Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

[Helibri]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Hey, danke an alle für das Interesse!

Hi Hendrik, das hab ich ja nicht erwartet, dass mein großer Held hier so rasch aufmerksam wird! Freut mich, dass du da bist! Kraft ist das Eine, Gewicht das Andere. Ziel ist ja das Streben nach Eleganz...

@Torsten: Sorry, kein CAD. Ich wurstel gerade den nachsten Abschnitt meines Berichts zusammen, da gibts massliche Skizzen. Das in CAD umzusetzen müsste mir jemand unter die Arme greifen.

@Hamburger77: Ist mir durchaus bewusst, ich bin auch skeptisch, dass das Motörchen das Drehmoment rüberbringt. Versuch macht klug.

[Helibri]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Neuer Tag, neues Glück - ich hab hier mal den bisherigen Stand zusammengestellt, also:

Die Konstruktion

Nachdem die Basics für den Antrieb abgesteckt sind, muss die Architektur festgelegt werden. Wie Egbert weiter oben schon angemerkt hat: Erst mal die Geometrie der Servomimik für die Taumelscheibe.
Leider muss ich euch in dem Zusammenhang nochmal mitteilen, dass es in diesem Thread keine hübschen 3D Modelle von CAD Programmen geben wird. Würde ich damit täglich arbeiten, dann hätt ich es vermutlich auch am Rechner gemacht, tu ich aber nicht und hab ich nicht die Zeit zu, das aufzusetzen. Also gibt es nur klassische Skizzen in drei Seiten Ansicht, hier das Skizzenblatt.

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Hier die Beschreibung der Konstruktion in Prosa. Das ist etwas mühsam und wird wahrscheinlich klarer, wenn ich mal ein paar Teile im Zusammenbau zeigen kann, aber für die Diskussion erst mal in der Theorie:

Soweit für den geneigten Spurensucher auf dem Blatt erkennbar, strebe ich eine vollsymmetrische Servoanordnung an. 120° rotationssymmetrisch, mit Servoachse unterm Taumelscheibenkreis, so dass bei allen Servoausschlägen die Abweichung der Anlenkung aus der Senkrechten minimal wird. Das war Schritt eins, den ich erst mal skizziert habe. Arbeitshypothese: 40mm Durchmesser der Taumelscheibenanlenkung an den Kugeln und 10mm Servoarm. Dann habe ich mir das eine Weile angeschaut und festgestellt, dass die Servoachse die selben 6mm Abstand von den Seiten wie von der Vorderkante hat. Im Sinne eines möglichst kompakten Aufbaus kann man die Servos genauso flach legen und 12mm Bauhöhe sparen. Eine Servoecke steht dann zwar immer etwas an der Seite Raus, hat mir aber trotzdem dann besser gefallen und habe ich so noch nicht gesehen.

Nächster Schritt: Antrieb und Riemenrad. Im Sinne einer möglichst geringen Bauhöhe sollte mein Motor möglichst nahe an die Servos ran. Durch das flach legen der Servos kann ich auf eine Haltestruktur und Anschlagpunkte zwischen Servoebene und Motor verzichten. Ideal wäre ein Riemenrad am Umfang des Motors, wie beim Fireball. Auf die Schnelle habe ich aber keinen passenden Ring mit Riemenzahnung. Was ich habe, ist aus meinem Fundus eine Riemenscheibe vom Blade 300X, von der ich sehr wohl weiß, dass sie mit einer verfügbaren Heckwelle eine brauchbare ßbersetzung liefert. Der Motor hat eine 4mm Welle wie beim 300X, also sollte sich das paaren lassen. Die Riemenscheibe hat mit Nabe eine Höhe von 11mm, was akzeptabel erscheint. Irgendwo zwischen dem Motorkörper und der Servomimik muss auch noch ein Stückchen Rahmen hin, um die Chose zusammenzuhalten, also trägt die Riemenscheibe letztlich nicht mehr als 5 bis 6mm in der Gesamthöhe auf.

Idealer Weise sollte es möglich sein, die Welle des Motors durch eine passende Hauptrotorwelle von 4mm Durchmesser zu ersetzen. Der Motor hat zwei fette 4/11/4 Kugellager für die Welle, also muss ich mir dann über die untere radiale Lagerung und die Axialkräfte keine Gedanken mehr machen. Allerdings möchte ich ein drittes Lager oben zwischen den Servos unterbringen, um die Biegekräfte an einem möglichst großen Radius einzuleiten. Das Lager sollte also oben in einem zentralen Lagerbock sitzen, der gleichzeitig die inneren Servohalterung darstellt. Am liebsten auch ein 4/11/4 oder 4/10/4, wird vom Platz aber knapp. Eventuell wächst der Lagerbock nach oben und das Lager rutscht dann über die Servoebene.

Antriebseinheit und Hauptrotorwelle sind damit abgesteckt. Wie verbindet man das Ganze mit Heck und dem Rest? Da stand wieder der Fireball Pate mit seiner zentralen Montageplatte. Nach dem die Servos um 90° gedreht waren, bestand kein Anlass mehr, ein typisches Alukreuz mit Anschlagpunkten für die Servos vorzusehen. Der Lagerbock und die Servomimik sollen an einer Karbonplatte oben im Rahmen montiert werden, die leichter als Aluteile ist. Die Platte sollte steif sein, um die Anlenkkräfte aufzunehmen. Da sie von der Rotorwelle an einem Loslager aber nur rein radiale Kräfte übernimmt, muss sie trotzdem nicht übermäßig biegesteif dimensioniert werden. 1.5mm Karbon sollten reichen.

Das Heckrohr, 12mm wie weiter oben angesprochen bereits gesetzt, muss in der Flucht des Riemens montiert werden. Der Riemen muss über Führungsrollen in das Heckrohr gelenkt werden, das Prinzip ist von diversen Konstruktionen bekannt. Den Abstand der Führungsrollen habe ich mit 30mm von der Hauptrotorachse gewählt, das entspricht gängigen Konstruktionen. Der Abstand der Achsen der Führungsrollen zur Vorderkante des Heckrohrs ist mit 10mm gewählt.

Alle wichtigen Antriebsteile sind jetzt erst mal in Raum und Zeit fixiert, jetzt müssen Raum und Zeit ihren Halt finden. Der Rahmen, wie schon zuvor erwähnt, soll aus Karbonplatten und Aluspangen zusammengesetzt werden. Ein wichtiges Karbonteil ist schon definiert, die Montageplatte für Servos und oberes Hauptwellenlager. Zwei seitliche Rahmenwangen sollten die Aluspangen halten, mit denen die obere Platte, die Halter für das Heckrohr und der Sockel für die Riemenführungsrollen zusammengehalten werden sollen. Weiterhin müssen Montagepunkte für ein Kufengestell und die Motorhalterung vorgesenen werden. Die Position des Akkus muss im Rahmen vor dem Motor liegen, um den Heckausleger auszubalancieren, und auch er muss irgentwie dort gehalten werden.

Ergebnis war die Variante oben Links auf dem Skizzenblatt. Nach langem Zweifel, ob für die Motorhalterung unten eine Karbonplatte oder eine Aluspange am besten geeignet wäre, fiel die Entscheidung zu Gunsten der Aluspange. Die vermeidet zusätzliche Verbindungsteile mit den Rahmenwangen und umgeht die Vibrationsanfälligkeit der Platte.
Die restliche Anordnung war im Prinzip eine logische Konsequenz. Vor der Hauptrotorwelle gibt es eine horizontale Montageplatte unter der der Akku aufgehängt wird und auf der sich Platz für Regler und Komponenten findet. Auf den Halteteilen der Heckrotorwelle findet sich eine weitere horizontale Platte für das FBL. Die Rahmenwangen werden auf die Pfade der Krafteinleitung reduziert.

Das einzige, das mich noch nicht 100%ig glücklich macht, ist die Krafteinleitung von der Rotorwelle in den Heckausleger. Die geht auch den Umweg über die Rahmenwangen, was gängige Praxis aber leider Vibrationsanfällig ist. Ich bin auf Verbesserungsvorschläge gespannt.

Die Servohalterungen sind für die Taumelscheibenservos, wie schon angemerkt, mit dem oberen Hauptrotorwellenlagerbock für die inneren Anschlagpunkte integriert. Außen sind für die Rollservos kleine Haltespangen vorgesehen. Für das Nickservo ist die hintere Lagerung mit dem Sockel der Riemenführungsrollen integriert. Die Anschlagpunkte für das Heckservo sind mit den Heckrohrhaltern integriert.
Der Sockel der Riemenführungsrollen ist gleichzeitig das hintere Auflager für die obere Montageplatte. Das vordere Auflager der oberen Montageplatte muste ich nach oben verlegen, da darunter ja das linke Rollservo im Weg ist. Es liefert gleichzeitig die Anschlagpunkte für die Taumelscheibenführung.

Der Rahmen ist im Ganzen 37mm breit, 58mm hoch und 160mm lang. Die Breite ergibt sich aus dem typischen Akkuabmaß, das eine lichte Weite von 35mm erfordert plus je 1mm Materialstärke der Rahmenwangen. Der ßberstand der Servomimik beträgt 8mm links und 18mm rechts. Die Höhe ergibt sich zu 58mm aus den Erfordernissen des Antriebsstrangs. Die Länge ist zum Heck gegeben aus den Erfordernissen der Riemenführung und dem Maß zwischen den Heckrohrhaltern das sich aus der Servolänge ergibt. Die Länge nach vorne ist eigentlich frei gewählt und muss nur einen vorderen Auflagepunkt für die Akkuhalteplatte liefern, der Akku wird nach vorne überstehen. Das Ganze wird von 2mm Inbusschrauben zusammengehalten, außer Motorhalterung, die schraubt 3mm in die vorhandenen Löcher im Motorsockel.

[Helibri]

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An die Arbeit:

Hier der Aufriss der Karbon Teile für den Rahmen.

Die Rahmenwangen und Halteplatten auf 1mm Karbon.
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Die obere Montageplatte auf 1,5mm Karbon.
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Aufriss der Alu Teile auf 4mm Blech
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Hier ein Zwischenstand, Karbon Teile ausgeschnitten
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[Harald 365]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Hallo Stefan,

auch ich werde Dein Bericht verfolgen ...ich schraub auch ab und zu an dem Direktantrieb rum ...( Walkera V 120 D 03 habe ich schon in der Luft gehabt.

Beim 250er habe ich auch schon rumüberlegt ob oder ob nicht, gehen wird es.

Falls Dein BL nicht passt, ein Tipp ... es gibt auch im unteren Gewichtsbereich
16 bzw. 22 Poler ...die habe enorm Drehmoment.

Zu Deiner Servoanordung sage ich nichts, da ich die gesamte Konstruktion nicht
kenne...bzw. Deine Gedankengänge

Bin schon auf weitere Bilder gespannt

[Helibri]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Hi Harald,

danke für dein Interesse! Meine Gedankengänge habe ich versucht darzulegen... aber mehr Bilder werden kommen um alles etwas klarer zu machen.

Wie sieht es aus mit den Motoren, hast du eventuell ein paar Links?
Meiner hat die Kennung 18N24P, 18 Spulenanker und 24 Magnete. Ich muss mich gleich mal als Deppen outen, denn ich kann nur vermuten, dass die Polzahl sich auf die Zahl der Spulenanker bezieht.

[Harald 365]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

...denn ich kann nur vermuten, dass die Polzahl sich auf die Zahl der Spulenanker bezieht.

He Stefan,

genau andersrum ...die Magnete in der Glocke geben die Polzahl an

Link´s ...( mal so aus der Hüfte raus )...

-> Turnigy Multistar 4822-690Kv 22Pole Multi-Rotor Outrunner
( lass Dich durch die Wattzahl nicht täuschen, der Durchmesser bringt die Kraft ...
Hebelgesetz. )

-> AX-4008CQ-600KV Brushless Outrunner Motor 4~5S (CW)

Du kannst natürlich selber auch mal schauen ...ich habe die Erfahrungen gemacht,
mehr Durchmesser vom Motor = mehr Drehmoment

Und die meisten Motoren sind im EU bzw. UK-Lager verfügbar, also kein Zoll!

[Torsion]

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Kann man einen Direktantrieb mit so großer Polpaarzahl eigentlich mit einem herkömmlichen Regler für Helimotoren betreiben (Kontronik, YGE, Graupner usw.) oder gibt es da Einschränkungen?

[s.nase]

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Da der Motor bei direktantrieb auch deutlich geringere Drehzahl hat, ist das mit normalen esc kein Problem. Bei gleichem Glockendurchmesser sollte der Direktantriebsmotor im gleichen Verhältnis mehr Pole haben, wie der untersetzte Motor mal Getriebeuntersetztung. Da der Direktantriebsmotor aber wohl eher ne deutlich größeren Glockendurchmesser haben wird, kann die Polzahl im gleichen Verhältnis(Unterschied im Glockendurchmesser) geringer sein.

Probier für den Direktantrieb einfach einen möglichst hochpoligen Motor, mit maximal möglichen Glockendurchmesser und passender Drehzahl. Für kleine Modelle, sollte es da bestimmt noch was einigermaßen passendes zu kaufen geben. Für große Modell muß man sich oft was selber bauen.

[s.nase]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Für mehr Leistung könnte man es auch mit einem sehr langen oder zwei Motoren mit geringerem Glockendurchmesser auf der Hauptwelle probieren. Das ist eventuell sogar effektiver und erzeugt weniger Kreiselkräfte, als mit einem großen Direktantriebsmotor und seinem deutlich größeren Glockendurchmesser. Auf jeden Fall würde ich den Direktantriebsmotor und Akku möglichst weit oben verbauen, damit das Schwerpunkt- und KreiselkraftZentrum möglichst eng beieinader und nah an der Blattnarbe liegt. Sonst werden die Drehraten zu sehr gedämpft.

[s.nase]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Bei Vollast sollte die Motordrehzahl nicht unter 75% der MotorKV sinken, sonst wird der Motor zu sehr abgewirkt.

[Helibri]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Danke Harald und s.nase für die Tipps.

Bin instinktiv davon ausgegangen das hohe Polzahl und großer Durchmesser in die richtige Richtung deuten. Das HK Sortiment bin ich auch schon mal durchgegangen, bin über die Quantum Motore draufgekommen. Mein Problem mit den vorgeschlagenen Modellen ist die KV Zahl. Die Maßgabe von s.nase beherzigend, dass man nicht unter 75% der durch die KV gegebene Drehzahl laufen sollte komme ich da an 4S bei 600-700KV auf enorme Drehzahlen! Soweit ich gesehen habe sind die vorgeschlagenen Luftschrauben auch kleiner als bei meinem derzeitigen Favoriten.

Nichts desto Trotz, bin an weiteren Hinweisen natürlich interessiert!

[Hamburger77]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Warum machst Du es Dir so schwer ? Bei ecalc kann man das alles durchrechnen, und zumindest für eine grobe Einschätzung reichen die Werte aus.

[Harald 365]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Warum machst Du es Dir so schwer ? Bei ecalc kann man das alles durchrechnen, und zumindest für eine grobe Einschätzung reichen die Werte aus.

Seid Ihr eigentlich noch in der Lage Eure Gehirnzellen zu nutzten

Die Prop´s sind in Zoll angegeben...umrechnen in cm, dann hast Deine grobe Einschätzung

@ Stefan, mit der Drehzahl solltest vielleicht mehr an die 5000 U/Min Marke gehen
sonst würgst den BL bei Pitch zu arg

[Hamburger77]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

Wenn Du Deine grauen Zellen so richtig anstrengst fallen Dir 2 elementare Dinge auf. Die Propeller für Copzer haben keine 12 Grad Pitch ( Steigung), und sie sind vollkommen anders ausgelegt als ein Rotorblatt. ( blattform, tiefe, Profil..)

All diese Faktoren haben erheblichen Einfluss auf die Leistungsaufnahme ( insbesondere die Steigung) Kann man wissen, man kann aber auch glauben das es vollkommen egal ist was da gedreht wird.

Aber das Internet ist für viele eben Neuland und Hexenwerk.

[Helibri]

AW: Das Experiment - 3D Trainer mit Direktantrieb mal elegant

So, endlich kann ich mal den Stand mit Bildern nachdokumentieren:


Alu und Karbon Teile

Zuerst die Karbonteile:

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Obere Montageplatte für Servos und oberes Rotorwellenlager, 1,5mm Karbon. Die ovalen Löcher in der oberen Montageplatte dienen natürlich der Freigängigkeit der Taumelscheibenanlenkung, da die Servos unter der Platte hängen.

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FBL Platte (nahezu quadratisch) und Akkuhalte/Komponentenplatte, 1mm Karbon. Die großen Löcher sind zur Erleichterung.

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Die Rahmenwangen, oben links unten rechts, 1mm Karbon. Die Wangen sind nicht ganz symmetrisch, da links sowohl die Befestigung des linken Rollservos als auch das nach links auskragende Heckservo (im weniger stark ausgerundeden Knick der Strebe vom hinteren Ende nach unten zur hinteren Motorspangenbefestigung) etwas zusätzlichen Platz benötigen.

Hier die meisten Alu Teile aus 4mm Alu Blech, weitgehend fertig auf Kontur und Maß gefeilt und gebohrt, Schraubengewinde eingeschnitten.
WIN_20180110_18_24_56_Pro.jpg
Von oben links nach rechts:
Vordere Haltespange der oberen Montageplatte, hintere Haltespange der oberen Montageplatte bzw. Sockel der Riemenführungsrollen, vordere Heckrohrhalterung, hintere Heckrohrhalterung.
Unten von links nach rechts: vordere Haltespange der Akkuplate, vordere untere Spange für die Kufenbefestigung, hintere Haltespange der Akkuplatte, Motorhaltespange.
Dazwischen die beiden äußeren Halter der Rollservos.

Der Rohling für den oberen Rotorwellen Lagersitz. Für die Lageranordnung habe ich inzwischen eine Lösung:
WIN_20180110_18_26_17_Pro.jpgWIN_20180110_18_26_32_Pro.jpgWIN_20180110_18_27_07_Pro.jpg
Ich bin doch auf ein 4/8/3 Lager zurückgegangen. Da das Lager ein Loslager ist und nur radiale Käfte überträgt sollte das ausreiched robust sein und es passt gerade in die geplante sternförmige innere Halterung der Taumelscheibenservos. Es ist nur die halbe Breite, 1.5mm, eingelassen. Die überstehenden 1,5mm zentrieren den Lagersitz in der oberen Montageplatte. Darauf kommt dann später noch ein Deckel aus 1mm Karbon, der mit den drei Halteschrauben für den Lagersitz mit verschraubt wird.

An Karbonteilen fehlt noch besagter Deckel, die Taumelscheibenführung und die Heckfinne. An die letzten beiden kann ich erst ran, wenn die Komponenten geklärt sind.


Was ist schon alles schief gegangen?
An der oberen Montageplatte für die Servomimik war ich vorne links (Unterkante im Bild weiter oben) ein wenig zu eifrig mit dem Dremel. Jetzt wurde der Steg zwischen der Erleichterungsbohrung und den Anschraubpunkten für die linke Rollservohalterung zu schmal um die Bohrungen richtig zu setzen. Ich hab etwas gemogelt, die Bohrungen einen Millimeter verschoben und akzeptiere einstweilen eine minimal schiefe Position des Servos.

An den Rahmenwangen einen Anschraubpunkt für den Sockel der Riemenführungsrollen falsch angerissen, was zu einer unseligen Kettenreaktion geführt hat: Fehler bemerkt und nochmal angerissen. Dann prompt beim Fertigen des Alusockels eine Diskrepanz festgestellt und dort deswegen auch erst falsch angerissen und wieder korrigiert. Am Schluss dann folgerichtig Rahmen und Sockel falsch gebohrt.
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An dieser Rahmenwange ist auch eine Bohrung notwendig, damit die vordere Heckrohrhalterung gespannt werden kann. Da die Erleichterungsöffnung daneben etwas zu groß geraten ist, gibts zu wenig Fleisch zwischen der ßffnung und dem geplanten Loch. Mal schauen, wie das weitergeht.

Bei der vorderen Heckrohrhalterung habe ich oben zu viel Material in den Bogenausschnitten weggenommen. Damit ist ausgerechnet das Teil schwach, mit dem ich solide Biegekräfte übertragen möchte. Naja, für's Erste wirds reichen, mach ich vielleicht später nochmal.
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Bei der hinteren Heckrohrhalterung hab ich im ßberschwang oben zu viel runtergefeilt. Ist damit an der Oberkante knapp einen halben Millimeter zu tief. Nicht eben optimal für die FBL Montageplatte. Ich glaube aber, dass das in den allgemeinen Maßungenauigkeiten untergeht. So ein 10tel Millimeter ist schon scheiß klein, wenn man keine Maschine hat.

Dann hab ich beim Schneiden der Gewinde für die ganzen Verbindungsschrauben gleich mal 3 (in Worten drei) 2mm Gewindeschneider abgerissen, weil es mir nicht zügig genug voran ging. Jedes mal hecktisch und schlampig reingedreht und dann -knack-
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Völlig unnötig im relativ weichen Alu. Im Sockel für die Riemenführungsrollen ist ein Stück stecken geblieben, das ich nicht rausbekommen habe. Musste ich nochma neu machen.

Leider zeigten sich etliche Kollisionen von Schraublöchern wegen unsauberer Planung. Die meisten sind akzeptabel, es bleibt eine Einschraubtiefe von mindestens einem Nenndurchmesser erhalten. Da genügend Schrauben verwendet werden, halte ich das im Momen nicht für Kritisch. Besonders hübsch wieder beim Sockel für die Riemenführungsrollen, da hab ich die Kreuzung der Bohrungen nämlich auch noch fein säuberlich aufskizziert. Im nächsten Durchgang werde ich da besser drauf achten, erfordert natürlich auch andere Bohrungen in den Rahmenwangen. Besonders unnötig war die Kollision der Schraublöcher an der Motorhaltespange am hinteren Ende, wo die Bohrung für die Kufenmontage die hintersten Bohrung für die Verschraubung mit der Rahmenwange streift. Ohne Not hätte man da was verschieben können.

Demnächst mehr aus dem Wirkungszentrum der Dilettanz.