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The making of "The Crocodile"

Nachdem bei vielen Filmen "The making of ..." mindestens genauso interessant ist wie der eigentliche Film, habe ich hier den Bau meines "Krokodils" für alle Interessierten und potentiellen Nachbauer dokumentiert.

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Das "Krokodil" ist ein leistungsstarker, bürstenloser Aussenläufers mit einem 18-poligen 40mm Stator, der im Rahmen eines bemerkenswerten, internationalen Projektes in einem Internet-Diskussionsforum entstanden ist. Der erste Diskussionsbetrag wurde am 6.7.2005 veröffentlicht, am 29.11.2005 wurde der erfolgreiche Lauf des ersten Prototypen gemeldet. Alle Teile des Motors inkl. Bleche und Magnete wurden in dieser Zeit entwickelt und hergestellt. Die teilweise sehr interessante Diskussion ist hier nachzulesen. Details zum Krokodil und andere wertvolle Informationen zu selbsgebauten bürstenlosen Aussenläufern sind auf http://www.powercroco.de/ zu finden.

Ich hatte die Ehre, einen der ersten sechs Prototype zu bauen und zu testen.

Bauteile

Die Glocke

Die Glocke ist aus ferromagentischem Stahl gefertigt - zehn Speichen geben ihr das charakteristische Aussehen. Die Wandstärke der Glocke beträgt 1.5 mm - wie berechnet, wird der "Büroklammertest" bestanden - der Magnetfluss nach aussen ist praktisch nicht mehr spürbar - eine Büroklammer haftet nicht an der Aussenseite der Glocke.

Meine Testglocke ist übrigens für 10mm hohe Magnete vorgesehen.

Die Magnete

Die Magnete wurden spezielle für dieses Projekt gefertigt und werden nun von Neodym Magnete, Deutschland verkauft. Die Abmessungen sind für diesen Motor 10x5.37x1.5 mm. Die Magnete sind unbeschichtet und eng toleriert. Durch die aneinanderliegende Positionierung ist der Einbau einfach - Ärger wegen ungleicher Abstände oder durch das Zusammenschnappen von Magneten ist bei dieser Konstruktion nicht möglich.

Allerdings ist es notwendig, die Kanten der Magnete an der Innenseite zu brechen. 10-15 Feilenstrichen mit einer Diamantfeile reichen, um einen spaltfreien Zusammenbau zu gewährleisten. Aber Vorsicht - nicht zuviel Material wegnehmen - die Magnete sollten satt und ohne Spiel in die Glocke passen.

Der Statorhalter

Der Statorhalter ist ein einfaches Rohr aus Aluminium. In den Statorhalter ist ein zweites Alurohr mit Loctite Schraubensicherung hochfest eingeklebt, das den richtigen Abstand zwischen den Lagern sicherstellt und verhindert, dass der Popeller samt Achse davonfliegt.

Der Klemmfuss (alias Klumpfuss)

Die Grundidee zu diesem Ding stammt von mir und wurde am Ende des Projektes aus Kostengründen verworfen. Mit dem Klumpfuss kann man einen vollständig zerlegbaren Motor bauen, was vor allem bei Neubewicklungen in der Experimentier- und Testphase von Vorteil ist.  Wenn mal genug Erfahrungen und Bewicklungsdaten vorhanden sind, ist dieser Vorteil nicht mehr so wichtig.

Der Stator

Der Stator besteht aus teuren, hochwertigen 0.2mm dicken Trafoblechen. Die Fertigung der Bleche war offenbar nicht ganz einfach und manche Enden sind leicht gebogen. Es lohnt sich, die Bleche vorsichtig geradezubiegen und sorgfältig auszurichten. Es gibt viele Theorien darüber, wie man das am Besten anstellt.

Die Bleche sind mit Araldit (langsamhärtender Zweikomponentenkleber ähnl. Uhu Plus Endfest 300) an den Statorhalter geklebt. Die Aussenflächen sind mit dünnflüssigem Cyanacylatkleber versiegelt. Guter (=teurer !), dünnflüssiger Superkleber oder Loctite 401 lohnt sich, Geiz ist in diesem Fall nicht geil sondern doof. Zwischen den Blechen wurde kein Kleber aufgetragen.

