(V 4.0 September 2012)

Seit dem Herbst 2010 befasse ich mich mit dem Thema elektrischer Antriebe für Fessel-Kunstflugmodelle. Dabei bin ich, wie bisher immer beim Einstieg in neue Technologien, nach dem Prinzip des Fragens und Kopierens vorgegangen und habe, ohne Ambitionen die diversen Räder neu zu erfinden, genau das gemacht, was mir kompetente Kameraden aus aller Welt stets bereitwillig geraten haben. Immer wieder aktuelle und wertvolle Inhalte zum Thema findet der Interessierte unter "Gettin" all AMP"ed up" auf dem sehr aktiven "Stunthanger" Forum.

(V 4.0 September 2012)

Ganz besonders habe ich vom regen Austausch mit Norman Whittle und Jgor Burger profitiert. Norm fliegt seit einiger Zeit erfolgreich mit elektrischem Antrieb und arbeitet dabei eng mit Paul Walker zusammen. Jgor hat mir im Frühjahr 2012 Unterlagen zu seinem Weltmeister Modell "Max Bee" geliefert und wertvolle Hinweise zur Trimmung gegeben. Dafür schulde ich ihm großen Dank.
Die Auslegung des Antriebes meiner Modelle "Signorina Elettra", "PC-21/2 E", "e-Sultan", "Max Bee" , "Fireshark" und "PS-1 E" entspricht in allen Details dem Antrieb der Modelle von Norman Whittle, dem ich an dieser Stelle für die völlig offene Information und die sehr kompetente Unterstützung herzlich danken möchte.

Bisher habe ich mit neun verschiedenen Flugzeugen, vom einfachen Trainer bis hin zu für E-Antrieb gebauten, großen Kunstflugmodellen, Erfahrungen gesammelt und auch die Erfahrungen aus dem E-Umbau von zwei
(PA .75 bzw. Jett .61 / pipe) Modellen sind hier eingeflossen. Am Beispiel des "Fireshark" möchte ich im Folgenden auf meine Antriebskomponenten und deren Anwendung etwas näher eingehen.

„Fireshark“

„Fireshark“

Alle Beschreibungen und Aussagen, ausgenommen die technischen Daten der Komponenten, entsprechen meiner persönlichen Sicht der Dinge heute, im April 2014. Sie sind nicht allgemein gültig. Neue Erkenntnisse werden dazukommen und ich werde mich bemühen, die Inhalte laufend anzupassen. Dies ist die 6. Aktualisierung.

Stand der Dinge

Die vor nur wenigen Jahren, nicht ohne Widerstand konservativer Kreise, erfolgte FAI Zulassung elektrischer Antriebe für die Kategorie F2B erweist sich als richtig. In kurzer Zeit, bedingt durch die Verfügbarkeit hoch entwickelter Bauteile aus der R/C Modellflugindustrie, ist die Anwendung elektrischer Antriebe für F2B Modelle zu einer vollwertigen Alternative geworden. Damit wurde ein wichtiges Ziel dieser Erweiterung der FAI Regeln, nämlich die Möglichkeit des sichtbaren Betriebes von Fesselflugmodellen bei sehr geringer Geräuschentwicklung, nahe am Menschen, erreicht.

Die Eigenschaften der heute verfügbaren Antriebe sind denen eines sehr guten Verbrenner-Antriebes ebenbürtig und die operationelle Sicherheit, vor allem in Bezug auf die Reproduzierbarkeit der Leistungs- Abgabe, ist deutlich überlegen. Ein E-Antrieb läuft überall und immer genau so gut wie im besten Einstellflug zu Hause. Die Anpassung der Leistung, zum Beispiel zum Ausgleich von unterschiedlichen Temperaturen, erfolgt durch direkte, numerische Eingabe der jeweils gewünschten Drehzahl.

Diese operationelle Sicherheit ist von ausschlaggebender Bedeutung, denn nur sie ermöglicht die uneingeschränkte Konzentration des Piloten auf das Wesentliche, das Fliegen des Flugzeuges.

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Das Prinzip

Ein elektrischer Antrieb für ein F2B Wettbewerbsmodell üblicher Grösse, d.h. ca. 43 qdm bei ca.1'800 Gr. Gewicht, besteht aus den vier folgenden Bauteilen:

  • Einem bürstenlosen Gleichstrommotor, aufgebaut als sogenannter Aussenläufer, ohne Getriebe. Diebenötigte Dauerleistung des Motors liegt bei einer Grössenordnung von ca. 500 Watt, bzw. bei ungefähr 0.7 PS.

  • Einem Umformer und Leistungssteller, dem "Regler". Der Regler erzeugt aus der von der Batterie gelieferten Gleichspannung ein mehrphasiges Drehfeld. Er soll mit einem Dauerstrom von 50 bis zu 75 Ampere belastbar sein,Eingangspannungen bis 22.2 Volt verarbeiten können und mit einer Funktion zur Regelung auf konstante Drehzahl (Heli- oder Governor Mode) versehen sein. AlleRegler steuern die Leistungsabgabe des Motors, indem sie die vom Empfänger der Fernsteuerung kommenden Signale für die Stellung des Gashebels in geeigneter Form verarbeiten. Bei der Anwendung eines herkömmlichen R/C Reglers im Fesselflug fehlen diese Signale. Sie müssendeswegen mit einem separaten Baustein, dem Timer, erzeugt werden.

  • Der Timer. Er erzeugt das vom Regler benötigten Gassignal. Weitere Funktionen des Timers sinddie Definition der Startverzögerung und der Laufzeit des Motors.. Eingesetzt werden Lipo Batterien, bestehend aus 3-6 hintereinander (in Serie) geschalteten Zellen, mit einer totalen Nennspannung von 11.1-22.2 Volt. Die benötigte Stromkapazität der Batterie liegt, je nach Nennspannung und Fluggewicht, zwischen 1'600 mA/h (bei 22.2V und 1'400 Gr.) und 4"500 mA/h (bei 11.1V und 2'000 Gr.).Eingesetzt werden Li-Po Batterien, bestehend aus 3-6 hintereinander (in Serie) geschalteten Zellen, mit einer totalen Nennspannung von 11.1 - 22.2 Volt. Die benötigte Kapazität der Batterie liegt, je nach Nennspannung und Fluggewicht, zwischen 1'600 mAh (bei 22.2V und 1'400 Gr.) und 4"500 mAh (bei 11.1V und 2'000 Gr.). Näheres dazu siehe "Die Dimensionierung der Batterie"

  • Die Batterie

Was bewirkt die Regelung auf konstante Drehzahl?

