Voith Schneider Propellers (zelfbouw print versie)

Discussie in 'Bouwverslagen - Schepen' gestart door Carène, 16 sep 2020.

  1. Carène

    Carène

    Lid geworden:
    25 mrt 2018
    Berichten:
    95
    Locatie:
    thuis
    Ik weet niet precies of dit het goede subforum is, indien verkeerd is het aan de moderators vrij om het te verplaatsen..

    Deze voorstuwing zal velen niet onbekend zijn en gezien het feit dat ze niet alom gebruikt worden ook een uitdaging om te maken. Graupner heeft al een aantal jaren goede units in het assortiment dit speelt ook wel mee denk ik. Dan is het de moeite niet om zelf te gaan lopen vogelen. Maar ik ben iemand die liever zulke dingen zelf maakt dan ze koopt, ook is mijn budget beperkt en ze zijn uiteraard behoorlijk aan de prijs. Daarom dacht ik eens een verhaaltje te schrijven over hetgeen wat ik zoal uitspook de laatste tijd.

    Al enige jaren heb ik de onderdelen van een VSP op papier en de ideeen in het hoofd maar ik was nooit in staat om ze te produceren. Heb ook allang een aantal artikelen erop na geslagen die duidelijk de werking beschrijven. Ik ben niet in het bezit van een draai of freesbank en die zijn (tot voor kort) echt nodig om een dergelijk apparaat te produceren. Ik zeg sinds kort want nu ben ik in het bezit van een 3D printer en hiermee blijken geometrisch vergelijkbare onderdelen te maken. Natuurlijk los van de eigenschappen van het materiaal wat toch echt wel een stuk minder slijtvast dan messing of aluminium is. Desalniettemin aan het tekenen geslagen om te kijken of ik iets bruikbaars kon maken.

    Voor degene bij wie het onbekend is waar ik het precies over heb, hier een beknopte uitleg:
    De Voith Schneider Propeller of Cycloidal Propeller is een ronddraaiende schijf in de bodem van het schip waar 5-6 bladen uitsteken die met continue snelheid ronddraaien.
    [​IMG]

    Door het verstellen van de bladen produceren zij een stuwstraal die onbeperkt maar vooral snel alle kanten opgericht kan worden. In principe zijn zij opgelijnd met een 'virtueel' draaipunt dat zich naast het echte draaipunt van de schijf bevind:

    [​IMG]

    De verschillende richtingen van stuwkracht en de bijbehorende bladstand zijn hier duidelijk geillustreerd (een VSP met 4 bladen komt echter bijna nooit voor, dit is slechts een schema):



    [​IMG]

    Het is denk ik een beetje modelbouwer eigen om zoveel mogelijk als het origineel te willen kunnen varen. Naar mijn mening slaan we hier soms te ver in door zoals de 360 graden roerpropeller sturing met joysticks op de zender. Ik gebruik hier een 180 graden uitslag, achteruit varen doe je namelijk met het omdraaien vd motor draairichting en een modelboot reageert heel anders als je op de kant staat dan op het origineel op de brug. Voor mij hoeft het niet allemaal technisch exact gelijk te zijn. Als het uiteindelijke effect maar gelijk is en varen zelf niet aanzienlijk wordt bemoeilijkt.

    Dit uitgangspunt gebruik ik ook bij het ontwikkelen v.d. VSP-propeller. Door het toepassen van een vaste excentriciteit in de aansturing van de bladen spaar ik mij een servo uit. Het nadeel is het niet hebben van een 'nulpunt' stelling, een nul stuwkracht punt dat bij het origineel wel aanwezig is. Modelboten zijn doorgaans echter niet uitgerust met een dieselmotor maar elektromotoren die prima stil te zetten en om te keren zijn. Het voordeel is hopelijk versimpelde bouw, toegenomen betrouwbaarheid en minder elektronica (ruimte+kanalen) nodig voor de aansturing.

    Al een week of 2 in de kleine uurtjes aan het tekenen, verschillende ontwerpen hebben al de revue gepasseerd en bleken beter te kunnen of waren compleet ongeschikt. Over de hoofdafmetingen; het doel is een kleine en compacte VSP te maken, geschikt voor niet-sleepboten schaal 1:50. De VSP 16 die veel gebruikt wordt op kleinere werkschepen heeft bijv een blad steek van 32 mm. De VSP 26 daarentegen vind men veel op de wat grotere slepers zoals die voor Bugsier varen.

