Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Effizienz Propeller vs. EDF


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von Pusti (Gast)


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Hallo,

Für ein autonomes Boot frage ich mich, welcher Antrieb am effizientesten 
ist. Brushless mit Propeller oder Ducted Fan?
Das der DF bei höheren Geschwindigkeiten ineffizient wird ist klar, aber 
wie ist das in einer Situation, wo ich Pitch und Größe eines Propellers 
fast frei wählen kann, und de facto aufgrund der niedrigen 
Geschwindigkeit des Bootes (3 km/h, 50 cm Rumpf) nur der Stauschub 
relevant ist?
Die Frage wäre also, mit welchem Antrieb bekomme ich bei dieser 
niedrigen konstanten Geschwindigkeit die größte Reichweite?

von Lothar J. (black-bird)


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Propeller im Schubrohr im Wasser. Kleine Steigung, großer Durchmesser. 
Brushless-Außenläufer mit einstufigem Getriebe.

Blackbird

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von Jackass (Gast)


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Pusti schrieb:
> Die Frage wäre also, mit welchem Antrieb bekomme ich bei dieser
> niedrigen konstanten Geschwindigkeit die größte Reichweite?

Mit einer großen, langsamlaufenden Schraube mit hoher Blattzahl. Ob mit 
oder ohne Mantel, ist vergleichsweise egal.

Viel wichtiger wäre, Akku- Motor- und Reglerbelastung nicht auf 
Maximalwerte auszulegen. Sondern beim Motor vielleicht nur 30-50%, beim 
Regler vielleicht 70%, beim Akku hängt es stark von Typ und Gewicht ab, 
aber auch niemals 100% Maximalbelastbarkeit. Allein die richtige 
Auslegung dieser drei elektrischen Komponenten kann locker 50% 
Reichweitengewinn bringen.

Kleiner Motor mit Getriebe wurde schon genannt...

von Christian B. (luckyfu)


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Impeller bringen eigentlich nur bei sehr schnellen Modellen einen 
Vorteil, bei deinen angestrebten Geschwindigkeiten bringen die, außer 
viel Lärm und hohem Stromverbrauch, nix.

Ist beim Schiff übrigens auch so: Jet Antriebe gibt es (von wenigen 
Ausnahmen abgesehen) nur in schnellen Booten. Bei den angestrebten 
Geschwndigkeiten würde ich auch eine frei laufende Schraube empfehlen. 
Warum hast du nur Luft Antriebe? Darfst oder willst du den Antrieb nicht 
ins Wasser bringen?

: Bearbeitet durch User
von Pusti (Gast)


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Da das Boot autonom ist, wären bei bisherigen Versionen in unserem 
Gewässern immer wieder Wasserpflanzen problematisch, die sich in den 
Antrieb gesetzt haben. Daher will ich unbedingt mal eine Version mit 
Luftantrieb probieren.

von Jackass (Gast)


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Pusti schrieb:
> Version mit
> Luftantrieb

Also wie so ein Sumpfboot?

Da siehts du ja schon, was bei schnell fahrenden Booten los ist, der 
Propeller kann praktisch gar nicht groß genug sein...

In deinem Fall dann 15m Durchmesser oder so, mit ebenfalls vielen 
Blättern und hoher Steigung. Sprich, in der Praxis absolut nicht 
durchführbar.

von L. H. (holzkopf)


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Jackass schrieb:
> In deinem Fall dann 15m Durchmesser oder so, mit ebenfalls vielen
> Blättern und hoher Steigung. Sprich, in der Praxis absolut nicht
> durchführbar.

Wieso das denn?

Pusti schrieb:
> ...Größe eines Propellers
> fast frei wählen kann, und de facto aufgrund der niedrigen
> Geschwindigkeit des Bootes (3 km/h, 50 cm Rumpf) nur der Stauschub
> relevant ist?

http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/98044-Propellerboot-oder-Sumpfgleiter/page12

https://www.youtube.com/watch?v=eC4bVGlSCbw

Grüße

von Jackass (Gast)


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L. H. schrieb:
>> In deinem Fall dann 15m Durchmesser oder so, mit ebenfalls vielen
>> Blättern und hoher Steigung. Sprich, in der Praxis absolut nicht
>> durchführbar.
>
> Wieso das denn?

