TIMING – die Vorzündung

Bürstenlose dreiphasige Elektro-Antriebe (Brushless) werden über Brushless-Flugregler betrieben die den richtigen “Takt” vorgeben müssen.

Der Takt macht die “Musik”

Je nach Einsatzzweck stellen Motoren verschiedene Anforderungen an einen Flugregler. Bei einem schnellen Hotliner werden völlig andere Ansprüche an den Antriebsstrang (Motor+Flugregler) gestellt als z.B. an einer Kunstflugmaschine oder einen Hubschrauber.

Bei einem Hotliner wird der Antrieb immer nur für sehr kurze Zeit (5-6 sek) angeschaltet aber mit maximaler Leistung, also nur Motor an oder aus. Bei Huschraubern, Kunstflug oder 3D-Modellen hingegen wird der Antriebsstrang über die gesamte Flugdauer (5-10min) hinweg im Teillastbereich betrieben.

Elektro-Antriebseinheit

Die heutigen modernen Flugregler verfügen über viele Software-Programmiereinstellungen wobei die Taktfreuqenz als auch das Timing eine sehr wichtige Rolle dabei spielen. Die Taktfreuquenz ist die Frequenz, mit der der Flugregler die Endstufen im Teillastbereich ein-und ausschaltet. Das hat enormen Einfluss auf die Performance des Antriebs im Teillastbereich.

Dies spielt eine große Rolle bei Hubschraubern, Kunstflug oder 3D-Modellen.

Das Timing ist das “Vorzünden” und beeinflusst in gewissen Grenzen das Drehmoment und die Drehzahl des Motors. Beides ist für die Laufkultur und die Performance eines bürstenlosen Antriebssystems sehr wichtig.

Renomierte Motorenhersteller geben i.d.Regler an, welche Einstellungen hierbei für den jeweiligen Motor die optimalsten sind.

Das richtige Timing – eine Frage der Zeit

Die Kupferwicklungen eines elektrischen Motors sind Sicht-Spulen bzw. ein induktiver Widerstand. In einer solchen Spule kann sich der fließende Strom jedoch nicht sprunghaft ändern.

Das Magnetfeld der Kupferwicklungen ist erst mit Erreichen des maximalen Stroms komplett aufgebaut, also nicht unmittelbar mit dem Anlegen der Spannung sondern leicht “zeitverzögert”.

Damit sich ein Rotor zu drehen beginnt wird ein rotierendes Magnetfeld am Strator benöigt und dazu müssen die Wicklungen in vorgegebener Reihenfolge vom Flugregler ein – beziehungsweise ausgeschaltet werden.

Damit das Magnetfeld der Wicklung beim Durchgang des Magneten des Rotors komplett aufgebaut ist und sich die volle Stromstärke eingestellt hat, muss die Spannung an der Wicklung folglich “früher” angelegt werden.

Diese Zeit zwischen anlegen der Spannung an der Statorwicklung und dem komplett aufgebauten Magnetfeld ist nicht nur abhängig von der Spule selbst, sondern auch von der Anzahl der Pole des Motors und dessen Drehzahl.

Programmierkarte

Daher wird diese elektrische Vorzündung in Grad angegeben und diese Winkelangabe in Relation zum Drehstrom wird Timing genannt.

Mit dem Einstellen des Timings bei der Programmierung des Flugreglers bestimmt man die um wieviel Grad die Spannung früher auf die Spule geschaltet /abgeschaltet wird damit der Strom zum exakt bestmöglichen Zeitpunkt den Höhepunkt erreicht.

 

Antriebsoptimierung fürs Feintuning

Das optimale Timing hängt maßgeblich von der Bauart des jeweiligen Motors ab, die Anzahl der Pole, die Wicklungen und die Drehzahl sind entscheidend. Grundsätzlich sollte das Timing so gering wie möglich gehalten werden damit ein bestmöglicher Wirkungsgrad gewährleistet ist.

Jeder Brushless-Motor hat ein eigenes individuelles optimales Timing womit jedoch nur sehr begrenzt auf die Drehzahl Einfluss genommen werden kann. Wird das “optimale Timing” zu sehr verlassen, wird sich der Strom erhöhen, die Drehzahl jedoch nicht mehr. Der Motor wird mehr oder weniger wärmer ohne mehr Leistung abgeben zu können.

Thermische Überlast und / oder permanente Fehlkommuntierungen können den Motor dadurch schaden oder sogar ganz zerstören. Fängt der Motor an zu “stottern / kreischen” oder wenn dieser nicht mehr sauber anläuft ist das ein eindeutiges Signal das das Timing falsch gewählt worden ist oder eine Phase nicht richtig anliegt.

Jede renommierte Software oder Programmierkarte des Herstellers eines Flugreglers besitzt die Funktion des “Auto-Timings” oder auch des “Normal-Timings” was grundsätzlich einen guten Kompromiss zwischen Wirkungsgrad und Leistung bietet.

Für Innen-und Aussenläufer gibt es abhängig von der Polzahl des Motors folgende Richtwerte:

2-polig 0-5° Timing
4-polig 5-10° Timing
10-polig 10-20° Timing
14-polig & mehr 15-30° Timing

Dies gilt für Innen-und Aussenläufer gleichermaßen. Da ein Aussenläufer naturgemäß mehr Pole hat, wird auch sein Timing stets höher einzustellen sein.

Wird das “Auto-Timing” oder die herstellerseitigen Angaben verlassen und maximal erhöht dann kann die Drehzahl des Motors bis 5% und der Strom bis 15Prozent ansteigen. Wird das Timing verringert (gegen 0°) nimmt die Drehzahl bis 2% und der Strom bis 6% ab.

Wichtig: Die Verlustleistung am Motor steigt quadratisch mit dem Strom an (bis zu 35%) und damit nimmt die Wärme überproportional zu bzw. kann nicht mehr genügend abgeführt werden. Der Motor droht stark zu überhitzen oder sogar ganz “abzurauchen”.

Fazit

Eine Verstellung des herstellerseitigen optimalen Timings kann in engen Grenzen zu einer Optimierung des Antriebsstranges führen. Um mehr Leistung aus dem Antrieb heraus zu kitzeln bedienen sich viele Piloten höherer Timing-und Taktwerte.

Dies sollte jedoch mit viel “Fingerspitzengefühl” und nur in kleinen Schritten erfolgen nachdem man sich in Internetforen oder bei dem Hersteller informiert wird was die Veränderungen des Timings am jeweiligen Motor bewirken kann.

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