Wissen

Motor & Antrieb

Komponenten Teil 2

Vorbemerkung:
Bereits an dieser Stelle möchte ich Dich darauf hinweisen, dass nun keine wissenschaftlichen Abhandlungen zu technischen Hintergründen folgt oder ich Dir in der x-ten Variante einen Brushless Motor erklären oder Grundsatzdiskussionen über „DIE“ besten Servos und Regler führe. Ich gebe Dir auch keinen Blick über den Tellerrand, also welche Produkte es sonst noch da draußen so gibt. Du bekommst hier mein Wissen, meine Erfahrung und meine Empfehlungen, gebündelt auf den Punkt gebracht - immer mit dem Fokus auf Depronjets und ihren Eigenheiten.
 Die mit Sternchen* versehen Links sind genau genommen Werbung und spiegeln meine Empfehlungen wieder, bzw. sind meine eigenen verwendeten Produkte. Du weißt ja, dass ich Dir nie etwas empfehle, wovon ich nicht überzeugt bin und was ich nicht auch besitze. Eine genaue Erklärung dazu findest Du noch einmal ganz unten auf dieser Seite.

1. Die Luftschraube

(auch: Propeller, Prop, Latte, Schraube)

Die Luftschraube bringt den Antrieb für Dein Modell und steht daher an erster Stelle, denn sie beschleunigt Luft nach hinten und DRÜCKT das Depronjet nach vorne.
Auch bei einem Auto sehe ich die Reifen als das Wichtigste und verstehe überhaupt nicht, wie hierbei Geld gespart werden kann. Der Kontakt zur Strasse erfolgt über 4, etwa DinA5 große Auflagepunkte und sie bringen die PS des Motors überhaupt erst auf die Strasse. Bei einem Fiat Cinquecento (der Formel 1 Bolide meiner Jugend ;-), genauso wie bei einem Ferrari. Zusätzlich bieten die Reifen Sicherheit (z.b. bei Schnee und Eis) und Komfort. Aber ich bin ja kein Reifenhändler…

1.1. Kernüberlegungen

a) Welcher Schraubendurchmesser darf es sein ?

• Aufgrund der Größenbeschränkung eines normalen Depronjets eigenen sich lediglich Latten mit einem 6 Zoll Durchmesser. Der freie Raum der dafür zur Verfügung stehen sollte beträgt etwa 16-18 cm Breite und 4cm Länge (Beispiel  „Eurofighter Red Baron 4.0“). Damit ist der Ausschnitt für den Antrieb nicht zu groß (Optik) und nicht zu klein (Luftdurchsatz, bzw. Performance). Bei Motoren, die am Heck montiert sind (Beispiel: "F-22 „Skyraptor“) können auch größere Schrauben bis 7x5 verwendet werden, vorausgesetzt Motor und Regler halten dies aus.
  

b) Welche Steigung wähle ich?

• Leider bietet der Hersteller APC nur 6x4, 6x5,5 oder 6x6 Luftschrauben an. Bei den letztgenannten ist die Amperelast im Betrieb zu hoch, also wäre das ideale Format für Deine Zwecke 6x5. Dieses gibt es aber nach meinem Kenntnisstand nicht, zumindest konnte ich noch keine ergattern. Gemfan bietet immerhin 6x4,2.
  Solange Du nicht mit anderen Motoren und Belastungen arbeiten möchtest, halte Dich an meine Empfehlungen.
  

c) Sind Zwei- Drei- oder Mehrblättrige Schrauben besser?

• 3 Blatt Luftschrauben eignen sich nur teilweise (Belastung, Bremswirkung). Erste Experimente mit Gemfan (die haben 5x3x3, 6x3x3 und 6x4x3 im Angebot) zeigen, dass Standardmotoren durchaus mehr Leistung entfalten können. Ich habe aber das Gefühl, dass der Luftwiderstand steigt und das Modell insgesamt schwerfälliger reagiert. Dazu steigt die Stromaufnahme. Einzig messbarer Vorteil (mit dem Lineal) ist der geringere Durchmesser einer 3 blättrigen 6er Luftschraube und der dadurch minimal kleiner ausfallende Antriebsausschnitt. Hierzu werde ich aber entsprechende Tests unternehmen und diesen Abschnitt (und ggf. die Produktempfehlung) ergänzen.
  
