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THEMA: Motoren Dimensionierung Kolbentanks

Motoren Dimensionierung Kolbentanks 3 Jahre 3 Monate her #34963

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Hallo zusammen,
wir sind eine Gruppe von 6 Schülern und wollen als Projektarbeit ein U-Boot bauen. Unsere betreuende Lehrkraft ist reinerdoll, der hier bereits einige Fragen gestellt hat.
Unser Projekt steht noch ganz am Anfang und wir beschäftigen uns im Moment mit dem Bau der Kolbentanks. Geplant sind insgesamt zwei Tanks, diese bestehen jeweils aus zwei herkömmlichen 100ml Spritzen (eingefahren ca.10cm Länge) und sollen mittels einer M6-Gewindestange, die von einem Motor angetrieben wird verfahren werden können.
Hier stellen sich uns nun einige Fragen bezüglich der Dimensionierung des Motors.
Für wie viele Nm sollte der Motor ausgelegt sein?
Welche Drehzahl des Motors ist für eine schnelle Regelung notwendig?

Danke schon mal im Voraus für eure Unterstützung

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Motoren Dimensionierung Kolbentanks 3 Jahre 3 Monate her #34965

  • Hermann
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Hallo Team,
zur Dimensionierung von Motor und Getriebe möchte ich euch hier ein paar Überlegungen aufzeigen; die eigentliche Dimensionierung müsst ihr schon anhand eurer Vorgaben selbst machen.

1. Benötigtes Drehmoment: Hier müsst ihr grundsätzlich die Axialkraft berücksichtigen, die der Tauchdruck bei der von euch anvisierten maximalen Tauchtiefe (hier solltet ihr wenigstens von 5m Beckentiefe im Schwimmbad ausgehen) auf die Fläche des Kolbens ausübt (also im Beispiel rund 5N pro Quadratzentimeter). Hinzu kommt die Haftreibungskraft die ihr überwinden müsst, um den Kolben erst einmal gegen den Wasserdruck in Bewegung zu setzen. Die Reibungsmoment von Gewindespindel und Untersetzungsgetriebe muss auch berücksichtigt werden plus einen Sicherheitszuschlag. Ausgehend von eurer Getriebeuntersetzung kommt ihr dann auf das vom Motor mindestens zu leistende Drehmoment.

2. Drehzahl: Hier werdet ihr sehr wahrscheinlich selbst merken, dass ihr kaum eine schnelle Schweberegelung realisieren könnt, die das Boot ohne Schwingungen um die Solltiefe in der Schwebe hält. Um einer Vertikalbewegung entgegenzuwirken, muss der Kolbentank eine Auf- oder Abtriebskraft aufbauen, dies erfordert immer eine gewisse Zeit. Und ein Kolbenantrieb, der den Kolben sehr rasch verfährt (wenige Sekunden oder noch schneller) wäre zudem energetisch unökonomisch, da er ja Arbeit gegen den Tauchdruck verrichten muss. Zur schwingungsfreien Schweberegelung ist ein Hubtriebwerk die bessere Wahl, denn dessen Stellkraft wirkt sofort in der benötigten Höhe. Und dessen Energiebedarf ist praktisch unabhängig von der Tauchtiefe.
Gruß

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