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Ditto als Heli-Direktantrieb

Heliseite

Es sind eigentlich 2 Projekte:

Der Direktantrieb für den Piccolo mit 50cm Rotordurchmesser, bis 1500 u/min Rotordrehzahl und 50W-80W
Dazu mehr beim 18N20P Einfachditto

Der Direktantrieb für einen 1200g Hubi mit 65cm Rotordurchmesser bis 2500 u/min Rotordrehzahl und 250W - 300W

Den einzigen Unterschied macht dabei die für die Leistungsanforderungen notwendige Statorlänge.

Hier die Konstruktionsvariante 1 mit Glocke von unten.

Und Variante 2 mit Glocke von oben hängend.
Dem Motor an sich ist's eigentlich egal.
Während für den kleinen ein einfacher 18N20P ausreichend ist, braucht es für den großen auch einen großen Motor.
Geplant wurde er als 2,5-fach 18N20P2,5 mit 10Wd 0,8 Y Ditto.
Nachdem das Test-Monster mit 2x Stator mit einer 18 x 9 Zoll Luftschraube 1650p Schub (gerechnet) brachte, sollte so die Spezifikation "2500 u/min bei 11V und 25A an einem 65 cm Rotor" erfüllbar sein.

Hier sind Glocke und Wellenführung verlötet.
Die extreme Energiezufuhr durch einen 500W -Klempnerlötkolben bringt das Lot dazu, Im Spalt bis an die Stahlwelle heran zu kriechen. Das reißt bestimmt nicht wieder ab.
Da auch gleich der Mitnehmer mit der Stahlglocke verlötet wurde, sollte der Motor den zu erwartenden besonders hohen Drehmomenten standhalten können.
Sicher wären spezielle Drehteile noch besser gewesen, aber woher nehmen...

Die Schrauben zur Glockenbefestigung auf der Motorachse sitzen in ihren Gewinden.
Eine 4 mm Achse ist testweise durchgesteckt.

Der Blick in die Glocke mit den ausgerichteten Magneten.
Die Abdeckung liegt bei ca.90%.

Eine Testwicklung mit 10Wd 0,85er Draht.
Leider habe ich mir einen Statorschluß eingefangen, sodaß die Wicklung wieder runter mußte.

Aber für ein möglichst geringes Drehzahlniveau ohnehin lieber eine Windung mehr.
Hier jetzt der erfolgreiche Versuch mit 11Wd 0,8er Draht.
Auch mit 0,8er Draht sollte der im Stern verschaltete Motor bis zu 25A belastbar sein. Eine weitere Querschnittsverringerung des Wickeldrahtes würde dann dem angestrebten Strom nicht mehr sicher standhalten können.
Was den Füllgrad angeht, sind es mit 199 mm² nur 3% weniger als bei obiger Rekordwicklung.

Der Thomas hat mir Testmaterial zukommen lassen, Ein Pic-Chassis mit gekürzten und Originalblättern und einen Kompletten Kopf für seinen 1200g-Hubi.
Natürlich habe ich sofort verglichen: Die obere Luftschraube ist eine 18 x 9, die untere eine 22 x 12.
Da das Monster mit beiden gut klar kam und die Steigung der Rotorblätter höchsten 6 - 7 Zoll beträgt, macht das Mut zum weitermachen. Schlußendlich hängt es wohl nur am Leistungsdurchsatz - wir werden sehen.

Die Bewicklung ist fertig - nachdem die 11Wd0,8er in der Drehzahl zu langsam waren sind es doch 9 x 0,85mm geworden. Dieses Bild zeigt jetzt den mechanischen Ansatz.
Mit der hängenden Glocke lässt sich der ganze Antrieb auf der zur Verfügung stehenden Wellenlänge unterbringen. Die CFK-Platte dient der Befestigung der Antriebseinheit am Chassis. Diese Verbindung ist "schwimmend" gelagert in Gummipuffern gedacht, damit es nicht zur Verspannung der Kugellager kommt. Nur habe ich noch keine richtige Idee, wie ich das ganze zum Testen auf den Prüfstand bekommen. Ich werde den motor wohl erstmal herkömmlich mit der 22 x 12 laufen lassen.

