Antriebsanlage wie beim Original

[Guest Teddy]

Hi Leute,

 

ich spiele im Moment mit dem Gedanken die Antriebsanlage meines Modelles der USS Bulkeley wie im Original auszulegen, sprich verstellbare Propeller (hatte ich ja schon immer vor) und 2 Antriebsmotoren je Welle. Um dieses Vorhaben umsetzen zu können, bin ich etwas auf eure Hilfe angewiesen. ;-)

 

Ein paar Worte zur Motivation und um gleich den Fragen um das "Warum sowas" vorzubeugen. ;-) Ich betrachte die Bulkeley inzwischen als mein Lebenswerk und dementsprechend hab ich mir die Messlatte sehr hoch gelegt. Da ich das gesamte Modell sowohl im Aussehen als auch in Funktion, wobei hier natürlich Einschränkungen gemacht werden, so nah wie nur irgendend möglich an das Original bringen möchte, betrachte ich es als meine Aufgabe auch eine vernünftige Antriebsanlage zu bauen, die im Idealfall dem Original entspricht. (Klar nicht 100%ig möglich, da das Original mit Gas angetrieben wird ;-) )

 

So, aber nun endlich zum Thema. Also ich hab mir das Ganze so vorgestellt.

 

An der Fernsteuerung habe ich zwei Regler, mit dem Einen kann ich Drehzahl des Motors (oder besser der Welle) beeinflussen und mit dem anderen den Pitch des Propellers. Dazu sollen dann noch eine handvoll "Programme" kommen, die einige oder alle der Steueroptionen automatisch machen sollen. Das gesamte System soll dabei so ausgelegt sein, dass die Anlage geschont wird und möglichst wenig Energie verbraucht. Dieses Verhalten gilt vor allem für den zweiten Motor an der Welle, hier sollte gewährleistet sein, dass dieser nur verwendet wird, wenn er auch benötigt wird.

 

Die Fragen die sich mir jetzt direkt stellen, sind folgende.

 

1.) Wie ermittel ich, ob ein Motor im "optimalen" Wirkungsbereich arbeitet?

 

2.) Woran erkenne ich eine Überlastung des Motors?

 

3.) Wie bekomme ich ein lineares Verhalten der Anlage hin?

 

Vor allem der zweite Motor bereitet mir im Moment noch Kopfzerbrechen, da ich keine Ahnung habe, wann und wie ich diesen zum Antrieb hinzuschalten soll.

 

Wichtiger Hinweis

 

Ich nehme es gleich vorweg, bevor hier darüber Spekuliert wird! Ja, um dieses Vorhaben zu realisieren ist eine entsprechende Elektronik von Nöten, die ich, mit einiger Unterstützung natürlich, auch selber erstellen werden. Selbstverständlich werde ich einige der ursprünglichen Ideen des Fahrtenreglerprojektes aufgreifen und in die Umsetzung einfließen lassen, aber es wird definitiv keine Fortführung des Gemeinschaftsprojektes! Ich werde die komplette Elektronik nur auf meine Bedürfnisse/Wünsche ausrichten und auch keine anderen Ansätze berücksichtigen. Nennt das egoistisch wenn ihr wollt, aber ich hab kein Interesse daran, dass mein aktuelles Vorhaben endet wie der letzte Versuch. (Soll keine Kritik sein!) Selbstredend werde ich alle Unterlagen, also Schaltungszeichnungen, sowie Programmcode, sowie eine Bau-/Erfahrungsbericht ins Forum setzen, so dass jeder der Interesse daran hat, die Sachen für sich anpassen kann.

[seefahrer]

Hallo Kai,

 

ein sehr anspruchsvolles Vorhaben!

 

Hast du an eine mechanische Verstellung der Flügelblätter des Props gedacht oder wie beim Vorbild hydraulische Verstellung? Geht das in der Größe überhaupt? Auch wenn dein Modell in 1:50 ist, hat die Welle ja nur einen relativ geringen Durchmesser.

 

Den Regler für den Motor könntest du dir dann eigentlich fast sparen. Angefahren werden die Motoren in 0-Stellung der Flügelblätter und dann wird auf die optimale Drehzahl hochgefahren (größter Wirkungsgrad / Drehmoment der Motoren). Erst dann wird mittels Verstellung der Flügel Vortrieb erzeugt - die Drehzahl der Maschine bleibt eigentlich gleich.

 

Zu deinen Fragen (und ich hoffe ich habe gerade keinen Knoten im Hirn):

 

1. > Drehzahl bei höchstem Drehmoment

 

2. > Wärmeentwicklung des Motors, steil ansteigende Amperekurve

 

3. Frage habe ich leider nicht verstanden.

 

Viele Grüße

 

Christian

 

PS: Wenn du das mit hydraulischen Verstellpropellern funktionstüchtig hinkriegst (und zwar im Dauerbetrieb) kann ich nur sagen: Hut ab!!!

