4 in 1 Esc und andere Gewichtseinsparungen

Zandorath · Sep 2, 2014

Hallo Zusammen,

bin erstmal auf der Suche nach einem 4 in 1 Esc mit BlHeli als Ersatz für vier 25A Plush mit BlHeli für folgenden Quad:
Hobbyking H4 Frame: http://hobbyking.com/hobbyking/store/__35908__Hobbyking_H4_Copter_Multi_Rotor_Quadcopter_Frame_470mm.html
RcTimer HP4215 630Kv: http://rctimer.com/product-811.html
13"x5,5" Props: http://rctimer.com/product-920.html

Bei dem Setup habe ich mich stark an diesem Thread orientiert: http://fpv-community.de/showthread.php?41453-Mein-Neuer-H4-680mm-Alien-Carbon-von-GLB-Klapp-Quad-Copter
Ansonsten verwende ich einen Pixhawk mit GPS und ein noch schlecht funktionierendes 433Mhz Telemetriemodul, aber das ist eine andere Geschichte. Möchte also ein 4 in 1 Esc mit BlHeli verbauen, weil es Gewicht spart und für mehr Ordnung sorgt, was haltet ihr von diesem hier: http://www.banggood.com/SKY-30A-4-In-1-Brushless-ESC-2-6S-For-Quadcopter-Multicopter-p-90259.html

Außerdem suche ich noch nach anderen Möglichkeiten Gewicht zu sparen. Mein Quad wiegt im Moment ca. 1400g ohne Akkus und FPV, welches folgen soll. Bisher bin ich mit einem 3S 5000 geflogen, habe aber einen zweiten und würde gerne beide als 3S 10000 zu verwenden. Überschlagen kommen ich dann auf ca. 2200g Abfluggewicht und ecalc ergibt mir damit knapp 20 min Schweben und 12 min Fliegen. Das alles ohne GoPro, Gimbal oder ähnliches ist wohl ziemlich miserabel...
Der Rahmen ist nicht der leichteste und die Kabel sind nicht ganz aufs Minimum gekürzt, trotzdem erscheinen mir die 500g die andere hier im Vergleich zu mir rausholen für mich unerreichbar aus, oder übersehe ich da was? Welche Tipps habt ihr für mich, z.B. welchen leichteren Rahmen könntet ihr mir in der Größe und H-Form oder etwas ähnlichem empfehlen?

Vielen Dank im Voraus für eure Hilfe!

Gonun · Sep 3, 2014

Ich fliege diesen Regler auch, bin zufrieden damit (ich hab ihn von GLB). Man könnte ihn auch abspecken, auf der einen Seite ist er in Kunststoff und auf der anderen mit 1mm Alu eingepackt. Das Alublech wird wohl als Kühlkörper verwendet, also besser dranlassen. Im übrigen ist er nicht so einfach zu montieren, da er doch schon recht gross ist (da muss man erst mal Platz schaffen). Die Konfiguration über USB ist recht praktisch, kein Gas-hoch-und-runter stress mehr...

Länger fliegen -> grössere Props, langsamere Motoren (hat mir HSH beigebracht, danke!). Ich komme mit 3S 2200 mAh und 1.6 kg auf ca 10 min fliegen, mit 4400 mAh auf ca. 17 min.

LG
Lars

Upgrade 08/15 · Sep 4, 2014

Zandorath hat gesagt.:

Hey,
Dein Problem ist wohl vor allem das Gewicht. Das Frame wiegt ja alleine schon eine Tonne... Für Langflugkopter besser ein X-Frame verwenden. Das spart Gewicht.
1.4Kg ist VIEL zu schwer, du solltest wirklich deutlich leichter bauen können.
Zur Verdeutlichung: Ein H Frame braucht etwa 43% mehr an Auslegermaterial und ca 60% mehr Schrauben, das ist einiges an Gewicht...Dazu kommen noch längere Kabel usw. usf.

Als Beispiel: Mein testweise aufgebauter X-Kopter mit 530kv Motoren, 30a Regler (viieeeel zu gross) und 13'' Propellern fliegt locker 30 Minuten - inklusive FPV. Akku wie bei dir 5000mAh und 3s. Und dieser Kopter ist nicht einmal komplett auf Leichtbau getunt (700g ohne FPV & Akku)...

