Druckluftmotor für Modellflugzeug

    • Druckluftmotor für Modellflugzeug

      Irgendwie gibts keine richtige Kategorie für mein Problem, da es aber ein Motor werden soll der vielleicht mal ein Modell antreiben soll packe ich es mal hier rein. Auch wenn die Kategorie Modellmotoren so vielleicht nicht gemeint war :S

      Ich bin vor einigen Tagen bei Youtube auf einen Bastler gestoßen der sich einen Druckluftmotor mit einem 3D Drucker ausgedruckt hat um damit ein Flugmodell an zu treiben.
      Die einfache Kugelventilsteuerung die vom Kolben geöffnet wird sah so schön einfach und leicht aus das ich mich gleich mal dran gemacht habe so einen Motor nach zu bauen. In der Hoffnung das ein präzise gefertigter Motor einen besseren Wirkungsgrad besitzt und er mit ca. 2 Liter Druckluft (Pet Einwegflasche) ein Flugmodell vielleicht 1 Minute in der Luft halten kann.

      Einen Motor mit so einer einfachen Ventilsteuerung habe ich vor Jahrzehnten mal in der Lehre gebaut. Damals habe ich mir aber kein Kopf gemacht wie er eigentlich richtig funktioniert und er lief auch nie wirklich gut. Im Youtubevideo entdeckte ich eine Feder die auf dem Kolben sitzt und die Ventilkugel bei der Aufwärtsbewegung durch den Gegendruck im Einlass verzögert öffnet und bei der Abwärtsbewegung länger offen hält. So war zumindest meine Theorie der leicht versetzten Steuerzeiten die mir mal wieder den Mut gab es noch mal mit dem System zu probieren. Nach mehreren Tagen und ettlichen Versuchen mit verscheidensten Federn, Kugeln und Plättchen bin ich am verzweifeln.
      Der Gegendruck der das Ventil in den Sitzt drückt und es mit der Kolbenfeder verzögert öffnen soll geht mit der Aufwärtsbewegung des Kolben natürlich gegen null da der Kolben in der Aufwärtsbewegung dank fehlender Entlüftung auch einen Druck aufbaut. Das kann es also schon mal nicht sein.
      Mein Junior bekommt zu Weihnachten ein Speilzeugauto mit Druckluftmotorantrieb (welch ein zufall^^). An diesem Motor konnte ich erkennen das er verhältnissmäßig viel Totvolumen im Zylinderkopf hat. Die Kolbenfeder für die Ventilöffnung ist auch so stramm das sie das Ventil bei erstem kontakt sofort öffnet. Da kam mir eine neue Theorie. Der Kolben öffnet auf OT das Ventil, das Totvolumen wird mit druck gefüllt, das Ventil schließt wieder und der Kolben geht nur durch den verbleibenden Druck im Totvolumen nach unten und entlüftet auf UT durch die Zylinderbohrungen. Das dürfte aber denke ich relativ uneffektiv sein da Totvolumen immer blöd ist. Ich brauche ja einen Motor der einen möglichst guten Wirkungsgrad hat um lange in der Luft zu bleiben. Ich glaube um einen Motor mit richtiger Nockensteuerung am Zylinderkopf komme ich wohl nicht rum.

      Der Motor dreht jetzt eine 10 Zoll Latte mit 3000 Umdrehungen bei 4 Bar. Das macht ca. 5W Ausgangsleistung, damit macht das fliegen sicher kein Spaß.
      Kolbendurchmesser und Hub=12mm

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    • Moin Basti,

      die einzigen "Druckluft"-Motoren, die mir in dem Zusammenhang einfallen, sind sogenannte CO2-Motore. Und da wird die Kugel durch einen Stößel angehoben.

      Bilder gibt es eine ganze Menge, beispielsweise hier und eine meiner Meinung nach gute Erklärung ist hier zu finden.

      Ich hoffe mal, das hilft Dir etwas weiter.