  
  

d) Welcher Einsatzzweck ist geeignet (Slowfly, E oder Gas)

• Unabhängig vom Hersteller eignen sich lediglich speziell gekennzeichnete Luftschrauben für Elektromodelle. Slowflyschrauben (erkennbar am breiteren Blatt, den stärkeren Rundungen und der geringeren Materialstärke) scheiden aus. Sie sind einfach nicht für die hohen Geschwindigkeiten ausgelegt und verbiegen sich. Klar, den 2200KV ist nun einmal nicht „slow“.

• Die Firma APC bietet darüber hinaus noch Luftschrauben, die speziell für Verbrennermotoren ausgelegt sind, erkennbar am Zusatz „G oder Gas“ Diese sind etwas materialstärker, weshalb sie sich noch weniger unter Last verbiegen. Es gibt sie auch in der Größe 6x4, jedoch äußerst selten. Diese findest Du auch unten in den Produktempfehlungen.

e) Wozu gibt es links- oder rechtsdrehende Luftschrauben (CW/CCW)

• Du kannst sowohl normale Luftschrauben (CW, also im Uhrzeigersinn laufend) oder CCW (oder Reverse, Pusher, Druck) wählen. Ich hatte zwar nie Probleme mit sich lösenden normalen Modellen, aber die Physik sagt, dass die CCW Luftschrauben die Sicherungsschraube auf dem Klemmkonus quasi automatisch festziehen. Da fast alle Latten in beiden Ausführungen erhältlich sind, wähle sicherheitshalber die CCW Variante. Vergiss nur nicht, die Drehrichtung Deines Motors zu ändern, notfalls durch Tausch der Anschlusskabel oder Umprogrammierung des Regler. Verfügst Du bereits über CW Luftschrauben, so sichere die Klemmkonusschraube wenigstens mit etwas Schraubensicherungslack und zieh sie etwas fester an.
  

1.2. Tipps und Tricks

1.3 . Empfehlungen

Für Deinen Zweck gibt es für den Einstieg nur exakt eine einzige Luftschraube: Die 6x4. Der Hersteller ist nebensächlich. Später dann, bzw. wenn Du XXL bauen willst, solltest Du 7x4 oder sogar 7x5 ins Auge fassen. Alles andere ist kein Depronjets-Style.

I. APC E

Der Klassiker. 90% aller Modellpiloten benutzen diesen Typ und die 6x4 ist eine weit verbreitete Größe.

Genaue Bezeichnung:

APC EP Elektro 6x4*

II. Gemfan 6042

Obwohl sie für den Drohnenbereich und eine etwas höhere Drehzahl gebaut wurden, eignen sie sich hervorragend für etwas mehr "Bums". Sie sind jedoch etwas filigraner gearbeitet.
Genaue Bezeichnung:

Gemfan FLASH 6042*

III. APC Gas

Wenn Du an dieses Modell herankommst, solltest Du sie unbedingt ausprobieren. Sie sind sehr stabil und damit noch verwindungssteifer gearbeitet und setzten die Kraft des Motors ideal um. Selten aber gut.
Genaue Bezeichnung:

APC [LP06040] Propeller 6x4 Glow/Gas/Non Electric* (ohne Link)

2. Der Motor (auch: Antrieb, Maschine, Drehdings)

Klar, ohne Antrieb geht es nicht, und neben den für die Jet-Optik völlig ungeeigneten klassischen Zugmotoren (vorne), und extrem energiehungrigen Impellern, habe ich mich für den Druckantrieb (Pusher-Prop) entschieden. Dabei ist meine Spezialität, diesen, wo immer möglich, als Mittelmotorversion zu verbauen. Vorbild für mich ist Porsche mit ihren tief liegenden Mittelmotoren und einer 50-50 Achsverteilung - und Porsche weiß schon warum!
 Wenn Dich dieses Antriebskonzept näher interessiert, findest Du im Premiumbereich (Bereich „Hintergrundwissen“) eine mehr als ausführliche Erklärung.