Weitere Tipps findest du hier[<- klick]

MfG

Zandorath · Sep 4, 2014

Vielen Dank erstmal für eure Tipps!
Das 4 in 1 Esc werde ich kaufen. Für den H Copter habe ich mich entschieden, weil ich keine Propeller im Bild haben will. Als Flugzeit wünsche ich mir 20min.
Gibt es da vielleicht einen Rahmen den ihr mir empfehlen könntet? Ich tendiere im Moment zu diesem hier: http://www.goodluckbuy.com/h4-680mm-alien-carbon-fiber-folding-quadcopter-frame-kit-aircraft-multicopter.html
Bin aber nicht so richtig überzeugt, weil er nicht wirklich leichter ist. Was meint ihr?

schneipe · Sep 5, 2014

Gehe auf 4s, das spart Menge an Strom, und bringt erheblich mehr Flugzeit wie irgendwo abspecken. Vorrausgesetzt deine Motoren und ESC machen das mit

Upgrade 08/15 · Sep 5, 2014

4s bringt praktisch keinen Vorteil.
Die höhere Spannung führt zu einem leicht geringeren Stromfluss, welcher zu weniger Verlusten durch Widerstand in Kabeln usw. führt. Dafür arbeitet der Regler dann im tieferen Teillastbereich was wiederum nicht gut für den Wirkungsgrad ist...

Die Energiedichte (Wh/Kg) des Akkus ändert sich beim Umstieg von 3s auf 4s nicht.

Auf 4s umsteigen bringt es höchstens, wenn du dadurch den Gewinn an Energie (Schub) zum hocheben von mehr Akku verwendest. Kann dann aber u.U. Probleme mit Motor (/Regler) Temperaturen geben.

@Zandorath Hast du ein paar Bilder von deinem Kopter?

Wenn du ein H-Frame möchtest, baust du das am besten selber... 10*10mm Aluprofile und kleine Carbonvierecke als Verbindung. Damit wird der Kopter recht leicht bleiben und doch ausreichend Stabil.

Grüsse

IntruderEvil · Sep 5, 2014

Upgrade 08/15 hat gesagt.:

Das stimmt so aber nicht ganz. Wenn der Motor für 4S ausgelegt ist bekommst sicher mehr Flugzeit als mit 3S weil das System effektiver arbeitet. Ich hab nen Copter der fliegt mit 3s5000 13 Minuten mit 4S 5000 über 16 Minuten so als Beispiel mal.

Upgrade 08/15 · Sep 5, 2014

3s 5000 entspricht ca 3800mah 4s

Grüsse

schneipe · Sep 5, 2014

Gewichtsmäßig vielleicht. Aber Flugzeitmässig? Bin auch schon von 3s auf 4s gewechselt. Und ja, es bringt weit mehr wie von dir behauptet.
Und das man Regler nimmt, die auch Teillastfähig sind, davon gehe ich aus, sonst verbrätst du mehr Enerie in Wärme als in Schub.
Aber soll jeder machen wie er möchte.....

Zandorath · Sep 5, 2014

Hier erstmal ein paar Bilder:

Ein Wechsel auf 4S würde sich nicht groß lohnen, wenn ich die Motoren behalte. Die Motoren auch zu wechseln ist mir zu teuer. Was den Bau eines Rahmens betrifft, kenne ich mich mit Metallbearbeitung nicht aus. Sollte also am besten in dieser Hinsicht nicht zu aufwendig sein. Ansonsten würde ich eine Bausatz bevorzugen.
Ist das überhaupt machbar, oder muss ich mich doch mit Propellern im Bild anfreunden?

Upgrade 08/15 · Sep 5, 2014

Etwas Kopterphysik

Hi,

Um mal meine Ansicht klarzustellen (Wenn etwas nicht stimmt, korrigiert mich...Mein Wissen habe ich hauptsächlich aus dem Internet (diesem Forum) d.h. nicht alles muss stimmen...) Sind ja doch einige anderer Meinung:

Edit: Ich habe den Text etwas ansehlicher Formatiert auf meiner Page hinzugefügt: http://modellbau-schweiz.jimdo.com/in-der-luft/multikopter/kopterphysik-ii-flugzeit/
Ich empfehle, ihn da zu lesen.

