Propeller dynamisch wuchten

[Q-Man]

Hallo zusammen,
ich fliege 3 Blättrige 9050 an 1000KV 2212 Motoren auf meinem F550.
Die erzeugen schon bauartbedingt weniger Jelly als die 2 Blättrigen (das könnt ihr in meinen Videos in Blog nachvollziehen). Aber darum soll es hier nicht gehen.

Die 3 Blättrigen statisch mittels Propeller-Waage zu wuchten ist ungleich schwerer und das Ergebniss könnte auch besser sein. Daher habe ich mir einiges zum dynamischen Wuchten angesehen und mich dazu Entschlossen es auch einmal zu versuchen.
Meine Erfahrungen werde ich dann hier schreiben.

Mein Ansatz ist ein 3D Beschleunigungsmesser, direkt auf einer kleinen Platine (11,95€).

http://www.pollin.de/shop/dt/NjU4OTgxOTk-/Bausaetze_Module/Module/3_Achsen_Beschleunigungssensor_Modul.html

Und eine reflexions Lichtschranke.

Das analoge x/y Signal werde ich auf ein 2-Strahl Osziloskop legen, das ich mittels der Lichtschranke trigger.

Ich möchte auch nicht nur den Propeller Wuchten, sondern auch gleichzeitig den Motor, denn auch hier scheint es mit der Qualität nicht immer gut bestellt zu sein.
Grüße Jörg

 

[ludu]

Das werde ich mit Interesse verfolgen. Bin schon auf die Schaltung und das Ergebnis gespannt.
Gruß Lutz

 

[Q-Man]

Ich zeige euch hier noch ein paar Quellen:

Wuchten der Propeller.
Motor-Mitnehmer-Propeller-als-System-wuchten
[video=youtube;tdTbtTJnRZk]https://www.youtube.com/watch?v=tdTbtTJnRZk[/video]
[video=youtube;T96CFVokqZc]https://www.youtube.com/watch?v=T96CFVokqZc[/video]
[video=youtube;s4Wp1nhDKUc]https://www.youtube.com/watch?v=s4Wp1nhDKUc[/video]

 

[aargau]

Hier im Forum gibt es irgend wo schon ein Thread dazu, da wird aber mittels Arduino und einer VB.net Anwendung. Ich wollte das selber schon nachbauen, bin dann aber gescheitert weil mein Acc Sensor nicht via SPI mit dem Arduino reden wollte sondern nur per i2c was wohl einfach zu lahm ist um wirklich ein verlässliches Resultat zu erreichen.

Da ich aber aktuell auch wieder übel mit Vibrationen Probleme habe und das wuchten der Propeller einfach nichts bringt werde ich mich wohl da auch mal wieder ransetzen.
Das Problem dürfte vor allem sein, dass der Sensor sehr schnell sein muss um die Position der Unwucht genau zu bestimmen, ob da ein analoger ausreichend genug ist kann ich leider nicht sagen.

Finde es etwas schade, dass es in der heutigen Zeit noch keine wirkliche fertige Lösung gibt die dazu gebracht werden kann. Für die Räder beim Auto gibt es das ja schon seit langem, also so schwierig kann es doch nicht sein ;-)?

 

[Q-Man]

Die Sensoren arbeiten immer analog. Es ist wie ein veränderlicher Kondensator, der mittels einer kleinen Masse verstellt wird.
Bei den digitalen Lösungen geht das zuerst an einen A/D Wandler und dann per Schnittstelle an einen µC. Das alles braucht Zeit. Da ich direkt die analogen Signalen verwende kann ich direkt mit den 1600Hz arbeiten.

Man braucht aber ein 2-Kanal Oszilloskop mit externem Trigger und das hat nicht jeder im Keller stehen.

Mein Ansatz soll einfach gehalten werden. Ich kann nicht sofort ablesen wo ich wieviel trimmen muss, aber ich bekomme ein Echtzeit-Ergebniss mit dem ich arbeiten kann.

 

[Q-Man]

Also Keep It Simple

 

[aargau]

Ich dachte immer auch bei den Analogen (also ich rede immer vom Ausgangssignal, das der Sensor selber irgend wo analog sein muss ist ja klar), das da ein IC die Daten zuerst Digitalisiert und dann geglätet, gefiltert oder was au immer noch alles analog wieder ausspuckt. Wenn das natürlich komplett Analog geschieht ist das sicherlich auch eine Lösung.

