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Thema:  Optimierung und Tuning der 500W Getiebemotoren von Mat-Con |
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18.02.2017, 20:03 Uhr
  SkorpionTiger
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Hallo Leute,
wie einige bestimmt wissen, habe ich ja einen Unimog im Maßstab 1:4 aus Stahl gebaut.
Nun ist es ja so, dass man im Modell nie genug Leistung haben kann. Aus diesem Grund
habe ich mich mal näher mit den 500W Getriebemotor von Unite Electric Motor Co. LTD
beschäftigt. Dieser bietet nach meinen Untersuchungen noch einiges an Leistungsreserven
und Tuning Potential. Also als erstes mal einen neuen jungfräulichen Motor über
Ebay bestellt. Nach dem Anklemmen an mein Netzteil und einer Einlaufphase,
hat sich der Strom auf ca. 2,4 A im Leerlauf eingependelt.
Als nächstes habe ich den Motor zerlegt und bemerkt, dass die Federscheibe zum Ausgleich
des Längsspieles vom Rotor viel zu hart/straff ist. Also diese mal gleich ein wenig
nachbearbeitet und \\\"flacher\\\" geformt. Anschließend den Motor wieder zusammen gebaut
und erneut die Stromaufnahme gemessen. Siehe da diese ist um ca. 0,3 A im Leerlauf gesunken.
Das ist mir an Optimierung noch nicht genug und so habe ich den Motor wieder zerlegt.
Im nächsten Schritt habe ich mir den Rotor vorgenommen. Hier sind die Wicklungsdrähte
nur am Kommutator eingequetscht sind. Dies gibt natürlich bei Wärme entsprechende
Übergangswiderstände und somit Leistungsverlust. Daher habe ich alle Anschlüsse mit
Flussmittel und Bleifreilot nachgelötet. Den Motor später wieder zusammenmontieren
und ran an das Netzteil und erneut die Stromaufnahme im Leerlauf gemessen.
Siehe da schon wieder ist der Strom gesunken, diesmal um ca. 0,2 A.
Somit ist der Leerlaufstrom um ca. 0,5 A gesunken, das macht ca. 12W weniger.
Diese Leistung muss der Motor nicht in Wärme umwandeln.
Auch meine Tests im Modell Unimog habe dies bestätigt.
Der Motor wird unter Belastung nicht mehr so warm und hat subjektiv
auch etwas mehr Kraft/Drehmoment. Das soll es aber noch nicht gewesen sein.
bei näherer Betrachtung des Rotor ergab sich ein doch recht schlechter Füllgrad der Ankerbleche.
hier ist noch einiges an Luft und so werde ich mir die Arbeit machen den Rotor mit einem
dickeren Draht neu wickeln. Auch ist bei den Magneten noch etwas an Drehmoment
und Wirkungsgrad Verbesserung drin. Ich halte euch hier auf dem Laufenden.
--
MfG
Martin
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Mitglied der RAG-MM http://www.rag-mm.de
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18.02.2017, 20:43 Uhr
scenic99
Bob der Baumeister
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Hi Martin,
sehr interessant 
Bin mal gespannt was du da noch rauskitzeln kannst ... 
Gruß
Dirk
--
email@dirkkristen.de
http://www.dirkkristen.de
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18.02.2017, 22:50 Uhr
halbkette
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Hallo Martin,
dein Vorhaben finde ich auch sehr interessant.
Das ist ja ein echtes Tuning von E-Motoren :
a) weniger Leerlaufstrom und
b) vielleicht mehr Leistung durch größeren Wickeldraht-Querschnitt und
c) vielleicht mehr Leistung und verbesserten Wirkungsgrad durch stärkere Magnete ?
Da bin ich mal echt sehr gepannt auf die Möglichkeiten, die du dazu findest und natürlich auch auf die endgültigen Meßwerte.
Immer weiter so. 
--
Gruß Hartmut
\\\" Ein Modell ist mehr als nur die Summe seiner Teile \\\"
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19.02.2017, 20:06 Uhr
SkorpionTiger
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Hallo Dirk, hallo Hartmut,
ja da bin ich auch mal gespannt. Arbeite mich gerade in die E-Motor Materie ein und habe da auch bei mir auf
Arbeit super Unterstützung in Form von Simulationsprogrammen und Manpower.
In der nächsten Woche gibt es weiteres zu berichten, also bis dahin noch etwas Geduld
--
MfG
Martin
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19.02.2017, 20:40 Uhr
jhamm
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Hi,
wenn man sich die Position der Kohlebürsten ansieht, dann hat der Motor offensichtlich eine Vorzugsdrehrichtung.
