Hubkraft 1kg oder mehr: Welche Motor-Propeller-Kombi ist erforderlich?

[Marswalker]

Hallo! Ich brauchte etwas Unterstützung beim Einstieg in das Thema Motorauswahl. Mein Gebiet ist eigentlich Audioelektronik, von Modellbau habe ich leider (noch) absolut NULL Ahnung. Dennoch würde ich mich über hilfreiche Infos von Modellbauern mit Erfahrung freuen.

Kurz zum Plan; ein feststehendes Objekt soll durch einen oben aufmontierten Propeller einen Teil seines Gewichtes (gut wären 1-5kg) vorübergehend verlieren. Sprich, das Ding soll nicht fliegen, sondern nur temporär um einiges leichter werden. Das Objekt selbst ist in etwa zylindrisch geformt, Durchmesser ca. 30cm, die Luft kann daran gut nach unten abfließen für den nötigen Auftrieb. Elektronisch muss nichts geregelt werden, nur simpler An/Aus-Betrieb.

Meine Fragen nun;
-empfiehlt sich für solch ein Konstrukt ein Direktantrieb der Schraube, oder besser ein Getriebemotor?
-bei einem Hub von 1-5kg, welches leistungsstarke Motor-Modell könnt ihr evtl. aus Erfahrung empfehlen?
-falls Gear, welche Untersetzung ist bei solchen Leistungsübertragungen erfahrungsgemäß üblich?
-mit welchen Stromstärken muss ich ungefähr rechnen (falls der Motor bekannt ist, kann ich natürlich selber nach den Specs suchen)
-mit welchem Schraubendurchmesser muss ich bei einem solchen Motor rechnen (nur ungefähr!)
-welches Modell empfiehlt sich für die Schraube?

Das wärs für den Anfang. Ich hoffe, die Fragen machen Sinn, ich hab sie eben erstmal als absoluter Laie formuliert.

 

[rraphael]

Servus,

Du kannst Dich mal mit den Programmen eClac oder DriveCalc spielen.

Hast Du irgendwelche konkreten Vorstellungen, was Stromversorgung und Regelung angeht?


LG Raphael

 

[.Claus]

Ich sage nur Hovercraft.
Antrieb mit 1,3,4 Motoren?
Lage stabilisiert?
Irgendwie steuerbar?
Google mal unter "luftkissen zum heben von lasten"
Du musst Dein Projekt näher beschreiben.

 

[Patschke]

Hallo Marswalker,

ich denke du musst noch mehr Details benennen:
- Soll dieser Antrieb bzgl. Wirkungsgrad optimiert sein oder eher bzgl. Kosten oder bzgl. Gewicht oder ....?
- Wegen Regelung: Falls du einen Brushless Antrieb in Erwägung ziehst
(was ich tun würde) dann brauchst du einen entsprechenden Controller.
Eine Schub/Drehzahlregelung ist dann en passant mit dabei.
- Soll die Energieversorgung kabelgebunden sein oder autark per Akku?

Wenn ich vor so einer Aufgabe stünde würde ich das im 1. Ansatz so machen:
- Ein Brushless Außenläufer mit ca. 60mm Durchmesser und ca. 60mm Länge und 200-250 KV (= Umdrehungen pro Volt).
- Ein 6S Lipo Akku mit 3000 - 6000 mAh Kapazität. (Je nachdem wie lange das laufen soll)
- Ein BL Controller mit 60-80A Belastbarkeit.
- Ein "gewöhnlicher" 2 Blatt Propeller mit ca 24" x 8"

Diese Kombination erzeugt max. ca. 5Kg Schub. Braucht ca. 1Kw Eingangsleistung.
Das sind bei einem 6S Lipo Akku ca. 45A an Strom.

Entscheidend ist irgendwie auch, wie dein Objekt genau aussieht. Du schreibst:
"Das Objekt selbst ist in etwa zylindrisch geformt, Durchmesser ca. 30cm,
die Luft kann daran gut nach unten abfließen für den nötigen Auftrieb."

Ein 24" Propeller hat ca. 60cm Durchmesser. Je nachdem wie dicht der Propeller an deinem
Objekt zu liegen kommt und wie das geformt ist werden u.U. ein beträchtlicher Teil des
Luftstroms behindert so dass der theoretische Schub nicht erreicht wird.
Eine Skizze wäre hilfreich....

