Aufgabe Vorschlag A - 1.2 - Welle-Nabe-Verbindungen · Abitur Hessen Mechatronik LK 2022

Material 1: Personal-Transporter – Antrieb

Funktionsbeschreibung

Der Personal-Transporter ist ein elektrisch angetriebenes Einpersonen-Transportmittel mit zwei nebeneinander angeordneten, auf derselben Achse liegenden Rädern.

Die zu befördernde Person steht zwischen den beiden Rädern auf einer Plattform und kann sich an einem Lenker festhalten. Jedes Rad wird per Einzelradantrieb von einem separaten Elektromotor angetrieben. Unterschiedliche Drehzahlen der Räder ermöglichen eine Kurvenfahrt wie bei Kettenfahrzeugen. Durch eine elektronische Antriebsregelung wird das Fahrzeug automatisch im Gleichgewicht gehalten.

Der Personal-Transporter fährt in die Richtung, in die sich die Fahrerin oder der Fahrer (im Folgenden Fahrer genannt) lehnt. Sobald die Neigungssensoren (Halbleiter-Gyroskope) registrieren, dass sich der Fahrer nach vorne oder hinten neigt, drehen die Räder die Plattform wieder unter den Schwerpunkt des Fahrers und verhindern so das Umkippen.

Die Fortbewegung wird ausschließlich durch solche Gewichtsverlagerungen gesteuert, es gibt keine Bedienelemente zum Bremsen oder Beschleunigen. Diese Funktionsweise entspricht dem aufrechten Gang, bei dem sich der Schwerpunkt des Körpers stets über der Auflagefläche der Füße befindet. Der Personal-Transporter ist deshalb intuitiv zu bedienen.

Ein Schwenken der Lenkstange nach rechts oder links bewirkt die dementsprechende Kurvenfahrt. Sobald sich der Fahrer mit der Lenkstange zur Seite neigt, wird das von den Neigungssensoren wahrgenommen und das jeweilige Rad dreht sich langsamer und verursacht dadurch die Kurvenfahrt.

Der Antrieb des Personal-Transporter erfolgt (je Seite) über einen Elektromotor, dem jeweils ein zweistufiges geradverzahntes Stirnradgetriebe nachgeschaltet ist. Antriebsmotor und Stirnradgetriebe sind jeweils mittels einer Kupplung verbunden; die Getriebe-Abtriebswellen haben eine starre Verbindung zu der Baugruppe Antriebsrad.

Hinweis: Für die folgenden Aufgaben wird jeweils nur eine Seite des Personal-Transporters betrachtet.

Technische Daten

Motordrehzahl: · $n = 3150\text{ min}^{-1}$

Zähnezahl Getriebeeingangswelle: · $z_1 = 12$

Übersetzungsverhältnis der ersten Stirnradstufe: · $i_1 = 3: 1$

Modul der ersten Stirnradstufe: · $m_1 = 1{,}5\text{ mm}$

Modul der zweiten Stirnradstufe: · $m_2 = 2{,}0\text{ mm}$

Achsabstand der zweiten Stirnradstufe: · $a_2 = 108\text{ mm}$

1.2 Die Kraftübertragung vom Stirnrad $z_4$ auf die Getriebe-Abtriebswelle soll mit einer Passfeder der Form A erfolgen. Der Wellendurchmesser beträgt $18\,\mathrm{mm}$, die Nennleistung des Antriebsmotors $120\,\mathrm{W}$.

Überprüfen Sie bei einer zulässigen Flächenpressung von $30\,\mathrm{N/mm^2}$, ob die verwendete Passfeder DIN 6885-A-6x6x16 ausreichend dimensioniert ist.

Hinweis: Wenn Sie das Gesamtübersetzungsverhältnis in Aufgabe 1.1 nicht ermittelt haben, ist mit $i_{\text{ges}} = 17$ weiterzurechnen. [12 BE]