Flüssigkeitskühlung für Statoren

Hallo !

In dem anderen Thread kamen ja einige Beispiele für Flüssigkeitskühlung von Statoren von Aussenläufern.
Ich finds sinnvoll und interessant auch für Modellflieger. Das Zusatzgewicht hält sich m.e. in Grenzen, die Pumpe kann ja am Statorträger befestigt sein und von der Glocke mit angetrieben (evtl. über ein Zahnrad oder Reibrad). Ich hab mal an einem Projekt mit der Biomech. und Biophys. Abteilung der Med.Uni Wien mitgearbeitet, da hatten wir kleine Zahnradpumpen gebaut, die kleiner waren als ein Nanoservo und auch genug Fördermenge für den Anwendungszweck im Flieger hätten. Da war zwar alles selbstgemacht, das müsste aber auch mit käuflichen teilen (Zahnräder) machbar sein. für den Rest reicht verm. Ständerbohrmaschine und entspr. Bohrer und Ahlen. Das Gehäuse sind drei Platten, die mittlere braucht halt ein paar löcher als Pumpraum e.t.c. Die Pumpe damals wog ohne Motor so um die 10-15g und musste so ca. 40k Eingangsdrehzahl haben. Das ist aber kein problem, kann man ja von der Glocke hochübersetzen. Ist erstmal ein Schuss aus der Hüfte
Befestigen kann man das hinten als Nachrüstteil am Statorträger, oder ganz schick- gleich mit integrieren. Was noch gehen könnte wäre so eine "Peristaltik"-Pumpe, wo nur ein Schlauch in eine Schlaufe gelegt wird und hinten an der Welle zwei schenkel mit Kugellagern o.ä. den dann zusammendrücken, dadurch entsteht dann auch eine Bewegung in der Flüssigkeit

Aber die Diskussion soll sich hier wünschenswerterweise um das wo und wie drehen, nicht ums warum.
Was jetzt fragen wären :

• Welcher Kühler
• Wer hat schon mal sowas gebaut (ich weiss, Christian )

Bin mal gespannt auf eure Ideen !

Viele Grüße,
Sebastian

P.S: @ Christian : Hast du noch mal die Fotos von deinem Gekapselten Stator

Hallo,
ich würde den Raum zwischen Motorwelle und Stator für das Kühlmittel nutzen. Auf der Motorwelle käme eine Schnecke. Dann noch einen Zulauf und Ablauf im Statorträger. Damit hätte man eine Pumpe und die bestehenden Teile mit einbezogen.

Wenn man will, kann man noch den Stator kapseln aber das wäre erst der nächste Schritt.

Den Kühler würde ich als Oberflächenkühler auslegen. Da würde sich gerade beim Aufbau der Flächen in einer Form einiges anbieten.

Beim Kühlmittel würde ich ein wasserlösliches Öl verwenden. Jedenfalls eine Flüssigkeit, die mehr als 100° ohne Drucksystem packt, bzw. eben dann nicht gast.

Die ganze Sache macht aber meiner Meinung erst dann Sinn, wenn aus Gründen z.B. des Regelemans das Motorgewicht, bzw. bestimmte Abmessungen beim Motor limitiert wären - und natürlich bei meinen komplett gekapselten Druckantrieben, bei denen die Wicklungen gerne mal bunt anlaufen.

VG

Hallo Sebastian,

ich hatte damals, wie schon geschrieben, sowas angefangen. Heißt, nen Kühler gekauft und Statorträger fräsen lassen. Mal -weils ein Versuch war- noch ohne Anflanschpumpe und so. Das ist eh ein Thema für sich...
Also geguckt, wie es andere machen, hier die CNC-Fräser mit ihren flüssiggekühlten Spindeln, die wiederum bei den PC-moddern abgucken. Da gibt es auch Formeln, welche Kühlergröße wieviel Abwärme wegbekommt. Gut, im Flugzeug haben wir Fahrtwind... also Kühler gekauft und gewogen. Und ab da hört der Spaß echt auf: ist alles Messing, ruckzuck sind hundert Gramm beisammen. Das Ding also geteilt, mittels Blechen dicht gelötet.
Parallel hatte ich ein bischen rumgerechnet: wenn man die die Verlustleistung als Abwärme annimmt, die es wegzukühlen gilt, hat man ja eine bestimmte Energiemenge. Mit dem Tafelwerk und etwas hin und her bekommst Du schnell heraus, wieviel Wasser Du brauchst um 100W Energie aufzunehmen und auf X Grad zu erwärmen (hier musst Du noch festlegen, wie warm Dein Motor werden darf); Kühlerfläche, Zirkulation, Wärmeausdehnung des Wassers.

Als ich dann alles beisammen hatte, den Kühler abdrückte (da dachte ich noch, ein geschlossenes Kühlsystem würde funktionieren), und mir der regelmäßig leck sprang, wars mit dem Entusiasmus schnell vorbei. Da war ich immer noch nicht beim Thema Pumpe angekommen, aber alleine Kühler und der modifizierte Statorträger wogen zusammen immer noch 100g, plus Schläuche/Rohre, plus Kühlmittel, plus Pumpe.

Mir fiel am Ende keine Anwendung mehr ein, wo der flüssiggekühlte Motor auch nur an den luftgekühlten der nächsten Größe, den ich ebenfalls im Schrank liegen hatte, herankäme, und das Projekt wurde begraben. Rein rechnerisch ist es aus meiner Sicht Unsinn im Flugzeug. Und mit ein wenig 0,3er GFK um den Stator gezappt funktioniert es meiner Ansicht nach (VORSICHT: MEINE PERSÖNLICHE MEINUNG) nicht, eben aus Gründen des Drucks im System.

Das Gegenbeispiel, aber ein paar Jahre vorher; ich hatte mal ne Albatros D-V vom Modellstudio Liening. Schicker Doppeldecker, aber keine Kühlung für den Motor möglich. Da werkelte ein Urgestein (andere würden sagen Ungetüm) von Innenläufer, ein 18N20P aus Streamerlaufwerken, ohne Lüfter, ohne irgendwas dran. Alleine durch seine Massen(die es in dem DD eh brauchte) und die große Oberfläche hiel der Motor sich selbst kühl. Und das ist das Problem: wie klein/leicht soll denn der Antrieb werden? Will ich den Winzantrieb, der thermisch nicht mehr stabil läuft, mit der zusätzlichen Arbeit, Kühlmittel umzuwälzen, auch noch belasten? Wenn die Antworten positiv sind, kann man es machen. Aber bei aller Experimentierfreude mache ich sowas nicht zum Alleinzweck, sondern um am Ende ein Modell anzutreiben. Und da investiere ich das Zusatzgewicht lieber in Motor und Akku.

Gruß,
Rene

Hallo,
die Undichtigkeiten bekommt man am besten in den Griff, indem man den Systemdruck niedrig hält. Das geht am besten über eine niedrige Systemtemperatur und natürlich einen Ausgleichsbehälter. Kochen darf es aber trotzdem nicht. Da hilft dann auch kein Ausgleichbehälter. Deshalb der Ansatz mit dem Öl.

Beim Gewicht wird es dann sportlich. Da muss man sich was einfallen lassen, sonst ist der ganze Akt in der Tat rein akademisch.

VG

Moin Steve,

Ausgleichsbehälter ist schön und gut, aber es muss alles lageunabhängig sein. Keiner will dass sein Flugzeug ins Auto uriniert... mir fiel damals nichts ein, wo man nicht mit Gummibälgen o.ä. hätte rumexperimentieren müssen. Am ehesten noch ein Faltenbalg, dem man ein Ende verschließt. Nur muss das eben auch alles in den Flieger passen, und gerade bei euren Speedern ist ja jetzt schon eng wie nur was! Im Scalemodell braucht es sowas nicht.

Glysantin würde sich als Kühlmittel anbieten, denn dafür ist es ja entwickelt worden.

Gruß,
Rene

Hi Sebastian,

klar geht das und ohne heftige Klimzüge. Es bieten sich an einfach eine Windung aus Kupferrohr mit in die Nut einlegen und als Leiter mit verschalten , das braucht aber eine auswendige Verschaltung. Deshalb haben wir den ganzen Stator gefluttet, später mehr , habe jetzt keine Zeit. Und Öl is eh klar beim Flieger und aufgeräumt geht ja auch ohne Schläuche , die aber auch etwas für Volumenausgleich sorgen können. Beim Öl braucht es das aber nur mit einem kurzen Silikonschlauchstück über den man aber eh den Motor befüllt.