Der Testaufbau. Leider habe ich mir noch nicht mehr als knapp über Halbgas getraut -dann fangen die Blattspitzen an, sich sehr stark nach oben zu biegen und das ganze wird gefährlich. Drehzahl messen- da müßte ich ja dicht ran an das Ding.
Am besten ging es dann freihändig. Leider hatte ich keine Hand mehr zum fotographieren frei. Mit einer Hand habe ich Chassis, Akku und Empfänger und Drehzahlmesser über den Kopf gehalten und mit der anderen den Sender bedient. Mit angebrauchtem 3s LiIon drehte der Rotor in der Spitze 2200rpm. Thomas hatte angegeben zum SChweben 1900rpm zu brauchen, die Spezifikation des Rotors wirft 2300 rpm als Höchstdrehzahl aus.

Da leistungsmäßig noch einiges mehr aus dem Motor zu holen ist (200W auf jeden Fall) habe ich jetzt noch eine 16P-Glocke für Vergleichsmessungen gebaut. Da konnte ich sogar meine dicksten Neodymmagneten mit 6 x 15 x 2,5mm einbauen. Die Abdeckung ist dabei 96%.

Der Freihand-Testlauf mit 3p3s LiIon erbrachte eine Maximaldrehzahl von 2300rpm, auf Dauer waren es noch 2200rpm. Das Ansprechverhalten würde ich deutlich giftiger als bei der 20P-Glocke einschätzen. Jetzt wäre noch eine Alternativbewicklung mit 8 x0,9 möglich, um eine weitere Drehzahl- und Leistungssteigerung zu erzielen.

03.08.2004 - es ist soweit,das 16P- Übermonster hängt tatsächlich am Chassis des LMH. 8, 9 und 10Zellen NiCd und der nagelneue 70 A Regler warten auf den Flugtest. Was die 8Z angeht, ist von vornherein Skepsis angesagt, denn die beim Vortest verwendeten LiIon boten unter Vollast immer noch mehr als 10V Klemmenspannung an.

Nach dem proggen des Reglers kam zuerst der Versuch mit 8Zellen.
über das reine Abheben und Schweben in 20cm höhe ging es nicht hinaus.
9V und 20A reichen eben doch nicht fürs Fliegen.
Dann ging erstmal garnichts mehr. Der Regler wollte nicht mehr mit dem Motor. Das Abarbeiten der Baufehlerliste brachte dann die Lösung:
Der Sternpunkt war nicht sauber verlötet und hatte sich gelöst. Also Lötkolben angeheizt, und einen dicken Klecks Lötzinn drauf.
Siehe da, jetzt ging es wieder. Zwar hatte der Regler beim Andrehen des Rotors mehr Probleme als mein scorpio im Automatikmodus hatte, aber es ging. Und wenn der Rotor erstmal drehte gings prima.

Mit 9 Zellen sah es schon deutlich besser aus.
Und mit dem 10Zeller war der Pilot dann schon ziemlich zufrieden.
Das Ansprechverhalten ist okay, alle Bewegungen sind auch im Gaswechsel gut zu beherrschen und der Steigflug ist schon recht brauchbar. Sehr leise ist das Teil geworden - fast wie das fliegende Auge im Flüstermodus.
Die bisher noch nicht berücksichtigte Motorkühlung (noch nicht mal Lüftungsbohrungen in der Glocke) begrenzt die Flugzeit noch , um nicht die Magnete zu riskieren.
3s3p Konion wären nach meiner Meinung gewichts- spannungs- und strommäßig der derzeit sinnvollste Energielieferant für die vorhandene Motorkonfiguration.

Es ist damit - allen Unkenrufen und "Expertenbegründungen" zum Trotz - bewiesen, daß ein 18N ausreichender Pakethöhe bei nur 36mm Statordurchmesser in der Lage ist, den LMH direkt und ordentlich anzutreiben.

Fazit

Er fliegt.

Es braucht aber mindestens einen 3-fachen Stator, um den notwendigen Leistungsdurchsatz beim 18N Ditto mit akzeptablem eta zu erreichen.
Die Erwärmung des Stators erfolgte deutlich fühlbar vor der des Kupferdrahtes, sodaß davon auszugehen ist, daß das minderwertige Eisen im Moment der begrenzende Faktor ist.
Auch andere Laufwerksstatoren mit größeren Durchmesser scheinen für die Lösung der gestellten Aufgabe wenig geeignet zu sein.

Erfolgreicher sollten die Versuche mit den 30N Diskettenlaufwerksstatoren sein

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	Hier die Konstruktionsvariante 1 mit Glocke von unten.
	Und Variante 2 mit Glocke von oben hängend. Dem Motor an sich ist's eigentlich egal.
	Während für den kleinen ein einfacher 18N20P ausreichend ist, braucht es für den großen auch einen großen Motor. Geplant wurde er als 2,5-fach 18N20P2,5 mit 10Wd 0,8 Y Ditto. Nachdem das Test-Monster mit 2x Stator mit einer 18 x 9 Zoll Luftschraube 1650p Schub (gerechnet) brachte, sollte so die Spezifikation "2500 u/min bei 11V und 25A an einem 65 cm Rotor" erfüllbar sein.
	Hier sind Glocke und Wellenführung verlötet. Die extreme Energiezufuhr durch einen 500W -Klempnerlötkolben bringt das Lot dazu, Im Spalt bis an die Stahlwelle heran zu kriechen. Das reißt bestimmt nicht wieder ab. Da auch gleich der Mitnehmer mit der Stahlglocke verlötet wurde, sollte der Motor den zu erwartenden besonders hohen Drehmomenten standhalten können. Sicher wären spezielle Drehteile noch besser gewesen, aber woher nehmen...
	Die Schrauben zur Glockenbefestigung auf der Motorachse sitzen in ihren Gewinden. Eine 4 mm Achse ist testweise durchgesteckt.
	Der Blick in die Glocke mit den ausgerichteten Magneten. Die Abdeckung liegt bei ca.90%.
	Eine Testwicklung mit 10Wd 0,85er Draht. Leider habe ich mir einen Statorschluß eingefangen, sodaß die Wicklung wieder runter mußte.
	Aber für ein möglichst geringes Drehzahlniveau ohnehin lieber eine Windung mehr. Hier jetzt der erfolgreiche Versuch mit 11Wd 0,8er Draht. Auch mit 0,8er Draht sollte der im Stern verschaltete Motor bis zu 25A belastbar sein. Eine weitere Querschnittsverringerung des Wickeldrahtes würde dann dem angestrebten Strom nicht mehr sicher standhalten können. Was den Füllgrad angeht, sind es mit 199 mm² nur 3% weniger als bei obiger Rekordwicklung.
	Der Thomas hat mir Testmaterial zukommen lassen, Ein Pic-Chassis mit gekürzten und Originalblättern und einen Kompletten Kopf für seinen 1200g-Hubi. Natürlich habe ich sofort verglichen: Die obere Luftschraube ist eine 18 x 9, die untere eine 22 x 12. Da das Monster mit beiden gut klar kam und die Steigung der Rotorblätter höchsten 6 - 7 Zoll beträgt, macht das Mut zum weitermachen. Schlußendlich hängt es wohl nur am Leistungsdurchsatz - wir werden sehen.
	Die Bewicklung ist fertig - nachdem die 11Wd0,8er in der Drehzahl zu langsam waren sind es doch 9 x 0,85mm geworden. Dieses Bild zeigt jetzt den mechanischen Ansatz. Mit der hängenden Glocke lässt sich der ganze Antrieb auf der zur Verfügung stehenden Wellenlänge unterbringen. Die CFK-Platte dient der Befestigung der Antriebseinheit am Chassis. Diese Verbindung ist "schwimmend" gelagert in Gummipuffern gedacht, damit es nicht zur Verspannung der Kugellager kommt. Nur habe ich noch keine richtige Idee, wie ich das ganze zum Testen auf den Prüfstand bekommen. Ich werde den motor wohl erstmal herkömmlich mit der 22 x 12 laufen lassen.
	Der Testaufbau. Leider habe ich mir noch nicht mehr als knapp über Halbgas getraut -dann fangen die Blattspitzen an, sich sehr stark nach oben zu biegen und das ganze wird gefährlich. Drehzahl messen- da müßte ich ja dicht ran an das Ding. Am besten ging es dann freihändig. Leider hatte ich keine Hand mehr zum fotographieren frei. Mit einer Hand habe ich Chassis, Akku und Empfänger und Drehzahlmesser über den Kopf gehalten und mit der anderen den Sender bedient. Mit angebrauchtem 3s LiIon drehte der Rotor in der Spitze 2200rpm. Thomas hatte angegeben zum SChweben 1900rpm zu brauchen, die Spezifikation des Rotors wirft 2300 rpm als Höchstdrehzahl aus.
	Da leistungsmäßig noch einiges mehr aus dem Motor zu holen ist (200W auf jeden Fall) habe ich jetzt noch eine 16P-Glocke für Vergleichsmessungen gebaut. Da konnte ich sogar meine dicksten Neodymmagneten mit 6 x 15 x 2,5mm einbauen. Die Abdeckung ist dabei 96%.
	Der Freihand-Testlauf mit 3p3s LiIon erbrachte eine Maximaldrehzahl von 2300rpm, auf Dauer waren es noch 2200rpm. Das Ansprechverhalten würde ich deutlich giftiger als bei der 20P-Glocke einschätzen. Jetzt wäre noch eine Alternativbewicklung mit 8 x0,9 möglich, um eine weitere Drehzahl- und Leistungssteigerung zu erzielen.
	03.08.2004 - es ist soweit,das 16P- Übermonster hängt tatsächlich am Chassis des LMH. 8, 9 und 10Zellen NiCd und der nagelneue 70 A Regler warten auf den Flugtest. Was die 8Z angeht, ist von vornherein Skepsis angesagt, denn die beim Vortest verwendeten LiIon boten unter Vollast immer noch mehr als 10V Klemmenspannung an.
	Nach dem proggen des Reglers kam zuerst der Versuch mit 8Zellen. über das reine Abheben und Schweben in 20cm höhe ging es nicht hinaus. 9V und 20A reichen eben doch nicht fürs Fliegen. Dann ging erstmal garnichts mehr. Der Regler wollte nicht mehr mit dem Motor. Das Abarbeiten der Baufehlerliste brachte dann die Lösung: Der Sternpunkt war nicht sauber verlötet und hatte sich gelöst. Also Lötkolben angeheizt, und einen dicken Klecks Lötzinn drauf. Siehe da, jetzt ging es wieder. Zwar hatte der Regler beim Andrehen des Rotors mehr Probleme als mein scorpio im Automatikmodus hatte, aber es ging. Und wenn der Rotor erstmal drehte gings prima.
	Mit 9 Zellen sah es schon deutlich besser aus. Und mit dem 10Zeller war der Pilot dann schon ziemlich zufrieden. Das Ansprechverhalten ist okay, alle Bewegungen sind auch im Gaswechsel gut zu beherrschen und der Steigflug ist schon recht brauchbar. Sehr leise ist das Teil geworden - fast wie das fliegende Auge im Flüstermodus. Die bisher noch nicht berücksichtigte Motorkühlung (noch nicht mal Lüftungsbohrungen in der Glocke) begrenzt die Flugzeit noch , um nicht die Magnete zu riskieren. 3s3p Konion wären nach meiner Meinung gewichts- spannungs- und strommäßig der derzeit sinnvollste Energielieferant für die vorhandene Motorkonfiguration.
	Es ist damit - allen Unkenrufen und "Expertenbegründungen" zum Trotz - bewiesen, daß ein 18N ausreichender Pakethöhe bei nur 36mm Statordurchmesser in der Lage ist, den LMH direkt und ordentlich anzutreiben.