Da könnte man ja auch noch was machen, wenn der Motor Vor- und Rückwärts drehen soll.
--
Grüße
Jürgen
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| Beitrag 1 mal editiert. Zuletzt editiert von jhamm am 19.02.2017 20:40.
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22.02.2017, 01:27 Uhr
Oldchap
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Hallo Martin,
ein guter Ansatz, denke ich! Die geringere Abwärme ist das eine, die gesparte Energie das andere! Immerhin sind unsere Akkus i.d.R. die "Spaß-Limiter" beim Fahren. Beim Plätten der Wellfeder und dem Verlöten der Kollektorzungen (Vorsicht! Die können sich bei zuviel Hitze lösen) wäre ich sofort dabei; neu wickeln wäre mir dann doch zu aufwändig. Der Anker läuft zwar nur mit ca. 3.000 Touren, aber auch da sollte gut ausgewuchtet werden. Aber wer hat schon eine Maschine für dynamisches Wuchten im Zugriff?
Auch die Bürstenfedern und deren Andruck könnte man sich mal anschauen. Die Reibung der Bürsten auf den Kollektorlamellen ist auch nicht zu verachten. Jede Änderung ist aber eine Gratwanderung zwischen Reibungsminderung und Abbrand-Erhöhung durch erhöhte Funkenbildung.
Wenn man die Dinger aber schon öffnet, sollte man sie gleich auch noch wenigstens rudimentär entstören! Das hat der Hersteller nämlich leider "vergessen". Dabei passen die kleinen Kondensatoren gut unter die hintere Abdeckung.
--
Viele Grüße
Gerhard
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Bigtanks-Köti 1:6, Hermann-Porsche-Köti 1:6, Bigtanks-Jati 1:6, Armortek-Japa 1:6
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22.02.2017, 19:17 Uhr
SkorpionTiger
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Hallo Gerhard,
danke für dein Feedback. Die Kollektorzungen sind bei diesem Motor sehr robust. Ich habe da schon viel Hitze, wegen dem Bleifreilot, reingebracht und es hat sich nichts gelöst.
Die Bürstenfeder lässt man am besten so wie sie sind. Hier etwas zu ändern, geht auf jeden Fall nach hinten los, da man sie nicht alle 4 gleich mäßig ändern kann und wie du schon
geschrieben hast der Abbrand großer wird. Hier holt man, wenn überhaupt, nur noch wenige mA an Stromoptimierung raus.
An relativ leichter Optimierung ist bei dem Motor nicht mehr herauszuholen, aber der Thead heißt ja auch
"Optimierung und Tuning..." und diese beginnt jetzt.
Bei einem abgebrannten/überlasteten Motor habe ich das Neuwickeln probiert. Auch das Wuchten des Rotors funktioniert mit dem Prinzip einer Luftschraubenwuchtmaschine recht gut.
Es ist also gar nicht so schlimm. Zum WE werde ich neues berichten.
--
MfG
Martin
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| Beitrag 2 mal editiert. Zuletzt editiert von SkorpionTiger am 22.02.2017 19:29.
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26.02.2017, 17:13 Uhr
SkorpionTiger
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Hallo Leute,
es geht weiter mit der Optimierung bzw. dem Tuning. Da der Motor im Original Zustand
rechnerisch und Messtechnisch auf einen Widerstand von 0,2094 Ohm kommt und somit
einen Kurzschlussstrom von 114,6 Ampere fließen würde, habe ich mich angesichts der
doch recht dünnen Anschlusskabel, welche nur sehr dürftig an der Kohlenträgerplatte
angeheftet sind, entschlossen diese gegen dickere auszutauschen.
Die Originalkabel sind ca. 2-2,5 mm² dick, die von mir eingebaute Zuleitung ist 10mm²
und die Verbindungsleitung der Kohleplattenanschlüsse sind 6mm².
Nach erneuten Messungen ist zwar der Leerlaufstrom um ca. 0,2A angestiegen, aber
zugleich ist auch die Leerlaufdrehzahl nach oben gegangen.
Dies kommt von den reduzierten
Übergangswiderständen in der Zuleitung, so dass die zugeführte Energie in den
Ankerwindungen besser genutzt werden kann.