Na weil er nur langsam fahren will, aber dabei wohl ausreichend Schub 
braucht. Dafür sind Luftantriebe generell nicht geeignet, ihre Leistung 
erbringen sie erst bei hohen Bootsgeschwindigkeiten, und das selbst dann 
noch mit fraglichem Wirkungsgrad.

Und je kleiner der Propeller, desto schneller (und ineffizienter) muss 
er drehen, um zunächst mal den gleichen Schub zu erreichen. Er "fässt" 
halt weniger Luft, muss diese daher schneller antreiben...
Das gilt bereits bei normalen Sumpfbooten. Ihr Propeller wird schon dort 
nicht noch größer gebaut, weil er sonst halt breiter als das Boot wird, 
und natürlich auch schwerer/unhandlicher usw.. Der TO aber will noch 
dazu generell langsam fahren, und nochmals effizienter. Da wäre der 
"passende" Propeller wohl nicht mal nur 15m groß, sondern noch größer...

Ganz allgemein kann man sagen, daß der effizienteste Propeller 
eigentlich der ist, der die Luft kaum schneller "hinter sich wirft", als 
das Boot selbst fährt.
Freilich muss dieser dafür enorme Größen haben, nur deshalb gibt es das 
nicht.

von Alex G. (dragongamer)


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Gegen stark bewachsenes Wasser würde mir noch ein Wasserstrahlantrieb 
mit einem sehr flachen Gitter zum Ansaugen einfallen...
EDIT: Wobei das auch ein Antrieb ist der tendenziell für hoche 
Geschwindigkeiten designt wird.
Schaufel-Antrieb wie bei alten Damfern vieleicht?

: Bearbeitet durch User
von Pusti (Gast)


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Danke für die Punkte mit dem Sumpfboot. Genauso soll es werden. 
Wasserstrahlantrieb hatte ich schon, aber wenn da die Jochalgen 
reinkommen, Katastrophe.
Aber um es zusammen zu fassen : da die Geschwindigkeit klein ist, ist 
der Antrieb in realisierbarer Größe ineffizient. Die effizienteste 
Lösung ist aber immer noch ein möglichst großer Propeller mit möglichst 
kleiner Steigung. Da EDF klein sind und hohe Steigung haben, dürfte das 
eher das Gegenteil des Gewünschten sein.

von Gurti (Gast)


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wenn ich sowas höre

Pusti schrieb:
> zusammen zu fassen

könnte ich kotzen

von L. H. (holzkopf)


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Jackass schrieb:
> Der TO aber will noch
> dazu generell langsam fahren, und nochmals effizienter. Da wäre der
> "passende" Propeller wohl nicht mal nur 15m groß, sondern noch größer...

Die 3km/h entspr. 0,83m/s, was schon recht langsam ist.
>
> Ganz allgemein kann man sagen, daß der effizienteste Propeller
> eigentlich der ist, der die Luft kaum schneller "hinter sich wirft", als
> das Boot selbst fährt.
> Freilich muss dieser dafür enorme Größen haben, nur deshalb gibt es das
> nicht.

Ob ein Propeller für das Anliegen des TE unbedingt enorm groß sein muß, 
weiß ich nicht so genau.
Denke aber, daß man seinen D dann kleiner gestalten kann, wenn man ihn 
mit mehreren Schaufeln bestückt.
https://www.walter-tools.com/SiteCollectionImages/industry-solution/energy/hydro-turbines/hydroturbine-kaplan-blade.jpg

Am Anfang vielleicht sogar mit verstellbaren, um "ausloten" zu können, 
welcher "Einschneid-Winkel" in die Luft im Zusammenspiel mit der 
Drehzahl die besten Ergebnisse bringt.

Im Prinzip ist die Anordnung des Prop.-Motors ein Stück weit über dem 
Heck (wie im Video erkennbar) an sich eine ganz gute Lösung.
So lange der Motor incl. Prop. für die Schwerpunktlage des Bootes nicht 
kritisch wird.

Für Richtungsänderungen des Bootes dürfte ein dem Prop. nachgeordnetes 
Leitwerk eher nicht tauglich sein, da zu wenig Luftdurchsatz vorhanden.
Nachgeschlepptes Ruder fällt auch flach, weil sich das in Wasserpflanzen 
"verhakeln" könnte.

