Das anpassungsfähige Gehirn des Motors

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Sei es zur Inspektion hoher Windräder, zur Erstellung von Filmmaterial oder das Fliegen im privaten Bereich. Alles erfordert eine stabile Fluglage der Drohne. Dafür sitzt vor jedem Motor ein wichtiges Bauteil: Der Electronic Speed Controller, kurz ESC. Indem der elektronische Geschwindigkeitsregler den jeweils angeschlossenen Motor mit der vom Flugcontroller vorgegeben Drehzahl ansteuert, bleibt das unbemannte Flugsystem ruhig in der Luft. Denn in Sekundenschnelle vergleicht er Ist- und Sollwert der Vorgabe, wie schnell sich der jeweilige Motor drehen soll und passt die Drehzahl bei Bedarf an.

Leistung, Firmware und Kompatibilität

Das relativ kleine Bauteil ist das Verbindungsstück des Motors zur Batterie und gleichzeitig zum Flight Controller. Es steuert den Effektivwert der Spannung und den Stromfluss, um den Motor anzutreiben und ist somit das Gehirn des Motors. Gerade deshalb ist es wichtig, dass der ESC auch auf die Komponenten abgestimmt ist, mit denen er verbunden ist.

Baut man seine Drohne selbst, statt ein fertiges Modell zu kaufen, sollte man daher beim Kauf der Geschwindigkeitsregler auf einige Details achten. Schließlich gibt es Unterschiede in der unterstützten Stromstärke (A) und der Batteriespannung (V). Wählen Sie für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Drohne einen Regler aus, der zu den technischen Spezifikationen der angeschlossenen Batterie passt und auch die nötige Drehzahl für den Motor bieten kann, ohne überlastet zu werden. Sofern eine zusätzliche Spannungs- und Stromversorgung für zusätzliche Geräte (z.B. Flight Controller, LEDs, Gimbals) benötigt wird, kann entweder ein Power Distribution Board (PDB) oder ein ESC mit einem BEC (battery eliminator circuit) verwendet werden. Bei der Auswahl des ESCs muss auf die Integration dieses BECs geachtet werden.

Weniger Variation gibt es hingegen bei der Firmware. Die meisten Hersteller bieten eine sogenannte ready-to-fly-Lösung (RTF) an, bei der alle softwareseitigen Einstellungen bereits definiert und für ein breites Anwendungsgebiet ausgelegt sind. Für spezielle Nutzungsarten des Fluggerätes (z.B. Helikopter), kann die Firmware und die Einstellungen an die eigenen Bedürfnisse passend gewählt werden. Haben Sie den oder die passenden Geschwindigkeitsregler gewählt und angebracht, so testen Sie diese beim ersten Mal unbedingt ohne Propeller. So vermeiden Sie im schlimmsten Falle Verletzungen und/oder technische Schäden, weil die Polung der Motoren falsch ist oder der Gasbereich noch nicht vollständig kalibriert wurde.

 

Überhitzung und Kurzschluss vermeiden

Da die meisten ESCs keinen Kühlkörper besitzen, ist es wichtig, dass dieser durch die korrekte Anbringung richtig gekühlt wird und für die richtige Batterie ausgelegt ist. Ist der Stromfluss, der durch das Bauteil fließt, langfristig höher, als es technisch verarbeiten kann, kann es zu einer Überhitzung und einem Defekt kommen, der den sicheren Betrieb der Drohne beeinträchtigt. Besitzt das unbemannte Flugsystem keine Schutzverkleidung, so wird empfohlen den ESC im Abwind der Propeller zu installieren, um optimal durch deren umgesetzte Luftströmung gekühlt und vor Sonneneinstrahlung geschützt zu sein. Bei RTF-Fluggeräten kann der Endanwender davon ausgehen, dass Hersteller diese Aspekte im Entwicklungsprozess ausreichend berücksichtigt haben.

Sollte der Geschwindigkeitsregler nicht mit einer Kunststoffhülle isoliert sein und wird auch nicht nachträglich einer angebracht, sollte man auf den Kontakt zu anderen leitenden Bauteilen achten, damit es nicht zu einem Kurzschluss kommt.

 

Mögliche Bezeichnungen auf einem Geschwindigkeitsregler

 

20A/30A, etc.
Dies bezeichnet die nominale Stromstärke in Ampere, mit der der Motor betrieben werden kann. Besitzen die Motoren eine Leistung, bei der auch Ströme von beispielsweise 20A eintreten, sollte der Geschwindigkeitsregler für mehr als 20A ausgelegt sein. In Folge dessen fällt die Wahl beispielsweise auf einen Regler mit 30A.

2-6S Lipo
Das ist der erlaubte Arbeitsbereich für die Nominalspannung der Batterie. Die Gesamtspannung der Lithium Polymer Batterie wird durch die Zellenanzahl bestimmt. 3S bedeutet beispielsweise, dass drei Zellen seriell geschaltet sind und über die dreifache Nennspannung, also 11,1V verfügt (3 x 3,7V).

BEC (battery elimination circuit)
Das zeigt, dass der Geschwindigkeitsregler mit einem zusätzlichen Schaltkreis ausgestattet ist, der weitere Komponenten auf der Drohne mit (in der Regel) 5V versorgen kann. In diesem Falle muss dieser nicht extern angebracht werden. Dadurch entfällt auch eine zusätzliche Quelle, um Flugcontroller, etc. mit Strom zu versorgen.

N-FET/P-FET
Dies steht für die Art des Feldeffekttransistor, der im Geschwindigkeitsregler verbaut ist. N-FETs haben aufgrund ihrer Bauform im Vergleich zu P-FETs einen geringeren Innenwiderstand. Deshalb werden sie nicht so schnell heiß, müssen weniger gekühlt werden und sind grundsätzlich effizienter.

Opto
Es ist die Abkürzung für Optokoppler und bedeutet, dass der Geschwindigkeitsregler nicht über einen BEC verfügt und somit nur den Motor ansteuert.

Firmware
Hier handelt es sich um die vom Hersteller standardmäßig aufgespielte Firmware auf dem ESC. Je nach gewünschtem Einsatzgebiet, kann bei der Wahl nach speziellen Firmwaretypen (z.B. SimonK, BLHeli) geachtet werden. In der Regel verwenden Hersteller eine allgemein verträgliche Version, die mit jedem Motortyp und Flight Controller funktionsfähig sind.