Gruß
Heinrich

 

[Wilf]

Servus @Marswalker,

mit Deinen Anforderungen (Standschub von 10 N bis 50 N) bewegst Du Dich durchaus im modellbauüblichen Dimensionen. Das Ding ist also machbar. @Patschke hat ja ganz genau beschrieben, was es dazu braucht.

Zwei Aspekte würde ich zusätzlich berücksichtigen:

• Die bis zu 1.000 W Eingangsleistung heben nicht nur, sie machen sich auch als Lärm bemerkbar. Ich würde dem Lärm mit einem Staubsauger vergleichen, der schafft auch ungefähr 1.000 W.
• Das vom Motor aufgebrachte Dremoment muss irgendwie gegengehalten werden. Das ist vielleicht ganz einfach zu realisieren. Aber freies Schweben ist jedenfalls nur mit Sonderkonstruktionen möglich.

 

[Eddie the Eagle]

Um ein Gefühl für die Materie zu bekommen, kannst Du Dir das kleine, kostenlose Programm DriveCalc installieren.
Es ist sehr einfach zu bedienen und Du kannst schön mit den Parametern spielen.

Du kannst dort als ersten Schritt zunächst einfach mal einen Propeller auswählen, der Dir rein vom Durchmesser für Dein Projekt geeignet scheint.
Als Spannungsquelle kannst Du dann zunächst "Konstante Spannung" auswählen und einen Spannungswert angeben, der in Dein Konzept passen würde.

Dann klickst Du auf "Motoren Suchen".
Im Dropdown-Menü "Motor" werden daraufhin alle passende Motoren gelistet, wo Du sie auswählen kannst. Zusätzlich werden auch im Diagramm die Betriebspunkte aller gefundenen Motoren angezeigt und können dort ebenfalls durch Anklicken ausgewählt werden.

Zum ausgewählten Motor werden Dir

- Drehzahl
- Standschub
- Strahlgeschwindigkeit
- Schubeffizienz
- Strom
- Eingangsleistung
- Abgabeleistung
- Wirkungsgrad

ausgegeben, die dieser in Kombination mit der von Dir gewählten Luftschraube und Spannungsversorgung erreicht.

Nun kannst Du zu spielen beginnen und z.B. einen anderen Prop wählen, die Spannung ändern oder auch ein Getriebe auswählen.
Die entsprechenden Ergebnisse werden sofort angezeigt.

Gruß
Eddie

 

[Marswalker]

Danke fürs Feedback! DriveCalc wurde mir soeben von anderer Seite auch empfohlen, ich beiß mich da mal intensiv durch.

@rraphael Stromversorgung und Regelung werden erst später interessant. Ich hab das eigentliche Projekt auf ein einzelnes Segment heruntergebrochen, einerseits, um erstmal nur das Kernproblem im Bereich Mechanik anzugehn. Speziell wegen der Parameter, die für mich komplettes Neuland sind, also Motor und Luftschraube, zu erwartende Schubkraft, Motor-Modell etc., andererseits, damit der Text hier nicht zu lang wird und ich selbst dann den Überblick verliere. Stromversorgung ist alles nur eine Kostenfrage, Steuerung entfällt, da es für den Moment nur um AN/AUS-Betrieb geht. Wenn ich einen grundlegenden Durchblick in Sachen Antrieb hab, dann gehts an die Feinheiten.

@.Claus Wie viele Motoren es am Ende werden, weiß ich noch nicht. Aber du hast den Finger drauf, einer wird wahrscheinlich nicht reichen. Nicht nur wegen dem Hub, sondern auch in Abhängigkeit davon, wie lange der laufen wird, welche Wärmeentwicklung auftritt, ob es dann Sinn macht, die Leistung auf mehrere Motoren zu splitten, um die Temperatur im Nominalbereich zu halten usw. Die Lage muss nicht stabilisiert werden, es wird am Ende so sein, dass das zu "erleichternde" Objekt nicht wirklich abhebt, sondern nur einen Teil seines Gewichtes vorübergehend verlieren soll.

Ja, ich hätte das Projekt sehr ausführlich beschreiben können, aber das hätte sich wohl keiner hier durchgelesen und die Gefahr bestand, dass man weitergescrollt hätte. Daher hab ich den langweiligen Aufsatz besser vermieden und nur das primäre mechanische Kernproblem herausgeschält und vereinfacht dargestellt.

Im Moment ist es wirklich nur so, dass ich den Einstieg in die ganze Motortechnik erstmal hinbekommen muss, die reine Mechanik im Bezug auf Motor und Luftschraube. Insofern habt ihr mir mit dem Hinweis auf das Programm schon mal sehr geholfen. Wenn ich steckenbleibe, weiß ich ja nun, wen ich fragen kann und wenn das Projekt erfolgreich voran geht oder abgeschlossen ist, werd ich gern ausführlich darüber berichten. Mit Fotos, Videos und allem drum und dran. versprochen!

 

[Marswalker]

Kann mir jemand sagen, warum ich hier antworten kann, in meinem anderen Thread nicht? Warum hab ich in einem anderen Thread nicht die selben "Rechte" wie hier?

 

[rraphael]

Naja, Regelung ist schon bei der Wahl des Motors interessant! Ebenso die Art der Stromquelle (Akku/Netzteil).

Für einen "handelsüblichen" Brushlessmotor ist ein passender Regler erforderlich. Dieser erhält normalerweise vom Empfänger ein Signal (PPM glaub ich). Am einfachsten wäre die Verwendung eines Servotesters (wobei ich mir nicht sicher bin, ob das bei jedem Regler problemlos funktioniert).

Würdest Du uns noch ein paar Details über dein Projekt verraten.

LG Raphael

 

[Marswalker]

Naja, Regelung ist schon bei der Wahl des Motors interessant! Ebenso die Art der Stromquelle (Akku/Netzteil).

Für einen "handelsüblichen" Brushlessmotor ist ein passender Regler erforderlich. Dieser erhält normalerweise vom Empfänger ein Signal (PPM glaub ich). Am einfachsten wäre die Verwendung eines Servotesters (wobei ich mir nicht sicher bin, ob das bei jedem Regler problemlos funktioniert).

Würdest Du uns noch ein paar Details über dein Projekt verraten.

LG Raphael

Sicher ist die Regelung sinnvoll bei einem Projekt, wo man unterschiedliche Leistungen braucht, also Höhe des Modells steuern etc. Hier ist es anders. Hier bleibt die Konstruktion am Boden und soll gewissermaßen sofort auf maximale Leistung geschaltet werden und auch der Verschleiß spielt eine untergeordnete Rolle, da die Laufzeiten selbst nur kurz sein werden. Daher wäre ein konventioneller Motor für den Anfang absolut OK. Ich wollts nicht verkomplizieren. Das Tool DriveCalc war schon der richtige Tip für den groben Einstieg. Ich werd demnächst ne Skizze posten, dann wird das alles etwas klarer.

 

[Papa14]

Hier bleibt die Konstruktion am Boden und soll gewissermaßen sofort auf maximale Leistung geschaltet werden
...
Daher wäre ein konventioneller Motor für den Anfang absolut OK.

Es geht also nicht um ein Modell., sondern um ein Konstruktion, die ein Gewicht von ca. 5kg anheben soll.

Nun, die benötigte Leistung müsste man ausrechnen, aber der Einfachheit halber rechne ich einmal mit ca. 750 Watt, das wäre ungefähr 1 PS. Nachdem kein Vortrieb generiert werden muss, reduziert sich die Anforderung auf einen hohen Standschub - also einen größtmöglichen Propeller und einen möglichst langsam drehenden Motor. Ob man dafür einen klassischen Bürstenmotor bekommt, weiß ich nicht, das Wissen um diese Motoren ist in unserer Zeit schon sehr geschrumpft, weil die Dinger einen schlechten Wirkungsgrad haben. Heutzutage wird alles mit Brushless Motor gelöst - die sind in allen Größenordnungen zu bekommen und viel leichter skalierbar. Die muss man halt mit einem Regler ansteuern, eine direkte Stromversorgung gibt es nicht. So oder so wäre eine Strom-Ein/Aus Lösung in der Leistungsklasse aber keine gute Idee, weil die Anlaufströme sehr hoch sind und Halterungen und Propmitnehmer leicht zerfetzt werden.

Bleibt noch die Stromversorgung - das muss nicht unbedingt ein Akku sein, ein oder zwei Servernetzteile mit genug Leistung würden auch funktionieren. Wenn doch Akku, dann muss auch die entspr. Ladetechnik her.

