Einige Gedanken zum Antrieb von elektrischen Speedflugmodellen

© Dr. Ralph Okon 03.06.2013

Bitte freundlichst zu beachten:
Das folgende stellt lediglich meine persönlichen Vorstellungen, Schlüsse und Meinungen ohne jeden Anspruch auf Wissenschaftlichkeit dar!

Die Kernaussage vorweg:
Der Antrieb muss möglichst gut zum jeweiligen Modell passen.

Leistungsgewicht:
Entscheidend für die erreichbare Geschwindigkeit ist neben der Aerodynamik (Stirnwiderstand!) des Modells sein Leistungsgewicht.
Modellgröße und mögliche Akkuzuladung stehen in direkter Abhängigkeit zueinander.
Sie sind daher die entscheidenden Parameter für die Antriebsauswahl.

Modellgröße:
Bei den WR-Versuchen hat sich gezeigt, dass - bezogen auf die erreichbare Geschwindigkeit - bisher keine Modellgröße sich als "Die Beste" herauskristallisiert hat.
Ein kleines Modell ("F5D-like"); ein mittleres Modell(Fluxkompensator); ein größeres Modell(Taifun-XS)oder ein großes Modell (Taifun) waren mit entsprechendem Leistungsgewicht gleichermaßen in der Lage, Weltrekordgeschwindigkeiten zu erreichen!
Was ein 5kg / 12kW Monsterspeeder (Peregrin) wirklich zu leisten vermag, konnte bisher leider noch nicht ergründet werden.
Die mehr oder weniger erfolgreichen Konstruktionen der letzten Jahre kann man hier betrachten.
Auch mit einem relativ kleinen Modell in einfacher Balsa-Kohle-Styro-Bauweise mit 6S, LV-Steller und kleinem Motor kann man bei vergleichsweise geringen Investitionen die 400km/h in der Messtrecke übertreffen.

Motor:
Konkurrenz(Sieg)fähige Eingangsleistungen können mit frei käuflichen "Serien"-Motoren problemlos erreicht werden.
Passend zu der jeweils verwendeten Luftschraube können hochdrehende Innen- und Aussenläufer oder niedrigdrehende Aussenläufermotoren eingesetzt werden.

Die absolute Priorität bei der Antriebsauslegung fürs Speedfliegen liegt bei einem höchstmöglichen Leistungsdurchsatz bei thermisch stabilem Antrieb!

Meisterschaften, Rekorde und weitere ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit diversen "Serien"-Aussenläufern von Rolf Strecker, Kontronik und Scorpion erflogen.
"Serie" steht in Anführungsstrichen, weil es in diesen Fällen eben nicht mehr bedeutet als: "frei verkäuflich".
Solche Motoren (RS-E-"Speed"-Serie; Kontronik "Competition"-Serie; Scorpion "limited edition"; einige X-Nova's) werden genauso aufwändig in Handarbeit in gewünschtem Maße füllgradoptimiert von erfahrenen Wicklern hergestellt, wie diverse Bastler-Einzelstücke.
Zudem sind zumindest die "Serienmotoren" der beiden erstgenannten Hersteller teurer als ein von erfahrenen Wicklern (z.B. Slowflyworld oder Brushlesstuning) getunter gebrauchter Motor oder aufgebauter Bausatz.
Letztere sind zumeist - da nicht ökonomischen Zwängen unterliegend - in ihrer Auslegung noch ein Stückchen weiter optimiert worden, als die "serienmäßigen".

Die Innenläufer(serien)motoren von Hans Lehner, Steve Neu oder Leomotion spielen btw. in der gleichen Liga, wie die besten Aussenläufer.