[Guest Harry]

 

Zu deinen Fragen (und ich hoffe ich habe gerade keinen Knoten im Hirn):

 

1. > Drehzahl bei höchstem Drehmoment

 

 

Unsere Gleichstrommotoren haben das höchste Drehmoment bei Drehzahl 0. Der Wirkungsgrad ist dann auch 0. Größer konnte der Knoten kaum sein

 

:wink:

 

Maximaler Wirkungsgrad ist der Motorkennlinie zu entnehmen, da gibt es keine allgemeinen Aussagen.

 

Überlast ist wenn ein zu hoher Strom aufgenommen wird. Wobei dieser Wert wieder abhängig von der Spannung ist.

 

Viele Grüße

 

Harry

[Guest Teddy]

Erst einmal Danke für eure Antworten.

 

Hast du an eine mechanische Verstellung der Flügelblätter des Props gedacht oder wie beim Vorbild hydraulische Verstellung? Geht das in der Größe überhaupt? Auch wenn dein Modell in 1:50 ist, hat die Welle ja nur einen relativ geringen Durchmesser.

 

Also ich hatte vor das ganze Mechanisch zu machen. Ich denke hydraulisch ist mir als nicht Maschinenbauer zu schwer. ;-)

 

Was die Welle angeht, so haben dieses Schiffe richtige Monsterwellen. ;-) Siehe Bild, genaue Angaben kann ich nachreichen. ;-)

 

 

Quelle: US-Navy

 

3. Frage habe ich leider nicht verstanden.

 

Ich glaub da hab ich auch ein Denkefehler drin. Streichen wir Frage 3 mal.

 

PS: Wenn du das mit hydraulischen Verstellpropellern funktionstüchtig hinkriegst (und zwar im Dauerbetrieb) kann ich nur sagen: Hut ab!!!

 

Das ist jetzt aber gemein! Ich konnte Herausforderungen noch nie wiederstehen.

 

Kann mir vielleicht einer sagen, wie groß der Unterschied zwischen der Minimalsten und der Maximalsten Propeller Einstellung ist? Ich möchte keine Zahlen, nur eine grobe Aussage. Ich persönlich denke das der Unterschied schon ziemlich groß ist, aber vielleicht hab ich da ein Knoten im Hirn. Wo sind denn unsere Experten?

[genius]

Also ich hab mal ein bißchen nachgeguckt und gerechnet:

 

die Propeller der Bulkeley haben 5.18 m (17 ft) Durchmesser, die Drehzahl bei Höchstgeschwindigkeit ist beim Original 150 RPM. (Beim Modell muß die wesentlich höher liegen, weil man ja die Maßstäbliche Geschwindgkeit nach Froude erreichen will)

 

Pitch 1.0 wäre 45° und bei 1.72 wären es 77° oder sehe ich das falsch?

 

Bei 150 RPM reichen aber schon 45° Schraubensteigung für 36 Knoten (Durchmesser 5 m und ein Propellerwirkungsgrad von 0.8 angenommen).

 

Soweit ich weiß haben übliche Modell CP Propeller (z.B der Variopropeller 50) einen Verstellbereich von -15° bis +45°.

 

genius

[Antias]

Die Welle der deutschen 123er hat in 1/50 einen Durchmeser von 10mm. Was müssen dann die Burke´s haben?

 

Matthias

[Guest Jens Thode]

.....und 2 Antriebsmotoren je Welle.

 

Hallo,

 

was macht der zweite Motor an der Welle?

[Arno Hagen]

Ich hatte es als Stellmotor für die Verstellung der Flügelwinkel verstanden. Sollte wohl eher ein Servo sein :dontknow:

[Antias]

OffTopic:Der erzeugt den Strom für die Konstruktion. Wird als Dynamo mitlaufen. :undweg:

[Guest Jens Thode]

Hallo,

 

ich warte dann wohl doch besser auf die Antwort von Teddy.

[Guest Teddy]

Also im Original werde die beiden Maschine zum direkten Antrieb verwendet. Bei normalen Geschwindigkeiten (um die 22 Knoten) wird das Schiff meist mit nur einer Maschine je Welle angetrieben, wobei dei Maschinen in regelmäßigen Abständen gewechselt werden. Bei höheren Geschwindigkeiten treiben beide Maschinen eine Welle an.

[genius]

Die Welle der deutschen 123er hat in 1/50 einen Durchmeser von 10mm. Was müssen dann die Burke´s haben?

 

 

Die Schraube hat in 1:50 10,36 cm Durchmesser, die Welle laut Plan ca. 1,5 cm, die Wellenhose ca. 3 cm.

[Antias]

OffTopic:Rennst Du grad raus und misst am Original nach?

