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Brushless Monsterkopter mit Getriebe - just for fun

eigenbau modellbau multicopter

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49 Antworten in diesem Thema

#1 Woga65

Woga65
  • 628 Beiträge

Geschrieben 04. Dezember 2018 - 20:08

Rotorgröße 28 Zoll / 71 cm, Untersetzung 119 : 50.

Wird er überhaupt abheben?
Mit welchen Motoren wird er wohl abheben?

1) T-Motor MN4004-300KV
2) T-Motor MN4004-400KV
3) Tarot Martin 4008-330KV
4) T-Motor MN4014-330KV

Um das Ganze nicht unnötig aufzublasen, habe ich als Bauform wieder einen T-Kopter mit zwei Hauptrotoren und zwei kleinen Heckrotoren gewählt.

Ob es ein Y4, V-Tail oder vielleicht ein Tricopter wird, entscheide ich nach Lust und Laune.

Die Zahnräder werden wohl nicht lange halten, ich hätte mir die Materialeigenschaften besser vorher angeschaut. Polycarbonat ist zwar sehr widerstandsfähig gegenüber Schlägen, neigt aber zu Spannungsrissen und Abrieb.

Die beste Wahl wäre PA-6, doch das wird im industriellen 3D-Druck noch selten angeboten und ist schweineteuer. Das gängige PA-12 kommt da nicht ran.

Ein Filament aus einer Nylonmischung, die wohl mit PA-6 vergleichbar ist und mit handelsüblichen 3D-Druckern verarbeitet werden kann, ist bestellt. Ich bin gespannt.

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Gerade habe ich die Halterungen für die Hauptrotoren fertiggestellt. Zwecks Austausch der Zahnräder muss ich lediglich den Simmerring entfernen oder alternativ die Klemmschraube vom Stellring lösen.

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Bearbeitet von Woga65, 04. Dezember 2018 - 20:10.

  • Ach-Mett, Upgrade 08/15, bocholter und einem anderen gefällt das

#2 Led_Martin

Led_Martin
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Geschrieben 04. Dezember 2018 - 21:15

Hallo,

mir, der jahrelang im Sondermaschinenbau gearbeitet hat, mit dem Schwerpunkt elektrische Antriebstechnik, gefällt Deine Idee sehr gut.

 

Ich hätte da auch noch ein paar Gedanken dazu: Dem Verschleißproblem könnte man begegnen, indem man statt der Zahnraduntersetzung eine Zahnriemenuntersetzung baut. Dann reibt nicht mehr Kunststoff auf Kunststoff (hart auf hart) sondern Kunststoff auf Gummi. Dabei ist natürlich das andere Zahnprofil zu beachten, das zum verwendeten Riemen passen muß. Da sind unterschiedliche Profile im Gebrauch. Ausserdem wäre meine Idee, wenn man schon ein Getriebe verwendet, dies zur Gewichtsersparnis zu nutzen. Bei entsprechend hoher Untersetzung kann man einen deutlich kleineren Motor verwenden, da er ja nur ein Bruchteil des Drehmoments aufbringen muß, an Drehzahl muß er natürlich zulegen. Die KV-Zahl muß dann um den Faktor des Übersetzungsverhältnisses erhöht werden. Wenn man das weit genug treibt, ist die Kombination aus Getriebe und kleinerem Motor leichter als ein Motor, der den großen Rotor direkt antreiben könnte. Zu beachten ist, daß das Trägheitsmoment der Motor Getriebe Kombination höher ist, als das eines entsprechenden Direktantriebs.

 

Mit freundlichen Grüßen - Martin


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#3 p1lot

p1lot
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Geschrieben 04. Dezember 2018 - 21:27

... wow ::)


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#4 Woga65

Woga65
  • 628 Beiträge

Geschrieben 04. Dezember 2018 - 22:48

Hallo,
mir, der jahrelang im Sondermaschinenbau gearbeitet hat, mit dem Schwerpunkt elektrische Antriebstechnik, gefällt Deine Idee sehr gut.

