Elektrischer Antrieb: Kv, LiPo, ESC und Flugzeit

Im achten Schritt haben wir gesehen, wie der Propeller Schub erzeugt. Doch wer dreht den Propeller? Bei den meisten heutigen Modellflugzeugen lautet die Antwort: Strom. In diesem Schritt lernen wir die Antriebskette aus Akku, Regler (ESC) und Motor kennen.

Die Antriebskette

• Akku: Speichert Energie und liefert Gleichstrom (DC).
• ESC (elektronischer Drehzahlregler): Stellt die Leistung zum Motor entsprechend dem Gassignal vom Empfänger ein. Er treibt den bürstenlosen Motor mit dreiphasigem Strom an.
• Bürstenloser Motor: Wandelt elektrische Energie in Drehbewegung um.
• Propeller: Wandelt die Drehbewegung in Schub um.

LiPo-Akku3S = 3 × 3,7 V = 11,1 VESCDrehzahlreglerDC3 PhasenBürstenloser MotorKv: Drehzahl pro VoltPropellerEmpfängerGassignal

Den LiPo-Akku verstehen

Der häufigste Akkutyp in Modellflugzeugen ist der Lithium-Polymer-Akku (LiPo). Laut dem Grundlagen-Leitfaden der AMA (Academy of Model Aeronautics):

• Zellenspannung: Die Nennspannung einer LiPo-Zelle beträgt 3,7 V, voll geladen 4,2 V.
• Zellenzahl (S): Die Zellen sind in Reihe geschaltet. Ein „3S“-Akku hat eine Nennspannung von 3 × 3,7 = 11,1 V.
• Kapazität (mAh): Die Ladungsmenge, die der Akku speichert. 2.200 mAh = 2,2 Ah.
• C-Rate: Bestimmt den Dauerstrom, den der Akku sicher liefern kann: Maximaler Strom = C × Kapazität. Ein 2.200-mAh-Akku mit 25C kann 25 × 2,2 = 55 A Dauerstrom liefern.

Die Energie des Akkus ist Spannung mal Kapazität: 11,1 V × 2,2 Ah ≈ 24 Wh.

Kv: die Drehzahlcharakteristik des Motors

Auf bürstenlosen Motoren steht eine Zahl wie „1000 Kv“. Wie Horizon Hobby erklärt, ist Kv die Drehzahl pro Volt des Motors (im Leerlauf). Ein Motor mit 1.000 Kv dreht an 11,1 V im Leerlauf etwa 11.100 U/min. Mit montiertem Propeller sinkt die Drehzahl.

• Niedriges Kv: Dreht langsamer; treibt große Propeller leichter an. Für langsame, schwere Modelle und Segelflugzeuge.
• Hohes Kv: Dreht schneller; wird mit kleinen Propellern verwendet. Für Speedmodelle.

Die Warnung aus dem achten Schritt gilt auch hier: Ein falscher (zu großer) Propeller zwingt Motor, Regler und Akku zu übermäßigem Strom.

Die Wahl des Reglers (ESC)

Auf dem Regler steht ein Dauerstromwert wie „30 A“. Dieser Wert muss größer sein als der Strom Ihres Systems bei Vollgas. Am zuverlässigsten misst man den Vollgasstrom mit einem Wattmeter. Ein Regler, der an seiner Grenze arbeitet, wird heiß und kann sich zum Selbstschutz abschalten; in der Luft bedeutet das, dass der Motor plötzlich stehen bleibt. Dieselbe Regel gilt für den Akku: Der Vollgasstrom muss unter der Grenze C × Kapazität des Akkus bleiben.

Der Leitfaden der AMA empfiehlt außerdem, die Unterspannungsabschaltung des Reglers auf über 3 V pro Zelle einzustellen. Eine LiPo-Zelle unter diese Spannung zu entladen, schädigt sie dauerhaft.

Flugzeit berechnen

Die grobe Berechnung der Flugzeit ist einfach:

Flugzeit (min) = Nutzbare Kapazität (Ah) / Mittlerer Strom (A) × 60

Die AMA empfiehlt, nur etwa 80 % der Kapazität eines LiPo-Akkus zu nutzen. Mit einem 2.200-mAh-Akku und einem mittleren Strom von 12 A über den Flug:

0,8 × 2,2 / 12 × 60 ≈ 8,8 Minuten

Entscheidend ist hier der mittlere Strom. Ein Modell, das bei Vollgas 24 A zieht, aber den größten Teil des Fluges mit Halbgas fliegt, hat einen viel niedrigeren Mittelwert.

LiPo-Sicherheit

LiPo-Akkus haben eine hohe Energiedichte und können bei falscher Handhabung einen Brand verursachen. Die Grundregeln aus dem Leitfaden der AMA:

• Verwenden Sie ein für LiPo geeignetes Ladegerät mit Balancer; laden Sie, sofern nicht anders angegeben, mit 1C.
• Lassen Sie den Akku beim Laden niemals unbeaufsichtigt; verwenden Sie einen feuerfesten Behälter oder Beutel.
• Verwenden Sie aufgeblähte, gequetschte oder beschädigte Akkus nicht.
• Wenn Sie den Akku längere Zeit nicht benutzen, lagern Sie ihn mit einer Lagerspannung von 3,8–3,9 V pro Zelle.

Selbst ausprobieren

Geben Sie Zellenzahl, Kapazität und C-Rate Ihres Akkus, das Kv Ihres Motors und die gemessenen Ströme ein. Erhöhen Sie den Vollgasstrom über 30 A und sehen Sie die ESC-Warnung. In der 3D-Ansicht zeigen die gelben Punkte den Strom, die Anzeige die über den Flug verbleibende Kapazität.

Der nächste Schritt

Im letzten Schritt der Reihe bringen wir alles Gelernte zusammen: Wie wählen Sie Ihr erstes Modellflugzeug, wie sorgen Sie auf dem Platz für Sicherheit, und welche Regeln gelten aktuell in der Türkei?