Schweres X8 Kameraschiff mit Ausdauer. NEX-5T, 3-Achs Gimbal, 17" Props, EZFW

olex

Der Testpilot
#1
Hier stelle ich mein nächstes Projekt vor, der schon seit einer ganzen Weile in Konzeption und nun endlich in der Bauphase ist. Es handelt sich dabei um meinen größten Copter bisher - einen X8 mit geplanten 4.5kg Abfluggewicht, mit einer Sony NEX-5T auf einem 3-Achs Brushless Gimbal als Nutzlast, Einziehfahrwerk, und geplanten 20 Minuten Flugzeit.

Hardware

  • Frame: FCP HL mit 35cm 16x13mm CFK Rohren und selbst gefrästen Anbauteilen
  • Propeller: 17"x5.5" CF von RCTimer
  • Motoren: T-Motor MN3508-29 380kv
  • ESCs: Flyduino UltraESC 20A
  • Lipos: 2x 4S 5000 (später ggf. auch größere 4S)
  • FC: APM 2.5 (später evtl. Umbau auf Autoquad), mit GPS und 433MHz Telemetrie
  • Gimbal: RCTimer Black Asp mit Alexmos
  • FPV: MinimOSD, ImmersionRC 5.8G 25mW TX
Konzept

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Die Idee eines großen Kameraträgers kam mir Ende Sommer, als ich mit dem gewerblichen Fliegen angefangen habe. Ganz schnell wurde klar dass die GoPro auf dem Black Widow zwar wunderbare Videos liefert, aber bei Fotos nicht ganz allen Kundenanforderungen zurecht kommt. Für komplexere Aufnahmen ist zudem die Notwendigkeit eines 3-Achs Gimbals klar geworden, mit einem Copiloten mit einer zweiten Funke als Kameramann, der die Kamera unabhängig vom Copter steuern kann.

Framekonfiguration
Für das Gewicht einer Kamera in der Sony NEX-Klasse mit einem 3-Achs Gimbal braucht man schon mindestens einen Hexa, war mein Gedanke. Die X8 Konfiguration wurde dann aus mehreren Gründen gewählt:

  • minimaler Gewicht des Frames
  • bei gegebener Propellergröße kleinerer Copter als flacher Hexa oder Octo
  • bessere Ausfallssicherheit als Hexa (bei ausreichender Motorleistung)
Antrieb
Da der Copter auch gute Flugzeiten bringen soll, habe ich mir bei FerdinandK die Kombination "17" Prop + 4S + ~360-390kv Motor" abgeguckt, die auf seinen Leichtbauquads ausgesprochen gute Ergebnisse erzielt hat. Als Motoren haben sich nach einer längeren Recherche die MN3508 380kv als am besten geeignet herausgestellt - sie sind nur 82g leicht und hocheffizient. Propeller hätte ich natürlich am liebsten auch von T-Motor, doch sind mir deren Latten in den Größen und Anzahl dann doch etwas unbezahlbar, und zudem kam ich im Forum über einen super Angebot für 4 Paare 17"x5.5" von RCTimer - damit hatte sich das auch erledigt. Die UltraESCs habe ich mir dann ausgesucht, da sie extrem leicht und effizient sind, und anscheinend deutlich besser mit hochpoligen Motoren klarkommen als die meisten anderen ESCs, die mit der SimonK-Firmware arbeiten.

Einige werden bestimmt fragen, warum kein 6S? Als Antwort meine Liste der Gründe für 4S:

  • Gewicht: 6S Akkus wiegen 50% mehr als 4S, und 6S ESCs sind auch alle höllisch schwer im Vergleich zu den UltraESCs.
  • Effizienz: 6S bringt zwar an sich schon Vorteile, aber keine so signifikanten gegen meinen gewählten Antrieb (siehe "Mathematik" weiter unten) dass sich die Gewichtserhöhung wirklich lohnen würde.
  • Kompatibilität: meine Black Widow fliegt ebenfalls mit 4S 5000 LiPos, somit kann ich den Bestand für beide Copter nutzen.
Einziehfahrwerk
Damit der Kameramann die Freiheit hat, die Kamera unter dem Copter in eine beliebige Richtung zu drehen, musste ein Einziehfahrwerk her. Auf Anhieb fand ich keine geeigneten fertigen Lösungen im Netz (außer der dämlich schweren und teuren Gestelle für den DJI S800 und seine Klone), und habe dann entschieden, mir selbst eins zu machen. Kurze Recherche im Forum hat zu diesem Konzept geführt, welches ich für sehr gelungen gehalten und direkt kopiert habe.

