STEP 2 - Allgemeine Hintergrundinformationen zu den Besonderheiten am Umbau
****************************************************************************************************************So, während @Tobi am Chassis zeichnet, bzw. meine Zeichnungen für die Fräsarbeiten anpasst, will ich ein paar, aber sehr wichtige Hintergrundinformationen geben, warum die Umbauarbeiten beim 1:8er so besonders sind, obgleich diese doch bei jeder Form des Umbaus eines Verbrenner Fahrzeugs in einen Elektro nahezu gleichermaßen zutreffen. Zu etwas vermeintlich ganz Besonderem wird es nur dadurch, dass bislang alle Versuche unter Missachtung der technischen und unveränderlichen Gegebenheiten durchgeführt wurden. Das Resultat war dann zwar eine Lösung, aber keine ursächliche Lösung, sondern nur eine "Behandlung der Symptome", was dann dazu führte, dass die Komponentenauswahl jenseits dessen getroffen werden musste, was im Eigentlichen dafür gereicht oder notwendig gewesen wäre. Nur für denjenigen, der womöglich nicht mitbekommen hat, warum man sich bislang rel. schwer damit getan einen VG8 Elektrobeine zu verschaffen, die augenscheinliche Problematik ist, dass Standard Komponenten, die allen voran im 1:8 Offroad sehr gut ihren Dienst verrichten, im VG8 bislang immer dazu führten, dass die Motoren überhitzen und eigentlich ausreichend dimensionierte Regler abrauchen und man als Gegenmaßnahme die Motoren überdimenioniert kühlen muss und Regler zum Einsatz kommen, die vermutlich auch einen 1:5er befeuern könnten. Warum das so ist, versuche ich im Folgenden zu beschreiben. Würde man das medizinisch erklären wollen, dann wäre das gleichzusetzen mit der Schmerztablette, um den Schmerz zu blocken, obwohl einem das Bein weghängt, also eine rein symptomatische, aber keine ursächliche Lösung. Da liegt es dann im Auge des Betrachters, welche Lösung die bessere ist....
Zu meiner eigenen Motivation warum ich das überhaupt mache, also den Umbau, lässt sich so viel sagen, dass für mich Modellbau mindestens 50% das ist, was es ist, also Modellbau und ich eine gewisse Tendenz dazu habe gewissen Dingen, die mich besonders interessieren auf den Grund zu gehen und das auch dann, wenn eigentlich schon klar erscheint, dass es klar wäre. Was ich da nachfolgend von mir gebe, ist aber nicht in Stein gemeißelt und lasse mich gern vom Gegenteil überzeugen, allerdings ist die Faktenlage mehr als aussichtslos, dass es noch weitere Möglichkeiten geben könnte oder es nicht so ist, wie ich das sehe. Ich freue mich aber dennoch für jede Anregung, weil jede Anregung nur dazu beiträgt der Sache zu dienen.
Auch wenn das Moosi Forum eigentlich andere User Interessen verfolgt, ist es für den Umbaubericht unumgänglich, dass ich einerseits technisch werden muss und andererseits Anleihen bei den Offroadern nehmen muss. Letzteres deshalb, weil sich die Problemstellung bei den Offroad Fahrzeugen mit Kegelrad Diffentialen am besten erklären lässt und man bei dieser Art Fahrzeugen eine für jeden anwendbare Formel verwenden kann, damit man sich das Problem gewissermaßen selbst errechnen kann und es mir wichtig ist, dass dieser Umbaubericht nicht nur einfach zur Kenntnis genommen wird, sondern man damit eine Recherche Quelle bekommt, die dazu dient, dass man diese Informationen für ein mögliches eigenes Projekt nutzen kann. Ich muss dem Folgenden fairerweise aber vorausschicken, dass die Lösung nicht gänzlich auf meinem Mist gewachsen ist. Ich kannte zwar die Ursache, aber die eigentliche Lösung ist schon gut und gerne 2 Jahre alt. Sie wurde nur leider nicht ausreichend publiziert, was vermutlich daran liegt, dass der VG8 eher eine Nische auskleidet und zahlenmäßig unter allen verkauften RC Fahrzeugen im Promille Bereich liegt, wie sich weiter unten noch zeigen wird.
