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Guest Jo_S

Programm für die Motorisierung von Verdrängern / Halbgleitern

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Guest Jo_S

Bei der Planung einer sinnvollen Motorisierung für Verdränger oder Halbgleiter fallen vorab immer die selben Rechenschritte an. Um das Ganze zu vereinfachen, habe ich vor kurzem mal ein ganz banales "Programm" (ein simples Excel-File) aufgesetzt. Damit könnt ihr eure Schiffe in verschiedenen Motor-/Prop-/Akku-Setups durchkalkulieren. Die Benutzung ist sozusagen selbsterklärend. Die Motorflieger haben so etwas schon lange (und in viel komplexerer Form), darum habe ich für den Schiffchen-Bereich wenigstens mal ein einfaches Basis-Tool aufgesetzt.

 

Was das "Programm" kann:

Bei Verdrängern ist die Geschichte einfach - sie haben einen definierten Arbeitsbereich zwischen 0 km/h und Rumpfgeschwindigkeit. Die Parameter sind also klar. Das Programm spuckt anhand einiger weniger Modell- und Vorbilddaten sehr genau die passende Motordrehzahl, die passende Bordspannung und die passenden Props aus. Wenn ein Parameter kritische oder unsinnige Werte ausgibt, wird er rot angezeigt. Man kann nun z.B. rumspielen, ob man mit einem anderen Prop oder einem anderen Akku besser unterwegs wäre, etc.

Interessant ist: man stellt bei den Ergebnissen sehr häufig fest, dass man bei Verdrängern ziemlich stark zur "Übermotorisierung" neigt.

 

Was es nur eingeschränkt kann:

Bei Halbgleitern ist die Sache nicht mehr ganz so klar. Zum einen muss der Benutzer zumindest halbwegs wissen, wie er bestimmte Werte liest. Z.B.: einen SRK auf 2-fache Rumpfgeschwindigkeit abzustimmen macht Sinn, auf 4-fache abgestimmt wäre Blödsinn. Genausowenig weiss das Programm, welche Geschwindigkeit ein bestimmter Halbgleiter-Rumpf überhaupt umsetzen kann. Darum bietet es an dieser Stelle zwar eine prima Kalkulationsgrundlage, aber nicht unbedingt immer praxisgerechte Ergebnisse.

 

Was es nicht kann:

Es kann keinen konkreten Motor für einen bestimmten Einsatzzweck nennen. Theoretisch wäre das zwar denkbar, aber dazu müsste man zumindest erstmal eine Datenbank mit all den Parametern für verschiedene Motortypen aufsetzen (und dazu habe ich absolut keine Lust :D). Es bleibt also nach wie vor dem User überlassen, anhand der ausgespuckten Werte (Leistung, Prop, Drehzahl) einen passenden Motor selber auszuwählen, der diese Bedingungen erfüllt und z.B. den gewählten Prop auch drehen kann. Wer daraufhin dann für den ausgespuckten 45er K-Prop einen 600er SPEED wählt, ist es selbst Schuld. :mrgreen:

Das Programm kann auch keine Gleiter berechnen, da dort die Vorgaben wesentlich komplexer sind und die Anzahl der (unbekannten) Variablen nochmals erheblich höher ausfällt.

 

Ihr könnt das File hier runterladen. Wer Verbesserungs-Vorschläge hat: gerne!

 

Viel Spass beim spielen.

Edited by Jo_S

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Guest Cheesey

Moin,

 

das Programm ist super.

 

Allerdings funktioniert es bei mir komischerweise nach dem ersten Versuch nichtmehr, wenn ich bei Modellgewicht 4.3kg eingeben will, kommt immer "40241.0kg". Gibt es dafür ne Erklärung? Ist damit das Vorbildgewicht gemeint, aber das kann ja eig. ned sein...

 

Gruß,

 

Maxi

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Guest Jo_S

Das File benutzt das selbe Fließkomma wie es von deinem Betriebssystem vorgegeben ist. Du hast also die "deutsche" Schreibweise in deinem BS, sprich: Kommazahlen mit Komma schreiben, nicht mit Punkt!

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Guest Seebär Harry

Moin Jo,

das ist allererste Sahne!:that:

Hab es schon abgespeichert, keine Probleme bei den Eingaben!

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Nettes Tool! Scheint auch von der Berechnung zu passen, stimmt zumindest mit meinen Modellen überein. :that:

 

Wie legst Du Antriebe mit mehreren Propellern aus? Meinst Du, das bekommst Du dem Tool auch noch beigebracht?