      Viele Grüße
      Dietrich
      Feinblechner können machen aus feinen Blechen feine Sachen
    • Danke für den denkanstoß Dietrich.
      Von CO2 Motoren habe ich schon gehört, leider waren die vor meiner Modellbaukarriere aktuell, jetzt gibt es sie ja gar nicht mehr zu kaufen.
      Die dürften ähnlich wie mein "Niederdruck" Druckluftmotor funktionieren. Aber ich denke die Druckverhältnisse sind noch mal ganz andere.
      Flüssiges CO2 hat bei Raumtemperatur um die 50-60 Bar. Bei dem Druck reicht es natürlich das Kugelventil auf OT nur ganz kurz zu öffnen um genug Druck im "Hubraum" auf zu bauen das es bis auf UT Expandiert und schiebt. Da dürfte das Totvolumen auf OT im Zylinderkopf weniger eine Rolle spielen. In der Erklärung der Funktionsweise wird geschrieben das diese Motoren durch absenken des Zylinderkopfes Leistungseinstellbar waren. Je weiter der Kopf runter geschraubt wird desto mehr Leistung bringen sie da das Ventil länger geöffnet wird. Bei meinem Niederdruck Druckluftmotor habe ich aber mehr damit zu kämpfen das das Ventil nicht zu früh vor OT und länger nach OT öffnen sollte. Aber vielleicht ist das auch nur eine anpassungssache des Totvolumens auf OT.
      An CO2 hatte ich auch schon gedacht zumal es das ja auch noch recht günstig überall in Form von Sodamax Flaschen gibt. Aber der Druck hält mich dann doch etwas davon ab. Erstens wegen der Sicherheitsbedenken des Drucktanks und zweitens wegen der Materialanforderungen im Motor. Ich denke bei dem Druck entstehen wieder Kräfte die auf Dauer nur mit gehärteten Materialien zu beherschen sind. Aber die Leistungsreglung über das verstellen der Einspritzmänge/Steuerzeiten wärend des Fluges reizt mich schon etwas. :rolleyes: Die einfache drosselung der Durchflussmänge bei meinem Niederdruckmotor ist vom Wirkungsgrad denke ich uneffektiver.
    • hallo Basti,

      so einen kleinen CO2 Modela Motor hab ich auch in einem Freiflugmodell drin werkeln (ist aber schon lange nicht mehr geflogen).
      Einen Slowflyer könnte man sicher damit auch fernsteuern (die RC-Komponenten sind ja jetzt leicht genug). Laufdauer des Motors so um eine Minute, danach Abgleiten.

      Die Anpassung des Totvolumens wird bei den Motoren durch Verdrehen des Zylinders erreicht (damit dreht er sich aus dem Kunststoffgehäuse und der Stößel kommt nicht mehr ganz an die Kugel).

      Vor dem Druck brauchst Du nicht wirklich Angst zu haben, solange Du nicht mit der großen Flasche hantierst sondern mit den kleinen Kapseln (wie beim Sahnespender, nur für Soda). Denn unter dem Druck ist das CO2 flüssig und soll es auch sein, denn nur dadurch bekommt man genügend "Treibstoff" ins Modell. Während des Verdampfens kühlt sich der Behälter merklich ab, damit wird weniger Gas freigesetzt. Sieht man auch deutlich beim Leistungsabfall über die Laufzeit.