So aus dem Bauch heraus würde ich sagen, ein Leopard 5065 330KV mit einer flachen 17 oder 18" Luftschraube und 24V Versorgung wäre schon geeignet.

 

[Marswalker]

So aus dem Bauch heraus würde ich sagen, ein Leopard 5065 330KV mit einer flachen 17 oder 18" Luftschraube und 24V Versorgung wäre schon geeignet.

Ah, jetzt macht das Ganze mit der Regelung Sinn. Ich nahm an, dass BLs eher die Ausnahme wären. Bin von den guten, alten E-Motoren ausgegangen, wie man sie aus Blei-Akkuzeiten kennt... Wie gesagt, bin auf dem Gebiet absoluter Anfänger. Bleibt noch die Frage, wodurch definieren sich Vor- oder Nachteile, wenn man sich für Direktantrieb oder Getriebe entscheidet? Der angegebene Leopard ist Direktantrieb und ich nahm (als Newbie) an, gerade Avionik ist Getriebe eher üblich. Aber vllt. ist das auch nur eine "alte Weisheit", die aufgrund der fortgeschrittenen Technik inzwischen überholt ist?!

 

[Papa14]

BLs sind heute der Standard, Brushed Motoren kommen nur mehr in Antikmodellen zum Einsatz. Der Regler arbeitet auch im Teillastbereich mit viel weniger Verlust.

Getriebemotoren sind aufwändiger und teurer, erlauben aber kleine, höher drehende Motoren - was in den heutigen Seglerrümpfen aus Platzgründen oft nicht anders geht. Damit kann man große, langsamdrehende Propeller verwenden, die einen hohen Standschub haben => E-Segler.

Hat man genug Platz, ist der Direktantrieb einfacher und billiger. Wenn die Last länger als ~1 Minute getragen werden soll, kann der kleine Getriebemotor schnell überhitzen.

 

[Marswalker]

Wenn die Last länger als ~1 Minute getragen werden soll, kann der kleine Getriebemotor schnell überhitzen.

Interessant. Damit erklärt sich, warum es mir auch so schwer fiel, noch was über die alten Modelle zu finden. Es macht scheinbar einfach nur in speziellen Fällen Sinn, mechanisch statt elektronisch zu vermindern. Wo mir nur gerade die Kinnlade herunterfällt, die Preise für die Motoren. Die waren früher, als ich mal ein wenig damit zu tun hatte, auch recht saftig, aber die BLs sind nochmal ne ganz andere Klasse. Scheint dennoch gerechtfertigt zu sein, wenn man sieht, mit welchen Strömen bei welchen Wirkungsgraden die operieren. Das war vor 20 Jahren over the top.

 

[pompebled]

Wo mir nur gerade die Kinnlade herunterfällt, die Preise für die Motoren.

Wenn du weisst wieviel Watt gebraucht wird, lohnt es sich, mal in China 'rum zu gucken.

Sollten 1000W reichen, braucht du keinen Leopard, sondern würde diesen Motor auch reichen:

70.36€ |5065 435KV/335KV Borstelloze Outrunner Motor Voor Airpalne Vliegtuigen Multicopters Rc Vliegtuig Helicopter|Onderdelen & accessoires| - AliExpress

Smarter Shopping, Better Living! Aliexpress.com

nl.aliexpress.com

Vor Allem wenn keine lange dauerbelastung gebraucht wird...

Gruss, Jan.

 

[Marswalker]

Danke erstmal an alle für eure Rückmeldungen!

@Patschke
Wichtig ist erstmal der Wirkungsgrad. Kosten sind sekundär, Gewicht der benötigten Teile wird später durch die Anzahl der Antriebe kompensiert.
Ja, später läuft alles über Akku, anfangs wird kabelgebunden experimentiert. Es soll erstmal nur grundsätzlich funktionieren und wir wollen uns ans finale Ziel durch experimentieren und rechnen rantasten.

Danke für deine Startparameter bzgl. Motor, Schraube und Akkus! Dazu hätte ich noch die Frage, brushless explizit wegen geringerem Verschleiß?

