Konstruktion und Bau einer Aufstiegshilfe für (manntragende) Gleitschirme

[Dix]

Moin,

Darf ich zwei Fragen stellen:

Wie sieht es mit dem Wärmehaushalt aus? Da kommen ja doch ein paar Watt zusammen...

Die Motorkippachse ist simpel konstruiert. Das ist erstmal gut.
Aber der Schwerpunkt des Antriebsstranges erzeugt ja ständig ein starkes Kippmoment. Da drückt JEDER Stoß und Schlag direkt in die Mechanik und in das Servo. Die kardanische Aufhängung sollte möglichst immer im Schwerpunkt sein. Zur Schonung des Materials und zur Reduktion der Stellkräfte.
Hast Du dazu Gedanken?

 

[playmobilly]

Wie sieht es mit dem Wärmehaushalt aus? Da kommen ja doch ein paar Watt zusammen...

Ja, beim Start dürfte der Leistungsbedarf ca. 8 kW betragen, in der Luft zwischen 2 und 5. Das sind Erfahrungswerte aus anderen Projekten.
Lufteinlässe habe ich im Hinterkopf, jedoch muss ich noch schauen, wo sie sinnvoll sind. Evtl. liegt der Motor frei genug, damit er keine zusätzliche Kühlung benötigt. Der Controller hat ein massives Gehäuse, das als Kühlkörper dient, aber natürlich darf sich die Wärme nicht stauen.
In den Datenblättern finde ich keine Angaben zum Wirkungsgrad, aber selbst 5 % Verlustleistung wäre schon ziemlich viel. Am wärmsten wird aber der Akku. Und dessen BMS schaltet ab, wenn es zu viel wird. Im Controller ist auch ein entsprechender Schutz für ihn selbst und den Motor.
Über die Telemetrie bekomme ich die Werte.

Aber der Schwerpunkt des Antriebsstranges erzeugt ja ständig ein starkes Kippmoment. Da drückt JEDER Stoß und Schlag direkt in die Mechanik und in das Servo.

Welche Stöße meinst du? Bei Start und Landung? Oder durch den Propeller?
Ob die Winkelverstellung wirklich durch ein Servo umgesetzt wird, weiß ich noch nicht. Ein Kollege hat stattdessen eine Kugelumlaufspindel mit Schrittmotor verwendet, aber dafür dürfte der Platz nicht ausreichen.
Es gibt auch manuelle Lösungen, weil ja eigentlich nur nach dem Start in die Flugposition umgeschaltet werden muss.

 

[Dix]

Zum Wärmehaushalt:
Die komplette Verlustleistung wird innerhalb des Rucksack frei. Motor, Elektronik, Akku, Kabel.
Optimistische 10% Gesamtverlust im Antriebsstrang von 8kW sind 800W Sitzheizung...
Dazu kommt, dass Elektronik es gerne so kalt wie möglich mag.
Auch ein Kühlkörper funktioniert ohne Belüftung nicht...

Zur mechanischen Belastung:
Der Motor hat seinen Schwerpunkt axial versetzt weit neben Kippachse. Ein Propeller am Stiel schiebt diesen Schwerpunkt nochmal weiter in Flugrichtung nach hinten.
Jede Beschleunigung nach oben oder unten (Thermik, Böen, laufen, Landestoß) macht eine vertikale Kraft in Dein System. Und bei dieser Bauart geht das dann voll in Deine Hebenmimik rein. Sie muss also stärker dimensioniert sein, um das zu verkraften.

 

[playmobilly]

Sie muss also stärker dimensioniert sein, um das zu verkraften.

Ein Kollege hat diese Ausführung im Einsatz:

Er schwenkt aber neben dem Motor auch den Controller mit, was bei mir nicht der Fall ist.
Die Lagerböcke sind jeweils 10 mm breit, meine 16 mm und nicht gelocht.

Bei einem Anderen sind sie aus POM, nicht aus Alu, und der fliegt schon lange damit ohne Probleme.

 

[playmobilly]

Sie muss also stärker dimensioniert sein, um das zu verkraften.