Happy Amps Christian

Hi,
mal eben eine Version einstellen die ich vor x Jahren schon mal gezeichnet hatte. Wie der Sebastian auch vorgeschlagen hat eine einfache Zahnradpumpe im Statorträger integriert, Von dort geht es durch den Lagerträger hinter , dann durch die Statorzähne vor und von dort nach aussen in einen Kühlring der mit einem Ringspalt um den Motor liegt. Der hat Meanderförmige Flußschleifen , kann noch Kühlrippen bekommen , ganz wie es nötig ist. Und zurrück in den Motor. Zum Druckausgleich macht man eine Flache Bohrung die mit einer Silikonfolie verschlossen wird.
Wer mit seperater Pumpe und Schläuchen arbeiten will braucht eingentlich nur die Schlauch zur Pumpe hin dünnwandiger auszuführen , der wird halt etwas dicker wenn das Volumen steigt. Dass sind ja nur sehr kleine Volumina.

Die Bandage um den Stator macht man aus GFK . Dazu dreht man einen Alurundling mit genau dem gleichen Aussendurchmesser wie der Stator. Isoliert mit Teflon spray oder ganz dünner Folie. Wickelt ein sehr dünnes Faserflies oder Gewebe auf mit Harz getränkt. Darüber ein Schrumpfschlauch , den per Heisluft aufschrumpfen damit schon mal einiges an überflüssigen Harz heraus ist und dass dann alles in einen Ofen bei 120 Grad , je nach Harz zum Aushärten. Das Alu dehnt sich bei der Temperatur so weit aus , dass die Bandage danach eigentlich recht einfach abzuziehen geht. Mit CFK geht dass noch etwas besser. Vor und hinter den Stator kommen auch CFK Scheiben die man anfertigt und mit passenden Durchbrüchen für die Wicklungen versieht. Rest ist selbsterklärend . Verkleben und befüllen. Wegen der Bandage muss etwas mehr Luftspalt eingeplannt werden . Den damit geringeren Magnetischen Fluß gleicht man durch etwas dickere Magnete aus. Dazu später mehr.

Viel geht beim Kühlen durch die Wickelköpfe die man etwas auseinander Gewickelt ausführt. Das Kupfer der Wicklung leitet die Wärme aus der Nut an die gekühlten Wickelköpfer dort kann man besser umströmen und hat überhaupt mehr Platz für die Kühlung.

Bei den größeren Maschinen haben wir halt auch die Statorzähne mit Bohrungen versehen und durchspült , da geht es aber auch um Dauerbetrieb unter den Leistungsbedingungen und um viel Power. So eine 400 KW Maschine hat halt 40 KW Verluste das geht raz faz .

Häppy Amps Christian

Und wo bleibt die Hitze dann? Man muss sie ja aus dem Motor rausbekommen; einfach das Kühlmittel im Kreis pumpen reicht nicht. Und einfach ein Rohr durch den Flieger legen übrigens auch nicht. Jedenfalls wenn man mit mehr als 30-50W Abwärme rechnet...

Gruß,
Rene

Hi,
die Hitze wird im Ringkühler der (in blau) aussen um den Motor herum liegt gekühlt. Einmal vom Luftstrom zwischen Motorglocke und Ringkühler und einmal ganz aussen. ein innerer Anteil der Kühlluft im Ringspalt geht noch zu den Magneten.

Happy Amps Christian

Zugegeben,ich bin etwas fantasielos.Scheint aber ein interessantes System zu sein.Wer hat das gebaut?Kann man sowas fertig kaufen?Scheint bezüglich des Motors ja so zu sein,dass die Glocke nach hinten steht?Das würde bei der Verbindung von Motor und Regler wieder Probleme bringen,könnte ich mir vorstellen.Bei der Montage des ganzen Systems am Flieger auch.Ein Bild von einem komplettausgeführten System in der Größe,wie man sie für ein Speedmodell braucht wäre sehr hilfreich um sich das zu veranschaulichen.Was mir auchauffällt:die Stirnfläche des Antriebes wächst deutlich.Wie gesagt,"Ein Bild sagt mehr als 1000Worte" oder "kryptische" Skizzen.

