Antrieb: Auslegung und Auswahl

[Guest baboprofi]

Hallo,

bin neu im Forum und möchte mich erstmal vorstellen. Ich heiße Rainer und wohne im Süden der Republik. Mein letztes Bootsprojekt war ein Funktionsmodell, auf Basis eines 1,20 m langen Containerschiffs. Das habe ich mit einem selbstentwickelten Autopilot ausgerüstet, auf Basis von Kompass und GPS.

 

Nun geht es um den Antrieb für das nächste Projekt. Es soll ein Halbgleiter werden. 1,60 m lang und 80 cm breit. Maximale Geschwindigkeit 5 m/s (10 kn) bei einem Gewicht von ca. 25 kg.

 

Als Antrieb sollen 2 E-Motoren zum Einsatz kommen. Ziel ist gute Manövrierfähigkeit, wie auch guter Wirkungsgrad. Entweder Gondel (präferiert), Aussenborder oder Schottelantrieb. Daher habe ich folgende Fragen und hoffe, Ihr könnt mir einen Tipp geben:

* welche Antriebsleistung ist erforderlich, bzw. gibt's einen Link zur Berechnung?

* gibt es aktuelle Links zur Auswahl des Props, oder Erfahrungswerte?

* wer verkauft Antriebe in der Leistungsklasse?

 

Habe hier im Forum, und auch sonst allgemein schon intensiv recherchiert, aber noch nichts passendes gefunden. Freue mich auf Eure Tipps!

[JL]

Hallo Rainer,

 

hast Du dieses Hilfsmittel http://www.schiffsmodell.net/showthread.php?t=37017 schon angesehen?

[Time Bandit]

Grundsätzlich liefert das Tool das oben verlinkt ist ziemlich gute Ergebnisse.

 

In diesem Fall hakt es aber ein bißchen, 5 m/s sind mehr als 3-fache Rumpfgeschwindigkeit und das lässt sich eigentlich nicht mehr als Halbgleiter betiteln.

Da setzt dann die Berechnung aus.

 

Wenn wir jetzt mal nur 11 km/h annehmen dann kommen wir in eine Gegend wo das Tool noch sinnvoll rechnet.

Da würde ich mal 5-600W Antriebsleistung annehmen.

Für deine angestrebten 18 km/h ist grob geschätzt das 3-fache nötig.

 

Spätestens da wird es dann mit den frei verfügbaren Schottel, Gondelprops mit Kegelradantrieb schwierig. Auf solche Leistungen sind die einfach nicht ausgelegt, ich würde sagen ab 100W hast du da mit extrem erhöhtem Verschleiß zu rechnen. Ob sich das noch sinnvoll umsetzen lässt wage ich jetzt einfach mal zu bezweifeln, das dürfte auch schon bei 11 km/h gaaaanz schwierig werden, es sei denn du findest was mit schrägverzahnten Stahlrädern.

 

Ich persönlich würde das Boot mit 2 normalen Wellen ausrüsten.

Dazu dann 60-65mm Raboesch Typ C Props und 2 große Brushlessmotoren.

 

Für 11 km/h dann mit jeweils ab ca. 250g Gewicht (ich persönlich würd jedoch lieber ne Nummer größer nehmen) und 400 kv für den Betrieb an 12V.

Für 18 km/h die Brushless dann auf jeden Fall größer so ab 400g und mit 650-700 kv für 12V. Das wird aber vermutlich schwer zu finden sein, dass du wahrscheinlich eher mit 24V arbeiten musst und dann eben halber kv.

[Guest baboprofi]

Vielen Dank Euch erst mal. Werde mir das mal in Ruhe angucken.

 

Gruß Rainer

[LongJohnSilver]

...

 

Spätestens da wird es dann mit den frei verfügbaren Schottel, Gondelprops mit Kegelradantrieb schwierig. Auf solche Leistungen sind die einfach nicht ausgelegt, ich würde sagen ab 100W hast du da mit extrem erhöhtem Verschleiß zu rechnen. Ob sich das noch sinnvoll umsetzen lässt wage ich jetzt einfach mal zu bezweifeln, das dürfte auch schon bei 11 km/h gaaaanz schwierig werden, es sei denn du findest was mit schrägverzahnten Stahlrädern.

...

 

 

BTW, gibt es überhaupt "Halbgleiter" mit Schottelantrieb? Aus meiner Sicht wiederspricht sich das sowieso, da bei einem Halbgleiter der Schottelantrieb zuviel Strömungswiderstand produzieren würde! Des Weiteren würde eine leichte Fehlstellung der/des Schottel(s) im "Halbgleiterzustand" zu einem schlechten Geradeauslauf führen und durch Gegenlenken oder Ausgleichsbewegungen mehr Energie verbrauchen!

 

Wenn ich mit dieser Aussage falsch liege verbessert mich, aber aktuell sehe ich einen Halbgleiter nur mit fester Welle!

 

Grüße Silver

Edited September 16, 2013 by LongJohnSilver
schön machen

[Guest Hanjo]

Tobias ich vermute Du hast nicht die 1,6 m Länge genommen sondern dich verguckt. Dreifache Rumpfgeschwindigkeit liegt bei ca 17 km/h. Das ist sicherlich ein Speed mit dem Baboprofi leben kann. Zumal im gemischten Scale-Betrieb der Verbrauch ja auch max 1/3 ist.

Gruss Hanjo

[Time Bandit]

Nö eigentlich nicht, 18 km/h ist > 3-fache Rumpfgeschwindigkeit. Passt scho ausser es wird irgendwas wie nen Cat wovon man bei den Aussenabmessungen fast ausgehen kann.

 

Solche "Gondelantriebe" gibt´s schon bei Halbgleitern, ich meine die Volvo Antriebe sind sogar für Vollgleiter zu haben.

 

Bleibt aber immernoch das Problem, dass ich glaube, dass sämtliche Kegelräder in erträglicher Größe mit der nötigen Leistung überfordert sind.

[xoff]

...Es soll ein Halbgleiter werden. 1,60 m lang und 80 cm breit. Maximale Geschwindigkeit 5 m/s (10 kn)...

 

Das ist aber bei dieser Geschwindigkeit kein Halbgleiter mehr....oder?

[Guest baboprofi]

Mit der xls von Jo_S (Jürgen, danke für den Link) und den Berechnungen von Time_Bandit würde ich folgende Antriebsauslegung ins Auge fassen:

 

1. Zunächst Berechnung für einen Halbgleiter mit 11 km/h, damit die xls von Jo_S gültige Werte liefert. Ich würde einen Raboesch 70 mm C-Typ wählen und eine 24 V Spannungsversorgung.

=> Betriebsdrehzahl 4170 1/min

2. Leistungsbedarf: 500 W für den Halbgleiter mit 11 km/h => das dreifache für Gleitfahrt mit 18 km/h

=> Antriebsleistung 1500 W => 2 Motoren je 750 Watt

3. Hochskalieren (linear) der Betriebsdrehzahl, um von 11 km/h auf 18 km/h zu kommen: 4170 1/min * 18 / 11 = 6824 1/min

4. Aus der Betriebsdrehzahl für 18 km/h die LL-Drehzahl berechnen:

=> 6824 1/min / 0,65 = 10498 1/min

5. Aus LL-Drehzahl und Nennspannung den kV-Wert berechnen:

=> kV = 10498 1/min / 24 V = 437

 

Also würde ich 2 Brushless Motoren wählen:

* 24 V

* 750 W

* kV = 420 .. 450

 

Wäre das ok?

 

Der Rumpf ist ein Monohull. Es kann zu Betriebseinsätzen kommen, wo das Boot 60 min lang mit 12 km/h fahren muß. Sollte ich da eine Wasserkühlung einsetzen, oder gibt es luftgekühlte Motoren?

 

Gruß Rainer

[Torsten]

Hallo Rainer,

 

in dem Drehzahlbereich (420-450 U/V) wirst Du wahrscheinlich bei BL-Aussenläufern landen, und da wird´s mit Wasserkühlung schwierig... bei Hobbyking hab ich mal einen gesehen, aber ob der taugt, weiß ich nicht.

 

Von der Leistung her würde ich sagen, das passt. Allerdings ist ein BL deutlich drehzahlsteifer als ein Bürstenmotor, von daher sind die 65% Einbruch nach meinem Gefühl nicht richtig.

Bestimmt kann ein BL-Motorexperte hier noch was Genaueres dazu sagen.

 

Viele Grüße

 

Torsten

[Guest Hanjo]

Thorsten hat Recht 10 % Drehzahleinbruch sind eine realistische Basis beim

ausreichend gross dimensionierten Bl. Ich bin mit den erwarteten Maximalleistungen zwar deutlich optimistischer als Tobias, aber man kann im Boot die maximale Leistung (die vielleicht einen zarten Hinweis für Flieger gibt) nicht wirklich als Masstab nehmen. Deswegen wären mir Motoren mit 750 China-Watt zu klein. Die geben diese leistungen ja schon bei Motörchen von 125 -150 Gramm an. Ich würde eher auf die doppelte Gewichtklasse gehen.

Gruss Hanjo

[JL]

...wo das Boot 60 min lang mit 12 km/h fahren muß...

Hallo Rainer,

 

bei 750 W Leistungsaufnahme und 24 V landest du rechnerisch bei ca. 31 A Strom. Das braucht dann schon einen "dicken" Akku, wenn Das Boot eine Stunde durchhalten soll. Kommt das dann noch gewichtsmäßig hin?

[Guest baboprofi]

Hallo Jürgen,

danke für die Frage. Ich würde folgendermassen rechnen:

 

* Gesamt-Leistung beider Motoren bei 18 km/h = 1500 Watt

=> Leistung bei 12 km/h = 1500 Watt * (12 km/h / 18 km/h)^3 = 444 Watt

=> Strom bei 444 Watt und 24 V = 18.5 A

 

Es werden also Akkus mit 24 V / 18 Ah benötigt. Meine Recherche hierzu ergibt etwa folgende Gewichts-Werte:

 

* 4 x Bleiakku 12V 10 Ah => 16 kg

* 8 x NiMH Akku 12V 4200 mAh => 6.3 kg

* 4 x LiPo 6s 5000mAh => 3.2 kg

 

@Hanjo: wenn der BL nur 10% Drehzahleinbruch hat, dann benötige ich 2 BL-Motoren mit 24 V / 320 kV / 750 Watt. Hierzu habe ich bisher folgendes gefunden:

1. T-Motor NAVIGATOR Serie / MN4014 330KV. Der wiegt nur 149 g. Ist vermutlich zu leicht / zu schwach? Die Welle schaut auch sehr kurz aus.

