übersetzung möchte ich auf RC-Heli.de einen Threat starten. Mal sehen, was die Leute so für Taumelscheiben im Einsatz haben.
13.01.2018
Ich habe ein eigenes Thema auf RC-Heli gestartet (Vario Hughes mit vorbildähnlicher Taumelscheibe im Vario-Forum) . Scheint eine interessante Runde zu werden.
Hier mal ein Bild vom CAD (ich hab zu Hause ne ältere Version von Catia installiert), wie dat Dingens mal aussehen soll.
Ich finde, man erkennt schon einen deutlichen Unterschied zum jetzigen Stand.
Die Taumelscheibe hat einen Durchmesser von 10cm und ist über 5mm Sechskantstäbe und M2-Gelenkaugen mit den Blattanlenkungen verbunden.
Die Taumelscheiben-Verdrehsicherung unterhalb der TS ist noch nicht so konstruiert, dass sie sich bei Nick/Roll nicht verdrehen kann.
09.03.2018
die ersten Teile werden erstellt. Hier mal ein paar Bilder von der Erstellung der Blattanlenkungen:
der gefräste und vorgebohrte Aluwinkel wird an den richtigen Stellen auseinandergesägt
in Ermangelung einer Fräsmaschine habe ich mir eine kleine
Alu-Schleifschablone erstellt.
so können alle Teile auf der Schleifmaschine aufs richtige Maß geschliffen werden. Die Paßstifte sorgen für die gleiche Positionierung aller Teile
zum Thema Unwucht habe ich Berechnungen und Teileoptimierungen durchgeführt. Damit sollte ich mit meiner Eigenkonstruktion bessere Unwuchtergebnisse als mit einem Standard- Mitnehmer erzielen.
Dazu habe ich im CAD die Schwerpunkte ermittelt und die Gewichte der Teile entweder berechnet oder gewogen. In einer Excel-Tabelle habe ich dann die Unwucht des Systems ausgerechnet.
Ergebnis: die restliche Unwucht beträgt bei 1000U/min gerade mal 30 Gramm. Der Standard Mitnehmer erzeugt schon über 100 Gramm.
Zur Info: alleine der sechste Kugelkopf der 5-Blatt-Taumelscheibe, der zur Mitnahme der Taumelscheibe angebracht ist, erzeugt schon eine Unwucht von über 20 Gramm.
(Nachtrag 19.10.2018: ich habe hier wieder absichtlich eine falsche Einheit für die Unwucht angegeben. Ich habe nur die Fliehkraft angegeben, weil man sich darunter mehr vorstellen kann.)
19.10.2018
die Taumelscheibe geht weiter. Die ersten Teile sind zusammengebaut. Hier ein Bild auf dem sie mal auf eine alte Rotorwelle gesteckt wurde.
Jetzt fehlt nur noch der Faltenbalg zwischen dem Mitnehmer und der Taumelscheibe.
Der Mitnehmer wird auf den bestehenden Benda-Rotorkopf gesteckt und geklemmt. Er hat auch ein Gegengewicht, das den Mitnehmerarm ausgleichen soll.
Die Taumelscheibe wird von einem Stahl-Gelenkauge mitgenommen.
Da M2-Schrauben leider einen zu kleinen Durchmesser haben (selbst die seltenen mit Schaft), habe ich aus einem 2mm Stahldraht die Achsen selbst erstellt. Ohne Drehmaschine gar nicht so einfach.
Alle beweglichen Teile der Taumelscheibe und des Mitnehmers sind kugelgelagert.
to be continued...