[Guest Teddy]

OffTopic:Wenn Genius jetzt ja schreibt, hat der demnächst ein neuen Nachbarn

[genius]

OffTopic: Ja, klar, die Aleigh Bourke liegt gerade bei uns in Korneuburg auf der Werft

 

 

wie überlegen österreichische Technik ist sieht man gleich daran, sie scharf die gut 50 Jahre alte Verholwinde im Vordergrund noch aussieht und wie verlottert und unscharf die nichtmal 20 Jahre alte Fregatte

[Torsten]

Hallo Teddy,

 

schön, mal wieder von Dir zu lesen!

 

Lassen wir die Verstellpropeller mal außen vor, die spielen bei der Betrachtung der Motorenkopplung zunächst eigentlich keine Rolle.

 

Zwei Motoren/Welle sind grundlegend mal kein Problem, die Gleichlaufschwankungen lassen sich bei mechanischer Kopplung und Bürstenmotoren vernachlässigen. Bei Brushless sähe das wohl anders aus.

 

Wenig sinnvoll ist es (im Modell...) hingegen, nur einem Motor anzutreiben und den zweiten Motor bei Bedarf zuzuschalten. Das setzt nämlich voraus, dass der zweite Motor eine Kupplung hat, mit der er im einmotorigen Betrieb von der Welle getrennt werden kann. Andernfalls arbeitet der nicht bestromte Motor als Generator -> hohe Wirkungsgradverluste wären die Folge.

 

Nun wäre das mit der Kupplung ja grade noch irgendwie hinzukriegen - allerdings wird die Sache spätestens dann höchst kompliziert, wenn Du dann den zweiten Motor auch noch in der Fahrt auf die Welle kuppeln möchtest...

 

Rein vom Wirkungsgrad her würdest Du mit nur einem Motor auch besser wegkommen als mit zwei Motoren mit je der halben Nettoleistung. Grund dürfte klar sein, die beiden Einzelwirkungsgrade (geh mal bei Bürstenmotoren grob von 0,7 aus) multiplizieren sich ja zum Gesamtwirkungsgrad.

 

Das ist beim großen Vorbild eigentlich genau so, aber die nutzen ja den Nebenantrieb nur für hohe Geschwindigkeiten (also eher selten) und haben bei sparsamer Marschfahrt nur einen Antrieb laufen.

 

Von daher wird ein gut ausgelegter Motor/Welle sicher das optimalere Ergebnis liefern und das wäre somit auch mein Rat an Dich - es sei denn, Dich reizt zwanghaft die technische Herausforderung!

 

Viele Grüße, auch an Deine bessere Hälfte!

 

Torsten

[Ike]

Es gäbe ja schon einen Grund auch im Modell zwei Motoren zu verwenden. Denn ich gehe mal davon aus, das in dem geforderten Leistungsbereich eher 4 kleinere Motoren aufzutreiben sind als zwei entsprechen große.

 

Teddy, währe schön wenn Du mal die geplante Antriebsleistung posten würdest.

 

Und, zum zusammen laufen der Motoren. Ist einer in Betrieb, und der andere läuft nur mit, dann ist das meines wissens nach nicht tragisch, solange die Kontakte des Motors nicht verbunden sind. Denn soweit ich weis, macht sich die Induktion hauptsächlich dann als bremsend bemerkbar, wenn die Spulen auch einen geschlossenen Sromkreis bilden.

 

Die Eingangsfragen zu optimalen Drehzahl usw. Ich würde empfehlen für den Antrieb auf entsprechende Industriemotoren zurück zu greifen. z.B. die von Bühler (Bezug: http://www.scaleship.de) Hier hast Du ziemlich genaue Angaben zur Drehzahl und optimalem Leistungsbereich. Eine Überlestung siehst Du auf jeden Fall dur eine zu große Stromaufnahme.

 

Es würde dann sicher von Vorteil sein, die Drehzahl der Welle zu überwachen. Geht dann durch eine zu starke anstellung der Verstellpropeller die Drehzahl in die Knie, dann ist das ein Zeichen dafür das die Motorleistung nicht mehr ausreicht. Das würde wiederum bedeuten, das der 2. Motor zugeschaltet werden muss. Das Verhalten des Antriebes kann man ja während Testfahrten bestimmen und später entsprechend automatisieren, so das selbstständig bei hoher Steigung des Props die 2. Maschine zugeschaltet wird.

 

Bei dieser Verstellpropeller-Geschichte kannst du auf die von dir erwähnten Fahrtregler aber verzichten, entweder Motor an, oder aus.

[Guest Harry]

... ich gehe mal davon aus, das in dem geforderten Leistungsbereich eher 4 kleinere Motoren aufzutreiben sind als zwei entsprechen große....

 

Ich habe gerade gestern auf einer Flugmodellseite Werbung gesehen: bürstenloser Außenläufer, maximal 10kW!!!!