2.1. Kernüberlegungen
 

a) Wie lese ich die Herstellerangaben?

• Ein Motor beinhaltet stets eine Angabe wie 2826 und die KV Zahl, ergänzend werden noch Informationen zu den Polen bzw. Magneten geliefert.
  Dabei bildet das erste Zahlenpaar die Millimeterangabe für den Durchmesser und das zweite Zahlenpaar für die Länge des Stator (Achtung: Manche Hersteller wie Torcster beziehen dies auf die Gesamthöhe des Motors, also mit Glocke). Durch diese Angaben erkennst Du, dass der oben genannte Motor etwa genauso lang wie dick ist.
  Die Angabe hinter dem Schrägstrich entspricht meist der Anzahl an Polen. Hier gilt, je mehr Pole, je breiter muss der Motor gebaut werden. Dafür bietet er mehr Drehmoment und weniger KV.
  Generell kann man festhalten, dass schnell drehende Impellermotoren eher lang und dünn sind, wogegen Flächenflieger meist kurze, dicke Motoren benötigen und niedriger KV Zahlen haben. Die Erklärung der KV Zahl erkläre ich im nächsten Abschnitt.

b) Wie viel Umdrehung pro Minute (KV) ?

• Die jeweilige Angabe in KV gibt an, wieviel Umdrehungen der Motor macht, wenn 1 Volt Spannung anliegt. Damit ist klar, dass es ja nach Bauart schnelldrehende Motoren und langsam drehende Motoren gibt. Faustregel und Preis der Physik ist, dass schnelldrehende Motoren weniger Kraft entfalten können und langsam drehenden Motoren ordentlich PS auf die Strasse bringen. Es ist also der Kompromiss: Kraft gegen Geschwindigkeit.
  Je niedriger die KV, desto größer kann die Luftschraube gewählt werden, ohne dass die Belastung in den kritischen Bereich steigt. Da Parkjets nun in den meisten Fällen auf 6x4 Luftschrauben spezialisiert sind, benötigt es eines Motors mit einem KV Wert zwischen 2000 und 2500KV. Weniger und das Modell bleibt hinter seinen Möglichkeiten zurück, mehr und die Belastung steigt zu sehr und würde es erforderlich machen, eine noch kleiner Luftschraube oder zumindest weniger Steigung zu wählen.
  
  

c) Welche Lipospannung oder Wie viele Zellen?

• Jeder Motor ist für eine bestimmte Anzahl Zellen zugelassen. Ältere Modelle sind sehr restriktiv ausgelegt (z.B. 2-3 Zellen). Neuere Motoren aus dem Drohnen-Racerbereich sind allerdings derart robust, dass sie 2-6 zellige Lipos (also den Bereich 8,4-22,2V) vertragen). Beachte stets die Herstellerangaben.
  Da Dein Standardsetup einen 3 zelligen Lipo umfasst und 90% aller Modellflieger diesen Akkutyp mit dieser Spannung benutzen, sollte sich die Frage erübrigen. Dennoch haben auch 2 zellige Lipos und 4 zellige Lipos ihre Berechtigung. Was jedoch passiert, wenn Du es übertreibst, habe ich Dir Crash-Archiv niedergeschrieben, denn ich wollte wissen, was man mit diesem 6 zelligen Lipo* alles so erreichen kann. Jetzt weiß ich es.).
  
  

d) Wie belastbar ist der Motor (Amperelast) ?

