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Welche Komponenten brauche ich für einen Multicopter?

WISSEN – Teil 3: Bevor es daran geht, einen eigenen Multicopter zu bauen, solltest du wissen, welche Komponenten du brauchst und wie diese zusammenspielen. Mit diesem Wissen wird es dir leichter fallen, die richtigen Komponenten für deinen individuellen Quadrocopter oder Hexacopter zu finden.

Ein Multicopter besteht im Wesentlichen aus den Komponenten

  1. Frame
  2. Motoren und Propeller
  3. ESCs
  4. Flightcontroller
  5. Kamera-Gimbal und Transmitter
  6. Fernsteuer-Anlage

Der Frame

Frame: Centerplate, Bottomplate und vier Ausleger

Frame: Centerplate, Bottomplate und vier Ausleger

Multicopter-Rahmen (english: Frame) gibt es in den verschiedensten Materialien und Ausführungen: Vom Quadrocopter- bis zum X8 Octocopter-Frame. Sie sind ebenso in sehr unterschiedlichen Preisklassen zu bekommen. Manchmal sind große Frames, die etwas mehr kosten, tatsächlich besser. Aber diese Korrelation ist nicht zwingend!

Für die Rahmenwahl deines Copters solltest du den Einsatzzweck im Hinterkopf behalten und dir merken: Größer ist nicht zwangsläufig besser und klein bedeutet, er trägt nicht soviel Gewicht.

Der Frame ist das Traggestell für die Elektronik mitsamt Akku sowie den Trägerarmen an deren Enden die Motoren mit den Propellern angebracht sind. Er besteht im einfachsten Fall aus einer Centerplate, Bottomplate und Auslegern plus Kleinteilen und Abstandshaltern zum zusammenschrauben.

Motoren und Propeller

Carbon Propeller auf Pancake Motoren am Ausleger

Carbon Propeller auf Pancake Motoren am Ausleger

Was beim Auto die Reifen als einziger Kontaktpunkt zur Straße, sind beim Multicopter die Motoren und Propeller die jedes einzelne Gramm deines Copters in die Luft hieven. Sie stehen unter der größten Belastung, daher sind starke Motoren und Propeller ein entscheidendes Kriterium bei der Komponenten-Auswahl.

Je größer die Propeller, desto mehr Schub bringen sie. Aber: Je größer die Propeller sind, desto größer ist auch die Belastung der Blattnarbe. Knausere bei den Propellern und sie werden brechen … und dein Copter plumpst wie ein Ziegelstein vom Himmel.

Es gilt ebenso, dass der Motor ein größeres Drehmoment ausgleichen muss, je größer die Propeller sind. Es wirkt vielleicht so, als ob der Motor gar nicht soviel Kraft bräuchte, wenn er einmal dreht. Doch das stimmt nicht: Der Motor muss auch dem enormem Luftwiderstand entgegenwirken, der durch den massiven Schub der Rotorblätter erzeugt wird. Schnellere Motoren sind schwächer. Es ist ein ziemlicher Balance-Akt, genau das richtige Setting aus Motorkraft und –größe, Propellergröße und Anstellwinkel, etc bei minimalem Gewicht und maximaler Flugdauer auszuloten.

Electronic Speed Control (ESC)

20A ESC mit SimonK Firmware zum verlöten mit dem Motor

20A ESC mit SimonK Firmware zum verlöten mit dem Motor

Im RC-Car Sport nennt man sie Fahrtenregler. Die alten funktionierten noch mechanisch, heutige Fahrtenregler sind elektronisch – und ohne die genialen ESCs (Electronic Speed Control) wäre das Copterfliegen gar nicht möglich.

Elektrische Motoren benötigen zB höhere Voltzahlen um anzudrehen, als sie benötigen um bei geringstem Speed weiterzudrehen. Wird die Voltzahl erhöht, drehen sie auch nicht zwangsläufig linear hoch, sondern folgen einem definierten Kurvenverlauf. Gerade so, wie es ein Motor benötigt, um nicht ruckartig zu beschleunigen oder die Drehung zu verlangsamen. Die Kurvenverläufe der meisten ESCs sind programmierbar. Techies können mit der Programmierung der optimalen Kurven gut und gerne einen Tag verbringen. Aber lass dich davon nicht abschrecken: Die meisten ESCs sind bereits bestens vorprogrammiert.

ESCs sind die direkte Verbinung von der Stromquelle (Akku) zum Motor. Sie sollten zum Motor entsprechend dimensioniert sein. Sind sie zu schwach, können sie zu Ausfällen führen, durchschmoren oder gar brennen! Du benötigst in einem Multicopter für jeden Motor einen ESC.

Flugcontroller – Flightcontroller
naza-m

DJI Naza M Flightcontroller mit GPS Antenne

Sie sind „das Gehirn“ deines Multicopters und führen pro Sekunde 10.000e von Berechnungen durch, um zu erkennen, in welche Richtung du fliegst, ob du tiltest oder rotierst, steigst oder sinkst – und dabei auch noch jeden einzelnen Motor so abzustimmen, dass die auftretenden Gegenkräfte austariert werden um einen stabilen Flug zu ermöglichen.

Die meisten Flightcontroller kommen heutzutage mit demselben Set an Sensoren. Worin sie sich unterscheiden, ist die Geschwindigkeit der Berechnungen und die dafür verwendeten Algorithmen der Software bzw Firmware. Flightcontroller sind Mini-Computer, die über Sensoren wie Kompass, GPS und Barometer Berechnungen zur Fluglage, -höhe, -richtung und –Geschwindigkeit ausführen.

Zu den bekanntesten Flightcontrollern zählen DJIs Wookong-M, ebenso wie die DJI Naza-M oder Naza V2. Neben den Sensoren können diese ebenso um ein Kamera-Gimbal ergänzt werden und die exakten Gegenbewegungen an die Stellservos des Gimbals melden, um die Kamera in jeglicher Fluglage ruhig zu halten. Oder OSD (On-Screen-Display) Informationen an eine Bodenstation übermitteln.

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