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Antriebsauslegung "mittelschneller" Boote


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Vorab: Man verzeihe mir das "mittelschnell" im Titel - vom Fahren in Oval-Wettbewerben bin ich inzwischen ziemlich heftige Gschwindigkeiten gewöhnt, die dem Vorbild der Oldies nicht zuträglich sind und ihrer "Gesundheit" bei Abflügen erst recht nicht (schon gar nicht der ihrer Fahrer). Die Vintage Racers sind vom Geschwindigkeitsbereich gut vergleichbar mit den S-Klassen der Wettbewerbe.

Ein geschickt ausgelegter Antrieb bewegt das Boot
- so schnell wie gewünscht (hier: 40-60km/h für Monos/Hydros)
- mit cool bleibenden Komponenten
- möglichst lang andauernd (= effizient)

Man muss zu Beginn ein paar konzeptionelle Fragen beantworten:
- welche Betriebsspannung?
- was wiegt das Boot fahrfertig?
- gibt es eine Obergrenze für die Propellergröße (Kavitationsplatte)?
- wie schnell soll es werden

Als gute Faustregel sollte das Motorgewicht etwa 7-12% des Bootgewichts betragen, der Akku dann etwa das doppelte, also 15-25%. 2kg fahrbereites Boot sollten also ca. 200g Motor enthalten und 400g Akku.

Bis ~300g ist 2s halbwegs sinnvoll, aber mindestens 3s bedeutet Vorteile beim Regler, der Kabelage und den Steckverbindern (wegen weniger Strom, nur 2/3 von 2s). 4s sind sinnvoll ab ca. 500g Akkugewicht, um den Strom weiterhin niedrig zu halten (3/4 von 3s, Hälfte von 2s). 6s wiederum ist die "biologische" Grenze vieler Regler, >4s funkt außerdem bestialisch beim Anstecken und erfordert daher Vorkehrungen dagegen.

Als Propeller haben sich die K-Props von Graupner bewährt (2318.xx bzw. 2317 mit DriveDog). Ihr Blattdesign ist so clever, dass es inzwischen viele Nachbauten in Alu gibt. Die kultigen Octuras sind in Originalform für Elektroantriebe nicht optimal, aber da gehen die Meinungen auseinander, und außerdem gibt es fast keine original belassenen, und außerdem muss man die Dinger bearbeiten und wuchten können ...

... egal, diese K-Propeller haben am Blattanfang eine Eintrittssteigung von 1.00, dann ergibt sich ein stark progressiver Steigungsverlauf zur Abrisskante, was für die Beschleunigung des Wassers und den Vortrieb sorgt. Solch ein Propeller arbeitet optimal, wenn sich seine Vorderkante genauso schnell wie das Boot bewegt. Das ist nur für genau eine Kombination aus Bootsmasse, Gleitwillen des Bootes, Drehzahl und Durchmesser des Propellers der Fall. In einem überschaubaren Bereich "drumrum" ist das aber völlig OK. Krasse Fehlanpassungen funktionieren aber alles andere als effizient, denn der Propeller bewegt entweder sinnfrei viel Wasser und bremst sich an der Vorderkante selbst (zu gross), oder er bewegt zu wenig Wasser und hat daher einen enormen "Schlupf".

Edited by Ümminger Kapitän
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Nun kommt die Wunschgeschwindigkeit ins Spiel im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit des Blattanfangs, wie gerade beschrieben.

 

Ein Boot, das sich mit 36km/h bewegt, fährt dabei 10m/s. Diese Geschwindigkeit lässt sich realisieren mit allen Propellergrößen ...

 

z.B. 33'er: 10000mm/s / 33mm = 303/s = 18200 U/min

z.B. 37,5'er: 10000mm/s /37,5mm = 267/s = 16000 U/min

z.B. 42'er: 10000mm/s / 42mm = 238/s = 14300 U/min

 

Wann nimmt man nun welche Größe für dieselbe Geschwindigkeit? Da kommt die Gleitfähgkeit und das Gewicht des Bootes ins Spiel.

