Bisher galt der nach dem LRK-Prinzip gebaute Außenläufermotor als drehmomentstark. Dieses Attribut überzeugte. Schließlich ging es darum, große, effektiv arbeitende Luftschrauben direkt antreiben zu können. Er galt als Kraftathlet. Gern nahm man dabei in Kauf, dass die Goldmedaillen für Sprint und Effizienz an die Innenläufer verliehen wurden. Nun versucht man, neue Motorvarianten auch für hohe Drehzahlen zu „frisieren“. Macht das Sinn und kann das überhaupt gelingen?

Die Denkrichtung dabei ist klar: Der 14-polige Außenläufer ist ein Meister der Drehmomentdichte, der Turbodiesel unter den Elektromotoren eben. Er erzeugt mehr Newtonmeter pro Kilogramm Motormasse (Nm/kg) als jeder andere Motortyp. Gelänge es nun, aus ihm auch noch mehr Drehzahl „herauszukitzeln“, so käme der Motorenmarkt erneut in Bewegung. Damit würden dann beispielsweise auch Speedmodelle bis hin zum Impellerantrieb „LRK- fähig“. Dabei läge nicht nur ein beachtlicher Gewichtsvorteil auf der Hand, auch das leidige Temperaturproblem, die Geißel aller in schlecht belüftbar dünne Röhren eingesperrten Innenläufer, wäre mit einem Schlag behoben. Denn derzeit – der LiPo-Zeit – sterben hoch belastete Innenläufer-Maschinen immer öfter an der Überhitzung der Magnete. Eine Todesursache, die Außenläufer schlichtweg nicht kennen, denn die Rotorglocke fungiert so ganz nebenbei als zentrifugal arbeitendes (Selbst-) Kühlgebläse.

Für Powerfreaks
Wer als Powerfreak noch einen Schritt weiter gehen möchte, verbündet sich jetzt wieder mit genau jenem Teufel, den es vor kurzem noch durch die Exorzismen der Außenläufer zu vertreiben galt: dem Getriebe. Die Logik dabei ist gleichermaßen frappierend wie einfach: Wenn der Motor hoch genug dreht, so genügt nun ein im Vergleich zum Innenläufer weitaus kleinerer und leichterer LRK-Motor, denn dessen Drehmoment steigt ja ebenfalls im Verhältnis zur Übersetzung.

Allerdings galten hierfür bisher zwei Grundvoraussetzungen noch als unerfüllt: Zum einen die mit der siebenmal höheren Polwechselfrequenz wachsenden Ansprüchen an den Motorcontroller und die damit linear wachsenden Schaltverluste. Zum andern, und das erscheint noch gravierender, wachsen die Eisenverluste im Stator des Außenläufers überproportional mit der Drehzahl. Und es bleibt vorerst das schwer zu lösende Problem aller Außenläufer, diese Verluste inklusive derer aus dem Wicklungskupfer wegzukühlen. Die Summe beider Verlustposten macht einen Motor, sofern mit tropenfestem Draht bewickelt, zwar nicht augenblicklich kaputt, so doch aber merkbar ineffizienter.

Auslöser für die hier dargestellten Überlegungen war übrigens ein Flugerlebnis der besonderen Art: Beim E-Meeting in Aspach 2006 flog Manfred Pfeiffer den „Blade“ von aero-naut mit zwei 89-Millimeter-MidiFans, angetrieben von je einem Außenläufer (!) AXI 2820-10. Da sich die Motoren (nspez º 1100 rpm) parallel aus einen 9S4800-Kokam-Akku speisen, liegen schon die Standdrehzahlen deutlich jenseits von 33.000 Umdrehungen pro Minute (rpm) – für die beiden speziell abgestimmten Jeti-Advance-77-opto-HS (high-Speed-Version, soft Timing) offensichtlich kein Problem mehr. Und nachdem auch die Flugleistungen weder hinsichtlich Dauer noch im Hinblick auf Geschwindigkeit und Steigvermögen Wünsche offen ließen, besteht wohl Anlass, diesbezüglichen Potenzialen auf den Grund zu gehen.