Bin auf jeden Fall gespannt ob du damit gute Ergebnisse erzielen kannst, denn ich bin echt langsam am verzweifeln ;-) Meine Copter fliegen alle super, aber sobald eine Kamera ins spiel kommt bin ich unzufrieden damit. Bei kleineren (GoPro) kann man das zwar mit entsprechend weichen Dämpfern noch gut kompensieren, aber bei meiner Systemcam hab ich es noch nicht geschafft wirklich vibrationsfreie Aufnahmen zu machen trotz T-Motoren sowie Propeller

 

[fly-seb]

Hallo,
ich habe auch schon eine weile mit dem dynamischen wuchten rumexperimentiert.

Was nicht funktioniert hat:

1. Wuchten am Ausleger:
Ich konnte die Position der Unwucht nicht feststellen. Lediglich eine bewertung wie stark die Vibrationen sind.

2. wuchten mit geringen Drehzahlen:
Unter 1000rpm geht bei mir bei halbwegs vor gewuchteten Props gar nichts.

3. Sensoren:
ADXL345: i2c, recht schnell mit 3.2 KHZ aber mit nur 10bit auf 2G zu ungenau.
MPU6050: ab 300Hz kommt der ACC nicht mehr mit, troz 1Kz Update rate
ADXL335: (Analog) kommt bei meinen Tests am besten weg, man muss das Rauschen aber ordentlich filtern.

4. Mein aktuelles Setup:
Mechanik:
ein 1Kg Alu block als basis
dann 30mm dicker weicher Schaumstoff zur Entkopplung
GFK platte 50x50mm
Motor + Sensoren

Damit kann ich bei ca. 1000-2000rpm die Vibrationen von Motor und Props am besten bestimmen.
Aus dem adxl kommt bei gewuchteten Props ein AC- Nutzsignal von ca. 50..100mV.
Da auf X und Y Achse immer 1.5V Spannungsoffset sind, muss man das Signal als AC-Signal einkoppeln. Man will ja eh nur die Schwingungen sehen.

 

[Q-Man]

Hallo fly-seb

ist habe heute den Proof of Concept mit meinem analogen ADXL330 (300mv/g und 1.6kHz Auflösung) durchgeführt.

Ich habe für den Test meine Propeller Burn-In Anordnung genommen (Brett mit fest montiertem Motor, ESC, Servotester) mit dem ich die Vollgas festigkeit neuer Propeller überprüfe.
Das Rauschen ist nicht zu unterschätzen. Da ich alles fest montiert habe musste die Empfindlichkeit aber auch sehr hoch stellen.
Aber das Ergebiss ist eindeutig.

 

[Q-Man]

Proof Of Concept

Zuerst der Versuchsaufbau.
Auf einem Brett sind der Motor, ESC und ein Drehrichtungswechser montiert. Den Servotester zum ansteuern des ESC kann man nicht sehen. Der Bescleunigungsmesser ist in X-Achse montiert.
Die Reflexionslichtschranke ist 6mm vom Motor entfernt aufgebaut. Ein schwarzer Edding-Strich ist der Trigger.
(Die Fotodiode wird von einer 50mA Konstatstromquelle versorgt. Der Fototransistor ist in Kollektorschaltung, damit ich einen positiven Trigger bekomme).
Ich verwende einen statisch gewuchteten 3-Blättrigen 9x5 Propeller der im Uhrzeigersinn dreht.



Um die beste Drehzahl zum Testen herauszufinden habe ich eine kleine Messreihe im Verhälltnis 1:2:4 aufgenommen. Die steile Zacke ist der Trigger (der Aufgrund eines defekten Elkos im 3. Bild nicht mehr so schön aussieht, aber einwandfrei funktioniert).
Wie wenig verwunderlich wird das Signal des Beschleunigungssensor bei steigender Drehzahl stärker. Bei 6000U/min zeigt sich aber leider ein Lagerschaden im Motor. Das kann man nicht nur sehen, sondern auch Hören.



Das linke Bild zeigt den statisch gewuchteten Propeller. Die Abweichung um den (AC) Nullpunkt beträgt ca 0,4 Kästchen. Das Maximum wird beim Trigger angezeigt, direkt unter der roten Markierung des Propeller.

Mittleres Bild:
Also habe ich an den gegenüberliegenden Seiten Gewicht auf den Propeller geklebt (Kreppband, das kann man gut sehen und auch wieder entfernen). Die Störung hat sich mehr als verdoppelt. Der Sensor ist also um 180Grad verdreht aufgeklebt.

Rechtes Bild:
Das Gewicht ist jetzt auf den rot markierten Flügel geklebt und die Störung nahezu beseitigt.



Das macht Mut jetzt weiter zu machen. Den Y-Kanal werde ich nicht benötigen, aber einen Test auf dem Z-Kanal werde ich noch durchführen.

Der Test mit dem Motor zeigt ganz deutlich, das sich ein Anteil der Unwucht zwischen den Blättern befindet, also vom Motor kommt. Beim verschränken des nicht gewuchteten Propellers gegenüber dem Motor könnte in ein ein paar (Winkel-)Schritten schon deutlich Besserung bringen. Erst danach kommen die Gewichte auf den Propeller.

