COOL DOWN
Kühlschacht für Seglerantriebe
In den letzten Jahren haben Turbospinner auf breiter Front Einzug gehalten. Also die mit der Kühlöffnung vorne in der Spinnerkappe. Diese gibt es sicher für jeden Zwecksegler und funktionieren in der Regel einwandfrei, wenn man im Motorspant genug Kühlbohrungen setzen kann. Was aber macht man mit einem schönen Scale-Segler, hier am Beispiel einer ASW 15B von Mibo Modeli?
Der Hersteller hat sich extra eine Form für die Nase erstellt, um einen Scale-Spinner herzustellen, der perfekt in die sehr runde Rumpfkontur passt, aber ohne Kühl-Öffnungen. Da gibt es einfach keinen passenden Turbospinner. Seitliche Lufthutzen anzubringen wäre der Frevel schlechthin. Ich habe mir schon öfter in einem solchen Fall mit einem sehr einfach herzustellenden Kühlschacht beholfen, der sehr effektiv kühlt und im Normalbetrieb nicht sichtbar ist.
Das Konzept
Ich habe lange nach GFK-Schächten gesucht, irgendwelchen Rohren aus dem Baumarkt oder sonstigen schachtähnlichen Produkten, die man in irgendeiner Form weiterbearbeiten kann. Ich bin nicht fündig geworden oder das, was es gab, war zu aufwendig oder kompromissbehaftet für den gewünschten Zweck. Provokativ könnte man jetzt fragen, wozu überhaupt den Elektro-Motor kühlen? Geht natürlich auch – bei Modellen, wo der Antrieb extrem kurz läuft, beziehungsweise mit solch niedrigen Strömen, dass sich der Motor kaum aufheizt. Um das herauszufinden, verwende ich seit Jahren den Temperaturfühler von Jeti, der sich einfach mit 5-Minuten-Epoxi auf jeden Motor aufkleben lässt und ganz schnell klare Daten liefert. Ich möchte nicht mehr als 60 Grad an einem Elektromotor haben. Im Falle der ASW 15B von Mibo war von vorneherein klar, dass es einen leichten Hochleistungsantrieb benötigt. Verbaut ist der Hacker B50-Competition. Bei nur 280 g liefert der Motor an vier Zellen und guten 110 A etwa 1.600 Watt Leistung, selbst bei besten Wirkungsgraden entsteht mehr Wärme als es gut wäre für den Motor. Erste Testläufe am Boden mit verschiedenen Propellern zeigten eine sehr schnelle Erwärmung. Gleiches gilt in vielen Fällen auch für den Regler, bekommt er keine Kühlung steigen die Temperaturen genauso mit an, schnell auch in kritische Bereiche. Umso gefährlicher, da auch oft mittels BEC die Stromversorgung der ganzen Empfangsanlage aus dem Regler zur Verfügung gestellt wird. Also bleibt nur mein bereits mehrfach bewährter Sperrholz-Kühlschacht.
Planung und Auslegung
Als Basismaterial dient eine einfache 5-mm-Sperrholzplatte aus dem guten, mehrschichtigen Flugzeugsperrholz. Warum das gute Sperrholz: Erstens sieht es wegen der vielen Schichten optisch schöner aus, zudem kann man in diesem recht harten Holz die benötigten M2-Gewinde dauerhaft einbringen. Die Größe des Schachtes richtet sich nach dem Motor. In der Regel lege ich die Länge so aus, dass die Kühlluft über die ganze Länge des Motors ohne Getriebe streichen kann, beim B50-Competition sind das gute 60 mm, um die Kühlrippen des Motors abzudecken. Bei der Breite gehe ich von 18 bis 20 mm aus, das passt optisch und ergibt schon eine ordentliche Öffnung. Um genug Wandstärke zu haben, lege ich die Breite auf 25 mm fest, um genug Platz für zwei Gewindebohrungen zu haben, wird die Länge auf 75 mm festgelegt. Diese Grundplanung kann für jedes Modell, für jeden Kühlschacht individuell festgelegt werden. Um die dritte Außen-Dimension des Kühlschachtes festzulegen, die Höhe des Kühlschachtes, gilt es das Maß zu ermitteln von Rumpfboden unterhalb des Motors bis zum Motor selbst. Die Kühlluft soll so dicht wie möglich an den Motor herangeführt werden, als ideal haben sich wenige Millimeter erwiesen. Die Maximalhöhe am Ende des Motors, dort, wo die größte Entfernung zum Rumpfboden ist, messe ich 35 mm. Das war es auch schon, die Außen-Abmessungen des Kühlschachtes, bezogen auf die ASW 15B sind fixiert auf 75×25 mm mit einer Höhe von 40 mm.