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Guest Hanjo

Klasse Jo,

 

das ist doch ein richtig nützliches Tool.

 

Beste Grüße Hanjo

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Guest Muschelschubser

Hallo Jo,

 

mit der Eingabe und Auswertung der Parameter komme ich noch nicht ganz klar, liegt wohl allgemein an meinen "noch" mangelhaften Modellbauwissen. :keineIdee:

Aber Design und Optik des Programms ist dir Klasse gelungen. Weiter so. :D

 

Gruß Nils

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Feine Sache, bestätigt es die Planung für die S100 :mrgreen:

Besonders, wenn man die km/h sieht :mrgreen::mrgreen:

 

Geiles Xls File.

Danke für die Mühe & Arbeit.

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Guest Mugen

Echt tolles Tool! Danke für das muss ich mir nicht immer 10 Schrauben kaufen und durch probieren. Und ich ahbe noch eine Frage, und zwar wie kann ich denn die Angaben ändern? Und wie sieht's mit Jets aus? Kann man dem das auch beibringen? Und mehrschraubrige Boote wurde hie raber schon gesagt. Das wären noch 2 Verbesserungsvorschläge.

 

Gruß Tim

Edited by Mugen

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Guest Cheesey

Moinmoin,

 

ich könnte mit meiner Motorleistung 360% der Rumpfgeschwindigkeit erreichen, bei der Neuwerk :keineIdee:...?

 

Finde ich lustig, zumal ich ja auch bloß mit 45% fahre.

 

Gruß,

 

Maxi

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Guest Jo_S
ich könnte mit meiner Motorleistung 360% der Rumpfgeschwindigkeit erreichen, bei der Neuwerk :keineIdee:...?

 

Tja, da hast du wohl fies übermotorisiert. :mrgreen: Ab 100% aufwärts kostet es dich nur noch Strom.

 

Jets: ich finde die Dinger rein technisch erstmal nicht uninteressant. Aufgrund des unterirdischen Wirkungsgrades kommen sie für mich aber definitiv nicht als Motorisierung in Betracht. Darum: keine Jets.

 

Mehrmotorig: funktioniert mit dem xls ganz genauso wie einmotorige. Was berechnen wir? Nichts anderes als den (theoretischen) Vortrieb im Verhältnis zur Rumpfgeschwindigkeit. Umgerechnet auf verschiedene Props. Ob dieser Vortrieb durch einen oder durch 800 Props erfolgt, ist völlig wumpe. Die Daten bleiben allesamt identisch. Nur die erforderliche Motorleistung lässt sich dann halt auf mehrere Motoren verteilen.

 

Anders sähe es aus, wenn wir noch den Pfahlzug berechnen würden. Ein Modell mit 2 oder 3 Props bringt da natürlich höhere Werte als ein Modell mit nur einem (gleich großen). Eine Pfahlzug-Schätzung fänd ich auch noch interessant, aber dazu bräuchte man im Vorfeld eine Menge empirische Werte.

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Guest Jo_S
... und das 6-fache der maximalen Rumpfgeschwindigkeit.

... womit sich das "wieso-ist-mein-Motor-gestorben"-Problem auch rein mathematisch klärt. :mrgreen:

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Jo

 

dein Spreadsheet ist wirklich sehr praktisch und hilfreich! Eine Frage, welche Leistung ist in Sektion I.2.a gemeint? Die, die vom Propeller abgegeben werden soll, die Wellenleistung oder die elektrische Leistung des Motors (wenn es ein Elektromotor ist)? Würde es sinn machen, dass der Benutzer Verluste der einzelnen Systemteile spezifizieren kann (Motor, Lager, eventuelle Über-/Untersetzung, Propeller)?

 

Wird es mal eine Version geben, die die 4-Blatt Kort Type von Raboesch unterstützt?

 

Cheers

Chris

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Guest Jo_S

Hallo Chris,

 

du hast natürlich Recht, da gibt es eine Flut weiterer Parameter, die sich - in welcher Form auch immer - auf das Ergebnis auswirken würden. Aber gerade bei den Halbgleitern wären die wichtigsten (fehlenden) Parameter m.E. erst einmal: wie strömungsgünstig ist der Rumpf, welchen realen Vortrieb liefert der Prop und welchen Wirkungsgrad hat das Gesamtsystem? Diese Werte können wir mit modellbauerischen Möglichkeiten allesamt nicht bestimmen. So wird z.B. der Schlupf pauschal mit 30% angesetzt und Rümpfe pauschal mit gleichem Leistungsbedarf angesetzt, obwohl z.B. ein schlankes Schnellboot mit geradem Heckspiegel sicherlich leichter aufgleitet als ein 44' US Coast Guard mit seinem ansteigenden Rundheck.