    De afmetingen heb ik omgerekend vanuit het origineel en de gemiddelde verhoudingen van bladhoogte en rotordiameter bepaald.

    upload_2020-9-17_9-24-42.png

    De Graupner 60 mm versie is van hieruit gezien behoorlijk aan de maat (VSP 30 omgerekend) en eigenlijk alleen geschikt voor zeer grote sleepboten met veel interne ruimte. In schaal 1:50 dan. Ik heb plannen voor een boot waar ze in gaan, met laag achterdek, vandaar. Maar ik houd nog even geheim welke:) Heb eerst nog wat andere projecten lopen voordat er een nieuw scheepje komt. Als ik eenmaal een werkend systeem heb is het uiteraard makkelijk te verschalen om in een sleepboot te kunnen maar ik zoek graag eerst de limieten op.

    De verschillende versies onderscheiden zich grotendeels in het blad verstel systeem. Dit moet snel kunnen reageren (hoog toerental door kleine maat), weinig speling hebben en niet teveel slijten. Op Grabcad vond ik een volledig uitgewerkte versie voor modelschepen maar meteen bleek deze al ongeschikt. Te groot en te complex.
    upload_2020-9-16_23-40-29.png

    Toen begonnen met het opzetten van een eigen ontwerp. Daaraan wijzigingen gedaan om de eerder genoemde argumenten. Hieronder een chronologisch overzicht:

    VERSIE 1
    Een aantal zelfbouw versies die ik vond op het net volgt dit principe. De aansturing van de bladen is simpel maar onderhevig aan veel slijtage en daarom met mijn materiaal keuze ongeschikt.
    Ook is vanwege alle armen een rotor benodigd met veel hoogte wat de compactheid nadelig beinvloed.
    upload_2020-9-16_23-7-33.png

    VERSIE 2
    Het uitgangspunt was daarom een aansturing met alleen scharnieren. Ook wilde ik graag de binnenste as als aandrijving zodat er een motor bovenop gezet kon worden. Na het zien van een aantal fotos van het origineel tot besef gekomen dat deze versie de blad verstelling niet goed verzorgde, niet alle bladen werden op gelijke wijze versteld en ook de uitslag en dus kracht was zeer beperkt.
    upload_2020-9-16_23-6-51.png

    upload_2020-9-16_22-43-41.png

    Met een kruis onderin a-la Graupner dit probleem grotendeels opgelost maar de uitslag van de bladen was nog steeds erg beperkt.
    Hierdoor was een hoog toerental nodig met risico op vastlopen.
    upload_2020-9-16_23-22-55.png

    VERSIE 3
    Vervolgens een systeem met stangen uitgewerkt. Het concept van motor bovenop werd losgelaten en gezien als praktisch 'onmogelijk'.
    Het excentriek in het midden versteld echter nog steeds niet alle bladen correct.
    Ook is de kans dat de stangen gaan wringen in de armen en teveel speling creeren voor een doeltreffende werking.
    upload_2020-9-16_23-2-24.png

    VERSIE 4
    Toen terug gegaan naar het complete systeem van Graupner. Maar opnieuw de slijtage in de armen en de uitvoering van het 'kruis' onderin stelde mij niet gerust qua betrouwbaarheid.
    Teveel onderdelen en het was juist een van mijn uitgangspunten toen ik begon om het zo simpel mogelijk te houden.
    upload_2020-9-16_23-3-7.png

    VERSIE 5
    Hierbij is terug gegaan naar het armen principe maar nu met een 90 graden verdraaing van de blad verstelling. Het principe van alleen scharnieren en dus weinig slijtage is behouden.
    De totale hoogte van de unit is wel net als bij versie 1 erg kritisch. De armen moeten zo dun mogelijk zijn en worden dus uitgevoerd in messing of aluminium.
    upload_2020-9-16_22-36-19.png

    En hier een overzicht tekening van de complete unit. Het blauwe tandwiel probeer ik een mini servo onder te krijgen die de versturing links-rechts verzorgd.
    Voor-achter gaat dan met de draairichting van de motor. Door van deze het toerental te regelen wordt ook de hoeveelheid stuwkracht geregeld.

    upload_2020-9-16_20-13-3.png
     
    Laatst bewerkt: 17 sep 2020
    Tug.NL, Marin01, rc bouwer en 2 anderen vinden dit leuk.
  2. Carène

    Carène

    Lid geworden:
    25 mrt 2018
    Berichten:
    95
    Locatie:
    thuis
    HIer een plaatje van de onderdelen van versie 2. Zoals eerder besproken werd deze het hem niet.
    De behuizing en motor fundatie konden echter wel gebruikt worden voor de definitieve versie
    Duidelijk zichtbaar ook het grote tandwiel die de servo uitslag van 90 graden omzet naar de benodigde 180 op de VSP.

    upload_2020-9-18_20-40-48.png
     
    Tamaniac vindt dit leuk.
  3. JaFa

    JaFa

    Lid geworden:
    20 jun 2010
    Berichten:
    951
    Locatie:
    Leuven (Belgie)
    Ik herken hierin je handtekening! Ik ga dit van heel dichtbij volgen, zeker een fan!
     