 

Ich meine, ein passender Außenläufer wird zu finden sein. Nur für das Umpolen fällt mir im Moment nur ein Umpolrelais ein. Ich betreibe meine Flugmodelle mit diesen Motoren und kann nur sagen: die Dinger sind genial,w wenn mal Leistung braucht.

 

Lieferantenbeispiel: http://www.flyware.de/

 

Viele Grüße

 

Harry

[Guest Jens Thode]

 

Nun wäre das mit der Kupplung ja grade noch irgendwie hinzukriegen - allerdings wird die Sache spätestens dann höchst kompliziert, wenn Du dann den zweiten Motor auch noch in der Fahrt auf die Welle kuppeln möchtest...

 

Hallo,

 

mit einem Freilauflager sollte das doch einfach machbar sein.

 

Freilauflager sind Nadellager, die in einer Richtung speren und in der anderen freilaufen. Da Teddy ja mit Verstellprops arbeiten will, würde das auch gehen, weil die Rückwärtsfahrt über die Anstellung der Props gemacht wird.

[Guest Harry]

Stimmt, eine Umpolung des Motors ist überflüssig!!!

[Guest Teddy]

Ach Leute, ihr seid wie immer Spitze! :respekt:

 

@Ike und Torsten

 

Danke für die vielen Hinweise. Ich werde mich gleich mal ans Zeichenbrett setzen und die Denkermütze aufsetzen, mal sehen was dabei raus kommt. Melde mich dann mit am besten mit einer Zeichnung und weiteren Detailinformationen

 

@Jens

 

Dank für den Hinweis mit den Freilauflager! Daran hab ich ja noch gar nicht gedacht.

 

@Harry

 

Drehen bürstenlose Motoren nicht zu hoch?

[Frank The Tank]

Drehen bürstenlose Motoren nicht zu hoch?

 

Ja, das trifft auf Inrunner zu, aber bei Outrunner ist dies nicht ganz der Fall, denn die drehen wesentlich langsammer.

[Guest Jens Thode]

 

@Jens

 

Dank für den Hinweis mit den Freilauflager! Daran hab ich ja noch gar nicht gedacht.

 

Hallo,

 

wenn Du Probleme hast diese Freilauflager einzeln zu bekommen, frage mal beim Modellbauhändler.

 

Die Lager gibt es unter anderem von CARSSON/ TAMIYA Artikel Nr.: 3454383 und KYOSHO Artikel Nr.: 39305-02 als Ersatzteil für die Anreißstarter der Carmotoren.

[Guest Harry]

...

 

@Harry

 

Drehen bürstenlose Motoren nicht zu hoch?

 

Es hängt vom Motor ab. Es gibt Motoren, da baut man einen unglaublich großen Propeller dran, und die brauchen kein Getriebe. Das wäre früher nie so gegangen. Ich kenne sie aber nur als Außenläufer.

 

Schau einfach mal die Datenblätter durch. Wie war das, Du hast ca. 100mm Propellerdurchmesser? Ich schätze dann mal, Du brauchst um 2000 Umdrehungen?

 

Motoren gibt es z.B. bei:

 

http://www.hoellein.de/

 

http://www.flyware.de/

 

Viele Grüße

 

Harry

[Torsten]

 

...

 

Und, zum zusammen laufen der Motoren. Ist einer in Betrieb, und der andere läuft nur mit, dann ist das meines wissens nach nicht tragisch, solange die Kontakte des Motors nicht verbunden sind. Denn soweit ich weis, macht sich die Induktion hauptsächlich dann als bremsend bemerkbar, wenn die Spulen auch einen geschlossenen Sromkreis bilden.

 

...

 

Hallo Ike,

 

schon richtig, kurzgeschlossen verstärkt sich die Bremswirkung noch. Allerdings ist es auch schon nicht vom Pappe, nur den Anker durch die Magneten zu bewegen. Nimm Dir mal einen DC-Motor (3- oder 5-polig)und dreh an der Welle, dann weisst Du, was ich meine...

 

Die Idee mit dem Freilauflager ist allerdings wirklich gut!

 

Mechanisch gekoppelte bürstenlose Motoren sind nicht einfach in den Griff zu bekommen, weil sie üblicherweise rein über den Regler kommutiert werden. Das setzt voraus, das der Motor dann auch wirklich der Positionierung folgt, sonst steigen die Ströme sprunghaft an.

 

Lösen ließe sich das nur bei Bl-Motoren mit Positionsfeedback und entsprechender Reglertechnik -> ziemlich aufwändig und teuer.

 

Aber mal egal ob Bürste oder nicht, mit einem Motor bei gleicher Nettoleistung fährt es sich effektiver, da lässt sich nicht dran rütteln.

 

Gruß

 

Torsten