Die Speedvariante
Eine neue Wicklungsvariante der schon bestehenden AXI-28xx-Serie – der 2814-6 – scheint in die angepeilte Richtung zu zielen. Er wartet mit einer für Außenläufer ungewöhnlich hohen spezifischen Drehzahl von 2.900 Umdrehungen pro Volt (rpm/V) auf – bei 18 Grad Timing. Damit ergibt sich für das 104 Gramm leichte Kompakttriebwerk bei Betrieb mit 3 LiPos (10,5 V) eine Leerlaufdrehzahl von über 30.000 rpm. Und obwohl der kompakt wirkende Winzling dabei fast 7 Ampere (A) Leerlaufstrom „wegputzt“, arbeitet er unter hoher Last erstaunlich effizient. Konkret heißt dies laut Prüfstandsmessung: Bei 10,5 V und 61 A ergibt sich ein Input von 640 Watt (W), was bei gemessenen 77,5 Prozent Wirkungsgrad eine Wellenleistung von 495 W (~ 0,675 PS) bringt. Das Ganze passiert bei 24.400 rpm und knapp unterhalb von 0,2 Nm. Der Motor ist so in der Lage, eine 6 x 6-GWS-Luftschraube mit nicht mehr gerade elektrotypischer Geräuschentwicklung zu drehen. Ja, selbst ein Schübeler DS-51-DIA 3ph oder ein aero-naut TurboFan 1000 – beide mit 90 Millimeter Durchmesser – liegen nicht weit neben dieser Schiene. Nicht verschwiegen werden soll, dass der Impellereinbau einige Modifikationen erfordert, weil diese verflixten drei Kabel beim Außenläufer wieder mal auf der falschen Seite ans Licht kommen. Sie müssen die Motornabe vorne im Bereich der Statornase durch eine passgenau platzierte Öffnung verlassen und möglichst strömungsgünstig nach außen geführt werden. Denn um die Motoranschlüsse innerhalb der Nabe nach hinten zu führen, reicht der Platz im Allgemeinen nicht.

Für diese Art des „embedded“ Engagements wird von AXI ein Kühlpropeller angeboten, der auf der Rotorrückseite montiert, die Luft von hinten aus dem Motor saugt. Die deutlich unterquadratischen Statorproportionen des AXI 2814 sind dabei sehr hilfreich, denn ein Motor, dessen Blechpaket nur gerade mal halb so lang ist (14 Millimeter) wie der Statordurchmesser (28 Millimeter), wird zwar niemals Spitzenwirkungsgrade hervorbringen, ist aber noch relativ gut über die Wickelköpfe zu kühlen. Zudem neigt eine kurze Rotorglocke weniger dazu, bei den extrem hohen Drehzahlen ins Schwingen zu geraten.

Wer andersartige Flugabenteuer plant und jetzt in ein 5:1-Planetengetriebe investiert (Gewichtsplus 20 bis 30 Gramm), liegt – grob und ohne Getriebeverluste gerechnet – abtriebsseitig im Bereich von 5.000 rpm und 1 Nm, was der Charakteristik einer 17- bis 18-Zoll-Luftschraube entspricht. Natürlich ist das Experiment nicht dauerbetriebsfähig, weil bei ansteigender Kernerwärmung ein solcher Motor sehr rasch schlechter wird. Doch sind der Dauer von extrem steilen bis hin zu senkrechten Steigflügen – und dafür macht das Ganze Sinn – ja noch anderweitig Grenzen gesetzt. Es zeigt sich aber, dass die Außenläufer offensichtlich noch nicht am Limit sind. Die Entwicklung neuer, schneller kommutierender Controller unterstützt diesen Trend. Wichtig ist sicher auch, dass man in derartigen Extremfällen der Motorkühlung noch mehr Beachtung schenkt, denn trotz eines respektablen Eta (gemessen wurde er bei für Hotliner typischem Kurzzeitbetrieb) werden in obigem Beispiel fast 150 W (= Leistung eines Klempnerlötkolbens) in wenigen Gramm Metall abgespeichert.