Für F2B Anwendungen benötigen wir einen Regler welcher in der Lage ist, eine zum Voraus gewählte
Drehzahl selbsttätig einzuhalten und zwar, innerhalb bestimmter Grenzen, unabhängig von der Belastung
des Motors.
Eine solche Funktion, sie wird auch "Heli Mode" oder "Governing" genannt führt zu einem, dem klassischen
4-2-4 Verhalten eines ST.60 nicht unähnlichen, Leistungseinsatz. Wie bei einem gut abgestimmten
Verbrenner-System wird die Leistung immer dann erhöht, wenn die Drehzahl abfällt, bzw. sie wird reduziert,
wenn sich die Drehzahl, z.B. im Sturzflug oder bei Seitenwind, erhöht. Beim Übergang in den senkrechten
Steigflug, also wenn das Gewicht des Modells den Motor mehr belastet und deswegen die Drehzahl
zurückgeht, erhöht der Regler die Leistung so lange bis die Solldrehzahl wieder anliegt. Nach dem Durchflug
des Zeniths passiert das Gleiche, nur jetzt in umgekehrter Weise, d.h. der Regler reduziert die Leistung
soweit wie nötig. Das Gleiche geschieht bei Gegen- bzw. Rückenwind und bei Seitenwind in den Loopings.
Der Regelvorgang zum Ausgleich der sehr geringen (+/-100 U/min), lastabhängigen Drehzahlschwankungen
ist schnell (+/- 1 sec) und als solcher vom Piloten kaum wahrnehmbar.
Diese Grafik, erfasst mittels eines im Regler eingebauten Datenspeichers, zeigt den im Flug gemessenen
Verlauf der Leistungsaufnahme (in Watt) des Motors beim Durchfliegen eines Wingovers:

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Leistungsaufnahme des Motors

Leistungsaufnahme des Motors

Diese Grafik, erfasst mittels eines im Regler eingebauten Datenspeichers, zeigt den im Flug gemessenen Verlauf der Leistungsaufnahme des Motors beim Durchfliegen eines Wingovers.

Auf der horizontalen Achse ist die Zeit in Sekunden dargestellt und man sieht, dass das ganze Manöver vom
Zeitpunkt 76.2 sec bis zum Zeitpunkt 84.7 sec. also 8.5 sec dauert. Im ersten Steigflug erhöht der Regler
innerhalb von 1.2 sec. die Motorleistung von 400 Watt auf 635 Watt, also um 158%. Die Drehzahl von bleibt
dabei unverändert. Nach dem Durchfliegen des Zeniths geht die Leistung im Sturzflug wieder auf 350 Watt
zurück, auch hier bei gleichbleibender Drehzahl. Diese automatische Anpassung der Motorleistung durch
den Regler ist, weil die Drehzahl konstant bleibt, nicht hörbar, aber dennoch, wie die Aufzeichnung
nachweist, durchaus sehr wirksam.
Eine Bemerkung zum Vergleich mit einem Verbrennungsmotor: Bei einem im 4-2-4 Betrieb laufenden
Verbrenner-Antrieb gehen wir, auf Grund des Auspuffgeräusches, von einer Leistungsänderung über die
Drehzahl aus. Zu beachten ist dabei, dass die Änderung des Auspuffgeräusches beim Übergang vom 4-
zum 2-Takt Betrieb wohl erheblich ist (immerhin zündet im 4-Takt Betrieb der Motor nur bei jeder 2.
Umdrehung und im 2-Takt jedes Mal), dass jedoch die tatsächliche Zunahme der Drehzahl, und damit der
Leistung, nicht wirklich bekannt ist.

Ist das alles nicht zu kompliziert?

Die Handhabung der "plug and play" Komponenten ist völlig unkritisch und von jedermann problemlos in
kurzer Zeit zu erlernen. Wenn das nicht so wäre, dann hätten sich elektrische Antriebe in der großen R/C
Welt kaum so rasch und umfassend durchgesetzt.
Alles was für F2B braucht, ist ein Computer mit Internetzugang und, unbescheidenerweise behauptet, die
exakte Umsetzung der in diesen Bericht enthaltenen Vorschläge. Kenntnisse in Elektrotechnik bzw.
Elektronik werden nicht benötigt. Einige Grundkenntnisse in Englisch sowie, dies vor allem, Freude am
Entdecken und ein gesunde Portion Neugier, sind jedoch sehr hilfreich. Was die Beschaffung und den
Einbau der Komponenten betrifft, so steht jedes auf Elektroflug spezialisierte Modellflug-Fachgeschäft sicher
gerne und kompetent mit Rat und Tat zur Seite.

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E-Nachrüstung eines Flugzeuges, Gewicht und Kosten

Antrieb PA .75, Pipe, inkl. 157 ccm / 133 Gr. (3/4 voll) Treibstoff:

817 Gr.

Elektoantrieb "Fireshark", mit gleicher Leistung, mit Batterie.

697 Gr.

Hier die Gewichtsbilanz einer nachträglichen Umrüstung auf e - Antrieb:

PC-21/2 PA.75 ohne Treibstoff:

1'780 Gr.

(157 ccm) Treibstoff

135 Gr.

PC-21/2 PA.75 mit Treibstoff, Fluggewicht

1'915 Gr.

PC-21/2 E, mit Batterie, Fluggewicht:

1'820 Gramm

In beiden Fällen wiegen die elektrischen Komponenten des Antriebes ca. 50 Gramm mehr als die Bauteile
des PA.75 Pipe Antriebes. Dieser Gewichtsnachteil wird dadurch mehr als ausgeglichen, als dass das
elektrischen Modell ohne die für den PA .75 benötigte Treibstoffmenge von 200 ccm (170 Gramm) starten
kann...

Kosten

Die Kosten für die Beschaffung der elektrischen Komponenten für meine F2B Modelle, inkl. der einmaligen
Anschaffungen Programmiergerät und USB Schnittstelle, jedoch ohne Ladegerät, betrugen im Juli 2011 sFr.
505.- bzw. 390.- €. inkl. 1 Batterie. Jede weitere Batterie kostet sFr. 114.- / 95.- €*. Ich setze für den
Trainingsbetrieb 4 Batterien ein.

Betriebskosten

Basis:

100 Flüge

Treibstoffverbrauch PA .75 pipe (Fr. 12.-/L)

200 ccm/Flug

Angenommene Lebensdauer einer Batterie

100 Zyklen

Direkte Betriebskosten, PA .75 pipe:

Fr. 240.-

Batteriekosten, E-Antrieb:

Fr. 100.-

Bezugsquellen und Bestelldaten

Bauteil

Hersteller

Artikel Nr.

Lieferant

Best. Nr.

Preis SFr.

Gewicht

Motor

AXI

2826/12

Fachhandel oderhttp://www.electricwingman.com/model-motors/axi-2826/12.aspx

-

139.-

210 Gr.

2-Blatt Propeller
13 x 5.5 EP

APC

LP13055EP

Pusher. Fachhandel, aufBestellung

-

14.-

33 Gr.

Regler Phoenix
Edge lite 75A

Castle
Creations

010-0112-00

www.eflight.ch
Nachfolgeprodukt von Castle
Phoenix ICE lite.
Austauschbar

15432

110.-

84 Gr.

Castle Link
Phoenix
Schnittstelle

Castle
Creations

010-0005-00

-

426

29.-

-

Timer

Will Hubin

FM-9 extd. leads

Will Hubin719 Cuyahoga St. Kent, OH4420USA

-

18.-

10 Gr.

Programmiergerät

Will Hubin

FM-9
Programmer
Phoenix High
New

Will Hubinwhubin@kent.edu

-

95.-

-

Batterie 2700mAh
5S 70C
120 x 39 x 36 mm

ThunderPower
G8

TP2700-
5SPF70

AKmodRheinfelden, CH+41 61 843 0000www.akmod.ch

-

110.-

372
mit
Stecker

Antiblitz Stecker

Jeti

ASC 4 mm

Fachhandel

-

10.-

3 Gr.

Lipo Ladegerät
für
balanced charge

Div.

