Starkes Anluven von 1:15 VOR65 (Canting keel, dagger boards, Doppelruder, Genua)

[micha b]

So, weiter geht's. Manchmal hält einen das Leben von den wirklichen wichtigen Dingen, wie der Konstruktion von Kielmechaniken in Booten, ab.

Von dem ursprünglichem Konzept - angelehnt am erfolgreichen Umsetzen bei der VOR65 MIDI - bin ich inzwischen wieder abgekommen.



Das Servo sollte dieses Mal oberhalb der Wetbox liegen, damit ich diese komplett dicht machen hätte können..

Was die benötigten Kräfte anbelangt, so lagen diese annähernd wie folgt:
Die Bleibombe hat ein Gewicht von 2kg / 20N an einem 48cm langen Hebelarm. Das Zahnradsegment hat einen Radius von 12cm , das Servozahnrad von 2cm. Damit dürfte ich ein Drehmoment von max. 160Ncm bei Vollauslenkung am Servo haben. Dazu rechne ich für die dynamischen mit Faktor 2 = 320Nm oder volkstümlich "32kg". Damit sollte jedes 60kg Servo zurechtkommen.

Jedoch hab ich dann mal in den Datenblättern gängiger Servos nachgesehen, bei 300Nm ziehen die schon mal um die 5-6 A Dauerstrom. Das macht dann bei 2S um die 40W Dauer-Heizleistung im Motor - eine Frage der Zeit bis da was durchschmort, von der Belastung des Akkus mal ganz abgesehen. Bei 6 A ist selbst mein größter Akku nach ner 3/4 Stunde schlapp.

Schade... wäre schön einfach gewesen.
Aber "Plan B" wird gerade gezeichnet - mal schauen, ob ich morgen schon was zeigen kann.
Nein - es wird kein Flaschenzug

 

[micha b]

Inzwischen ist es Übermorgen, aber die Lösung gefällt mir dafür umso besser.

Was mir am Flaschenzug nie gefallen hat war, dass der Kiel in der Mittelstellung immer hin und her gewackelt hat. Daher wollte ich immer mit Zahnrädern arbeiten, damit habe ich an jeder Position des Kiels eine Fixierung.

Prinzip:
Das Servo sitzt außerhalb der Wetbox und die Achse wird an einer Stelle in die Wetbox geführt wo niemals Wasser hinkommen wird solange das Boot nicht durchgekentert ist. Somit kann die Wetbox komplett dicht ausgeführt werden. Im Inneren der Wetbox sitzt ein Kegelrad welches mit Übersetzung 3:1 die rechte, dünnere graue Achse antreibt. An dessen Ende sitzt ein Riemenrad welches wiederum mit einer Übersetzung 3:1 auf das zweite Riemenrad an der Stellachse sitzt. Riemenantrieb deswegen, um die Drehung der roten Achse auszugleichen die beim Schwenken des Kiels um bis zu +/- 7° gedreht wird. Im Bild ist sie gerade in der höchsten Position, beim Schwenken des Kiels fährt diese dann wieder nach unten bis max. Höhe der roten Achse. Die dicke Stellachse ist eine 8mm Trapezgewindespindel aus dem 3D Drucker mit 2mm Steigung. Zwei Sets für zusammen 10 EUR bei amazon, billiger geht's nicht.

Zurückgerechnet:
Die cyanfarbige Mutter wandert mit dem Kiel von einem Ausschlag zum anderen (+/-45°) um ca. 140mm, das entspricht 70 Umdrehungen der Spindel. Untersetzt mit 1:3 und nochmals 1:3 muss sich das Servo dafür knapp 8 x drehen um den Kiel von Steurbord nach Backbord zu wuchten. Da war es wieder das programmierbare Ditex Servo

Und das Gute an der Lösung ist, dass die Gewindespindel selbsthemmend ist, also im Stillstand keine Belastung auf dem Servo ist, egal in welcher Position der Kiel gerade steht.




Jetzt muss es nur noch funktionieren. Der 3D Drucker läuft schon für die Pulleys.

 

[Piperfreund]

Hallo Micha,

Das mit der Gewindespindel ist eine tolle Idee!!! Aber die Übersetzungen finde ich nicht elegant. Da hast du ein Servo mit einer mords- Untersetzung und dann baust du wieder eine zweistufige Übersetzung ein. Zudem haben Zahnriemen meistens einen hohen Widerstand. Du verschenkst also Leistung. Warum nimmst Du nicht gleich einen kräftigen Getriebemotor, der die Spindel direkt antreibt und machst die Winkelrückmeldung des Kiels direkt am Kiel über ein ganz normales Poti? Wäre das nicht einfacher?

Schöne Grüße

Klaus

 

[micha b]

Hi Klaus,

einen Motor oder Servo direkt an die Spindel zu setzen war auch mein erster Gedanke.