Bevor ich nun auf die fahrzeugspezifischen Besonderheiten eingehe, muss man sich die Charakteristik eines Elektromotors vor Augen halten. Im Vergleich zu einem Verbrenner Motor besticht der Elektromotor durch seinen hohen Wirkungsgrad, der gut und gern 3x so hoch ist wie der eines Verbrennermotors. Der Wirkungsgrad beschreibt dabei das Verhältnis wieviel der eingesetzten Energie(Strom) in Bewegungsenergie umgesetzt werden kann. Dieser Wirkungsgrad ist aber nicht bei jedem Motor gleich gut, bzw. hoch und ist auch keine fixe Konstante, da der Wirkungsgrad von Faktoren wie Schwerkraft, Trägheit der Massen, Rollwiderstand, Luftwiderstand usw. usw. beeinflusst wird. Wenn der Hersteller eines E-Motors deswegen eine Angabe zum Wirkungsgrad eines Motors macht, dann sind das relative Angaben, die sich so quasi nur im Vakuum und schwerelosem Raum reproduzieren lassen. In der Praxis sieht der Wert dann ganz anders aus, aber immer noch zig-mal besser als wie beim Verbrenner Motor. Letztere zieht seine Leistung auch aus Drehzahlen, wohingegen beim E-Motor gewissermaßen schon bei der ersten Umdrehung das max. Drehmoment zur Verfügung steht, aber auch das ist nicht bei jedem Motor gleich. Es gibt hierbei sehr wohl Unterschiede, was von der Baugröße im Allgmeinen, der Rotorlänge und Durchmesser usw. abhängt. Sehr vereinfacht lässt sich sagen, das ein auf hohe Drehzahlen konzipierter E-Motor seine hohen Drehzahlen auf Kosten des Drehmoments erhält, dafür aber auch mit weniger Spannung auskommen muss. Mangels Drehmoment müssen solche Motoren dementsprechend kleiner/kürzer untersetzt werden, weil die entgegenwirkende Kraft bei zu lang untersetzten Fahrzeugen zu hoch wird und dann als Folge der Wirkungsgrad in den Keller rauscht, was zu verstärkter Wärmemnergie und im schlimmsten Fall zum Durchbrennen führt. Letzteres ist dann die Ursache Nr.1 überhaupt, warum ein Motor abraucht, wenn man mal von einer zu hoch angelegten Spannung absieht. Im Gegenzug sind Motoren mit niedriger ausgelegten Drehzahlen drehomentstärker, vertragen eine höhere Spannung und können dafür auch länger untersetzt werden. Die Crux an der Sache ist aber die, dass es dafür keine fixen und genormeten Werte gibt und das Herausfinden welcher Motor mit welcher Untersetzung, Spannungen usw. usw. den höchtmöglichen Wirkungsgrad hat zu einem Try and Error Spiel wird. In der Praxis ist es dann eher so, dass das Ganze auf Erfahrungswerten beruht. Man hat zwar eine gewisse bauart bedingte Voreinschränkung, so dass man selbsterklärend einen 270er Motor nicht in einem 1:8er Monstertruck verbauen kann, aber selbst durch diese gegebene Eingrenzung gibt es nur Empfehlungen oder eben eigene Erfahrungen, die dazu dienen, um den passenden Motor für das jeweilige Fahrzeug auswählen zu können. Das sind nun aber keine wirklichen Burner News oder strengvertrauliche Geheimnisse. Jeder, der sich schon selbst mal damit beschäftigt hat, wird unweigerlich feststellen, dass vornehmlich die Untersetzung eines Fahrzeugs maßgeblich dazu beiträgt, ob ein Motor noch warm ist oder man sich die Pfoten daran verbrennt.
Wirklich wichtig dabei ist nur, dass alles was subjektiv als "heiß" empfunden wird, also jenseits von 70 Grad aufwärts, ungesund ist. Hochwertige Motoren halten zwar weitaus höhere Temperaturen aus, aber alles was über diese 70 oder 80 Grad geht, ist grundsätzlich mal ungesund und führt zu einem vorzeitigem Defekt. Außerdem bedeutet das, dass weniger Energie in Bewegungsenergie umgenandelt wird und statt dessen in Form von Wärme einfach verpufft. Man gewinnt unterm Strich also nichts, wenn man im guten aber falschem Glauben die Untersetzung länger macht, aber immer weniger Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird. An diesem Disverhältnis ändert sich auch nichts, wenn man versucht noch mehr zu kühlen. Die "falsche" Energie wird deswegen trotzdem produziert. Das einzige was sich dadurch ändert, ist die Wärmeableitung, die gemessen zwar die Temperatur reduziert, aber nix an dem Umstand ändert, dass diese "falsche" Energie nicht wieder zurück in Bewegungsenergie umgewandelt wird. Das Problem löst sich erst dann, wenn man die Ursache behebt und damit sollte sich für jeden verständlich der Kreis wieder schließen, wenn ich Eingangs davon geschrieben habe, dass die Problemstellung durch ein quasi Unterdrücken der Symptome versucht wurde/wird zu lösen. Wer jetzt 1 + 1 zusammenrechnet, der kann vielleicht bereits jetzt erahnen, welchen Bezug diese "Erkenntnis" auf die bislang vorgenommen und bekannten Projekte hat/te?!