 

Deshalb ist das File vorrangig als (praxistaugliche) Näherung zu betrachten, dass dir im konkreten Fall Werte liefert, die vielleicht nur 80% am möglichen Optimum liegen. Es hilft aber, erhebliche Fehlabstimmungen zu vermeiden, die bei vielen Booten eher die Regel als die Ausnahme zu sein scheinen. Wir hatten ja z.B. vor ein paar Tagen gerade den Fall, dass ein Kollege seinen großen 1,5 - 2m Frachter mit 600er SPEED Eco an 60er Dreiblatt ausgerüstet hat. Da würden bei dem File sofort alle Ergebniswerte Alarm signalisieren.

 

Zur Leistung: wirkliche Fehlabstimmungen resultieren in den seltensten Fällen aus zu geringer Motorleistung. Meistens liegt es an zu hoher Drehzahl in Verbindung mit zu großen Props (zu geringem Drehmoment) und daraus resultierender zu hoher Stromaufnahme (unterirdischer Gesamtwirkungsgrad, hohe Wärmeentwicklung). Der tatsächliche Leistungsbedarf unserer Modelle ist ja vergleichsweise eh sehr gering (solange es sich nicht um Rennboote handelt). Hanjo geht z.B. von 3,0 W/kg für Verdränger aus, ich habe sogar nur 2,3 W/kg angesetzt. Obwohl schon alleine darin eine Abweichung von 23% enthalten ist, denke ich, dass wir trotzdem beide richtig liegen. Für beide Annahmen lassen sich plausible Begründungen finden. Viele Kähne liessen sich sogar noch mit 1,0 W/kg auf vorbildgetreue Geschwindigkeit bringen (die beschleunigen und bremsen dann halt auch "scale"). :D

 

Zur Propsteigung: Raboesch gibt alle Props pauschal mit 1,06 Steigung an. Da z.B. die A-Props aufgrund ihrer Blattform und -fläche weniger Grip haben als z.B. ein C-Prop, behilft sich das File mit unterschiedlichen Steigungswerten von 0,9 bzw. 1,0. Wieder eine Näherung. Du kannst einen 4-Blatt Kortdüsen-Prop also ganz genauso mit Steigung 1,0 behandeln wie einen normalen 4-blättrigen. Obwohl der Kortprop in einer Kortdüse eingebaut sicherlich mehr Schub liefern wird.

 

Einfaches Praxisbeispiel, wie ich das File benutze. Ich habe neulich mal das Sievers-Schubboot 2230 "durchgerechnet". M1:20, 52,5cm lang, Gewicht unbekannt. Der klotzige Kastenrumpf ist mit Sicherheit strömungsungünstiger als jede olle Bugsier3, aber das interessiert mich erst einmal garnicht. Die KWL setze ich aufgrund der Kastenform gleich an wie die Gesamtlänge. Das Original hatte einen 70cm-Schottel-Prop, also wären 35mm "scale". Da das Ding aber einen 2,5m-Verband schieben soll, gehe ich mit der Propfläche so hoch wie möglich. Das ganze muss ja auch zu bremsen sein. Das Original brauchte dazu sicherlich 1km Bremsweg, ich habe aber wohl kaum maßstäbliche 50m zur Verfügung. Ein 40er Kortprop passt noch gerade eben drunter und liefert mir satte 30% mehr Blattfläche. Das Gewicht ist bei der Kastenform recht einfach zu überschlagen und wird so etwa bei 5,5 kg liegen. Das Original fuhr 6,5 kn und hatte eine Motorisierung von 90 bis 104 kW.

 

Das File spuckt mir aus: 35er Prop bei 3000 U/min wäre die perfekte Schlepperabstimmung. Was ist mit einem 40er? Da erhalte ich für Rumpfgeschwindigkeit eine Drehzahl von knapp 2000 U/min und einen Leistungsbedarf von 13W. Welchen Motor wählen? Der Bühler 505 (1.13.055.220) fällt mir ins Auge: er erscheint mir erstmal eine Idee zu klein, dreht aber einen 40er Prop locker und gefällt mir wegen seines 8-teiligen Kollektors, seiner geringen Stromaufnahme und seines Abtrieb-Kugellagers (Schottel -> Zahnriemen -> radial belastete Motorwelle).

