Motoren- und Antriebskonzepte für Boote

[Rennsemmel]

Hallo !

Die Lager machen das mit.
Hauptproblem sind da tatsächlich die Fehlkommutierungen.
Habe auf die Art auch schon einen Motor gegrillt.
Wenn der Regler aber über 270000 Felddrehungen kann, sollte es gehen.
Man braucht hier die Leerlaufdrehzahl, da so ein Boot auch springt.

@molalu

Das mit der kv und der Zellenzahl ist tatsächlich in Grenzen variabel. Wenn du z.B. 1kW und 10000 u/min am Prop haben willst, ist es ,vereinfacht gesagt, egal ob die mit 10 V und 1000 kv Motor oder 20V und 500kv bei halbem Strom zustande kommen.

 

[molalu]

Ich verstehe alles was ihr sagt.

Was ist das Ergebnis? Motor dreht, Regler funktioniert an 8S.

Denkt auch jemand an das Boot und daran, dass das Boot ausgetrimmt schnell fahren soll?

Vielleicht ist es eine gute Idee die geplante 8S-Hardware mal einfach in den Rumpf zu stellen und das Boot in die Badewanne einsetzen. Ich hätte dann davon gerne ein Foto.

 

[Armageddon]

Hallo,

@Stefan: Das mit der max. Felddrehzahl ist natürlich ein sehr berechtigter Einwand. Der YGE hat eine maximale Drehzahl am 2-Poler von 240.000rpm. Wieviel Pole der Turnigy Motor hat weiß ich gerade nicht. Muss ich morgen mal die sehen, ob ich die Glocke schnell abziehen kann. Bzgl. Lager usw habe ich keine Bedenken, der Motor dreht ja auch nicht schneller als einer mit 2900kV.

@Ingolf: Wenn deine Hardware mit 3S Setup ins Boot passt,wird es das 8S Setup ziemlich sicher genauso. Der Akku ist weder größer noch schwerer, der Motor passt problemlos und die 50gr Mehrgewicht beim Steller sollte das Modell auch verkraften, vom Platz her passt der ebenfalls bequem.

@all: Mit welcher Lastdrehzahl muss ich bei so einem Setup rechnen. Wenn ich hier mit 34500 rechne, liege ich dann ca. richtig?

Im Augenblick überlege ich gerade ob ich dem Modell mal ein Stevenrohr mit Welle und Schraube gönne und einfach auch mal ein paar Versuche mache mit dem vorhandenen Material mache. Sollte das nicht passen, kann ich immer noch passenderes kaufen.

Gruß Kai

 

[Rennsemmel]

Mit welcher Lastdrehzahl muss ich bei so einem Setup rechnen. Wenn ich hier mit 34500 rechne, liege ich dann ca. richtig?

Wie schon gesagt, lieber mit der Leerlaufdrehzahl rechnen, da so ein Boot auch mal springen kann und der Prop dann keine Last hat.
Ich bin von 30V , 14 Pole und den 1250kv ausgegangen, da sind 240000 erpm knapp.

Die Dynamische Last scheint auch eine Rolle zu spielen, schön über viele kleine Wellen huppeln hat meinen 10Poler schon bei 180000 eRPM gegrillt (fehlkommutierungen waren deutlich hörbar)

 

[Armageddon]

Wie schon gesagt, lieber mit der Leerlaufdrehzahl rechnen, da so ein Boot auch mal springen kann und der Prop dann keine Last hat.

Ja, verstehe ich, mich interessiert aber insbesondere der Lastfall. Den Leerlauffall kann ich ganz schnell selbst messen in dem ich nen Akku dranhänge und den Motor mal voll ausdrehen lassen. Wie stark die Drehzahl beim Bootfahren durch die Last runtergeht habe ich leider kein Gefühl. Bin wie schon geschrieben Modellflieger .

Die Polzahl von dem Turnigy ist übrigens tatsächlich 14, sodass ich da vermutlich an die Felddrehzahlgrenze des YGE komme. Mal sehen, ob ich noch ein Motor mit ein paar kv mehr finde. Ggf. könnte ich auch erst mal mit 7S oder sogar nur 6S testen.

Gruß Kai

 

[Rennsemmel]

Da kann man versuchen, im Schnitt auch wie beim Fliegen so bei ca 80% der Leerlaufdrehzahl zu landen. Ist aber alles viel dynamischer beim Boot, eher schauen, dass man den Motor nicht zu sehr abwürgt - also eher mit kleinem Prop starten und größer werden.

 

[Armageddon]

Prima, danke.

