Eike82
Aktives Mitglied
Moin Astros,
ursprünglich wollte ich eine Fornax 50/51 Montierung kaufen, entschied mich aber wegen des hohen Preises und der für hohe Steifigkeit suboptimalen Aluminiumachsen dagegen. Die Konkurenz hat auch nicht wirklich das was ich will und wenn, dann außerhalb meiner Finanzen. Deshalb entschloss ich mich letztendlich für einen Selbstbau.
Die Montierung soll auf meine schon vorhandene Stahlsäule passen, weshalb die Aufnahme entsprechend gestaltet wurde.
Die Meinung eine Montierung sollte das Doppelte von dem was sie tragen kann wiegen damit sie eben dieses auch kann, kann ich nicht ganz teilen. Meiner Meinung nach kommt es bei Tragfähigkeit mehr auf Steifigkeit als Gewicht an, wobei viel Gewicht natürlich nicht schadet.
Das Projekt hat folgende Zielsetzungen:
* möglichst hohe Steifigkeit und kleine Lagerabstände
* möglichst niedriger Schwerpunkt
* Einstellbare Polhöhe
* Schneckenräder in beiden Achsen mit ca. 200mm Durchmesser
* Adaption auf bereits vorhandene Stahlsäule
* Fertigung der benötigten Teile weitgehend in Eigenleistung
* Lagerung der Achsen über Kegelrollenlager
* hauptsächlich verwendete Werkstoffe: Stahl und Aluminium
* notfalls transportabel, stationärer Einsatz geplant
* Gesamtgewicht der Montierung ca. 65kg incl. GG-Stange
* Tragfähigkeit min. 50kg (ohne Gegengewichte)
* Leichtbau wo es möglich ist ohne auf benötigte Steifigkeit zu verzichten
* Antrieb der Achsen über Schrittmotore und die LittleFoot Elegance Steuerung (Alternative wäre die FS2, die jedoch aufgrund einiger meiner Meinung nach äußerst suboptimaler Fakten aus meinen Überlegungen gestrichen wurde)
Die erste Überlegung war die Höhe der gewünschten Tragfähigkeit und aufgrund der bereits vorhandenen Säule die ungefähre Zielgröße der Montierung. Mein Bauchgefühl sagte mir, dass Achsgehäuse mit einem Durchmesser von ca. 140mm brauchbar aussehen und der gewünschten Größe nahe kommen. Da ich von Anfang an Kegelrollenlager verwenden wollte, kamen nicht besonders viele Größen in Frage. Um das Achsgehäuse möglichst sinnvoll auszufüllen, wählte ich Lager mit einem Außendurchmesser von 110mm, was sich in einem 140mm Gehäuse ganz gut machen sollte, denn ich habe immer ein besseres Gefühl wenn etwas mehr Wandstärke übrigbleibt als eigentlich nötig.
Nun schloss sich die Werkstoffauswahl an. Aufgrund der geforderten Steifigkeit, des Zielgewichtes und der verfügbaren Werkstoffe kamen nur Stahlachsen in Frage, denn die Steifigkeit wird alleine durch den Elastizitätsmodul bestimmt und nicht durch Festigkeit oder Härte. Demnach biegt sich z.B. eine weiche Stahlwelle ganz genau so durch wie eine gehärtete Welle. Die Festigkeit bzw. Härte hat nur einen Einfluss auf Verschleiß und ggf. Dauerfestigkeit.
Da Aluminium deutlich besser bearbeitbar ist und eine wesentlich geringere Dichte hat, wurde Stahl nur für die Achsen und Verbindungsteile gewählt und Aluminium für die Achsgehäuse sowie die nötigen Anbauteile zu Befestigung der Motore und der Montierung auf der Säule.
Da der E-Modul von Stahl ca. um Faktor drei höher ist, als der von Aluminium, müssen die Achsgehäuse ein mindestens drei Mal so hohes Flächenträgheitsmoment besitzen wie die Stahlachsen um deren Steifigkeit zu erreichen. Dies ist notwendig, da bei der Verwendung von Kegelrollenlagern der Fluchtfehler der Lagersitze nur wenige Winkelminuten betragen darf und die Steifigkeit der Achsgehäuse den Achsen überlegen sein muß.
