Bürstenlose Motoren der Firma GWS (Taiwan)
Nachdem im Mai 2006 die ersten Sets von GWS (Motor + Regler) zu günstigen Preisen in Deutschland auftauchten, ging die Diskussion über die Qualität der Teile los. Der Motor 2205 (Statordurchmesser 22 mm, Statorhöhe 5 mm) war für mich noch uninteressant, da er nur bis 400 g Standschub konnte. Das war noch nicht viel mehr als mit einem CD-R Motorumbau zu erreichen war. Als dann der 2208/18T (18 Windungen im Dreieck) einzeln zu haben war, konnte ich nicht widerstehen. Das war der richtige Motor für den FunJet von Multiplex.
Für maximalen Schub wurden 2 GWS 1300 mAh 2S (7,4 V) Akkus in Reihe (Gewicht 120 g) geschaltet und mit einem GWS 8x4" HD Propeller gearbeitet. Das brachte dann circa 600 g Standschub bei 10600 Upm. Allerdings bei einem Schub/Leistungsverhältnis von nur 4,8 g/W.
Dann kam ein günstiges Angebot von www.voltmaster.de für den 2212/13T Motor. Das brachte ein bisher nicht erreichtes Preis/Leistungsverhältnis. Der MiniMag von Multiplex wird damit jetzt betrieben (Propeller GWS 9x5" HD, Akku 11,1 V 1350 mAh 12C, Schub 660 g, 8400 Upm, 5,5 g/W).
Wichtig ist bei dem GWS Regler (25A), dass er auf Vollgas der verwendeten Fernsteuerung abgeglichen wird. Sonst bringt er nicht die volle Leistung.
Tabelle für Antriebsauswahl, sortiert nach Standschub
Motor | Prop | Typ | U [V] | I [A] | Schub [g] | Upm | P [W] | g/W | m/s | km/h |
2205 | 7035 | HD | 7,4 | 7,6 | 313 | 11500 | 56,2 | 5,57 | 17,0 | 61,3 |
2212 | 9050 | HD | 7,4 | 6,1 | 368 | 6200 | 45,2 | 8,15 | 10,4 | 37,3 |
2208 | 1170 | HD | 7,4 | 8,4 | 408 | 4339 | 62,2 | 6,56 | 12,9 | 46,3 |
2205 | 8040 | HD | 7,4 | 11,5 | 416 | 9100 | 85,1 | 4,89 | 15,4 | 55,5 |
2208 | 7060 | HD | 11,1 | 8,2 | 417 | 8406 | 91,0 | 4,58 | 21,4 | 76,9 |
2212 | 1060 | HD | 7,4 | 7,8 | 419 | 5500 | 57,7 | 7,26 | 14,0 | 50,3 |
2208 | 8040 | HD | 11,1 | 6,0 | 426 | 9266 | 66,6 | 6,40 | 15,7 | 56,5 |
2208 | 1260 | HD | 7,4 | 8,8 | 431 | 4417 | 65,1 | 6,62 | 11,2 | 40,4 |
2208 | 7035 | HD | 14,8 | 5,5 | 447 | 13366 | 81,4 | 5,49 | 19,8 | 71,3 |
2212 | 9550 | Mpx | 7,4 | 9,3 | 450 | 5360 | 68,8 | 6,54 | 11,3 | 40,8 |
2212 | 7060 | HD | 11,1 | 9,0 | 464 | 9000 | 99,9 | 4,64 | 22,9 | 82,3 |
2212 | 7035 | HD | 14,8 | 5,8 | 468 | 14000 | 85,8 | 5,45 | 20,7 | 74,7 |
2212 | 1170 | HD | 7,4 | 10 | 480 | 4700 | 74,0 | 6,49 | 13,9 | 50,1 |
2212 | 8040 | HD | 11,1 | 6,8 | 493 | 9800 | 75,5 | 6,53 | 16,6 | 59,7 |
2208 | 8043 | L | 11,1 | 7,6 | 493 | 8683 | 84,4 | 5,84 | 15,8 | 56,9 |
2212 | 1260 | HD | 7,4 | 10,5 | 499 | 4600 | 77,7 | 6,42 | 11,7 | 42,1 |
2208 | 8060 | L | 11,1 | 9,1 | 507 | 7800 | 101,0 | 5,02 | 19,8 | 71,3 |
2208 | 9047 | L | 11,1 | 10,4 | 594 | 7045 | 115,4 | 5,15 | 14,0 | 50,5 |
2208 | 9050 | HD | 11,1 | 9,5 | 600 | 7830 | 105,5 | 5,69 | 16,6 | 59,7 |
2208 | 1060 | HD | 11,1 | 11,7 | 653 | 6810 | 129,9 | 5,03 | 17,3 | 62,3 |
2212 | 1060 | HD | 11,1 | 14,3 | 664 | 7200 | 158,7 | 4,18 | 18,3 | 65,8 |
2212 | 9050 | HD | 11,1 | 11 | 666 | 8400 | 122,1 | 5,45 | 17,8 | 64,0 |
2208 | 8040 | HD | 14,8 | 9,5 | 674 | 11437 | 140,6 | 4,79 | 19,4 | 69,7 |
2212 | 9047 | L | 11,1 | 12,3 | 685 | 7900 | 136,5 | 5,02 | 15,7 | 56,6 |
2212 | 8040 | HD | 14,8 | 10,9 | 792 | 12300 | 161,3 | 4,91 | 20,8 | 75,0 |
Antriebsauslegung mit GWS Motoren
Die Tabelle oben zeigt im Schubbereich von 300 - 800 g nach steigendem Schub sortiert die passenden Komponenten. Die Werte wurden von GWS (von www.rcgroups.com) übernommen und zum Teil nachgemessen. Mit einer Toleranz von 5% sind die von GWS dokumentierten Werte nachvollziehbar. Dabei ist Voraussetzung, dass der Antriebsakku einen niedrigen Innenwiderstand hat. Zur Erklärung der einzelnen Spalten:
Motor: GWS Typ, ersten zwei Ziffern = Statordurchmesser, zweiten zwei Ziffern = Statorhöhe.