An Optimierung mit relativ wenig Aufwand war es das leider, also ging es weiter
mit dem Tuning. Da ich ja den Füll Grad erhöhen will, habe ich mir verschiedene Dicken
von Kupferlackdraht besorgt. Im Ursprungsmotor ist ein Draht mit 0,75 mm
Durchmesser verbaut. So wurde der Motor kurzerhand von dem Draht befreit.
Anschließend habe ich die Ankerblechpakete mit Kaptonband isoliert.
Danach habe ich den Motor wieder neu gewickelt und die Einzeldrähte mit dem
Kunststoffspatel in Form gebracht.
Nach einigen Versuchen bin ich auf einen maximalen Drahtdurchmesser von 1mm
gekommen. Mehr geht in die Spalten des Ankers nicht rein. Dann noch die Drähte anlöten
und einen isolierenden Lack in die Wicklungen laufen lassen.
Nach dem Trocknen des Ganzen musste der Rotor noch gewuchtet werden.
Hier bediente ich mich des Prinzips der Luftschrauben Wuchtung.
Das ging mit einem 2K Knetkleber recht gut.
Nach dem alles wieder zusammen gebaut war ging es an den Probelauf.
Dieser zeigte sich vielversprechend. Der Leerlaufstrom ist noch einmal um fast 0,3 A
gesunken und der Motor hat ein deutlich besseres Ansprechverhalten.
Er läuft jetzt schon bei 0,8V an und beschleunigt bei konstantem Strom deutlich besser.
Der neu gewickelte Rotor hat nun einen rechnerisch und messtechnisch ermittelten
Widerstand von 0,1424 Ohm. Das bedeutet er hat einen Kurzschlussstrom von 168,5 A.
Also schnell den Motor in den Unimog eingebaut und ein paar Testrunden gedreht.
Die Stromaufnahme ist bei max. Geschwindigkeit auf der Geraden von 19,4A auf 14,1A gesunken.
Die Beschleunigung von null auf max. ist auch deutlich besser. Der Unimog kommt
vorn sogar etwas aus den Federn raus. Genauere Testergebnisse werde ich hier
nachreichen, sobald ich auf den Teststand darf.
Das Umwickeln hielt sich in Grenzen. Ich habe hier für den erste Motor ca. 7 Std ohne
Warte- und Trockungszeiten benötigt. Das der Motor deutlich an Drehmoment und Leistung
gewonnen hat ist auf jeden Fall feststellbar. Ich werde weitere Sachen probieren um
noch mehr aus dem Motor heraus zu holen.
Hier noch ein Bild zwischen max. Draht und Original.
--
MfG
Martin
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| Beitrag 1 mal editiert. Zuletzt editiert von SkorpionTiger am 26.02.2017 17:16.
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26.02.2017, 17:48 Uhr
SkorpionTiger
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Hi Dirk,
so enorm finde ich den Aufwand gar nicht. Wenn man die ca. 7 Std für das Umwickeln betrachtet und das
Ergebnis dann sieht, ist es nicht schlimm. Um aber hinter die Funktion/Wirkungsweise des E-Motors zu kommen ist
schon etwas mehr Zeit nötig. Aber das ist wie mit dem Erlenen z.B. einer Programmiersprache oder etwas anderes.
Es dauert halt seine Zeit bis man es kann, aber dann ist es nicht mehr wild.
Beim Basteln klappt ja auch nicht immer alles auf Anhieb oder...
--
MfG
Martin
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26.02.2017, 17:50 Uhr
Radfahrer
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Hallo Martin,
interessant zu sehen, was man alles anstellen kann. Es gibt ja Cracks, die ihre Kleinelektromotoren tunen, einlaufen, Bürsten anpassen, Lager reinigen und umölen etc. Auch von Leuten, die ihre Brushless-Motoren neu wickeln, habe ich gehört. Aber das hier ist wirklich heftig. Viel Erfolg weiterhin.
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Isch ´abe ga´ keine Fahrrad!
Olaf (der Radfahrer)
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27.02.2017, 19:03 Uhr
SkorpionTiger
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Hallo Olaf,
danke für dein Feedback. Als Außenstehender ist das natürlich etwas heavy, aber es ist eigentlich nicht so wild.
Das ist wie mit dem 3D Konstruieren oder CNC Fräsen, als Leihe ist das der hoch komplexe Materie.
Mit meinen bisher geschilderten Methoden lassen sich die meisten E-Motoren, zu mindestens die aus China, optimieren.