Kegelrollenlager ist zwar nicht der reibungsärmste Wälzlagertyp, nach Rücksprache mit FAG bestätigte sich aber die Entscheidung für Kegelrollenlager zugunsten der Steifigkeit.
An dieser Stelle entschied ich mich für Achsgehäuse mit quadratischem Querschnitt. Dies bringt folgende Vorteile mit sich:
* großzügig überdimensionierte Steifigkeit im Vergleich zu den Achsen
* ein Anbau von weiteren Teilen ist einfacher, als auf einer runden Flächen
* große Fläche und damit stabilere Klemmung der Polhöhe als bei gefräsen Flächen an Rundmaterial
Der Nachteil dabei ist, dass sich rundes Material besser beschaffen läßt und ein Vierbackenfutter an der Drehbank benötigt wird, welches aber glücklicherweise vorhanden ist. Im Moment sieht es aber eh so aus, als ob ich 200er Rundmaterial verwenden werde und auf 140x140mm fräsen lasse - ist billiger als passende Quader.
Der Nachteil der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Aluminium und Stahl fällt normalerweise nicht so stark ins Gewicht, dass er sich bemerkbar macht. Hier kann auch durch eine entsprechende Vorspannung der Lager entgegengewirkt werden. Nächste Woche soll ich von FAG die optimalen Werte hierfür erhalten.
Nachdem also die groben Umrisse der Planung feststanden, folgte die Berechnung der Flächenträgheitsmomente um die Verhältnisse der Steifigkeiten von Achsen und Achsgehäusen abzuschätzen. Für die 110mm Lageraußendurchmesser hätte es auch einen Innendurchmesser von nur 60mm gegeben, jedoch spricht einiges gegen 60mm Achsen. Da der Durchmesser im Flächenträgheitsmoment mit ^4 eingeht, kann die 70mm Achse als Hohlwelle ausgelegt werden und ist bei höherer Steifigkeit sogar leichter als eine 60mm Vollwelle. Bei rein stationärem Einsatz würde ich allerdings Vollwellen bevorzugen, da das Gewicht dann ja nicht so wichtig ist.
Das Flächenträgheitsmoment und damit die Steifigkeit einer 70mm Vollwelle gegenüber einer 60mm Vollwelle ist z.B. um Faktor 1,85 höher. Wird die 70mm Achse längs mit 40mm Durchmesser durchbohrt, sinkt die Steifigkeit nur um 10%, wobei das Gewicht jedoch um 8% geringer ist, als das der 60mm Vollwelle.
Ich habe dann noch die Biegung der Achsen für eine Last von 150kg (DEC-Achse, Optik, GG) in verschiedenen Lagerabständen berechnet. Das vermittelt meiner Meinung nach ein besseres Gefühl für die Steifigkeit, als der Zahlenwert des Flächenträgheitsmomentes. Somit viel meine Wahl auf eine 70mm Achse, die mit 40mm durchbohrt werden soll. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit einen Polsucher verwenden zu können. Um wieviel die DEC Achse durch eine nötige Querbohrung geschwächt wird bleibt abzuwarten, da der nötige Bohrungsdurchmesser experimentell ermittelt werden wird.
Durch die Entscheidung die Achsgehäuse mit quadratischem Querschnitt herzustellen ergab sich ein gegenüber der 70/40mm Welle um Faktor 23,6 höheres Flächenträgheitsmoment. Hierbei wurde die schwächste Stelle, also 110mm Innendurchmesser berücksichtigt. Nicht jedoch die für Anbauteile angebrachten Bohrungen (was ich für vernachlässigbar halte). Da der E-Modul von Aluminium nur ca. 1/3 von Stahl beträgt, sind die Achsgehäuse also nur um Faktor 7,9 steifer als die Achsen. Aufgrund dieser Überdimensionierung steht eindeutig fest, dass der alleinige Einsatz von Kegelrollenlagern bedenkenlos durchgeführt werden kann.