Erster Punkt der dagegen spricht ist die Länge eines Getriebemotors: Ich müsste mit der roten Drehachse dann näher zum Kiel rücken und in der Mittelstellung würde die Spindel oben zum Kabinendach herausragen.

Zweiter Punkt: Der Motor wäre die Hälfte der Zeit komplett IM Wasser, was keine gute Idee ist. Wenn ich ihn nur aus der Wetbox raus versetzt hätte, hätte ich wieder eine Öffnung in der Wetbox. Und zwar an einer Stelle, die fast immer unter Wasser ist wenn das Boot geneigt ist. Das wollte ich nicht.

Dritter Punkt: Ein ausgebautes Poti müsste nahe der Drehachse des Kiels befestigt werden um dessen Winkel aufzunehmen => Poti, ganz unten in einer Wetbox, keine gute Idee weil immer nass.


Servolösung:
Mit dem Ditex Servo habe ich ein leichtes Standardteil, programmierbar, kräftig.
Für die 72 Umdrehungen der Spindel benötige ich mit dem Ditex Servo eine Übersetzung von größer 1:8 , diese in zwei Übersetzungen a 1:3 aufzuteilen erschien mir sinnvoll, aber mit Zahnrädern geht nicht wegen der Drehung der roten Achse.
Um die Drehung der Achse auszugleichen, nutze ich die Biegsamkeit des Riemens, das geht leider mit sonst keinem Antrieb.

Abschließend: Ja, Leistung wird verschenkt. Das gefällt mir ehrlich gesagt auch nicht. Diese Lösung oben ist für mich aber aktuell der beste Kompromiss.

Aber vielleicht fällt mir oder euch ja noch was Besseres ein? Gerne her damit.

 

[micha b]

Dritte und finale Lösung - so wird gebaut:



Ich habe eine Gewindespindel mit 8mm Steigung besorgt, d.h., meine 9 Umdrehungen des Servos müssen nur noch mit Faktor 2 übersetzt werden, um die 140mm Weg zurücklegen zu können.
Das hat viele Vorteile:

- Weniger Getriebe, Übersetzungen, Verluste = mehr Kraft an der Spindel.
- Weniger Teile = weniger Gewicht
- Servo bleibt aus dem Wasser
- Der Ausgleich des Drehwinkel der jetzt grünen Achse (+/- 7°) wird über ein doppeltes Kardangelenk aus dem RC-Car Bereich (Antriebswelle, dünne, hellgraue Achse) erzeugt. Dieser sorgt auch für den geringen, aber doch vorhandenen Längenausgleich. Lag alles noch in der Krabbelkiste.
- Die Spindel konnte weiter zur Blattwurzel des Kiels wandern = weniger Torsion und Verkantung an der Spindelmutter = leichtgängiger Lauf
- Die Spindel wird in der grünen Achse mit doppeltem Axialkugellager sowie einer Rotguss Bundbuchse in alle Richtungen gelagert, die grüne Achse Richtung Bug und Heck ebenfalls (alle Lager Magenta).
- Für das Servo konstruiere ich noch einen Halter, so dass ich dieses für Wartungszwecke einfach von oben herausnehmen kann, auch hier hilft die Kardanwelle, die eine einfache Demontage ohne Schrauben ermöglicht
- Die beiden roten Zahnräder sind 25Z bzw 50Z Modul 1 aus dem 3D Drucker in 5mm Dicke. Sollte reichen. Sonst druck ich nochmals in 10mm.

Das einzige Detail an dem ich jetzt noch tüfteln muss, ist die Anbindung der Spindelmutter am Rotorblatt, aber das wird schon.


Ich hoffe, dass euch die Irrwege bei der Planung nicht langweilen. Ich habe bewusst ein paar der noch nicht zu ende gedachten Ideen hier reingeschrieben, damit ihr den Entwicklungsweg seht bis so eine jetzt simple Lösung erdacht ist.
Da stecken jetzt vier Tage Hirn zermartern drin. Das hätte auch schneller gehen können wenn nicht Fasching gewesen wäre.

Wenn ihr nur fertige Lösungen sehen wollt einfach Bescheid geben, dann lass ich die Entwicklungsschritte und Irrwege weg.

 

[swiftsoarer]

Hi Micha,
das schaut sehr gut aus. Gefällt mir besser als der Riemen, obwohl ich ganz großer Riemenfan bin.
Eine kleine Anmerkung hab ich noch: Die Spindel mit 8mm Steigung ist wahrscheinlich nicht mehr selbsthemmend.
Man kann das im Konfigurator auf der Igus Homepage eingeben.
Igus kann ich für sowas nur empfehlen die sind auch sehr kulant Modellbauern gegenüber.
Die hohe Steigung ist für den Wirkungsgrad gut und ich würde mir da keine großen Gedanken machen. Das bisschen Moment, was da zurück kommt verträgt dein Getriebe locker.
Bis dann,
Johannes

 

[Piperfreund]

Hallo Micha,

Das ist eine überzeugende Lösung. Gratuliere!