Prop: Ersten zwei Ziffern = Propellerdurchmesser in Zoll (90 = 9,0"), zweiten zwei Ziffern = Steigung in Zoll (40= 4,0").
Typ: Die HD Propeller sind die rechteckigen Propeller von GWS. L = Slowflyer Propeller von GWS.
Mpx = Klapppropeller von Multiplex.
U: Akkuspannung in Volt, Messung bei vollgeladenem Akku.
I: Akkustrom in Ampere.
Schub: Gemessener Standschub in Gramm.
Upm: Propeller Umdrehungen pro Minute.
P: Elektrische Leistung in Watt vom Akku.
g/W: Schub/Leistungsverhältnis. Je größer die Zahl, desto besser ist der Wirkungsgrad des Antriebes.
m/s: Luftgeschwindigkeit bei Standschub in Meter pro Sekunde.
km/h: Luftgeschwindigkeit bei Standschub in Kilometer pro Stunde.
Ein senkrechtes Steigen des Flugmodells ist erst bei einem Schub/Gewicht Verhältnis von 1,5 zu erwarten (Schub=600 g, Modellgewicht=400 g).
Achtung: Es ist sehr wichtig für das Überleben der Motoren, auf eine gute Belüftung der Motoren zu achten. Bei dem MiniMag von Multiplex zum Beispiel muss, wenn der LiPo Akku ganz vorne liegt (zwingend wegen dem Schwerpunkt), die Haube vorne ausgeschnitten werden, um eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten. Auch sollte bei der Antriebsauslegung auf einen möglichst hohen g/W Wert (Wirkungsgrad) geachtet werden.
Reparatur eines GWS 2212/13T Motors
Wenn in dem Modellflugzeug MiniMag von Multiplex ein LiPo Akku unter 150 g Gewicht eingesetzt wird, muss er um den Schwerpunkt einzuhalten sehr weit nach vorne geschoben werden. Speziell bei einem 3-Zellen Akku ist nach dem aufsetzen der Haube nicht mehr viel Lüftungsöffnung für den Motor vorhanden. Das habe ich in der Praxis leidvoll erfahren müssen. Als Ergebnis wurde dem Motor zu heiß. Das bedeutet, die Magnete waren zum Teil lose und die Wicklung hatte einen Kurzschluss.
Eine Innensechskant lösen, und der Rotor war abgezogen. Die Magnete waren schnell wieder ausgerichtet und mit Sekundenkleber fixiert. Mit der Wicklung war das dann schon aufwendiger. Die Kugellager wurden vorsichtig mit einem kleinen Schraubendreher herausgedrückt.
Wie aber jetzt das Motorschild aus Aluminium aus dem Stator drücken? Dazu habe ich mir ein Werkzeug gebaut. Ein Stück Dachlatte mit einem 21-22 mm Holzbohrer durchgebohrt, dann mit der Säge in zwei Teile zersägt. Dann den Stator bündig in den Holzklotz plaziert und im Schraubstock geklemmt. Mit einem 7 mm Bohrer (Einspannseite) im Kugellagersitz kann man dann vorsichtig mit einem Gummihammer das Motorschild herausdrücken. Damit war der Stator frei zum abwickeln.