Habe gerade auch bei TFL ne Starrwelle mit Kupplung und Prop bestellt. Damit sollte ich dann mal rumprobieren können. Werde das erst mal mit 6S ausprobieren und nen Unilog2 mit reinhängen. Dann kann man sich langsam hocharbeiten und schauen wo man so landet. So machen wir das bei den Speedfliegern auch recht erfolgreich .

Danke schon mal für Eure Unterstützung.

Gruß Kai

 

[molalu]

Hallo Kai, ich wünsche Dir viel Erfolg bei der Umsetzung Deiner Pläne und noch mehr wünsche ich Dir, das Dein Mono1 Deinen Ansprüchen beim Fahren gerecht wird.
Du bist mir bitte nicht böse, wenn ich sage, dass mir der Glaube am Erfolg Deiner Mission fehlt. Warum? Das Mono1 (50cm) ist ein reines Wettbewerbsmodell, was es den erfahrenen Profis schon schwer macht mit einem 3S Standard-SetUp abzustimmen und perfekt zu trimmen. Für mich ist Dein Vorhaben nach wie vor abenteuerlich. In Deinem Sinne wünsche ich Dir Du kannst mich lügenstrafen. Ein Video dazu wäre perfekt.
Viel Erfolg

 

[Armageddon]

Hallo Ingolf,

danke für die Wünsche. Wieviele Iterationen notwendig sind, bis ich letztendlich zufrieden sein werde, habe ich bis jetzt keine Ahnung. Und ob das Boot letztendlich den Ansprüchen eines Profis gerechet werden wird habe ich größte Zweifel. Aber ich experimentiere eben auch gerne und wenn ich im Modellbau nicht immer wieder vermeintlich Unmögliches ausprobiert hätte, stünde ich nicht da, wo ich jetzt stehe. Ich berichte sicherlich wieder. Kann aber wegen diverser Projekte ein wenig dauern.

Gruß Kai

 

[Dotcom]

Ahoi,


ich oute mich hier auch als kompletten N00b in Sachen Motorschiffe. Ich fahre auch ein DF65 Segelboot, komme aber aus dem Modellflugbereich wo ich in den letzten knapp drei Jahrzehnten auch zahlreiche Eigenbauten in die Luft gebracht habe.

Num mache ich mich an den Eigenbau eines Motorschiffes. Im Pflichtenheft stehen soweit:
- Graue Flotte, Verdränger-Rumpf
- Länge ca. 1m damit es quer in den Kofferraum passt
- Daraus folgen Breite ca. 170mm und Gewicht ca. 3-3.5kg
- Stromquelle LiPo 2s5000mAh aus dem RC-Car (vorhanden), 7.4V Nennspannung
- Einfachen Bürstenmotor-Antrieb, Doppelschraube ohne in Teillast pfeifenden Brushless
- Bauweise klassisch beplankter Spantenrumpf aus Holz

Bevor ich mich ans Zeichnen machen kann sollte ich eine Vorstellung vom Antrieb haben.

Mit Wasserlinien-Länge 0.9m komme ich auf Rumpfgeschwindigkeit 4.3km/h (= 4.5 x SQRT(0.9)) = 1.2m/s.
Ausgehend von einem 25mmx25mm Propeller mit einem Wirkungsgrad von 0.8 sind dafür 3'600 U/min nötig.
Weiter ausgehend von einem Motor-Last-KV Faktor von 0.8 und der Spannung von 7.4V brauchen wir also einen Motor mit KV=608 U/min/V.

Zu diesem Motor der 400er/12V Grösse

Blue RM-430 Brushed Motor 12 Volt - Raboesch Models

Download Manual Blue RM-430 Brushed Motor

raboeschmodels.com

finden sich die Angaben:
Betriebsspannung 6-15V
Max. RPM: 16500 U/min
Wenn ich annehme die max. RPM liegt auch bei der maximalen Spannung an, so komme ich auf ein KV von 1100 U/min/V (= 16500/15)

Der Motor hat also noch etwas Reserve.

Klingen zwei dieser Motoren realistisch als Antrieb für ein solches 1m / 3.5kg Boot, oder git es hier einen Überlegungsfehler?


Blue seas,
Andy

 

[Ulrich Burbat]

Hallo Andy,
Willkommen bei den Schiffchenfahrern.
Ein Modell der grauen Flotte mit 1m Länge ist eine gut zu händelnde Größe. Die Betrachtung der Rumpfgeschwindigkeit lässt vermuten, dass Du ein schnelles Modell wünschst. Manchmal ist sinnvoll sich mit der errechneten Modellgeschwindigkeit zu befasseen. In dem Zusammeenhang erscheint mir eine Wasserlinienlänge von 90cm etwas zu wenig. 10cm Bug-/Hecküberstand erwarte ich eher nicht.

