So funktioniert ein Brushless-Motor
Brushless-Motoren sind der Standard bei RC-Modellen. Anders als Bürstenmotoren haben sie keinen mechanischen Kommutator. Stattdessen schaltet ein elektronischer Drehzahlsteller (ESC) den Strom in der richtigen Reihenfolge durch die Statorwicklungen und erzeugt so ein rotierendes Magnetfeld, das einen Rotor mit Permanentmagneten antreibt.
Das Fehlen von Bürsten bedeutet weniger Reibung, höheren Wirkungsgrad (75% bis 90%), längere Lebensdauer und weniger Geräusch. Brushless-Motoren gibt es in zwei Varianten: Inrunner (innenliegender Rotor) und Outrunner (außenliegender Rotor). Der Outrunner ist bei Flugmodellen am häufigsten, weil er bei niedriger Drehzahl ein hohes Drehmoment erzeugt und so den Direktantrieb der Luftschraube ohne Getriebe ermöglicht.
Was der KV-Wert bedeutet
Der Motor-KV ist die Anzahl der Umdrehungen pro Minute je Volt, das ohne Last an den Motor angelegt wird. Ein 1000-KV-Motor an einem 3S-LiPo-Akku (11,1 V nominal) erreicht zum Beispiel ohne Luftschraube etwa 11.100 U/min.
Niedrigeres KV bedeutet langsamere Drehung, aber höheres Drehmoment. Diese Motoren passen zu größeren Luftschrauben und langsam fliegenden Modellen (Trainer, Segler, Scale). Höheres KV bedeutet schnellere Drehung bei geringerem Drehmoment. Motoren mit hohem KV (über 2000 KV) werden mit kleinen Luftschrauben an schnellen Modellen und Renndrohnen eingesetzt.
Konzentriere dich bei der Motorwahl nicht allein auf den KV-Wert. Der KV-Wert bestimmt zusammen mit der Versorgungsspannung und dem Luftschraubendurchmesser die Drehzahl, und diese Drehzahl muss im optimalen Bereich der gewählten Luftschraube liegen.
Statorgröße und Modellgewicht
Die Größe eines Brushless-Motors wird durch die Statorabmessungen im Format XXYY beschrieben, wobei XX der Statordurchmesser in Millimetern und YY die Statorhöhe ist. Ein 2212-Motor hat zum Beispiel einen Stator mit 22 mm Durchmesser und 12 mm Höhe.
Ein größerer Stator bedeutet mehr Kupfer in den Wicklungen und stärkere Magnete, was sich in höherer Leistung und höherem Drehmoment niederschlägt, aber auch in einem schwereren Motor. Ungefähre Zuordnung von Statorgröße zu Modellgewicht:
- 18xx bis 22xx: Modelle mit 200 g bis 800 g (Mini-Segler, kleine Trainer),
- 28xx bis 32xx: Modelle mit 800 g bis 2000 g (1,2 bis 1,6 m Trainer, Sport),
- 35xx bis 42xx: Modelle mit 2000 g bis 5000 g (Trainer ab 1,8 m, Kunstflug),
- 50xx und größer: Modelle über 5 kg (Großmodelle, Schleppmaschinen).
Auswahl der passenden Luftschraube
Eine Luftschraube wird durch zwei Parameter beschrieben: Durchmesser und Steigung. Eine 10x6-Luftschraube hat zum Beispiel 10 Zoll Durchmesser und 6 Zoll Steigung. Der Durchmesser beeinflusst vor allem den Standschub, die Steigung die Reisegeschwindigkeit.
Eine größere Luftschraube (größerer Durchmesser) erfordert einen Motor mit niedrigerem KV und erzeugt bei niedrigerer Drehzahl mehr Schub. Sie eignet sich besser für langsam fliegende Modelle. Eine kleinere Luftschraube mit großer Steigung passt zu schnellen Modellen.
Jeder Motorhersteller gibt einen empfohlenen Luftschraubenbereich an. Eine Überschreitung dieses Bereichs (zu große Luftschraube) überlastet den Motor, zieht überhöhten Strom, führt zu Überhitzung und riskiert Schäden. Eine zu kleine Luftschraube verschenkt das Potenzial des Motors und erzeugt zu wenig Schub.
Leistung und Modellgewicht
Eine gängige Faustregel zur Leistungsauslegung sind 50 bis 100 W pro Pfund (0,45 kg) Startgewicht. 50 W/lb genügen für gemütliches Trainerfliegen. 75 W/lb geben eine komfortable Reserve für Bodenstart und gleichmäßiges Steigen. 100 W/lb und mehr ermöglichen Kunstflug und senkrechtes Steigen.
Die elektrische Leistung des Motors berechnet sich als Produkt aus Spannung und Strom: P = U x I. Zieht der Motor 25 A aus einem 3S-Akku (11,1 V), beträgt die Leistung etwa 277 W. Für ein Modell mit 1,5 kg (3,3 lb) ergibt das rund 84 W/lb, was ein gutes Sport-Setup ist.
Auswahl des ESC, BEC und Strombelastbarkeit
Der ESC (elektronischer Drehzahlsteller) wandelt den Gleichstrom des LiPo-Akkus in dreiphasigen Wechselstrom um, um den Brushless-Motor anzutreiben. Der wichtigste Parameter des ESC ist der maximale Dauerstrom, der den Spitzenstrom des Motors um mindestens 20% übersteigen muss.
Viele ESCs enthalten ein eingebautes BEC (Battery Eliminator Circuit), das die Spannung des Antriebsakkus (zum Beispiel 11,1 V) auf 5 V oder 6 V herabsetzt, um Empfänger und Servos zu versorgen. Ein lineares BEC ist einfacher, verschwendet aber Energie als Wärme. Ein Schalt-BEC (UBEC, Universal BEC) ist effizienter und kommt mit größeren Spannungsdifferenzen besser zurecht (4S-Akkus und höher).
Prüfe bei der Wahl eines ESC: den maximalen Dauerstrom, die unterstützte Zellenzahl des LiPo (zum Beispiel 2S bis 4S), den Typ des BEC und dessen Strombelastbarkeit (wie viele Servos er versorgen kann) und ob der ESC eine Bremse und die Programmierung des Timings unterstützt.
Häufige Fehler beim Antriebssystem
- Zu große Luftschraube: Der Motor zieht einen Strom, der das ESC-Limit überschreitet, der Regler überhitzt und schaltet im Flug ab. Prüfe die Stromaufnahme vor dem Erstflug immer mit einem Wattmeter.
- Unterdimensionierter ESC: ein Regler mit zu niedriger Strombegrenzung schaltet unter Last ab. Wende die 20-%-Reserveregel über der maximalen Stromaufnahme des Motors an.
- Kühlung vernachlässigen: Brushless-Motoren und ESCs brauchen Luftstrom. Bei Modellen mit geschlossenem Rumpf Lüftungsöffnungen einplanen.
- Falsche Spannung: Ein auf einen 3S-Akku abgestimmter Motor eignet sich ohne Wechsel der Luftschraube nicht für 4S. Eine höhere Spannung erhöht Drehzahl und Stromaufnahme, was die Grenzen von Motor und ESC überschreiten kann.
- Die Drehrichtung nicht prüfen: Ein Brushless-Motor kann in beide Richtungen drehen. Stelle vor dem Erstflug sicher, dass die Luftschraube in die richtige Richtung Schub erzeugt. Das Tauschen zweier beliebiger der drei Motorkabel kehrt die Drehrichtung um.