Mit den Tuningmaßnahmen ist es dann möglich den Motor an seine Wünsche/Bedürfnisse anzupassen und das
"Optimum" raus zu holen. Und das auch noch relativ preiswert. Abgesehen von den ca. 7 Std habe ich für das
Neuwickeln eines Motos ca. 20,- Euro ausgegeben.
--
MfG
Martin
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27.02.2017, 20:09 Uhr
halbkette
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Hallo Martin,
ein schöner Erfolg bei sauberer Arbeit. !
Jetzt hat der Motor eine Blockier-Leistung von 4 kW ! Da ist es, selbst im Nennbetrieb, vorbei mit 500 Watt.
Den kannst du jetzt als Starter für einen LKW-Motor einsetzen... ...oder für ein Rollstuhlrennen... 
Änderst du noch die Magnete ? Ich bin gespannt.
Weiter so.
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Gruß Hartmut
\\\" Ein Modell ist mehr als nur die Summe seiner Teile \\\"
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27.02.2017, 20:20 Uhr
Doomgiver
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Hallo,
wollte auch noch mal meine Hochachtung vor der hier gezeigten Arbeit hierlassen. 
Finde das Thema generell recht interessant, auch wenn ich mich noch nicht wirklich in die theoretischen Grundlagen bzgl. Motorwicklung beschäftigt habe. Drahtdicke, Anzahl der Windungen, Verschaltungen, etc. Was mir sehr, sehr gut gefällt, ist wie aus einem Standard-"Chinaböller" größtenteils lediglich mit Zeitaufwand und Sorgfalt ein echt guter Motor geworden ist, der Dir bestimmt noch viel Freude und hoffentlich wenig Ärger machen wird. Ich persönlich finde es immer sehr befriedigend, auf etwas Neugier zu haben, sich Wissen selbst anzueignen, es dann auszuprobieren und am Ende funktioniert das sogar so wie gedacht. Geile Sache!
Zumindest optisch weiß der ganze Aufbau allein schon mit dem dickeren Draht sehr zu gefallen. Und häufig gilt ja "Was gut aussieht, funktioniert oftmals auch recht gut".
Heiko
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28.02.2017, 00:13 Uhr
Oldchap
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Hallo Martin,
ein gutes Ergebnis, wie ich finde! Die 114 A Kurzschlußstrom hatte ich bei meinen auch rausgemessen. Das war rein interessehalber, weil bei Kollegen Fragen über die Haltbarkeit von Reglern (übrigens auch von Deinen) im Zusammenhang mit diesen Motoren aufgetaucht sind und ein gewerblicher Hersteller von Reglern sogar von "mehr als 300 A Kurzschlußstrom" bei diesem Motortyp berichtet hatte. Nach der Messung konnte ich die Kollegen etwas beruhigen, selbst unter der Einschränkung, daß alle PWM-Regler im Teillastbetrieb nicht die selbe Leistung liefern können wie bei Vollgas.
Beim Anschlußkabel habe ich mich damit begnügt, wenige cm des dünnen Kabels dranzulassen und dann auf 6 qmm umzusteigen. Die letzten paar cm fallen weder meßtechnisch noch bei der Erwärmung ins Gewicht, und der Aufwand ist doch etwas geringer. Dabei darf man nicht vergessen, daß im praktischen Betrieb so gut wie nie diese Ströme fließen werden; weder 114 noch 168 A, weil damit die Wicklungen in kürzester Zeit verdampfen würden. Es geht ja schließlich hauptsächlich darum, den Motor agiler in der Beschleunigung und besser im Wirkungsgrad zu machen. Auch die Haltbarkeit des Getriebes ist ein begrenzender Faktor.
Deine dickere Wicklung hat allemal ihre Vorteile, speziell dann, wenn mehr Leistung benötigt wird. Das statische Auswuchten á la Luftschraube dürfte auch genügen.
Was für mich bleibt, ist die Frage, wie das doch recht einfache Magnetmaterial mit den deutlich erhöhten Feldstärken zurechtkommen wird, wenn dem Motor tatsächlich die jetzt mögliche höhere Last abverlangt wird. Bekanntlich setzen gerade höhere Taktfrequenzen den Ferrit- und Alnico-Magneten verstärkt zu. Wenn dann noch die Feldstärke deutlich ansteigt, könnte auch da eine Grenze erreicht werden.
--
Viele Grüße
Gerhard
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Bigtanks-Köti 1:6, Hermann-Porsche-Köti 1:6, Bigtanks-Jati 1:6, Armortek-Japa 1:6
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