BLDC Prüfstand (1) – Das Projekt kurz vorgestellt
Ein Prüfstand, der dazu dient, den Antriebsstrang des RC-Fluggerätes optimal zu dimensionieren, welcher RC begeistere Pilot träumt nicht davon. Dieser BLDC Prüfstand soll es ermöglichen Leistungskurven, ESC Einstellungen, ESC Timings zu evaluieren und die dazu perfekte Propellerkombination zu finden. Ein optimiertes Setup kann nicht nur optimale Effizienz bringen, sondern schont auch noch Hardware, unter Umständen somit sogar den Geldbeutel 😉
Anforderungen an den Prüfstand
Physikalische Messgrößen
Um den Antriebsstrang eines RC-Flugzeuges optimal analysieren zu können bedarf es erstmals die wichtigen Messgrößen und Parameter zu erfassen. Folgende physischen Messgrößen sollten automatisch vom Prüfstand, über diverse Sensoren erfasst, dargestellt und geloggt werden. Über die detaillierte Datenerfassung ist zu einem späteren Zeitpunkt genauer zu sprechen, erstmals ist es wichtig die zu erfassenden Parameter zu definieren.
| Wert | Bereich |
| Batterie Spannung (V) | 0-54V (100mV Auflösung – bis 12 s möglich) |
| Strom (A) | 0-150A (min 0.5A Auflösung) |
| Drehzahl (rpm) | „0“ – 60 000rpm |
| Schub (kg) | 0-20 kg (min 50g Auflösung) |
Optionale Parameter, die vom Konzept vorgesehen werden sollten, aber nicht zwingend erforderlich sind für die allererste Version des Prüfstandes.
| Wert | Bereich |
| ESC Temperatur (°C) | 0-150°C |
| Motor Temperatur (°C) | 0-150°C |
| Luft-Geschwindigkeit (kmh) | 0-250 kmh |
Generelle Anforderungen
- Messgrößen müssen in ein definiertes Format geloggt werden können um anschließend die unterschiedlichen Testläufe vergleichen zu können
- Der BLDC Prüfstand soll manuell (über SW oder über ein Menü, Taster, Schalter…) bedient werden können
- Der BLDC Prüfstand soll eine definierte automatische Testroutine für die Evaluierung des Antriebsstranges haben
- Der BLDC Prüfstand soll evaluieren können, wie schnell der Antriebstrang auf Inputvariation reagieren kann (Beispiel: Throttle 0% – 100% -> wie lange benötigt das Setup von Stillstand bis max speed?)
- Der BLDC Prüfstand soll jederzeit abschaltbar sein (Sicherheit)
- Der BLDC Prüfstand soll mindestens 10x pro Sekunde Messwerte erfassen können
- Der BLDC Prüfstand soll die Möglichkeit bieten einfach LiPo Batterien anschließen zu können (XT30 /XT60 / XT90)
- Der BLDC Prüfstand soll automatisch den Gasweg der ESC kalibrieren können
- Der BLDC Prüfstand muss nicht zwingend mobil sein
- Der BLDC Prüfstand muss sicher an einem Tisch / Arbeitsfläche angebracht werden können
Mechanisches Konzept
Um die Zugkraft des Antriebsstranges in Flugrichtung ermitteln zu können, wird der Motor auf einem mobilen Schlitten gelagert, der nur in die Flugrichtung bewegt werden kann. Die Kraft, die der Schlitten aufbringt, kann problemlos mit einer elektrischen Wägezelle ermittelt werden.
Um die Drehzahl so wenig wie möglich durch die Messung zu beeinflussen, muss diese kontaktlos geschehen, am besten mit einer Lichtschranke, die der rotierende Propeller durchbricht. Diese Frequenz kann dann problemlos gemessen und ausgewertet werden. Um verschiedene Propellergrößen und Motorhöhen zu unterstützen können muss es möglich sein diese Lichtschranke in zwei Achsen verschieben zu können. Diese bewegliche Lichtschranke muss auch sicher fixiert werden können, damit beim Testlauf nichts verrutschen und dadurch beschädigt werden kann.
Die CAD Modelle wurden in Fusion360 konstruiert – eine kleine aber wichtige Information: für persönliche nicht-kommerzielle Nutzung kann Fusion360 kostenfrei genützt werden – Fusion 360 für Privatanwender
Erster Prototyp
Mit einer existierenden und theoretisch funktionierenden CAD Zeichnung ist es möglich diesen Entwurf in die Wirklichkeit umzusetzen. Die Linearführungen sind Standardteile, die man von der Stange kaufen kann, die blau eingefärbten Teile sind 3D Druck Teile, die man auch einfach mit handelsüblichen 3D Druckern recht flott ausdrucken kann. In diesem speziellen Fall fiel die Wahl des Druckmaterials auf PETG, denn dies ist langlebig, nicht so spröde wie PLA, kann aber dennoch recht leicht gedruckt werden. Anders sieht es bei den Aluminiumplatten und Verbindungen aus, diese gilt es selbst in Handarbeit fertigen, dazu benötigt man ein wenig mehr an Werkzeugen PS: eine CNC Fräse, die Aluminium bearbeiten kann ist dabei äußerst hilfreich.
Also Ärmel hochkrempeln und los gehts! 🙂
Es ist immer schön, wenn eine Idee zu einem konkreten Plan wird und dieser dann erfolgreich in die Realität umgesetzt werden kann. Der Fertigung des BLDC-Prüfstands lässt keine Wünsche offen, Aluminium-, Holzbearbeitung, CNC fräsen von Aluminium und 3D druck haben zu einer erfolgreichen Umsetzung verholfen.
Die nächsten Schritte ?
Um die nötigen Messgrößen erfassen und die Motoren und ESC korrekt ansteuern zu können bedarf es eines elektrischen Konzepts, dabei gilt es Fragen zur Sensorik und Aktorik zu beantworten und wie man eine geeignete PCB designt.
Nachdem müssen sich Gedanken über ein Softwarekonzept und die Datenerfassung/Speicherung gemacht werden. So viel soll schon mal verraten sein: es wird kein Weg um Mikrocontroller in Zusammenspiel mit einer bedienerfreundlichen GUI führen.