Boosted Surfboard

[andreas Andreas]

Freunde der Elektromobilität,
ich möchte Euch mein neues Projekt vorstellen.
Hier gibt es ein paar Vorbilder:
https://www.youtube.com/watch?v=_m-gU9tuTtQ
Ich möchte zunächst nur den Antrieb realisieren, keine Tragflächen. Surfboards mit einer Person gleiten ohnehin sehr leicht bei 10-40 km/h. Ich möchte maximal 20 noten bzw. 35km/h erreichen.
3200W, 5000RPM, 5Nm soll der Antrieb leisten. http://alienpowersystem.com/shop/brushless-motors/alien-6374-sensored-outrunner-brushless-motor-130kv-3200w/
Propellerdaten 5.1x6 Zoll 5160, metrisch 130x152mm Propeller von Svan http://www.prop-shop.co.uk/products.php?cat=standard-scale&page=2, http://www.prop-shop.co.uk/perch/resources/prop-size-guide.pdf
16Ah 44V wiegen etwa 4 kg, bringen etwa 12 Minuten Fahrspaß bei voller Leistung.
Ich möchte das möglichst universell an übliche Finnenkästen befestigen.
Der Motor soll in Wasser laufen, https://www.youtube.com/watch?annotation_id=annotation_4260147457&feature=iv&src_vid=3QJLIKNrKxI&v=tCl2qABSWgw .
Und dadurch besonders gut gekühlt werden.
Die Batterien und ESC sollen auf dem Surfboard in einer Kiste hinten sein, 4-10kg schwer.
Mit einem 3-phasigen Kabel wird der Motor unter Wasser versorgt. Der Motor muss abgedichtet werden, die Lager müssen wasserfest sein.

Gruß
andreas

 

[Andi aus Bad Essen]

... bin gespannt.
Ich surfe zur Zeit nur mit Wind :xcool:

 

[Sven Salbach]

wie sieht es da eigentlich mit der Legalität aus?
Weißt Du das was genaueres?
Allerdings frage ich mich etwas nach dem Sinn des ganzen?
Bei 3KW Motorleistung....was für Akkus willst Du da verbauen und wie lange soll das ganze halten?
Lipos aus dem Modellbaubereich sind hier ein muss, aber selbst dann hast Du doch nur wenige Minuten und das wars dann....hmm...ich zweifle...
5 Minuten später ist der Spass dann vorbei und Laden dauert dann mind. 20 Minuten eher 30
Abgesehen davon nur bei laufendem Motor am PKW möglich etc pp :-( nenene
Schwimmt so ein Brett überhaupt noch mit der Menge an Akkus oder nur mit Schwung? Wenn der Akku leer ist tauch es ab oder wie?!
Wenn der Akku so winzig ist, das es nicht untergeht dann kommt man doch sicher nie über 5 Minuten?! oder?

 

[andreas Andreas]

