Frage zu gehärteter Stahlkugel

[klassikfon]

Hallo Leute

Eine gehärtete Stahlkugel (wie aus einem Kugellager) soll per Laser ein Loch bekommen, um bei gleichem Außendurchmesser an Gewicht zu verlieren. Wenn der Laser die Lochmitte genau mittig auf der Kugel platziert, wie groß muß der Durchmesser des Lochs sein, das die Kugel 10% leichter wird?

...und wie viel büßt die Kugel dabei an Stabilität ein?

Gruß Ric

[klassikfon]

Hier mal noch die "Anwendung" zu der Frage. Ich habe hier schon einen Thread zur Technik der Suzuki JR 50 meines Sohnes. Auch wenn ich nun "zufällig" den ersten Gang gefunden habe, wäre es mir doch lieber, wenn ich die Einkuppeldrehzahl der Fliehkraftkupplung beeinflussen könnte. Härtere Federn scheiden leider aus, nachdem ich endlich welche in der passenden Größe bekommen konnte, musste ich feststellen, das der Kickstarter damit nicht klarkommt. Da es sich ja hier um eine Fliehkraftkupplung handelt (im Ruhezustand ausgekuppelt!) muss der Kicker über eine Mechanik von außen die Kupplung zusammendrücken. Schafft er aber bei härteren Federn nicht.

Deswegen bleibt als einzige Möglichkeit die Option, die Kugeln leichter zu machen ohne das sie an Außendurchmesser verlieren. Habe mal ein Foto und eine Explosionszeichnung der Kupplung angehängt. Eine der Kugeln habe ich mit einem roten Kreis versehen.
In der Zeichnung handelt es sich um Teil Nummer 7 das in den Bahnen von Teil 6 die Krümmung von Teil 5 hochläuft und damit die Kupplung zusammendrückt.

Gruß Ric

[Raku]

So mein Lösungsansatz:

Ist übrigens n neuer, also nix mit Integration und so.



Ich berechne das Volumen der Kugel mit
Vk=3/4 * Pi *r^3
und ziehe davon ab: VBohrung=0,1* 4/3 * Pi * r^3 (prinzipiell)

Irgendwie muss ich noch wurschteln, dass ich ne Zylinderformel darin anwende für die Bohrung. Also Zylinder + Kugelstümpfe am Zylinder

Mal sehen^^

[klassikfon]

Zitat von Raku

Ich berechne das Volumen der Kugel mit
Vk=3/4 * Pi *r^3
und ziehe davon ab: VBohrung=0,1* 4/3 * Pi * r^3 (prinzipiell)

...da versteh ich nur Bahnhof...

[Raku]

Keine Angst, das ist nur die Volumenformel für eine Kugel

Und die 0,1 sind sie 10% die weg sollen

[Knotenfrosch]

Den Kugelstumpf würd ich mal gepflegt vernachlässigen. Je nach Tiefe der Bohrung macht der - wenn überhaupt - 5% Abweichung aus.
Wenn Du also später noch 90% des ursprünglichen Volumens haben möchtest, wäre Dein Ansatz dieser

(4/3*Pi*r³) - Pi*r²*h = 0,9*(4/3*Pi*r³)

Wobei das r bei r³ in den Klammern jeweils der Radius der Kugel ist und das r bei r² der Radius der Bohrung. Du kannst also bei bekannten Radien entweder die Tiefe h der Bohrung errechnen oder bei bekannter Bohrtiefe den zu verwendenden Bohrer errechnen.


EDIT: Nicht vergessen, dass Du den Radius nachher verdoppeln musst, um die Größe des Bohrers zu wissen.

Unter der Annahme, dass man einen Zylinder heraus schneidet, mit (Höhe = Kugeldurchmesser) ist der Durchmesser der Laserstrahls ca. 0,25 mal Kugeldurchmesser. Davon musst Du noch ein paar Prozent abziehen, weil der Teil den man tatsächlich aus der Kugel entfernt, an den Enden nicht flach, sondern abgerundet ist.

Diese Fläche könnte man durch Integration noch berechnen. Über den Daumen gepeilt würde ich einfach den Wert statt 0,25 mal 0,26 nehmen.

[klassikfon]

Zitat von Knotenfrosch

(4/3*Pi*r³) - Pi*r²*h = 0,9*(4/3*Pi*r³)

Sei doch bitte so nett und rechne mir das aus. Hab da absolut keinen Plan von. Die Bohrung (der Schnitt...) geht übrigens komplett durch, hatte ich vergessen zu erwähnen.