Anbauteile
Nachdem ich meinen Black Asp Gimbal von RCTimer und den FCP HL Frame jeweils bekommen habe, musste ich feststellen, dass die Lochkonfigurationen nicht zueinander passen. Das die untere CP des Frames Stromverteilung beinhaltet, wollte ich auch nicht unbedingt neue Löcher reinbohren. Zudem musste ich mir eine Lösung für die Anbringung der zwei Akkus und des EZFW überlegen.

Diese Fragestellungen habe allersamt ich durch einen kleinen Satz 2mm CFK Frästeile für den Frame gelöst, die zusammengesetzt alle drei Rollen erfüllen:

Capture.PNG

3D Skizze habe ich keine, aber hoffentlich erkennt man das Vorhaben halbwegs an der 2D Anordnung der Teile.

Die mittlere Platte ersetzt die Basisplatte der Gimbaldämpfung und wird mit 3cm langen Abstandshaltern unter die untere CP des FCP HL geschraubt, die Dämpfer und der Gimbal oben drauf platziert. In den M2 Löchern an den Seiten werden die Retracts des EZFW verschraubt - damit hängen die Landefüße auch im eingeklappten Zustand weit unter der unteren Propellerebene (mechanisch gegen weiteres Hochklappen gesichert). Die grünen Teile sind Verbinder für die T-förmigen Landefüße aus 16mm CFK-Rohr, zusammengehalten mit FCP Schellen.

Die zwei Platten an den Seiten sind Akkuauflagen und werden auf den Fachwerkverbindern seitlich angebracht - die Fachwerkteile stehen senkrecht und werden zwischen der neuen Platte sowie dem Center und den Akkuplatten gesteckt, und mit Schrauben bzw. Abstandshaltern festgehalten. Die Akkuauflagen sind dann auf der Höhe der unteren CP, und die Akkus somit mittig zwischen den Propellerebenen platziert, an den Seiten des Centers.

Mathematik

Das Aufsummieren der Gewichte aller Komponenten ließ mich auf ein Abfluggewicht von knapp 4.4kg für den Copter kommen. Damit ist noch etwas Reserve bis zur 5kg Grenze für größere Akkus vorhanden - ob diese notwendig sind, bin ich mir aber noch nicht sicher. Vorerst wird der Copter auf jeden Fall mit meinen bereits vorhandenen Nanotech 4S 5000ern geflogen.

Die Motor-Propellerkombo habe ich mithilfe von Ingrim auf einem Motorteststand vermessen. Es ergaben sich 1.5kg Schub bei Vollgas. Schwebegas schätze ich bei ~600g pro Motor (mit Einrechnen der Schubreduktion für Koaxialanordnung von ~10%), das geben die Motoren laut Messung bei 3A - insgesamt also 24A Schwebestrom, bei 10Ah Akkukapazität sind es rechnerische 25 Minuten Schwebezeit. Auch wenn es im Endeffekt nur 20 oder knapp drunter werden, bin ich mit der Zahl immer noch sehr glücklich.

Baubericht

11.01.2014

Baubeginn! Es sind noch nicht alle Teile da (die Frästeile insbesondere fehlen noch, sowie ein Paar Kleinigkeiten von Flyduino fürs Landegestell), aber der eigentlich komplizierte Teil wurde schon begonnen - nämlich das Verkabeln der Ausleger. Ich habe mich dafür entschieden, die ESCs außen auf den Auslegern zu montieren - mit den kleinen UltraESCs geht es sehr gut, sie werden dort besser gekühlt, im Center bleibt mehr Platz, und weniger Kabel in den Auslegern bedeutet weniger Gewicht.