    Carène vindt dit leuk.
  4. Martin '70

    Martin '70

    Lid geworden:
    7 jan 2006
    Berichten:
    1.140
    Locatie:
    Spijkenisse
    Ga het met interesse volgen Pim
     
    Carène vindt dit leuk.
  5. Carène

    Carène

    Lid geworden:
    25 mrt 2018
    Berichten:
    95
    Locatie:
    thuis
    Leuk mannen! Daar maak ik het verslag voor.

    Terug naar de tekentafel.. Niks is zo veranderlijk als het ontwerp proces. De laatste versie werkte goed maar had toch nog wat nadelen.
    De onderdelen werden wel erg klein waardoor het moeilijk was genoeg 'vlees' over te houden rond de stel asjes, met het riscio op breken.
    Ook zaten de inbusjes voor de blad assen behoorlijk in de weg van de armen.
    Daarvoor waren de bladen 105 graden gedraaid tegenover de armen wat het erg moelijk maakt om ze correct af te stellen.

    Daarom terug gegaan naar een aangepaste versie 1. Een bijkomend voordeel is dat deze ook makkelijk omgebouwd kan worden naar een versie zoals van Graupner met 2 servo's.
    De slijtage is hier zoals eerder gezegd een probleem maar ik kan als de test succesvol is alsnog besluiten de stuur armen (blauw) van messing te maken en het goed in het vet te zetten.
    Dan heb ik er wel vertrouwen in.
    upload_2020-9-20_20-54-58.png

    Zonder een ander mechanisme toe te passen kan er makkelijk een stuur knuppel ingeschoven worden, mocht mijn besturing niet werken zoals gedacht.
    upload_2020-9-20_20-52-16.png

    Hier het complete mechanisme samengesteld. Goed is te zien dat met een boortje of asje in het midden het vrij makkelijk is om de bladen correct af te stellen.
    Dit is van cruciaal belang voor het goed werken van de VSP omdat een kleine blad uitslag bij dit hoge toerental al een waterstroom geeft.
    Ik maak hier een adapter voor die ik om de bladen heen schuif waarbij ze op exact 90 graden worden gehouden waarna ik de inbusjes vastdraai.
    upload_2020-9-20_20-41-15.png


    Daarna de verstelschijf gemonteerd. Deze wordt dus 180 graden gedraaid door de servo via het tandwiel bovenop de unit.
    upload_2020-9-20_20-45-39.png

    Daarna kan het geheel in het huis geschoven worden.
    upload_2020-9-20_20-40-47.png

    upload_2020-9-20_20-37-39.png

    Het bronslager waar alles in draait ga ik vervangen door een kunstof lager. Ik gebruik graag bronslagers aan de waterzijde, bij stalen kogellagers zijn O-ringen nodig en daar ben ik geen fan van. Ze geven weerstand en moet je eens in de zoveel tijd nakijken en vervangen. Maar als er een riem aan staat te trekken geeft een bronzen lager teveel speling op de aandrijfas.
    Daarom ga ik voor kunstof, de waterdichtheid ervan is mij onbekend. Heeft iemand daar ervaringen mee?

    upload_2020-9-20_23-22-11.png


    Het huis nog wat aangepast om de motor te kunnen monteren. De blauwe riemschijf wordt vervangen door een aluminium versie.
    De printhars is geweldig spul, je kunt er echt alles mee maken. Maar het is vrij zacht en broos, Een dergelijke schijf gaat te hard slijten met een riem op zoveel toeren.
    upload_2020-9-20_21-8-57.png
     
    Laatst bewerkt: 20 sep 2020
    Martin '70 vindt dit leuk.
  6. JaFa

    JaFa

    Lid geworden:
    20 jun 2010
    Berichten:
    951
    Locatie:
    Leuven (Belgie)
    Ok, ik zie dat er al heel wat vorderingen zijn, wat mij blij maakt vooral een opmerking dat je het systeem ook met 2 servos zou laten werken. Ik ga even eerlijk zijn de reden dat ik een voith wil is omdat hij dingen kan die geen 1 andere aandrijving kan dus zou die aandrijving met 2 servo's die dan is zoals het origineel zeker mijn voorkeur hebben. omdat je dan ook een 0 trust stand hebt en eerlijk bij een exentiek ga je altijd een punt hebben waar de servo moet terug draaien en daar kan de de boot niet goed controleren, bij een hoog toerental gaat dit vreemde bewegingen geven.

    Zou je niet eens kijken of je nergens geen kogel oplossing vind? Ik denk dat het uiteindelijke resultaat bevredigender zal zijn.

    Het afstellen kan ook anders he, maak een platte kant op die as, de klem inbus zet dan altijd het blad recht, het enige wat je moet doen is een kaliber maken/printen om het blad op te spannen voor het kantslijpen.
     
  7. JaFa

    JaFa

    Lid geworden:
    20 jun 2010
    Berichten:
    951
    Locatie:
    Leuven (Belgie)
  8. Carène

    Carène

    Lid geworden:
    25 mrt 2018
    Berichten:
    95
    Locatie:
    thuis
    Hi Jan,

    Ja het is denk ik dezelfde discussie als de 360 gr sturing van de thrusters :D
    Even voor de duidelijkheid, de uiteindelijke bladhoek die uit de verstelling volgt van mijn Voith is niet veel anders dan het origineel.
    Alleen de hoek verdraaing van het blad van 0 naar vol stuwkracht heb ik niet.
    Het gemis van een nulpunt wordt gecompenseerd door het motor toerental te varieren.
    In het echt vind een dieselmotor dit niet fijn en reageert traag... bij een elektromotor in het model is de versnelling van stilstaan naar volaan vaak al binnen een oogwenk.
    Dat bij een hoog toerental het terugdraaien vd servo rare bewegingen geeft kan je gelijk in hebben, dit komt omdat het niet 360 graden oneindig is.
    Dan moet je dus de knuppel op achteruit zetten en wachten tot de servo volledig is teruggedraaid naar de andere kant.
    Maar net als de thrusters is dit voor mij geen harde eis, je moet hier gewoon rekening mee houden tijdens het varen dat de stuwkracht niet oneindig rond kan.
    Inderdaad als je dit wel graag wilt omdat je dit zo 'vet' vind ontkom je niet aan het 2 servo principe.

    Een ander belangrijk punt waarom ik graag het toerental varieer is omdat ik het onzinnig vind dat de motor constant voluit of halve snelheid draait. DIt levert een geluids vermindering en extra vaartijd op!
    Want minder hard draaien bij langzaam manoevreren = lager stroomverbruik

    Platte kant op de as heb ik al maar ik heb gemerkt dat indien de inbus ietsje scheef zit (speling in de draad) dit toch een afwijking oplevert in de afstelling.
    Maar dit was niet het punt waarom ik terugging naar deze versie heh? Dat was omdat bij de v6 er een hoekverdraaiing zat in blad naar arm welke niet met een asje in het midden af te stellen was.
    A la, wel op de werkbank maar de truc is juist dat dit in de VSP moet gebeuren.

    Motor bovenop met de door jouw genoemde methode heb ik geprobeerd. Je vergeet dat de aandrijfas dan door de armen heen moet, dat gaat dus niet.
    Daarnaast is dit voor mij zelf niet gewenst daar de totale hoogte v.d. unit onder de 40 mm moet blijven wil het in het schip wat ik op het oog heb passen.
    Met de 2 servo versie gaat dit al helemaal niet, de sturing van de knuppel is niet te combineren met een holle as.
    upload_2020-9-20_22-59-25.png

    Maar zoals de thrusters zijn er natuurlijk genoeg ontwikkel mogelijkheden voor de toekomst!
    Het aanbrengen van een knuppel die het excentriek aandrijft is simpel te realiseren door een groter lager waar de rotor in draait te gebruiken en
    bovenop het verstelmechanisme te plaatsen (dus niet in de trommel zoals bij Graupner, dit is nodeloos gecompliceerd).
    Op deze manier zijn er geen bolscharnieren nodig.