Speziell aufgebaute Aussenläufermotoren lassen derzeit die besten Leistungsgewichte zu.
Die Belastbarkeit des Motors hängt in erster Linie von seiner Kühlung ab, denn es sind je nach Auslegung bis zu etwa 20% der Eingangsleistung als Wärme abzuführen.
Dass das bei der offenen Vorspantmontage sehr viel einfacher ist, wird jeder schnell merken, der mal beide Varianten ausprobiert hat.
Der Statorträger fungiert btw. als Heatpipe für den Stator, weshalb bei ihm ein breiter Aussenring als Kühlfläche im Wind stehen sollte.
Ob die aerodynamischen Verluste durch die drehende Motorglocke direkt hinter dem Propeller diese 15-20% mehr an abrufbarer Leistung aufbrauchen, ist zwar nicht geklärt, aber auch kaum vorstellbar.
Auch die trditionelle hinterspantmontage mit entsprechend großen Kühlöffnungen im Rumpf hat nach wie vor ihre Anhänger.

Mit den inzwischen erfolgreich getesteten großen hochsteigenden Luftschrauben mit niedrigen Drehzahlen werden auch Getriebeantriebe wieder interessant.
Beim Getriebe ist Frage der möglichen Eingangsdrehzahl und der Standfestigkeit unter Dauervollast noch ungeklärt.
Auch bei den Motoren hängt vieles davon ab, wie gut sie gekühlt werden können.
Die publizierten Erfahrungen des einzigen Speeders, der "eisenlose" Innenläufer zuerst im Direktantrieb und später auch mit Getriebe intensiv getestet hat, lassen erhebliche Kühlungsprobleme erwarten.
Doch erst,wenn es jemand wirklich mal selber praktisch ausprobiert hat, wird man das genauer wissen!
Eine weitere Sache die für den einen oder anderen evtl. gegen die Kombi "hochwertiger Innenläufer + Getriebe" sprechen könnte: diese Atriebsvariante ist um einiges teurer, als ein Aussenläuferdirektantrieb gleichen Gewichts und gleicher Leistungsfähigkeit.

Propeller:
siehe hier.
Wichtig ist die möglichst optimale Abstimmung zwischen Motor- und Propellereigenschaften!

Steller:
Die Entwicklung der Brushlesssteller ist so weit fortgeschritten, daß bereits mit der Nutzung eines Stellers der 50€ Preisklasse ein konkurrenzfähiges Setup bestückt werden kann.
Die obere Grenze stellt gegenwärtig der 320UHV von Heino Jung (YGE) dar. Die damit möglichen 16S und >320A lassen bis zu 15kW Antriebsleistung zu.

Akku:
Die reine Anzahl an eingesetzten Akkuzellen ist für die erreichbare Leistung unwesentlich.
Da P = U * I kann ich Strom und Spannung beliebig gegeneinander austauschen.
34V * 200A sind genauso viel Leistung, wie 21V und 320A.
Dass die "Hochspannungsvariante" die elegantere ist, hat sich in den letzten Jahren wohl allgemein durchgesprochen.
Kleinere Ströme sind leichter zu händeln, die Bauteile (vor allem Kabel, Stecker und Regler) sind leichter und auch der Antriebswirkungsgrad ist etwas höher.
Ganz klar haben neue Akkus neuerer Bauart die beste Spannungslage und sind damit in der Lage die höchstmögliche Eingangsleistung für den Antrieb bereitzustellen.
Vorwärmen ist extrem wichtig für die Leistungsabgabe.
Da die Akkuspannung mit der entnommenen Kapazität stetig sinkt, sollte die Strecke möglichst schon in den ersten beiden Durchflügen getroffen werden.

Datenauswertung:
Fehlangepasste Antriebe erkennt man gut am Geräusch oder am allerbesten am Log.
Antriebsoptimierung ohne geloggte Daten ist wie Kaffesatzlesen. Wobei es natürlich Empiriker alter Schule gibt, die auch das ganz ausgezeichnet beherrschen.
Nur wenn man genau weis, was sich abspielt, erkennt man die Stelle, an der man nachbessern muss (Akku? Motor? Luftschraube? Abstimmung aufeinander? Flugtraining?)
Sicher ist das Lesen eines Logs nicht ganz trivial - aber es ist kein Hexenwerk und durchaus erlernbar.
Nebenher zeigt es auch den immensen Einfluss von Temperatur, Luftdichte, Anflughöhe und fliegerischer Sauberkeit des jeweiligen Durchfluges auf die erreichte Geschwindigkeit.

 

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