Nun schloss sich die Konstruktion an. Glücklicherweise habe ich die Möglichkeit sämtliche Einzelteile in einem 3D CAD Programm zu konstruieren, zusammenzubauen und technische Zeichnungen abzuleiten. So ist es möglich Problemstellen frühzeitig zu erkennen und zu verbessern. Die Form der Grundplatte war durch die vorhandene Säule vorgegeben. Für die Seitenteile wählte ich 20mm dicke Aluminiumplatten und für die Klemmung des RA Achsgehäuses M16 Schrauben. Die Einstellung der Polhöhe erfolgt über eine Gewindestange mit Rechts- und Linksgewinde (siehe Bild).
Link zur Grafik: http://img.album.de/files/images/screen/159/15961973651371.jpg
Um einen möglichst geringen Schwerpunkt zu erzielen, ist die Montierung so konstruiert, dass das RA Schneckenrad bis „unter“ die Montageplatte reicht. Der Verbindungsflansch zur DEC Achse wirkt als „Schulter“, um das obere Kegelrollenlager mit dem unteren verspannen zu können. Die Verspannung erfolgt über zwei entsprechende Muttern und eine Druckscheibe auf der unteren Seite der Achse. Das Gleiche Prinzip wurde für die DEC Achse übertragen. Die Gegengewichtstange wird abnehmbar. Das Schnittbild zeigt noch eine Version mit Schnecken, wie sie so nicht zum Einsatz kommen werden. Die Wahl der Lager und das Design der Halterung sind noch nicht fertig.
Im Moment überlege ich noch ob ich für die Lagerung der Schnecken Gleitlager oder Wälzlager einsetzen soll ... das werde ich nächste Woche noch mit FAG besprechen. Wälzlager sind zwar schön einfach zu verbauen, haben aber aber auch einen großen Durchmesser was einen größeren Lagerabstand als bei Gleitlagern bedeuten würde.
Link zur Grafik: http://img.album.de/files/images/screen/159/15961998320816.jpg
Link zur Grafik: http://img.album.de/files/images/screen/160/16018232055466.jpg
Die Teilkreise werden so befestigt, dass sie auch beim Lösen der Schneckenräder und manueller Verstellung der Position mit den Achsen gedreht werden, aber jederzeit verstellbar sind.
Die Schneckenräder werden vorerst aufgrund des hohen Preises für richtig gute Teile ebenfalls Eigenbauten. Hier wird ein Freund die Fertigung übernehmen, da das auf einer modernen Fräse viel besser geht als auf meiner Drehe. Auf der heimischen Drehe ist so etwas aber auch möglich, wie dieser Bericht zeigt: http://www.astroselbstbau.homepage.t-online.de/schneckengetriebe.htm
Die Verkleidung der Schneckengetriebe ist kein Teil das eine große Stabilität erfordert. Deshalb sollen hier neben Alu die leichten Materialien GFK/CFK sowie Plexiglas verwendet werden. Durch das Plexiglas ist jederzeit ein Blick auf die Schneckengetriebe und deren Versorgung mit Schmierstoff möglich. Die Verkleidungen lassen die Klemmpunkte der Schneckenräder frei, so dass sie zur manuellen Verstellung der Position jederzeit gelöst werden können.
Die Ansteuerung der Schrittmotore soll eine LittleFoot Elegance Steuerung übernehmen, sobald das Projekt einen entsprechenden Stand erreicht hat.
Ich habe zwar eine lange Zeit über die Konstruktion nachgedacht und rumgerechnet, aber wenn Euch Fehler oder Verbesserungspotential auffallen sagt bitte was.
Sobald ich das erste Material da habe wird angefangen zu bauen ... ein Bericht folgt natürlich.