Ich hätte da auch noch ein paar Gedanken dazu: Dem Verschleißproblem könnte man begegnen, indem man statt der Zahnraduntersetzung eine Zahnriemenuntersetzung baut. Dann reibt nicht mehr Kunststoff auf Kunststoff (hart auf hart) sondern Kunststoff auf Gummi. Dabei ist natürlich das andere Zahnprofil zu beachten, das zum verwendeten Riemen passen muß. Da sind unterschiedliche Profile im Gebrauch. Ausserdem wäre meine Idee, wenn man schon ein Getriebe verwendet, dies zur Gewichtsersparnis zu nutzen. Bei entsprechend hoher Untersetzung kann man einen deutlich kleineren Motor verwenden, da er ja nur ein Bruchteil des Drehmoments aufbringen muß, an Drehzahl muß er natürlich zulegen. Die KV-Zahl muß dann um den Faktor des Übersetzungsverhältnisses erhöht werden. Wenn man das weit genug treibt, ist die Kombination aus Getriebe und kleinerem Motor leichter als ein Motor, der den großen Rotor direkt antreiben könnte. Zu beachten ist, daß das Trägheitsmoment der Motor Getriebe Kombination höher ist, als das eines entsprechenden Direktantriebs.

Mit freundlichen Grüßen - Martin

Danke schön!

Ja, ganau da will ich hin, nämlich in den Bereich, in dem der Effizienzgewinn durch Gewichtsvorteil die Getriebeverluste übersteigt.

Ich muss vorausschicken, dass ich von in der Praxis ausgeführter Mechanik nich die geringste Ahnung habe, das muss ich mir alles erarbeiten. Anregungen und Korrekturen sind also sehr willkommen.

Was Zahnräder angeht, wäre wohl Messing der richtige Partner für Kunststoff. Wenn ich richtig gelesen habe geht es unter anderem um die Trockenlaufeigenschaften. Ich denke, die Ableitung von Verlustwärme spielt auch eine Rolle. Alternativ ginge auch gehärteter Stahl für beide Räder, aber der ist zu schwer.

Um den Verschleiß in Grenzen zu halten, verwende ich zunächst langsam drehende Motoren und relativ große Zahnräder. Wenn man dann irgendwann von Modul 1 auf Modul 0,5 geht, dürfte gewichtsmäßig Luft für besseres Material sein.

Frage zu Zahnriemen. Welche Breite wäre angemessen? Wie dicht konnen die Riemenräder bei gegebener Untersetzung (grob 2-2,4 : 1) beieinanderliegen um die nötige Umschlingung zu halten? Sagen wir mal für ein MXL Profil.

Es ist ja zu beachten, dass die Regelung die Motoren duchaus brachial beschleunigt und abbremst. Plan B könnte so aussehen, dass man die Regelung der Fluglage den direkt angetriebenen Hilfsrotoren am Heck überlässt.

Soviel zunächst einmal dazu, was mein Halbwissen hergibt...

Bearbeitet von Woga65, 04. Dezember 2018 - 22:50.


#5 Mickes

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Geschrieben 05. Dezember 2018 - 09:19

Zur Zahnriemenauslegung kannst Du ja mal bei Mädler reinschauen www.maedler.de. dort gibt es unter Tools ein Java Progrämmschen das so einiges ausrechnen kann. Ob es für die "Kleinen" Dimensionen was für Dich hergibt, kann ich nicht sagen. musst mal schauen.

 

Das ist ja normalerweise eher was für den Maschinenbau was die dort verkaufen. Hab ich aber für meine kleine 1To Fräse im Keller zur Auslegung der Zahnriemen für die Servos schon benutzt.

 

Gruß Mickes


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#6 Kopterfrieda

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Geschrieben 05. Dezember 2018 - 14:34

Materialauswahl und Gewicht.

Die Dichte von Messing ist 8,41 - 8,86 g/cm3 und von Stahl 7,85 - 7,87 g/cm3.

Also Messing ist schwerer als Stahl.



#7 Woga65

Woga65
  • 628 Beiträge

Geschrieben 05. Dezember 2018 - 17:41

Zur Zahnriemenauslegung kannst Du ja mal bei Mädler reinschauen www.maedler.de. dort gibt es unter Tools ein Java Progrämmschen das so einiges ausrechnen kann. Ob es für die "Kleinen" Dimensionen was für Dich hergibt, kann ich nicht sagen. musst mal schauen.
 
Das ist ja normalerweise eher was für den Maschinenbau was die dort verkaufen. Hab ich aber für meine kleine 1To Fräse im Keller zur Auslegung der Zahnriemen für die Servos schon benutzt.
 
Gruß Mickes


Danke, ich schaue mal bei Mädler rein.

Materialauswahl und Gewicht.
Die Dichte von Messing ist 8,41 - 8,86 g/cm3 und von Stahl 7,85 - 7,87 g/cm3.
Also Messing ist schwerer als Stahl.


Danke! Ich habe mich da unklar ausgedrückt. Bei „normal weichen“ Materialien sollten die Partner unteschiedlich hart sein, z. B. Messing - Kunststoff oder Stahl - Kunststoff.

Bei gehärtetm Stahl ist das nicht nötig, beide Räder können aus gehärtetem Stahl gefertigt sein. Das „zu schwer“ bezog sich auf „beide Räder“, selbst bei Modul 0,5 würde das größe Rad einiges wiegen.

#8 el Kopto

el Kopto
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Geschrieben 05. Dezember 2018 - 19:54

Ja, ganau da will ich hin, nämlich in den Bereich, in dem der Effizienzgewinn durch Gewichtsvorteil die Getriebeverluste übersteigt.

 

Interessanter Ansatz. Allerdings glaube ich nicht daran, dass sich diese Punkt mit vertretbaren Mitteln erreichen lässt.

 

Ein MAD 5008-170KV schafft mit 6S proplemlos einen leichten 24 Zoll Prop. Mit 5S oder 4S dann sicherlich auch Deinen 28 Zöller. Der Motor wiegt nur 130g...


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#9 Woga65

Woga65
  • 628 Beiträge

Geschrieben 05. Dezember 2018 - 20:32

Interessanter Ansatz. Allerdings glaube ich nicht daran, dass sich diese Punkt mit vertretbaren Mitteln erreichen lässt.
 
Ein MAD 5008-170KV schafft mit 6S proplemlos einen leichten 24 Zoll Prop. Mit 5S oder 4S dann sicherlich auch Deinen 28 Zöller. Der Motor wiegt nur 130g...


Ja, im mittleren Bereich skaliert das ganz schlecht, dafür sind die Motoren mittlerweile zu gut geworden. Trotzdem ist es auch da noch verdammt eng. Für ein hocheffizientes Setup oberhalb 20 Zoll seid Ihr an gerade mal zwei bis drei Motorhersteller gebunden. Die Masse an Motoren, und es gibt da wirklich gute, scheidet aus, weil entweder zu schwer oder zu hochdrehend.

Im kleinen Maßstab funktioniert es, weil man billige hochdrehende und sehr leichte (meist Bürsten-) Motoren so mit größeren Rotoren betreiben kann.

Bei richtig großen Antrieben wie z. B. in einem 800er Helikopter ist man ohne Getriebe aufgeschmissen, da wären Direktantriebe einfach zu schwer.

Na ja, ich bilde mir auch nicht ein, mit meinen Mitteln signifikante Effizienzvorteile herauszuholen, mir reicht es aus, in Bereiche vorzustoßen, wo jemand mit größerem handwerklichen Geschick und den entsprechenden Materialen signifikante Vorteile herausholen könnte.

#10 keilie

keilie
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  • alles was es nicht zu kaufen gibt
    155:13 Minuten mit rein elektrischem Kopter unter 1Kg Abfluggewicht

Geschrieben 06. Dezember 2018 - 23:33

Bei richtig großen Antrieben wie z. B. in einem 800er Helikopter ist man ohne Getriebe aufgeschmissen, da wären Direktantriebe einfach zu schwer.


Das sehe ich nicht so, es ist heute problemlos möglich ein Motor so zu bauen, dass es im Direktantrieb auch richtig große Props antreibt. 800er Helirotoren zähle ich dabei nicht zu großen Rotoren. Ein Getriebe hat bei Koptern immer ein Nachteil gegenüber Direktantrieb da die Steuerung gewöhnlich ganz einfach über beschleunigen und bremsen der Rotoren funktioniert. Dabei ist jedes Getriebe nur hinderlich. Bei einem Heli läuft dagegen der Rotor mit konstanter Drehzahl, das ist was ganz anderes dafür ist dann halt auch aufwändige und anfällige Mechanik notwendig.

#11 Woga65

Woga65
  • 628 Beiträge

Geschrieben 07. Dezember 2018 - 05:59

Das sehe ich nicht so, es ist heute problemlos möglich ein Motor so zu bauen, dass es im Direktantrieb auch richtig große Props antreibt. 800er Helirotoren zähle ich dabei nicht zu großen Rotoren. Ein Getriebe hat bei Koptern immer ein Nachteil gegenüber Direktantrieb da die Steuerung gewöhnlich ganz einfach über beschleunigen und bremsen der Rotoren funktioniert. Dabei ist jedes Getriebe nur hinderlich. Bei einem Heli läuft dagegen der Rotor mit konstanter Drehzahl, das ist was ganz anderes dafür ist dann halt auch aufwändige und anfällige Mechanik notwendig.

Das Prinzip ist mir wohl bekannt, nur noch nicht die Größenordnungen ab wann was wie relevant wird. Um das einschätzen zu können, baue ich ja den Versuchskopter.

Dass ich dabei möglicherweise bei einer Konstruktion mit Hilfsrotoren oder Steuerflächen lande, ist mir bewusst.

Mein Vergleich mit einem Heli hinkt, da hast Du recht. Dass ein Heli mit schwerem Direktantrieb eher als Wanderdüne daherkäme liegt im Wesentlichen daran, dass man von einem Heli der 5kg-Klasse eine flottere Gangart als von einem Multikopter derselben Größenordnung erwartet. Insoweit ein schlechter Vergleich.

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Die Nylon / PA6 Zahnräder sind im Druck. In den Bildern sind noch die „alten“ Zahnräder aus Polycarbonat zu sehen. Vor dem Druck der hoffentlich endgültigen Räder habe ich das Ganze zusammengebaut, um mögliche Designmängel noch korrigieren zu können.

Einen Mangel habe ich denn auch gleich entdeckt: Die Rotorblätter kommen den im Bild noch nicht montierten Motorritzeln ins Gehege. Die Korrektur ist im Neudruck bereits enthalten.

Da ich die hier geäußerten Vorbehalte durchaus teile, habe ich das Rohr für den Hauptausleger ungekürzt verwendet. Das sichert die Wiederverwertbarkeit und schafft auch Platz für die Realisierung eines Plans B.

Plan B sieht im übrigen so aus, dass im Zentrum ein ganz ordinärer Quadrokopter installiert wird und die größen Rotoren als Booster oder Hauptantrieb am Gaskanal hängen.

Das ganze wiegt, so wie es auf den Bildern zu sehen ist, ohne Rotoren 130 g, mit Rotoren 206 g.

Angehängte Datei  1E615B10-9948-4F81-A1E9-9D5F63FA5D59.jpeg   139,14K   1 Mal heruntergeladen
Angehängte Datei  659CB9C2-E65C-4F40-83A5-2F9E694D6BCB.jpeg   214,18K   0 Mal heruntergeladen
Angehängte Datei  9906A2F1-0EDD-4DCA-9CA2-5F0073146EE5.jpeg   249,45K   1 Mal heruntergeladen
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Die großen Nylonzahnräder sind pro Stück schon mal 10 g leichter als die aus Polycarbonat ...

Bearbeitet von Woga65, 07. Dezember 2018 - 02:14.

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#12 Woga65

Woga65
  • 628 Beiträge

Geschrieben 10. Dezember 2018 - 05:52

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Das PA-6 / Nylon Co-Polymer ließ sich hervorragend drucken. Die Zahnräder fühlen sich jetzt so glatt und schlagzäh an wie im Spritzguss hergestellte.

Der Hauptausleger wiegt jetzt ohne Rotoren 123 g, inklusive Rotoren 199 g. Die Rotoren drehen auf den Kugellagern angemessen leicht und es ist Platz für Rotorblätter und Motorritzel.

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Die Motoren sind installiert. Gesamtgewicht aktuell 326 g.

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Bearbeitet von Woga65, 09. Dezember 2018 - 23:07.

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#13 Mickes

Mickes
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    Parrot Anafi
    Wifree Copter
    Hubsan Stubenfliege

Geschrieben 10. Dezember 2018 - 09:15

Aus dem Bauch heraus würde ich meinen das die großen Zahnräder etwas schwächlich wirken. Kann natürlich auch täuschen. Bin echt gespannt auf den ersten Test im Betrieb.

 

Gruß Mickes



#14 WiSi-Testpilot

WiSi-Testpilot
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    Sony A 6000 (NIR, Vis & UV),
    Flir Vue Pro R 640 (LWIR),
    Connex ProSight (NIR)

Geschrieben 10. Dezember 2018 - 13:27

Es sieht aus, als würdest du eine Kirchturmuhr bauen.
Anstatt der Untersetzung von ~2:1 könntest du einen Motor mit dem halben KV-Wert nehmen.

 

Dein Konzept finde ich sehr gut.
Schau dir man den SAB Goblin Fireball Heli mit Direktantrieb an.
Vielleicht ist so ein Antrieb etwas für dich.
Viele Grüße,
Wilhelm



#15 Woga65

Woga65
  • 628 Beiträge

Geschrieben 11. Dezember 2018 - 00:46

Aus dem Bauch heraus würde ich meinen das die großen Zahnräder etwas schwächlich wirken. Kann natürlich auch täuschen. Bin echt gespannt auf den ersten Test im Betrieb.

Gruß Mickes

Die Befürchtung teile ich, obwohl es sich in der Hand nicht so wackelig anfühlt wie es aussieht. Möglicherweise wäre ich besser auf ein kleineres Modul gegangen, um die Hebel zu reduzieren, die wirken, wenn da etwas nicht genau fluchtet. Wir werden sehen.

Es sieht aus, als würdest du eine Kirchturmuhr bauen.
Anstatt der Untersetzung von ~2:1 könntest du einen Motor mit dem halben KV-Wert nehmen.

Dein Konzept finde ich sehr gut.
Schau dir man den SAB Goblin Fireball Heli mit Direktantrieb an.
Vielleicht ist so ein Antrieb etwas für dich.
Viele Grüße,
Wilhelm

Du meinst diesen hier?
Angehängte Datei  0889105E-0308-4FC8-964C-877CDB49ECD4.jpeg   309,48K   0 Mal heruntergeladen

Den habe ich schon längst erfolgreich „verwurstet“, nämlich hier:
Angehängte Datei  2228B56C-8F0B-4962-BE0D-68C05E2C0C7B.jpeg   305,88K   0 Mal heruntergeladen

Das Fenster für Gewichtseinsparung ist schon ziemlich schmal, mit Verfügbarkeit des MAD5008, da haben die kritischen Vorredner schon Recht, steht für diese Größenordnung schon einen Antriebslösung im Raum die kaum noch zu toppen ist.

Nichtsdestotrotz bin ich gespannt, ob ich die Kirchturmuhr in die Luft bekomme... :D
===========================

Erste Tests am Boden mit einem 3s LiPo.



Bevor man ihn sieht, kann man ihn hören. ;-P

Bearbeitet von Woga65, 10. Dezember 2018 - 17:12.

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