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Thema: Motor - Propellergre und bestmglicher Wirkungsgrad?

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Motor - Propellergre und bestmglicher Wirkungsgrad?

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    Hi,

    ich werde irgendwann mal einen kleinen Quadrocopter bauen aber eine Frage beschftigt mich schon seit langem:

    Wie muss ich meine Motor-Rotor Kombination auslegen damit das ganze mglichst effizient ist?

    Bitte korrigiert mich wenn was falsch ist:

    Ich hab irgendwo mal gelesen, dass der Motor bei der Hlfte seiner Nenndrehzahl den hchsten Wirkungsgrad hat, das Schaubild des Wirkungsgrad sieht so ungefr aus wie eine umgedrehte Parabel. D.h., da wird zwar am meisten Strom verbraucht aber auch der grte Teil davon in mechanische Energie umgesetzt. Wobei die Nenndrehzahl ja auch wieder von der Spannung abhngt, mit der man den Motor fttert. Die dem Motor maximal zumutbare Spannung (und damit maximal zumutbare Leistung) hngt wiederum von der thermischen Belastbarkeit des Motor ab und hat im Dauerbetrieb eine bauartbedingte feste Grenze, da nimmt man dann wohl die Herstellerangabe.

    Ein zu groes Rotorblatt sorgt nun dafr, dass der Motor es garnicht schafft auf seine halbe Nenndrehzahl zu kommen. Selbst wenn man die Spannung erhht, steigt zwar die Kraft aber auch die Nenndrehzahl.. proportional?

    Ein zu kleines Rotorblatt hat zur Folge, dass der Motor ber seine halbe Nenndrehzahl hinausschiet und wieder ineffizient arbeitet. Was auch wieder nicht gut ist.

    D.h. ich brauche zum passenden Motor nur das richtige Rotorblatt, und schon arbeitet er bei allen Spannungen mit maximaler effizienz und die Schubkraft kann maximal gro werden bei mglichst geringer Motorgre. Ja?

    Wie finde ich das passende Rotorblatt zu meinem Motor oder umgekehrt, den passenden Motor zu meinen Rotorblttern? Abgesehen von Ausprobieren?

    Macht es einen Unterschied, ob ich einen groen Rotor nehme, der eine langsame Drehzahl erfordert und diesen vom Motor mit einem geeignet bersetzten Getriebe antreibe? (abgesehen von den Verlusten) Oder einen kleinen Rotor, der direkt am Motor hngt und einfach nur schneller dreht. Erzeuge ich so mit der gleichen elektrischen Energie den gleichen Auftrieb?

    Was macht brstenlose Motoren gegenber den normalen so effizient? Ist es nur die Tatsache, dass sie keine Brsten haben, die auf den Kollektor drcken, welche diesen somit bremsen?

    lg PoWl

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von wkrug
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    Ich komm nicht aus der Hubschrauber Liga, fliege aber Flchenmodelle.

    Prinzipiell haben Luftschrauben greren Durchmessers einen besseren Wirkungsgrad. Wichtig fr Dich drfte dabei der erzeugte Standschub sein, der bei einer bestimmten Drehzahl erreicht wird.
    Es ist aber auch so, das Luftschrauben mit gleichen Durchmesser und Steigungswerten von unterschiedlichen Herstellern auch unterschiedliche Wirkungsgrade haben. Ich hab die APC Elektro Propeller als geeignet empfunden - Achtung nicht die Verbrenner Typen nehmen - zu schwer.
    Ein wichtiger Parameter wre der n100 Wert, also die Drehzahl, bei der die Luftschraube 100W bentigt. Leider geben nur die allerwenigsten Hersteller diesen Wert an.

    Brstenmotoren sind eigentlich immer Innenlufer.
    Diese Motoren haben gerade bei hohen Drehzahlen ihren maximalen Wirkungsgrad. Da man aber auch das Gewicht so eines Motors mitschleppen mu, nimmt man in Kauf den Motor aussehalb seines maximalen Wirkungsgrades mit eigentlich zu niedrigen Drehzahlen bei zu hohem Strom zu betreiben.
    Oft hat dann eine Kombination aus Brstenmotor, Getriebe, grere Luftschraube einen besseren Gesamtwirkungsgrad als ein Direktantrieb, obwohl das Getriebe natrlich auch Verluste bringt.

    Bei brstenlosen Aussenlufern sieht das nun ganz anders aus.
    Die Magnete sitzen weit ausserhalb des Drehpunktes und knnen somit ein sehr hohes Drehmoment im Vergleich zu Innenlufern ( Brstenlose und auch Brstenmotoren ) entwickeln.

    Da die Drehzahlen des maximalen Wirkungsgrades dabei viel niedriger sind als bei Brstenmotoren, kriegt man dabei ein viel bessere Propelleranpassung hin, als bei Innenlufern.

    Ich wrd einfach mal die Propellerempfehlung des Motorenherstellers als Ausgangspunkt whlen und zwar den Typ mit dem greren Durchmesser bei weniger Steigung, da es Dir ja nicht auf die Strahlgeschwindigkeit ankommt, sondern auf den Standschub.

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Ach, die abgegebene mechanische Leistung eines Motors hatte diese Parabelform. Stimmt, der Wirkungsgrad ist besser bei Nenndrehzahl.

    Puh das ist doch komplizierter als ich dachte. Macht es einen Unterschied ob ich eine groe Luftschraube nehme mit kleinem Motor und Getriebe oder ob ich eine kleine Luftschraube mit kleinem Motor und Direktantrieb nehme, die dann einfach schneller dreht und auf diese Weise genausoviel Schub erzeugt wie die grere. Die Luftschraube muss dann halt so gewhlt werden, dass der Motor auf der gleichen Drehzahl wie mit der Getriebevariante dreht und mechanisch dann nicht einfach unterbeansprucht ist.

    Bei meinem kleinen RC-Helikopter ist auch ein Getriebe drin, der Motor ist recht klein.

    Die angestrebte Propellergre beluft sich brigens einmal auf so 10cm und einmal auf 5cm (frs andere Modell). Stimmt, Standschub ist dann das, was ich brauche. Wo kann ich denn solche Propeller beziehen? Wie luft das mit den passenden Bohrungen, kann man die selbst reinbohren oder gibts verschiedene Aufnahmen? Diese Mini-Motoren haben ja teilweise recht unterschiedlich dicke Achsen.

    lg PoWl

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Willa
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    wkrug hat die wichstigsten Punkte genannt: Vom aerodynamischen Aspekt her solltest du immer auf die grtmgliche Luftschraube mit mglichst kleiner Steigung zurckgreifen. Tragflchen mit hoher Spannweite und geringem Anstellwinkel haben das beste Auftrieb / Widerstand Verhltnis. Wichtig ist auch die Qualitt der Luftschraube, APC-E hat wie bereits erwhnt einen sehr guten Ruf. Allerdings kommen bei nem Quadrocopter noch andere Faktoren hinzu: Um vernnftig regeln zu knnen kann man den Motor nicht bei Nenndrehzal betreiben, denn dann wre die verfgbare Regelreserve zu gering. Der Motor wird also immer mit eigentlich zu geringer Drehzahl betrieben. Auerdem eignen sich APC-E nicht sehr gut zur Regelung: Sie haben ein zu hohes Massentrgheitsmoment (zu "schwer"). Die Plastik GWS Luftschrauben sind fr die Reglung besser, fr die aerodynamische Effektivitt aber nicht. Auerdem empfehlen sich fr eine gute Regelung mglichst kleine Luftschrauben, da diese prinzipiell ein kleineres Massentrgheitsmoment aufweisen. Die Regelung ist aber meistens der schwierige Punkt bei einem Quadrocopter. Effektivitt spielt weniger eine Rolle, fliegt er dir nicht lange genug musst du halt nen greren Akku einbauen....
    Du siehst also, das ganze ist ein totaler Kompromiss. Wenn du effektiv (wenig Energie pro in der Luft verbrachte Zeit) fliegen willst nimm einen Hubschrauber oder noch besser ein Flugzeug...

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von wkrug
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    Macht es einen Unterschied ob ich eine groe Luftschraube nehme mit kleinem Motor und Getriebe oder ob ich eine kleine Luftschraube mit kleinem Motor und Direktantrieb nehme, die dann einfach schneller dreht und auf diese Weise genausoviel Schub erzeugt wie die grere
    Das kommt wirklich auf den Motor an.
    Hat der eine sehr hohe Nenndrehzahl wird die Getriebevariante einen besseren Wirkungsgrad haben.
    Nimmst Du einen Brushless Aussenlufer hat der ohne Getriebe sicher einen besseren Gesamtwirkungsgrad.
    Das mit dem Masse Trgheitsmoment ist so auch richtig.

    Bei Luftschrauben um die 10cm sind die GWS sicher eine leichte Lsung.
    Die Teile werden dann mit einem sog. Propsaver direkt mit einem dicken Gummi auf den Motor "geschnallt".

    Beziehen kannst Du die Luftschrauben und auch Motoren bei den verschiedenen Modellbauversendern.
    Beispiele:
    Causemann: http://www.handlaunchglider.de/
    Lethmate: http://www.modellbau-letmathe.de/
    Lipoly: http://www.lipoly.de/
    Mamo: http://mamo-modelltechnik.de/
    MZ: http://www.mz-modellbau.de/
    MH: http://www.yellow-bl.de/
    torcman: http://www.yellow-bl.de/
    Oder bei Groversendern wie:
    Hllein: http://www.hoellein.com/
    Schweighofer: http://www.der-schweighofer.at/
    Eine bersicht ber Modellbauversender findest Du auf unserer Linkseite:
    http://www.toeging.lednet.de/flieger/links/links.htm

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