    Zoals het systeem van Jean-Louis uit Frankrijk. Ik kijk graag hoe anderen dit doen, dit systeem is wel een voorbeeld voor mij.
    Echter wil ik het systeem compacter maken vanwege bovengenoemde reden.

    upload_2020-9-20_22-40-50.png
    upload_2020-9-20_22-41-29.png

    upload_2020-9-20_22-45-52.png

    http://fr.1001mags.com/parution/mrb-rc-marine/numero-612-novembre-2014/page-28-29-texte-integral

    Maar ik zijn eigenwijs, dat weet ik, waardeer zeker weten het meedenken! :D
     
    Laatst bewerkt: 20 sep 2020
  9. Martin '70

    Martin '70

    Lid geworden:
    7 jan 2006
    Berichten:
    1.140
    Locatie:
    Spijkenisse
    Een hoop stof tot nadenken zie ik al, dat is inherent aan ontwerpen . Maar zie we een aantal zaken waar ik zo mijn twijfels over heb. Ik zie iets over hoge toerentallen. Maar vsp’s draaien in het algemeen geen hoge toerentallen. Gem tussen de 600/700 omw/min. En het omdraaien van de motor draairichting om achteruit te varen ?. Doorgaans heb je een links en rechtslopende vsp en en door beide gelijktijdig aan te sturen vaar je alle kanten op dus ook achteruit dat is het mooie van een vsp.
     
    Carène vindt dit leuk.
  10. Carène

    Carène

    Lid geworden:
    25 mrt 2018
    Berichten:
    95
    Locatie:
    thuis
    Hi Martin,

    Ik heb het idee dat je de VSP graag als een exacte 'kopie' van het origineel gemaakt ziet worden. Dit is niet mijn doel.
    Mijn doel is een voortstuwing te realiseren die de vaareigenschappen benaderd maar een stuk minder gecompliceerd is.
    Weliswaar met een paar compromissen zoals het niet oneindig rond kunnen gaan v.d. stuwkracht.
    Maar dit vind ik een overbodige luxe voor een modelboot en maakt het varen nodeloos gecompliceerd.
    De motor vervangt eigenlijk de 2e servo qua stuwkracht hoeveelheid + richting geven.

    Wat betreft het toerental heb je gelijk met een technisch gelijkende uitvoering maar het werkt net zoals bij een schroef.
    Minder pitch betekent dat je een hoger toerental nodig hebt om dezelfde stuwkrach te leveren.
    De hoekverdraaiing van de bladen is bij mijn blad verstelling kleiner dan van het origineel, daarom moet het toerental omhoog.

    Met alle eerlijkheid heb ik geen idee hoeveel, dat moet ik ook gaan testen met verschillende KV v.d. motoren of andere riemwiel overbrengingen.
    Al spreek je over nog maar +/ - 2000 RPM, dat vind ik toch een aanzienlijk toerental.
    Als de bladverstelling niet deugdelijk in mekaar zit gaat het behoorlijk in de soep lopen.

    Ik hoop dat het duidelijk is dat ik iets anders wil maken dan simpelweg het origineel kopieren, dan kan ik net zo goed een set van Graupner kopen.
    Misschien bevalt het totaal niet en moet ik terug naar de tekentafel. Maar dat wil ik graag zelf ondervinden :D
     
    Laatst bewerkt: 22 sep 2020
    JaFa en Arragon vinden dit leuk.
  11. JaFa

    JaFa

    Lid geworden:
    20 jun 2010
    Berichten:
    951
    Locatie:
    Leuven (Belgie)
    Laten we de ontwikkeling gewoon bekijken, uit ervaring weet ik dat het toch wel weer in orde zal zijn, en wie weet wordt het nog wel een hybride systeem...
     
  12. Martin '70

    Martin '70

    Lid geworden:
    7 jan 2006
    Berichten:
    1.140
    Locatie:
    Spijkenisse
    Hi Pim
    Ik snap je beweegrede hoor maar schrok een beetje van het toerental Dan moet het binnenwerk inderdaad goed in elkaar zitten. Aangezien ik mijn units ook weer uit het stof heb gehaald om ze af te maken hebben je vorderingen mijn interesse Alleen die van mij zijn iets groter en zwaarder zit een hoop aluminium in en messing, de trommels zijn 140 mm in diameter. Maar goed eerst mijn messen maar eens goed zien te krijgen en een testopstelling bouwen en laten draaien on te zien wat er allemaal heel blijft .
     
    Carène vindt dit leuk.
  13. mrproper13

    mrproper13

    Lid geworden:
    2 nov 2008
    Berichten:
    119
    Locatie:
    Antwerpen

    De uiteindelijke Voith draait tussen de 100 a 117 rpm
     
    Carène vindt dit leuk.
  14. daisycutter19

    daisycutter19

    Lid geworden:
    7 nov 2021
    Berichten:
    1
    Locatie:
    india
    hello, i just join the forum. am looking for the Voith propeller 3d printed design and its working. can it be used for prototype for underwater drone. thank you.
     

Deel Deze Pagina