Zahnstange

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo Community !

Ich arbeite derzeit an einer Konstruktionsarbeit, bei der das Ziel eine Art Hebevorrichtung für Fahrzeugrahmen ist.
Das ganze möchte ich über Zahnstangen und Elektromotoren realisieren, welche an den beiden Hubsäulen befestigt sind und dem realisieren des Hubvorgangs dienen sollen.
Des Weiteren ist keine Regelung / Steuerung für die Hubgeschwindigkeit von Nöten, da eine Hubgeschwindigkeit von 0,05 m/s bei einem gesamt-Hubweg von 1,50m meines Erachtens ausreichend ist. So kann innerhalb von 20 s von einer Endlage zur anderen gefahren werden.

Das ganze besteht also aus folgenden Komponenten :

  • 2 Elektromotoren
  • 2 Zahnstangen mit Zahnrädern
  • 2 Getriebe (einstufig)

Nun meine Fragen :

Wo beginne ich nun mit der rechnerischen Auslegung ? Das Maximalgewicht der zu hebenden Masse beträgt ca. 450 - 500 KG + zusätzlich das Gewicht der Motoren und der Getriebe.
Ich habe bereits einige Überlegungen angestellt und mich auch ausgiebig im Internet informiert, finde aber keine „konkrete Anleitung“. Ich weiß einfach nicht so recht, wo ich das ganze anpacken soll.
Wie groß muss das Zahnrad auf der Zahnstange sein ?
Welche Kräfte wirken auf der Zahnstange und wie groß muss diese dimensioniert sein ?
Wenn ich die aufzubringende Hubarbeit berechne, so entspricht diese ja nicht direkt der Ausgangs-Leistung des Motors, da ja noch ein Getriebe und der Zahnstangentrieb im „Antriebsstrang“ berücksichtigt werden müssen.
Fragen über Fragen …
Effektiv muss nach meinen Berechnungen und einer Sicherheit von 1,5 eine Hubarbeit von rund 3750 N pro Säule aufgebracht werden. (Ohne Getriebe und Motor)

Vielen Dank im Voraus für Ideen und Anregungen!

#2

Wenn Du Bilder (Screenshots) von dem zu transportierenden Objekt hast, wäre das sehr hilfreich.

Hast Du auch mal über ein einfaches Gestell mit Elektromagneten nachgedacht? Geht schneller mit der Handhabung.

#3

Hallo!

Das Konzept sollte noch einmal durchdacht werden.

Mit Zahnstange und Zahnrad bekommt man die erforderliche Absturzsicherheit nicht zustande. Wenn am Antrieb etwas ausfällt/bricht, darf die Hebebühne nicht abstürzen. Deshalb wird üblicherweise eine Trapezgewindespindel verwendet, deren Steigung so bemessen ist, dass sich zusammen mit der Spindelmutter Selbsthemmung ergibt. Für den Fall des Bruchs der belasteten Spindelmutter läuft direkt darunter eine unbelastete Sicherheitsmutter mit. Der Abstand dieser beiden Muttern wird permanent überwacht. Bei Unterschreiten eines bestimmten Abstands ist die lasttragende Mutter verschlissen oder gebrochen und es erfolgt automatische Abschaltung.
Hersteller von Trapezgewindespindeln und Muttern ist z. B. Mädler. Die dort erhältlichen Unterlagen und Dimensionierungshilfen für Gewindespindeln sind lesenswert.

Ohne Synchronisation der beiden Antriebsmotoren wird es nicht gehen. Das ist elektrisch kein großes Problem, nur muss man auch dabei an die Sicherheit denken. Es reicht nicht, elektrische Impulse zu zählen, vielmehr braucht man Weggeber, die wirklich den mechanischen Hub an der Bühne erfassen.
Außerdem sollte die Konstruktion im Fall einer Notabschaltung, bei Stromausfall oder defektem Antrieb ermöglichen, den angehobenen Gegenstand/das Auto/das Motorrad manuell abzulassen.

Unter dem Strich wird man feststellen, dass zwar etliche Aspekte zu bedenken sind, es aber kaum ernsthafte technische Schwierigkeiten gibt, vielmehr liegt das Problem bei den Kosten. Fertig käufliche 2-Säulen-Bühnen gibt es schon für rund 1.500 € - eher fabrikneuer Müll. Brauchbares in akzeptabler Qualität gibt es ab etwa 2.500 … 3.000 €. Wenn man die eigene Konstruktions- und Werkstattzeit unberücksichtigt lässt, wird man mit Mühe und Not schaffen, für solche Preise das Material für ein Einzelstück zu beschaffen. Bei den Getriebemotoren kann man mit ca. 600 €/St. rechnen, dazu ein halber Tausender für Gewindespindeln, Muttern und Sicherheitsmuttern, zusammen ca. 1.700 €. Dazu noch viel Kleinkram, die Drucklager an den unteren Enden der Spindeln, Steuerelektronik, Weggeber, dazu noch einiges an Stahl, Argon zum WIG-Schweißen … es läppert sich …

Gruß
Wolfgang