Hallo
Ja, da wo ich hauptsächlich fahren werde, ist es legal jedes beliebige Fahrzeug auf dem Wasser zu bewegen ohne jeden Führerschein, in jedem Alter, und es geht dort auch meist sehr entspannt zu. Strom habe ich dort auch zum laden. Wie das in Deutschland ist, könnt ihr gerne diskutieren.
Akkus bin ich noch am überlegen, vielleicht 3 Stück davon in Serie: https://hobbyking.com/en_us/multistar-lihv-high-capacity-4s-16000mah-multi-rotor-lipo-pack.html
Das wären dann 700Wh, bei knapp 4kg. Das reicht für 12 Minuten Volllast.
Motor und Schraube etwa 1,5kg.
Regler 300g
Wasserdichte Kiste 0,5kg
Summe: 6,3kg
Ich habe mehrere Surfboards, die meisten geschenkt bekommen oder für wenig Geld gebraucht gekauft, keine Sinker, eher so 130-220 Liter. Man kann auf einigen ganz gut Stand Up Paddling machen und ich denke, ich werde eine Fernsteuerung in ein Paddel einbauen oder dranbauen.
Windsurfing mache ich auch, Wasserstart kann ich aber nicht. Mein Lieblingsboard ist ein Fanatic von vor 1990 mit einem Speedwing 6,8qm. Uraltes Material der Spitzenklasse, damit ziehe ich alle anderen Surfer im Revier locker ab, obwohl die alle modernes Material fahren. Es ist halt ein Super Gefühl so übers Wasser zu hüpfen, ich mache nichts lieber als das. Da wäre es doch eine Super Sache in der Abendflaute noch eine Runde zu drehen, 7km Reichweite, ohne Verbrennergeräusche, ohne Abgas, so als Wasserski-Ersatz. Man kann damit Ausflüge machen, filmen, Vögel beobachten, irgendwo an Land gehen, sich zwischendurch treiben lassen, paddeln.
Die Profi Modelle kosten ja zwischen 4000 und 13000€, meines soll unter 1000 kosten und an den meisten Brettern einfach zu befestigen sein. Vielleicht muss man ein Loch bohren, eine Öse einbauen, falls die Befestigungen für die hintersten Fußschlaufen zu weit vorne liegen, um die Kiste für die Akkus zu befestigen.
Die Finnenkästen, die ich kenne, sind aus massivem GFK oder Alu. Immerhin soll der Antrieb 40kg Pfahlzug leisten, mal sehen wie schnell das Brett unter einem durchfahren kann!

Gruß
andreas

 

[Sven Salbach]

ah ok, sowas dachte ich mir.
Ich hatte das auch vor ewigkeiten mal angedacht, aber mir war die erreichbare Zeit einfach viel zu kurz deshalb hatte ich das nie weiter verfolgt :-(

 

[andreas Andreas]

Ich habe gerade bestellt, 6 Akkus bringen optional die doppelte Reichweite bei 4kg Mehrgewicht und Kosten von 180€. Also 24 Minuten und 14km Reichweite.
Gruß
andreas

 

[Sven Salbach]

berichte mal ob und wie es funktioniert hat

 

[andreas Andreas]

In 8 Monaten? Auf dem Weg dahin muss ich noch viel lernen, da zähle ich auch auf Euch, ihr stellt die richtigen Fragen.
Ich habe z.B. eine Frage: Wenn ich mit 48V auf einem Surfboard arbeite und die dreiphasige Motorleitung an zwei Polen unter Wasser und über Wasser eine Leckage hat, was passiert dann bei voller Spannung, wenn ich im Wasser schwimmend die linke Hand über das Board lege?
Gilt die Schutzkleinspannung für Menschen, die an Drähte greifen oder für Menschen, die in Pfützen liegen, durch die Strom fliesst?
Kennt ihr gute Links?
Gruß
andreas

 

[Sven Salbach]

naja, da kommen ja gleich mehrere Sachen zusammen..
Ekeliger wirds halt bei Salzwasser :-(
Zusätzlich sind Deine Finger nass und aufgequollen.....

Ich hatte nur mal die nette Erfahrung mit Schwefelsäure an den Fingern..die 12V fühlten sich dan wie 240V!
War nicht schön, hatte ich so nicht erwartet..natürlich ist es mit der Säure noch krasser daher weiß ich nicht wie weit sich das mit Salzwasser vergleichen lässt..

 

[andreas Andreas]

Ja genau, ist es günstiger etwas zu "erden" oder sollte man alles isoliert halten. Und wie stellt man dann eine Leckage fest, ohne Bezugspotential? Soll man eine Antenne/Erde ins Wasser halten und mit einer Stromquelle z.B. 5mA die Dichtheit der Isolation prüfen?
Gruß
andreas

 

[Sven Salbach]

puh ok da bin ich raus
Aber ich denke ein Isolationstest funktioniert mit zwei Kabel und Widerständen im MOhm Bereich.
Vielleicht kann da wer anders genaueres zu sagen

 

[andreas Andreas]