 

Die von Bühler angegebenen 3100 U/min Lastdrehzahl an 12V bringen mir den Kahn auf knapp 160% theoretische Rumpfgeschwindigkeit. Das wäre für das Schubboot alleine relativ hoch abgestimmt (aber nicht kritisch). Also runter mit der Spannung? Nein, denn in diesem speziellen Fall völlig ok für Bremsmanöver und Zusatzschub im Verband. Der Bühler ist mit 13W Dauer und 16W maximal angegeben. Passt super zu den Werten aus dem File.

 

Die (etwas hinkende) Gegenrechnung zeigt: 90kW Original-Motorleistung = maßstäbliche 11,25W bzw. Original 104kW = maßstäbliche 13W. Der Elektromotor (hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl) ist dem Verbrenner in seiner Leistungsentfaltung eh deutlich überlegen, so dass ich beruhigt davon ausgehen kann, dass mein Modell eher stärker sein wird als das Original. Der 505 an 12V an 40er Raboesch ist also der perfekte Motor für dieses Modell. Vielleicht nur zu 89,27%, aber allemal perfekter als alle anderen handelsüblich verfügbaren Motoren.

 

Da nehme ich dann gerne in Kauf, dass es evtl. irgendwo einen idealen Motor gibt, der bei gleicher Leistung im gleichen Setup noch 23mA weniger Strom zieht. ;) Soviel einfach mal als Beispiel, wie man trotz sehr unvollständiger Daten höchst unakademisch zu einer sinnvollen Motorisierung gelangen kann.

Edited by Jo_S

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Jo

Vielen Dank für deine ausführliche Darlegung. Jetzt verstehe ich, woher du kommst. Die maximale Antriebsleistung wird hier also durch die Massenträgheit bestimmt. Wie du in deinem Motorbeispiel zeigst, reicht es aus die Nennleistung des Motors zu kennen. Das ist dann aber auch das größte Problem, da die Datenlage über die für Modellbauer zugänglichen Motoren doch manchmal sehr dünn ist. Wenn ich also nur die elektrischen Daten kenne, muss ich noch den Wirkungsgrad des Motors berücksichtigen. Leider sind auch die Angaben zur den elektrischen Daten häufig unzureichend.

Grüße

Chris

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Guest Jo_S
...leider sind auch die Angaben zur den elektrischen Daten häufig unzureichend.

Naja, solange wir von Verdrängern reden, sind die chinesischen Blechbüchen mit den mageren Daten aufgrund ihrer Drehfreudigkeit ja eh meist vorne vor. Dort den Wirkungsgrad zu erraten ist wohl ziemlich schwer.

 

Aber für die DC-Industriemotoren - egal ob Bühler, Dunker, Maxon, Faulhaber, Papst oder was-auch-immer - kriegt man die Daten schon wesentlich eher bis problemlos. Die beliebten (weil leicht verfügbaren) HobbyLobby-Bühlers mögen customized sein; trotzdem habe ich bisher noch keine auffälligen Abweichungen zu den Bühler'schen Standard-Datenblättern feststellen können. Bei Dunker sind die verfügbaren Informationen sogar noch ausführlicher.

Edited by Jo_S

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Guest Hanjo

Hallo,

also ich arbeite wenig mit den kompletten Datenblättern. So tricksen ja auch die Graupners dieser Welt massiv. Der max. Wirkungsgrad wird bei irgendeiner astronomischen Voltage ermittelt und nicht an einem definierten Lastpunkt. Die meisten Daten sind errechnet, das kann ich auch selber:D

 

Beispiel: Habe ich den Blockierstrom eines Motors, dann beträgt sein Strom im max. Wirkungsgrad ziemlich exakt ein 1/7 (ist natürlich eine kompliziertere Formel, die auf einen Bruch reduziert habe).

 

Setze ich also einen Speed mit 70 A Blockierstrom ein, dann liegt der Strom im max Wirkungsgrad bei 10 A, dann macht das keinen Sinn den in ein Modell einzusetzen wo ich nur 1 A brauche. Nur muß ich das jetzt berücksichtigen zusätzlich zu Jo´s File? Nein. Wenn die Exel Berechnung mir 3000 U/Min Last vorgibt, dann finde ich in der 600er Baugröße automatisch nur Bürstemotoren die halt weniger als 10 A Blockierstrom haben. Der Arbeitspunkt liegt dann bei ca 0,8 bis 1,5 A und

der Leerlaufstrom bei vielleicht 0,2 Ampere.