2. Scorpion S-4035-330KV -> mit 442 g bei 200 € recht schwer und teuer.

3. ROXXY® Bl-Outr. D50-65-08 330kv -> der wird allerdings mit 1.9 kW angegeben und wiegt 415 g. Ist das nicht ein bisschen oversized?

 

Der Motor sollte also eine Max.-Leistung von 750 Watt haben, und 444 / 2 = 222 Watt Dauerleistung thermisch ertragen. Meint Ihr, das kann so ein BL Outrunner ohne Kühlung im hermetisch verschlossenen Rumpf? Oder hat jemand eine Idee, wo ich einen Fan- oder Wassergekühlten BL Motor finden kann?

 

Gruß Rainer

[Guest Hanjo]

Hallo,

also blende die Prospekt Leistungsangaben einfach aus.

 

Scorpion: das sind wirklich vorzügliche Motoren, da kämest Du auch mit 250 Gramm Motorgewicht aus.

 

Die sonstigen China Motoren ( gehört auch Roxxy zu) ist 300-400 Gramm völlig ok.

wenn Du den Roxxy im Boot mit mehr als 1500 Watt dauerbelastest, ist schon recht früh während der ersten Fahrt Feierabend. Und beim Bl bricht bei Unterforderung auch nicht sofort der Wirkungsgrad zusammen. Der wird sich ca. 3 % unter seinem Maximum in diesem Kuschelsetup bewegen.

[JL]

Hallo Rainer,

 

aus einem Blei-Akku kommt nur rechnerisch bei einem Strom in der Größe der Kapazität eine Stunde Laufzeit heraus. Die Kapazität wird in der Regel bei einem Entladestrom von 1/10 oder 1/20 der Nennkapazität angegeben, bei größeren Strömen reduziert sich die Zeit bis zum Erreichen der Entladeschlussspannung. Je höher der Strom, umso drastischer die Auswirkung. Gefühlsmäßig würde ich sagen, dass bei der von Dir vorgeschlagenen Konfiguration die Akkus eventuell eine halbe Stunde durchhalten.

Du müsstest auf jeden Fall Akkus mit sehr niedrigem Innenwiderstand verwenden, also eher NiMH oder LiFePO4. Li-Polymerakkus würde ich eher nicht nehmen, weil das Sensibelchen sind.

[K_Mar]

Jetzt misch ich mich auch mal ein:

Ich habe auf Basis des alten Schaffer Pt15_Rumpfs (1,4m) vor vielen Jahren eine Jacht begonnen.

Die erste Motorisierung waren 2x Papst ECA45.30 (335 U/minV- Sensor-Außenläufer-BLs mit Ferritmagneten aus 1995) mit 75x1,6 Rennprops. Als Akku diente ein 12V15Ah Bleiakku (5,6kg-Rückläufer aus einer USV-Anlage).

Bei 8A je Motor lief der Rumpf mit ca. 18km/h ca. 35min als Vollgleiter.

Da der Rumpf mehr hergibt und der Akkupark mittlerweile eine großen 6s LiIon-Bestand aufweist, habe ich es dann mal mit diesen 6s12p x2,25Ah (Panasonic CGR18650CG) =22,2V 27Ah 3,3kg und 60x1,4 Props versucht. Der Rumpf lief locker 25-30km/h, jedoch haben mir die Motoren dieses mit Entmagnetisieren gedankt.

Neu kommen jetzt von Papst 2x ECI24.42 mit 167U/minV wassergekühlt hinein, die ich dann mit den gleichen Zellenpaketen als 12s6p speise.

Dann sollten die Motoren etwa je 6,5A aufnehmen und die Jacht ca. 1h auf 30km/h bringen.

 

Diese soll nur ein Beispiel sein, das man für derartige Dimensionen mit den meist viel zu hoch drehenden Modellbaumotoren nicht weiterkommt jedoch mit langsameren Industriemotoren, die dafür ordentlich Drehmoment bringen.

Als einer der wenigen Modellmotoren könnte für Dein Modell vielleicht vom ungeliebten HK der Turnigy AquaStar 4084-620 in Frage kommen und als Akkus ein Paket 4s6p dieser Akkus:

http://shop.lipopower.de/LiNANOZ-12-Ah-32V-10C-Headway-38140SE

 

Das wären dann bei ca 11kg 12V72Ah. Jeder Motor ca.22A ziehen und das Boot etwa 1,5h mit 30-35km/h übers Wasser schicken. Als Props sollten dann 70x1,4 K-Props dienen, aber bitte auf Festwelle.

 

 

Gruß Klaus

Edited September 21, 2013 by K_Mar