Wichtig und deswegen auch abgesetzt, ist der Umstand beim Elektromotor, dass dieser anders als Verbrenner Motoren zwar einen nahezu nichtlinearen Drehmomentverlauf hat, aber das heißt nicht, dass jeder E-Motor Leistung in Überschuß hat und man die Untersetzung ungeachtet seiner Leistung beliebig lang oder kurz machen kann. Es ist mir nach wie vor ein Rätzel wie selbst Leute, denen man dieses Wissen darüber eigentlich unterstellen müsste, offenbar keinerlei Notiz davon nehmen....
Schaut man sich nun einen VG8 etwas genauer an, dann besticht dieser zunächst mal durch seine Größe in der Skalierung 1:8, aber einem verhältnismäßig geringem Gewicht von roundabout 2500 Gramm. Also fast schon ein Fliegengewicht! Die Reifen entsprechen zwar der Skalierung, aber sind dennoch "klein", wenn man mal die Reifen eines 1:8er Buggys imaginär gegenüberstellt. Die Reifengröße und Breite spielt insofern eine Rolle, da allen voran die Größe auch Einfluss auf den Rollwiderstand und der Umfang maßgeblich auch Einfluss auf die Geschwindigkeit nimmt. Die verbauten Motoren mit 3,5ccm findet man mit unterschiedlichen Modifikationen auch im Offroad Bereich. Diese drehen zwar hoch, aber viel Drehmoment kann man hier nicht erwarten, so dass ein Verbrenner Motor, der wie wir wissen seine Leistung aus den Drehzahlen bezieht quasi immer bei Laune gehalten werden muss damit immer ein gewisses Maß an Drehmoment zur Verfügung seht. Der VG8 gehört nun gem. seiner Spezifikation zu den HighSpeed Fahrzeugen, so dass damit Geschwindigkeiten je nach Untersetzung von 110 bis 115 km/h damit erreicht werden (müssen). Nachdem der VG8 aber vergleichsweise kleine Räder hat, der Motor zwar hoch, aber auch nur irgendwo zwischen 40 und 45000 Umdrehungen dreht, braucht er ein entsprechend untersetztes 2-Gang-Getriebe, um überhaupt diese Geschwindigkeitsdimension erreichen zu können. Im Gegenzug braucht es einen kürzer untersetzen 1.Gang, um auch bei langsameren Geschwindigkeiten heraus genügend Power für die Beschleunigung zu bekommen. Also ganz einfache Physik und nix, was jetzt exorbitant besonders wäre! Auch ein VG8 muss sich an die physikalischen Regeln halten....
Alles in allem lässt sich aber sagen, dass speziell dieses Fahrzeug dadurch auffällt, dass es eine sehr lange interne und externe Untersetzung hat, die man so in diesem Ausmaß vermutlich bei keinem anderen Fahrzeug findet, aber alles entscheidend ist, was den Elektroantrieb anbetrifft.Das eigentliche Grundübel und das kann ich nicht oft genug betonen fängt schon beim Verbrenner selbst an und das noch bevor man ihn elektrifiziert.
So, und nun muss ich dann doch etwas technisch werden und leider Brücken zu den Offroadern schlagen. Warum das so ist, werdet Ihr gleich sehen...