Nehmen wir an, eine der 3 Zuleitungen hat eine Leckage ins Wasser. Dann hat das Wasser ihr Potential, mit Wechselspannung unterschiedlichster Frequenz. Das ist zunächst nicht schlimm, solange die Kiste isoliert ist weil nirgendwo etwas zurückfliessen kann. Mit einem Drehstrom RCD ist der Fehler nicht zu entdecken, er alleine hilft nicht viel. Man muss also die Kiste "erden" in unserem Fall Wassern, also eine Elektrode ins Wasser tauchen, das kann z.B. der Motor und die Schraube sein. Diese Elektrode kommt an den Minuspol der Batterie. Wenn ich jetzt einen Gleichstrom RCD (mit nur 2 Phasen) zwischen Batterie und Motorcontroller setze, dann löst er aus, sobald mehr als 10 oder 30mA zwischen dem Motorgehäuse und einer offenen Leitung fliessen.
Eine Prüfung auf Leckage vor der Inbetriebnahme bekommt man so noch nicht hin, weil ja die volle Spannung auf der Leitung erst bei voller Drehzahl kommt. Man könnte eine Prüfung im Stillstand machen, indem man die 48V der Batterie über einen Leckstromwiderstand an eine der Motorleitungen anschließt, damit man dabei keinen tödlichen Schlag bekommt, legt man 30mA zugrunde und erhält z.B. 1600 Ohm. Das Problem: Wenn der Weg durch das Wasser zu lang ist, kann es sein, dass der RCD nicht auslöst. Das ist aber gerade der kritischste Fall.

Man kann natürlich auch die Erdantenne selbst auswerten, also die Ströme die da kriminellerweise zur Masse der Batterie wollen, indem man einen Widerstand einfügt und den Spannungsabfall daran misst. Damit man bei einem Einfachfehler keinen tödlichen Schlag bekommen kann, fügen wir wieder einen 5000Ohm Widerstand ein zwischen Batteriemasse und Unterwasserantenne. Wenn dort mehr als 10V anstehen, also mehr als 2mA, kann man abschalten. Die Antenne ist nicht wirklich mit der Masse verbunden sondern nur durch die Prüfeinrichtung 5000Ohm Widerstand. Spannungen zwischen Kiste/Motor werden auf Dauer sicher ausgeglichen. Einfachfehler führen nicht zum GAU sondern werden detektiert und das System abgeschaltet.
Aber vielleicht denke ich da zu einfach. Ob es zu häufig abschalten wird? Bilden sich elektrische Ströme zwischen einem isolierten Motor und einem Plastikrumpf die beide in Bewegung sind?
Wahrscheinlich brauche ich parallel zum Widerstand einen Kondensator um schnelle Änderungen wegzufiltern.
Spice!
Gruß
andreas

 

[Sven Salbach]

ja, die zweite Lösung meinte ich. So würde ich mir das auch vorstelle.
Relativ simpel denke ich.

 

[weiss]

hallo ihr beiden :xcool:
das ist mal ein projekt! :spos: :spos:

leider kann ich da überhaupt nicht mitreden. :-(

 

[Bernd Schlueter]

Diese Modellbauer. 3,6 KV. Wenn schon so missverständlich, dann hätte ich das wenigstens so definiert: 3,6k/min-Umdrehungen pro Volt oder 3600 Umdrehungen pro Volt.
Aber so sind es nur 0,0036 Umdrehungen/min pro Volt. Warum nicht im MKS-System?

Ich wollte mir immer schon für den Chiemsee ein 2 mal 3 Meter Brett mit zwei Schwimmern und Zelt drauf bauen.

Dann steigt der Strömungswiderstand mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit.

Wenn Dein Projekt funktionier, lasse ich meines auch wieder aufleben. Dann mit zwei Sürfbrettern?
Ich habe jetzt eine SuperGFK-Quelle und um ein Flugzeug damit zu bauen, fühle ich mich inzwischen zu alt. Aber mit 35km/h über den Chiemsee gleiten, das hätte was für sich.