Bis 6S
max.10 A
Ladestrom

Für 220 und 12V
Eingangsspannung
oder Fachhandel

-

Ca. 200.-

-

Hinweise zum Umbau vorhandener Flugzeuge

Der für einen guten Motorlauf sehr stabil ausgeführte Rumpfaufbau eines Verbrenner-Flugzeuges kann bei elektrischem Antrieb leichter gehalten werden. Beim nachträglichen Umbau eines vorhandenen Fliegers lässt so Gewicht einsparen.

  • Um den Trimmzustand durch den Umbau nicht zu verändern, ist es notwendig vor dem Umbau den Tank zu zu füllen und so die Lage des Schwerpunktes genau, zu vermessen. Zu beachten bleibt, dass, bedingt durch die Veränderung des Massenträgheitsmomentes (die schwere Batterie ist näher am Schwerpunkt) ein nachträgliches Anpassen der Trimmung notwendig sein kann.

  • Motorbalken und schwere Spanten können entfernt werden. An ihre Stelle tritt ein 5 mm Kopfspant, bestehend aus 5-fach Sperrholz, zur Heckmontage des Elektromotors. Wo technisch möglich, ist die Frontmontage des Motors vorzuziehen.

  • Motor, Regler, Batterie und Timer sind temperaturempfindlich und müssen ausreichend gekühlt werden. Dabei gilt es zu beachten, dass bei hoher Umgebungstemperatur die einzelnen Grenzwerte (Siehe "Technik im Detail") schnell ereicht werden können. Zu hohe Temperaturen reduzieren die Lebensdauer elektrischer Komponenten erheblich. Deswegen ist gute Kühlung, auch bei grosser Hitze auf dem Flugplatz, unbedingt notwendig.

  • Zur sehr wirksamen, direkten Kühlung des Motors kann ein ringförmiger Luftspalt zur Kühlung des Rotors offen bleiben. Dabei ist auf genügend, mind. 3 x grösseren, Auslassquerschnitt zu achten.

  • Der Regler wird so eingebaut, dass er zwar gut gekühlt wird, aber vor Spritzwasser geschützt ist.

  • Zur Kühlung der Batterie ist für ausreichenden Luftdurchfluss um die Batterie zu sorgen.

  • Beim Einbau des Timers ist darauf zu achten, dass der 6-polige Anschluss von Aussen zugänglich bleibt. Auch der Timer und die Start/Stop Taste sind vor Spritzwasser zu schützen. Die Start/Stop Taste wird versenkt eingebaut, um so vor versehentlicher Betätigung gut geschützt zu sein.

Die Batterie wird so eingebaut, dass die vor dem Umbau vermessene Lage des Schwerpunktes (mit Treibstoff) exakt erhalten bleibt. Der Wechsel der Batterie sollte von oben möglich sein und die Länge der Kabel zwischen Batterie und Regler sollte weniger als 30 cm betragen.

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Hinweise zum Flugbetrieb

  • Batterie erst unmittelbar vor dem Start einsetzen und anstecken.

  • Sicherstellen, dass nur mit vollständig geladenen Akkus gestartet wird. Bei Unsicherheit Batterie nachmessen (Geeignete Instrumente gibt im Modellbau Fachhandel)

  • Das Ende der Gebrauchsdauer (Anzahl Zyklen) einer Batterie kündigt sich dann an, wenn die Spannung unter Last (in Manövern) auf einen Wert von 3.0 Volt pro Zelle abfällt. Bei entsprechender Einstellung der Unterspannungsüberwachung des Reglers (auf 3.0V) spricht dann diese Sicherung an und reduziert die Leistung bis zum Ablauf der eingestellten Laufzeit.

  • Beim Anstecken der Batterie zählt der (Phoenix ICE) Regler die Zellen und piepst für jede erkannte Zelle einmal (Bei 5S; Startmelodie und danach 5 Piepser) Mitzählen; Wird eine Zelle nicht erkannt (ein Pieps fehlt), nicht starten, Batterie wechseln. Nach den (5) Zählpiepsern ertönt noch eine kurze Tonfolge zur Bestätigung der Betriebsbereitschaft. Fehlt diese, nicht starten und alle Steckkontakte sorgfältig prüfen.

  • Ist das System betriebsbereit, so ertönt alle 20 sec ein kurzer Warnpieps. Er zeigt an, dass alle Komponenten scharf sind. Nach der Landung erfolgt noch 1 pieps, danach wird diese Funktion angeschaltet.

  • Startverzögerung nicht unter 30" einstellen.

  • Startsequenz durch kurzes Drücken der Start/Stop Taste einleiten. Vorsicht, der Regler quittiert den Startbefehl mit einem kurzen Drehen des Propellers. Dabei Modell festhalten und Drehrichtung kontrollieren.

  • Auf Gras sollte der Start mit einem Helfer erfolgen. Dieser hält das Modell fest bis der Motor hochgelaufen ist und gibt es dann auf Zeichen des Piloten frei.

  • Bei Unsicherkeit oder Zwischenfällen wird die Startsequenz und/oder ein laufender Motor durch kurzes Drücken der Start/Stop Taste abgebrochen, bzw. abgestellt. Dies muss allen Helfern mitgeteilt und demonstriert werden.

  • Eine abgebrochene Startsequenz und/oder ein abgestellter Motor kann nicht erneut gestartet werden. Dafür muss zuerst die Batterie aus- und wieder angesteckt werden.

  • 5 sec vor dem (mit FM-9) programmierten Ausschalten des Motors nimmt der Regler für einen ganz kurzen Moment die Leistung zurück und zeigt so das bevorstehende Abstellen an. Vorsicht; dieses Signal kann durch die Programmierung der Bremsverzögerung und/oder der Gasannahme (Phoenix: Head Speed Change Rate) überdeckt werden und ist dann fast nicht wahrnehmbar.

Die Resultate

  • Elektrische Antriebe für F2B Modelle sind uneingeschränkt wettbewerbsfähig.

  • E-Antriebe sind im Betrieb erheblich einfacher und zeigen exakt reproduzierbares Verhalten.

  • E-Antriebe sind nicht schwerer und im Betrieb billiger als moderne Verbrenner Systeme.

  • Fast alle der benötigten Komponenten sind im lokalen Fachhandel zu günstigen Preisen zu bekommen.

  • Einige F2B spezifische Bauteile werden benötigt. Diese sind bei verschiedenen Herstellern ab Lager lieferbar.

  • E-Antriebe können, auf Grund der sehr viel grösseren Anzahl an Bauteilen, eine höhere, statistische Ausfallrate haben.

  • Zur Lebensdauer der Motore, bzw. deren Kugellager kann ich noch keine Aussage machen.

  • E-Antriebe erzeugen zwar geringe, aber durchaus "wirksame" Vibrationen. Alle heiklen Verschraubungen müssen gut gesichert werden.

Dies sind subjektive und persönliche Meinungen, gewonnen aus noch geringer Erfahrung. Sie gelten zum jetzigen Zeitpunkt für mich und sind nicht in jedem Fall auf Andere übertragbar. Einzelne Aussagen können sich als unrichtig erweisen.

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- Technik im Detail -

Der Motor

Im Leistungsbereich bis ca. 700 Watt, und bei Drehzahlen in der Grössenordnung bis ca.11'000 U/min, sind bürstenlose Gleichstrommotore, aufgebaut als Aussenläufer ohne Getriebe, für unsere Zwecke gut geeignet. Solche Motore werden vom Fachhandel in grosser Auswahl angeboten. Auf Grund der mechanischen Belastung, insbesondere durch die Kreiselkräfte der Luftschraube beim Fliegen von harten Ecken (Drehrate 300 /sec!), ist es wichtig ein mechanisch hochwerti g konstruiertes Produkt, ausgerüstet mit Kugellagern eines namhaften Herstellers, einzusetzen. Dies vor allem dann, wenn der Motor mit Hilfe eines Heckmontage-Sets eingebaut wird, was zu erhöhter Belastung der Lager führt.

Aussenläufer Motore werden durch diese Kennwerte definiert:

  • Durchmesser und Länge des, nicht drehenden, Stators: z.B. 28 mm Durchmesser und 26 mm Länge = 2826

  • Anzahl Windungen: beispielsweise 12.

  • Spezifische Drehzahl Kv (auch: RPM/V): z.B. 760. Das bedeutet, dass der Motor, ohne Propeller, pro Volt (V) angelegter Spannung 760 U/min dreht. Bei 18.5 Volt ergibt das 14'060 U/m. Unter Last ist dieser Wert erheblich kleiner. Der Kv Wert muss deswegen so gewählt werden, dass die Nennspannung der Batterie von 3.7 Volt pro Zelle ausreicht um die benötigte Drehzahl (mit Propeller!) sicher zu erreichen.

  • Maximaler Strom: Ausgedrückt in Ampere (A) über eine bestimmte Zeit: z.B. 35 A / 30 sec.

  • Anzahl Pole: z.B.14 Dieser Wert ist für die Programmierung des Reglers von Bedeutung.

Daten des Motors der „Signorina Elettra“- PC-21/2E

Hersteller

AXI

Typ

2826/12

Aussendurchmesser 35 mm

Kv

760

Länge, ohne Welle, 54 mm

Polzahl

14

-

Max. Strom

37 A / 30 sec

-

Gewicht

193 Gr.

inkl. Kabel

Beim Einbau des Motors ist sicherzustellen, dass er mit reichlich Kühlluft umströmt wird. Die Betriebstemperatur, gemessen am rotierenden Teil, darf 85 C nie überschreiten. Hier ist Vorsicht geboten, denn bei zu hohen Temperaturen kann die Verklebung der sehr starken Permanentmagnete im Rotor Schaden nehmen. Dies kann bei ausgedehnten Standläufen ohne Propeller und/oder bei blockierter Welle sehr rasch geschehen. Der mechanische Aufbau der Motore ist kritisch, ich möchte hier vom Zerlegen ohne spezielle Vorrichtungen und Werkzeuge und von eigenen Reparaturversuchen unbedingt abraten.

VORSICHT:

Die Motore, auch wenn sie gar nicht so aussehen, entwickeln ganz erhebliche Kräfte und beschleunigen unter Umständen in Sekundenbruchteilen auf volle Leistung. Darin liegt ein erhebliches Gefährdungspotential! Die Verbindung mit einem Regler und einer Batterie (Auch wenn diese entladen ist) darf nur dann erfolgen, wenn der Motor genauso stabil wie ein kräftiger Verbrenner eingebaut ist und wenn der Propellerstrahl keinen Schaden anrichten kann.

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Der Regler und seine Programmierung

Bürstenlose Motore benötigen eine in geeigneter Form aufbereitete Spannung. Um diese aus der Gleichspannung der Batterie zu erzeugen, wird ein elektronischer Umformer benötigt. Weil dieser gleichzeitig zur Regelung der abgegeben Leistung dient, heisst er Regler oder engl. Electronic Speed Controller ESC.

Moderne Regler sind hochentwickelte Bausteine welche auf kleinstem Raum nicht nur erheblicheLeistungen steuern, sondern deren Funktionalitäten darüber hinaus, dank intergrierten Computern, weitgehend frei programmierbar sind.

Alle Regler haben diese Anschlüsse:

  • 2 sehr dicke Kabel zur Verbindung mit der Batterie; Rot = Pluspol Schwarz = Minuspol.

  • 1 dünnes, dreiadriges Kabel mit Flachstecker für den Anschluss am Empfänger der R/C Anlage, bzw. des Timers im Fesselflug. ("Servokabel")

  • 3 dicke Kabel, weiss, rot, schwarz, zur Verbindung mit dem Motor.

Allgemeine Hinweise:

  • Die Kabel vom Regler zur Batterie sollten nicht länger als ca. 30 cm sein. Bei längeren Zuleitungen können Störimpulse im Kabel der Stromversorgung zu Fehlfunktionen des Reglers führen. (Die Länge der Motorkabel spielt keine Rolle)

  • Regler nie an die Batterie anschliessen, wenn das Servokabel nicht am Empfänger (bei Fesselflug; am Timer) angeschlossen ist.

  • VORSICHT: Falsches Anschliessen der Stromversorgung, bzw. vertauschte Polarität (auf Farbe achten) zerstört den Regler sofort.

  • Den Regler immer so einbauen, dass er reichlich mit Kühlluft umströmt wird. Dabei aber auch auf Schutz vor Spritzwasser achten.

  • Der Regler darf nie wärmer als 100 C werden. (Siehe Data Logging)

  • Regler gut befestigen, z.B. indem die Batterie- und/oder Motorkabel nahe am Regler mit soliden

  • Klemmen im Rumpf fixiert werden. Lose herumhängende Kabel können fatale Kontaktprobleme verursachen.

  • Ein Unterbruch in einer der drei Motorzuleitungen im Betrieb führt zur sofortigen Zerstörung des

  • Reglers.

Die wichtigsten Kenndaten von Reglern sind:

Maximaler Strom: In Ampere (A), gemessen zwischen Batterie und Regler. Dauerstrom und/oder kurzfristiger (30 sec.) Spitzenstrom. Für F2B Anwendung ist eine Dauerlastfestigkeit von 50 - 75 A notwendig.

Spannungsbereich: Oft angegeben in Anzahl LiPo Zellen (zu je 3.7 V pro Zelle). Für uns geeignet ist ein Bereich von 3 - 8 Lipos oder 11.1 bis 29.6 Volt.

"Heli Mode" oder engl. "Governor Mode": In dieser Betriebsart hält der Regler die vom Empfänger (bei Fesselflug vom Timer) vorgegebene Motordrehzahl konstant. Diese Funktion, sie wird nicht von allen Reglern angeboten, ist für F2B unverzichtbar.

Bremse:

Das FAI F2B Reglement schreibt vor, dass der Propeller im Landeanflug "stillstehen" muss. Dabei wird "stillstehen"so definiert, dass, wenn der Motor noch ganz langsam nachdreht, die einzelnen Propellerblätter noch deutlich sichtbar sein müssen. Diese Forderung wird von einem lediglich stromlos geschalteten Elektromotor nicht erfüllt, denn dessen Drehzahl fällt im Fahrtwind sehr (zu) langsam ab. Es ist deswegen nötig, den Motor beim Abschalten elektrisch zu bremsen. Hier ist zu beachten, dass es Regler gibt, welche den gleichzeitigen Betrieb von "Heli, bzw. Governor Mode" und Bremse nicht unterstützen. Bei den Reglern der Phoenix ICE Reihe von Castle kann, durch Aktivierung der "Control Line" Funktion im "Governor Mode", die Funktion der Bremse frei programmiert werden.
Einige Fabrikate (Jeti, Castle Creations Phoenix) verfügen über eingebaute Datenspeicher. Diese registrieren während dem Flug eine mehr oder weniger umfangreiche Anzahl von Betriebsdaten und ermöglichen so nach der Landung die sorgfältige Analyse der Abläufe und Funktionen. Bei Phoenix wird dazu der nicht mit der Batterie verbundene Regler über das Servokabel und die Phoenix Castle Link Schnittstelle mit einem PC verbunden. Die Firma Castle Creations hat in das Betriebssystem, die "Firmware" , der Baureihe Phoenix ICE einige Funktionen speziell für Fesselflug eingebaut.

Daten des Reglers in „Signorina Elettra“:

Hersteller

Castle Creations

Typ

Phoenix ICE lite 75 A

-

Spannungsbereich

14 - 34 V

4 8 Lipos

Max. Strom

37 A / 30 sec

-

Governor Mode

ja

-

Datenspeicher

ja

Alle relevanten Werte

Programmierbar

Sehr weitgehend

Via PC Schnittstelle

Gewicht

67 Gr.

Inkl. Kabel

Castle Phoenix ICE Regler programmieren

Zur Konfigurierung des Reglers, d.h. Programmierung der Funktionen, der Datenspeicherung und für die graphische Auswertung wird die CastleLink Software [Download- Kostenlos] benötigt. Diese läuft auf PC"s mit Betriebssystem bis und mit Windows XP. Für Vista, Windows 7 oder MAC, bei Castle entsprechende Hinweise beachten.

Ich verwende die Version V3 28.1 der CastleLink Software. Nach erfolgreicher Installation wird der nicht an die Batterie angeschlossene Regler über den 3-poligen Servostecker und das CastleLink Kabel (Schnittstelle) an einem UBS Eingang des PC angeschlossen.

Allgemeine Hinweise:

  • CastleLink starten

  • Pulldown Menü "Software" öffnen

  • Im Fenster "Device" muss der richtige Regler Typ erscheinen (z.B Phoenix ICE 75)

  • Unter "Available Firmware Versions" V 3.26 (Beta) markieren

  • Button "Update Firmware" anklicken.

"Firmware" ist die Bezeichnung für das Betriebsystem des Reglers. Ich verwende die Version V 3.26 (Beta) Für die Ansteuerung mit dem FM-9 Timer (siehe dort), kann der Phoenix ICE Regler auf zwei verschiedene Arten konfiguriert werden:

1.) Betrieb mit im Feld frei wählbarer Drehzahl. Dafür wird der Regler am PC zu Hause am Computer konfiguriert und die gewünschte Drehzahl im Feld mit dem FM-9 Programmiergerät eingegeben. Der FM-9 Timer ist in der Lage, die Funktion der Leistungsregelung im Phoenix Regler nachzubilden, bzw. zu emulieren.

2.) Betrieb mit 3 vorkonfigurierten Drehzahlen. Hier werden am PC drei verschiedene Drehzahlen vorprogrammiert und im Feld mittels des FM-9 Programmiergerätes angewählt. Die Emulation des Reglers im Timer entfällt, es wird lediglich Drehzahl No. 1, 2 oder 3 gewählt.

"Signorina Elettra" und PC-21/2 E fliegen mit Variante 1.) "Governor High" und FM-9 Einstellung "ESC Mode New Phoenix High". Dafür wurde der von der Batterie getrennte Regler mit Hilfe des auf dem PC vorher installierten Programms "Castle Link" und der zugehörigen Schnittstelle wie folgt konfiguriert:

Castle Link Programm & Schittstelle Konfiguration

Bezeichnung

Einstellung

Beschreibung

Firmware

V 3.26 (Beta)

Version des Castle Betriebsystems

Throttle / Leistungsregelung

Bezeichnung

Einstellung

Beschreibung

Vehicle

Control Line

Betriebsart Fesselflug (mit Bremse)

Throttle Type

Governor Mode

Konstante Drehzahl

Governor Mode Setting

Governor High

Gas-Emulation via FM-9 Timer

Governor Gain

Medium (25)

Steilheit der Drehzahl-Regelfunktion

Initial Spool Up Rate

High (8)

Hochlaufgeschwindigkeit beim Start

Head Speed Change Rate

High (8)

Reaktionsgeschwindigkeit auf Gasänderung

Brake / Bremse

Bezeichnung

Einstellung

Beschreibung

Brake Strength

100%

Wirksamkeit der Bremse

Brake Delay

0.8 sec

Verzögerung der Bremse

Brake Ramp

Medium

Gas-Emulation via FM-9 Timer

Cutoffs / Sicherheits- Abschaltungen

Bezeichnung

Einstellung

Beschreibung

Cut-off Voltage

Auto-Lipo

Spannungsüberwachung

Auto-Lipo Volts/Cell

3.0 Volts/Cell

Schwellwert der Sicherheitsabschaltung

Current Limiting

Very sensitive 75 A

Strombegrenzung*

Cutoff Type

Soft Cutoff

Art des Abschaltens bei zu hohem Strom

* Beim Blockieren der Motorwelle steigt der Strom sehr schnell auf kritische Werte an. Die Einstellung "Very sensitive 75 A" soll Schäden an der Elektronik verhüten.

Motor / Motor Ansteuerung

Bezeichnung

Einstellung

Beschreibung

Motor Start Power

Custom (75)

Motorleistung am Anfang des Hochlaufens

Motor Timing

Custom (4)

Motor Kennfeld **

Direction

Reverse

Drehrichtung***

PWM Rate

8 Khz

Ansteuerfrequenz des Motors****

Other / Weitere Einstellungen

Bezeichnung

Einstellung

Beschreibung

Power-On Beep

Enabled

System piepst alle 20 sec wenn scharf

BEC Voltage

5.0 V

Stromversorgung Empfänger, bzw. Timer

Logging / Daten Aufzeichnung

Bezeichnung

Einstellung

Beschreibung

Sample Frequency

5 Sample / sec

Registriert alle Werte 5 x pro sec / 30 Min.

Download Logged Data

-

Schickt die Aufzeichnungen zum PC

Clear Logged Data

-

Löscht den Datenspeicher

Settings Control

Bezeichnung

Einstellung

Beschreibung

Settings Control

Update

Konfiguriert den Regler wie eingestellt

Defaults

Stellt Einstellungen auf std. ab Werk zurück

** Der Phoenix ICE Regler bestimmt den optimalen Grad der "Frühzündung" eines angeschlossenen Motors vollautomatisch. Die Automatik arbeitet dabei mit verschiedenen, einstellbaren Kennfeldern. Für den AXI 2826/12 hat sich die Einstellung "Custom (4)" gut bewährt.

*** Die Drehrichtung kann auch durch das Vertauschen von zwei der drei Motoranschlüsse umgekehrt werden.

**** Die Faustregel zur Bestimmung der Ansteuerfrequenz lautet: (Kv des Motors x Anzahl Pole x Nennspannung) dividiert durch 20, abgerundet auf den nächst niedrigen PWM Wert. Hier: (760 x 14 x 20) / 18.5 = 9'842 Hz bzw. 8 Khz. Die Einstellung der Motor-Ansteuerfrequenz (PWM Rate) 8 Khz hat sich für den AXI 2826/12 bewährt. Die an gleicher Stelle wählbare Einstellung "Outrunner" (Aussenläufer) wird für diesen Motor nicht empfohlen.

Weiterführende Informationen zur Funktion von Motoren und Reglern sind im sehr instruktiven Aufsatz, "Warum überhitzen Modellflugregler" von Markus Müller zu finden.

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Der Timer

Um dem Regler anzusteuern benötigen Fesselflieger ein besonderes Bauteil, welches passende Signale erzeugt und diese über das 3-adrige Servokabel an den Regler schickt. Dafür ist der "Timer" genannte Baustein vorgesehen. Er wird, auch über das Servokabel, vom Regler mit Strom versorgt.

Der von mir eingesetzte, direkt programmierbare Timer FM-9 von Wilbert Hubin besteht aus einem IC Baustein und einer extern zu montierenden Start/Stop Drucktaste. Er wiegt ca. 10 Gramm. Die 5 Volt Stromversorgung des Timers geschieht über den 3-poligen Servostecker. Dazu muss die BEC (Battery Elimination Circuit) des Reglers auf 5.0V eingestellt werden.

Zur Programmierung des FM-9 Timers im Feld benötigt man das FM-9 Programmiergerät.

Um den ausgeschalteten FM-9 Programmer in Betrieb zu nehmen, wird der Servostecker vom Timer abgezogen (Verbindung Batterie-Regler getrennt!) und die 6-adrige Verbindung zum Programmer angesteckt. Die rote Markierung ist rechts. Jetzt wird die Start/Stop Taste gedrückt gehalten und gleichzeitig der Programmer eingeschaltet. Danach die Start/Stop Taste wieder loslassen. Die Meldung " FM-9 Progr: Press OK to continue" erscheint und zeigt an, dass der Computer des Programmers gestartet wurde. Bestätigen mit der Taste OK und weiteren Anweisungen folgen. Nicht vergessen; Nach der Programmierung den Hauptschalter ausschalten. Eine herkömmliche 9 Volt Ersatzbatterie für den Programmer gehört ins Werkzeug.

Mit dem FM-9 Programmer können diese Funktionen in den Speicher des FM-9 Timers geladen werden.

Castle Link Programm & Schittstelle Konfiguration

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Funktion

Bereich

Flight Time

Motor Laufzeit ab Ende Hochlauf bis Stop

1"00" 9"59"

Delay

Startverzögerung bis Hochlauf

2" 99"

ESC Mode
Phoenix New High

Für Phoenix Governor High Betrieb *
(Für "Signorina Elettra )

7"300 11"990 U/min

ESC Mode
Throttle mode

Feste Leistungseinstellung

15% - 100%

ESC Mode
compen throttle

Leistungseinstellung **

59% - 91%

ESC Mode
Phoenix High RPM

Für Phoenix Governor High Betrieb ***

8"040 12"880 U/min

ESC Mode
Phoenix SET RPM

Für Betrieb mit 3 programmierten Drehzahlen

No. 1 No. 3

ESC Mode
Schulze F2B low

Für Schulze F2B Regler, niedriger Bereich

7"340 -12"040 U/min

ESC Mode
Jeti Spin

Für Regler Jeti Spin

8"490 -10"470 U/min

ESC Mode
Hacker High X30

Für Regler Hacker X30, hoher Bereich

8"070 -13"050 U/min

* Für Phoenix Betriebsysteme (Firmware) grösser als 3.20
** Mit autom. Ausgleich des Spannungsabfalls der Batterie (einstellbar)
*** Für Phoenix Betriebssysteme (Firmware) bis 3.20

Die Batterie und ihre Dimensionierung

Die elektrischen Eigenschaften unserer Batterien werden im Wesentlichen durch die Spannung und den Strom bestimmt, welche über einen bestimmten Zeitraum abgegeben werden können. Die dafür gebräuchlichen Einheiten sind:

Der FM-9 Programmer ist bei Will Hubin zu bekommen.

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  • Die Spannung, in Volt (V)

  • Die Stromkapazität, in Ampere, oder Milliampere (tausendstel Ampere), pro Stunde (mA/h)

  • Die Leistung, in Watt pro Stunde (W/h)

Die Spannung, in Volt (V)

Lipo Akkus bestehen aus einer Anzahl einzelner, hintereinander (in Serie) geschalteter Zellen. Jede Zelle gibt eine Gleichspannung im Bereich von 3.0 4.5 Volt, je nach Ladezustand und Belastung, ab. Als mittlere Nennspannung wird 3.7 Volt pro Zelle angenommen. Die Anzahl Zellen wird mit einer Zahl, gefolgt vom Buchstaben S (für Serieschaltung) angegeben: 3S bedeutet somit 3 in Serie (hintereinander) geschaltete Zellen. Die Nennspannung eines in Serie geschalteten Akkus ist also gleich der Anzahl Zellen mal 3.7. Je grösser die Nennspannung, desto geringer wird die Strombelastung des Reglers und des Motors. Allerdings wird das Verhältnis von Gewicht zu Stromkapazität der Akkus mit zunehmender Zellenzahl ungünstiger.

Die Stromkapazität in Milliampere pro Stunde

Die Stromkapazität C eines Akkus wird in Ampère pro Stunde ausgedrückt, wobei unsere Batterien mit milliAmpère (1/1000 A) angeschrieben werden. Der Wert 3'000 mA/h bedeutet, beispielsweise, dass die Batterie während einer Stunde einen Strom von 3"000 mA, bzw. 3 Ampere, abgeben kann. Oder eben während 1/10 Stunde 30 Ampere. Der C Wert ist ein theoretischer Grenzwert, er darf in der Praxis zu höchstens 80% ausgenutzt werden.

Die Leistung, in Watt pro Stunde (W/h)

Die Leistung einer Batterie in Watt pro Stunde ist gleich dem Produkt aus Spannung mal Strom mal Zeit. Gibt also eine Batterie mit einer Nennspannung von 11.1 V während einer 1/10 Stunde (h) einen Strom von 40 A ab, berechnet sich die Leistung mit:
1/10 h x 11.1 V x 40 A = 44,4 W/h

Bei anderer Spannung, über die gleiche Zeit, ändert sich der Strom umgekehrt proportional, die Leistung hingegen bleibt gleich:
1/10 h x 18.5 V x 24 A = 44,4 W/h

Die Dimensionierung der Batterie

Die Bestimmung der elektrischen Kennwerte einer Batterie geschieht durch das Festlegen von:

  • Nennspannung in V

  • Leistung in W/h

  • Stromkapazität C in mA/h

  • Maximal zulässiger Entladestrom C (Vielfaches von C/1000)

Nennspannung in V

Die benötigte Nennspannung einer Batterie berechnet sich aus der vorgesehenen, maximalen Betriebsdrehzahl im Flug und der spezifischen Drehzahl (Umdrehungen pro Volt) des Motors (siehe Datenblatt), sowie einer für die Funktion des automatischen Drehzahlreglers (Governors) notwendigen Spannungsreserve von ca. 30 %.

Beispiel:

  • Vorgesehene, max. Betriebsdrehzahl: 10"670 U/min (= Drehzahl 13 x 4.5 APC E für 5.4 sec/Runde = 9"700 + 10% = 10"670 )

Umdrehungen pro Volt des Motors:

760 (AXI 2826/12)

Spannungsreserve:

30%

Benötigte Spannung:

(10"670 dividiert durch 760) + 30% = 18.25 Volt

Leistung

Unsere Freunde in den USA haben einen einfachen Grundsatz entwickelt: Um mit einem herkömmlichen F2B Modell, bei einer Motorlaufzeit von 5 Min 20 Sec, ein volles Programm zu fliegen, lässt sich die benötigte Leistung der Batterie, in Watt pro Stunde (W/h), mit einer Faustregel berechnen:

Leistung in W/h = (Fluggewicht dividiert durch 10) x 2 x 1.25, wobei:

2 = Leistungsbedarf in W/h pro 100 Gramm Gewicht.
1.25 = Leistungsreserve, benötigt um eine Entladung der Batterie unter 20% Restkapazität zu vermeiden.
Beispiele: Benötigte Leistung der Batterie in Abhängigkeit vom Fluggewicht:

  • Gewicht 1"400 Gr /10 = 14 x 2 x 1.25 = 35 W/h

  • Gewicht 1'600 Gr /10 = 16 x 2 x 1.25 = 40 W/h

  • Gewicht 1"800 Gr /10 = 18 x 2 x 1.25 = 45 W/h

  • Gewicht 2'000 Gr /10 = 20 x 2 x 1.25 = 50 W/h

Stromkapazität

Stromkapazität C in mA/h
Je nach gewählter Nennspannung (siehe dort) und benötigter Leistung berechnet sich die notwendige
Stromkapazität C:
Benötigte Leistung in W/h dividiert durch Nennspannung in V = Notwendige Stromkapazität C in A/h
Beispiele

  • 35 W/h dividiert durch 11.1 V = 3.153 A/h, bzw. 3'153 mA/h

  • 45 W/h dividiert durch 18.5 V = 2.432 A/h, bzw. 2'432 mA/h

  • 50 W/h dividiert durch 18.5 V = 2.703 A/h, bzw. 2'703 mA/h

Maximal zulässiger Entladestrom

Der kurzzeitig (Grössenordnung weniger als1 Minute) zulässige maximale Entladestrom in Ampere ist: Stromkapazität in mA/h dividiert durch 1000, multipliziert mit dem aufgedruckten C Wert.
Beispiel: 3"000 m/h / 1000 x 25 C = 75 A.
Da bei F2B, im drehzahlgeregelten Betrieb, nur kurze (weniger als 5 sec) Stromspitzen auftreten, und da sich diese auf eine Grössenordnung von +50% beschränken, ist für unsere Anwendung weniger der maximal zulässige Spitzenstrom als der mittlere Strom über die ganze Flugdauer von Bedeutung*. Dieser berechnet sich aus dem Leistungsbedarf für den Flug (ohne Reserve), dividiert durch die Nennspannung, umgerechnet auf die Flugdauer:

Leistungsbedarf 40W/h / 11.1 V = 3.6 A/h = 36 A über 1/10 h. (Flugdauer)
Dies entspricht, bei einer 3"000 mA/h Batterie, lediglich 12 C.

* Es gibt mittlerweile, im Juli 2011, Hinweise darauf, dass die im F2B Betrieb in sehr kurzer Folge
auftretenden Stromspitzen von gegen 40 A, die Batterie recht hoch belasten und die Lebensdauer
einschränken könnten. Obwohl eine Kapazität von 25 C ausreichend erscheint, könnte es deswegen sein,
dass eine höhere Kapazität von zum Beispiel 45 C, sich in Bezug auf die Lebensdauer (und möglicherweise
auf die Regelgeschwindigkeit) vorteilhaft auswirkt. Dies ist eine unbestätigte Vermutung.

Betriebsvorschriften:

Für den Betrieb von Lipo Akkus gelten diese Regeln:

  • Strombelastung deutlich unter dem aufgedruckten C-Wert halten.

  • Aufgedruckte Stromkapazität zu nicht mehr als 80 % beanspruchen.

  • Kurzschlüsse, zum Beispiel beim Anlöten der Stecker, unbedingt vermeiden.

  • Beim Einbau auf Luftkühlung achten. Nicht in Schaumstoff o.ä. einwickeln.

  • Ausschliesslich moderne, computerisierte Lipo Ladegeräte einsetzen.

  • Nicht unter 3.0 Volt pro Zelle entladen.

Hier die einzelnen Spannungen (in Volt) eines 5-Zellen Akkus nach dem Flug (F2B Programm)

Hier die Zellenspannungen nach dem Laden

Hier die Zellenspannungen nach dem Laden

  • Ladestrom gering wie möglich einstellen, typischerweise das 1 - 2 fache der Kapazität/1000.

  • Nie unbeaufsichtigt laden.

  • Langzeitlagerung, in feuerfesten Lipo Taschen, geladen auf ca. 50% der Kapazität. (Alle 2-3 Monate nachprüfen)

Das Ende der Lebensdauer ist absehbar, wenn die Batterie unter Last, das heisst in Manövern während
dem Flug eine Spannung von ca. 3.0 V pro Zelle unterschreitet. Wird im Normalbetrieb, d.h. beim Fliegen
eines std. Programmes, die auf 3. 0 V eingestellte Abschaltschwelle* im Flug erreicht und spricht deswegen
die automatische (soft cutoff, nicht hard) Reduktion der Leistung an, so ist die Batterie fachgerecht zu
entsorgen.

VORSICHT:

Auch ein entladener oder defekter Akku kann bei Kurzschluss einen gefährlich hohen Stromfluss verursachen!

Heute, im Juni 2011, bin nicht in der Lage Genaueres zur Lebensdauer meiner Batterien zu sagen. Meine fünf Akkus des Typs DesirePower V6 SP 2600 mAh. 5S1P 25C haben je ca. 40 Entlade-Ladezyklen hinter sich beginnen erste Symptome der Alterung zu zeigen:

  • Temperatur nach der Landung ca. 50 - 60 C

  • Leichte Blähung

  • Deutlich längere Ladezeit

  • Höherer Innenwiderstand, d.h. leicht reduzierte Regelgeschwindigkeit

Unterdessen habe ich auch 6 Batterien der neuen Version 8 des gleichen Typs 8 (DesirePower V8 SP 2600 mAh. 5S1P 25C) im Einsatz. Sie zeigen keines der oben erwähnten Symptome, haben aber erst ca. je 10 Zyklen.

*Ich habe zwei Fälle erlebt, bei denen die auf 3.2 V eingestellte Unterspannungssicherung im ersten Flug mit einer neuen Batterie angesprochen hat. In diesem Fall macht es Sinn den Fehler sauber zu dokumentieren und die Batterie zurückzugeben (Garantie).

Energieverbrauch von „PC-21/2 E“

Tragfläche

43 qdm

Flügel, inkl. Flaps

Gewicht

1"798 Gr.

Mit Batterie 5S 2'600 mA/h

Kabel / Länge

0.39 mm / 19.5 m

Oese-Oese

Rundenzeit

5.35 sec

-

Propeller

13" x 4.5"

2-Blatt APC Electric Pusher

Drehzahl eingestellt

9'553 RPM

Am Programmiergerät FM-9

Motor-Laufzeit

5" 20"

Ende Hochfahren bis Abschaltung

Verbrauch

1'850 mA/h

(Nachladung)

Bei einer aufgezeichneten Spannung (unter Last) von 20.9 V am Anfang des Fluges und 18.2 V (3.65 V/Zelle) am Ende, fliesst im Horizontalflug ein Strom von bei ca. 25 A und die kurzen Stromspitzen in Manövern erreichen 35 A. Um ausreichend Spannungsreserve für die Drehzahlregelung bereitzustellen, setze ich einen 5 Zellen Akku (18.5 V) mit einer maximalen Kapazität von 2'600 mA/h ein. Diese Batterie ist maximal mit 25 C, also mit 2"600/1000 x 25 = 65 A, belastbar, wiegt 330 Gramm und kostet Fr. 58.-: Typ: DesirePower V8 SP 2600 mA/h 5S1P bei www.eflight.ch oder www.desire-batterie.de

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Propeller

Die ausschliesslich für elektrische Antriebe entwickelten APC E Luftschrauben zeichnen sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad aus. Darüber hinaus sind sie leicht und fast überall im Fachhandel günstig zu erwerben. In letzter Zeit haben einige Piloten herausgefunden, dass die Auswirkungen von Drehmoment und
Kreiselkraft auf den Leinenzug in bestimmten Manövern dann von Vorteil ist, wenn die Luftschraube links herum läuft. Um diesen Effekt auszunutzen verwenden sie sogenannte "Pusher" also linkslaufende Propeller. APC Propellers stellt davon eine ganze Reihe unter der Bezeichnung Thin E (für Elektro) und P (für Pusher) her. Diese sind zwar nicht überall vorrätig, können aber per Sonderbestellung von jedem Fachhändler kurzfristrig beschafft werden.

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Zwei Dinge gilt es zu beachten

  • Die Bohrung der APC E (Thin Electric) Propeller ist nicht mittig. Sie ist deswegen zuerst um ca. 1 mm Durchmesser grösser als die Motorwelle aufzubohren. Die genaue Zentrierung geschieht danach durch das Einlegen eines passenden Ringes in die Eindrehung auf der Rückseite des Propellers. Solche Ringe liegen jedem E Propeller bei, sie werden mit einem Tropfen Sekundenkleber gesichert.

  • Die Nabe der dünnen E Propeller ist eher knapp dimensioniert. APC empfiehlt deswegen eine bestimmte Drehzahl nicht zu überschreiten. Diese Grenzdrehzahl berechnet sich so: 145'000 dividiert durch den Durchmesser in Zoll. Für eine 13 Zoll Luftschraube ergibt sich ein Grenzwert von 11'153 U/min.

Datenspeicherung

Die Regler der Phoenix ICE Baureihe von Castle Creations enthalten einen Datenspeicher (Data Logger). Die Funktionen des Speichers sind vom Anwender frei programmierbar. Um die während dem Flug gespeicherten Werte auszulesen, wird der im Modell eingebaute Regler über das 3-adrige Servokabel (mit einer passenden Schnittstelle) mit einem PC verbunden.

Die USB Schnittstelle ist im Fachhandel erhältlich und das dazu benötigte Programm kann von der Castle Website kostenlos heruntergeladen und installiert werden. Das mitgelieferte Programm "CastleLinkGraph Viewer" erlaubt zudem die graphische Darstelleung der gespeicherten Daten. Diese Werte können
gespeichert und graphisch dargestellt werden:

Bezeichnung

Einstellung

Einheit

Battery Voltage

Batteriespannung

Volt

Battery Ripple

Spannungsimpulse am Eingang des Reglers

Volt

Battery Current

Batteriestrom

Ampere

Controller Temperature

Regler Temperatur **

C

Controller Input Throttle

Leistungseinstellung

%

Controller Motor Power Output

Motorleistung

Watt

Motor RPM

Drehzahl ***

U/min

** Im Programm "Castle Link Graph Viewer" muss dazu unter "View" die Anzeige auf "Celsius" umgeschaltet werden. Die maximal zulässige Temperatur beträgt 100 C .

*** Im Programm "CastleLink" müssen dafür, unter "Edit", die Polzahl, der Kv Wert und die Getriebeübersetzung des Motors abgespeichert werden.

Die Dauer der Aufzeichnung hängt von der Anzahl der registrierten Parameter und der Messfrequenz ab. Beides ist programmierbar. Werden beispielsweise Spannung, Strom und Drehzahl mit jeweils 10 Messungen pro Sekunde erfasst. Die Aufzeichnung beginnt beim ersten Flug. Nach Ablauf der Zeit, hier 15
Minuten, schaltet sich die Messung ab, d.h. ein automatisches Überschreiben des Speichers findet nicht statt. Hier das Beispiel einer Darstellung von geregelter Drehzahl und nachgeführtem Strom über die Zeit eines Fluges.

Auf diese Art können die elektrischen Werte eines Fluges dokumentiert werden. Hier das Flugdiagramm eines 45 qdm / 1"824 Gramm Modelles (PC-21/2 E), bei dem ein APC 13" x 4.5" 2-Blatt E P Propeller mit konstant 9'800 U/min drehte. Stromquelle war ein 5-Zellen (5S) 18.5V Akku mit einer Kapazität von 2"600 mA/h. Jedes einzelne F2B Manöver ist auf Grund des Stromflusses (Current A, grüne Kurve) identifizierbar. Dabei ist gut zusehen, wie der Strom (die Leistung*) innerhalb eines Manövers beträchtlich erhöht, bzw. verringert wird.

*Die jeweilige Leistungsaufnahme des Motors in Watt ist gleich dem Produkt von Strom x Spannung, d.h. W = Grüner Strom in Ampere x rote Spannung in Volt.

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Aussichten

Mit grossem Interesse verfolge ich die Arbeiten verschiedener Kameraden zum Thema adaptive, d.h. von verschiedenen Flugparametern abhängige, Leistungsregelung für F2B Antriebe. Fähige Köpfe wie Igor Burger, Wolfgang Nieuwkamp, Kim Doherty, Wilbert Hubin, Erik Jansen, Wolfgang Mahringer und Andere befassen sich sehr ernsthaft mit den nicht ganz einfachen Aspekten dieser Thematik. Es ist durchaus denkbar, dass ihre Anstrengungen in absehbarer Zeit zu weiteren Fortschritten führen werden. Auch bei den Batterien sind Fortschritte zu erwarten. So meldet beispielsweise Norman Whittle aus den USA sehr gute Erfahrungen mit einer neuen Batterie von ThunderPower. Diese soll, dank sehr geringem Innenwiderstand, nicht nur eine sehr schnelle Regelung ermöglichen, sondern darüber hinaus auch mehr als 500 (!) Zyklen erreichen und dabei mit bis zu 12 C in 15 min geladen werden können. Bei den Propellern hören wir von einem APC Projekt, welches für Ende 2011 eine EP Luftschraube mit breiteren Blättern, zu Verbesserung des Bremseffektes, ankündigt,

Was eigentlich bedeutet, dass es heute an der Zeit wäre, auf den Zug aufzuspringen

11.Juli 2011
Peter Germann

Ein elektrischer Antrieb für F2B- [PDF Dokument] 1,6Mb
Ein elektrischer Antrieb für F2B- [Web- Paper]

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