Axel unser HeliChef hat im Helilabor die 4in1 genau untersucht. Dabei
sind einige bahnbrechenden Entwicklungen herausgekommen, die auf den
gewonnenen Erkenntnissen beruhen.
Motoransteuerung
Um die später vorgestellten Modifikationen an der 4in1 zu begründen
mußt Du die Ansteuerung der Motoren verstehen. Die Motoren werden
mit einer Pulsbreitenmodulation angesteuert. Die Funktionsweise ist
einfacher als es klingt. An die Motoren wird keine gleichbleibende Gleichspannung
gegeben, sondern die Spannung immer ein und ausgeschaltet. Je kürzer
die Abstände zwischen zwei Stromstößen (Impuls) ist,
desto schneller dreht der Motor. Durch die Trägheit des Motors
bleibt dieser in einer Drehbewegung, nimmt allerdings gerade bei langsamen
Geschwindigkeiten die Stromstöße (Impulse) mit Drehzahländerungen
war. Das liegt insbesondere auch daran, daß der Motor über
einen Kollektor gesteuert wird. Die Motorbürsten führen den
Strom über sich drehende Kontaktflächen (Kollektor) an Spulen,
die durch das erzeugte Magnetfeld den Motor in eine Drehbewegung versetzen
(siehe Funktion eines Motors). Das ganze
funktioniert ebenfalls nicht unterbrechungsfrei. Also wirken zwei Impulssteuerungen
auf den Motor ein. Diese beiden Impulse sind nicht synchronisiert, wodurch
gerade bei langsamen Drehgeschwindigkeiten die Motordrehzahl extrem
schwankt. Die Auslegung eines Motors für eine bestimmte Spannung
spielt dabei ebenfalls eine große Rolle.
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| Links eine gute 4in1 Impulssteuerung, rechts eine sehr ungünstige
Ansteuerung. |
4in1
Die rote LED der 4in1 leuchtet wenn die Impulslänge (Impulsbreite)
eines Stromstoßes (Impuls) die maximal mögliche Länge
( max. Hub 95%) erreicht hat und die Zeit zwischen zwei Stromstößen
(Impulse) die kürzest mögliche Länge erreicht hat. Wenn
dieses Impulssignale von der 4in1 nicht exakt (Rechtecksignal steile
Flanken / short Slewrate) verlaufen, sondern unsaubere Zwischensignale
an den MOS FET Motorregler gesendet werden, erwärmt sich der MOS
FET. Der IRF 7413 MOS FET kann sich kurzzeitig bis maximal 170 Grad
Celsius erwärmen. Bei höheren Temperaturen wird er zerstört,
bzw. bei 180 Grad Celsius löten sich die Bauteile auf der Platine
selbst aus. Da die MOS FETs keine Kühlkörper haben, wird die
Wärme über die Beinchen an die Platine abgegeben. Auf der
Platine sitzt der sehr wärmeempfindliche Piezo Gyroscope. Durch
die Erwärmung verändert der Gyro das Gierverhalten des Helis
erheblich. Das bedeutet die Trimmung für Gier stimmt während
des Fluges nicht mehr, es muß nach getrimmt werden. Der 4in1 Controller
ist bei den Modellen von E-Sky, JPerkins und Graupner nach unseren Recherchen
absolut gleich, während sich die Empfängerplatinen (Receiver)
von E-Sky unterscheiden.
Motor
Je schneller die Motoren drehen desto wärmer wird ihnen. Ein höheres
Drehmoment (mehr Kraftaufwand) erzeugt nicht so viel mehr Motorwärme.
Dadurch begründet sich der sinnvolle Einsatz von Tuning Rotorblättern
wie zum Beispiel von Xtreme, die eine größere Auftriebs-Fläche
als die Standard Rotorblätter haben und durch einen geringfügig
steileren Winkel bei geringeren Motordrehzahlen mehr Auftrieb erzeugen.
Allerdings laufen die Motoren bei geringerer Drehzahl mit stärkeren
Drehzahlschwankungen. Ein geringer Innenwiderstand des Motors bedeutet
eine höhere Stromstärke, die wiederum mit mit mehr Drehmoment
(Kraft) gleich zu setzen ist. Dazu hat Axel unser HeliChef folgende
Meßergebnisse ermittelt.
| Drehmoment Motoren (je
höher die Stromstärke, je stärker der Motor) |
| Anbieter |
Motortyp |
Mess- spannung |
Stromstärke |
| E-Sky/Arkai |
FK 180 SH |
6V |
330 mA |
| Graupner/JPerkins |
FK 180 SH |
6V |
340 mA |
| Century RC / GToys |
N30 |
6V |
490 mA |
| Protech/Dynam RC |
Mega X 180 |
6V |
430 mA |
| Xtreme / AHP |
Xtreme 180 / AFC System |
6V |
460 mA |
| Stromaufnahme Messungen zu den Motoren
im Leerlauf bei genau 6V Gleichspannung |
Fazit
Die Rechtecksignale der 4in1 müssen sehr sauber von den MOS FETs
weitergegeben werden, die einen möglichst kleinen Innenwiderstand
haben sollten. Ansonsten wird zuviel Strom in Wärme gewandelt,
was zunächst das Gyroscope negativ beeinflusst und letztendlich
die Motorregler gefährdet. Die Motoren müssen für das
Gewicht des Modells und die zugeführte Spannung ausgelegt sein.
Es muß individuelle Lösungen für 7,4 V und 11,1 V sowie
für leichte und schwere Modelle geben. Wir haben diese Lösungen
erarbeitet. Auf den folgenden Seiten erfährst Du wie wir dieses
Wissen sinnvoll in die Praxis umgesetzt haben.
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