• Jeder Motor hat eine maximale Amperebelastbarkeit. Bei den Torcster Modellen** liegt diese z.B. bei relativ niedrigen 24 Ampere (das geht besser!). Die tatsächliche Amperelast ergibt sich aus der anliegenden Spannung in Verbindung mit der KV und der verwendeten Luftschraube, aber auch durch Unwuchten oder Schwergängigkeit (Schleifen am Gehäuse). Wird dieser Grenzwert überschritten, kann der Motor sofort ausfallen. In den meisten meiner getesteten Fälle besteht jedoch ein Toleranzbereich, d.h. der Motor geht nicht direkt kaputt, wird aber deutlich wärmer. Solange Du ihn nach dem Flug noch mit der Hand berühren kannst (Gefühlseindruck: ziemlich warm), solange besteht keine Gefahr. Wird er jedoch unangenehm heiß, könnten die Magnete irreparabel beschädigt werden oder der Motor durchbrennen.
• Hier lohnt es sich, etwas zu experimentieren. Ich habe Motoren, die drehen anstandslos eine 7x5 Luftschraube, andere sind bei dem Versuch abgeraucht - also: Auf eigene Gefahr.

e) Beispiel gefällig

• Für den Fall, dass Dich diese ganzen Angaben verwirren, stelle ich Dir die wesentlichen Zusammenhänge einmal in einfachen Rechenbeispielen dar.

Annahme:

• Standardmäßig verwenden (Depron-)Jetpiloten einen 2200kv Motor, angetrieben an 3S mit einem APC 6x4 Propeller. Der Motor ist laut Hersteller bis 24 Ampere belastbar. Laut dem Softwareprogramm „Drivecalc“ zieht die genannte Kombination 20 Ampere, also läuft alles im grünen Bereich. Dies deckt sich auch mit meinen Messungen mithilfe eines Amperemeters.
• Du willst mehr Power und nimmst ohne nachzudenken einen 4 zelligen Lipo. Damit liegen nun deutlich mehr Umdrehungen an. Sofern Du den Propeller nicht verkleinerst (z.B. 5x3) brennt Dir der Motor irgendwann durch, da die Amperelast nun auf 30 steigt. Keine gute Idee.
• Du willst mehr Schub (oder Geschwindigkeit) und verwendest eine größere Luftschraube, bzw. eine mit mit mehr Steigung. Diese ist „schwerer“ zu drehen, der Motor kommt ins Schwitzen. Vielleicht mag ein 7x4 Propeller noch funktionieren (24,5A), ab 8x4 (38A) oder größer ist die Amperebelastbarkeit aber deutlich überschritten und der Motor brennt in kürzester Zeit durch.
• Der gleiche Motor mit weniger Wicklungen (also z.B. nur 1900 KV) kombiniert mit einer 7x4 Latte würde dagegen funktionieren und laut Drivecalc sogar etwas mehr Schub erzeugen. Natürlich zu Lasten der Flugzeit und der Endgeschwindigkeit, aber irgendetwas ist ja immer.
• Hast Du nur vierzellige Lipos und möchtest dennoch keine kleinere Luftschraube verwenden, so kannst Du auch einen Motor mit weniger KV wählen. Mit 1700 bist Du auf der sicheren Seite.

2.2. Tipps und Tricks

2.3 . Empfehlungen

Für Deinen Zweck gibt es für den Einstieg nur exakt einen einzigen geeigneten Motor, die Mutter aller Parkjetmotoren. Ich bezeichne ihn als den Standardmotor. Es handelt sich je nach Hersteller um die Typenbezeichnung 2212, 2212-6 oder 2826, jeweils mit 2200kv und er wiegt etwa 50-55g. Erst später solltest Du die anderen Motoren ins Auge fassen. Diese sind Spezialanwendungen vorbehalten.

Alle von mir empfohlenen Motoren lassen sich gegeneinander austasuchen, da sie die selben Befestigungsmöglichkeiten und Motorkreuze benutzen.

I. Torcster
Im Gegensatz zu manchen minderwertigen Modellen auf EBAY & Co (dort erkennbar an den 4 runden Lüftungslöchern) besitzt dieser ein turbinenartiges Design. Er ist mein Lieblingsmotor und die Referenz, an dem sich die anderen Modelle messen lassen müssen.

Ein Klassiker.