Herstellung des Kühlschachtes
Die erste und eigentlich einzige Fleißarbeit besteht aus dem Aussägen mittels Laubsäge der benötigten acht Sperrholzteile von 75×25 mm, das dauert aber keine halbe Stunde. Um alle acht Sperrholzteile möglichst gleich auszusägen, habe ich mir eine einfache Schablone hergestellt, die drei Maße beinhaltet: Die Außen-Abmessungen, den Kühlschacht und die Positionierung der Bohrungen für die spätere Verschraubung mit dem Rumpf. Mit einem Schleifteller sind die Außen-Abmessungen ganz schnell auf ein ziemlich identisches Maß zugeschliffen, jetzt wird die Innenöffnung auf alle acht Teile übertragen und ebenfalls ausgesägt. Die benötigten Teile sind somit grob hergestellt. Mit Weißleim und einer Zwinge werden die acht gleichen Sperrholzteile sauber übereinander verklebt, der Rohling für den Kühlschacht ist fertig.
Nach dem Austrocknen kann die Außenkontur am Schleifteller glattgeschliffen werden, ich belasse die Wandstärke bei knapp unter 3 mm, das ist superleicht und ausreichend stabil. Die Innenseite des Schachtes kann man mit einem Dremel schnell und effektiv schön sauber ausschleifen. Hier ist etwas Fingerspitzengefühl notwendig, um das Sperrholz glatt und gleichmäßig abzuschleifen, sollte aber für einen Modellbauer keine große Hürde sein. Damit ist der Rohbau abgeschlossen, der Schacht sieht schon nach Schacht aus, jetzt geht es ans Einpassen ins Modell.
Einbau in der Rumpfspitze
Jede Rumpfkontur ist individuell, die richtige Lage des Schachtes lässt sich mittels einer einfachen Hilfszeichnung schnell ermitteln. Die obere Linie und damit Kontur des Kühlschachtes ist die Unterseite des Motors, im Falle der ASW 15B habe ich den Rumpf so ausgerichtet, dass der Motor exakt in der Waage liegt, also bei null Grad. Mit einem Winkelmesser konnte ich messen, dass die Rumpfunterseite mit 17 Grad nach hinten wegläuft. Wenn man diese beiden Linien auf ein DIN-A4-Blatt zeichnet, braucht man nur noch zu messen, wie weit der Motor hinter dem Motorspant in den Rumpf ragt, und einzeichnen. Nun kann gemessen werden, wie hoch der Schacht vorne und hinten sein muss. Mit dieser Methode ergibt sich auch die Position des Kühlschachtes, damit die Luft exakt über den Motor streicht. Die gleiche Schablone wird jetzt auf der ausgemessenen Stelle an die Rumpfunterseite gelegt, der Kühlschacht wird angezeichnet. Mittels Bohrer und Schleifkopf wird die Kontur herausgearbeitet. Zu diesem Zeitpunkt lasse ich die Kühlöffnung rundherum noch 1-2 mm kleiner als sie am Ende wird. Aufgrund der Hilfszeichnung wird der Sperrholz-Kühlschacht mit Übermaß schräg abgeschnitten, damit er zwischen Rumpfunterseite und Motor passt. Hier wird so lange angepasst und abgeschliffen, bis besagte 2-3 mm Abstand zum Motor erreicht werden und der Kühlschacht genau über die Rumpföffnung passt. Das ist wieder etwas Fummelei, aber nach einer halben Stunde ist alles da, wo es hingehört. Mittels der Schablone werden jetzt die Bohrungen für die M2-Befestigungsschrauben am Rumpf gesetzt und die Bohrungen für die Gewinde in den Kühlschacht gebohrt und gleich danach auch die Gewinde eingebracht. Jetzt kann der Kühlschacht das erste Mal mit dem Rumpf verschraubt werden. Ich nutze M2-Senkkopfschrauben, senkt man die Bohrung am Rumpf vorsichtig an, sind die Schraubenköpfe fluchtend mit dem Rumpf. Jetzt können die nächsten zwei Punkte erledigt werden: Zum einen kann die Öffnung passt werden, zum anderen muss die Unim Rumpf perfekt auf den Schacht angeterseite des Kühlschachtes leicht rund angeschliffen werden, damit er saugend auf die runde Rumpfunterseite passt. Der letzte Arbeitsschritt ist dann die Außenkonturen des Kühlschachtes noch rund zu schleifen und ein 400er Feinschliff für eine schöne Oberfläche.
