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So bauen Sie Ihre eigene Multicopter-Drohne

20.09.2016 | 11:00 Uhr |

Ein Copter-Eigenbau ist gar nicht so kompliziert, wie man vielleicht meint. Wenn er dann auch noch problemlos fliegt, verschafft das ein großes Gefühl von Zufriedenheit.

Ob es der kleine Spielzeug-Copter, die eigene Racer-Drohne oder ein großer Octocopter zur Erstellung von Bild- und Videomaterial ist: Die faszinierende Multicopter-Technik ist gerade der Renner im Bereich Hobby- und Profi-Modellbau und übt eine magische Anziehung auf all jene aus, die sich für Luftfahrt und Fluggeräte sowie für neue Technik und Technik-Trends interessieren. Nie zuvor war es leichter und günstiger, sich mit solch einer tollen Flugzeug-Technologie zu befassen und selbst das Steuer in die Hand zu nehmen, um richtig durchzustarten .

Wer sich allerdings noch intensiver mit der Technik befassen möchte, dem ist zu empfehlen, einmal einen eigenen Copter von Grund auf zu planen, zu berechnen, die richtigen Bauteile zu ordern und dann das ganze Multicopter-Projekt zusammenzubauen. Wer seinen eigenen Multicopter plant und realisiert, lernt die gesamte Technologie von Grund auf kennen. Nach der Bauphase dann sein eigenes Fluggerät auch selber zu fliegen (Achtung: das dürfen Sie nicht überall!) und zu optimieren, gibt einem ein richtig tolles Gefühl der Zufriedenheit. Wer seinen eigenen Multicopter plant und realisiert, lernt die gesamte Technologie von Grund auf kennen.

Welche Bauteile benötige ich für den Bau eines eigenen Multicopters?

Es gibt es viele verschiedene Bauteile, Bauteilgrößen- und Leistungsangaben, Betriebsparameter und Schnittstellenspezifikationen, die bei der Planung und Umsetzung eines Do-it-yourself- Copter-Projektes zu beachten sind.

Ganz so schwer, wie sich manch einer das Selberbauen eines Multicopters vorstellt, ist es gar nicht. Erst einmal muss ich wissen, welche Bauteile ich für meinen Copter benötige und wie diese berechnet (ausgelegt) werden.

Rahmen

Der Rahmen ist die Basis des Copters und wird als erstes ausgewählt. Hier gibt es einige Kriterien, was Material und Größe angeht. Zum Beispiel spielt die Größe des Rahmens (gemessen von Motorwelle zur gegenüberliegenden Motorwelle) eine sehr große Rolle, wenn es um die späteren Flugeigenschaften und natürlich um den Anwendungszweck geht. Ein kleiner Rahmen gibt dem Copter später eine agile und wendige Flug-Charakteristik. Große Copter fliegen sehr ruhig, stabil und energieeffizient.

Flightcontroller

Der Flightcontroller, auch als Flugsteuerung bezeichnet, ist das Herz eines jeden Multicopters. Er berechnet mit Hilfe verschiedener Sensoren die aktuelle Fluglage und stabilisiert das Fluggerät mittels Vergleich von Ist- und Sollwerten über die Ansteuerung der ESCs (Electronic Speed Controller). So kann sich der Copter trotz seiner physikalischen Instabilität sehr ruhig und stabil in der Luft halten.

Flightcontroller CC3D -- läuft mit dem Libre-Pilot-System
Vergrößern Flightcontroller CC3D -- läuft mit dem Libre-Pilot-System
© Patrick Leiner

Bei diesem wichtigen Bauteil besteht allerdings immer das Problem, welches System verwendet werden soll. Hier gibt es sozusagen die Qual der Wahl. Etliche Systeme sind auf dem Markt, und jedes weist seine eigenen Vorteile, Nachteile und Eigenarten auf. DJI-Naza, MultiWii oder CC3D sind hier nur ein kleiner Ausschnitt aus der gesamten Marktbreite.

Bei der Auswahl eines Flightcontrollers ist auch deshalb auf die jeweiligen Software- und Anschlussmöglichkeiten zu achten. Keiner möchte sich einen Octocopter bauen und später feststellen müssen, dass der Flightcontroller nur 6 Motoren unterstützt.

Motoren und Luftschrauben

Heute werden in Multicopter-Fluggeräten zu 99,9 Prozent die bürstenlosen Brushless-Motoren eingesetzt. Diese haben einige Vorteile und bieten viel Leistung bei einer relativ langen Lebensdauer. Bei der Auswahl eines geeigneten Motors ist auf viele Angaben und Parameter zu achten. Hier wird man konfrontiert mit Größenangaben wie 2208, Leistungsdaten wie 750 KV oder - optimal - mit der maximalen Schubleistung, etwa 800 Gramm Schubkraft.

Direktmontage einer Carbonluftschraube
Vergrößern Direktmontage einer Carbonluftschraube
© Patrick Leiner

Anhand dieser Spezifikationen wird bei einem Do-it-yourself-Copter-Projekt die Leistung abgestimmt und eine Rotorkombination (Motor + Luftschraube) gewählt. Die Luftschraube spielt hier eine der wichtigsten Rollen in der Leistungskette, denn sie bringt die Leistung des Motors in die Luft. Eine Luftschraube wird über zwei wichtige Angaben definiert, den Durchmesser und die Steigung. Das Verhältnis aus diesen beiden Parametern wird H/D-Verhältnis genannt und gibt Aufschluss über den Einsatzzweck und die Leistung der Luftschraube.