Bei Deiner Argumentation bezüglich Motor gehe ich davon aus, dass Du Dich sehr gut mit BL Motoren aus kennst.
Aus Meiner Sicht können Erkenntnisse aus diesem Bereich nicht so einfach übernommen werden.

Wenn Du sehrgute Datenblätter von Bürstenmotoren hast, bekommst Du
- Leerlaufstrom
- Laststrom
- Blockierstrom
- Leerlaufdrehzahl
Lastwerte bei höchster Effizienz
- Drehzahl
- Strom
- Drehmoment
- Leistung
- Wirkungsgrad
- Drehmomentenkurve
Aus diesen Werten könnten Rückschlüsse für das Modell gezogen werden

Ich habe mir mal das Datenblatt vom verlinkten Mottor angesehen.
Ich würde diesen Motor nicht nehmen.
7,8 W ist mir etwas mager bei höchster Effizienz.
Das Verhältnis von Leerlaufdrehzahl 16.500 zu Lastdrehzahl 8.000 deute ich als Billigmotor. Das Unterstreicht der beste Wirkungsgrad mit nur 50,5%.

Dein Akku mit 5000mAh erscheint mir bei dem Strom überdimensioniert. Es sei denn, Du möchtest knapp 2h mit Dauervollgas fahren.

Ich würde eher etwas in der Art suchen (Mabuchi RS-380SH-4535)
Siehe auch hier.
Wenn die Drehzahl zu hoch ist, dann kann ein Magnetschlussring die Drehzahl senken und das Drehmoment erhöhen.

Ulli

 

[Dotcom]

Vielen Dank Ulli für die ausführliche Antwort.
Ich war auch überrascht über die Daten der Bürstenmotoren, bei Brushless ist KV das A und O.
Für den Plan gehe ich also zumindest von zwei Motoren der Grösse 380 aus und der von dir verlinkte RS-380SH-4535 ist sicher in der Endauswahl. Bloss: kann der mit maximaler Spannungsangabe von 6V die 2s Lipo ab? Ich habe auch noch den RS-380PH-3270 gefunden, der scheint einen Rückschlussring zu haben und ist mit 4.5-15V angegeben. Leistung bei bester Effizienz vergleichbar mit dem Erstgenannten.

Ja und der Akku, die 2s5000 habe ich halt schon und etwas Gewicht wird wohl nicht schaden.


Blue Seas,
Andy

 

[Window]

Die Mabuchi Rs 380 , und wenn es etwas mehr sein darf die 540 waren in den Achtzigern beliebte E - Antriebe für Autos und Boote(Tamiya etc). Die Motore wurden gerne mit 7,2 Volt Nicd Packs und mechanischem Fahrtregler betrieben - das ist ganz unkompliziert und völlig ausreichend. Viel Erfolg, Claus (Anhang: Mabuchi Rs 540 mit Getriebe im 1,4 m Clipper und ,Mech. Fahrtenregler , Bj 1985)

 

[ArneH]

Ja, verstehe ich, mich interessiert aber insbesondere der Lastfall. Den Leerlauffall kann ich ganz schnell selbst messen in dem ich nen Akku dranhänge und den Motor mal voll ausdrehen lassen. Wie stark die Drehzahl beim Bootfahren durch die Last runtergeht habe ich leider kein Gefühl. Bin wie schon geschrieben Modellflieger .

Die Polzahl von dem Turnigy ist übrigens tatsächlich 14, sodass ich da vermutlich an die Felddrehzahlgrenze des YGE komme. Mal sehen, ob ich noch ein Motor mit ein paar kv mehr finde. Ggf. könnte ich auch erst mal mit 7S oder sogar nur 6S testen.

Gruß Kai

Hallo Kai,

Ein anderes Problem, was ich bei dem Motor sehe, ist, dass er mit 100g sehr leicht ist. Um bei ~30.000 - 35.000 U/min die nötige Leistung dauerhaft abzukönnen, die man braucht um ein (zugegebenermaßen sehr kleines) Mono 1 auf ~70 km/h zu bringen verwendet man normalerweise Motoren so im 180g Bereich. Da werden normalerweise wassergekühlte Innenläufer gefahren. Außenläufer haben tendenziell ein etwas besseres Leistungsgewicht, aber sind schlecht wasserzukühlen. Insofern kann man sie im Boot nicht nennenswert mehr im Dauerlauf quälen als Innenläufer.
Mit 8s und einem angemessenen Prop hätte ich Bedenken, dass Du den Motor grillst.
Allerdings scheint mir das Boot eh recht klein für ein Mono 1. Aktuelle Wettbewerbs Mono 1 sind meist 65cm oder länger und wiegen >1200g.
Von daher könnten 6 -7 S 1200 - 1600 erst mal eine gute Wahl sein. Bei 7s wirst du mit einem 36er Propeller schon so bei rund 65 -70 km/h landen (je nach Drehzahleinbruch des Motors). Das ist für das kleine Teil schon ordentlich.
P.S.: Hast du bei dem Motor mal die KV gemessen? Bei den China Außenläufern hatte ich da schon oft eklatante Abweichungen von bis zu 30% mehr Drehzahl als angegeben erlebt.