Genaue Bezeichnung:

Torcster Brushless Gold A2826/6 2200K**

II. Extron
Um ein wenig die Drehzahl herabzusetzen oder mit größeren Luftschrauben zu experimentieren, ist dieser Motor meine zweite Empfehlung. Er ist etwas teuerer, jedoch ist alles Notwenige (auch der Adapter) im Set enthalten und subjektiv ist die Verarbeitungsqualität etwas hochwertiger.

Genaue Bezeichnung:

Extron 2050kv Brushless Motor 2212/12 (2050kv)**

III. EMAX

Erste Experimente mit diesem Typ scheinen vielversprechend. Vorteil sind die nur 31g Gewicht, Nachteil die kompaktere Montage und die direkte Verschraubung der Luftschraube. Theoretisch kann er bis 6 Zellen genutzt werden, aber hierzu bestehen (noch) keine Erfahrungswerte.

Genaue Bezeichnung:

EMAX RS2205 RaceSpec Brushless Motor KV2300**

3. Der Regler (ESC, BEC, Steller oder was ?)

Die Aufgabe des Reglers ist die Versorgung des Motors, des Empfängers und der Servos, indem er die Energie des LiPo verwendet. Der Regler muss dafür 2 Baugruppen beinhalten. Er umfasst eine Platine, auf der das ESC verlötet ist. Dieses liefert den Strom für den Motor und ist nur begrenzt belastbar. Daneben befindet sich ein BEC, ebenfalls fest verlötet auf der Platine, welches einen kleinen Teil der Spannung des Lipo abzweigt und auf empfängertaugliche 5-6V heruntergeregelt. Somit benötigst Du keine separate Stromquelle für den Empfänger. Hochwertige BEC lassen sich programmieren und können die Ausgangsspannung variabel ausgeben.
Alles andere interessiert hier nicht weiter. Depronjets benötigen keine Hochleistungs-BEC, keine Optoregler und keine externen BEC. Auch HV Empfänger und Servos verwendest Du vermutlich nicht. Also beschränke Dich auf günstige Regler, ausgelegt für 2-4 Zellen, belastbar bis maximal 45A (ESC) und einer BEC Belastbarkeit von 3, besser 5A. Mehr brauchst Du für ein Parkjet nicht.

3.1. Kernüberlegungen

a) Wie belastbar sollte das ESC sein ?

• Das ESC regelt den Durchfluss der Strommenge in Volt zum Motor. Dieser dreht dann langsamer oder schneller, so wie mit dem Gasknüppel am Sender gewünscht. Das ESC ist quasi das Ventil, dass sich verstellen lässt. Verständlich, dass das ESC, sowohl zum Motor als auch zur Entladerate des Lipos passen muss. Ist das ESC zu klein dimensioniert, so wird es warm und kann durchbrennen. Ist er zu groß, passiert zwar gar nichts, dennoch rate ich von zu großen Modellen ab. Der Grund: Preis und Gewicht.
  Ich empfehle immer eine 10er Stufe höher als der Motor zu gehen und ggf. aufzurunden. Ein Motor mit 24 A Last sollte demnach einen 30A ESC, besser 40A ESC nutzen. Im Zweifel machst Du mit 40/45A ESC nichts falsch. Faustregel: Der Regler sollte niemals heiß werden.
  
  
  

b) Wie stark sollte das BEC sein ?