Was schlägst du vor? Mehr Material um die Achse? Dickeres Material?

 

[wersy]

Hallo Stefan,

auch für die zweite Platte habe ich eine einzelne Datei erstellt.
Gezeichnet nur ein Viertel und zwei mal gespiegelt.

Als Info hier mal die Parametrisierung der Löcher. Die Maße mit „fx“ beziehen sich alle auf das eine führende Maß ohne „fx“.
Wenn dieses Maß geändert wird, ändern sich auch alle anderen Bohrungen.

Da in diesem Falle keine komplette Skizze vorhanden ist, kann man davon keine dxf exportieren.
Die wird dann vom Körper abgeleitet, indem man eine neue Skizze auf die Körperfläche anlegt.
Nun die Körperfläche anwählen, um die Konturen über „Schnittmenge“ zu übertragen.

Diese Skizze kann als dxf exportiert werden.

Der Motor für die Schubverstellung sollte fixiert sein. Was ist das für ein Motor, hat der genug Drehmoment?
Ich habe mir mal überlegt, wie man das prinzipiell machen könnte.

 

[playmobilly]

Der Motor für die Schubverstellung sollte fixiert sein. Was ist das für ein Motor, hat der genug Drehmoment?
Ich habe mir mal überlegt, wie man das prinzipiell machen könnte.

Der Befestigung des Motors wird nur neben dem Controller sinnvoll sein, denn die Motorbox hat an der von dir gewählten Stelle nur die Funktion, den Motor etwas zu schützen und den Stoff in Form zu halten. Dort waren nur Lagen aus dünnem Carbon geplant.
An der gegenüberliegenden Seite, also dem Rückenteil, sind dagegen mehrere Lagen Carbon und Kevlar vorgesehen. Damit können die Platten für Motor und Controller verschraubt oder dort hinein laminiert werden.
Es ist noch so viel im Kopf und nirgends beschrieben.
Vielleicht sollte ich erst mal meine ganzen Ideen aufschreiben, damit du einen Eindruck davon bekommst, wie ich es mir vorstelle. Ob das dann auch sinnvoll ist, zeigt sich vielleicht erst später. Ich versuche aber, mich an bereits umgesetzten Projekten zu orientieren.

 

[wersy]

Hallo Stefan,

wenn die Schwenkachse zur Mitte Antriebsmotor ausgerichtet ist, entsteht zumindest kein Drehmoment, das der Stellmotor halten muss.
Wie ist eure Erfahrung, neigt die Antriebswelle aber zum Pendel, so dass deswegen der Stellantrieb ständig gefordert ist?

Und was ist das für ein Schrittmotor? Die Lager der NEMA Motoren sind in der Regel nicht für größere Axialkräfte ausgelegt.

 

[wersy]

An der gegenüberliegenden Seite, also dem Rückenteil, sind dagegen mehrere Lagen Carbon und Kevlar vorgesehen. Damit können die Platten für Motor und Controller verschraubt oder dort hinein laminiert werden.

Es ginge auch etwa so:

Wie viel Grad soll der Antrieb jeweils aus der Nullposition geneigt werden?

 

[playmobilly]

Wie viel Grad soll der Antrieb jeweils aus der Nullposition geneigt werden?

Ca. 30-40 Grad nach oben. Wie viel genau ergibt sich erst im Flug. Es kommt darauf an, wie aufrecht man sitzt.
Meine Idee für die Verstellung am Motor sieht so aus:

Achse und Hebelarm sollten aber noch etwas verlängert werden, damit mehr Platz für den Motor ist und weniger Kraft benötigt wird.
Allerdings war ich mir bisher nicht im Klaren, ob er über ein starkes Servo, einen Schrittmotor oder manuell (wie auch immer) angelenkt werden soll.
Der Schrittmotor ist die Lösung eines Kollegen, die so nicht zwingend übernommen werden muss.
Die Abstandshalter unter dem Motor sind da, um mehr Platz für die Kabel zu haben. Die halbe Höhe würde wahrscheinlich ausreichen.