IMGP2608


Hier die Vorrichtung zum Zusammenbau des Stators. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass es besser ist, anstatt der neun 4mm Schrauben, in jeder Zahnlücke eine 3mm Schraube anzubringen und die Statordicke genau zu kontrollieren.

Die Bewicklung

Eine kleine Tragödie beim ersten Versuch mit Litzendraht

Ralph, der Initiant des Krokodils, zählt in Insiderkreisen zu den "Wickelgöttern", der mehr Kupfer in einen Motor quetschen kann als die meisten seiner Kollegen.

Da ich einen schnellaufenden Motor für 7-8 Zellen NiCd/NiMH bauen wollte, habe ich mich für 3 Windungen - bewickelt in "Etagentechnik" - entschieden.

Dem inneren Schweinehund (Litzendraht ist einfacher zu wickeln und man muss den Stator nicht isolieren) gehorched, habe ich einen ersten Versuch mit Litzendraht (0.1mmx75 mit Mylar Insolation) gewickelt.

IMGP2624

Die erste "Etage" der Bewicklung. Beide Stränge werden parallel geschaltet und ergeben 2x0.1mmx75.

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Hier der fertig bewickelte Motor - der Füllungsgrad sieht gut aus - ist es aber nicht, weil die Isolation der einzelnen Litzen viel mehr Fläche bzw. Volumen wegnimmt, als man schätzen würde.

IMGP2626

Hier die Rückseite des Stators.

Das Ganze sieht sehr schön aus, leider gab es einen Statorschluss - ist vermutlich irgendwo an den scharfen Aussenkanten passiert. Ich verwarf die Idee mit der Litze - Meldungen  der anderen Krokodilzüchter und Berechnungen hatten ausserdem gezeigt, dass der Motor sehr empfindlich auf den Kupferfüllungsgrad reagiert, was Leistung und Wirkungsgrad betrifft.

Der zweite Versuch - ganz konventionell und sicher:  Deckblättern aus GFK +  Einlageblätter.

Wieder habe ich es mit 3 Windungen - diesmal in "Etagentechnik" innen 0.8mm Cu Draht, aussen 1.06mm - versucht.

IMGP2650

hier die Rückseite:

IMGP2649

Der zusammengebaute Motor:

IMGP2652

Rückseite

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Messergebnisse

Die Bewicklung mit ungleich dicken Drähten habe ich bisher noch bei keinem anderen Motor gesehen. Die Effekte, die dadurch entstehen sind mit mir ziemlich unklar.

Die Messergebnisse des Generatortests (zwischen den Phasen und dem Sternpunkt):

  0.8mm (innen)
 1.06mm (aussen)
Phase 1
1.48V  1.57V
Phase 2
 1.48V  1.58V
Phase 3
1.48V  1.59V
messdaten_cc

Mit dem E-Meter (ein sehr nützliches Messgerät mit dem man Strom, Spannung und Drehzahl messen und am PC aufzeichnen kann) wurden verschiedene Testläufe aufgezeichnet. Interessant ist der Einfluss des Reglers auf den Wirkungsgrad - der Castle Creations Phoenix 35 bringt einen besseren Wirkungsgrad als mein alter TMM 40 - allerdings muss gesagt werden, dass der Castle Creations Regler mit der neuesten Firmware nach ein paar Sekunden Lauf einfach stehenbleibt. Mit einer älteren Softwareversion läuft das Kroko problemlos.

Freude herrscht ! Das Krokodil läuft sauber und ruhig und durchbricht die magische 80% Eta Grenze.

Termische Effekte

Weil ich schon immer wissen wollte, welche Teile des Motors sich erwärmen und vor allem wie stark, habe ich leihweise eine Thermobildkamera organisiert. Die NEC Thermo Tracer TH7102 WX  sieht aus wie eine etwas zu gross geratene Videokamera und gehört mit einem Schnäppchenpreis von 20'000 Euro nicht unbedingt zur Standardausstattung jedes Bastelkellers. Die Kamera hat eine Auflösung von 320 (H) x 240 (V) Pixel und einen Messbereich von -40 bis 500°C bei einer Messgenauigkeit von 2°C und einer Auflösung von 0.06°C (bei 30°C).

Hier die sensationellen Bilder:

thermo1
thermo2
thermo3

und hier noch das Video (Quicktime, mpeg1, 7MB):

 

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