Modellbau Seenotkreuzer

Modellbauberechnungen
Wer ein Modell bauen möchte kommt nicht umher sein Modell komplett durchzurechnen. Die Schraube ist meist Aufgrund des Maßstabs vom Orginal bekannt. Aber welchen Motor benötigt man, damit ich das Modell auf die orginal Geschwindigkeit beschleunigen kann und das mit dem geringsten Stromverbrauch? Im Moment teste ich noch die Berechnungen, aber ich habe versucht alles an Formeln zusammen zu stellen, was man zum Planen seines Modells benötigt. Die Berechnungen lassen sich für alle Bootsklassen verwenden die zu den Halbgleitern gehören (Sportboote, Yachten, Seenotkreuzer, Fregatten,…).
Bei den Eingabefeldern habe ich nur die zur Verfügung gestellt, die zum Berechnen eines natürlichen Fahrbildes notwendig sind.
Bitte alle Felder ausfüllen, ausser bei den Schrauben. Hier müssen nur benötigten Felder ausgefüllt werden. z.B. bei einen 1 Schraubenantrieb nur die mittlere, bei einem 2 Schraubenantrieb nur die linke und rechte und bei einem 3 Schraubenantrieb natürlich alle. Bei der Spannung analog.
Man muss sich leider erst einmal einen Motor aussuchen und davon wird nur die Spannung und Drehzahl abgefragt, weil nunmal die Schraube für den Vortrieb sorgt und der Motor an das Modell angepasst werden muss. Die Berechnung wirft dann die Daten und man muss nun selbst entscheiden ob der Motor passt. Für eine automatische Ermittlung erstelle ich auch noch irgendwann eine Datenbank, sodass man sofort ein paar passende Motoren angeboten bekommt. Weitere Informationen in den Unterrubriken der Modellberechnungen.
Die Berechnungen sind im Moment noch im entstehen, sodass sie ständig erweitert werden um auch noch den elektrischen Teil zu berücksichtigen wie Motordaten, Akkuspannung und Regler. Für Erweiterungen oder Wünsche stehe ich gerne zur Verfügung. Bitte nur eine kurze Mail mit den Anregungen. Die Berechnung der Schraubenleistung ist so gewählt, dass Schrauben, wenn sie z.B. alle mit ihrer max. Drehzahllaufen, sich nicht gegenseitig ausbremsen.
Bei der Eingabe von Dezimalzahlen den Punkt . nehmen, NICHT das Komma , verwenden!

Schiffsschraube
Für die Berechnungen ist die Blattzahl unerheblich, aber was bringt ein Vier- und/oder Fünfblatt-Propeller, im Vergleich zu einem Dreiblatt-Propeller :
Das Boot kommt schneller ins Gleiten und bleibt auch bei geringerer Geschwindigkeit in Gleitfahrt. Die Schrauben verbessern die Geschwindigkeit mittlerlerer Geschwindigkeit und gleicher Drehzahl und sorgen für eine schnellere Beschleunigung als bei den meisten Dreiblatt-Propellern Die Propeller laufen mit weniger Vibrationen und haben ein besseres Handling bei rauem Wasser sowie ein besseres Handling bei geringen Geschwindigkeiten. Man erreicht nicht ganz so hohe Spitzengeschwindigkeiten wie ein vergleichbarern Dreiblatt-Propellern. Die Steigung: Sie Steigung der Schiffsschraube gibt einen Wert in mm wieder. Die Steigung ist der Weg den die Schraube bei einer Umdrehung zurücklegt. Als Beispiel: Wären die Blätter so flach angestellt als hätte man eine Scheibe, dann ist der Weg gleich 0 mm. Da die meisten Hersteller den Wert als Faktor (Pitch) angeben, habe ich diesen Wert für die Berechnung genommen. Man kann sich den Faktor aber auch leicht errechnen, da man einfach nur die Steigung mm duch den Durchmesser mm der Schraube teilen muss. Faktor = H/D
Die Steigung ist bei Raboesch Type A =1.02 * Typ C+D =0.88, bei Robbe 0.7 und Krick 1.4.