Gruß Ric

[klassikfon]

Ha, ich bin ja selten dämlich....

Hab ja nirgends geschrieben, das die Kugel einen Durchmesser von 9,5 mm hat...

[klassikfon]

Zitat von acid

Unter der Annahme, dass man einen Zylinder heraus schneidet, mit (Höhe = Kugeldurchmesser) ist der Durchmesser der Laserstrahls ca. 0,25 mal Kugeldurchmesser. Davon musst Du noch ein paar Prozent abziehen, weil der Teil den man tatsächlich aus der Kugel entfernt, an den Enden nicht flach, sondern abgerundet ist.

Diese Fläche könnte man durch Integration noch berechnen. Über den Daumen gepeilt würde ich einfach den Wert statt 0,25 mal 0,26 nehmen.

Das macht dann bei 9,5 mm Kugeldurchmesser 2,47 mm Bohrung...mehr als ich dachte...

Aber danke erstmal

[Knotenfrosch]

Ich rechne Dir das gerne komplett aus (inkl. der Kugelausschnitte), aber erst heute Abend. Muss leider zur Arbeit.

[Raku]

Es wäre aber auch ohne den Kugeldurchmesser gegangen Aber so macht das natürlich alles ein bisschen einfacher


Ich werd dann mich auch auf heute abend gedulden, da ich das Ganze neben der Lernerei gemacht hätte. Ich rechne dann heute abend einfach nochmal gegen, um das Ergebnis zu verifizieren.


Mir erscheint tendenziell ein bisschen viel mit den 2,5mm




Ich lass das mal eben durch Maple durchlaufen

[klassikfon]

Na ich hab ja noch Zeit. Vor dem nächsten Training am Mittwoch wollte ich da eh nicht experimentieren und am Sonntag gehts dann erstmal in den Urlaub

[Raku]

Da das Ergebnis

Ich hab da am Ende noch die 5% für die Rundung mit eingerechnet. Ich verlass mich mal auf den Wert.

[klassikfon]

Cool, danke. Also doch in etwa richtig mit 2,4 mm.

Mich würde nur noch interessieren, wie sich das auf die Stabilität auswirkt, die Kugeln müssen alle zusammen gegen ca 15 Kg Federkraft drücken. Wenn die mir in dem Motor zerbröseln, wird es teuer...

[Saugwurmmensch]

Wird ein großes Loch (und damit dort abgeflachte Stellen) nicht Probleme bei der Funktion machen?

[klassikfon]

Zitat von Saugwurmmensch

Wird ein großes Loch (und damit dort abgeflachte Stellen) nicht Probleme bei der Funktion machen?

Naja, das ist ehr ne Wurfpassung, siehe Foto. Da ist soviel Spiel, das Du die Murmeln im Standgas in der Kupplung klappern hörst. Kann mir nicht vorstellen, das sich aufgrund dessen da was verkantet. Und wenn man das Gas zumacht fallen die Kugeln eh wieder in die Ausgangsposition.

Danke für den Einwand, schön mal wieder was von Dir zu lesen.

Gruß Ric

[Raku]

Wieviele Kugeln sind das denn?

[klassikfon]

8 Stück.

[Raku]

Das wären 18,4N pro Kugel. Also die Flächenpressung (ich glaub, das ist ne Hertz'sche Pressung), die punktuell anliegt wird nicht größer. Maximal kleiner, weil die Fläche durch dieses Abkappen der Rundung größer wird.

Und da niemand total billigen Stahl härtet, wird das mindestens S235-Güte haben. Also von der Anschauung her, sollte das überhaupt kein Thema sein.



Übrigens ist Stabilität nicht das, was du suchst, sondern Festigkeit. Stabilität ist die Fähigkeit, nicht auszuknicken oder auszubeulen, grob gesagt.

Die Festigkeit gibt eben an, ob das Teil zerstört wird oder nicht.
Aber bei grade mal 15kg ~ 150N und das auf 8 Kugeln aufgeteilt sollte kein Problem darstellen.

Bitte aber dennoch um die Einschätzung anderer.

[klassikfon]

Danke erstmal. Habe mir auch gedacht, das das klappen sollte. Natürlich kann mir niemand darauf ne Garantie geben, aber wenn einige andere vielleicht auch Deiner Meinung sind, würde mich das schon beruhigen.

Will nur mal hoffen, das sich der Aufwand lohnt und man die 10% Gewichtsersparnis bei der Einkuppeldrehzahl auch spürt.

Gruß Ric

[Saugwurmmensch]

Du hast nen Laser zur Hand, der solche Löcher in gehärteten Stahl hinbekommt?
Nicht schlecht..

