Wie wichtig ist der Wirkungsgrad

Hallo Leute,

ich möchte gerne eine Diskussion anregen über die Wichtigkeit des (Gesamt-)Wirkungsgrads bei der Antriebsauslegung mit Elektromotoren.

Der Gesamtwirkungsgrad setzt sich ja zusammen aus dem Produkt der Einzelwirkungsgrade, die wären

W-Akku * W-Regler * W-Motor * W-Getriebe * W-Luftschraube = Gesamt-W

Die Wenigsten legen heute einen neuen Antrieb mit Getriebe aus, daher setze ich W-Getriebe = 1.
W-Akku und W-Regler liegen sicher auch bei deutlich über 90%, daher bleiben als hauptsächliche "Energieverschwender" der Motor und die Luftschraube. Über Luftschrauben weiß ich nichts, vielleicht kann ja hier mal jemand ein bißchen Aufklärung leisten, aber ein typischer Wert für W-Luftschraube ist wohl 70%

Bleibt der Motor.

Meiner Einschätzung nach kostet der max. mögliche Wirkungsgrad eines Elektromotors Geld, bei einer bestimmten Bauart. D.h. zum Beispiel ein billiger China-Motor besitzt einen max. möglichen Wirkungsgrad von ca. 70% (BL-Aussenläufer), hingegen besitzt ein Motor gleicher Bauart aus deutscher / europäischer Fertigung einen max. möglichen Wirkungsgrad von über 80%.

D.h. man muss sich bei der Antriebsauslegung entscheiden, ob man einen günstigen Motor wählt, der bei einer geforderten Leistung mehr Strom verbraucht, oder einen teureren, der die gleiche Leistung bei einem geringeren Stromverbrauch erbringt.

So, nun zum Kern:
Wenn man Drive-Calc anwirft kann man sich viele verschiedene Konfigurationen (Motoren / Propeller und damit Gewicht und Preis) aussuchen die die geforderte Leistung abgeben, die z.T. im tatsächlich erreichten Wirkungsgrad stark vom max. möglichen Wirkungsgrad abweichen, daher meine Frage:

Wie wichtig ist der Wirkungsgrad einer Antriebsauslegung?
Welche Rolle spielt er im täglichen Fliegerleben?
Wie ist der Zusammenhang zwischen Wirkungsgrad und max. erreichbarer Flughöhe/Steighöhe?

Ich freue mich auf eine anregende Diskussion

Gruß
Olaf

ich spare mir mal meine meinung hier nochmal aufzuschreiben.


wie ich das sehe, steht hier:
http://www.powercroco.de/Eta.html
http://www.powercroco.de/EtaAuslegung.html
http://www.powercroco.de/propelleranpassung.html
http://www.powercroco.de/Auslegungsoptimierung.html
http://www.powercroco.de/regler.html


was noch extrem wichtig ist: maximale wirkungsgrade sind schall und rauch, einzig interessant sind die wirkungsgrade im vorgesehenen arbeitsband. der arbeitspunkt liegt meist ganz wo anders als eta max und schwankt nach dazu ständig, wenn teillast geflogen wird.

insgesamt kann man diese frage nicht betrachten, ohne ein optimierungsziel (flugdauer, steigleistung, geschwindigkeit, geräuscharmut....) festzulegen - die lösung der jeweiligen aufgabe kann sehr unterschiedliche auslegungen fordern.


DAS allgemeingültige optimum gibt es eben nicht.

vg
ralph

ich habe immer als Faustformel die Gesamt Nenn-Leistung des Antriebs x 80% gerechnet. Nach den Ausführungen von Ralph kann ich das noch deutlich nach unten korrigieren.
Werte um 60-65% kommen der Wirklichkeit wohl näher.

Hi Olaf,
du nimmst mal typisch 70% für den Prop an,
ich glaube eher, 80% sind für uns eine extrem gute Anpassung, eher nicht erreichbar, da dazu D/H so ca. 1 sein muß, dazu muß die Fluggeschwindigkeit auch ziemlich genau passen. Beides ist bei unseren typ. Anwendungen kaum der Fall.
Also 70% ist für uns eher ein Max. wert, üblich ist eher 40-60%.
Jedenfalls ist mit einen guten Propanpassung meist mehr zu holen als beim Motor.
Grüße, Gerhard.

Servus
Motorwirkungsgrad ist auch wichtig in Bezug auf Kühlung.
Da die Motoren das, was zu den 100%, fehlt dummerweise größtenteils in Wärme umsetzen.
Und da machen bei einem 1000Watt Antrieb die 10 % die der Chinaklingel fehlt eben einen 100 Watt Lötkolben aus.
Und der wiil eben auch gekühlt sein.
Ansonsten ist für einen "Normalanwender"der Wirkungsgrad in meinen Augen egal.
Es gibt ja heute für fast alle Fälle den passenden Antrieb, da nimmt man einfach dem 1 Nummer größeren, dann passts schon.
In der Anfangszeit wars da schon schwieriger, da die Antriebe eigentlich immer zu klein waren.Aber wer denkt heute noch an Mabuchi Zeiten?

Im Wettbewerb siehts schon wieder anders aus.
Wenn Akku und Motorgewicht vorgegeben sind machts eben der Wirkungsgrad.
Und wenn beim Pylonfliegen die letzte Runde nichts mehr geht hätte es mit einem besseren Wirkungsgrad noch gereicht.

Mir persönlich ist der Wirkungsgrad wurscht.
Schmeiss ich eben ein Kilo mehr Lipos rein und die Antriebe sind eh immer zu klein :-)))
Gruss Franz
www.fschwerelos.de

franz,

genau, was auch in meinem ersten link steht

du hast dieses klemm- monster gebaut ?

vg
ralph

Getriebe

Getriebe

Also grundsätzlich ist ein Getriebe im Antrieb alles andere als out!
Ein Reisenauer- Getriebe liegt bei eta= 98%, Kontronik, Hacker, Plettenberg und Maxxon liegen kaum darunter. Bei einer Übersetzung von ü= 4 bis 7 zu 1 vergrößert sich der Luftschraubendurchmesser um den Faktor Wurzel aus ü.
Wenn man dann noch bedenkt, dass der Wirkungsgrad einer Luftschraube mit der dritten Potenz der Drehzahl sinkt, steht das Getriebe auf einmal gut da!
Nebenbei: die umsetzbare Leistung erhöht sich bei (klar, brushless) Außenläufern (natürlich nicht bei der "Fahrradklingel) mindestens proportional zur Drehzahl, bei hochwertigen Innenläufern (sogar hochwertigen Bürstenmotoren) fast quadratisch zur Drehzahl!
Jetzt wird sicher klar, warum z.B. ein Plettenberg HP 220/37 A1 P4 7:1 (330g) so unglaublich hohe Steigleistungen (2-3 sec. auf 400m) im F5B- Wettbewerb (2-3 oder noch mehr kW) mit 17 bis 18 Zoll- Schrauben erreicht.
Ähnliche Werte stemmen Antriebe der Firmen Lehner + Reisenauer und s.o. !
Nochmal ausdrücklich, sogar Außenläufer mit Getriebe (kurzzeitig höchst überlastfähig!) kommen in Mode!
Gruß Bernhard

Hallo Bernhard,
Getriebe oder nicht, hat doch nix mit Mode zu tun.
Durch den Umschwung zu BL Motoren haben wir eben wesentlich leistungsfähigere Antriebe erhalten. Dadurch ist das Getriebe etwas ins hintertreffen geraten.
Getriebe kostet eben (meist) zusätzliches Gewicht und Geld, sowie mehr Arbeit bei der Abstimmung des Antriebs.
Das Getriebe hat die E-flieger schon immer gespalten.

getriebe:
blos nicht den üblichen glaubenskrieg.....
wo es sinnvoll ist, spricht tatschlich nix gegen das getriebe.
besonders bei wirklich hohen leistungen und großen propellern und platzarmut.

es sei denn, geräuscharmut oder geringer preis oder pflegearmut ist das optimierungsziel und es steht reichlich platz zur verfügung.

besagte 98% erreichen auf dauer nur gut gepflegte getriebe.
maxxon spricht auf seiner webseite selber von deutlich weniger als 98% wirkungsgrad.
aber vielleicht bauen die ja schlechtere getriebe, als die anderen

al+ getriebe:
die grenze für sinnvoll ist ein untersetzungsfaktor von > ca. 3.
bis dort kann ein entsprechend ausgelegter (optimierter) direktantrieb ebenbürtig ausgelegt werden, sofern der platz ausreicht (durchmesser!!)

belastbarkeit:
es gibt auch aussenläufer, die 7kw für >10sek umsetzen und nur 335g wiegen.
auch so sind derartige steigleistungen erreichbar.



vg
ralph

Zahnriemengetriebe sind bei grossen Props auch ein Sicherheitsfaktor als Trennelement zwischen Propeller und Motor: quasi Kupplung.

Ich hab auch mal gedacht Wirkungsgrad egal, Akkus haben eh genug Kapazität, die 5% weniger Flugzeit merkst du eh nicht.

Die Denke ist aber m.E. falsch.

Motoren werden in erster Linie nach Gewicht ausgelegt. Für ein 2m Kunstflug-Modell nimmst du z.B. einen 600g Motor. Mal ein Bsp. für zwei Motoren in dieser Klasse:
Nehmen wir mal an das beide Motoren gleich viel Abwärme abführen können. Bleiben wir bei dem Beispiel und unterstellen 1kw Abgabeleistung im Mittel und 80% bzw. 85% Wirkungsgrad. Der Mittelwert wird etwa gleich bleiben weil man für Geradeausflug die gleiche Leistung benötigt. Der bessere Motor muss nun 176W, der schlechtere 250W abführen ist also nach dem Flug deutlich kühler. Was macht man in so einem Fall?

Man schraubt einen grösseren Propeller auf den kalten Motor. Schliesslich kann man nie genug Leistung haben.

Anders herum kann man auch den Motor kleiner auslegen wenn der Wirkungsgrad stimmt. Das versuche ich gerade mal umzusetzen.

@powercroco: Deine Seite ist ja echt interessant, die kannte ich bisher noch nicht

@hänschen:
W-Akku * W-Regler * W-Motor * W-Getriebe * W-Luftschraube = Gesamt-W
0,95 * 0,90 * 0,70 * 0,90 * 0,65 = 35% der im Akku gespeicherten Energie wird als Leistung vom Propeller abgegeben!

Ausserdem ist klar, der max mögliche Wirkungsgrad interessiert nur am Rande, Verlauf und Wert im gewählten Betriebspunkt sind entscheidend. Und da kann eine Chinaklingel bei gegebener Leistung einem KonPlettHacker durchaus überlegen sein, da diese Hersteller ja auch Baureihen haben, die keinen fließenden Übergang darstellen.

Wie Malte schon sagt, spielt Gewicht bei uns Elektrofliegern eine große Rolle. Es könnte also durchaus sinnvoll sein, eine Antriebsauslegung mit einem kleineren Motor mit flachem Eta-Verlauf zu wählen. Der Auslegungspunkt wird wohl immer jenseits von Eta max liegen, was aber nichts ausmacht, denn wer von uns fliegt schon die ganze Zeit Vollgas

Ausserdem wurde gesagt, dass ein möglichst großer Propeller-Durchmesser anzustreben ist. Allerdings werden dann H/D Verhältnis, J und Eta Propeller relativ klein und damit auch die Strahlgeschwindigkeit.

Was haltet ihr denn nun für angemessene Geschwindigkeiten?
Was haltet ihr für ein angemessenes Schub / Gewichtsverhältnis?

Gruß
Olaf

the_fly schrieb:

Was haltet ihr denn nun für angemessene Geschwindigkeiten?
Was haltet ihr für ein angemessenes Schub / Gewichtsverhältnis?

Gruß
Olaf

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WOFÜR?
die frage nach optimierungsziel ist hier nicht beantwortet.

vg
ralph

Franz, ich kann mich deiner Meinung nur zu 100% anschließen!

Viele Grüße, Michael

Hi,

die 10 % die der Chinaklingel fehlt

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würde ich aber nicht ganz so pauschalisieren. Ich habe erst kürzlich einige China-Motörchen auf dem Prüfstand gesehen die im oberen 80% Bereich (88%) vom Wirkungsgrad im Arbeitsbereich lagen und damit gleichauf zu vergleichbaren Antrieben aus europäischer Fertigung. Die Chinamänner lernen auch dazu.

Wichtig ist die Abstimmung des Antriebs, dann kann auch ein China-BL gute Leistungen bringen.

Grüße

Frank

@ralph: Nee klar, du hast völlig recht. Aber unsere Optimierungsziele sind ja auch jedesmal anders.

Ich hatte mir ne Art Tabelle vorgestellt, in der Art:
Segler : vopt = 10 m/s; Schub = 0,5 * Gewicht
Normalmodell: vopt = 15 m/s; Schub = 0,8
Renner: vopt = alles was geht; Schub = min. 0,4
3d: vopt = Min 10 m/s; Schub = alles was geht
Aircombat: vopt = alles was geht; Schub = min. 1,5

Würdest du den Zahlen so ungefähr zustimmen, oder gibt es einen systematischeren Ansatz?

Gruß
Olaf

frank,

kein wunder.
zum einen werden "deutsche markenmotoren" ja seit jahren dort gebaut. da wurde alles incl. knowhow hintransferiert.

und dann gibt es dort auch firmen, die jeden input von nichtfachleuten, (über den die hiesigen alteingesessenen erhaben die nase rümpfen) regelrecht aufsaugen und zeitnah umsetzen.

das ergibt in der summe ein hierzulande (im modellmotorenbau) inzwischen völlig unbekanntes innovationstempo.
wie wichtig qualitätssicherung ist, begreift man auch zunehmend.
dazu haben sie dort (noch) den nicht unerheblichen produktionskostenvorteil.

olaf,

ich denke, das ist zu einfach gestrickt.

vg
ralph

Wirkungsgrad ?

Wirkungsgrad ?

Hi

Dazu fällt mir ein das die WW2 Jäger etwa 50 % der Wellenleistung in Steigleistung umsetzen konnten.
Da muste der Prop schon 80 % bringen, da das Flugzeug um zu fliegen auch noch Leistung brauchte,
Aber seht Euch die Props doch mal an:
Durchmesser 1/3 tel Spannweite und Blätter so gros wie eine Bierzeltganitur
Sicher NICHT ohne grund.
Dazu ein dünnes Proviel, jedenfals aussen.
Steigung "überquadratisch" !
Rechnet Euern Liebling doch mal nach.
Wellenleistung ; Gewicht ; Schub bei 600kmh
Da kommen nur 1/8 tel bis 1/10 tel bei raus, also für eine Tonne Gewicht 100 kg Schub
Das heist auch : Gleitwinkel 1 zu 10 !! bei 600 kmh.
Bei Start und Steigflug (300 kmh) etwa 1/4 bis 1/5 tel Schub durch die Verstellung ! Mehr hatten die nicht .
Auch die ME 163 ging NICHT senkrecht, aber mit 100 m Steigen/sek (bei 600kmh) war sie 5 mal schneller oben wie die Kolbenjäger !
Der Schwachpunkt im Wirkungsgradgetriebe ist bei Modellen immer der Prop, der ist kaum zu errechnen da die Flugsituation nicht eingegeben werden kann.
Das trifft die Leistungsschwachen Antriebe aber stärker als die, die sowiso senkrecht gehen.
Bei schwachen Antrieben muss der Pilot erlernen wie stark er das Modell "an die Latte" hängt.
Bei mehr Schub als Gewicht fliegt das Modell immer dem Antrieb hinterher.

Gruß Aloys.

FamZim schrieb:

Hi

Auch die ME 163 ging NICHT senkrecht, aber mit 100 m Steigen/sek (bei 600kmh) war sie 5 mal schneller oben wie die Kolbenjäger !
Gruß Aloys.

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warum nicht?
Eine Extra (Original) z,B, steigt doch auch einen gewissen Bereich senkrecht.
Wenn die Me 163 mit 100 m/sek stieg ? Aerodramatik ?