 

schweres Boot, viel benetzte Fläche ==> "großer" Propeller

schweres Boot, aber leicht gleitend ==> "eher großer" Propeller

leichtes Boot, aber viel benetzte Fläche ==> "nicht zu kleiner" Propeller

leichtes Boot, leicht gleitend ==> "kleiner" Propeller

 

Und an der Stelle wird es leider wirklich Erfahrungssache, bzw. man kommt nicht umhin, existierende Setups (die großenteils vorgeschrieben sind, aber sehr gut funktionieren) zu extrapolieren:

 

Kleines Mono, ~1kg, ca. 40km/h ==> K34,5 (Wettbewerbsklasse MS1basic)

Mittelgroßes Mono, 1,4-1,7kg, ca. 65km/h ==> K42 (MS2Basic)

Kleines Hydro, >=1kg, ca. 65km/h ==> K34,5 (HS1Basic)

Mittelgroßes Hydro, 1,5-1,8kg, ca. 70km/h ==> K43,5 (HS2Basic)

 

Ein typischer Flatbottomracer, der so ~2kg wiegt, 50km/h laufen soll und wegen der Kavitationsplatte maximal einen 38'er montieren kann (was eigentlich schon zu klein ist, wenn man ihn in die obige Reihe stellt):

 

50km/h = 13890mm/s

==> 13890mm/s / 38mm = 365/s = 22000 U/min Lastdrehzahl

 

Bei 3s wäre die Akkuspannung im Mittel so 3,7-3,8V und der Motor verliert gegen seine Leerlaufdrehzahl vielleicht 7-8%, also Drehzahl entsprechend erhöhen zum Rechnen:

 

22000 * 1,075 = 23500 U/min

 

23500 U/min / (3 * 3,75V) = 2100 U/min/V für den Motor

Edited by MiSt
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  1. Ohha eine kleine Erleuchtung habe ich zwar jetzt doch wirklich schlauer werde ich doch nur durch die Praxis

 

Marco,

 

dieser Spruch kommt oft. In der Tat sollte und muss man mit Propellern ein wenig experimentieren, aber wenn man von vorneherein völlig falsch liegt, wird das nichts.

 

Es gibt halt das verbreitete Problem, dass "funktioniert" sehr relativ ist. Das ist der Vorteil von Rennwettbewerben: Wer unter den dort gegebenen Rahmenbedingungen (offene Klassen nur Akkugewicht limitiert) viele Runden fährt, nur der ist auch effektiv unterwegs. Nur "irgendwie funktionieren" reicht da nicht, dann ist man evtl. schweineschnell, schafft aber die Fahrzeit nicht, oder man ist halt zu lahm. Oder alles passt, dann fährt man vorne mit, wenn das Boot gut fahrbar läuft und man fahrerisch mithalten kann.

 

Und noch ein vorläufig letzter Aspekt:

 

Große Propeller erzeugen mehr Gegendrehmoment und mehr Propwalk als kleine bei gegebener Geschwindigkeit. Auch das sollte man in seine Überlegungen hinsichtlich "eher groß" und "eher klein" einfließen lassen, neben Gewicht und "Gleitfähigkeit". Wenn man Bedenken hat, dass ein bestimmter Rumpf mit Drehmoment nicht so klarkommt (lang und schmal), dann lieber einen kleineren Propeller und mehr Drehzahl wählen. Flatbottoms und erst recht Dreipunkter sind da aber unproblematisch. Da man mit dem Außenborder außerdem aktiv lenkt, entfällt auch ein Gegenlenken mit dem Ruder (= Fahrwiderstand) für Geradeausfahrt. Also ist man in der Mehrzahl der Fälle mit einem "eher großen" Propeller bei den Vintage Racern besser beraten.

 

Anti-Kavitationsplatten lassen sich gf. auch versetzen bzw. man braucht sie am Modell eh nicht :fies:

Edited by MiSt
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Guest franzemann

Jo da möchte ich doch nochmal eine Frage stellen, es gibt doch die aussage das der Propella nicht größer sein soll als der Motor durchmesser trifft das den für BL-Motoren auch zu?

 

Der Pichler hat einen durchmesser von 28mm das würde dann ja ein max von 28er prop bedeuten.

 

 

Nach Deiner aussage wäre ein größerer Prob besser für unsere flunder wegen der drehzahl usw.

 

Jetzt bin ich auf die Antwort gespannt !

 

Ich hoffe nur ich bekomme keine :cluebat:

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Jo da möchte ich doch nochmal eine Frage stellen, es gibt doch die aussage das der Propella nicht größer sein soll als der Motor durchmesser trifft das den für BL-Motoren auch zu?

 

Wieso sollte ich dich dafür hauen, dass dieser Schwachsinn im Internet ständig repliziert wird. Diese "Faustregel" entbehrt jedweder physikalischen Grundlage.

 

Etwas Theorie zu Gleichstrommotoren mit Permanentmagnet, wozu auch die BLs zählen:

 

Jeder Motor wird durch seine spezifische Drehzahl pro Volt charakterisiert. Dazu gehört ein spezifisches Drehmoment in (Milli-)Newtonmeter pro Ampere. Die Beziehung zwischen beiden ist invers proportional, also ein Motor mit doppelt so vielen U/min pro Volt hat halb so viele Millinewtonmeter pro Ampere.

Also hat jeder! Motor mit 1000rpm/V etwa 1Ncm/A, egal wie groß und schwer er ist! Es ist hierbei auch egal, wie viele Pole er hat, das wird erst wichtig bei der nächsten Kenngröße:

 

Die andere wichtige Motorkenngröße ist der Innenwiderstand. Und der entscheidet darüber, was der Motor dann WIRKLICH leisten kann.

Ein kleiner Motor hat mehr Innenwiderstand, kann also keine so hohen Ströme verarbeiten wie ein großer und damit auch keine so hohen Drehmomente erzeugen. Der Trick an vielpoligen Außenläufern ist, dass sie bei niedrigen Drehzahlen pro Volt sehr! viel! niederohmiger sind als 2polige Innenläufer mit der Drehzahl jemals sein könnten. Daher können sie große Luftschrauben antreiben, die viiiieeel größer sind als sie selbst. Im Boot sind die Dinger auch nützlich, z.B. für große Sichelpropeller an U-Booten oder ganz allgemein bei niedriger Drehzahl und großen, womöglich vielblättrigen Propellern (Schlepper, gefakete Dampfantriebe).

 

Wenn man den Innenwiderstand kennt (gibt kaum ein Hersteller an ...), dann kann man den optimalen Betriebspunkt überschlagen (für genauere Näherung benötigt man noch den Leerlaufstrom): Wurzel aus (Betriebsspannung / Innenwiderstand) ~ Strom bei maximalem Wirkungsgrad. Dort und ein bisschen drüber ist der sinnvollste Arbeitspunkt.

 

Beispiel:

3s (11V)

22 mOhm

==> 22,4A optimaler Wirkungsgrad, bis 30A im Mittel sinnvoll genutzt

 

Der Pichler hat einen durchmesser von 28mm das würde dann ja ein max von 28er prop bedeuten.

 

 

Nach Deiner aussage wäre ein größerer Prob besser für unsere flunder wegen der drehzahl usw.

 

 

"Der Pichler" verletzt gleich mehrere Regeln zur Auslegung ... er ist zu klein/leicht und dreht zu hoch.

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Guest franzemann

Das ist für mich zwar sehr unverständlich aber ich meine verstanden zu haben, dass ich auch deutlich größere Ansicht schiffsschrauben nutzen kann.

 

Also Danke für die wirklich wichtigen Informationen die werden bestimmt nicht nur mir helfen. :that:

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Time Bandit

Diese "Faustregel" (die übrigens schon immer Blödsinn war) kommt aus der Zeit, wo hochdrehende Mabuchi/Johnson aka Speed-Motoren (mangels besserer Alternativen und dank den sinnfreien "Empfehlungen" der diversen Hersteller/Distributoren in den Katalogen folgend) in Verdränger reingesetzt wurden.

 

Wenn man dann den Prop so ca. nach Motordurchmesser gewählt hat, sind die Motoren nicht gleich den Hitzetod gestorben.

 

Auch bei den schnelleren Booten hat das für die Blechbüchsen halt so ca. gepasst.

42er Rennprop an nem 700er hat meistens noch funktioniert.

Blödsinn war es trotzdem schon immer :mrgreen:

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