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Kabel für das Ende eines Auslegers: Strom und Signal für zwei ESCs. Signalkabel werden durch den Ausleger mit einem geschirmten 2-adrigen Diodenkabel geführt, die Schirmung dient dabei als Signal-Ground.

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ESCs für einen Auslegen angelötet.

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Motoren angelötet und ESCs eingeschrumpft - fertige Motorgondel. Kabelbinder wird noch angezogen, nachdem ich die ESCs per USB fertig konfiguriert habe.

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Ausleger montiert am Center - wollte die Kabellänge zu den Anschlüssen des APM genau bestimmen, habe dafür alles mal zusammengeschraubt. Der APM sitzt in dem AV Dome von RCTimer, für Dämpfung, mechanischen Schutz und bessere Optik.

Puh... ich bin nicht sonderlich gut im Löten und mag's auch nicht. Ja, ich weiß, falsches Hobby :D Knapp über eine Stunde habe ich für den einen Ausleger gebraucht. Morgen geht es weiter, drei sind noch zu machen, bevor nächste Woche die Frästeile kommen und es hoffentlich mit dem Bau des Landegestells und restlichen Centers weitergeht.

Eine Sache die mir beim Bau aufgefallen ist - die Kondis der ESCs stehen ganz außen am Ausleger äußerst ungünstig im Falle einer Bruchlandung da. Vermutlich überlege ich mir da noch eine Art Schutzbügel, vielleicht kombiniert mit Montagepunkt für Navigationslicht-LEDs. Mal schauen.

19.01.2014

Frästeile sind gekommen. Passt alles super, nur habe ich mich wohl bei 2 kleinsten und eigentlich unwichtigsten Teilen in der Größe vertan... damit kann ich die Landefüße noch nicht komplett an den Retracts anbringen. Dennoch kann das Ding provisorisch zusammengebaut schon mal stehen, und so sieht's aus:

Anhang anzeigen 81456

Anhang anzeigen 81462

Bisher ist das eine rein statische Ausstellung, 7 der 8 ESCs fehlen noch, sowie fast die gesamte interne Elektronik. Die Optik kann man aber schon mal beurteilen.

So wie der da steht (mit Kamera auf Gimbal, ohne Lipos) - 3kg. Leichter als ich dachte. Kommt noch ~1kg LiPos dazu (2x 4S5000 - 500g jeweils), und ~200-300g Elektronik und Verkabelung (7 der 8 ESCs sind nicht montiert, SBECs für Elektronik, Gimbal und EZFW, Kabel in den Auslegern etc.). Bin ich immer noch unter den geplanten 4,5kg - finde ich super :)

22.01.2014

Endlich eine Mail von Flyduino bekommen - der problematische Regler wird getauscht. Dann wird wohl dieses Wochenende fertiggebaut, sobald der ESC und die zwei Frästeile fürs Landegestell da sind.

24.01.2014

Die neu gemachten Frästeile fürs EZFW sind gekommen, und wurden direkt eingebaut. Mini-Baubericht:

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Seitenplatte und zentrale Querstrebe angeschraubt. Die Seitenplatten sitzen auf M3 Schrauben auf der Drehachse des Retracts, und die Querstrebe ist mit einer 5,5mm Möbelschraube aus den IKEA-Resten in das 5mm Loch im Retract geschraubt. Hält bombenfest.

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Von der anderen Seite ist die M3 Schraube in der Achse sichtbar.

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Erst die Rohrschellen und dann dann die zweite Seitenplatte aufstecken.

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Fertig zusammengeschraubt.

Funktionstest (Piepsen der Funke ignorieren, ich mache solche Tests immer mit der Schrottfunke und Empfänger von HK, und da sind die AA-Batterien scheinbar fast leer):

[video=youtube;bxT-Fg3xS4E]http://www.youtube.com/watch?v=bxT-Fg3xS4E[/video]

In der oberen Position wird der Retract von den in den Bildern sichtbaren aufgeklebten Plastikscheiben aufgehalten - der schaltet ab nach 5 Sekunden, auch wenn die Endposition nicht erreicht ist. Da vorm Abschalten der Retract mit voller Motorpower nach oben angezogen wird, bewegt sich da nichts - das sitzt sogar fester als in der "stabilen" untersten Position, wo doch minimales Spiel vorhanden ist. Bis zu den unteren Propellern sind ~4cm Luft, und die Füße kommen rein mechanisch nicht höher - da sollte ich also sicher sein.

Und noch dazu - das ersetzte UltraESC ist gekommen! Zusammen heißt das wohl, dass morgen der Rest der Elektronik verbaut wird, und der Copter eigentlich fertig werden müsste.

25.01.2014

Wie versprochen, ging der Bau heute mithilfe von Ingrim weiter, und kam sogar soweit, dass der Copter das erste Mal schweben konnte.

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UltraESCs vor dem Verbauen.

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Props wuchten - wichtig. Die 17x5.5 CF von RCTimer waren alle imperfekt, ließen sich aber mit sehr wenig Eingriff mit durchsichtigem Tape in Ordnung bringen.

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Innenleben, mit zwei 5V SBECs (eins für die Elektronik, eins fürs EZFW) und einem 12V UBEC (Gimbal, Videosender). Eins der Gründe, warum ich das FCP HL mag - die vielen Lötpads des eingebauten Stromverteilers machen so was gaaanz einfach. Und ja, den verpolten unteren SBEC haben wir gemerkt und umgelötet, bevor's in die Luft ging :)

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Frame fertig verschraubt, der APM sitzt drauf und wird verkabelt. Ganz guter Trick war, farbliche Markierungen an die Ausleger und deren zugehörige ESC-Signalkabel zu machen - so ließ sich zusammen mit der Aderfarbe eindeutig sehen, von welchem ESC welcher Stecker ist.

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Konfiguration für den Erstflug: Gimbal und Kamera ab, "Sicherheitslandegestell" dran für den Fall, dass der Copter doch irgendwas unerwartetes Macht und sich auf die Seite legen möchte. Wurde zum Glück nicht benötigt.

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Endgültige Konfiguration am Ende des Tages. Gewicht, so wie er da steht - 4.4kg, mit Lipos und Kamera dran. Fehlt noch das FPV Zeug (HDMI Adapter, Videosender, MinimOSD), dann bin ich wohl doch bei den ursprünglichen 4.5kg angelangt. Passt.

Das erste Testschweben war ~2min lang, und im Stockdunkeln nach 21 Uhr mit Licht von einer Taschenlampe von Ingrim absolviert. Mit Standard-PIDs von Arducopter 3.1 ist das Gerät wunderbar abgehoben und ist mit knapp unter 50% Gas stabil geschwebt - wie auch zu erwarten war, ohne Gimbal und Kamera drunter. Keinerlei Instabilität, Wackeln oder Zittern, oder was ich noch mehr befürchtet habe, Kommutationsprobleme mit den MN3508-29 - da hört man ja dass viele ESCs damit nicht klarkommen; scheint mit den UltraESCs überhaupt nicht der Fall zu sein, absolut sanftes Anlaufen und stotterfrei im Laufen. Der Sound des Copters ist auch sehr cool; er ist viel leiser als ich gedacht habe, und klingt ein wenig wie ein großer V8 Benziner im Leerlauf :)

Leider verhindert das Wetter weitere Testflüge in den Folgetagen, voraussichtlich bis Mitte nächster Woche. Werde bis dahin die Zeit nutzen, um die Verkabelung etwas aufzuräumen, FPV für die NEX aufzubauen und generell alles auszupolieren was geht.
 
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schneipe

Erfahrener Benutzer
#4
Sowas in der Art hab ich auch vor. Ebenso mit den 3508 Tiger Motoren. Die 35cm Rohrlänge, ist das die Länge des kpl Rohres, oder die sichtbare Länge vom Rahmenrand zum Motor? Könnte man da nicht noch etwas kürzer werden?
 

BR1962

Erfahrener Benutzer
#5
abonniert, super Sache!
 
#6
Super olex das es nun anfängt!:)
kommt mir ja alles bekannt vor ;) hätte evtl eher nur die 18mm Variante gewählt, aber Motore drehen ja nicjt so hoch.
mein x-8 ruht gerade wegen Umbau auf 3Achse.
 
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schneipe

Erfahrener Benutzer
#7
Wenn die 16mm Rohre gut gewickelt sind, und 1mm Wandung haben, wirst du sie wohl kaum kaputt bekommen mit stärkeren Motoren. Heckrohre von 700er Helis haben nur 0,5mm Wandung, und da ist Ordentlich Schub vom Heckrotor drauf, und das sogar mit Richtungswechsel. Ich mache meinen auch mit guten 16mm Rohren.
 

olex

Der Testpilot
#8
Sowas in der Art hab ich auch vor. Ebenso mit den 3508 Tiger Motoren. Die 35cm Rohrlänge, ist das die Länge des kpl Rohres, oder die sichtbare Länge vom Rahmenrand zum Motor? Könnte man da nicht noch etwas kürzer werden?
35cm sind die kompletten Rohre. Der Motorabstand diagonal ist damit auch ziemlich genau bei 70cm (der Abstand im Center gleicht sich mit den großen Motorhaltern aus). Noch kürzer wird mit 17" nichts mehr - der Abstand der Propellerspitzen wird jetzt schon nicht mehr als ~4cm betragen. Bei kleineren Props kann man den Frame noch weiter verkleinern.

Super olex das es nun anfängt!:)
kommt mir ja alles bekannt vor ;) hätte evtl eher nur die 18mm Variante gewählt, aber Motore drehen ja nicjt so hoch.
mein x-8 ruht gerade wegen Umbau auf 3Achse.
Eigentlich wollte ich ja die 18mm Variante, und der Verkäufer hat den Frame hier im Forum auch so beschrieben gehabt... bekommen habe ich aber nur die normale 16mm Version, allerdings mit mehr Schellen und Motorhaltern als angegeben - habe mich dann nicht sonderlich beschwert :) Es sind ja auch die 16mm Rohre mit 1.5mm Wandstärke bei mir, nicht die ganz dünnen - sollte langen.
 

schneipe

Erfahrener Benutzer
#9
Ok, hast mal ausgerechnet was man für eine Rohrlänge für 18" braucht? Denn laut eCalc wären die 18" noch Effizienter.
Denke das 2cm Abstand zwischen den Blattspitzen ausreicht, oder?
 

FerdinandK

Erfahrener Benutzer
#10
also 18" = 18x2,54=45,72cm
Diagonale = 45,72*1,4142 = 64,65cm
mit 2cm Abstand zwischen den Blattspitzen:
Diagonale = (45,72+2)*1,4142 = 67,48cm
Üblicherweise ist aber der Motorträger auch nicht ein paar cm zusätzlich (sagen wir mal 5cm), also wird es beim Frame ca 73cm Diagonale brauchen (bei 18" am X8).

lg Ferdl
 
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olex

Der Testpilot
#11
Bin mir unsicher ob ich den Motoren 18" Props noch zutrauen würde. Beim Schubtest mit 17" ist der Motor knapp eine Minute mit Vollgas gelaufen, danach war er ziemlich sehr warm (~65° an der unteren Seite, ~50° an der Glocke).
 

hornetwl

Erfahrener Benutzer
#13
Superinteressantes Projekt!

Habe gerade etwas ähliches auf der Werkbank mit (fast) gleichem Einsatzziel: X8, etwa 1kg Nutzlast, Fluggewicht unter 5kg, Props irgendwo zwischen 16 und 20". Mit welchem Gewicht rechnest Du für die komplette Video-Ausrüstung inkl. Gimbal und aller Elektronik? Gibts eine erste Gewichtsschätzung für den flugfertigen Copter-Frame (inkl. Motoren, ESC, FC)?
 
#14
Zu diesem Projekt gibts nur eines zu sagen; mach weiter so. Bin auf die nächsten Schritte gespannt...
Abonniert...
 