PPS: Kannst Du mal ein Bild von der Seite machen, um die Stufengeometrie (Länge und Höhe der Stufe, Keilwinkel der Laufflächen) des Rumpfes zu sehen. Je nach Geometrie kann man da beim Boot von Stromsenke bis unfahrbarer Springinsfeld alles produzieren. Aktuelle Boote haben eher lange hintere Stufen und entweder kleine Keilwinkel oder große V- Winkel. Gut, die müssen 60Wh in 6 Minuten 'verbrennen', was in einem gestuften 1200g Boot gar nicht so leicht aufs Wasser zu bringen ist.

Gruß,
Arne

 

[Armageddon]

Hallo Arne,

das ist interessant, weil Stefan oben geschrieben hat, dass mein Motor im Vergleich eher etwas schwerer ist. Was der Motor wirklich kann oder welche kv er tatsächlich hat weiß ich bis jetzt noch nicht. Habe aber umfangreiche Sensorik um da brauchbare Logs zu erzeugen. Wie gesagt will ich erst mal mit 6S starten und es wird sicherlich auch keine Dauervollgasorgie. Und wenn es den Motor letztendlich grillt, dann werde ich das mental wie monetär auch verkraften können .

Und ob ich mit dem Teil 70km/h fahren will bezweifle ich auch. Mal sehen wo ich lande, das Boot gut kontrollierbar bleibt und ich mich dann auch richtig wohl fühle. Wenn ich ans Limit gehen will, dann mache ich das in der Luft .

Gruß Kai

 

[ArneH]

Hallo,

@all: Mit welcher Lastdrehzahl muss ich bei so einem Setup rechnen. Wenn ich hier mit 34500 rechne, liege ich dann ca. richtig?

Das ist schwer zu sagen. Außenläufer brechen normalerweise recht stark ein. Zumal dieser hier am sehr leichten Ende liegt. Die große Unbekannte ist die Leistung die Du brauchst. Für ein altes 50 cm Mono 1 mit 'normaler Geometrie würde ich schätzen, dass Du so ~250 -300W brauchen wirst um die Zielgeschwindigkeit des Rumpfes zu erreichen. Das ist man damals gefahren als man 50 -55cm Rümpfe gefahren ist (seeeehr lang her, da waren die Zellen noch rund und voll Cadmium) Da würde ich bei einem 100g Außenläufer mit einem Drehzahleinbruch von ~15% rechnen. Aber die Frage ist, wie oben erwähnt, was dreht der wirklich im Leerlauf? Nimm mal ein kV Messer oder Unilog und miss das mal. Die andere Frage ist, was für Zellen Du hast. Wenn Du gute NOC/Copter Zellen nimmst, hast Du locker 3,8V/ Zelle. Da käme ich so bei 33.000 U/min raus, aber eben nur, wenn der wirklich 1250 dreht, was ich nicht glaube.

 

[ArneH]

Hallo Arne,

das ist interessant, weil Stefan oben geschrieben hat, dass mein Motor im Vergleich eher etwas schwerer ist. Was der Motor wirklich kann oder welche kv er tatsächlich hat weiß ich bis jetzt noch nicht. Habe aber umfangreiche Sensorik um da brauchbare Logs zu erzeugen. Wie gesagt will ich erst mal mit 6S starten und es wird sicherlich auch keine Dauervollgasorgie. Und wenn es den Motor letztendlich grillt, dann werde ich das mental wie monetär auch verkraften können .

100g ist definitiv leicht. Die meisten Mono 1 Fahrer fahren TP oder Tenshock der 2940er Größe. Die wiegen fast das Doppelte. Und sind wassergekühlt.

Und ob ich mit dem Teil 70km/h fahren will bezweifle ich auch. Mal sehen wo ich lande, das Boot gut kontrollierbar bleibt und ich mich dann auch richtig wohl fühle. Wenn ich ans Limit gehen will, dann mache ich das in der Luft .

70km/h ist für so einen Rumpf tatsächlich auch schon Schallmauer. Je nach Rumpf kann das klappen oder auch nicht befriedigend.