Gruß
StefanV

Hi Stefan,
das war nur ein Vorschlag wie es für ein Modellflugzeug aussehen könnte. Für Euch Speeder kann man das alles Drehen , also Glocke Vorne und der Kühlring ab Motorspannt nach hinten . Dass muss aber nicht so sein. Anstelle des Ringkühlers kann man auch ganz dünne Allubleche mit einem feinen Gitternetz dazwischen als Kühler herstellen. Die Bleche können dann am einfachsten mit Silikon aussen herum verklebt und abgedichtetwerden und innen per Silikonraupen abgrenzungen erstellt um Kühlkanänle zu bekommen . Das habe ich so in Brennstoffzellen Versuchsstacks genau so gemacht. Solche Flächenkühler kann man dann auf den Rumpf auch schon in der Form oder der Tragfläsche mit einlamenieren. Das baut dann garnicht weiter auf, muss aber da reine Flächenkühler eine etwas größere Fläche sein um bei den kleinen Temperaturdifferenzen die Wärme weg zu bekommen. Verbrenner haben es da sehr einfach , da geht die meiste Wärme schon mal im Auspuff weg und auch der Flüssigkühlkreislauf hat eine höhere Temperatur. Ich habe das auch im Rennboot somaber dort lasse ich das Wasser direkt durch die Maschine laufen. Dass ist natürlich viel weniger aufwendig , ich muss aber nach dem Fahren mit einem kleinen Kompressor warme Luft durch die Maschine pusten um sie zu trocknen. Also so wie gezeichnet kann ich es dir nicht zeigen . Man könnte aber darüber reden od wir nicht so eine Maschine mit Ringkühler per Lasersintern in einem Stück herstellen. Vielleicht nur Maschine und Kühler trennen um den Kühler anpassen zu können oder eben Flächenkühler zu verwenden. Steve als Testpilot , der hat ja schon zig Kühlsysteme erprobt.

Happy Amps Christian

Hi Christian!
Wir würden ja direkt auf dem Kühlring landen!Da habe ich Zweifel,ob der das aushält.Auch die Kühlflächen müssten am Rumpf sein,weil wir ja die Tragflächen abschrauben zum Akku einladen.Steve als Tester ist eine gute Idee-in seiner Horten sollte das alles einfacher unterzubringen sein.

Gruß,
StefanV

Christian,

ich les ja hier interessiert mit, aber ich glaub als Anwendung für Speeder ist das uninteressant.
Statt Ringkühler kann man einen Motor mit größerem Durchmesser nehmen, der kann auch mehr Hitze ab und mehr Leistung durchsetzen.

Abgesehen davon ist nicht der Motor die Engstelle in der Leistung der Speeder, sondern die Akkus.

Hi,
ja Stefan , wenn der Ring genau Zentrisch um den Motor liegt ,landet man darauf also Asymetrisch oder eben keinen Ringkühler sondern Flächenkühler . Den Ringkühler habe ich mir gedacht wird halt kleiner weil komplett mit Luft umspült.

@ Erwin, das Szenario haben wir ja derzeit. Die Motoren werden immer größer und es bleibt fast kein Gramm für die Akku übrig.
Mit Flüssigkühlung würde der Motor kleiner ausfallen und der Akku größer ob es ausreicht habe ich auch noch nicht wirklich ausgerechnet.

Was ein Draht wirklich aushält wenn er flüssig gekühlt , kleines Photo dazu. In unseren über 1 kg Rennbooten haben wir die Silber Zink Zellen vor dem Rennen die Akkuspannung messen lassen müssen. Mit einem Widerstandsdraht im Wasserbad haben wir den Akku hoch belastet (fast Kurzschluß) wodurch die Spannung der Zellen stark eingebrochen ist . Gleich zur Spannungsmessung und gut wars. Damit haben wir eine Zelle mehr im Boot fahren können. In der Blechdose im Wasserbad hält dass der Widerstand sehr gut aus , in Luft brennt er sofort durch.

