Bürstenlose Motoren im LOGO-30 NA00056A.gif (1597 Byte)

Inzwischen habe ich zwei verschiedene bürstenlose Motore getestet und vermessen. Den KBM 39-4 und den KBM 77-4, beide von Kontroniks.

KBM 39-4
KBM 77-4
Tango 45-04 (neu !!! ab Anfang 2000)

Der KBM 39-4

Konfiguration:

Motor: Kontroniks KBM 39-4
Regler: Kontroniks 3SL 25-14-32
Akku: 30x Sanyo RC2000

Pitcheinstellung:

Hier fällt auf, daß der Schwebepitch recht hoch liegt. Den gesamten Pitchbereich habe ich derzeit auf -5 bis +10 Grad eingestellt. Der Schwebepitch liegt bei ca. 7 Grad bei 1100 U/min. Das dürte daher die niedrigste brauchbare Drehzahl für den Logo-30 sein.

Drehzahlregelung:

Den Drehzahlregler steuere ich mit einem Schieberegler zwischen 0 und 1400 U/min. In Mittelstellung hat er die empfohlenen 1100 U/min für den Schwebeflug.

Die Drehzahlregelung des Kontroniks-Reglers arbeitet einwandfrei. (Seit Anfang 1999 gibt es einen Softwareupdate mit veränderter Regelcharakteristik. Dieser Update ist unbedingt empfehlenswert). Der Logo läuft absolut ruhig und zuverlässig und ist so auch für Fotoarbeiten gut geeignet.

Eine technisch bedingte Eigenart hat der Regler mit dem sensorlosen Motor. Beim Hochlaufen muß der Regler erst die Stellung des Motors erkennen und kann dann hochfahren. Das führt zu einem kraftvollen Zittern der Motorachse für ca. 2 Sekunden. Danach läuft der Motor an.

Betriebstemperatur:

Der KBM 39-4 wird nach einem Akkupack ca. 80 Grad heiß (gemessen mit einem Präzisionsthermometer). Wenn man zum Test draufsp... ähh Wasser darauf tropft, so zischt es noch nicht, verdampft aber schnell. Der Regler wird ca. 45 Grad warm.

Der Hersteller und ein Modellbaugeschäft haben mir dringend geraten, den Motor zwischen den Flügen abkühlen zu lassen da sonst die Befestigungsringe des Motors schmelzen können. Ich habe es nicht ganz so kritisch empfunden. Wenn ich nach kurzer Abkühlphase (nach 10 Minuten hat der Motor noch 50 Grad) fliege, dann erreicht der Motor immer noch keine 100 Grad. Vielleicht liegt das auch daran, daß ich ohne Kabinenhaube geflogen bin.

Der Motor hat ein Kohlefasergehäuse. Dieses leitet die Wärme nur schlecht ab, wodurch er heißer wird. Dafür spart man Gewicht, was der Flugzeit zugute kommt. In der Praxis macht man sowieso mindestens 10 Minuten Pause zwischen den Flügen.

Motorleistung:

Wenn man abhebt, so ist man bereits nahe der Voll-Pitch Stellung. Der LOGO hebt langsam ab und verhält sich auch im Bodeneffekt recht gutmütig und ist einfach steuerbar (mit 100% Stabilisierung im Rotorkopf). Gibt man voll Pitch (bei 1100 U/min) so steigt der LOGO recht flott.

Bei 1400 U/min dreht der Regler praktisch auf Vollgas. Der LOGO schwebt auch so recht sauber und läßt sich gut kontrollieren. Gibt man jetzt aber voll Pitch, so hört man wie der Motor langsamer wird und leicht abwürgt. Es scheint als sind die vom Hersteller empfohlenen 1100 U/min die optimale Einstellung. Man soll die Flugzeit sogar noch um ein bis zwei Minuten verlängern können, wenn man auf 1000 oder sogar 900 U/min heruntergeht, was vom Hersteller aber nur guten Piloten empfohlen wird. Damit hätte man dann eine Schwebeflugzeit von über 10 Minuten, was für einen 4,8 kg schweren Elektrohubi sehr gut ist.

Mehr kann man dem KBM 39-4 jedoch nicht abverlangen. Aufgrund seiner Konstruktion entnimmt er dem Akku nicht genug Strom um mit höherem Pitch zu fliegen. Damit eignet er sich vor allem für gemütlichen Rundflug. Kritisch wird es allerdings, wenn man Abfangmanöver durchführt. Der Logo-30 sackt stark durch, da die Drehzahl einbricht. Dieser Motor ist für den 5 kg schweren Logo-30 daher nur bedingt geeignet. Es dürfte ein guter Motor für den leichteren Logo-20 sein.

currpm.gif (23182 Byte)

Dieses Bild zeigt die Stromaufnahme bei verschiedenen Drehzahlen. Deutlich erkannt man, daß der Motor nie mehr als 20A aus dem Akku entnimmt. Das ergibt bei 35 Volt ca. 700 Watt Maximalleistung, zuwenig für den schweren Logo-30.

Genaue Meßwerte zu diesen Themen findet man auf der Telemetrieseite !

Flugzeit:

Gemessen habe ich bisher nur die Schwebeflugzeit. Hier gehen aber viele Parameter ein, sodaß ein direkter Vergleich nur unter Berücksichtigung aller Werte möglich ist:

Drehzahl : 1100 U/min
Rotorkopfstabilisierung: 70 %
Außentemperatur: 28 Grad
Wind: windstill
Akku: 30x RC2000 Sanyo
Blätter: SV Blätter, S-Schlag linksdrehend.
resultierende Schwebeflugzeit: 8,5 Minuten (bei -3 Grad Außentemperatur hatte ich nur 7,5 Minuten Flugzeit, was aber auch an den anderen Vario-Blättern liegen könnte).

Der KBM 77-4

Konfiguration:

Motor: Kontroniks KBM 77-4
Regler: Kontroniks 3SL 40-14-32
Akku: 30x Sanyo RC2000

Pitcheinstellung:

Aufgrund der höheren leistung des KBM 77-4, habe ich einen Pitchbereich von -5 bis +11 Grad gewählt. Als Standarddrehzahl strebe ich 1200 U/min an.

Drehzahlregelung:

Den Drehzahlregler steuere ich mit einem Schieberegler zwischen 1100 und 1300 U/min, mit 1200 U/min in Mittelstellung. Falls die Drehzahl hörbar absinkt bedeutet das, daß der Drehzahlregler auf Vollgas steht. So kann man akustisch die Leistungsgrenzen während des Fluges erkennen.

Betriebstemperatur:

Das folgende Bild zeigt die Motortemperatur bei zwei aufeinanderfolgenden Flügen:

temp77.gif (7042 Byte)

Bei einer Außentemperatur von 30 Grad, erwärmte sich der KBM 77-4 nach einem 8-Minuten-Flug auf 110 Grad. Während der 2 Minuten Pause zum Akkuwechsel kühlte er auf 90 Grad ab. Danach folgte ein weiterer 8 Minuten Flug. Die Motortemperatur erreichte 130 Grad. Der Motor ist bis 150 Grad spezifiziert, also war alles noch in Ordnung.

Die Flüge erfolgten aber ohne Kabinenhaube. Mit Haube benötigt man ca. 5 Minuten Abkühlpause um unter 150 Grad zu bleiben.

Motorleistung:

Beim Logo-30 hat man leider ein großes Handicap. Man kann die Getriebeübersetzung nicht ändern. Aufgrund der Konstruktion des Logo-30 ist sie auf 1:9,82 fest eingestellt. Daraus folgt, daß die optimale Rotorkopfdrehzahl nur mehr von den Daten des Motors abhängt. Aus diesem Grund habe ich bei verschiedenen Drehzahlen getestet, wie hoch der maximale Pitch (und damit die höchste Motorlast) sein darf.

Bei 1400 U/min reichte die Leistung kaum für +9 Grad Pitch bei mäßiger Steigleitung. Bei 1300 U/min war es besser. Optimale Ergebnisse erzielte ich mit 1200 U/min. Der Motor zog einen Pitch von +11 Grad problemlos durch und die Drehzahl war absolut stabil. Die Steigleistung ist dabei enorm. Also muß der Motor ziemliche Ströme aus dem Akku ziehen, was das folgende Bild beweist:

strom77.gif (18907 Byte)

(Vergleiche auch mit dem Bild des KBM 39-4, weiter oben).

Bei knappen 1200 U/min flog ich wildeste Manöver. Voll Pitch gab ich um 11:00,5. Dabei konsumierte der Motor fast 35 Ampere bei 34 Volt, was fast 1200 Watt ergibt. Das entspricht 1,6 PS (ca.die Leistung eines 7,5 ccm Verbrennungsmotors). Bei soviel Energie kommt selbst der schwere Logo-30 auf Touren. Abfangmanöver sind kein Problem mehr: in ca. 70m Höhe gebe ich -5 Grad Pitch, zusätzlich lasse ich ihn noch relativ schnell vorwärts fliegen wodurch sich ein sehr schneller Sinkflug ergibt. In 2m Höhe reiße ich das Heck um 180 Grad herum und gebe voll positiven Pitch. Die Blätter knallen laut unter dem Druck und der Logo steht sofort. Und das wichtigste: die Drehzahl bricht nicht ein. Ein anderes Manöver: Bei voll positivem Pitch steige ich leicht bei schneller Vorwärtsfahrt. Dann ziehe ich ruckartig zu einem Turn hoch, stelle den Logo gegen die Fahrtrichtung und reiße das Heck herum. Macht man das brutal genug, kann man den Motor leicht abwürgen. Im Normalfall hält er aber die Drehzahl.

Ich denke, daß der KBM 77-4 ein sehr guter Motor für den Logo-30 ist. Er ist im normalen Flug genügsam, hat aber ausreichend große Leistunsgreserven um wilde Manöver durchzudrehen.

Flugzeit:

Drehzahl : 1200 U/min
Rotorkopfstabilisierung: 70 %
Außentemperatur: 30 Grad
Wind: windstill
Akku: 30x RC2000 Sanyo
Blätter: SV Blätter, S-Schlag linksdrehend.
resultierende Schwebeflugzeit: 8,5 Minuten.

Die Flugzeit ist praktisch identisch mit der des KBM 39-4. Das bedeutet, daß der KBM 77-4 genauso sparsam ist obwohl er gute Reserven bietet.

Der Tango 45-04

Konfiguration:

Motor: Kontroniks Tango 45-04
Regler: Kontroniks 3SLH 25-14-32
Akku: 30x Sanyo RC2000

Motordesign:

Auffallend bei diesem Motor ist seine neue Konstruktion. Es ist der erste mir bekannte eisenlose und bürstenlose Motor. Durch den Wegfall des Eisens in den Wicklungen, hat der Rotor keinerlei Drehwiderstand mehr wenn der Motor ausgeschaltet ist. Man kann ihn per Hand leicht durchdrehen und spürt keinerlei Widerstand. Das ist für Modellhubschrauber ein großer Vorteil, da man den Rotor von Hand drehen kann ohne das Getriebe knacken zu hören.

Eine weitere Neuheit sind die Abmessungen des Motors. Er ist erheblich (!) kürzer und etwas dicker als die vergleichbaren (KBM 77-4) Motoren (der Motor passt übrigens ohne Distanzringe genau in das Logo-Chassis). Dadurch, und durch das fehlende Eisen,  bringt er auch ein rekordverdächtiges Gewicht von nur ca. 300 Gramm auf die Waage. Zu vergleichbaren herkömmlichen Motoren spart man fast 150 Gramm, was 3 Akkuzellen entspricht. Es bleibt einem nun überlassen ob man einen leichteren Heli will, oder ob man das gesparte Gewicht mit zusätzlichen Akkuzellen auffüllt und so mehr Spannung zur Verfügung hat. Bis 32 Zellen können verwendet werden.

Die neue Bauweise zeigt sich in einem sehr guten Wirkungsgrad, welcher gute Flugzeiten bringt (siehe unten).

Drehzahlregelung:

Den Drehzahlregler steuere ich mit einem Schieberegler zwischen 1100 und 1500 U/min, mit 1250 U/min in Mittelstellung. Falls die Drehzahl hörbar absinkt bedeutet das, daß der Drehzahlregler auf Vollgas steht. So kann man akustisch die Leistungsgrenzen während des Fluges erkennen.

Betriebstemperatur:

Das folgende Bild zeigt die Motortemperatur bei einer Außentemperatur von 0 Grad:

Die Grundtemperatur von ca. 24 Grad stammt noch vom letzten Flug. Während der 7,5 Minuten Powerflug erwärmte sich der Motor nur unwesentlich. Auch im Sommer dürfte damit eine Betriebstemperatur zu erreichen sein, die mehrere aufeinanderfolgende Flüge ermöglicht. Eine Messung des Motorinneren (Rotor) mit einer Temperatursonde zeigte 65 Grad.
Dieses Temperaturverhalten ist ein echter Fortschritt. Hatten doch die anderen Motore immer hohe Gehäusetemperaturen erreicht, so ist es Kontroniks jetzt gelungen dieses Problem in den Griff zu bekommen, und noch dazu mit sehr gutem Erfolg ! Und Leistung die nicht als Hitze abgestrahlt wird steht als Wellenleistung zur Verfügung !

Motorleistung:

Beim Logo-30 hat man leider ein großes Handicap. Man kann die Getriebeübersetzung nicht ändern. Aufgrund der Konstruktion des Logo-30 ist sie auf 1:9,82 fest eingestellt. Daraus folgt, dass die optimale Rotorkopfdrehzahl nur mehr von den Daten des Motors abhängt. Aus diesem Grund habe ich bei verschiedenen Drehzahlen getestet, wie hoch der maximale Pitch (und damit die höchste Motorlast) sein darf.

(Gelb ... Drehzahl,    Blau ... Leistung)

Um die maximal nutzbare Drehzahl zu ermitteln, flog ich zuerst kurzzeitig mit 1250 U/min (siehe 00:50). Dann wurde die Drehzahl auf 1550 gestellt. Ohne Last schafft das der Motor problemlos. Sobald aber Last gefordert wird, bricht die Drehzahl ein. Bei 01:20 sieht man eine steile Steigflugpassage bei der fast 1kW Leistung abverlangt wurde. Die Drehzahl brach auf 1350 U/min zusammen. Bei späteren Tests, wenn der Akku nicht mehr so frisch war (03:20) wurde noch eine Drehzahl von 1300 U/min gehalten. Das dürfte also die maximal nutzbare Drehzahl dieses Motors im Logo-30 sein.

Der max. Pitch ist auf +10 Grad eingestellt, allerdings merkt man die Drehzahlschwankungen bereits bei Pitchwerten knapp über dem Schwebepitch.

Aus diesem Grund flog ich zwei volle Akkuladungen nochmals mit 1250 U/min. Diese Drehzahl ist optimal. Sie wird in allen Fällen konstant gehalten. Daraus folgt bereits, dass dieser Motor für den gemütlichen Schwebe- und Rundflug ausgelegt ist. Diese Aussage gilt für den Logo-30 mit seinen 5kg Abfluggewicht. Leichtere Hubis können durchaus auch Powerflug mit diesem Motor machen, denn die verfügbare Wellenleistung ist vergleichbar mit 7,5ccm Verbrennungsmotor (z.B. OS46). 

Schwebe- und Rundflugeigenschaften:

Nachdem klar war, dass dieser Motor für gemütliches Fliegen ausgelegt ist, wurde der Leistungsbedarf im Schwebe- und Rundflug gemessen.

Dieses Bild zeigt den maximalen Stromverbrauch bei voll Pitch (+10 Grad) und 1250 U/min. Bei 01:56 im kräftigen Steigflug verbraucht der Motor ca. 32 Ampere. Der 3SLH 25-14-31 mit seinen maximal 40A Spitzenstrom hält das leicht aus. Den durchschnittlichen Strom von ca. 13A schafft er natürlich spielend.

Vergleich mit KBM 39-4 und KBM 77-4:

Im Leistungsvergleich ist der Tango 45-04 stärker als der KBM 39-4 und sehr ähnlich dem KBM 77-4. Spitzenleistungen von knapp über 1kW reichen für einen 5kg schweren 60er Hubschrauber wie den Logo-30 für gemütliches Fliegen aus. Bei 3D Manövern, wie z.B. einem Überschlag aus dem Stand, bricht die Drehzahl ein, weshalb solche Manöver nicht empfehlenswert sind.

Ein echter Hit dürfte die Temperaturentwicklung sein. Hatte der KBM 77-4 noch eine Erwärmung von ca. 90 Grad während eines 8 Minuten Fluges, so erwärmt sich der Tango 45-4 gerade mal um 20 Grad. Allerdings wurde der KBM 77-4 im Sommer und der Tango im Winter gemessen, wodurch sich nicht unbedingt vergleichbare Ergebnisse erzielen lassen. Trotzdem dürfte der Tango 45-4 eine deutlich bessere Kühlung haben. Direkt aufeinanderfolgende Flüge stellen jetzt kein Problem mehr dar.

Flugzeit:

Drehzahl : 1250 U/min
Rotorkopfstabilisierung: 70 %
Außentemperatur: 0 Grad
Wind: windstill
Akku: 30x RC2000 Sanyo
Blätter: Vario Blätter, S-Schlag linksdrehend.
resultierende Schwebeflugzeit: 9 Minuten.
Motorgewicht: 300 Gramm

Die Flugzeit liegt um ca. 6% über den Vergleichsmotoren. Da alle anderen Parameter während der Messung identisch waren, kann diese Steigerung nur von einem besseren Wirkungsgrad kommen.

Fazit:

Der Tango 45-04 hat einige Vorteile gegenüber herkömmlichen bürstenlosen Motoren:

ACHTUNG, dieser wichtige Hinweis erreichte mich von mehreren Hubi-Piloten: Der Tangomotor läuft aus physikalischen Gründen mit einer sehr hohen Taktfrequenz. Der Regler 3SLH 25-14-32 bietet diese hohe Frequenz und ist daher perfekt an den Motor angepasst. Durch diese hohe Taktfrequenz kann es aber zu Störungen der Empfangsanlage kommen. Daher ist vor dem ersten Flug unbedingt ein sorgfältiger Reichweitentest bei laufendem Motor durchzuführen !!!