Pneumatische motoren uit

Präsentation zum Thema: "Pneumatische motoren uit"—  Präsentation transkript:

1 Pneumatische motoren uit

2 Im Jahr 1984 erweitert LEGO die Serie Technic mit pneumatischen Elementen. Dieses System arbeitet mit Über- und Unterdruck. Der entsprechende Pumpzylinder kann sowohl Pressen als auch Saugen. Durch ein spezielles Bauteil mit zwei Ein-Wege-Ventilen werden Druck- und Saugseite voneinander getrennt. Die Druckseite wird an einem Arbeitsanschluss des Ventils, die Saugseite am anderen Arbeitsanschluss des Ventils angeschlossen. Man kann mit der Position des Ventils bestimmen ob über den zentralen Anschluss des Ventils/Anschlüss des Zylinders Druckluft erzeugt (Stempel des Arbeitszylinder wird ausgefahren), oder Vakuum gezogen wird (Stempel des Arbeitszylinders wird eingefahren). Eingehen der Zylinder war teilweise natürlich auch abhängig von der Last auf dem Zylinder. Die Arbeitszylinder die zu diesem System gehören haben nur einen Anschluss. In 1992 hat LEGO die Arbeitsweise auf das aktuelle Druckluftsystem geändert. Das Aus- und Einfahren der Stempel an den Arbeitszylindern erfolgt nur noch über Druck. Der entsprechende Pumpzylinder kann nur Pressen. Die Zylinder, die zu diesem System gehören sind doppelt wirkend und haben somit zwei Anschlüsse. Pneumatic Distribution Block 2 x 4 with Non-return Valve. Item: 4692

3 Wichtig ist es bei einem Luftdruck Motor zur richtigen Zeit dem richtigen Zylinder und Zylinderanschluß Druckluft bereitzustellen. Ebenso wichtig ist es bei einem Luftdruck Motor zur richtigen Zeit den richtigen Zylinder und Zylinderanschluß zu entlüften! Durch den Mechanismus in dem der Zylinder angeordnet ist, kann auf diese Weise eine Drehbewegung der Kurbelwelle erzeugt werden. Die Leistung des Luftdruck Motors kann verwendet werden um andere Geräte oder Modelle anzutreiben.

4 Druck Leistung. !! Der LEGO Zylinder hatt ein innen Durchmesser von 12 millimeter. Bei 1 bar Druckluft erzeugt der Zylinder also eine Kraft von 1,13 Kg (11,3 N) !!

5 Animationen auf dieser seite:
Bedeutung der folgenden, verwendete Symbole. Wenn das neben stehende Symbol auf eine Zeichnung oder Animation angebracht ist, bedeutet dies, dass der Motor oder das Modul die folgende Merkmale aufweist: Die zwei kreisförmigen Linien neben der Kurbelwelle geben an, zu welchem Zeitpunkt Druckluft in den pneumatischen Zylinder eingelassen wird. Die rote Linie gibt an, wenn Druck auf die obere Seite des Kolbens zugeführt wird; die blaue Linie gibt an wenn Druck auf die Unterseite des Kolbens zugeführt wird. Somit Auffallend ist, dass es zwei Punkten in dem Zyklus gibt, wo keine Druckluft den Zylinder zugeführt wird. In einem Low-Speed-Motor, bedeutet dies, dass der Motor auf einem dieser beiden Punkte sicherlich anhalten wird. Diese beiden ”Totpunkte” sorgen auch dafür, dass der Motor nicht von selbst anspringt, und dass ein Schwungrad notwendig ist um die Bewegung des Motors zu erhalten. Mehr-Zylinder-Konfigurationen können dieses Problem losen. Wenn das neben stehende Symbol auf eine Zeichnung oder Animation angebracht ist, bedeutet dies, dass der Motor oder das Modul die folgende Merkmale aufweist: Die kreisförmigen Linien neben der Kurbelwelle geben an, zu welchem Zeitpunkt Druckluft in den pneumatischen Zylinder eingelassen wird. Somit auffallend ist, dass es bei dieser Bauart des Motors oder Modules keine ” Totpunkte” gibt. Der Motor springt automatisch an und braucht auch kein Schwungrad um im Schwung zu bleiben. Es ist auf alle Fälle ein Zylinder da der an die Kurbelwelle zieht, oder druckt. Wenn das neben stehende Symbol auf eine Zeichnung oder Animation angebracht ist, bedeutet dies, dass der Motor oder das Modul die folgende Merkmale aufweist: Die kreisförmigen Linien neben der Kurbelwelle geben an, zu welchem Zeitpunkt Druckluft in den pneumatischen Zylinder eingelassen wird. Somit auffallend ist, dass es bei dieser Bauart des Motors oder Modules keine ”Totpunkte” gibt. Der Motor springt automatisch an und braucht auch kein Schwungrad um im Schwung zu bleiben. Es sind auf alle Fälle mehrere Zylinder da die gleichzeitig an der Kurbelwelle ziehen, oder drucken. Animationen auf dieser seite: © Mahjqa