 

[S_a_S]

Um bei ~30.000 - 35.000 U/min die nötige Leistung dauerhaft abzukönnen, die man braucht um ein (zugegebenermaßen sehr kleines) Mono 1 auf ~70 km/h zu bringen verwendet man normalerweise Motoren so im 180g Bereich. Da werden normalerweise wassergekühlte Innenläufer gefahren.

naja, dauerhaft ist das auch nicht - in der Regel "nur" bis der Akku leer ist. Und da ist in der Tat höhere Masse zielführend, weil die länger braucht, um sich zu erwärmen.

Mit Wasserkühlung kann man den Stator kühlen. Aber an die Wickelköpfe und die Magnete kommt die Mantelkühlung beim Innenläufer auch nur indirekt. Und über Bohrungen im Blech bei entsprechend vorbereiteten Außenläufern auch nicht. Die "langsamen" Außenläufer werden teilweise auch als vollgetauchte Außenborder eingesetzt (Achtung: Korrossionsgefahr).

Der "kleine" Außenläufer ist von der Auslegung auf direkten Luftstrahl im Flugmodell mit Durchströmung des Motors konzipiert, um die Hitze von den Magneten und der Wicklung fernzuhalten. Das ist im geschlossenen Boot natürlich nicht machbar bzw. nicht wirkungsvoll. Von daher gut zu überwachen.

dass mein Motor im Vergleich eher etwas schwerer ist. Was

Das "Mehrgewicht" bezog sich auf den von Ingo vorgeschlagenen noch kleineren Motor für ein insgesamt leichteres Setup.

Grüße Stefan

 

[Ulrich Burbat]

den RS-380PH-3270 gefunden

Ist besser als meiner.
Aber; wenn Du den mit 7,2 v betreibst hast Du vielleicht 50% der Leistung und deutlich niedrigere Drehzahl.
Du wirst mit größeren Props mit mehr Steigung arbeiten müssen

 

[ArneH]

naja, dauerhaft ist das auch nicht - in der Regel "nur" bis der Akku leer ist. Und da ist in der Tat höhere Masse zielführend, weil die länger braucht, um sich zu erwärmen.

Das mit der höheren Masse ist diesbezüglich aber nur ein angenehmer Nebeneffekt. Schwerer Motor = mehr Magnetfeld und bei gleicher Drehzahl niedrigerer Innenwiderstand = weniger Kupferverluste. Bei gegebener Drehzahl hat ein schwererer Motor vergleichbarer Bauart den besten Wirkungsgrad bei einem höheren Strom.

Mit Wasserkühlung kann man den Stator kühlen. Aber an die Wickelköpfe und die Magnete kommt die Mantelkühlung beim Innenläufer auch nur indirekt.

Das funktioniert aber in der Praxis trotzdem gut, wenn man den Motor nicht zu fern jenseits des optimalen Wirkungsgrades betreibt. Wo wir wieder beim Motorgewicht sind.
Ein Innenläufer mit 180g, der 35000 U/min dreht hat bei 11V (3s) seinen optimalen Betriebspunkt i.d.R. so bei 50 -60A. Was bei 6min Laufzeit 60Wh entspricht.

Den optimalen Betriebspunkt kann man sehr gut überschlägig berechnen. Strom bei bestem Wirkungsgrad = Quadratwurzel aus (Leerlaufstrom mal Kurzschlussstrom). Für den rechnerischen Kurzschlussstrom muss man den Innenwiderstand kennen. Teilweise wird der angegeben (leider oft auch tüchtig daneben) oder man muss ihn messen, z.B. mit einem regelbaren Netzteil, dass einen definierten Strom (ganz toll, wenn es 10A liefert, dann kann man einfach die Spannung in mV durch 10 teilen und hat dann den Innenwiderstand in Milliohm) liefert und einem Multimeter, wo man die Spannung zwischen zwei Phasen misst.

Machen wir es mal am praktischen Beispiel: Bei 10A zeigt das Multimeter bei blockiertem Rotor 100mV an. Dann hat der Motor 10mOhm. Bei 11V wäre der Kurzschlussstrom 11x1000 (wegen milli=Tausendstel)/10A = 1100A. Ein typischer Leerlaufstrom eines solchen Innenläufers sind 2,5A. D.h. der Punkt des optimalen Wirkungsgrades wäre (Wurzel aus 2750)A. Das wären 52,5A. Das ist natürlich nicht 100% exakt, weil so Dinge wie Magnetfeldverdrückung, irgendwelche magnetischen Sättigungen und ähnliches da jetzt mal weitestgehend ignoriert sind.