Mal rechnen
angenommen, Dein Surfbrett hat komplett 100kg Masse, wenn Du nicht gerade ein Leichtgewicht bist. Dann beträgt bei 700 Watt Antriebsleistung Deine Gleitzahl ca 15. Da Schraube und Motor nicht 100% Wirkungsgrad haben, muss die Gleitzahl schon besser als 30 sein, was ich nie für möglich gehalten hätte.
Mein Schwimmerboot wollte ich schon mit elektronisch stabilisierten Unterwassertragflächen ausstatten, dann sind auch Gleitzahlen von 100 möglich.
War mir nur viel zu gefährlich. Aber solltest Du mit Surfbrettern über 20 liegen, dann sollte ich meine Idee wieder aufleben lassen.
Berichte bitte und vielleicht weißt Du auch, wo ich mir das Ganze leif anschauen kann?

Immer nur im Elektroautostau zu stehen, ist langweilig.

Dann guckt der Uli aber auf dem Baldeneysee, wenn ich seine Nussschaukel mit meinem Zeltbrett überhole...
Also, nochmal rechnen: Zwei Bretter mit 200 kg, 1,4 kW Verbrauch. 30 kg Batterien, macht 6 kWh. also, über 4 Stunden Fahrt, das ist doch schon etwas! 14 km, das reicht von Mülheim an der Ruhr, Wasserbahnhof bis zum Baldeneysee.

Also, worauf warten wir noch?

Michael, dreh mal das Pfinz-Wehr hoch! Wir brauchen Strom!

 

[Bernd Schlueter]

Wenn wir schon dabei sind, dann doch richtig!
Klar, habe ich auf meinem Rettungsfloß dann auch das kite dabei. Über die Verstellschrauben wird dann rekuperiert! Außerdem hat das kite zwei Drachenschnüre, beide aus Kupferdraht. Falls die Pfinz mal kein Wasser führt und die Elektrotankstelle geschlossen ist.

Nichts leichter als das

Dann wäre da auch noch das Gegenwindrad.

 

[Bernd Schlueter]

Habe nicht richtig gelesen. 3,2 kW. Das ist ja schon was. Rechnerisch, ohne jegliche Verluste und 100kg Masse wäre das bei 10m/s=36km/h eine Gleitzahl von ca 3, bei 30% Wirkungsgrad des Gesamtantriebs. Ja, das ist realistisch und wenn ich mein Leichtgefährt auf zwei Surfbretter schraube (natürlich keine wirklichen Surfbretter, ich verwende sie nur als Laminierform) dann komme ich auf einen Wasserfahrverbrauch, der nicht weit über dem meines Saxo liegt.
Langsamfahrt dürfte sich nicht lohnen, weil die Gleitzahl mit der Geschwindigkeit steigt. ich habe schon mal ein Modellboot mit Gleitstufe gebaut, durch die seitlich Luft unter das Boot gesaugt wird. Die sorgt auf zweierlei Art auf eine Widerstandsverringerung:
1. Ein Boot ist unten immer bauchig und wird mit immenser Kraft unter Wasser gezogen (umgekehrter Tragflügel) Die seitlich angesaugte Luft lässt die Strömung abreißen, der Untertaucheffekt verschwindet.
2. Die vielen Luftperlen haben eine 800 mal geringere Dichte als Wasser und damit viel weniger Strömungswiderstand.
Uboote besitzen fette Kompressoren, mit denen man Pressluft aus vielen Leitungen pumpen kann, was den Strömungswiderstand stark verringert.
Unter Wasser ist man ohnehin schneller. Da fehlt die Bugwelle.

Also, ich glaube nicht, dass meine Pläne noch was werden, aber folgende Lösungen würde ich heute bevorzugen:

1. Meine Zeltplatte mit starrem hinteren Unterwassertragflügel und vorne zwei mikroprozessorgesteuerten vorderen Flügeln. Bei der Erprobung lasse ich selbstverständlich meinen Elektrofahrerfreunden den Vortritt. Selbstverständlich dürfen sie auch während der Fahrt in das Programm eingreifen.
2. mein Hovercraft

Ist so eine Schraube nicht mordsgefährlich unter dem Surfbrett? Nicht nur für die Haifische?
Mmmh, Andreasfrikassée.