Ja, das muss man mal probieren. bei den WK2 Jägern hat der Umstieg von Luftkühlung zu Flüssigkühlung ja auch entscheidene Vorteile gebacht.
Es ist ja nicht nur Mehrgewicht, der Motor kan kleiner werden und bei Flächenkühlern kannst du ein Modell ohne Löcher bauen. Die machen den Hauptanteil am Luftwiderstand aus.

Grüße !

Mit Flüssigkühlung würde der Motor kleiner ausfallen und der Akku größer

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Und genau das hat nach meiner Rechnung nicht funktioniert, weil eben die zusätzlichen Teile und das Gewicht der KF den Vorteil mehr als aufhoben... man muss ja, wenn wir bei den Speedern bleiben und Kühlflächen nur am Rumpf zulässig sind, die Schwerpunktverschiebung mit einbeziehen.
Dazu kommt, dass es sich nicht nur um 20-30g Wasser handeln: so schnell können die paar Gramm die Abwärme nämlich nicht aufnehmen und an die Kühlfläche abgeben. Da braucht es schon mehr Volumen/Fläche.
Was ich noch sehe: wir reden hier von 60-80° Kühltemperatur, die bei einlaminierten Kühlern auch das Harz/Gewebe aufheizen. HT-Harz und HT-tempern sind dann mal sowas von Pflicht!

Eigentlich sollte man dann aber gleich den Steller mitkühlen, oder? Da entsteht ja der Rest der Verluste, also sollte man konsequenterweise den nicht als Bootssteller mit einschleifen?

Die WK-2-Jäger waren übrigens wegen der kleinen Stirnfläche mit wassergekühlten Motoren ausgelegt; erfolgreiche luftgekühlte Maschinen gab es aber auch genug, wie die dicken Sternmotorjäger FW-190, P-47 etc. die leistungsmäßig den Reihenmotorjägern nicht nachstanden. Hier bei den E-Motoren hat man den Stirnwiderstandsnachteil der luftgekühlten nicht; eigentlich gibt es keinen Nachteil, der sich auftut, sondern ihr wollt ein schweres System einem schon gewichtstechnisch ausgereizten Konzept hinzufügen...

Gruß,
Rene

Auch hier : Erstmal bauen und dann sehen, wo die Ansätze für optimierungen liegen.
Was ich z.B. ziemlich gut bei den Gekapselten finde: Die Wicklung hat eine schöne Wärmeabgabe in den Stator herein, dank grosser Kontaktfläche. Eine Windung auf einem Dick eingejauchten Stator kühlt nicht gerade gut via Luftkühlung.

So, jetzt wirds zu spät : NACHT

Bernard HV-320 schrieb:

Und genau das hat nach meiner Rechnung nicht funktioniert, weil eben die zusätzlichen Teile und das Gewicht der KF den Vorteil mehr als aufhoben... man muss ja, wenn wir bei den Speedern bleiben und Kühlflächen nur am Rumpf zulässig sind, die Schwerpunktverschiebung mit einbeziehen.
Dazu kommt, dass es sich nicht nur um 20-30g Wasser handeln: so schnell können die paar Gramm die Abwärme nämlich nicht aufnehmen und an die Kühlfläche abgeben. Da braucht es schon mehr Volumen/Fläche.
Was ich noch sehe: wir reden hier von 60-80° Kühltemperatur, die bei einlaminierten Kühlern auch das Harz/Gewebe aufheizen. HT-Harz und HT-tempern sind dann mal sowas von Pflicht!

Eigentlich sollte man dann aber gleich den Steller mitkühlen, oder? Da entsteht ja der Rest der Verluste, also sollte man konsequenterweise den nicht als Bootssteller mit einschleifen?

Die WK-2-Jäger waren übrigens wegen der kleinen Stirnfläche mit wassergekühlten Motoren ausgelegt; erfolgreiche luftgekühlte Maschinen gab es aber auch genug, wie die dicken Sternmotorjäger FW-190, P-47 etc. die leistungsmäßig den Reihenmotorjägern nicht nachstanden. Hier bei den E-Motoren hat man den Stirnwiderstandsnachteil der luftgekühlten nicht; eigentlich gibt es keinen Nachteil, der sich auftut, sondern ihr wollt ein schweres System einem schon gewichtstechnisch ausgereizten Konzept hinzufügen...