Mit heute N8 vermutlich von der Schneckenlagerung träumenden Grüßen
Eike
ursprünglich wollte ich eine Fornax 50/51 Montierung kaufen, entschied mich aber wegen des hohen Preises und der für hohe Steifigkeit suboptimalen Aluminiumachsen dagegen. Die Konkurenz hat auch nicht wirklich das was ich will und wenn, dann außerhalb meiner Finanzen. Deshalb entschloss ich mich letztendlich für einen Selbstbau.
Die Montierung soll auf meine schon vorhandene Stahlsäule passen, weshalb die Aufnahme entsprechend gestaltet wurde.
Die Meinung eine Montierung sollte das Doppelte von dem was sie tragen kann wiegen damit sie eben dieses auch kann, kann ich nicht ganz teilen. Meiner Meinung nach kommt es bei Tragfähigkeit mehr auf Steifigkeit als Gewicht an, wobei viel Gewicht natürlich nicht schadet.
Das Projekt hat folgende Zielsetzungen:
* möglichst hohe Steifigkeit und kleine Lagerabstände
* möglichst niedriger Schwerpunkt
* Einstellbare Polhöhe
* Schneckenräder in beiden Achsen mit ca. 200mm Durchmesser
* Adaption auf bereits vorhandene Stahlsäule
* Fertigung der benötigten Teile weitgehend in Eigenleistung
* Lagerung der Achsen über Kegelrollenlager
* hauptsächlich verwendete Werkstoffe: Stahl und Aluminium
* notfalls transportabel, stationärer Einsatz geplant
* Gesamtgewicht der Montierung ca. 65kg incl. GG-Stange
* Tragfähigkeit min. 50kg (ohne Gegengewichte)
* Leichtbau wo es möglich ist ohne auf benötigte Steifigkeit zu verzichten
* Antrieb der Achsen über Schrittmotore und die LittleFoot Elegance Steuerung (Alternative wäre die FS2, die jedoch aufgrund einiger meiner Meinung nach äußerst suboptimaler Fakten aus meinen Überlegungen gestrichen wurde)
Die erste Überlegung war die Höhe der gewünschten Tragfähigkeit und aufgrund der bereits vorhandenen Säule die ungefähre Zielgröße der Montierung. Mein Bauchgefühl sagte mir, dass Achsgehäuse mit einem Durchmesser von ca. 140mm brauchbar aussehen und der gewünschten Größe nahe kommen. Da ich von Anfang an Kegelrollenlager verwenden wollte, kamen nicht besonders viele Größen in Frage. Um das Achsgehäuse möglichst sinnvoll auszufüllen, wählte ich Lager mit einem Außendurchmesser von 110mm, was sich in einem 140mm Gehäuse ganz gut machen sollte, denn ich habe immer ein besseres Gefühl wenn etwas mehr Wandstärke übrigbleibt als eigentlich nötig.
Nun schloss sich die Werkstoffauswahl an. Aufgrund der geforderten Steifigkeit, des Zielgewichtes und der verfügbaren Werkstoffe kamen nur Stahlachsen in Frage, denn die Steifigkeit wird alleine durch den Elastizitätsmodul bestimmt und nicht durch Festigkeit oder Härte. Demnach biegt sich z.B. eine weiche Stahlwelle ganz genau so durch wie eine gehärtete Welle. Die Festigkeit bzw. Härte hat nur einen Einfluss auf Verschleiß und ggf. Dauerfestigkeit.
Da Aluminium deutlich besser bearbeitbar ist und eine wesentlich geringere Dichte hat, wurde Stahl nur für die Achsen und Verbindungsteile gewählt und Aluminium für die Achsgehäuse sowie die nötigen Anbauteile zu Befestigung der Motore und der Montierung auf der Säule.
Da der E-Modul von Stahl ca. um Faktor drei höher ist, als der von Aluminium, müssen die Achsgehäuse ein mindestens drei Mal so hohes Flächenträgheitsmoment besitzen wie die Stahlachsen um deren Steifigkeit zu erreichen. Dies ist notwendig, da bei der Verwendung von Kegelrollenlagern der Fluchtfehler der Lagersitze nur wenige Winkelminuten betragen darf und die Steifigkeit der Achsgehäuse den Achsen überlegen sein muß.