Es hat einige Zeit gedauert bis ich an diese Informationen gekommen bin, was nicht ganz so einfach war. Nachdem mir die Gründe warum ein auf Elektro umgestellter VG8 vermeintlich so hohe Anforderungen an den Elektroantrieb stellen würde schon vom ersten Tag nicht nachvollziehbar waren, bzw. sich mir nicht schlüssig erklären ließen, habe ich einige Zeit recherchieren müssen. Anders als die Begründung, dass der hohe Grip dieses Fahrzeug übernormale Komponenten notwendig machen würde, habe ich die Ursache dort gesucht, wo sie am naheliegendsten ist. Der deutliche höhere Grip und somit der Rollwiderstand mag bei diesem Fahrzeug sicherlich eine Rolle spielen, aber nicht primär und auch nicht ausschließlich, sondern wenn dann sekundär. Der Elektroantrieb ist inzwischen ja nix mehr Neues und man findet diesen inzwischen in jedem Fahrzeug egal in welcher Skalierung. Selbst in einem HPI Baja mit einem Kampfgewicht von 12kg findet man diesen inwischen. 12 kg, also 3 1/2 mal so schwer und Räder die 3x so groß sind wie die eines VG8 stellen kein Hindernis für den Elektronantrieb dar. Warum also soll, abgesehen vom Grip, ein Fliegengewicht wie der VG8 und vergleichsweise kleinen Rädern einen Antrieb benötigen, der so abnorm überdiemensoniert sein? Das war die Frage, die mir absolut nicht aus dem Kopf wollte und mich nächtens davon hat träumen lassen.... Und ja, ich bin inzwischen etwas versessen....
Nachdem es das Gewicht nicht sein kann und auch die Räder, bzw. der Rollwiderstand nicht als ausnahmslose Ursache in Frage kam, muss das Problem dort liegen, wo es nur liegen kann, nämlich bei der Untersetzung. Wer jetzt nur in Rollouts denkt für den dürfte das nachfolgende vielleicht böhmische Dörfer sein, aber selbst wenn, dann sollte es einfach zu verstehen sein. Jedes RC Fahrzeug, die PanCars mal außen vor gelassen, hat sowohl eine interne als auch eine externe Untersetzung. Intern ist all das, was über die Riemen läuft, extern ist das zwischen Hauptzahnrad und Motorritzel. Das zusammen ergibt die Gesamtuntersetzung. Bei Fahrzeugen mit Kegelrad Diffs ist die Berechnung rel. einfach, weil man nur die Anzahl der Zähne miteinander verrechnen muss. Bei einem Riemenangebtriebenen Fahrzeug greift die gleiche Berechnungsart nicht und da ich ein fauler Mensch bin, habe ich einfach danach gesucht und bin bei XRAY fündig geworden, so dass ich jetzt weiß, dass so ziemlich jeder VG8 eine interne Untersetzung von ~2,4:1 hat. Um nun auf die Gesamtuntersetzung zu kommen, braucht man noch das externe Untersetzungsverhältnis, was sich ganz einfach dadurch errechnet, dass man die Menge der Zähne am Hauptzahnrad durch die des Motorritzels dividiert. Je nach gewählten Zahnrädern kommt man hierbei auf ein Verhältnis, das im 2ten Gang bei ca. 2,4:1 liegt. So, um nun auf das Gesamtuntersetzungsverhältnis zu kommen, multipliziert man einfach beide Werte miteinander, so dass man am Ende ein Untersetzungsverhältnis von ca. 5,7:1 hat. Diese Verhältnis Angabe ist zunächst mal zwecklos, weil man zunächst mal nicht weiß, was man damit anfangen soll. Wie ich nun weiter oben schon beschrieben habe, ist das Herausfinden des richtigen Untersetzungsverhältnis oftmals ein Try & Error Spiel, weil es seitens der Hersteller zwar manchmal Angaben zum Wirkungsgrad gibt, aber eben nicht zum idealen Untersetzungsverhältnis. Ich habe zwar eigene Erfahrungswerte durch meine 1:8 Offroad Fahrzeuge, aber die konnten mir nur bedingt weiterhelfen. Obgleich ich kein Freund von LRP bin, muss man LRP zwischendurch doch mal loben und zwar wenn man sich die Beschreibungen der LRP Motoren, insbesondere der 1:8er Motoren ansieht. Darin findet man fahrzeugspezifische Empfehlungen, die auch unterschiedliche Skalierungen berücksichtigen. Wenn ich diese Enpfehlungen mit meinen Erfahrungswerten abgleiche, dann kam ich bislang immer zum fast gleichen Ergebnis. Fast heißt hier lediglich Abweichungen im Nachkommabereich.