 

[aargau]

Woran erkennst du den Lagerschaden? Meine vermutung ist das ein Lagerschaden beim "leeren" Propellerlosen wuchten nicht bemerkbar ist -> keine Vibrationen aber mit Propeller unlogische und nicht behebbare unwucht? Ich muss mein Oszi wohl auch mal wieder nach vorne nehmen und dein Versuch nachbauen Was für eine Fotodiode nimmst du als trigger?

 

[fly-seb]

Ob die Unwucht von der Nabe des Props oder dem Motor kommt, kann man recht leicht messen wenn mann den Prop um 180° dreht.
Wenn die Unwucht jetzt 180° verschoben ist, dann kommt es von der Nabe.

So wie dein Aufbau ist habe ich es auch probiert. Aber kleine Unwuchten konnte ich damit nicht mehr messen. Und für große reicht normalerweise auch statisches wuchten.

.. so sieht das bei mir aus:


Das letzte Bild ist ein kleiner amp der mir das Wechselspannungssignal verstärkt und filtert um es mit einem adc auswerten zu können.

 

[Q-Man]

Woran erkennst du den Lagerschaden? Meine vermutung ist das ein Lagerschaden beim "leeren" Propellerlosen wuchten nicht bemerkbar ist

Ich habe den Propeller demontiert und nochmal Nachgemessen:


Es sind diese regelmäßigen Wellen die mich vermuten lassen, das die Lagerschale einen defekt hat in den die Kugeln "eintauchen" können.

 

[Q-Man]

Was für eine Fotodiode nimmst du als trigger?

Ich habe eine Reflexlichtschranke verwendet in der die LED und der Phototransistor verbaut sind.

Photoreflektor ROHM Semiconductor RPR-220 Photoreflektor
Bei Conrad: Best.-Nr.: 140755-62

 

[Q-Man]

So wie dein Aufbau ist habe ich es auch probiert. Aber kleine Unwuchten konnte ich damit nicht mehr messen. Und für große reicht normalerweise auch statisches wuchten.

Hast du noch die Bilder vom Oszilloskop?
Bei dir müssten ja viel stärkere Ausschläge zu sehen sein.

 

[Q-Man]

Da ich das ganze System (Motor und Propeller) wuchten möchte benötige ich noch eine Propellerbefestigung die auf der Motorwelle nicht verrutscht und Propeller die ich definiert aufsetzen kann.

Ich habe leider noch nichts bezahlbares gefunden.

 

[Q-Man]

Pre Test

Bevor ich mit dem eigentlichen Wuchten beginne, möchte ich die Situation dokumentieren. Später möchte ich ja auch sehen was es gebracht hat.

Ich habe den Umdrehungssensor an dem rechten Motor plaziert und des Beschleunigungsmesser auf die mittlere Platte.




Der Trigger erscheint alle 10ms was einer Frequenz von 100Hz entspricht. Also 6.000 U/min.
Das lange Plateau ist ein Aufkjleber auf dem Motor und eigentlich ist nur der kleine Peak in der Mitte der eigentliche Trigger. Bei den Späteren Messungen werde ich immer darauf triggern.

Der Sensor zeigt eine Amplitude von 100mV. Bei 300mV/g ist die Störung 0,333g.
Zu sehen ist, das es 3 Störungsquellen gibt (ja es hat eine Weile gedauert, bis sie alle so schön nebeneinander gewandert sind).



Um auszurechnen wie groß die störende Masse ist nehme ich die Formel der Zentrifugalkraft zu Hilfe:
F=mw²r > m=F/(w²r)

F=0,333g=0,333kgm/s²
m= Ist das Gewicht, das wir suchen
w²= Winkelgeschwindigkeit (= Kreisgeschwindigkeit, da ich hier mal stark vereinfache = 100/s) = 10.000/s²
r=radius (Ich verwende einen 3Blättrigen 9045 Propeller, d=9*2,54cm) = 0,114m

m=0,333kgm/s² / (10.000/s² * 0,114m)
m=0,292g

Das ist ganz schön wenig!
Da ich das Flächengewicht von einem Klebeband gerade nicht parat habe, werde ich später mal auswiegen wieviele cm eines 10mm Band das sind.

 

[Jimmy]

sehr interessant. danke für den Beitrag

 

[schmiernippel]

Hier gibts auch gute Infos zu dem Thema :

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2337523

MfG

 

[Q-Man]

Danke für den Link.
Ja, ich habe dieses tolle Programm gesehen, es geht aber über das was ich machen möchte hinaus.
Bei mir muss noch alles von Hand gemacht werden, dafür lernt man aber was