6 Oscilating Engine Der oszillierende Motor (a.k.a. Wobbler) ist von der Bauart her eine ganz einfache Maschine, die nur sehr wenig Bauraum erfordert. Die Mehr-Zylinder-Bauarten bezeichnet mann als Linien- oder Reihenmotor.

7 Oscillating engine (V)
Der oszillierende V2-Motor ist von der Bauart her die kleinste mögliche Bauart für ein Luftdruckmotor wobei kein Schwungrad und Anlasser benötigt wird. Die mehr Zylinder varianten werden bezeichnet als V4, V6, V8 usw. Die Nummer hinten V steht für die Anzahl der Zylinder des Motors.

8 Oscillating engine (Boxer)
Das "Boxer Modul" ist das Modul mit dem niedrigster Bauhöhe. Mehr Zylinder-Varianten werden bezeichnet als Flat4, Flat6, usw. Die Nummer hinten Flat, steht für die Anzahl Zylinder des Motors.

9 Oscillating engine (Star config.)
Es ist zwar schön, Technologie in Aktion zu sehen, es steht aber keine praktische Anwendung für diesen Motor zur Verfügung. (nach meiner Meinung) Der Motor ist einfach zu groß für Einbau in ein LEGO Modell.

10 Scotch Yoke engine. Dieser Motor Konfiguration ist gebraucht worden in Verbrennungsmotoren, Heißluft- und Dampf Motoren. Der große Vorteil dieser Konfiguration ist die Zeit die der Mechanismus (Kolben) in den oberen und unteren Totpunkt der Bewegung verbringt. Diese Zeit ist Aufgrund der Konfiguration nämlich länger als beim Kurbel/Pleuelstang Getriebe. Dies alles erlaubt das die Genauigkeit der Ventilsteuerung ein bisschen weniger präzise sein kann.

11 Ross Yoke engine Diese Motor-Konfiguration wird eigentlich nur benutzt bei Heißluft-Motoren. Allerdings gibt es keine unüberwindlichen Schwierigkeiten diese Konfiguration für Druckluftmotoren anzuwenden. Die Ventilsteuerung muss aber äußerst präzise sein. (später mehr)

12 Crosshead engine Vielleicht habt ihr noch nie von einem Kreuzkopfmotor gehört, doch dies ist die am weitesten verbreitete Bauart des Mechanismus bei Dampfmaschinen und Dampflokomotiven. Wegen die Baugröße kann man eigentlich nicht viel mit dieser Konfiguration im LEGO Modellbau. Für LEGO Modelle sind die "Wobbler" am besten geeignet.

13 Kurbelwelle Konstruktion für 3-, 5-, usw. Zylinder Motoren.
Durch der Konstruktion der LEGO Elementen ist es nicht möglich Kurbelwellen mit einer andern Offset als 90° zu bauen. (siehe Fig.1) Wenn man aber ein Kurbelwelle mit ein anderen Offset als 90° bauen braucht, ist die Konstruktion aus Figur 2 ganz gut geeignet. Jeder Zylinder verfügt über sein eigene Kurbelwelle. Die einzelnen Kurbelwellen werden über Zahnräder mit eine Starrachse verbunden. Auf diese Art und Weise kann man jede Kurbelwelle einen Offset von 360/24 Zähne = 15° an der Starrachse verbinden. Zum Beispiel für einen 3-Zylinder-Motor (Fig. 2) braucht jede einzelne Kurbelwelle ein Offset von 8 Zähnen (= 120°) zueinander. Fig. 1 Fig. 2

14 Zuruck zum Kreuzkopf Mechanismus.
Da der Kreuzkopf Mechanismus der Mechanismus ist der am häufigsten bei Dampfmaschinen und Dampflokomotiven verwendet wird, werde ich mit dem Mechanismus jetzt weitermachen. In der Zeichnung Links sind einige Namen von Teilen dieses Mechanismus angegeben.

15 Der Kreuzkopf Mechanismus um 90° gedreht.

16 Kreuzkopf Druckluft Motor mit Ventil und Ventil Steuerung.
Bei Dampfmaschinen geschieht meistens der Ventilsteuerung Antrieb mit einem Exzenter das auf der Kurbel-/Antriebswelle (off-set) angebracht ist. Es gibt auch Systeme, bei denen die Ventilsteuerung Antrieb mit einem zweiten Zapfen, der am Ende des Antreibszapf des Treibrades montiert ist, geschieht (Dampflokomotiven). Das hier gezeichnete Ventilsteuerung System sieht man nicht oft, aber ich habe es benutzt weil auf diese Art und Weise es einfach zu erklären ist wie das alles funktioniert. Das Ventil das ich dazu gezeichnet habe ist nur ein Beispiel. So ein Ventil gibt es (von LEGO) nicht.

17 Beispiel (IRL)

18 LEGO Ventile

19 Kreuzkopf Druckluft Motor mit LEGO Ventil und Ventil Steuerung.

20 Beides stimmt! Die Erklärung dafür folgt!
LEGO Druckluft Motor. Hierbei findet der antrieb des Steuerventiles durch eine Kurbelwelle und einen festen Steuer Stang (Länge) statt. Die Linie in der Grafik gibt an um welchen Winkel sich die Achse des LEGO-Ventils im Vergleich zur Position der Kurbelwelle verdreht hat. Die gezeigte Situation gibt die Position der Welle an bei der Luft in den Zylinder eingebracht wird. Auffallend ist, dass die Oberfläche des linken Teil des Diagramms (Menge Druckluft) größer ist als der rechter Teil. Ebenso sieht es danach aus das sich die Achse des Steuerventiles bewegen kann, ohne das Luft in den Zylinder fließt. Beides stimmt! Die Erklärung dafür folgt!

21 Als nächstes: „Wieso ist denn das Diagramm asymmetrisch?“
LEGO Druckluft Motor. Hierbei findet der Antrieb des Steuerventiles durch eine Kurbelwelle und einen ein-stellbaren Steuer Stang (Länge) statt. Was gilt für die bisherigen Ventil Steuerung, gilt eigentlich auch für diese Art von Ventil-Steuerung. Wegen die Verstell-möglichkeit der Steuerstange ist es möglich, das Ventil länger in der maximalen Position zu behalten. Auf diese Weise kann dem Zylinder mehr Druckluft zugeführt werden. Als nächstes: „Wieso ist denn das Diagramm asymmetrisch?“

22 270 ° durch die horizontalen Bewegung des Pleuelfußes verlangsamt.
Der Pleuelfuß unterliegt zwei Bewegungen. Eine vertikale Bewegung (Hub des Motors), und eine horizontale Bewegung die durch das Folgen der Kurbelwelle entsteht. Diese horizontale Bewegung des Pleuelfußes verursacht eine sekundäre vertikale Verschiebung des Pleuelkopfes. Wenn sich die Kurbelwelle im Bereich zwischen 270° bis 90° bewegt entsteht durch beide Bewegungen des Pleuelfußes eine Beschleunigung des Pleuelkopfes. Ebenso wird die Bewegung des Pleuelkopfes im Bereich zwischen 90° und 270 ° durch die horizontalen Bewegung des Pleuelfußes verlangsamt. Primäre und sekundäre Bewegung des Pleuelkopfes, durch die Bewegung des Pleuelfußes.