Glüht der Laser auf seinem Weg durch die Kugel selbige nicht wieder weich?
Solltest dir also Gedanken machen, die danach wieder zu härten (ist ja kein zu großer Akt, wenn man weiß, was zu tun ist).

[klassikfon]

Ja, die schneiden sonst dicken Edelstahl zu Formteilen. Ob das wieder weich wird? ...keine Ahnung, was sagen die Metaller?

[klassikfon]

Zitat von Saugwurmmensch

Du hast nen Laser zur Hand, der solche Löcher in gehärteten Stahl hinbekommt?

Der sollte doch gehen, oder?

http://www.google.de/products/catalo...ed=0CFkQ8wIwAg

Sehe ich das richtig, dass die Kugel nach aussen gedrückt werden müssen, damit sie einkuppeln? (Logo Fliehkraftkupplung halt!)

Und du möchtest, dass bei einer geringeren Drehzahl eingekuppelt wird?

[klassikfon]

Zitat von Patzomat

Sehe ich das richtig, dass die Kugel nach aussen gedrückt werden müssen, damit sie einkuppeln? (Logo Fliehkraftkupplung halt!)

Und du möchtest, dass bei einer geringeren Drehzahl eingekuppelt wird?

1. Genau!
2. Richtig!

Ne andere Möglichkeit bleibt mir nicht, um das zu erreichen.

Hmmm wie erklär ich das jetzt...

leichtere Kugel = kleiner Zentrifugalkraft (bei konstantem radius und drehzahl)
leichtere Kugel = geringer Kraftaufwand die kugel zu bewegen

daraus folgt:

die Gewichtsreduktion ändert dein Problem nicht, die Effekte heben sich auf.
Zumindest übern Daumen.

Es würde nur helfen diese Schrägen des Bleches etwas mehr anzuwinkeln, wenn das möglich ist!

[klassikfon]

Hm, die Kraft, die die Kugeln aufbringen müssen, um die Kupplungsscheiben gegen die Federkraft der drei Druckfedern zusammenzudrücken, bleibt doch gleich. Bei leichteren Kugeln sollte doch also eine höhere Drehzahl nötig sein, um diese Kraft aufzubringen, oder? Die Fliehkraft ist doch abhängig vom Gewicht der Kugeln...

Alle Manipulationen an dem Blech sind ausgeschlossen. Sobald dort irgendwelche Winkel verändert werden, stimmt die ganze Geschichte vorn und hinten nicht mehr.

[gsmattis]

Wenn du also vor hast, die Drehzahl des Einkuppelns zu erhöhen, sollte das m.M.n funktionieren. Is ja wie die Variomatikgewichtsrollen beim Roller. Die gibts auch in schwerer und leichter für späteres oder früheres Einkuppeln.

[klassikfon]

Naja, das stimmt nicht so ganz. Die Gewichte in der Variomatik bei Rollern sind für die gewählte Übersetzung in Zusammenhang mit der Drehzahl verantwortlich. Da geht es um bessere Beschleunigung weil erst bei höherer Drehzahl länger übersetzt wird. Die Kupplung bei Variomatik-Rollern arbeitet gegen Zugfedern, je stärker die Feder, je später wird eingekuppelt.

Aber vom Prinzip der benötigten Fliehkraft ist es ähnlich, die leichteren Rollen drücken den vorderen Variator erst bei höherer Drehzahl zusammen.

Edit: Hier sieht man die Kupplung von einem Roller:

http://www.rollershop.de/tuningartik...r/kupplung.jpg

[Saugwurmmensch]

Für die Kiste gibt es nur 2 Sorten Kupplungsfedern?
Sonst könnte man sich ja nach und nach über verschiedene Federraten herantasten (bis der Kicker nichtmehr mitspielt).

Wie lösen andere JR50 Betreiber dieses "Problem"?

[klassikfon]

Zitat von Saugwurmmensch

Für die Kiste gibt es nur 2 Sorten Kupplungsfedern?

Genau genommen gibt es eine Sorte, die originalen. Die anderen habe ich bei einem Normteilehändler aus einer großen Grabbelkiste gegraben und war sehr glücklich darüber. Half aber nix, die originalen Federn benötigen 5 Kg bis sie ganz zusammengedrückt sind. Ich hab dann noch welche mit 6, 7 und 8 kg gekauft, die mit 6 kg eingebaut...Kicker streikt schon. Mit viel Phantasie kann man auf der Explosionszeichnung erkennen, wie der arbeitet. Ist ne komplizierte Angelegenheit.