Im ersten Moment sehen 54 g viel aus, erscheinen direkt schwer. Jeder Bearbeitungsschritt nimmt aber Material weg, am Ende verbleiben nur 7 g, das spielt bei einem 5-kg-Segler keine Rolle.
Gewichtstabelle Kühlschacht
Acht 5-mm-Sperrholzteile 75×25 mm 54 g
Kühlöffnung ausgeschnitten 28 g
verklebt und zugeschliffen 23 g
grob angepasst 15 g
fertig angepasst, mit Gewinde 8 g
fein verschliffen 7 g
Fazit
Zwei Ziele erreicht: Das Modell hat einen nahezu unsichtbaren, perfekt angepassten Kühlschacht aus Sperrholz eingebaut. Das Wichtigste ist aber das Ergebnis, die Temperaturen am Motor und am Regler kommen nicht über unkritische Werte hinaus, ein sicherer Flugbetrieb ist gewährleistet. Das zusätzliche Gewicht von 7 g bei einem Segler, der 5.000 g wiegt spielt keine Rolle.
Kühlergebnisse
Normalerweise soll die Auslassöffnung in etwa dreimal so groß sein wie die Einlassöffnung, allerdings wird das aus den Erfahrungen von Motormodellen abgeleitet, wo der Antrieb kontinuierlich läuft und Wärme abgibt. In einem Segler läuft der Antrieb nur wenige Sekunden und dann über eine deutlich längere Segelzeit nicht mehr, insofern habe ich diese Regel außer Acht gelassen und keine zusätzlichen Öffnungen weiter hinten am Rumpf vorgenommen. Somit kommt vorne am Kühlschacht in etwa so viel Luft hinein, wie die Öffnungen an den Seitenruderhutzen wieder rauslassen, die Telemetriedaten werden zeigen, dass es keinen Hitzestau gibt.
Der Motor hat nur sehr kurze Laufzeiten um 15 bis 20 Sekunden, die Temperatur geht schnell nach oben, kommt aber nicht über 40 Grad hinaus. Eine kerngesunde Temperatur für einen Elektromotor, der mit über 100 Ampere belastet wird. In den Segelphasen sieht man, wie die Temperatur effektiv heruntergekühlt wird und schnell Werte um 30 Grad erreicht werden. Die Außentemperatur an diesem Tag lag bei 20 Grad.
Um zu sehen, was der Kühlschacht effektiv bringt, haben wir die Öffnung kurzerhand zugeklebt. Die Temperatur geht in schnellen Stufen auf knapp über 50 Grad, fällt aber nicht mehr so effektiv wie beim gekühlten Motor, das ganze System läuft deutlich wärmer. Es ist nicht kritisch, aber an einem Tag über mit über 30 Grad können ganz schnell Werte von 60 bis 70 Grad erreicht werden.
Der Regler ist thermisch natürlich noch kritischer. Fällt er aus, weil er überhitzt, kann die Stromversorgung des Modelles zusammenbrechen, die Konsequenzen wären fatal. Also gilt es, die Temperatur des Reglers genauso zu überwachen wie die des Motors. Bei den Testflügen sieht man, dass die Temperatur bei jedem Motoreinschalten genauso nach oben geht wie beim Motor, allerdings werden bis zu 46 Grad erreicht. Die Temperatur ist deshalb etwas höher als beim Motor, weil die Kühlluft vom Schacht direkt auf den Motor zielt, der Regler bekommt keine gezielte Kühlluft, muss sich mit dem Luftstrom im Rumpf begnügen. Aber auch hier zeigt sich, dass der Regler in den Segelphasen wieder deutlich abkühlt.
