Verhinderung von Leckagen in Motorwellen für Unterwasserbots

Wenn wir einen Wasserboter bauen, müssen wir aus offensichtlichen Gründen immer darauf achten, Leckagen zu vermeiden. Jetzt können Löcher für Drähte leicht wasserdicht gemacht werden - aber was ist mit Motoren? Wir können das Gehäuse leicht verschließen (und alle Löcher in das Gehäuse füllen), aber der Teil, an dem die Achse auf das Gehäuse trifft, bleibt ungeschützt.

In den Motor eindringendes Wasser ist immer noch ziemlich schlecht. Ich bezweifle, dass es eine Möglichkeit gibt, diesen Bereich ordnungsgemäß abzudichten, da sich die Achse durch eine feste Dichtung nicht bewegen kann und sich eventuell eine flüssige Dichtung (oder etwas Ähnliches wie Fett) abreibt.

Ich überlegte, ein zweites Gehäuse um den Motor zu legen, vielleicht mit einer speziellen Gummiöffnung für die Welle. So etwas wie (vergib die schlechte Zeichnung, die nicht an GIMP gewöhnt ist):

Dies würde wahrscheinlich die Leckage stoppen, aber das Drehmoment / die Drehzahl durch Reibung erheblich verringern.

Wie kann man also verhindern, dass Wasser in den Motor eindringt, ohne die Motorleistung wesentlich zu beeinträchtigen?

(Um das zu klären, möchte ich keinen speziellen Unterwassermotor kaufen. Ich würde es vorziehen, meine eigenen Motoren wasserdicht zu machen.)

Ich bin mir nicht sicher, ob ein Aquabot ein voll tauchfähiges Fahrzeug oder ein Oberflächenfahrzeug ist.

Wenn es sich um ein Oberflächenfahrzeug handelt, müssen Sie sich nur RC-Boote ansehen. Sie haben das ziemlich gut gelöst.

Die Dichtung, die das Eindringen von Wasser in das Boot verhindert, wird als Stopfbuchse bezeichnet (4 in der Abbildung). Es ist einfach eine Tube, die mit Fett gefüllt ist. Das Fett verhindert, dass Wasser zwischen dem Rohr und der Propellerwelle in das Boot eindringt. In der Regel befindet sich zwischen dem Schaft und der Innenseite des Rohrs ein Abstand von etwa 1 mm, sodass ausreichend Fett darin enthalten ist. An den Rohrenden sind lose Buchsen angebracht, die kaum Reibung verursachen, aber das Austreten von Fett verhindern.

Dies wird wahrscheinlich auch bei voll untergetauchten Fahrzeugen gut funktionieren, sofern diese nicht zu tief fahren. Wenn Sie tiefer gehen, wird der Druck beginnen, Wasser in den Schlauch zu drücken, das Fett herauszudrücken und schließlich Wasser in das Boot zu lassen.

Eine Möglichkeit, dem entgegenzuwirken, besteht darin, einfach zurückzuschieben. Erhöhen Sie den Luftdruck am anderen Ende der Stopfbuchse, damit die Dinge im Gleichgewicht bleiben. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, den Motor und das innere Ende des Rohrs in einer kleinen versiegelten Box einzuschließen. Setzen Sie die Box mit einer kleinen Pumpe unter Druck, um sie an den Wasserdruck anzupassen.

Lassen Sie alternativ das Wasser die Arbeit für Sie erledigen. Versiegeln Sie den Motor in einer Gummiblase und bringen Sie ihn außerhalb des Bootes unter. Der Wasserdruck komprimiert die Blase so, dass der Luftdruck im Inneren immer perfekt mit dem Druck im Freien übereinstimmt.