Bleibt fast nur noch die Möglichkeit, um den Prop. einen Luftfangring 
anzuordnen und die Motorhalterung drehbar auszulegen.
Am besten dazu in den Bootsrumpf möglichst tief einen SM bzw. die 
gesamte Drehmechanik "einpacken".
Auch, um dort ein Gegengewicht für den Prop.-Ausleger zu positionieren.

Zum Boot selbst haben wir keine Angaben.
Wenn ich sowas bauen wollte, würde ich das, um jegliches Kippen von 
vornherein zu unterbinden, nur mit zwei extrem stromlinienförmigen 
Tragkörpern machen.
Da kann man dann draufpacken, was man will oder braucht.
https://de.wikipedia.org/wiki/Katamaran

Grüße

von Pusti (Gast)


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Ja genau, Lenkung durch verstellen des Props.

von Jackass (Gast)


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L. H. schrieb:
> Denke aber, daß man seinen D dann kleiner gestalten kann, wenn man ihn
> mit mehreren Schaufeln bestückt.

Ja natürlich, hohe Blattzahl für mehr Schub. Das theoretische Ideal 
bliebe dennoch riesig.

Pusti schrieb:
> da die Geschwindigkeit klein ist, ist
> der Antrieb in realisierbarer Größe ineffizient.

Ineffizient kann man so nicht sagen. Langsam drehenden Propeller sind 
grundsätzlich ziemlich effizient. Siehe z.B. Lüfter. Dort sind große 
Langsamläufer immer leiser/effizienter, als kleine Schnellläufer. Du 
fragst aber nach weiterer Effizienzsteigerung. Und vor allem liest man 
was von Wasserpflanzen. Wenn damit auch sowas wie in den Everglades oder 
dem Pantanal gemeint ist, braucht das Boot ja trotz langsamer Fahrt 
recht hohen Schub. DAS in Verbindung mit hoher Effizienz würde den 
riesigen Propeller bedeuten.
Auf offener Wasserfläche ohne Gegenwind usw. verbraucht ein 3Km/h 
schnelles Boot grundsätzlich so gut wie nichts. Für z.B. 30Km/h braucht 
das gleiche Boot nicht etwa die zehnfache Leistung, sondern vielleicht 
schon die Hundertfache.

von Walter Tarpan (Gast) (Gast)


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Jackass schrieb:
> kleine Schnellläufer

Jackass schrieb:
> große
> Langsamläufer

Die Unterscheidung zwischen Langsam- und Schnellläufern bezieht sicht 
aber normal nicht auf die tatsächliche Größe, sondern auf die Laufzahl 
und die Durchmesserzahl.

L. H. schrieb:
> Am Anfang vielleicht sogar mit verstellbaren, um "ausloten" zu können,
> welcher "Einschneid-Winkel" in die Luft im Zusammenspiel mit der
> Drehzahl die besten Ergebnisse bringt.

Der optimale Angriffswinkel läßt sich eigentlich bei gegebenem 
Propellerdurchmesser und bekannter gewünschter Optimalgeschwindigkeit 
recht einfach berechnen. Wenn der TO Zugriff auf eine Uni-Bibliothek 
hat, ist der hier die 
https://www.amazon.de/dp/351900433X/ref=cm_sw_r_tw_dp_U_x_GkWCCbJ0VCWG7

Ich halte eine Luftschraube aber auch eher für ein ungeeignetes 
Antriebskonzept für ein Wasserfahrzeug. Schaufelräder haben zwar einen 
üblen Wirkungsgrad, sind aber womöglich bei sumpfigem Wasser das 
überlegene Antriebskonzept. Eventuell ist sogar ein 
Flossen-Paddel-Antrieb für ein Fahrzeug geringer Größe sehr brauchbar.

von L. H. (holzkopf)


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Jackass schrieb:
> L. H. schrieb:
>> Denke aber, daß man seinen D dann kleiner gestalten kann, wenn man ihn
>> mit mehreren Schaufeln bestückt.
>
> Ja natürlich, hohe Blattzahl für mehr Schub. Das theoretische Ideal
> bliebe dennoch riesig.

Woher willst Du denn so genau wissen, daß ein Prop. "riesig" sein 
müßte??
Wenn Du nicht mal irgendeine Angabe zu den konkreten Einsatzbedingungen 
hast.

Außer allgemeinem Geschwafel des TE liegt doch so gut wie rein gar 
nichts dazu vor.