Der Kopter braucht mechanische Leistung, um in der Luft zu bleiben. Diese mechanische Leistung, gemessen in Watt, wird von den Motoren mit Hilfe der Propeller erzeugt.

Doch: Diese Leistung lässt sich für uns Modellbauer nur sehr schlecht ermitteln. Die elektrische Leistung, die wir tatsächlich zum Fliegen brauchen (messbar mit Wattmeter) ist ohnehin deutlich höher - Einbussen ergeben sich hauptsächlich durch Propeller-, Regler- und Motorwirkungsgrad.
-->Bekannterweise wird die elektrische Leistung aus P=U*I berechnet, also Strom mal Spannung ergibt die Leistung.
-->Die physikalische Leistung ist prinzipiell nur vom Koptergewicht und Nebenbedingungen (Luftdruck usw.) abhängig - tatsächlich ist aber je nach Motorbauweise und Propellergrösse bzw. Steigung eine unterschiedliche physikalische Leistung notwendig. So führen grössere Propeller zu einer tieferen notwendigen physikalischen Leistung (Achtung: Der Kopter wird dadurch nicht zwangsweise Effizienter, denn Effizienz ist ein physikalische Bezeichnung für P(ab)/P(in), also Ausgans- geteilt durch Eingangsleistung).

Daraus kann man folgendes ableiten: Je grösser der Propeller, desto weniger Energie wird gebraucht, desto länger fliegt der Kopter.
DOCH: Grosse Propeller erfordern viel Kraft, folglich rüstet man auf Pancake Motoren um. Da diese Motoren oft auch eine extrem tiefe Drehzahl haben, erfordern sie Akkus mit hoher Spannung um die zum Fliegen notwendigen Drehzahlen zu erreichen. Dies bringt einen weiteren Vorteil mit sich: Da ja die Spannung (U) steigt, sinkt der Strom der fliesst. Weniger Strom führt zu weniger Verlusten durch Widerstand in Kabeln, also zu weniger Verlustenergie (Wärme).

Daraus lässt sich ableiten, dass der "ideale Kopter"
- Möglichst grosse Propeller
- Motoren mit möglichst tiefer Drehzahl
- Akku mit möglichst hoher Spannung
besitzt.
- Hohe Regleröffnung (siehe übernächsten Absatz)

In unserem Fall sind Motoren, Regler und Propeller gegeben, der Akku ist die einzige Variable.
Wenn sich die zum Fliegen benötigte Energie nicht verändert (Akkugewicht bleibt gleich):
Ein 5000mAh 11.1V Akku besitzt eine Energie von 5A*11.1V*1h = ca. 56Wh. Also können 56W eine Stunde lang abgegeben werden. Ein 4s Akku mit gleicher Energie berechnet sich dementsprechend durch 56Wh/14.8V = ca. 3.89Ah.

Demzufolge sollte sich die Flugzeit bei dem Umstieg von 3s 5000mAh auf 4s 3900 mAh nicht ändern, zumindest sofern der 4s Akku gleich schwer ist wie der 3s (i.d.r. wird er minimst schwerer sein bei gleicher Marke, da mehr Kabel, Verpackung usw. für die 4te Zelle gebraucht werden). Die zum Fliegen benötigte Leistung haben wir ja nicht verändert, P(in Watt) bleibt also gleich.

In der Praxis spielen aber nach meinem Wissen folgende Faktoren eine Rolle und beeinflussen die elektische Leistung:
1. Bei gleichem Gewicht aber mehr Spannung sinkt die prozentuale Regleröffnung. Um den Motor anzusteuern, "zerhackt" der Regler die Spannung. Das heisst, bei tieferer Regleröffnung muss der Regler mehr arbeiten, sein Wirkungsgrad sinkt.
2. Wie bereits angetönt: Durch die höhere Spannung wird der Stromfluss gemäss P=U*I sinken, was zu weniger Verlust durch Widerstand (auch Akkukabel, Stecker, Lötstellen etc. haben einen geringen Widerstand) führt.

Ob nun Punkt 1 oder 2 in der Praxis überwiegt, weiss ich nicht - möglicherweise auch abhängig vom jeweiligen Kopter.