 

[playmobilly]

Zum Aufbau der Motorbox (die Benennung der Seiten ist immer in Flugrichtung gemeint):
Die halbwegs ebene Innenseite, also die mit der Aufnahme für Motor, Controller und Verstellmechanismus, soll aus mehreren Lagen Carbongewebe plus eine oder zwei Schichten Kevlar bestehen und sehr steif sein. Darüber wird der Schub auf den Piloten und die Tragegurte übertragen. Der Motor soll dabei möglichst in Höhe der Karabiner sein, weil das der optimale Angriffspunkt ist.
Die Außenseite dient vor allem dazu, das ganze Konstrukt so Form zu bringen, dass der Rückencontainer möglichst vollständig gefüllt ist. Daher sollten wenige Lagen dünnes Carbongewebe ausreichen.
Die ganze Box ist mit dem Gurtzeug nicht fest verbunden, sondern wird nur in den Rückencontainer hinein geschoben. Fest würde eh Nichts bringen, da das Gurtzeug nicht sehr steif ist.

Irgendwo an der Unterseite müssen die Kabel zum Akku durchgeführt werden. Dabei handelt es sich voraussichtlich um je 2 x 10 qmm pro Pol.

Seitlich an der Box können Luft-Einlässe vorgesehen werden, jedoch würde ich erst mal testen, wie sich die Teile erwärmen und ob Kühlung überhaupt nötig ist. An der Rückseite wird wenigstens eine Öffnung für die Propeller-Verlängerung benötigt. Evtl. könnte sie aber auch größer ausfallen, dann kommt man leichter an die Innereien heran. Evtl. wird aber trotzdem eine Abdeckung benötigt, über die man nach innen kommt.

Ob ein Käfig, hauptsächlich zum Schutz der Leinen, benötigt wird, zeigt sich auch erst später. Auf den würde ich gerne verzichten, jedoch wäre dann ein Klapp-Propeller (wie in dem oben verlinkten Video) sinnvoller.
Auf den Bildern vom Kollegen wird der Käfig in die rohrförmige Achse der Winkelverstellung hinein geschoben.

 

[wersy]

Hallo Stefan,
der Controller ist auch fertig, jetzt wird’s langsam eng

30 bis 40 Grad Schwenkbereich ist schon eine Hausnummer. Jetzt sieht man auch, dass es mit meinem Spindelkonzept so nicht gehen würde.
Bedenken kommen mir nun auch wegen der Sicherheit, insofern muss ich @Dix beipflichten.
Radiale Kräfte, die am Propeller entstehen, werden verstärkt in die Schwenkmechanik eingeleitet.

Wenn dein Hebel 40 mm lang ist, und der Propeller 1 Meter Abstand zum Motor hat, wirkt die 25 fache Kraft auf den Hebelarm. Der Hebel sollte also so lang wie möglich sein.
Der Stellmechanismus muss entsprechend robust und vor allem selbsthemmend sein. Dazu scheint mir eine Spindel am geeignetsten. Wenn Lose entsteht, ruckelt die Propellerwelle.

Ich würde vorschlagen, zunächst einmal ein funktionierendes System sehr genau unter die Lupe zu nehmen. Dann kann man überlegen, was man davon übernehmen kann, oder ob sich ein anderes Konzept finden lässt, das mindestens die gleiche Sicherheit bietet.

Derweil könnte ich schon mal das Schwenklager „einbauen“ wenn du mir die Abmessungen zeigst.
Ich brauche auch den Schwenkbereich, bezogen auf die senkrechte Achse.

 

[playmobilly]

Ich würde vorschlagen, zunächst einmal ein funktionierendes System sehr genau unter die Lupe zu nehmen. Dann kann man überlegen, was man davon übernehmen kann, oder ob sich ein anderes Konzept finden lässt, das mindestens die gleiche Sicherheit bietet.

Das ist ein Bild von einem Antrieb der seit mehreren Jahren im Einsatz ist:

Hier wird auch der Controller mitgeschwenkt, weil er recht klein und leicht (wiegt etwa die Hälfte von meinem Hacker) ist. Dadurch können die Motorkabel kurz und starr sein.
Ansonsten kenne ich nur noch den mit dem Schrittmotor.

