Umbau einer Bell Huey Cobra von Dieter Schlüter auf Elektroantrieb

Sebastian hat sich seine Cobra, ein Original aus der Herstellung von Ingenieur Dieter Schlüter nach langer Pause wieder vorgenommen. Seit der Restauration hat er es nicht gewagt, den originalen, von Schlüter eingesetzten SuperTigre-Motor mit Heckeinlass wieder zum Leben zu erwecken. Aber ein moderner, sauberer Elektroantrieb am ersten Modellhubschrauber der Welt, das faszinierte ihn. Ob die Cobra auch mit den Akkus seines 450er Helis fliegen würde?
Dazu noch eine aktuelle 2,4GHz-Empfangsanlage. Das Ganze soll in Leistung und Gewicht dem schlüterschen Original entsprechen.

Am Anfang stand die Auswahl von Akku, Motor und Getriebe. Dazu habe ich von Sebastian folgende Auslegungsdaten bekommen :
Die Grundvoraussetzung war die Verwendung zweier vorhandener 3S-Lipo-Akkus (2,2Ah, 45C) in Serie, also 6S 45C
1. Leistungsauslegung
Nach den Angaben in Dieter Schlüters Buch "Hubschrauber ferngesteuert" (5.Aufl.) S. 22: Mit 1,5 PS installiert ist 10 kg Hubleistung möglich.
Die Cobra-Auslegung war mit 1 PS = Hubleistung 6,7 kg, d.h. gab noch 1,2 kp Überschuss zum Abfangen.
Die Schwebeleistung betrug 5,5 kg = 0,825 PS = 607 W. Davon sind 16,5% = 100 W Gebläseleistung. Ohne Gebläse sind nur 507 W Schwebeleistung nötig, was mit eta = 85% 600 W Leistungsaufnahme ergibt.
Mit 6S-Lipo-Plateauspannung = 21,6 V werden theoretisch 28 A Schwebestrom benötigt.
Mit einem Sicherheitsfaktor von 2,0 ergibt sich rechnerisch max. 1 kW Motorleistung und 56 A Stromaufnahme (26C). (Sicherheit nicht weiter treiben, Originalauslegung hat nur Sicherheitsfaktor 1,2)
2. Motor/Drehzahlauslegung (9:1 er Schlüter-Getriebe, nicht Hegi 10,5:1)
Volllast (starkes Steigen/Abfangen) = 13000 U/min (100%) entsprechend 1444 U/min am Kopf
Schwebeflugdrehzahl = 9000 U/min (70%) entsprechend 1000 U/min am Kopf
Daraus ergibt sich bei Volllast ein KV-Wert = 13000 U/min / 21,6 V = 600 KV für Direktantrieb.
Ein Direktantrieb ohne Kupplung ist praktisch nicht machbar: die Toleranzen nicht haltbar!!
Also ist ein 2:1 Vorgelege zu verwenden, um leichte Montage-/Betriebstoleranzen auszugleichen. Das hat auch den Vorteil mehr Auswahl bei den Motoren zu haben, eine evtl. Fehlauslegung ist durch andere Ritzel korrigierbar.
Für die Verwendung mit einem 2:1-Vorgelege ist ein 1200 KV-Motor mit ~1 kW gut geeignet, mit leichtem Sicherheitszuschlag wird dann ein Motor mit 1300 KV, 1,5 kW (18,-€) verwendet.
3. Reglerauslegung
Moderne Heliregler sind nicht für drehzahlgesteuerte Helis (Betrieb im Teillastbereich), sondern für pitchgesteuerte Helis (Betrieb bei konstant 80 – 95% Regleröffnung) ausgelegt und werden daher heiß. Also ist eine Überdimensionierung um min. Faktor 3 auf 28A*3 = 84 A Dauerstrom nötig. Gewählt wird lt. Angebotstext: Dauerstrom 80 A, Kurzzeit 120 A, (31,-€)
Die Lektion aus den ersten Versuchen: Einige Hersteller übertreiben es mit den Stromangaben. Einige Regler gehen defekt, wenn sie ohne Antiblitz-Schaltung betrieben werden (s.a. Foren). Wenn ein BEC defekt geht, ist der Rest der Elektronik im Heli Schrott!
Daraus folgen einige Ratschläge:
(1) BEC vor dem Einbau kontrollieren
(2) Antiblitz-Schaltung verwenden
(3) Reglertemperatur im Auge behalten, ggf. zusätzlichen Minilüfter für 5,-€ anbauen.
(4) Bei 2,4GHz-Empfängern: Perkuhn-Vortrag ansehen und verstehen (2,4GHz hat viel höhere Anforderung an Stromversorgung)
(5) Externe BECs sind eine gute Lösung, falls internes BEC nichts taugt.

Soweit die Informationen und Erfahrungen von Sebastian. Zusammen mit seinem Kollegen Rolf hat er einen Motorhalter entworfen, der Elektromotor und Vorgelege auf das originale Chassis der Cobra bringt. Es sind für den Elektro-Umbau keine Nacharbeiten am Chassis notwendig, nur vorhandene Befestigungslöcher kommen zum Einsatz. Das Chassis wird durch den Umbausatz zusätzlich versteift.

Die Maßzeichnungen hat Sebastian zum Download zur Verfügung gestellt :
Motorflansch
Seitenwinkel links
Seitenweinkel rechts

Wie das dann in der Realität aussieht zeigen die nächsten Bilder.

Am 4.11.2012 erfolgt der erste Probelauf der fertiggestellten eCobra im Zimmer, am 10.11.2012 dann die ersten Schwebeversuche im Garten.
Nach etwas Maleur (s. Ratschläge oben) ist der Antriebsstrang wieder funktionsfähig.
Und dann, am 22.12.2012, geht es das erste Mal richtig zur Sache. Die elektrische Cobra hebt ab und schwebt!

Fotos und Videos © Sebastian Zettl
© Uwe Jantzen 10.4.2013