Nachdem es bei den 1:8er Motoren eine große Vielfalt gibt, insbesondere was die max. Spannung und KV Angaben betrifft, aber es eine bedingte Vorgabe gibt, um auf adäquate Drehzahlen wie die beim Verbrenner zu kommen, wähle ich beispielhaft einen Motor mit 2200kv, den man dann auch noch mit 6S, also 25 Volt betreiben kann, was rein rechnerisch einer Drehzahl von ca. 55000 Umdrehungen entspricht, was aber bitte als reiner Laborwert zu verstehen ist. Es geht hierbei nur darum einen adäquaten Motor zu selektieren, um darüber einen Bezug zu den Untersetzungsempfehlungen zu bekommen. LRP gibt nun für so einen Motor ein Untersetzungsverhältnis von 9,5:1 für einen 1:8er Buggy an. Für einen Truggy 12:1. Ok, ein Buggy oder ein Truggy ist kein VG8 und es gibt dann doch einige Unterschiede, aber diese Empfehlungen erlauben zumindest zu kumulieren und die jeweiligen Fahrzeugeigenschaften in Abgleich zu bringen, so dass ich dem VG8 ein Untersetzungsverhältnis von 7,5:1 zugestehen würde, wobei ich dabei Fahrzeuggewicht und die Radgrößen für entscheidend halte. Um nun mit diese Untersetzungsangaben plastisch darzustellen, sodass man damit auch was anfangen kann, muss man diese Untersetzungsangaben auf die verwendeten Zahnräder übertragen. Einen ganz einfachen Bezug kann man dabei auf das Motorritzel setzen. Wie weiter oben errechnet, hat der VG8 im 2ten Gang ein Verhältnis von ca. 5,7:1. Die ideale Untersetzung würde aber bei ca. 7,5:1 liegen. In Zähnen beim Motorritzel ausgedrückt, wären das 6 Zähne Unterschied. Wenn ich in meinen Berechnungen für den 2ten Gang ein 19er Motorritzel für den 2ten Gang berücksichtigt habe, um auf eine etwa gleichwertige Endgeschwindigkeit wie beim VG8 zu kommen, bzw. diesem Ritzel das Verhältnis von 5,7:1 zugrunde liegt, dann ergibt sich daraus ein 13er Motorritzel. Es gibt zwar noch kleinere Modul1 Ritzel, aber bauartbedingt bekommt man so ein kleines Motorritzel gar nicht verbaut, sodass man ausgleichend sowohl das Hauptzahnrad größer und das Motorritzel wieder kleiner machen muss. Unterm Strich hätte man dann ein 16er Motorritzel und ein 50er Hauptzahnrad, was so in etwa die größtmögliche Untersetzung darstellt. So, und kommen wir langsam zum Ende und dann schließt sich auch der Kreis. Diese Ritzelkombination entspricht so ziemlich genau dem typischen Untersetzungsverhältnis vom 1.Gang beim VG8! Geht Euch langsam ein Licht auf?
Ich will das jetzt noch mal verdeutlichen und zusammenfassen. Wir haben ein Ausgangsfahrzeug, das mittels 2-Gang Getriebe unterschiedliche Untersetzungen ermöglicht. Die Notwendigkeit eines 2-Gang Getriebes erklärt sich aus dem Umstand, dass einerseits der Drehzahlbereich eines Verbrenner Motors nicht ausreicht, um auf diese Geschwindigkeiten zu kommen und andererseits das vergleichsweise geringe Drehmoment es nicht erlaubt, dass man ohne 2-Gang Getriebe auskommt. Ein VG8 würde ohne 2-Gang Getriebe gar nicht funktionieren, geschweige denn vom Fleck kommen und wäre max. für Ovalrennen geeignet. Ein Elektromotor hat zwar einen nahezu drehzahlunabhängigen Drehmomentbereich, aber unterm Strich dreht dieser nicht viel höher als ein Verbrenner Motor, also braucht dieser ein nahezu gleiches Untersetzungsverhältnis. Wie wir aber festgestellt haben, ist diese Verhältnis weit davon entfernt, was noch im gesunden Bereich liegt und das schon deshalb, weil Elektroangetriebene Fahrzeuge für gewöhnlich kein mehrfach untersetztes Getriebe haben. Spätestens jetzt sollte das Dilemma mehr als offensichtlich werden. Um den "e"VG8 mit dem Motoren- und bauartbedingten idealen Untersetzungsverhältnis betreiben zu können, müsste man ihm die Untersetzung vom 1.Gang verpassen, was aber zur Folge hätte, dass nur mehr noch Endgeschwindigkeiten von max. 80 oder 85km/h möglich wären, was jede weitere Überlegung eine Pendant Klasse zum VG8 entstehen zu lassen aber erübrigen würde. Schon deshalb, weil der E-Motor seine Vorteile gar nicht ausspielen kann.
Was ist also die Lösung?
Fortsetzung folgt.....
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