ESC (Electronic Speed Controller)

Der ESC dient zur Ansteuerung der Brushless-Motoren. Er bekommt sozusagen seine Drehzahlanforderung oder Rotorgeschwindigkeit vom Flightcontroller vorgegeben und setzt diese Angabe um. Zum Einsatz in einem Multicopter werden spezielle Softwarepakete auf solch einem ESC benötigt, um den schnellen Drehzahländerungen im Multicopter-Bereich gerecht zu werden. SimonK ist hier nur eine Software, die man dafür einsetzen kann.

LiPo-Akku

Der Akku einer Multicopter-Drohne muss ebenfalls mit Bedacht gewählt werden. Er trägt einen nicht unerheblichen Teil zum Gesamtgewicht des Fluggeräts bei und besteht aus mehreren Lithium-Polymer-Zellen, die zu einem Akkupack zusammengeschlossen werden. Die Zellenanzahl (Angabe S) eines LiPos definiert die Nennspannung des Akkus. So weist beispielsweise ein LiPo mit 3 Zellen (3S) eine mittlere Spannung von 11,1 Volt auf (je Zelle 3,7 Volt). Diese Angabe ist auch bei der Auswahl weiterer Bauteile wie den Motoren und den ESCs sehr entscheidend.

Lithium-Polymer-Akku mit Spannungsüberwachung
Vergrößern Lithium-Polymer-Akku mit Spannungsüberwachung
© Patrick Leiner

LiPos haben eine hohe Energiedichte (gespeicherte Energie pro Gewichtseinheit), dürfen allerdings nur in den vorgesehenen Leistungsgrenzen verwendet werden. Hier gibt es einiges zu beachten, denn ein Betrieb außerhalb dieser Spezifikationen nimmt einem der Akku direkt sehr übel und es besteht Brand- oder im schlimmsten Fall Explosionsgefahr.

RC-Anlage

Jeder Copter wird über eine Fernsteuerung gesteuert. Auch hier ist zu berücksichtigen, was der Multicopter alles „können soll“. Manche RC-Anlagen besitzen 6 Steuerkanäle, andere auch 8 oder mehr. 4 Kanäle werden mindestens benötigt, um alle 4 Flugachsen des Fluggeräts zu kontrollieren. Möchte ich während des Fluges zwischen verschiedenen Flugmodi wechseln, wird ein weiterer Kanal benötigt.

Auch muss bei der Auswahl des passenden Empfängers darauf geachtet werden, dass dieser zur Fernsteuerung passt. Die wenigsten Systeme sind untereinander kombinierbar, deshalb sollte man sich immer vorher darüber informieren, welche Empfänger mit der eigenen Fernsteuerung kompatibel sind.

Zusatzequipment und Tuning-Teile

Wer seine Drohne noch etwas pimpen möchte, der begegnet im Multicopter-Bereich zuerst einmal dem FPV-Fliegen (First Person View = Ich-Perspektive). Mit Hilfe einer FPV-Kamera, eines Video-Senders, eines Empfängers und einer FPV-Brille (oder Monitor) bekommt der Pilot hier das Gefühl, als würde er den Copter aus dem Cockpit selbst steuern.

Auch Zusatzmodule wie ein Telemetriesystem zur Live-Übertragung von Flugdaten oder ein Kamerasystem mit einer Gimbal-Aufhängung zur Erstellung von erschütterungsfreien Videos können an einen Copter angebracht und angeschlossen werden.

Zusammenfassend benötigen wir also für den Selbstbau eines Multicopters folgende Komponenten:

  • Rahmen (Frame)

  • Flightcontroller (Flugsteuerung)

  • Motoren

  • Luftschrauben

  • ESC (Motorenregler)

  • Akku

  • RC-Anlage

  • Zusatzbauteile wie FPV-Equipment, Kamera und Aufhängung oder Telemetrie-System

Copter im Eigenbau

Ein Copter lässt sich relativ einfach auch selber bauen
© Franzis

Gut, wenn man für den Eigenbau eine Anleitung an der Hand hat, die Schritt für Schritt erklärt, wie man ein Do-it-yourself-Copter-Projekt plant und umsetzt. Bauteile berechnen, verbauen und einstellen, unterschiedliche Flightcontroller montieren und programmieren, das alles wird im Buch „ Drohnen selber bauen und tunen “ erklärt. Drei umfangreiche Kapitel ermöglichen den Eigenbau von Multicoptern - von der Low-Cost-Drohne bis zum großen Power-Octocopter. Dazu gibt es viele weitere Tipps und Tricks.

Inhalt
•    Rahmen und Motoren
•    Motorsteuerung - der Brushless-Regler (ESC)
•    Luftschrauben im Copterbau
•    LiPo-Akkus
•    Ladegeräte und Ladetechnik
•    Flightcontroller: Ardupilot Mega 2.6, DJI Naza Lite, KK Board Mini, MultiWii Crius 2.6 und Openpilot CC3D
•    Funksteuerung des Multicopters
•    Telemetriesysteme
•    Kameras, Gimbals und FPV
•    Immersionsfliegen wie im Cockpit (FPV)
•    Gesetze, Rechtslage und Versicherung
•    Rechnerische Grundlagen
•    PID-Werte einstellen
•    Bauprojekte: Low-Cost-Drohne, Allround-Quadrocopter und Power-Octocopter


 

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