Bisher habe ich das Gewicht des Kopters ausser Acht gelassen bzw. es blieb immer gleich. Was verändert sich also bei einer Gewichtszunahme? Gegeben sind immer die gleichen Komponenten, aber ein unterschiedliches Gewicht.

Bei linearer Gewichtszunahme (bspw. 10%) wird die benötigte elektrische Leistung (Watt) beinahe, aber nicht ganz linear Ansteigen (um bspw. 13%). Zudem ist die Steigung unterschiedlich (Das heisst beispielsweise: 0% mehr Gewicht, 0% mehr Leistung. 10% mehr Gewicht -->15 % mehr Leistung. 20% mehr Gewicht--> 30% mehr Leistung: Steigung der Leistung 1.5 mal grösserals jene des Gewichts). Gründe dafür könnten sein:
- Höherer Stromfluss--> Mehr Verluste
- Höhere Propellerdrehzahl: Luftwiderstand steigt quadratisch; Effizienz sinkt (Wirbelströmungen usw. nehmen zu?!)
Das heisst, der Wirkungsgrad sinkt.
In einem Diagramm sieht das dann so aus, wobei pro Versuchsnummer +100g auf dem Kopter waren:

Dies wirkt sich auch auf die Flugzeit aus. Wenn man auf einen Kopter mehr Equipment wirft, wird die Flugzeit nicht in gleichem Masse wie das Zusatzgewicht abnehmen. Wenn die Masse des Kopters also von 1Kg auf 2Kg steigt, wird die Flugzeit mehr als halbiert werden. Nebst genannten zwei Gründen kommt aber noch hinzu:
- Falls der Akku derselbe bleibt: Benötigter Strom steigt an--> Akkuspannung bricht ein --> um die benötigte Leistung (W) bereitzustellen (P = U*I [U wird kleiner]), steigt der Stromfluss noch weiter an (=exponentiell).
--> Will heissen: Die zusätzlich benötigte Leistung ist verhältnismässig deutlich grösser als das Zusatzgewicht. Entsprechend sinkt die Flugzeit prozentual gesehen deutlich stärker als das Mehrgewicht(in%) schwer ist.
Das ist auch der Grund, warum das Gewicht so wichtig ist! In einem Diagramm sieht das so aus:

Ich hoffe ihr konntet mir folgen, sorry für den langen Text.

Grüsse, Christian

schneipe · Sep 6, 2014

Nur das mit der hohen Regleröffnung stimmt nicht. Im idealen Falle sollte das Setup so sein, das der Copter im MAN Mode (bei Naza zb), bei einer Öffnung von 40-50% schwebt. Dann hat man auch die nötigen Reserven. Copter die bei 60 und mehr % erst schweben, sind nicht gut abgestimmt. Was natürlich auch den Gebrauch von Teillastfähigen Reglern vorraussetzt. Mein Coper zb schwebt mit seinen 4,5kg, im MAN Mode bei 44% Gas.

Und warum im MAN Mode? Weil in den anderen Modes die Naza die Regleröffnung übernimmt, da schwebt der Copter immer genau bei 50%, aber wieviel Gas die Naza wirklich geben muss, sieht man ja nirgends. Genauso das Vollgas, da gibt die Naza im ATT und GPS nur 80% als Regleröffnung aus, im MAN Mode sind es 100%

Upgrade 08/15 · Sep 6, 2014

schneipe hat gesagt.:

Naja, bei über ca 60% wird das Fliegen sowieso sehr unangenehm, da man den Kopter nicht mehr abfangen kann und zu wenig Gasweg für die Lageregulierung vorhanden ist.

Meine Quelle für das mit der Regleröffnung ist FerdinandK:

- http://fpv-community.de/showthread.php?21347-Projekt-12mm&p=524232&viewfull=1#post524232

- http://fpv-community.de/showthread.php?21347-Projekt-12mm&p=524337&viewfull=1#post524337

Ich habe nicht das notwendige Wissen, um zu beurteilen, ob das stimmt. Es hört sich aber logisch an. Ich muss wohl selber einige Tests durchführen

Grüsse

Upgrade 08/15 · Sep 6, 2014

Hi,
Ich habe die Tests heute durchgeführt. Resultate hier:
http://fpv-community.de/showthread....quot-Testreihe&p=675661&viewfull=1#post675661

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