 

[andreas Andreas]

Hallo Bernd
Die neu geschaffene "Einheit" KV bedeutet RPM/V. KV heißt eigentlich k suffix v und bezeichnet eine der Motorkonstanten in der Einheit RPM/V anstelle von k=U/omega=U/(2*pi*n)=0,073 . Beispiel: 130KV bei 44V ergibt 5720RPM maximale Drehzahl ohne Last. Z.B. 3200W sind als maximale Leistung angegeben, 3200/44=72A. Wenn man den Widerstandswert hat, (den Angaben auf der Website von APS vertraue ich überhaupt nicht, 0,56 steht bei allen Motoren, egal wie viel KV) ich nehme mal 30mOhm an, dann kannst Du den Spannungsverlust bei maximaler Leistung angeben: 72A*0,03Ohm=2,16V und den Verlust 155W. Ausserdem den Drehzahlverlust 2,16V*130KV =280RPM, also ergeben sich noch 5440RPM. Jetzt kann man auch noch das maximale Drehmoment berechnen. P=2*pi*RPM/60*T, also T=P/(2*pi*RPM/60)=5,6Nm. Überprüfen wir das mit der 2. Definition von k für einen Verlustlosen Motor, dann erhalten wir M=k*I = 0,073*72A=5,28Nm, bei den angegeben maximalen 80A 5,84Nm. Alles keine Zauberei.

Bei einer 5.1x6 Zoll Schraube (130mmx152mm) kannst Du 25% Schlupf ansetzen, das ist ein Teil der Verluste. Bei 5440RPM erhält man die Marschgeschwindigkeit v= 0,000152*5440*60*0,75=37km/h. Mal sehen ob der Motor das schafft. Der Hersteller meinte, wenn ich den Motor im Wasser laufen lasse, dann wird er so gut gekühlt, dass er 80A auf Dauer kann. Aber so eine rotierende Glocke erzeugt natürlich auch Verluste, weshalb ich den Motor auf jeden Fall strömungstechnisch optimieren werde. Der "Luftspalt", der zum Wasserspalt wird muss mechanisch glatt sein, ich werde das mit etwas GFK machen müssen, damit es stabil genug wird. Zwischen den Wicklungen soll Wasser fliessen. Das sollte dann ausreichen. Auf die Glocke kommt noch eine Nabe mit Wasserfilter.
Ich überlege noch, ein Drucklager einzubauen, bei 40kg Schub kommt da eine große Last zustande. Ich finde leider kein Keramik Kugellager in der Größe 51100, wenigstens gibt es sie in Edelstahl.

Was mir noch etwas Kopfzerbrechen bereitet ist ein weiterer Sicherheitsaspekt: Der Schutz der Schraube und der Motorglocke vor Grundberührung. Ich kann sie ja schlecht wegklappen lassen wie beim Aussenborder. Und ausserdem der Schutz der Menschen vor der Schraube.
Also brauche ich einen stabilen Schraubentunnel, ein Rohr, eine Kort-Düse und ein paar Streben vorne und hinten, die vielleicht auch etwas von dem Schraubendrall wegnehmen und so für mehr Standschub sorgen. Dieser Käfig muss ausserdem abnehmbar sein, damit ich z.B. die Motorlager wechseln kann. Vielleicht nehme ich auch nur ein Rohr, das lang genug ist. Bei 130mm Innendurchmesser nimmt der Motor mit seinen 63mm Durchmesser einen großen Anteil vom Querschnitt weg. Jetzt könnte ich natürlich hinter dem Motor vor der Schraube noch ein paar Löcher im Rohr vorsehen, durch die ein Teil des Wassers für die Schraube dazu fliessen kann.
Eine andere Möglichkeit wäre, den Durchmesser zu verändern, z.B. von 160mm auf 140mm, dazu habe ich was bei Schornsteinen in Edelstahl gefunden. http://www.proschorn.de/Edelstahlschornstein-EW/160mm-Durchmesser-25/Reduzierung--Stroemung-432.html
Andererseits ist das mit 0,6mm Wandstärke kein guter Verletzungsschutz und bei Grundberührung oder beim hantieren kann es sich verbiegen. Ich bräuchte also noch GFK zusätzlich.