Andere JR 50 Nutzer haben vielleicht eine Motocrossstrecke mit härterem Boden zum üben, oder sie haben ein älteres Kind welches wegen der längeren Beine bei Bedarf und Talent fix auf eine 50 ccm Automatik KTM oder Husky umsteigen kann. Diesen Schritt werden wir wohl dann zur nächsten Saison gehen. Die 50er KTMs (und auch die Huskys) haben dann schon 12 bis 14 zornige PS, damit gibts dann keine Probleme mehr.

Edit: Die wichtigste Änderung habe ich ja zufällig entdeckt und ermöglicht:
http://forum.gs-500.de/showthread.php?t=28155
Post 12

[Raku]

Hab grade von nem Komilitonen den Rat gekricht, dass du dir mit den nicht-runden Kugeln wahrsch. die Laufflächen kaputt machen wirst.

Und er hat das hier mir geschickt:

http://www.amazon.de/EBC-Premium-Kup.../dp/B002J0OJ5G

http://www.zietech.de/motorrad-teile...8-07/a-119705/

[klassikfon]

Um die Laufflächen mache ich mir keine Gedanken. Die Teile für die Kupplung sind billig und verfügbar und außerdem kommen hier ja auch nicht mal schnell 10 Tkm zusammen.

Die EBC-Federn habe ich auch schon gefunden, laut einem Offroadforum in den USA sind die aber nicht fester als die originalen. Hab mir das dann einfach gespart, außerdem selbst wenn, bleibt das Problem mit dem Kicker.

Gruß Ric

[AmigaHarry]

Annahme: 10% des Volumens soll der Laser rausschneiden.

Vk=4/3 x pi x r³ (Kugel)

Vzyl= r² x pi x h (Zylinder)

Vzyl = Vk/10

---->
rzyl= SQR(Vk/10 / pi / h)
so ich mich nicht verrechnet hab. Ist eine Näherung, weil die Rundungen der Polkappen am Zylinderdurchstoß unberücksichtigt sind (r wäre etwas kleiner) - ist aber vernachlässigbar.....

Zitat von klassikfon

Hm, die Kraft, die die Kugeln aufbringen müssen, um die Kupplungsscheiben gegen die Federkraft der drei Druckfedern zusammenzudrücken, bleibt doch gleich. Bei leichteren Kugeln sollte doch also eine höhere Drehzahl nötig sein, um diese Kraft aufzubringen, oder? Die Fliehkraft ist doch abhängig vom Gewicht der Kugeln...

Alle Manipulationen an dem Blech sind ausgeschlossen. Sobald dort irgendwelche Winkel verändert werden, stimmt die ganze Geschichte vorn und hinten nicht mehr.

Ok wenn das ganze so funktioniert dann ja. Ich hatte mir aus den BIlder eine andere Funktionsweise abgeleitet.
Dann hast du recht!

[klassikfon]

Zitat von Patzomat

. Ich hatte mir aus den BIlder eine andere Funktionsweise abgeleitet.

Naja, mein Foto ist nicht so scharf und die Zeichnung eigentlich verwirrend für jemanden, der das in Natura nicht gesehen hat. Ich hatte fast ne Stunde gebraucht, um durch die Kicker-Mechanik durchzusteigen.

Gruß Ric

[klassikfon]

Zitat von AmigaHarry

Annahme: 10% des Volumens soll der Laser rausschneiden.

Vk=4/3 x pi x r³ (Kugel)

Vzyl= r² x pi x h (Zylinder)

Vzyl = Vk/10

---->
rzyl= SQR(Vk/10 / pi / h)
so ich mich nicht verrechnet hab. Ist eine Näherung, weil die Rundungen der Polkappen am Zylinderdurchstoß unberücksichtigt sind (r wäre etwas kleiner) - ist aber vernachlässigbar.....

So langsam fühle ich mich echt "unwissend"....Kannst Du das bitte mit Zahlen füllen?

Das Ergebnis reicht mir auch, ich frage ja beim Bäcker auch nicht wie und woraus er die Brötchen bäckt.

Zitat von klassikfon

So langsam fühle ich mich echt "unwissend"....Kannst Du das bitte mit Zahlen füllen?

Das Ergebnis reicht mir auch, ich frage ja beim Bäcker auch nicht wie und woraus er die Brötchen bäckt.

Vk = Volumen Kugel
Vzyl = Volumen Zylinder
r = Radius Kugel oder Zylinger
h = Höhe Zylinder
pi = Kreiszahl = 3.14
x = multipliziert mit
sqrt () = Wurzel aus ()

[Paincookie]

Mal ein anderer Anhaltspunkt.

Die Kugeln aus einem anderen Metall?

Stahl: 7,5-8,7 gr/cm³ (je nach Legierung)
Titan: 4,5-5 gr/cm³ (dto.)

also sollten ja Titankugeln leichter sein oder?

[Raku]

Sollten sie.

Aber überleg dir mal, wie teuer solche Kugeln wären. Die müsstest du wenn überhaupt aus einem Vollblock Titan rausfräsen. Was da an Schrott übrig bleibt. Das kannste nicht bezahlen..

[AmigaHarry]

Zitat von Patzomat

Vk = Volumen Kugel
Vzyl = Volumen Zylinder
r = Radius Kugel oder Zylinger
h = Höhe Zylinder
pi = Kreiszahl = 3.14
x = multipliziert mit
sqrt () = Wurzel aus ()

Wobei h natürlich der Kugeldurchmesser ist, wenn das Loch genau in der Kugelachse ist.....

[Knotenfrosch]

Also ich komme - nach kilometerlanger Gleichung und einem Schreibkrampf in den Fingern - auf einen Wert von ca. 2,4751mm für die Bohrung, wenn man die beiden Kugelabschnitte / Kugelkalotten berücksichtigt.

[Raku]

Autsch... da würde ich auch ungefähr drauf kommen, aber ich glaube, ich habe einen Fehler gemacht und von dem Kegelvolumen die Kuppen abgezogen Moment, ich rechne nochmal überschlägig nach.

EDIT: Also nach Addition komme ich auf 2,5755mm (also mit sinnvoller Genauigkeit: 2,58mm.)

Dann nehmen wir lieber deinen Wert Knotenfrosch. Dann nehmen wir meine Rechnung als Plausibilitätsüberprüfung her



Gruß
Raku

Also wenn ich nochmal was anmerken darf:

Ich hab mal so überschlagen und wenn du die Masse der Kugeln um 10% reduzierst, musst sich um die gleiche Kraft aufzubringen die Drehzahl um 5,4% erhöhen.

Is das die Größenordnung des Effektes den du dir erhoffst?

[klassikfon]

Zitat von Patzomat

Also wenn ich nochmal was anmerken darf:

Ich hab mal so überschlagen und wenn du die Masse der Kugeln um 10% reduzierst, musst sich um die gleiche Kraft aufzubringen die Drehzahl um 5,4% erhöhen.

Is das die Größenordnung des Effektes den du dir erhoffst?

An die Möglichkeit, genau das mal auszurechnen hatte ich überhaupt nicht gedacht. Ich würde mir wünschen, das die 5,4% falsch sind, die würden nämlich bedeuten, das sich die Einkuppeldrehzahl nur um 100 bis 150 U/min nach oben verschiebt.

...aber auch das würde höchstwahrscheinlich schon etwas helfen, zumal mich die Laseraktion nur ca 8€ für einen Satz dieser Kugeln kostet...

Masse geht linear und drehzahl quadratisch ein, daher macht sich das kaum bemerkbar.
Deswegen halt meine Anmerkung, ob der Kosten-Nutzen-Effekt für dich gegeben ist.

[Raku]

Ich habe keine Ahnung, wie das Einkuppelverfahren ist, aber würde es was bringen, die Anzahl der Kugeln zu reduzieren? Nur als Idee, kann natürlich auch totaler Murks sein, den ich damit vorschlage Aber bevor man aufwendigst lasert..

[klassikfon]

Ja Raku, den Gedanken hatte ich auch schon. Wichtig wäre halt nur, das man das "gleichmäßig" macht, bleiben als einzige Möglichkeiten zwei sich gegenüberliegende Kugeln zu entnehmen oder eben jede zweite. Ich will das auch noch ausprobieren, nur ist momentan leider vom vielen auf- und zumachen die Seitendeckeldichtung kaputt. Der Deckel ist momentan mit Hylomar eingedichtet, da habe ich aber keinen Bock drauf, das im Akkord runterzukratzen und draufzuschmieren

Sobald die neuen Dichtungen da sind, werde ich das erstmal mit dem weglassen von 2 Kugeln ausprobieren. Die anderen Kugeln gehen heute zum lasern, danke nochmal an alle, die sich den Kopf zerbrochen haben.

Gruß Ric

[Raku]

Und was wäre mit kleineren (also leichteren Kugeln).

Kannst ja mal bei nem Wälzlagerhersteller fragen, ob die irgendwie Ausschuss-Ware haben (in Form von Kugellager-Kugeln).