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Optimierung eines Bl- Motors

© Dr. Ralph Okon 19062007

Konstruktion

Mal ein paar Ausführungen zum großen Voodoo um die Optimierung eines BL an sich.

Eigentlich gilt auch hier heute noch alles, was für jede "Drehstrom"maschine seit der Erfindung des Grundprinzips vor fast 200 Jahren gilt.
Denn der Modellbau-Brushlessmotor ist seinem Wesen nach auch nichts anderes als ein solcher.
Seit der Einführung des LRK- Motors in den Hobbybereich gibt es keine wirklichen enuigkeiten mehr.
Das Grundthema wird immer wieder variiert und in Nuancen auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt.

Die "Jagd" nach einem optimierten Motor ist für die, die sie wie ich betreiben, der wesentliche Inhalt ihres Hobbies.
So wie für die Piloten das Fliegen der Figuren.
Für mich ist der Flieger/Heli genauso nur ein Objekt zum Testen der Motoreigenschaften, wie für die Piloten der Motor nur das Ding ist, das ihnen hilft, vorwärts zu kommen.
Diese von Grund auf verschiedenen Blickwinkel sollte man bei all diesen Optmierungsdiskussionen immer mit bedenken.

Ein Aussenläufer-Bl auf Bastler- bzw. Modellbauniveau hat relativ wenig Teile, sodass alle in Frage kommenden Optimierungsnsätze ziemlich einfach zusammenzufassen sind.
Eine solche Motoroptimierung kann immer nur auf ein bestimmtes Ziel ausgerichtet sein.
Insgesamt ist die Optimierung des Motors als eine Sammlung von Komprommissen ausgerichtet auf einen bestimmten Anwendungsfall zu betrachten.

Grundsätzlich gilt für die Motorauswahl:
Wenn ich die Reserven dafür habe, ist es einfacher, einen Motor einfach eine Nummer größer und schwerer zu wählen, wenn ich mehr Leistung haben will.
Wenn mich also ein paar Gramm Mehrgewicht nicht interessieren müssen, ist es eindeutig der (kosten)effizientere Weg, einen größeren Motor statt eines "high end" Motor zu wählen.
Dieser größere (schwerere) Motor wird mit ziemlicher Sicherhait der Zuverlässigere und Ausdauerndere sein, weil er eben nirgend grenzwertig ausgelegt sein muss.

Für den Sonntagflieger ohne irgendwelche Rekordambitionen reicht die derzeitige Leistungsfähigkeit der käuflichen "Mittelklassemotoren" völlig aus.

Wenn ich in der Lage bin, notfalls einen Magneten selber wieder einzukleben und ein Lager oder eine Welle zu wechseln und jemanden kenne, der mir im Falle des Falles die Wicklung reparieren könnte, sowie in der Lage bin, bei Motorausfall eine vernünftige Notlandung hinzubekommen, dann kann ich ganz beruhigt "China" kaufen und bin damit inzwischen wirklich gut genug bedient!
Btw. gehen natürlich auch Mittel- und Oberklassemotoren kaputt und Eigenbauten natürlich auch!

Sehr wichtig ist in diesem Zusammenhang:
Das größte Optimierungspotenzial liegt im gut angepassten Gesamtsetup. Allein mit dem gut angepassten Regler ist sehr viel zu holen.
Immerhin entscheidet seine Qualität über eine Range von etwa 10% im Wirkungsgrad.
Gerade bei Teillast trifft das noch mehr zu!

Auch ein gut abgestimmter Propeller ist mindestens ebenso wichtig wie der Motor selber.

 

Nun zum Motor selber.

Eine Optimierung erfolgt zumeist in 3 Hauptphasen.

Phase 1
Erstellen des "Lastenheftes".
Dabei muss bereits abgewogen werden, welche Eigenschaften erwünscht sind und eine Priorisierung der oftmas gegensätzlichen Forderungen vorgenommen werden.

Phase 2
Dann wird mit einem theoretischen Modell gerechnet und simuliert.
Die Qualität des Ergebnisses dieser Rechnung ist abhängig von der Qualität des Rechenmodells (also den Vorstellungen des Programmierers der verwendeten Software) einerseits und andererseits davon, wie genau einzelne Materialeigenschaften bekannt sind und inn die Rechnung einbezogen werden können.

Phase 3
Der Praxistest.
Erst hier scheidet sich die Spreu vom Weizen und es zeigt sich, ob die errechneten Eigenschaften auch realisiert werden konnten.
Im Modellbau wird auf diese Phase oft recht wenig Augenmerk gerichtet.
Da werden eher weiter unten aufgezählte Schritte der kommerziellen Optimierung betrieben, aber dem Endkunden gern verschwiegen.
Schlagworte wie "FEMM-optimiert" und "CAD" und "CNC gefertigt" reichen als Kaufanreiz heute eigentlich völlig aus.
Sehr ungern werden harte Daten veröffentlicht - sie würden transparenter machen, wie gut die Produkteigenschaften (Leistungsdaten) im Vergleich zu Mitbewerbern wirklich aussehen.
Wertvolle Dienste leisten da unabhängig erstellte Datensammlungen und Freewareprogramme wie der Antriebsrechner (drivecalc) auf der Basis von HELMUT SCHENKs Arbeiten.

 

Der größte Zauber bei der Optimierung wird noch immer um den optimierten Blechschnitt gemacht.
Die Optimierung des Schnittes kann z.B. erfolgen für: Dass dünne Bleche aus gutem Material zu besseren Ergebnissen führen als dicke aus weniger geeignetem, ist schon aus Bürstenmotorzeiten bekannt.
Blechschnitte gibt es mittlerweile katalogweise zum Auswählen.

Gleiches gilt für ein optimiertes Magnetsystem (Magnete und zugehöriger Rückschluss

auch hier kann Man optimieren z.B. auf:

Blechschnitt, Luftspalt und Magnete und Rückschluß zusammen werden im Zusammenhang mit dem gewählten Schema wird zumeist in Richtung auf hohen Wirkungsgrad und geringes Rasten optimiert.

Die Bewicklung kann optimiert werden im Hinblick auf

Das Gehäuse kann man optimieren auf:

Dann kommt bei gewerblichen Herstellern der für sie wichtigste Schritt:
die kommerzielle Optimierung!
Das ganze Projekt wird optimiert auf einen Kompromiss zwischen maximaler Gewinnschöpfung und minimal nötigen Leistungsdaten um den gewünschten Kaufanreiz zu erzeugen.

Das heisst, was darf (soll) an:

  • Entwicklungskosten
  • Materialverfügbarkeit
  • Materialbeschaffungskosten
  • Herstellungskosten (maschineller und händischer Aufwand)
  • Kosten für Werbung und Vermarktung (incl.Sponsoring von Teampiloten)
  • Gewinnmarge

    • anfallen. Die Auswahl dieses "kommerziellen Optimalpunktes" vollzieht sich fließend, was zu der großen Preisspanne der käuflichen Motoren führt - wenn man einfach den im Grunde seines Wesens nur irrsinnigen "Markenwahn" mal völlig ausser Acht lässt.
    Es gibt sehr einfach gebaute Motoren, die zum Fliegen gut ausreichen und es gibt echte high-end Produkte, die ihren Preis genauso wert sind.

    Für manchen Hobbypiloten ist halt in erster Linie der Vorzeigewert der benutzten Marke wichtig- diese Leute haben eben ein ganz eigenes Hobby.
    Das wird natürlich von den "vorgezeigten" Firmen nach besten Kräften ausgenutzt. (Marketing, Teampiloten...)

    Als Bastler ist man wesentlich freier in seiner Enscheidung.
    Die lange genutzten Schlachtmaterialen aus diversen Laufwerken dienen eigentlich nur noch als Übungsmaterial für den Einstieg und erste Erfolgserlebnisse.
    Unbestreitbar ist inzwischen nachgewiesen, dass eine sehr zeitaufwändige, nicht kosten- und zeit- sondern füllgradoptimierte Bewicklung auch aus einem sehr guten Kaufmotor noch was rauskitzeln kann.
    Diese Wicklungen kann aber keiner wirtschaftlich sinnvoll herstellen oder sie wäre ebenso unbezahlbar wie 0,1er oder gar 0,07er Bleche - aber das ist eben unser Hobby.
    Neue Methoden hinsichtlich der preiswerten Herstellung an unsere Bedürfnisses angepasster Blechschnitte, ein immer breiter werdendes Angebot von Magneten in allen Formen, Größen und Stärken sowie von Bausätzen auch aus besseren Materialien (z.B. 0,2er Bleche) machen es auch dem Selberbauer immer schwerer, die geeignete Auswahl und den FÜR IHN GANZ PERSÖNLICH BESTEN KOMPROMISS zwischen Preis und Leistung zu treffen.

    Fazit: