Wenn es um die präzise Motorsteuerung einer Drohne geht, kommst du um einen Electronic Speed Controller nicht herum. Dieses Bauteil wird meist als ESC abgekürzt. Seine Aufgabe ist es, den Motor eines ferngesteuerten Flugobjekts zu steuern, genauer gesagt die Fluggeschwindigkeit zu regulieren.
Electronic Speed Controller: Was ist das?
Um die Motoren einer Drohne anzusteuern, wird eine elektronische Motorsteuerung benötigt. Diese Aufgabe übernimmt der ESC. Über dieses Bauteil werden die Motoren mit der richtigen Spannung versorgt. Ebenfalls lässt sich mithilfe des ESCs die Leistung der Motoren regulieren. Auf diese Weise kannst du deine Drohne schneller oder langsamer fliegen lassen. Bei Drohnen kann der ESC darüber hinaus auch für die Richtungsänderung verwendet werden. Immerhin müssen hier wenigstens vier verschiedene Motoren angesteuert werden. Diese dienen nicht nur dem Steigen und Sinken der Drohne, sondern auch dem Geradeaus- und Richtungsflug.
Der ESC ist eine elektronische Schaltung, die überwiegend in einem spritzwassergeschützten Gehäuse sitzt. Sie besteht aus Halbleitern und anderen Schaltkreisen. Diese sorgen dafür, dass die angelegte Spannung präzise reguliert werden kann. Electronic Speed Controller gibt es in verschiedenen Ausführungen. Darauf gehe ich später noch gezielt ein. Kurzum handelt es sich bei einem ESC um ein elektronisches Bauteil, welches eine Verbindung zwischen Motor und Akku sowie Flight Controller angesiedelt ist.
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Funktionsweise eines Electronic Speed Controllers
Ein ESC erzeugt ein sogenanntes Drehfeld. Dieses wird für die bürstenlosen Motoren (Brushless-Motoren) der Drohnen benötigt. Der Electronic Speed Controller erzeugt aus der Akkuspannung eine geregelte Gleichstromspannung. Die Höhe der Spannung erzeugst du durch Betätigen des Steuerknüppels auf der Fernsteuerung. Diese wird in drei Phasen getrennt an den Motor weitergegeben. Daher führen auch drei Kabel vom ESC zum Motor. Die Motoren werden über den ESC auf eine bestimmte Drehzahl gebracht.
Es gibt auch ESCs mit BEC, welches für Battery Eliminating Curcuit steht. Diese verfügen zusätzlich über eine lineare oder getaktete Regelung der Spannung, welcher vom Akku kommt. Die Belastbarkeit wird in Ampere (A) gemessen. Dieser Wert ist für die Auswahl des richtigen ESC wichtig.
Zu den wichtigsten Angaben eines ESC gehören:
- die zulässige Dauerbelastung in Ampere und
- die kurzzeitige Spitzenbelastung in Ampere.
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Welcher ESC zu welchem Motor?
Vielleicht stellst du dir die Frage, ob du für jeden Motor einen ESC benötigst oder auf einen 4-in-1-ESC zurückgreifen kannst. [1] Natürlich kannst du für jeden Motor einen ESC einsetzen. Aus Platzersparnisgründen werden jedoch 4-in-1-ESCs empfohlen*. Diese kompakten Platinen enthalten alle nötigen Anschlüsse für vier Drohnen-Motoren. Sie sind meist quadratisch ausgeführt und werden zwischen 35 und rund 130 Euro angeboten. Die hochpreisigen Modelle weisen eine höhere Ampere-Leistung auf und sind überwiegend für Renndrohnen konzipiert. Bei der Wahl kommt es also auf den Einsatzzweck und die Art deiner Drohne an. Hier kurz die Vor- und Nachteile beider Varianten:
Vorteile der Einzel-ESCs:
- ideal für Drohnen mit mehr als 4 Motoren
- preisgünstige Alternative
Nachteile der Einzel-ESCs:
- höherer Lötaufwand
- jeder ESC benötigt ein Power Distribution Board
- höheres Gewicht
- größerer Platzaufwand
Vorteile der 4-in-1-ESCs:
- einfache Montage
- geringer Lötaufwand
- kein Power Distribution Board erforderlich
- geringer Platzaufwand
Nachteile der 4-in-1-ESCs:
- bei einem Defekt muss die gesamte Platine ausgetauscht werden
- höhere Anschaffungskosten
Ebenso wird zwischen brushed und brushless Motoren unterschieden. Hier findest Du ESCs für brushed Motoren*. Auch hierfür gibt es unterschiedliche ESCs. Bürstenmotoren finden bei Drohnen nur noch selten Verwendung. In erster Linie solltest du dich daher auf brushless ESCs konzentrieren. Nicht unwichtig ist dagegen die Unterscheidung nach der Stromstärke in Ampere und der Spannung in Volt. Bei der Wahl des richtigen ESCs solltest du beherzigen, dass der ESC immer stärker als der Motor sein muss. Falls ein Motor 25 Ampere benötigt, dann sollte der hierfür ausgelegte ESC mindestens 30 Ampere liefern.
Bei der Spannung sieht es ähnlich aus. In aller Regel unterstützen die meisten ESCs eine Spannung von 11,1 Volt. Dies entspricht einem 3S LiPo. Du musst also zunächst prüfen, welchen Akku du bei deiner Drohne verwendest. Einige ESC unterstützen auch 4S LiPos mit 14,8 Volt. Am wenigsten geeignet sind die ESCs für 5S LiPos mit 18,5 Volt oder 6S LiPos mit 22,2 Volt.
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Die Electronic Speed Controller Firmware
Ähnlich wie beim Flight Controller gibt es auch für den ESC verschiedene Firmware. Zu den bekanntesten Varianten gehören:
- SimonK und BLHeli
- BLHeli_S
- BLHeli_32
- Fettec
- KISS
Die Firmware der ESCs lässt sich problemlos mit der Firmware der Flight Controller kombinieren. Du kannst diese deinen Bedürfnissen entsprechend anpassen. Die Firmware SimonK und BLHeli gehören zu den ältesten Versionen. Es handelt sich hierbei um Open-Source. Während SimonK nicht mehr weiterentwickelt wurde, stellt BLHeli quasi den Standard dar. Es ist bei fast allen ESCs vorinstalliert.
Für kleinere Drohnen wurde BLHeli_S entwickelt. Diese ist speziell für die Busybee-Prozessoren konzipiert. Für 32-Bit-ESCs wurde BLHeli_32 entwickelt. Bei Fettec handelt es sich um eine Firmware für Hochleistungs-ESCs. Mit dieser Firmware kannst du auf einfache Weise deinen ESC mit dem Flight Controller paaren. Dabei stehen dir zahlreiche Optionen zur Verfügung. Die Firmware KISS und Fettec sind eng miteinander verbunden. Dabei stellt KISS jedoch eine eigenständige Firmware dar. Mit der entsprechenden Firmware kannst du die Leistung deines ESCs optimal ausreizen. Damit lassen sich die Eigenschaften des ESCs mit dem Flight Controller noch besser aufeinander abstimmen.
Electronic Speed Controller: Fazit
Die Motoren deiner Drohne benötigen entweder einzelne Electronic Speed Controller oder sogenannte 4-in-1-ESCs. Mit diesen lässt sich die Motordrehzahl optimal regulieren. Bei der Wahl des richtigen ESCs solltest du immer darauf achten, dass dieser in der Ampere-Zahl stärker ausfällt, als der Motor selbst. Ebenso gibt es für die verschiedenen ESCs natürlich auch eine unterschiedliche Firmware. Vorteilhaft ist, dass sich die Firmware verschiedener Systeme untereinander kombinieren lässt.
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Quellen & Einzelnachweise:
[1] http://www.fpvworld.de/information-quadrocopter-drohne-esc/
Hallo,
Das ESC sollte ja immer eine höhere Amp Stärke handeln können, als der Motor saugt. Macht es dem Motor etwas, wenn das ESC z. B. 120 A max hat und der Motor nur 25 A zieht? Oder wird dabei der Motor überlastet, da er eine zu große Stromzufuhr erhält?
Vielen Dank im Voraus.
Hallo Hannes,
Nein, es macht dem Motor nichts aus, wenn der ESC eine höhere Stromstärke als der Motor zieht. Der ESC wird die Stromstärke automatisch an die des Motors anpassen. Der Motor wird also nur so viel Strom erhalten, wie er benötigt.