Gruß,
Rene

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And shouldn't you sign in as an insurance salemen or something because you are no engineer! When does the moderating muzzle get employed on this one? Or do you just have a resident troll that freely roams seeking Christian Lucas and Myself? People never really talking to him. What holds value for you here? Is it this these particularly unhelpful comments up above?








He will never build these parts one off on that scale or at the needed level of precision or finish. So he has to say no. He can not have it without someone like James. "O" cannot provide this!

@ Chris
Why bother you know this man talking cannot design or build a positive displacement pump on this scale or one big as the universe. Come on stop kidding. It will never happen and you know this. The small compressed canister in my opinion will be your best bet in wot burst for a speed plane. That's where it will count. If you want continually a cooler running motor use a large more powerful one. That's where we are at until people like CL are allowed to bring new ideas into fruition without harassment! Any additional removal of heat no matter how big or small will help the engine produce more power than without it. If the additional hardware adds weight. Save it somewhere else. Plus it isn't a problem for someone with an already lighter motor with shorter coils and a lighter bell. We also don't expose a crossover wire in the slot to leakage because we don not have one with a single coil winding system. SO INNOVATE! follow your leader Lehner!! and stop looking for huge gain with minuscule effort at the keys...... You will not gain much additionally in power density of your motor until you enroll into a different school of thought.

Send me two real Detailed Drawings of your motor Christian. We can sign a non disclosure agreement.This way you don't get played like people try in the past. Don't see why I couldn't build it if I reviewed the drawings. Send me a real one if you'd like. It would still be realistically a year or better off. The other copy quite naturally would be for James. As a 50 year tool makers his fixture ideas to make difficult things happen is invaluable. I can tell you what you see here isn't the way i'd go but these small pumps can supply 1000 psi and cost 5000.00 Usd. Imagine the durability needed in one that small that flows alot at the high driving rpm reliably. These shown are driven by very powerful slow and precise servomotors. They are encoded. The paint applicator blocks they feed are nearing a $100,000.00 usd but If I wanted to design a precision positive displacement pump. I'd look at the Oerlikon Barmag pumps. These are what you'd find in The German ABB 6 or 7 axis paint machines. They last!

https://www.oerlikon.com/manmade-fibers/en/solutions-technologies/gear-metering-pump-technologies/

Take a look at the machine and gear work on the press release front page and be enlightened. I'd love to see it......Sounds simple but someones about to step into some serious poop if they think for one minute their pulling this off like talking about it. This is one of "those" deals That's not for everybody. Get a clue of the tolerances and mechanical integrity involved as these Oerlikon Barmag paint applicator metering positive displacement pumps can supply over 80 Bar for longer than anyone will have the same speed plane or motor Im sure!

To get an idea. The Zenith pumps shown are Vandium Stainless steel with a Diamond like coating. The machining tolerance is .00005" (1.25 microns!) They have an accuracy of flow throughout the entire speed range of plus or minus a percent. They are 3.0cc per revolution and can accept 300 psi input and generate 1000 psi out. The can hit their controller commanded setpoint with an accuracy of +/- .1% They can pump viscosities from 1 to 100,000 centipoise. The speed range is only 10-300 rpm! The have 3 PTFE triple lip seals with fluorocarbon elastomers. Oh and I forgot they can flow over 1800cc/min.

It can be done buy someone obviously but you better believe it wont be one of these simple minded people giving you issues. They will need watchmaker or INSTRUMENT maker precision at that scale I'm sure

Ring any bells......

The divine enlightenment that can take place with an open mind is incredible but with closed minds nothing is possible even if the right tools were actually at hand.



1B.

Huberth,

das sind Zahnradpumpen, und? 100psi sind nicht das was es hier braucht.

Da aber eine sinnvolle Diskussion eh nicht möglich ist, werd ich einfach mit Interesse zuschauen was ihr hier so zustande bringt. Bin schon gespannt auf den ersten Motor, der mit A5-Blatt-großer silikonverklebter Kühlfläche eure sagenhaften Leistungen umsetzt.
Sollte es aber so enden wie bisher bei jedem Projekt, das Christian als ganz easy erreichbar deklamiert, wenn man es denn nur richtig macht, würd ich vielleicht noch einen oder zwei Sätze zu schreiben

Gruß,
Rene