Nahezu das einzige, was er konkret nannte, war, daß die Größe des Prop. 
keine Rolle spielt.

Wenn Geld für sein Vorhaben auch keine Rolle spielt, kann er sich auch 
einen Ersatz-Prop. für ein Raumluft-Reinigungsgerät kaufen.
Das sind so quadr. Kisten, ab 60x60cm aufwärts, die in Gasträumen an der 
Decke hängen.

U.a. haben die einen recht großen Propeller (D ab 40cm aufwärts) drin, 
der normal recht langsam (nicht hörbar) läuft, jedoch auch mit höheren 
Drehzahlen laufen kann.
Prop.-Material ist Kunststoff, weshalb er auch kein nennenswertes 
Gewicht hat.

Walter Tarpan (Gast) schrieb:
> Ich halte eine Luftschraube aber auch eher für ein ungeeignetes
> Antriebskonzept für ein Wasserfahrzeug. Schaufelräder haben zwar einen
> üblen Wirkungsgrad, sind aber womöglich bei sumpfigem Wasser das
> überlegene Antriebskonzept. Eventuell ist sogar ein
> Flossen-Paddel-Antrieb für ein Fahrzeug geringer Größe sehr brauchbar.

Trotz aller evtl. Nachteile einer Luftschraube hat sie m.E. auch einen 
unbestreitbaren Vorteil bzgl. Betriebssicherheit.
Weil sie keinen Kontakt zum Wasser hat und deshalb auch nichts in sie 
hineingewurschtelt werden kann.

Grüße

von Jackass (Gast)


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Das mit dem riesigen Propeller ist doch nur theoretischer Natur. Der TO 
muss ggf. eh schauen, wie weit er sich diesem Optimum nähern kann.
Selbst mit z.B. "nur" 1m Durchmesser bekommt er real schon eher Probleme 
mit der höheren Lagerreibung.

Kurz und für mich abschließend gesagt, wird sein anzustrebender 
Propeller nicht eher klein, sondern eher groß sein. Ob er den dann 
ultraleicht macht und mit winzigen, entfetteten Kugellagern lagern kann, 
ist alles ne andere Geschichte...

von Pusti (Gast)


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30 cm Prop wären vermutlich schon grenzwertig. Eher 20 cm. Macht es mehr 
Sinn den Schub mit einem 2 Blatt Prop bei hoher Drehzahl oder mit 5 
Blatt Prop bei niedrigerer Drehzahl zu erzeugen?

von Walter T. (nicolas)


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Pusti schrieb:
> Macht es mehr
> Sinn den Schub mit einem 2 Blatt Prop bei hoher Drehzahl oder mit 5
> Blatt Prop bei niedrigerer Drehzahl zu erzeugen?

Es wurden schon schicke Rennboote mit Einblattpropeller gebaut.

Weniger Blätter == größere Laufzahl == Mehr Drehzahl oder mehr 
Durchmesser == höhere Effizienz == höhere Lautstärke

Bei mehr Drehzahl sollte die Idealgeometrie der Flügel auch genauer 
eingehalten werden.

In der Realität muss man halt einen Kompromiss finden. Früher baute man 
Flugzeugpropeller optimalerweise mit möglichst wenigen 
Propellerblättern, um die Motorleistung bei gegebenem Durchmesser 
optimal in die Luft zu bekommen. Heute lassen das Lärmgrenzwerte nicht 
mehr zu, deshalb haben europäische Versionen von kleinen 
Propellerflugzeugen meist mehr Propellerblätter als die amerikanischen 
Versionen.

: Bearbeitet durch User
von Pusti (Gast)


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Lärm ist kein Problem. Der benötigte Schub ist nicht groß, das Ding muss 
ja nicht schnell fahren.

von ??? (Gast)


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teilgetauchte lange Wasserschraube mit mehreren Windungen?
Das gibts zumindest bei russischen Sumpgängigen Fahrzeugen.
https://www.youtube.com/watch?v=-K3G62zJuJ0
Muss entweder links und rechts neben dem Rumpf laufen oder zwischen zwei 
Rümpfen.

von Pusti (Gast)


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Super Konzept aber mechanisch nicht umzusetzen für mich. Ob das im 
Wasser so toll ist, weiß ich auch nicht. Ist ja eher für Schlamm 
gedacht.

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