Berechnungsbeschreibung
Bei der Berechnung wird zuerst das zulässige Gesamtgewicht und die Geschwindigkeit für ein natürliches Fahrbild ermittelt. Aus diesen Angaben ergibt sich dann die Antriebsleistung die die Schrauben aufbringen müssen, um das Schiff auf die errechnete Endgeschwindigkeit zu beschleunigen. Jetzt beginnen die Verluste die immer wieder berücksichtigt werden müssen. Eine Schraube hat einen Wirkungsgrad von ca. 40 – 50%, wenn die Schraube in den Bereich der Kavitation gerät sogar noch weniger. Die berechneten Daten zeigen als erstes die max. Geschwindigkeit, bis die Schrauben die Kavitation erreichen. Die Werte sind nur informativ wie auch die Rumpfgeschwindigkeit.
Die zweite Tabelle zeigt die benötigten Daten für die nachfolgende Motorisierung.
Von den Schrauben erhalte ich nur die benötigte Motorleistung, da aber die Hersteller nie die Motorleistung, sondern nur Strom und Spannung angeben, habe ich aus der abgefragten Akkuspannug den Strom ermittelt, sodass sich nun aus der Akkuspannung ,den Strom, der Lastdrehzahl oder Leerlaufdrehzahl ein geeigneter Motor gefunden werden kann. Im Moment muss man die Berechnungen öfters durchführen, weil vielleicht die Lastdrehzahl zu niedrig gewählt wurde oder man wird u.U. nicht um ein Getriebe herum kommen. Bei Halbgleitern spielt die Rumpfgeschwindigkeit nur soweit eine Rolle, als das Schiff ab dort anfängt in den Gleitzustand überzugehen.
Ganz wichtig: Sollte die berechnete Schraubenleistung nicht den gleichen oder höheren Wert wie die Antriebsleistung haben, muss eine größere Schraube gewählt werden, oder eine höhere Motordrehzahl. Die errechneten Motordaten sind die mindest Werte zum erreichen eines natürlichen Fahrbildes. Bei einer größeren Motoleistung erreicht man keine höhere Geschwindigkeiten, sondern nur eine kürzere Fahrzeit. Nur durch eine höhere Drehzahl oder größere Schraube erhält man auch eine höhere Geschwindigkeit.
Um auf die errechnete Drehzahl zu gelangen, muss man in den einigen Fällen auf ein Getriebe zurückgreifen. Allerdings erreicht man durch die geringere Drehzahl auch mehr Laufruhe und wenn man als Getriebe auch noch einen Zahnriemen nimmt, wird es auch noch ruhiger im Schiff. Da ich noch keine Datenbank erstellen konnte, muss man den Motor aus den berechneten Daten noch selbst aussuchen. Die benötigte el. Motorleistung muss erreicht werden. Die Leistung des gewünschten Motors errechnet man aus dem Strom (I) beim effektiven Wirkungsgrad (nicht den max. Strom verwenden) mal der Nennspannung. Der Wert darf dann nicht unterhalb der benötigten el. Motorleistung liegen. Der benötigte Strom um die Motorleistung zu erreichen, wird in der Tabelle angezeigt. Sollte das Übersetzungsverhältnis zu groß sein, muss man sich einen Motor mit geringerer Drehzahl aussuchen. Im Moment muss man es leider noch über try and error gehen, bis ich eine Motorenauswahlliste fertig habe.

Motorenauswahl
Da ich noch keine Motoren vorschlagen kann, habe ich hier einige Informationen wie man anhand der berechneten Daten den passenden Motor von einem Hersteller auswählen kann. Das Wichtigste bei der Motorenauswahl ist der Wirkungsgrad des Motors. Der Wirkungsgrad sagt uns wo der optimalste Arbeitspunkt des Motores liegt. Wenn der Wirkungsgrad z.B. bei 70% liegt, bedeudet das, dass die Leistung die er aufnimmt (die elektrische Leistung wird berechnet aus der Akkuspannung und dem Strom P=U*I) gegenüber der Leistung die der Motor abgibt ist um 70 % reduziert ist. Wenn man den Motor außerhalb des optimalen Wirkungsgrad betreibt, wird die zugeführte Leistung zwar größer aber die abgebene Leistung lässt langsam nach und die Differenz wird nun in Wärme umgewandelt. Man muss nun den Motor auch noch kühlen. Beim optimalen Wirkungsgrad hat der Motor nicht seine maximale Abgabe-Leistung, die liegt bei einem viel schlechteren Wirkungsgrad. Betreibt man einen Motor immer bei seiner maximalen Leistung, reduziert sich die Lebensdauer rapide. Die vom Berechnungstool berechneten Daten der Motoren, sind Angaben beim optimalen Wirkungsgrad. Beim aussuchen eines passenden Motors muss man jetzt aufpassen was der Hersteller angibt. Wichtig ist die Nennspannung, die Stromaufnahme und Leistung (hier geben die Hersteller die abgegebene Leistung an) bei max. Wirkungsgrad. Mit dem max. Strom können wir nichts anfangen. Die Nennspannung ist die Spannung auf die sich weiteren Angaben wie Drehzahl, Leistung und meistens auch der Strom beziehen. Das heißt, dass der Motor z.B. eine Spannug von 12V und einen Strom von 10A aufnimmt und 10000 U/min dreht. Die erechneten Leistungen, sind die mindest Werte um das Schiff auf die Soll Geschwindigkeit zu bringen. Bei Schleppern muss man hier schon einen Motor mit mehr Leistung (x10) nehmen um auch mal was schleppen zu können. Wählt man einen Motor mit höherer Leistung, hat das im ersten Moment keine Nachteile. Der einzige Nachteil ist, dass der Motor mehr Strom verbraucht und sich die Fahrzeit verkürzt.

Kavitation
Bei der Kavitation entstehen kleine Bläschen an der Schiffschraube, welche bei Größeren Schiffen die Schraube zustören. Bei Modellbooten kommt das wohl nicht zum tragen, aber durch die Bläschen dreht die Schraube nicht mehr voll im Wasser und verliert dadurch an Leistung. Eine sehr gute und genaue Erklärung kann man auf Wikipädia nachlesen.