Ich finde es übrigens toll, dass Du Deine Gedankengänge teilst. Ich denke keiner von uns hat jemals auf Anhieb und ohne Fehlschläge ein perfektes Segelboot gebaut und schon gar nicht ein so kompliziertes wie Deines.

Schöne Grüße

Klaus

 

[micha b]

Man kann das im Konfigurator auf der Igus Homepage eingeben.
Igus kann ich für sowas nur empfehlen die sind auch sehr kulant Modellbauern gegenüber.

Ich bin absoluter Freund von gutem Kundenservice, aber in diesem Fall waren das Spindeln vom großen A für EUR 5 / Stk inkl. Mutter. Das war unschlagbar. Zudem baue ich lieber um bezahlbare Standards herum als Custom Made Spezialteile einzusetzen.
Ist ein wenig wie beim Kochen... aus dem was der Kühlschrank hergibt etwas Besonderes zaubern.

Die hohe Steigung ist für den Wirkungsgrad gut und ich würde mir da keine großen Gedanken machen. Das bisschen Moment, was da zurück kommt verträgt dein Getriebe locker.

Ja, das sollte jedes Servo abkönnen.

 

[micha b]

Das sieht dann gebaut so aus:



Der Einbau in den Rumpf erfolgt erst nach Festlegung der Daggertechnik (bin dran), da hierfür noch evtl. zusätzliche Öffnungen in die Wände der Wetbox eingebracht werden müssen.
Was mir aufgefallen ist: Die ehemalige Antriebswelle ist aus Kunststoff und tordiert stark. Ich hoffe, dass diese die 10kg Drehmoment des Servos aushält. Ggf. muss ich hier auf eine Stahlvariante wechseln.

 

[micha b]

Weiter geht's mit dem Brainstorming über die Möglichkeiten, die Steuerung der beiden Daggers mit nur einem weiteren Servo zu erschlagen.
In Anlehnung an mein 1:25 Projekt steuere ich die beiden Daggers über ein zweites Servo an. Es wäre zwar möglich gewesen, die Daggers direkt an die Stellung des Kiels zu koppeln (ich hätte mir damit das zweite Servo und einige Zahnräder gespart), aber ich wollte mir die Option offen halten, die Daggers getrennt vom Kiel steuern zu können.



Wir schauen hier von Achtern Steuerbord auf die Wetbox. Das Servo steuert über eine horizontal verschiebbare Zahnstange (war beim 1:25 ein Zahnradsegment) abwechselnd die beiden Daggers an. Wird die Zahnstange nach Steuerbord geschoben, senkt sich der rechte Dagger linear bis ganz unten. das linke, gelbe Zahnrad ist dann nicht mehr im Eingriff der Zahnstange - der linke Dagger bleibt oben. Schiebe ich die Zahnstange wieder bis über die Mitte nach Backbord, ist das linke, gelbe Zahnrad erst im Eingriif wenn das rechte ganz hoch gezogen ist und sinkt linear zum Verfahrweg nach unten.
Das hat bei der VOR 1:25 funktioniert und wird hier auch funktionieren.

Das war ein recht leichter Part, bin gespannt, welche Herausforderungen dann beim Bau der "normalen" Technik wie Schotsteuerung und Wanten auf mich zukommen werden.

 

[micha b]

Weiter geht's mit den Daggers...

Die Daggers laufen in einem Daggerschacht, hoch- und runtergeschoben über die rote Zahnstange. Da ich verschiedene Dagger testen möchte, ebenso jeweils verschiedene Anstellwinkel, habe ich den Daggerschacht größer gemacht als nötig. Somit werden die Dagger nur durch die hier sichtbaren, blau/grünen Führungen (+0,5mm) in Position gehalten. Das gleiche Teil gibt's jeweils unten nochmal. Somit haben die Daggers minimale Auflagefläche und sollten sich easy schieben lassen. Der jeweils korrekte Anstellwinkel wird durch jeweils verschiedene, blaue Einsätze gewährleistet. Die Einsätze werden mit versenkten M3 Schrauben befestigt.
Der Druck eines solchen kompletten Schachtes dauert übrigens nur um die 4 Stunden, also echt überschaubar. Die verschiedenen Daggers selbst werde ich in einem späteren Beitrag beleuchten.



An der Stelle nochmals Danke an Johannes !

 

[micha b]

Und weiter geht's mit den Servos für die geplanten Funktionen...