Tomster

Erfahrener Benutzer
#15
Sehr interessant :popcorn:
Denke mal, dass viele hier so etwas im Kopf haben und sich über jeden freuen, der es realisiert.

Bis dahin
Tom
 

RCCopter

Coptertestingenieur
#16
Es ist immer wieder gut am Sonntag unter "Copter Allgemein" zu stöbern. Da findet man solche Threadperlen wie diese hier. ;)
*abonniert*

Ich finde den X8er auch sehr reizvoll.
Nur eins würde mich abhalten: Wie schaut es mit der Sicht durch die Kamera aus? Beim X8 sind die Propeller bauartbedingt halt tiefer.
 
Zuletzt bearbeitet:

olex

Der Testpilot
#17
Danke an alle, freut mich dass das Projekt Interesse in der Community erweckt :)

Mit welchem Gewicht rechnest Du für die komplette Video-Ausrüstung inkl. Gimbal und aller Elektronik? Gibts eine erste Gewichtsschätzung für den flugfertigen Copter-Frame (inkl. Motoren, ESC, FC)?
Der Gimbal mit der Sony NEX-5T mit dem SEL1650 drauf wiegt ziemlich genau 1050g, komplett mit Motoren, Controller und Verkabelung. Dazu kommen ein Paar Gramm für den Martinez IR-Blaster und einen HDMI-FPV Adapter für die NEX, denke so unter 50g insgesamt dafür. Dann das MinimOSD und der Video-TX nochmal ~40g. Später werde ich auch eine zweite Kamera verbauen (starre FPV) und effektiv zwei FPV Systeme auf dem Copter einrichten, mit getrennten Sendern für den Piloten und den Kameramann - das steht aber erst noch in Aussichten.

Ich finde den X8er auch sehr reizvoll.
Nur eins würde mich abhalten: Wie schaut es mit der Sicht durch die Kamera aus? Beim X8 sind die Propeller bauartbedingt halt tiefer.
Das ist korrekt, und ich gehe auch davon aus dass die Kamera bei gerader Sicht ohne Zoom Propeller im Bild haben wird. Kann man wenig gegen machen. Beim Reinzoomen sowie nach unten Filmen (was vermutlich die meiste Zeit gemacht wird, mithilfe des Kameramanns dann sowieso) sollte das Problem in geringerem Maße bzw. gar nicht mehr auftauchen.
 

schneipe

Erfahrener Benutzer
#18
Hallo, habe mir das Gimbal auch mal angeschaut. Sieht interessant aus. Kann man die Nex weiter nach Links plazieren, sonst wird der Platz für den HDMI Stecker ziemlich knapp.
 
#19
Bin mir unsicher ob ich den Motoren 18" Props noch zutrauen würde. Beim Schubtest mit 17" ist der Motor knapp eine Minute mit Vollgas gelaufen, danach war er ziemlich sehr warm (~65° an der unteren Seite, ~50° an der Glocke).
Nein, Temp. ist zu hoch, im Stillstand wird's noch höher. 18" passt sehr gut zu 5010 (nicht rctimer sondern dualsky).
Temperatur nicht höher als 45°max mit dem Setup einstellen.

Grüße Radu
 

hornetwl

Erfahrener Benutzer
#20
Nein, Temp. ist zu hoch, im Stillstand wird's noch höher. 18" passt sehr gut zu 5010 (nicht rctimer sondern dualsky).
Temperatur nicht höher als 45°max mit dem Setup einstellen.
Kommt darauf an, wie die Flugaufgabe aussieht. Wenn vorhabe, dauerhaft mit beiden Knüppeln ganz vorn herumzuheizen bis der Akku leer ist, würde ich das auch so sehen.

In meinen Logs von Kameraflügen habe ich pro Akku üblicherweise um die 10 sec Vollgasanteil (hauptsächlich zum Stoppen von Sinkflügen) und insgesamt kaum eine Minute mehr als 75% Gas, in einem Flug von 25min Länge. Daher ist mir persönlich die Temperatur nach 1 Minute Dauervollgas relativ egal.
 
FPV1

Banggood

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