Wenn dein Hebel 40 mm lang ist, und der Propeller 1 Meter Abstand zum Motor hat, wirkt die 25 fache Kraft auf den Hebelarm. Der Hebel sollte also so lang wie möglich sein.

Die Propeller-Verlängerung hat ca. 30 cm, daher werden zumindest bei diesem Antrieb nicht solche Kräfte wirken. Bei der Länge des Hebelarms würde ich den vorhandenen Raum maximal ausnutzen.

Die Fusion Dateien für Lagerbock, Hebelarm und Achse kommen hier und ich hoffe, sie sind brauchbar.

 

[wersy]

Hallo Stefan,

Die Mechanik vom Kollegen sieht solide aus.
Kannst du ein Datenblatt vom Schubzylinder bekommen?
Stellkraft, Schubgeschwindigkeit und Leistungsaufnahme wären hier wichtige Größen für ein vergleichbares Konzept.
Wichtig ist auch die Länge und Form des Hebelarmes aus Metall.

Die Mechanik habe ich zu einer animierbaren Baugruppe zusammengefügt.
Unklar sind noch einige Details (Welle/Hebel). Die Adapterplatte und die Distanzhülsen habe ich einfach mal so dazugebastelt.

Schau mal, ob das so passt, für die Konzeptfindung sollte das erst einmal reichen.

 

[S_a_S]

Kannst du ein Datenblatt vom Schubzylinder bekommen?

naja, auf dem Brushed Motor steht www.axialracing.com - denke, dass der nachträglich angeflanscht wurde, um etwas schneller zu sein.
Mechanik dürfte was in der Art sein:

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www.vevor.de

Grüße Stefan

 

[playmobilly]

Schau mal, ob das so passt, für die Konzeptfindung sollte das erst einmal reichen.

Ja, das sieht sehr gut aus.

 

[wersy]

Ja, das sieht sehr gut aus.

Die Baugruppe habe ich hochgeladen. Schau dir die Datei mal an, den Motor kannst du schwenken.

 

[wersy]

Hallo Stefan,
anbei das Gehäuse 2 mm dick.
Dann kannst du die Teile selbst einfügen und in Position schieben.

Wenn es später genauer werden soll, dann musst du mir das Gehäuse schicken, das du noch in Breite und Länge ändern wolltest.

 

[wersy]

Hallo Stefan,
ein Linearantrieb ist die beste Lösung. Das verlinkte Modell schafft gut sagenhafte 90 kg Schubkraft. Da ist jede Menge Reserve.

Der NEMA 17 vom Kollegen schafft maximal ein Drehmoment von 4,4 kgcm.
Mit einer Trapezspindel mit 2 mm Steigung ergibt sich eine Axialkraft von 22 kg, da ist die Reibung noch nicht berücksichtigt. Die Frage ist auch, ob die 5 mm Lager das überhaupt verkraften.
Da sein Motor eine Starrachse hat, braucht er zwar keine Kupplung, dafür muss allerdings der Motor schwenkbar gelagert werden, ebenso die Spindelmutter.

Der Linearmotor ist leicht anzuschließen. Auffallend ist, dass beim Vorbild der Anschluss an den Hebel über eine fliegende Achse erfolgt. Da sollte der Hebel aus Metall gefertigt sein, und dick genug, damit der Stift tief gelagert ist. Ich könnte mir vorstellen, dass das eine Presspassung ist.

In der Bewegungsstudie ist der Hubweg nur zum Teil ausgenutzt. Mit optimaler Hebelstellung lässt sich der Schwenkbereich vergrößern.

Es gibt genug Platz für den Linearantrieb.

Ich lade die Datei hoch, dann kannst du selber „reinschauen“ und bewegen.

 

[playmobilly]

Hallo Michael,
besten Dank. Dass der Platz ausreicht, hätte ich nicht vermutet, aber umso besser. Bei deinem Tempo komme ich gerade nicht mit, da auch noch andere Dinge zu tun sind, z.B. Arbeit. Sobald ich was beitragen kann, werde ich das tun,