Im Original wurde mit 3x 0,2 mm Durchmesser Draht gewickelt (0,094 mm2, Dreieck)). Das ist vermutlich die wirtschaftlichste Wickelmethode. Im rclineforum.de wurde zwar von einer Wicklung mit 0,5 mm CUL-Draht geschrieben, aber ich habe im ersten Versuch nur 0,425 mm Durchmesser (0,142 mm2, 50% mehr Querschnitt) hineinbekommen (13 Windungen, Dreieck).
Bei http://www.powercroco.de/schema12N14Pv.html ist das Wickelschema beschrieben, mit der Bezeichnung 2187cw. Das sieht in der Praxis so aus:
Die Wicklungen immer von innen anfangen.
cw = Uhrzeigersinn, ccw = umgekehrt. Der Zahn über der Nut im Statorloch hat die Nr. 1, dann geht es im Uhrzeigersinn weiter.
Am besten zeichnet man sich das vorher auf.
Wicklung Aa:
(A) Zahn 3 cw dann Zahn 2 ccw, Zahn 9 ccw dann Zahn 8 cw (a).
Wicklung Bb:
(B) Zahn 5 ccw dann Zahn 4 cw, Zahn 11 cw dann Zahn 10 ccw (b).
Wicklung Cc:
(C) Zahn 7 cw dann Zahn 6 ccw, Zahn 1 ccw dann Zahn 12 cw (c).
Als Phasen waren zusammengeschaltet die Wicklungen A-c, B - a, C - b.
Über den Draht der Phase A-c zieht man einen Isolierschlauch von 1 cm Länge und führt ihn zu den beiden anderen Phasendrähten. An dieser Stelle isoliert und bündelt man alle 3 Phasendrähte nach außen durch das Motorschild. Da der Drahtquerschnitt jetzt 50% größer ist, bringt der Motor auf dem Prüfstand circa 5% mehr Schub, bei gleichem Akku und Propeller. Wie man sieht ist es nicht einfach, auch nicht wirtschaftlich, aber es kann gelingen.
Reparatur der 3 mm Welle
Speziell beim Fronteinbau des Motors kommt es vor, dass die Motorwelle sich verbiegt. Das erkennt man daran, dass ab dann der Motor nicht mehr rund läuft, er vibriert bei höheren Drehzahlen deutlich.
Das habe ich einmal erfolgreich im Schraubstock gerichtet. Beim zweiten Mal ist die Motorwelle an dem Einstich für den C-Ring gebrochen. Zum Glück haben die CD-ROM Laufwerke für die Schlittenbewegung passende, gut polierte 3 mm Wellen. Ein altes CD-ROM Laufwerk aus dem PC ist meist kostenlos zu beschaffen. Diese kürzt man dann auf das Maß der Originalwelle, circa 50 mm. An Stelle des C-Rings verwendet man dann den Klemmring aus dem original Zubehör (vorgesehen für die vor Spant Montage).
Schildbruch durch Unterlegscheibe
Den Motor-Sturz sollte man nicht mit Beilagscheiben einstellen. Bei einem Modell Absturz ist ein Steg von dem Motorschild abgebrochen. Das Schild ist aus Alu-Druckguss und damit empfindlicher gegen Bruch als ein Blechgehäuse einen Gleichstrommotors.
Leistungsverbesserung (GWS2212/13T)
Jetzt ist es mir auch gelungen mit Drahtstärke 0,5 mm Durchmesser zu wickeln. Es war allerdings deutlich schwieriger als mit Drahtstärke 0,425 mm. Damit hat sich der Drahtquerschnitt zum Originalmotor verdoppelt.
Zur Auswertung wurden die Kenndaten gemessen und in den Antriebsrechner eingegeben (siehe Diagramme unten).
Der Standschub bei gleichem Akku verbessert sich um ungefähr 25%. Der maximale Wirkungsgrad steigt von 68% (bei 5A, orignal Motor) auf 74,5% (bei 8A, 0,5 mm Draht).
Bei hohen Strömen sieht es noch besser aus. Mit einem GWS 9x5" HD Propeller nimmt der Standschub um 30% zu, der Wirkungsgrad um 9% (62,1% -> 71,2%).
Es war viel Arbeit, aber es hat sich gelohnt.
Antriebsrechner - Daten der GWS Motoren
Da es bisher keine Daten für die GWS Motoren in dem Antriebsrechner von www.elektromodellflug.de (Datenbank/Drive Calculator Version 2) gab, habe ich selbst gemessen (2208/18T und 2212/13T) und die Daten als Textfile zum herunterladen bereitgestellt. Datenfile vom 18.08.2006. In der Datenbankversion 19 sind mittlerweile die Standardmotoren integriert.
Bilder rechts (klick für Groß): oben GWS2212/13T original, unten mit 0,5mm Draht neu gewickelt.
2007-11-18 Update, Schildbruch