Mein letzter Vorschlag ähnelt dem von Mark Booth . Warum nicht einen Motor bauen, der den Rumpf des Fahrzeugs überqueren kann? Bringen Sie die Magnete des Motors außen an und lassen Sie die Wicklungen innen trocken. Was Sie hier machen werden, ist im Grunde ein Brushless-Motor:

Sie könnten dies vielleicht in so etwas wie einen Ventilator einbauen.

Möglicherweise möchten Sie einen magnetisch gekoppelten Antrieb in Betracht ziehen . Verwenden Sie einen Standardmotor mit Magnetkupplung, um das Drehmoment auf Ihre Stütze zu übertragen.

Auf diese Weise kann Ihr Motor vollständig in Ihrem Fahrzeug versiegelt werden:

^{Von Eric Stackpole ‚s Artikel oben erwähnt. Bild ohne Erlaubnis verwendet, aber mit Zuschreibung.}

Diese Lösung kann jedoch je nach dem zu übertragenden Drehmoment geeignet sein oder auch nicht, hat jedoch für den Einsatz im offenen Wasser den entscheidenden Vorteil, dass das Drehmoment begrenzt ist. Mit anderen Worten, wenn Ihr Propeller blockiert und Sie geeignete Motor- und Kupplungsdrehmomente ausgewählt haben, rutscht die Kupplung durch, bevor Ihr Motor durchbrennt.

Ich mag die Erics-Lösung besonders, da sie gleichzeitig das Drehmoment auf die Stütze überträgt, die Stütze auf der Welle zentriert und die Stütze entlang der Welle zentriert. Ein elegantes Stück Design, das mehrere Probleme gleichzeitig löst.

Wenn Sie nach einer sehr günstigen Möglichkeit suchen (wie in, preisgünstig für Bildungszwecke), lesen Sie das Sea Perch ROV-Handbuch .

Vollständige Offenlegung. Ich habe im MIT-Labor gearbeitet, das dieses Bildungsprogramm leitet.

Auf Seite 9 dieser PDF-Datei erfahren Sie, wie Sie einen Hobby-Motor mit einem Filmkanister und Toilettenschüsselwachs imprägnieren. Das gesamte Gehäuse bleibt untergetaucht, und wir haben es in einigen Fällen auf 20 oder 30 Fuß Tiefe gebracht.

Der Build ist eigentlich ziemlich einfach; Wir helfen vielen Highschool- und Junior-Schülern dabei, diese zu erstellen, und ich kann mich nicht an einen Vorfall erinnern, bei dem sich herausstellte, dass das Siegel unzuverlässig war.

Alle Dichtungen sind undicht. Wenn Sie den Motor so einschließen können, dass die Welle der einzige Austrittspunkt ist, füllen Sie den Motor mit einem nicht leitenden Öl mit niedriger Viskosität, z. B. Mineralöl. Dadurch wird der Druckunterschied über die Dichtung stark verringert.

Nehmen Sie es für das, was es wert ist, ich war neben dem OpenROV-Stand auf der Maker Faire und ihre Antwort lautete "Lass es auslaufen und trockne es später ab". Sie sagten, sie seien überrascht, dass das Eindringen von Wasser für sie keine Probleme bereite.

‚Natürlich habe ich das selbst nicht versucht , und ich kann misheard sie - oder vielleicht war nichts für sie scheiterte noch :-)

Es kann sich jedoch lohnen, mit billigen Motoren zu beginnen und zu prüfen, ob Ihre Erfahrungen mit denen übereinstimmen ...

Auf einem meiner ferngesteuerten Boote verwendete ich dieses Design ...

Die blauen Scheiben sind Schwungräder. Sie sind an den grünen Stäben befestigt, die an beiden Seiten einer flexiblen, wasserdichten Membran eingehakt sind. Die Membran ist an beiden Seiten des Gehäuses befestigt, um die Bewegung zu übertragen, lässt jedoch kein Wasser durch.

Ich bin auf alle Vorschläge in den anderen Beiträgen gestoßen. Ich verstehe nicht, warum Leute komplexe und teure Lösungen vorschlagen, die auch nicht machbar sind.

Eine Gleitringdichtung ist die einfachste Lösung, um den Motor abzudichten oder in IP 68 auszuführen. Wir können diesen Motor bis zu einer Tiefe von 20 m in Meerwasser einsetzen.

Die Konstruktion ist wie eine WET-Grube.

Solche Motortypen werden in Abwassertauchpumpen eingesetzt, die bis zu einer Wassertiefe von 20 m arbeiten.

Die Kosten für eine solche Dichtung sind ebenfalls sehr gering.

Ich verstehe genau, wovon Sie sprechen. Ich entwickle mein eigenes ROV, das ein Schienensystem hat und auf dem Meeresboden kriecht. Wenn ich vorschlagen kann, Ihren Motor an einem hohen Punkt in Ihrem ROV zu platzieren, mit dem Zahnradgetriebe nahe am Boden, können Sie ein Druckluftsystem installieren, das Luft in die Kammer lässt, wenn das ROV tiefer geht. Stellen Sie es sich wie eine Toilettenschüssel vor, nur dass bei steigendem Wasserstand Luft eindringen kann. Ich habe über das gleiche Thema nachgedacht und mir das einfallen lassen. Mit einer CO2-Patrone aus einer Luftpistole und einem hausgemachten Druckventil (Idee aus der Toilettenschüssel) können je tiefer die Luft komprimiert wird, desto mehr Wasser gelangt in die Kammer. Wenn das Ventil installiert ist, wird mehr Luft eingeleitet und das Wasser vom Elektromotor ferngehalten.

Einfache Gleichstrommotoren, die in meinem Unterwasserroboter installiert sind, laufen noch (mit etwas mehr Lärm) seit einem Jahr ohne JEDE Dichtung.

Die Spannung von 12 V ist nicht so hoch. Selbst wenn die Stromanschlüsse in Wasser getaucht sind, leitet Wasser nicht viel Strom durch sich selbst, es sei denn, es ist salzig.

Während der Strom durch den Pfad mit dem geringstmöglichen Widerstand fließt, fließt der größte Teil des Stroms immer noch durch die Motorwicklungen, jedoch verursacht das Vorhandensein von Wasser Rost, der die Bürsten des Motors und damit mehr Geräusche und Reibung beschädigt.

Um die Antwort auf das Tracked-ROV / WC-Becken zu erweitern, könnte dasselbe ohne die Komplexität der Luftgewehrpatrone erreicht werden, wenn der Motor hoch genug in der Kammer positioniert ist: Wenn das Wasser eintritt, komprimiert es die oben eingeschlossene Luft, abhängig davon Auf der Höhe der Kammer, der Tiefe des ROV (und der Dichte des Fluids) gleichen sich die Drücke an einem bestimmten Punkt aus und verhindern ein weiteres Eindringen des Fluids.

Ich wollte im Rahmen eines schulwissenschaftlichen Projekts eine Unterwasserpumpe bauen. Es fiel mir wirklich schwer, einen normalen Gleichstrommotor und seine Welle wasserdicht zu machen. Ich habe kläglich versagt. Später kam mir eine Idee. Ich habe die Welle und die Magnete vom Motor entfernt. Ich entfernte die Spule und befestigte den Magneten in der Welle. Verwenden Sie ein kleines PVC-Rohrstück und wickeln Sie es auf. Halten Sie den Schaft in dem gewickelten PVC-Rohr. Wenn Sie nun Wechselstrom in die Spule leiten, dreht sich die Welle. Jetzt müssen Sie nicht mehr die rotierende Welle wasserdicht machen, sondern die Drahtlöcher in der Wand, was sehr einfach ist.

Jetzt sind die Spulen wasserdicht und die Welle hat keine Spule und keinen Stromkreis, der kurzgeschlossen werden könnte. nur ein Magnetfeld unter Wasser.