23 !! Falsch !! In die Position wobei das Ventil am meisten Druckluft durchlasst, soll dieser Druckluft am Kolben-seite des Zylinders zugeführt werden. In diese zwei Zeichnungen, wird die Druckluft aber an der Stang- Seite des Zylinders zugeführt!!

24 Ventilsteuerung durch Nockenwellen.
168,75° 11,25° Ventilsteuerung durch Nockenwellen. Da es nicht möglich ist, die Zahnräder so eingreifen zu lassen, dass die Nocken der Nockenwellen um exakt 180 Grad versetzt drehen, ist die Ventil-steuerung damit nicht symmetrisch. Weil LEGO Ventile eine große Hysteresis haben, sind die Probleme die da durch verursacht werden, kaum spürbar während des Laufes des Motors. Es gibt Lösungen, bei denen die Nocken exakt auf 180 Grad Verdrehung (off-set) ausgeführt werden können, aber diese Mechanismen sind entweder zu groß oder zu schwer zu bauen. Als nächstes: „Wieso kommt kein Druckluft wenn das Ventil bedient wird?“

25 Praktische Lösung. Ein Hysteresis freies Ventil, aus zwei einzelnen LEGO Ventile hergestellt. Als nächstes:

26 Projekt Pneumatic hoses (4x) Air Controled pneumatic slave Pneumatic
engine NXT Controled pneumatic master Pneumatic hoses (4x) Projekt NXT Brick HiTechnic angle- sensor (NAA1030) Pneumotronic is a motor management system for a 2 cylinder LPE (LEGO Pneumatic Engine)

27 During the last 10 years that I'm involved with pneumatic engines, I got convinced that hysteresis issue has to be solved to let low-speed engines run smoothly. To enable hysteresis-free switching of the valves there are two valves per cylinder required. However, the limited installation space in the locomotive, makes this impossible. Thereby, a 2 cylinder engine is not strong enough to operate all 4 valves. Those two issues have to be solved especially right now, because I would like to build a variety of steam locomotives out of the early days of the steam area. Pneumotronic will be the first motor-management-system for 2 cylinder pneumatic engine. The NXT brick and the NXT Pneumatic master (dual-version) have to overcome all of the problems mentioned above. They will be installed in two narrow gauge railway wagons (insulated), and be pulled by the locomotive. The pneumatic slave gets built in to the locomotive. The position of the slave is as near as possible to the engine to enable quick aeration and ventilation of the cylinders. Another advantage of this configuration is that you still will be able to enjoy the (beautiful) puffing of the engine. Vorschlag: Development of a computer program that is able to compose a file that can run on the NXT brick to reach the objectivs of a motormanagmentsystem for a two cylinder pneumatic engine. Preferable would be to input and output the engine data Projekt via a graphic interface. The program also has to able to set the angle of pre-aeration (even whilst the engine is running). This to obtain the most sufficient way of operation. Indication for maximum engine speed: 1.5 Hz . Watch out: the valve setting is different when an engine needs to run backwards!

28 Ich möchte den folgenden Personen für ihre Aushilfe, herzlich danken:
Peer "Mahjqa" Kruger (LOWLUG): - Animationen (Editing & Composing) - Video bearbeitung. Barry "Barman" Bosman (LOWLUG): - Bereitstellung von AutoCAD Bibliotheke LEGO Technic Teile. Werner “Dino” Aulbach, Oliver “Olaf” Laferriere: - Verbesserung Deutsch. René Kok, 11 Mei 2013.

29 Endlich isses so weit: Zeit für !! Bauanleitung

30 NXT Pneumatic master (single version)
Bauanleitung NXT Pneumatic master (single version)

31 NXT Pneumatic master (dual version)
Bauanleitung NXT Pneumatic master (dual version)

32 Pneumatic slave (dual version)

33 Ross Yoke Engine