• Das BEC ist im einfachsten Fall ein auf dem Regler verlöteter Widerstand. Es setzt die Spannung des Lipo auf 5 Volt (oder einen anderen Werte) herunter, um Empfänger und Servos mit Energie zu versorgen, meist, indem durch den Überschuss Wärme erzeugt wird. Je mehr Zellen (also Volt) Du im Lipo verwendest, je mehr muss „verdampft“ werden und der Regler wird warm. Somit gilt die Grundregel, dass Größer = Besser ist. Reserve schadet nicht.
  Im Parkjetbereich empfehle ich für die Belastbarkeit 3A, besser noch 5A. Dimensionierst Du hier zu klein, am Besten in Kombination mit vielen Servos, diese auch noch Digital und obendrauf ein Stabilisierungssystem am Empfänger, welches diese vielen Servos permanent ansteuert und Du lernst ihn kennen: Den berühmten „Brownout“. Meist äußert er sich in einem Kontrollverlust, dem Hochwerfen der Arme des Piloten, dem lauten Ruf „Störung“ und dem kurze Zeit später folgenden Einschlag des Modells. Ursache beim Brownout ist eine Unterspannung, welche den Empfänger veranlasst, neu zu starten oder Failsafes und Holds produziert. Alles im Millisekundenbereich, aber danach hast Du viel Zeit in der Werkstatt. Also mindestens 3, besser 5A für das BEC.
  
  
  

c) Welche Spannung soll das BEC liefern (5 oder 6 Volt)

• Sofern sich die Spannung überhaupt einstellen lässt, orientiere Dich an Deinen Servos. Sind diese für höhere Spannungen freigegeben so kannst Du den Wert auch erhöhen. Beachte auch, dass sich die Leistung der Servos bezüglich Stellkraft und Stzellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Eingangspannung verändern. Willst Du also schneller oder stärkere Servos, so erhöhe den Wert. Ich stelle zu 90% alle BEC auf 5,5 Volt (sofern möglich) und nur im speziellen Fall, z.B. bei Verwendung von großen Schwenkflügelservos auf 6 Volt.
  
  

d)  Gibt es selbstkalibrierende Regler ?

• Vorsicht mit selbstkalibrierende Reglern, die damit werben, stets optimal eingestellt zu sein. Normalerweise muss jeder Regler angelernt werden, damit die Elektronik die Endpunkte 0-100% kennt. Spezielle Regler erkennen diese Punkte automatisch.
  Das Problem entsteht, wenn Du so wie ich mit einem Throttle-Cut (Motor-aus) Schalter arbeitest und vergisst, diesen zu deaktivieren. Der Regler misst die Endpunkte falsch und sobald du den Schalter umlegst, beginnt der Motor hochzudrehenden, obwohl der Gasknüppel nach wie vor in Leerlaufposition ist. Ein Risiko und eine Gefahrenquelle. Finger weg - sage ich. Als Beispiel dienst hier einmal der Regeler von Turnegy Plush-32 (ohne Link), der auf dem Papier super Leistungsdaten hat, jedoch von mir nicht mehr verwendet wird.
  

3.2. Tipps und Tricks

3.3 . Empfehlungen

Ich empfehle ausnahmslos Regler mit 30-45Ampere ESC und einem 3, besser 5A BEC. Gute Regler besitzen Zusatzfunktionen, bei denen sich die Drehrichtung oder die Ausgangspannung des BEC verändern lässt. Finger weg von Modellen unter 10 Euro. Im Abschnitt "Absturzursachen" findest Du dann die Folgen dieser Geiz-ist-Geil Mentalität.

I. Torcster
Sowohl die leichterten 30A als auch die 40A Variante gehören zu meinen Lieblingen. Leider ist die Drehrichtung hier nicht durch Programmierung veränderbar (also musst Du Kabel umstecken oder linksdrehende gegen rechtsdrehende Luftschrauben tauschen).

Genaue Bezeichnung:

Torcster Speedcontroller ECO BEC 40A V2.1**

II. Hobbywing

Ein gut und günstiger Regler, der fast überall zu bekommen ist. Ich finde sie jedoch etwas klobig und schwer und er ist nur für 2-3 Zellen ausgelegt.

Genaue Bezeichnung:

Hobbywing Skywalker 40A*

III. ZTW MANTIS

Sehr gute Regler. Ich glaube (?) sie gehören zu Freewing und die 45A Regler sind gut und zuverlässig. Allerdings eher selten erhältlich. Vorteil ist die programmierbare Ausgangsspannung des BEC und die 5A Belastbarkeit.

Genaue Bezeichnung:

ZTW MANTIS 45A Brushless Regler**