Da kommen eine Menge Kleinteile zusammen, ich sags Euch.
Gruß
andreas

 

[andreas Andreas]

Hallo Bernd
Hatte Deinen letzten Artikel noch nicht gelesen.
Im ersten Schritt werde ich keine Gleitflügel planen.
Ich weiß nicht, ob der Begriff Gleitzahl beim Surfbrett ohne Gleitflügel was bringt.
Ich habe den Antrieb nicht so ausgelegt, daß ich den Zustand der Endgeschwindigkeit gerade so erreiche, sondern natürlich überdimensioniert. Die Endgeschwindigkeit wird sich irgendwie ergeben. Mein Luftwiderstand ist auch stark veränderlich, wenn ich mich auf das Board lege, wird es sicher schneller. Ich werde hoffentlich nicht permanent mit voller Leistung fahren. Da ich aber weiß, was bei Wind und Welle so passiert und Dynamik beim Spass eine Rolle spielt, habe ich mich für diese Auslegung entschieden, lieber zu viel Power als zu wenig, es kann nicht schaden.
Mit Gleitflügel und liegendem Passagier könnten auch 1500W bei 10m/s ausreichen.
Gruß
andreas

 

[Bernd Schlueter]

Widerstandszahl und der Kehrwert, die Gleitzahl sind ja prinzipiell das Gleiche, einfach alle Fahrwiderstände geteilt durch die Gewichtskraft bei der entsprechenden Geschwindigkeit und 10m/s sind schon eine harte Sache im Wasser. Sehr genau 10 Tonnen wirken auf Deinen Körper ein, wenn Du einen Bauchklatscher machst oder senkrecht durchs Wasser gezogen wirst. Bin genug Wasserski gelaufen und schätze, dass man zum Starten mit elektrisch angetriebenem Ski schon 10kW benötigt. Wenn Du unter Wasser senkrecht mit 36km/h gezogen wirst, sind dazu 1000kW erforderlich, dann bekommst Du lange Arme. Also, mein Saxo liegt mit voll aufgepumpten Reifen bei einem Rollwiderstand von etwa 0,01 bzw Gleitzahl 100, was die allerbesten Segelflugzeuge nur fast erreichen, U2 uns so. 50 ist normalerweise das Maximum. Aufrecht stehend auf dem Surfbrett liegst Du bei einem Luftwiderstand von ca 65 Newton, sprich. Du benötigst dafür 650 Watt Antriebsleistung, dazu die hohen Verluste.
Ins Gleiten kamen wir mit der 470er Jolle auf dem Heeger Meer bei Windstärke 6,5. Sobald man gleitet, geht wirklich die Post ab!
Bedenke, dass dein Surfbrett dann springt, Du hast nicht die Stabilität durch das Segel zur Verfügung. Im Nu kippst Du und schaust Brett und Schraube von unten an. Nein, ich bin sehr skeptisch! Mein Modellgleitboot lief nie zur vollen Zufriedenheit und wurde von jeder kleinen Wassererhebung durch die Luft gewirbelt.
Andererseits lässt sich auch ein Monoski beherrschen. Die Wassermotorräder mit Strahlantrieb benötigen üppige Leistungen von mindestens 70PS (bis 350PS) und sind für elektrischen Antrieb somit ungeeignet.

Den Uli Senkowski kennst Du?

Der bastelt jetzt an elektrischen Antrieben für seine Rennboote auf dem Baldeneysee.