Von links nach rechts:
- Doppelruder
- Genua links
- Hauptsegel (+ kleine Fock)
- Genua rechts
- Steuerung Backstage

Die Genua werde ich dieses Mal über zwei Servos ansteuern. Mal schauen, ob ich damit die leidige Vor Wind Performance der Genuas eliminieren kann. Das Servo für das Hauptsegel wird auch die übliche Steuerung der kleinen Fock übernehmen (wenn gesetzt).
Das Servo für die Backstage macht mir per Fernbedienung über einen Flaschenzug mehr oder weniger Bauch ins's Hauptsegel. Bin echt mal gespannt, wie das funktionieren wird.
Vielleicht häng ich daran aber auch nur die kleine Fock, mal sehen.

Alle Schoten werde ich über Deck führen um sie im Zugriff zu haben.

 

[Piperfreund]

Zwei Winchen für die Genua kann ich nur empfehlen. Ich fahre sie nicht mehr anders. Du kannst halt vor dem Wind beide Schoten voll fieren. Ich mach die Servowege asymmetrisch und mische die beiden auf einen Geber. Dann hast du trotzdem nur einen Geber zu bedienen was die Fehleranfälligkeit reduziert.

Schöne Grüße

Klaus

 

[micha b]

Stellprobe:






Passt soweit alles.
Die Mechanik für die Daggerverstellung funktioniert schon, Kippen des Kiels bis 30 konnte ich schon mit von Hand gedrehten Zahnrädern simulieren. Läuft! :-)

Ein paar Details müssen allerdings noch geklärt werden:
- Anbindung Gewindestange an das Schwert. Da fällt mit noch nichts ein was die Struktur den Schwertes nicht massiv schwächen würde. Habt ihr Ideen?
- Platzierung und Dimensionierung Akku
- Platzierung der Spanngummies für die beiden Winchen der Genua auf Deck
- Kleinigkeiten wie Design des Kabinendachs, Anbindung der Wanten, Imprägnierung des Holzes, revisionsfähige Befestigung der Kiel-Drehachse (alu-Vierkant auf dem mittleren Bild. Wenn das Deck zu ist, komme ich ja an die Drehachse im Vierkant nicht mehr ran.. knifflig!

 

[micha b]

So, läuft alles - Video folgt:

Die Dagger-Ansteuerung via teilweise greifender Zahnstange:



Gegenschuss von der anderen Seite. Die grauen Einsätze in den Daggerschächten sind den oben beschriebenen, anpassbaren Daggern geschuldet. Die hier eingesetzten Dagger hatte ich in der letzten Version der VOR65 bereits drin. Sie verhielten sich unauffällig, wenn sie ausgefahren waren, konnte man ein wenig mehr Höhe laufen. Ich werde dann sukzessive andere Profile probieren:




Der Canting Keel... Quell schlafloser Nächte. Aber funktioniert jetzt. Eventuell muss ich das Servo noch gegen ein stärkeres tauschen - das hier eingesetzt stemmt nur 9kg und klingt bereits angestrengt bei Trockenübungen. Werde es wohl gegen ein stärkeres ersetzen müssen:



Und hier alles zusammen:



Wie gesagt: Videos folgen. Aktuell schalte ich das Ganze ab und zu mal ein und erfreue mich daran, dass einfach funktioniert.
Hach, wenn alles im Leben so klappen würde :-)

 

[micha b]

Weiter geht's mit dem Deck.

Ich habe mich für für ein dünnes GFK-Deck entschieden - nachdem alle Kräfte direkt in den Rumpf oder auf die Spanten geleitet werden, muss das Deck eigentlich nur dicht sein. Zwei Schichten 160er über Kreuz sollten dafür reichen. Auch wenn jetzt alles schrecklich "durchsichtig" aussieht.



Das Deck selbst habe ich über einem 1:1 Ausdruck (wo müssen die Versteifungen und die wenigen Reste an Abreissgewebe hin?) auf einer Mylar-Schicht geharzt. Der Vorteil von Mylar ist hier:
- Transparent, man sieht den Druck darunter
- Kontaktfläche zum GFK/Harz ist spiegelglatt
- Harz haftet nicht daran - daher kein Trennmittel nötig, welches später wieder entfernt werden müsste.

Also Brett, Plan, Mylar, 2x GFK, Müllbeutel als 2. Trennschicht, noch ein Brett und dieses dann beschwert mit ca. 50kg Gewichten.

Und tatsächlich sprang mir das Deck beim Trennen fast entgegen. Werde ich in Zukunft immer so machen.



Und, ja, ich habe in der Mitte des Vordecks nur einen Streifen Glas genutzt (wie man deutlich sieht). Warum? Schusseligkeit.

 

[micha b]

Wird langsam: