Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

[klarisatec]

Der Herbst steht fast schon vor der Tür und so beginnen die Vorbereitungen für mein nächstes Scale-Projekt.

Das Projekt ist noch ganz am Anfang (also zwischen den Ohren...). Da ich selbst unzählige Berichte gelesen und Vieles daraus umsetzen konnte, werde ich parallel einen Bericht zum Bau- bzw. Entwicklungsfortschritt schreiben. So kann hoffentlich auch der ein oder andere von Euch lesen, lernen, kritisieren oder vielleicht ein bischen schmunzeln...

Das Projekt bzw. die Idee:

Es soll eine Bell 230 von Vario werden. Da ich ein Fan von flüsterleisen Elektroantrieben bin, habe ich mich entschlossen eine Minicopter Joker 3* Mechanik einzubauen.

Joker 3*? Bei meinem letzten Projekt (Raptor 90 E mit 2-stufigem Riemenantrieb) hat mich das leise Fluggeräusch derart faziniert, dass ich gerne dabei bleiben möchte.

Um noch größere und somit schwere Helis betreiben zu können, bedarf es jedoch einer robusteren Mechanik als die Raptor 90E Meachnik . Der Joker 2/3 scheint mir hierfür genau das richtige zu sein. Allerdings ist die Joker 3 Mechanik (die ja an sich schon sehr leise ist) deutlich lauter, als mein Raptor 90 E ...

Also werde ich auch beim Joker einen zweiten Riemen einbauen. Ein ähnliches Projekt hat Thomas bereits gebaut, allerdings mit einem riemenbetriebenen Heckrotor. Nach reiflichem ßberlegen möchte ich einen Starrantrieb einsetzen, der hinsichtlich Höhenposition und ßbersetzung so variabel ist, dass er auch in anderen Scale Helis eingebaut werden kann, u.a. auch mit Fenestron Heckantrieben - eben eine Joker 3* Mechanik.

Als erstes werde ich mich wohl mal an den Computer setzen und das ein oder andere Teil vom Joker 3 ins CAD übernehmen. So kann ich dann einen ersten, groben Größenvergleich anstellen: Rumpf, Länge der Hauptrotorwelle, Höhe der Heckrotorwelle usw.

...dann will ich mal loslegen und das Zeugs zwischen den Ohren auf die Festplatte basteln...

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

ein paar grundlegende Gedanken zum Getriebe:

Mein Joker 3 hat in der ersten Stufe eine ßbersetzung von 14/34 => i1=2,429
und in der zweiten Stufe (Stirnradgetriebe) eine ßbersetzung von 14/67 => i2=4,786
Somit ergibt sich eine Gesamtübersetzung von i=11,625

Der Zahnriemen der ersten Stufe hat das Profil T5. Der Einfachheit halber werde ich erst einmal beim gleichen Zahnprofil bleiben. Das HTD Profil ist bei diesen Drehzahlen vermutlich nicht leiser, da die schnell verdrängte Luft aus dem Zahnraum bei hohen Drehzahlen zunehmend Geräusche verursacht (die Leistungsdaten lasse ich hier erst einmal noch unberücksichtigt).

Beim Joker 3* Riemengetriebe müsste die zweite Stufe eine ähnlich hohe ßbersetzung aufweisen. Gelingt das nicht, muss ich an der ersten Stufe etwas verändern oder andere Motoren verwenden. Ob ich 10S oder 12S als Antriebsakkus nehmen werde, will ich noch offen lassen (10S wären allerdings schöner, da ich hier bereits Akkus habe).

Wenn man bei maedler (http://www.maedler.de/de/Catalog/G/1643/1616/986.aspx) auf der Homepage nachschaut, hat das größte Riemenrad mit dem Profil T5 - 60 Zähne. Nimmt man am Vorgelege eine Zähnezahl von 14Z (bei kleinerer ßbersetzung nimmt die Anzahl der Zähne die im Eingriff sind weiter ab und die Nabe ist mit ß8 bzw. ß10 zu klein) erhalte ich in der zweiten Stufe eine ßbersetzung von i2*=4,286.
Die wäre eine Gesamtübersetzung von i*=10,411, also ca. 10% weniger als die Originalübersetzung.

Nimmt man nun evtl. ein kleineres Motorritzel (minicopter Standardteile) mit 13 bzw. 12 Zähnen, lassen sich ßbersetzungen von 11,210 und 12,144 erreichen. Es gibt also später auch noch die Möglichkeiten die Drehzahlen fein abzustimmen.

Somit werde ich erst einmal mit den Zahnriemenräder 14Z und 60Z (T5 Profil) starten...

...und schwubs bin ich schon wieder am CAD...

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

...der Anfang ist gemacht. Die beiden Antriebsräder sind gezeichnet. Jetzt wird deutlich um wieviel größer ein vergleichbarer Riementrieb wird...

Das Riemenrad ist aus Alu (hier gibt es kostengünstige Rohlinge), jedoch schon stark ausgedreht. Trotzdem wird das Riemenrad ca. 50g mehr an Gewicht auf die Waage bringen. Ich werde parallel mal suchen, ob es auch eine preiswerte Lösung in Kunststoff gibt.

Stichwort Erwärmung: es gibt immer wieder Diskussionen darüber, dass Kunststoffteile evtl. die Wärme nicht aufnehmen bzw. ableiten können. Ist das überhaupt ein Thema?

Nun, ganz von der Hand zu weisen ist es nicht. Geht man von ca. 2% Verlustleistung aus, so sind das bei ca. 4 kW Antriebsleistung in etwa 80 Watt... Doch evtl. lassen sich ja die Anschlussteile (Aluflansch) zur Wärmeübertragung nutzen...doch soweit sind wir noch nicht.

Alu wird auf jeden Fall erst einmal funktionieren - das Feintuning kommt später...

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

...wie Riemenbreite ? ...ach so, ja. Die Riemenbreite müssen wir ja auch noch auslegen.

Es gibt verschiedene Vorgehensweisen. Unabhängig von der Motorisiereung werden die Helis zwischen 10 und 12S geflogen. Die Stromstärken sollten in einem gut ausgelegten System im Bereich von 20-30A liegen. Ich werde mit einem Jive 80HV starten, so dass die (theoretisch) max. Stromstärke bei 80A liegt. Somit haben wir eine max. elektr. Antriebsleistung von ca. 3,55kW zur Verfügung (44,4V x 80A). Diese muss durch das Getriebe auch sicher übertragen werden, so dass der Regler im Falle eines Falles abregeln kann, bevor einer der Zahnriemen reißt.

Bei einer gewünschten Rotordrehzahl von 1250 U/min bei ß1,8m Rotordurchmesser ergeben sich in der 1-ten Stufe folgende Daten:
1250 U/min * i1 * i2 = 13.000 U/min am Antrieb
Gehen wir bei einem Wirkunsgrad von ca. 90% aus, kommen noch ca. 3200W am Antriebsritzel an.
Somit ergibt sich in der 1-ten Stufe ein Drehmoment von ca. 2,35 Nm und eine Zugkraft von ca. 210N. Bei einer zugelassenen Zugkraft von 330N (T5 Profil - Maedlerangabe) ist hier alles im grünen Bereich...

In der zweiten Stufe ergibt sich durch die ßbersetzung (14/60 = 4,2857) eine Drehzahl von ca. 5350 U/min am Vorgelege, also an der Zwischenstufe.
Somit ergibt sich in der 2-ten Stufe ein Drehmoment von ca. 5,70 Nm und eine Zugkraft von ca. 510N...
Hier ist der 10mm breite Riemen in jedem Fall überfordert und würde auf Dauer bei einer Extremsituation versagen. Der nächst breitere Riemen hat 16mm und ein Breitenfaktor von 1,42 (Maedlerangabe). D.h. die zulässige Zugkraft beträgt ca. 470N.

Das meachnische Riemengetriebe hat sicherlich auch ca. 3-4% Verluste, die bisher unberücksichtigt blieben. Somit kommen wir mit dem 16mm breiten Zahnriemen (T5- Profil) ziemlich genau auf unsere Leistungsbedarfe.

...so nun kann´s am CAD aber wirklich weitergehen...

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

... mit dem Wissen um die richtige Riemenbreite kann das Vorgelege bzw. Zwischengetriebe konstruiert werden. Es kommt ein Riemenrad T5 mit 14 Zähnen hinzu sowie eine neue Lagerwelle, die die beiden Riemenscheiben aufnimmt. Das große Riemenrad mit 34 Zähnen stammt vom Joker.

Auf Grund der berechneten Größen habe ich ein drittes Wellenlager vorgesehen und zwar oberhalb des Riemenrads der zweiten Stufe. Fluchtungsfehler führen ansonsten evtl. zur einseitigen Belastung des Riemens und u.U. zum ständigen Anlaufen an eine der beiden Bordscheiben.

Als Lagerbock wird das Originalteil der Firma Minicopter verwendet werden.

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

... als Antrieb kommen mehrere Varianten in Betracht. Die Auswahl reicht von Köhler Actro 32-4, Pyro 30-12, Scorpion, Xera, usw. bis über den Plettenberg HP370-40 Heli. Die Liste ist nicht vollständig. Letzendlich muss jeder selbst wissen, welchen Antrieb er bevorzugt.

Auch Minicopter bietet hierzu ein umfangreiches Zubehör an Motoren und Motorplatten an.

Zu Konstruktionszwecken habe ich den größten dieser Motoren genommen, um einfach platztechnisch nichts zu übersehen - also den HP370.

Zum Vergleich daneben den Pyro 30-12. Die CAD Modelle gab es schon aus meinem Raptor Projekt und so konnte ich die Antriebsbaugruppe des original Joker 3 relativ zügig ins CAD übernehmen.

Als nächstes werde ich die Riemen zeichnen und die Antriebsbaugruppe grob im CAD zusammensetzen.

Doch für heute ist erst einmal Feierabend...

[Steffen 2.0]

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Erstmal vorweg, mir gefällt deine Herangehensweise!

Mir ist noch ein kleiner Denkfehler auf gefallen, die Jives schaffen doch und lassen auch mehr als das aufgedruckte dauerhaft (bei guter Kühlung) und auch als Spitzen mehr durch, somit wäre die eingangsleistung deutlich höher :S Allerdings biste ja mit den riemen (besonders in 2. Stufe) schon ganz schön an den erlaubten Werten dran und auch breiter will man ihn ja eigenltihc nicht machen.

Gibts vielleicht andere Riemen, die mehr halten?

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

...mh... das mit dem Regler ist schon richtig. Doch warum soll ich einen Kühler einbauen? Wenn der Regler gekühlt werden muss ist grundlegend etwas falsch. Wenn die Auslegung richtig ist, komme ich mit 20-30A (o.k. evtl mal 40A) klar. Die Verlustleistung muss möglichst gering sein, damit eine laaaaaaange Flugzeit herauskommt...

Die angesprochenen Werte sind allesamt Maximalwerte, die in der Praxis nur bei extremen "verunglückten" Flugmanövern auftreten - ich will ja schließlich Scale fliegen. Außerdem gibt es immer noch eine kleine Sicherheit in den Herstellerangaben, und die Angaben im Katalog sind ja für einen industriellen Dauereinsatz ausgelegt und den habe ich nun wirklich nicht (muß ja zwischendurch auch mal zur Arbeit... )

Doch im Fall aller Fälle könnte ein AT5 Zahnriemen zum Einsatz kommen. Er kann mehr als die doppelten Zugkräfte aufnehmen (700N bei einer Breite von 10mm), hat gleiche ßbersetzungen und ähnliche Baugrößen. Das würde dann lediglich zwei neue Riemenräder und einen neuen Zahnriemen im gleichen Chassis bedeuten...

...auf jeden Fall Danke für den Tip...

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

Heute habe ich mir Gedanken zur Zahnriemenlänge gemacht. In die Konstruktion würde ein Achsabstand von ca. 100mm sehr gut reinpassen. Da die Verzahnung der Zahnriemenscheiben ja bereits feststeht, habe ich die Wirkdurchmesser und den Achsabstand im CAD eingezeichnet. So kommt man sehr schnell zu einem passenden bzw. entsprechenden Wert der Zahnriemenlänge. So ergibt sich bei einem Achsabstand von 100,8mm eine Zahnriemenlänge von 400mm...

...na dann ist ja alles klar, Zahnriemenscheiben und Zahnriemen bestellen und auf an die Drehbank, zacki, zacki....

.... STOP !!!! .... erst nochmal nachdenken...

Wenn ich mir die Option eines stärkeren AT5 Zahnriemens offen lassen möchte, muss ich hier nochmals genauer hinschauen - und siehe da. Ausgerechnet die 400-ter Länge gibt es nicht vorkonfektioniert mit dem AT5 Profil ... es gibt den Riemen entweder mit 390 oder 420mm Länge...

Ich entscheide mich für die Längere Variante, da hier mehr Zähne die Arbeit verrichten und der Umschlingungswinkel etwas größer und somit die Kraftübertragung etwas besser ist.

Nun ist aber genug der Theorie (zuminestens über Riemengetriebe... ). Doch lieber zu Beginn ein wenig genauer und länger nachgedacht, als hinterher nochmal von vorne angefangen und viel Geld in den Sand gesetzt. Schließlich soll ja auch die Eigenbaukonstruktion bezahlbar bleiben.

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

... sodele, mit den bisherigen Berechnungsergebnissen sieht der Konstruktionsstand wie folgt aus. Wie erwähnt ist der Zahnriemen mit 420mm Länge verbaut.

Die Zeichnungen für die Riemenscheiben sind ebenfalls fertig und so kann ich in den kommenden Tagen die Rohlinge bestellen und bald die ersten Teile fertigen.

Als nächstes werde ich mich über die oberen Chassisteile machen, um die "Siemens Lufthakenkonstruktion" der einzelnen Getriebestufen zu ersetzen...

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

Nachdem ich nun nochmals im Internet gesurft habe (mir ist schon ganz schlecht von der Fahrerei... ), hatte ich per Zufall einige Zahnriemenräder bei Vario gefunden.

Das AT5 Profil findet in der Benzinmechanik (Futura) Verwendung, allerdings nur mit der Verzahnung 42 und 48. Das Riemenrad mit 60 Zähnen (870/59) hat das Profil T5 und ist aus Alu. Da jedoch auch hier Anpassungen notwendig wären, ist mir der Preis mit ca. 50,-€ zu teuer...

Da das leistungsstärkere AT5 Profil (im Vergleich zum T5 Profil) nur minimal mehr kostet und die gleiche Einbaugeometrie hat, werde ich nun doch nach ßberprüfung der technischen Daten diese Verzahnung für den Erstaufbau vorsehen und testen. Der Zahngrund ist breiter und somit sind auch die übertragbaren Zugkräfte und die spezifische Leistung pro Zahn einfach deutlich besser.

Heute habe ich die Rohlinge bei maedler bestellt (Achtung es gibt hier eine Mindestbestellmenge von 50,-€ - ansonsten kommen Mindermengenzuschläge dazu).
Da beim Drehen (im wahrsten Sinne des Wortes) immer mal etwas schief laufen kann, habe ich 2 Stück pro Position bestellt - so entfallen auch die Zuschläge.

- Zahnriemenrad am Vorgelege AT5 - 14 Zähne - 16mm: Artikel-Nr.: 16631400
- Zahnriemenrad am Vorgelege AT5 - 60 Zähne - 16mm: Artikel-Nr.: 16636000
- Zahnriemen AT5 - 420mm - 84 Zähne - 16mm: Artikel-Nr.: 16670900

...nach so viel Theorie freu´ich mich, dass es endlich was zu (be)arbeiten gibt...

[Stefan Reusch]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

Hi,

2 Anmerkungen zu deinem Projekt möchte ich machen:
1250 am Kopf ist deutlich zuviel für 1,80er Scalefliegen und vor allen dingen um lang zu fliegen.
Bei einem Jetti 1,80 Elektro zb. fliege ich bei 750 am Kopf am schönsten, der Sound und die Flugeigenschaften passen gut zu scale. Mit 1000 am Kopf brettert der Jetti wie ein Speedheli durch die Gegend.
Meine 13 kg BK mit vierblatt fliege ich mit 1030 am Kopf, aber nicht mehr lange. auch hier werde ich mit der Drehzahl noch runter gehen.

Wenn du keinen Kunstflug fliegst damit kannst du die von dir angenommenen hohen Leistungen deutlich reduzieren.

Bei meiner BK komme ich nicht über 2,2 KW eingangsleitung raus mit 10S, und ich fliege deutlich mehr wie Scale damit.
Das wird sich über die Drehzahl noch stark verringern.
Mein 7,3 kg Jetti kommt mit 36 Ampere Strom bei Vollpitch mit 10 S aus, schweben bei 16A.

Einen Vorschlag noch: Ich würde wenn ich mir die Arbeit machen würde zusehen das der dicke Scorpion hk 50XX reinpasst. Den habe ich im Jetti drin, ist Klasse dafür.
Stefan

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

Mensch Stefan,

dass sind doch mal richtig dufte Tips.... Da ich in meinem letzten Projekt mit der Riemengröße 3 an die Leistungsgrenzen gestoßen war, werde ich auf jeden Fall bei der 5-er Größe bleiben.

Da der ein oder andere Schaden am Zahnriemen entstand durch die hohen Drehmomente bei kleinen Drehzahlen und nach dem Schadensbild zu urteilen wurde der Zahn im Grund abgeschert. Also sind letzendlich nicht die Zugkräfte sondern die spezifischen Leistungsdaten der Zähne ausschlaggebend und da fühle ich mich bei dem AT5 Profil auf der sicheren Seite.

Ein wenig mehr Leistung darf die Mechanik er haben, denn ich spekuliere ja noch mal auf einen Einsatz in einem größeren Heli mit ß2500mm....

Der Scorpion sieht nicht schlecht aus und ist sehr preisgünstig. Doch mit 3,7 kW Dauerleistung und einer Antriebswelle ß6mm habe ich im Moment etwas Bauchweh... vom Platz her gesehen passt er auf jeden Fall rein.

[Stefan Reusch]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

Hi,
Der Scorpion den ich meine der hat keine 6er Welle guggst du:

http://www.parkflieger.eu/Scorpion-HK5035-500KV-fuer-800er-Helis_detail_3540_676.html

Die Welle im Motor ist 10, man kann auch einfach eine Rotorwelle reinstecken und hat dann durchgängig eine 10er Welle.
Den gleichen Motor, umgewickelt auf 400 KV fliegt der Uli Röhr in seiner Bo 105.

Im Jetti bleibt der Motor fast kalt, Flugzeiten von 15 minuten mit 10S 5000 sind möglich, Leistung satt vorhanden.
5er Riemen würde ich auf jeden Fall verwenden, aber die Dimensionierung des Joker 3 reicht sicher auch für einen 2,50er Heli der Scale geflogen wird.

Da ich eine NH 90 mit Joker 3 aufbauen will verfolge ich deine Geschichte sehr genau, vielleicht kann ich ja deine Teile für den Heckantrieb übernehmen. Wobei auch der Gerd wollte sich gedanken machen den Heckantrieb tiefer zu setzen für Rümpfe.

Ich glaube auch nicht das ein Riemenantrieb im Rumpf leiser ist als die 2. Stufe vom J3, aber ich lasse mich gerne belehren.
Gruß
Stefan

[klarisatec]

AW: Baubericht Vario Bell 230 mit Minicopter Mechanik Joker 3*

Hi Stefan,

supi - dann hatte ich einen falschen Motor auf dem Schirm... der sieht wirklich nicht schlecht aus.

...mhhh....eine NH90, sehr schöner Heli. Vielleicht sehen wir ja was von Dir hier im Forum, wenn´s soweit ist...?
Na und das gibt doch zusätzliche Motivation einen Flüsterheli zu bauen. Wenn ich die Erfahrungen aus dem Raptor 90 Projekt übertragen kann, wird er sehr leise werden... wie werden hören...

Doch ich bin genauso gespannt wie Du.

Für´s Heck habe ich schon ein paar Ideen - doch das kommt im Detail erst später...

Danke Dir nochmal...