      Grüße Stefan
    • Aja, schön zu lesen das die CO2 Motoren auch nur eine Laufzeit von einer Minute haben. Schade das man nicht mehr so viel zu den alten Motoren findet, damals gabs eben noch kein Internet X/

      Je niedriger der Druck desto mehr Totvolumen braucht man das man auf OT füllen kann.
      Mein Motor hat 12mm Hub und jetzt 5mm Totvolumen. Wenn Das Luftvolumen proportional zum Druck steht dürfte meiner erst ab etwas über 2 Bar laufen da er dann überhaupt erst UT errecht. Meiner läuft erst ab 3 Bar da er auch noch einen erheblichen teil Kraft braucht um wieder auf OT zu kommen da er da ja wegen fehlender Entlüftung in der Aufwärtsbewegung wieder verdichtet. Das wird auch mit der Grund sein warum er auch noch so ruppig läuft. Das darf man bei einem Utraleicht Modell sicher auch nicht vernachlässigen. Also doch gleich ein 2 oder 3 Zylinder bauen? :/
      Derzeit dreht meiner eine 12x6 Zoll GWS HD Latte mit 3000 Umdrehungen bei 6 Bar. Das macht 13W Leistung. Mit meinem 1,8 Liter Testtank macht das aber gerade mal 25 Sekunden Laufzeit, Leistung dem Druck entsprechend abfallend. Ich glaube nicht das man das mit perfekten Steuerzeiten verdoppeln kann :(
    • Guten Abend,

      der Acrylmotor gefällt mir sehr gut ! Durch deinen Thread bin ich auf diese Motorn aufmerksamm geworden, was es nicht alles git !
      Die Idee mit der Kugel hat mir so gut gefalln, dass ich mich vor einigen Tagen auch an einem solchen Modellmotor versucht habe ^^.

      Kolbendruchmesser 6mm, Hub 7mm, Propeller 10x4, U/min noch unbekannt, besonderheit: es gibt kein Pleuel, der Kolben ist länger als üblich und drückt auf ein Kugellager, es besteht also keine direkte Verbindung zwischen Kurbelwelle und Kolben ^^. Heute war der 1. Testlauf und ich bin zufrieden. Da ich nicht die Absicht habe das Ganze als Modellantrieb zu nutzen habe ich mich in erster Linie aufs Aussehn und auf den "Sound" konzentriert. Der kleine klingt wirklich wie ein 2-Takt-Verbrenner... leider ist der derzeitige Kunststoffkolben nicht wirklich dicht, der wird vermutlich noch mal neu gedreht werden müssn.



      Was mir besonders aufgefallen ist: Da das Ventil ja schon unumgänglich vor OT betätigt wird, hängt es vor allem davon ab wie viel Schwungmasse bzw. welche Drehzahl der Prop erreicht, gerade beim Starten hatte ich große Probleme. Von "Fehlzündern" bis hin zum dauerhaften Oszillierenden hin und herfedern war alles dabei. Auch ich habe gemerkt, das der Motor einen Mindestdruck braucht, bei höherem Druck merkt man jedoch deutlich eine Bremswirkung, die Kraft mit der die Kugel abgehoben werden muss wird ja dadurch viel stärker ! Ich verwende derzeit eine 2.5mm Kugel aus einem kleinen Kugellager. Da ich zwar ein Gewinde am Zylinder vorgesehen habe, es mir aber versehentlich viel zu "labbrig" geworden ist, nutze ich es nicht wirklich zum Einstellen wie es bei den originalen Motoren gedacht war. Ich habe also mit der Länge der Nadel (3. Bild) einige Einstellungen versucht. Länger gewählt kann zwar länger Luft einströmen, allerdings wird auch sehr früh geöffnet und die Chance das der kolben in der Aufwärtsbewegung stark gehemmt wird steigt, zu kurz gewählt gelangt die Luft nicht lange genug in den Zylinderraum wodruch der Motor keine Kraft aufbaun kann. Das 2-Takter-Geräsuch wird durch einen dichten Kolben weiter verstärkt. Der jetzige ist wie gesagt etwas zu lose, was zusätzlich Starkt und Laufprobleme mit sich bringt, da die Einwirkdauer der Luft auf den kolben ohne hin nicht wirklich lange ist und die 7mm verzeihen auch die kleineren Toleranzabweichungen nicht wirklich ;)

      Ich hoffe der ein oder andere kannst mit dem obigen etwas anfangen. Wenn auch nicht als Flugmodellmotor so ist allein schon der Klang die ganze "Mühe" wert !

      lg, Andi
    • Hallo,

      die Steuerzeiten bekommt man leicht in den Griff:

      Oben am Kolben ist ein Stift welcher die Kugel im OT anhebt. Über den Stift ist eine (relativ schwache) Feder geschoben welche bei Abwärtsbewegung die Kugel (auf die ja im offenen Zustand kein Druck lastet) offen hält. Das Pleuel wird in der länge verstellbar gemacht um die genaue Einstellung zu ermöglichen.