Kegelrollenlager ist zwar nicht der reibungsärmste Wälzlagertyp, nach Rücksprache mit FAG bestätigte sich aber die Entscheidung für Kegelrollenlager zugunsten der Steifigkeit.
An dieser Stelle entschied ich mich für Achsgehäuse mit quadratischem Querschnitt. Dies bringt folgende Vorteile mit sich:
* großzügig überdimensionierte Steifigkeit im Vergleich zu den Achsen
* ein Anbau von weiteren Teilen ist einfacher, als auf einer runden Flächen
* große Fläche und damit stabilere Klemmung der Polhöhe als bei gefräsen Flächen an Rundmaterial
Der Nachteil dabei ist, dass sich rundes Material besser beschaffen läßt und ein Vierbackenfutter an der Drehbank benötigt wird, welches aber glücklicherweise vorhanden ist. Im Moment sieht es aber eh so aus, als ob ich 200er Rundmaterial verwenden werde und auf 140x140mm fräsen lasse - ist billiger als passende Quader.
Der Nachteil der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Aluminium und Stahl fällt normalerweise nicht so stark ins Gewicht, dass er sich bemerkbar macht. Hier kann auch durch eine entsprechende Vorspannung der Lager entgegengewirkt werden. Nächste Woche soll ich von FAG die optimalen Werte hierfür erhalten.
Nachdem also die groben Umrisse der Planung feststanden, folgte die Berechnung der Flächenträgheitsmomente um die Verhältnisse der Steifigkeiten von Achsen und Achsgehäusen abzuschätzen. Für die 110mm Lageraußendurchmesser hätte es auch einen Innendurchmesser von nur 60mm gegeben, jedoch spricht einiges gegen 60mm Achsen. Da der Durchmesser im Flächenträgheitsmoment mit ^4 eingeht, kann die 70mm Achse als Hohlwelle ausgelegt werden und ist bei höherer Steifigkeit sogar leichter als eine 60mm Vollwelle. Bei rein stationärem Einsatz würde ich allerdings Vollwellen bevorzugen, da das Gewicht dann ja nicht so wichtig ist.
Das Flächenträgheitsmoment und damit die Steifigkeit einer 70mm Vollwelle gegenüber einer 60mm Vollwelle ist z.B. um Faktor 1,85 höher. Wird die 70mm Achse längs mit 40mm Durchmesser durchbohrt, sinkt die Steifigkeit nur um 10%, wobei das Gewicht jedoch um 8% geringer ist, als das der 60mm Vollwelle.
Ich habe dann noch die Biegung der Achsen für eine Last von 150kg (DEC-Achse, Optik, GG) in verschiedenen Lagerabständen berechnet. Das vermittelt meiner Meinung nach ein besseres Gefühl für die Steifigkeit, als der Zahlenwert des Flächenträgheitsmomentes. Somit viel meine Wahl auf eine 70mm Achse, die mit 40mm durchbohrt werden soll. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit einen Polsucher verwenden zu können. Um wieviel die DEC Achse durch eine nötige Querbohrung geschwächt wird bleibt abzuwarten, da der nötige Bohrungsdurchmesser experimentell ermittelt werden wird.
Durch die Entscheidung die Achsgehäuse mit quadratischem Querschnitt herzustellen ergab sich ein gegenüber der 70/40mm Welle um Faktor 23,6 höheres Flächenträgheitsmoment. Hierbei wurde die schwächste Stelle, also 110mm Innendurchmesser berücksichtigt. Nicht jedoch die für Anbauteile angebrachten Bohrungen (was ich für vernachlässigbar halte). Da der E-Modul von Aluminium nur ca. 1/3 von Stahl beträgt, sind die Achsgehäuse also nur um Faktor 7,9 steifer als die Achsen. Aufgrund dieser Überdimensionierung steht eindeutig fest, dass der alleinige Einsatz von Kegelrollenlagern bedenkenlos durchgeführt werden kann.
Nun schloss sich die Konstruktion an. Glücklicherweise habe ich die Möglichkeit sämtliche Einzelteile in einem 3D CAD Programm zu konstruieren, zusammenzubauen und technische Zeichnungen abzuleiten. So ist es möglich Problemstellen frühzeitig zu erkennen und zu verbessern. Die Form der Grundplatte war durch die vorhandene Säule vorgegeben. Für die Seitenteile wählte ich 20mm dicke Aluminiumplatten und für die Klemmung des RA Achsgehäuses M16 Schrauben. Die Einstellung der Polhöhe erfolgt über eine Gewindestange mit Rechts- und Linksgewinde (siehe Bild).
Link zur Grafik: http://img.album.de/files/images/screen/159/15961973651371.jpg
Um einen möglichst geringen Schwerpunkt zu erzielen, ist die Montierung so konstruiert, dass das RA Schneckenrad bis „unter“ die Montageplatte reicht. Der Verbindungsflansch zur DEC Achse wirkt als „Schulter“, um das obere Kegelrollenlager mit dem unteren verspannen zu können. Die Verspannung erfolgt über zwei entsprechende Muttern und eine Druckscheibe auf der unteren Seite der Achse. Das Gleiche Prinzip wurde für die DEC Achse übertragen. Die Gegengewichtstange wird abnehmbar. Das Schnittbild zeigt noch eine Version mit Schnecken, wie sie so nicht zum Einsatz kommen werden. Die Wahl der Lager und das Design der Halterung sind noch nicht fertig.
Im Moment überlege ich noch ob ich für die Lagerung der Schnecken Gleitlager oder Wälzlager einsetzen soll ... das werde ich nächste Woche noch mit FAG besprechen. Wälzlager sind zwar schön einfach zu verbauen, haben aber aber auch einen großen Durchmesser was einen größeren Lagerabstand als bei Gleitlagern bedeuten würde.
Link zur Grafik: http://img.album.de/files/images/screen/159/15961998320816.jpg
Link zur Grafik: http://img.album.de/files/images/screen/160/16018232055466.jpg
Die Teilkreise werden so befestigt, dass sie auch beim Lösen der Schneckenräder und manueller Verstellung der Position mit den Achsen gedreht werden, aber jederzeit verstellbar sind.
Die Schneckenräder werden vorerst aufgrund des hohen Preises für richtig gute Teile ebenfalls Eigenbauten. Hier wird ein Freund die Fertigung übernehmen, da das auf einer modernen Fräse viel besser geht als auf meiner Drehe. Auf der heimischen Drehe ist so etwas aber auch möglich, wie dieser Bericht zeigt: http://www.astroselbstbau.homepage.t-online.de/schneckengetriebe.htm
Die Verkleidung der Schneckengetriebe ist kein Teil das eine große Stabilität erfordert. Deshalb sollen hier neben Alu die leichten Materialien GFK/CFK sowie Plexiglas verwendet werden. Durch das Plexiglas ist jederzeit ein Blick auf die Schneckengetriebe und deren Versorgung mit Schmierstoff möglich. Die Verkleidungen lassen die Klemmpunkte der Schneckenräder frei, so dass sie zur manuellen Verstellung der Position jederzeit gelöst werden können.
Die Ansteuerung der Schrittmotore soll eine LittleFoot Elegance Steuerung übernehmen, sobald das Projekt einen entsprechenden Stand erreicht hat.
Ich habe zwar eine lange Zeit über die Konstruktion nachgedacht und rumgerechnet, aber wenn Euch Fehler oder Verbesserungspotential auffallen sagt bitte was.
Sobald ich das erste Material da habe wird angefangen zu bauen ... ein Bericht folgt natürlich.
Mit heute N8 vermutlich von der Schneckenlagerung träumenden Grüßen
Eike