 

Auch die Chinesen setzen als Lager kein Schmirgelpapier ein. Die Hauptursache für schlechten Wirkungsgrad ist der falsche Motor am falschen Arbeitsplatz. Der optimale Lastpunkt des Motors muß passen zur Aufgabe. Leider tut er das meist nicht.

 

Deswegen braucht dann halt die Krabbe Tön mit dem Graupnervorschlag bereits im Leerlauf mehr als mit einem passenden Bühler im Betrieb.

Deshalb ist der hochtourige Speed 400 der meistverbrannte Motor an jedem See, weil kleines Boot = kleiner Motor nicht immer zielführend ist.

 

Ich denke nachdem Jo eine realistische Berechnung der Dinge wie Propgröße abhändig von Drehzahl etc vorgelegt hat noch eine Fastformel von mir zur Motorgröße:

 

Verdränger: Langsamläufer Bürste typisch 5 % des Schiffsgewichtes. Je nach Situation komme ich vielleicht sogar schon mit 3 % aus.

 

Halbgleiter: Bürste typisch 10 % des Schiffsgewichtes. Da ich hier Motoren mit höherer spezifischer Drehzahl einsetze sind die Motoren nicht doppelt so stark sondern deutlich leistungsfähiger als Langsamläufer.

 

Gleiter: Bürste typisch 10 - 15 % des Schiffsgewichtes.

 

Brushless: typisch halbes Gewicht einer Bürste. Dann ist die Leistung immer noch deutlich höher.

 

Also ich bin auch dafür das ganze ein wenig zu entmystifizieren. "Ich habe da einen Motor der leistet 200 Watt und ich kann mit einem 7,2 Volt Car Stick den ganzen Tag fahren" ist halt Quatsch. Volt x Ampere x Wirkungsgrad entspricht direkt der Ausgangsleistung Drehmoment x Drehzahl. Von nichts kommt da auch nichts. Eine Leistungsaussage eines Motors bezieht sich ausschließlich auf einen Lastpunkt. Wenn ich an meinen 900 BB Torque einen 25 mm Prop setze, dann hat er halt nur eine

Leistung von weniger als 1 Watt (Ausgangsleistung). Dafür eine brauchbare Heizleistung.

 

Beste Grüße Hanjo

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...

Ich denke nachdem Jo eine realistische Berechnung der Dinge wie Propgröße abhändig von Drehzahl etc vorgelegt hat noch eine Fastformel von mir zur Motorgröße:

 

Verdränger: Langsamläufer Bürste typisch 5 % des Schiffsgewichtes. Je nach Situation komme ich vielleicht sogar schon mit 3 % aus.

 

Halbgleiter: Bürste typisch 10 % des Schiffsgewichtes. Da ich hier Motoren mit höherer spezifischer Drehzahl einsetze sind die Motoren nicht doppelt so stark sondern deutlich leistungsfähiger als Langsamläufer.

 

Gleiter: Bürste typisch 10 - 15 % des Schiffsgewichtes.

 

Brushless: typisch halbes Gewicht einer Bürste. Dann ist die Leistung immer noch deutlich höher.

...

Beste Grüße Hanjo

 

Hallo Hanjo,

 

sorry, wenn ich mich vielleicht dumm anstelle, aber worauf beziehen sich die 10% des Schiffsgewichts beim Halbgleiter, auf welches Attribut des Motors?

 

:Bahnhof:

 

Dank von einem Unwissenden aber Lernfähigen Amateur.

 

Grüße Silver

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Guest Hanjo

Hallo,

 

Motorgewicht. Beispiell ein Seenotrettungsboot mir 1 m Länge und 3,5 kg Gewicht ist mit Motoren 755-40 oder 750er prächtig motorisiert wenn die Drehzahl paßt. In ein 70 cm Boot mit 2 kg paßt ein 600er genauso gut.

 

Für eine 10 kg Yacht ist auch ein 900er zu klein.

 

Beste Grüße Hanjo

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Die beziehen sich auf das Attribut "Gewicht" des Motors ;)

Motoren einer bestimmten Leistungsklasse haben in der Regel auch ein bestimmtes Gewicht. Oder umgekehrt: Als Faustformel kannst du auch Rückschlüsse aus dem Verhältnis der Massen von Modell und Motor ziehen.

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