      Gruß, Josef
    • Ich freue mich das ich mit meinem Post wieder jemand animieren konnte einen Motor zu bauen ^^
      Das mit der Feder auf dem Öffnungsstift die die Kugel länger offen hält war auch genau meine Theorie, sie Funktioniert aber leider nicht gut. Da der Kolben in der Aufwärtsbewegung je nach Verdichtung ein Gegendruck erzeugt wird die Kugel warscheinlich nicht lange genug durch den Antriebsdruck im Sitz gehalten und öffnet auch früher als gewollt. Zudem hatte ich probleme mit der länge der Feder. Wenn sie lang und weich genug war das sie die Kugel lange offen hielt ist sie nach ein paar Umdrehungen umgeknickt.
      Die Theorie mit dem Totvolumen/geringe Verdichtung passt ehr.
      Ich habe meinem Motor testweise ein einstellbares Totvolumen mit Hilfe eines einstellbaren Zylinders an der Seite verpasst und siehe da er läft jetzt ab 1 Bar an. Er hat mit voll gezogenem Zylinder auch deutlich mehr Drehzahl bis 3 Bar. Ab 3 bar ist es egal wie groß das Totvolumen ist, vielleicht läuft er dann schon zu schnell um es komplett zu füllen. Oder der fehlende Verdichtungsdruck sogrt dafür das die Kugel mehr in den Sitz gedrückt wird und öffnet durch die Kolbenfeder später.

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    • Update.
      Ich habe es doch nicht lassen können und habe den Motor auf Schiebersteuerung umgebaut. Ich denke so könnte man es wirklich mal mit einem Modellflugzeug probieren. (Deshalb die Themenanpassung)
      Die Drehzahl mit dem 12x6 Prop liegt jetzt bei 3300Upm 17,4W . (vorher 3000 Upm)
      Das Interessante ist das sich die Laufzeit fast verdoppelt hat. Ich denke das er mit einem 1.8 Liter Tank jetzt eine ungedrosselte nutzbare Motorlaufzeit von 40 Sekunden hat.
      Bilder
      • 20180112_161616.jpg

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    • Neu

      So schön die Kolbentreiblinge auch sind, aber irgendwie reitzt mich noch ein neuer Versuch Richtung Druckluftmotor für ein Modellflugzeug.
      Auch wenns hier immer mehr vom eigentlichen Thema Dampf abweicht muss ich doch mal fragen ob schon mal einer einen Lamellendruckluftmotor gebaut hat? Diese Teile die warscheinlich in jedem Druckluftwerkzeug zu finden sind. Sie scheinen ja wahre Leistungswunder zu sein. Ich habe im Netz diverse handgroße Motoren gefunden die mit Abgabeleistung jenseits der 150W angegeben sind. Das scheint mir ehr die richtige Bauform für ein geringes Leistungsgewicht zu sein.
      Die Frage ist nur wie müsste mal einen solchen Motor dimensionieren damit er zu einem Flugmodell mit 1-2 Litern Drucklufttank passt?
      Mein Bauchgefühl sagt mir da leider gar nichts, ausser das ein Motor mit vielleicht 20mm Statordurchmesser und 30mm länge warscheinlich viel zu kraftvoll sein wird und die Flasche in wenigen sekunden leer nuckelt. :huh: Drehzhalen von ca. 500 Umdrehungen wären schön.