Wegen Luftstrom, ich hab das eigentliche Projekt mal nur auf ein einzelnes, theoretisches Segment heruntergebrochen, um das Kernproblem herauszustellen und das ganze textlich nicht zu sehr zu verkomplizieren. Am Ende wird es auf ein Grid aus Leichtmaterialstreben (Alu mit GFK oder Carbon) hinauslaufen, auf das eine Kaskade mehrerer Antriebe aufmontiert ist. Form und Material ist noch rein theoretisch, da hier die Kraftübertragung noch simuliert und dann getestet werden muss. All das aber erst, wenn die optimale Motor-Schraube-Kombi gefunden ist. Skizze kann ich gern nachliefern.

@Wilf
Ja, Schalldruck wird heftig. Aber das ist zum Glück Nebensache bei dem Projekt.
Was das Drehmoment betrifft, der Antrieb wird fix montiert. Die Halterung fängt das somit ab und später wird zusätzlich die Drehzahl auch sanft hochgeregelt werden. Das Objekt selbst soll den Boden nicht verlassen, nur einen TEIL seines Gewichts vorübergehend verlieren.

@Eddie the Eagle
Danke für den Tip und die kleine "Anleitung". Hab mir das Programm gerade installiert, werd mich da jetzt intensiv durchackern. Das war quasi genau das Tool, das mir für den Einstieg gefehlt hat. Werde aber bei Folgefragen mit Sicherheit hier wieder aufschlagen. Kein Programm ersetzt Anwendererfahrung, oder?!

Danke@all!

 

[Marswalker]

Wenn du weisst wieviel Watt gebraucht wird, lohnt es sich, mal in China 'rum zu gucken.

Sollten 1000W reichen, braucht du keinen Leopard, sondern würde diesen Motor auch reichen:

70.36€ |5065 435KV/335KV Borstelloze Outrunner Motor Voor Airpalne Vliegtuigen Multicopters Rc Vliegtuig Helicopter|Onderdelen & accessoires| - AliExpress

Smarter Shopping, Better Living! Aliexpress.com

nl.aliexpress.com

Vor Allem wenn keine lange dauerbelastung gebraucht wird...

Gruss, Jan.

@pompebled
Danke dir! Hab noch nie was bei Aliex bestellt. Gibts denn positive Erfahrungen mit den Power-Maschinen aus deren Liste? Ich vermute mal, die üblichen Marken, die im Modellbau verwendet werden, stammen doch sowieso aus Asien, oder? Der Preis macht mir unterm Strich weniger Kopfzerbrechen, eher die Zuverlässigkeit. Wäre ärgerlich, wenn man bis 2 Monate wartet wegen Zoll und Shipping und dann kommen trotz korrekter Verdrahtung lustige Wölkchen aus dem Motor/Regler beim ersten Test. Gleich mal anschließend, wo kauft der Modellbauer von heute seine Teile? Aus verschiedenen Shops in DE, über Amazon oder US?

 

[rraphael]

Ich als Österreicher kaufe bei Modellbau Lindinger, D-M-T, Zeller Modellbau, Modellhubschrauber.at, etc.

In DE würden mir jetzt spontan einfallen: Himmlischer Höllein, Schweighofer (gibts einen Shop in DE und Ö), Engel Modellbau & Technik, etc.

P.S. Das hier soll keine Werbung sein, ich habe nur einige Händler als beispiele angeführt und bekomme kein Geld o.Ä. dafür.

 

[Marswalker]

Ich als Österreicher kaufe bei Modellbau Lindinger, D-M-T, Zeller Modellbau, Modellhubschrauber.at, etc.

In DE würden mir jetzt spontan einfallen: Himmlischer Höllein, Schweighofer (gibts einen Shop in DE und Ö), Engel Modellbau & Technik, etc.

P.S. Das hier soll keine Werbung sein, ich habe nur einige Händler als beispiele angeführt und bekomme kein Geld o.Ä. dafür.

Danke dir! Ich schau mich dort mal um.

 

[Marswalker]

Da hätte ich gleich noch etwas. Ich hab mir mal einen interessanten Motor herausgesucht auf dem von @pompebled empfohlenen Portal, der grüne Kasten stellt die optimalen Arbeitswerte für meine Anwendung dar. Aber wofür könnte die markierte Abkürzung und der Zahlenwert stehen? Prop(ellermodelltyp dieses Herstellers?) oder ist das eher ein physikalischer Wert?