ESC Information
Wie wähle ich den richtigen ESC?
Was ist ein ESC?
Der ESC (Electronic Speed Controller) ist ein elektronischer Regler, der die Geschwindigkeit eines Elektromotors steuert bzw. regelt. Jeder Motor benötigt einen eigenen ESC zur Regelung. Oft werden die ESCs einzeln verbaut. Das heißt man hat vier verschiedene Platinen. Es ist in letzter Zeit aber immer beliebter geworden sogenannte 4 in 1 ESCs zu verwenden. Hier sind es zwar immer noch vier verschiedene ESCs, diese befinden sich aber alle samt auf einer Platine.
Der ESC bezieht die benötigte Energie aus dem Akku und erhält seine Signale vom Flight Controller, der mit dem Empfänger der Drohne verbunden ist. Das Signal teilt dem ESC mit, wie viel Strom er vom Akku an den Motor weiterleiten muss. Der ESC ist eines der am stärksten belasteten Teile der Drohne, weil durch ihn teils 10, 20 oder 30 Ampere fließen.
Einzelne ESCs oder 4 in 1 ESC
Einzelne ESC’s sind, wie der Name schon sagt, einzelne unabhängige Platinen. Bei Quadrocoptern werden sie oft an den Armen der Drohnen befestigt. Wenn Sie 4 verschiedene Motoren haben, dann haben Sie 4 verschiedene und individuelle ESCs. Wenn einer kaputt geht, dann kann man diesen einfach austauschen und durch einen neuen einsetzen. Ein 4-in-1 ESC besteht auch aus vier verschiedenen ESCs, welche sich allerdings auf einer einzigen Platine befinden. Es gibt natürlich nicht nur 4-in-1-ESCs, sondern auch 6-in-1-ESCs. Es geht einfach nur darum, dass mehrere ESCs auf einer Platine zusammengefasst sind. Der Vorteil ist einfach, dass man häufig Platz spart und die Drohne ein paar Gramm leichter wird. Manchmal spart man sich auch einen Kabelsalat, weil der 4-in-1-ESC mit einem Flight Controller vom gleichen Hersteller kompatibel ist und man die beiden leichter verbinden/verkabeln kann. Der Nachteil ist allerdings, dass wenn etwas auf der Platine kaputt geht, die ganze Platine ausgetauscht werden muss. Man kann also bei einem Defekt nicht einfach den defekten ESC austauschen.
Wie schließe ich einen ESC an?
Einzelner ESC:
Einzelne ESCs haben zwei Enden. An einem Ende gibt es ein Plus (rot), Minus (schwarz) und zwei weitere kleine Kabel (meist schwarz und weiß). Das große rote, sowie das große schwarze Kabel müssen an + und – des PDB’s angeschlossen werden. Das kleine weiße Kabel muss an den Signal-Pin vom PDB angeschlossen werden (meist direkt neben + und -). Das kleine schwarze Kabel muss an Signal-Ground vom PDB (meist direkt neben dem kleinen weißen Kabel) angelötet werden. Am anderen Ende des ESC’s befinden sich drei Lötstellen. An diese drei Lötstellen muss man die drei Kabel des Motors anlöten. Es ist erstmal egal wo man welches Kabel hinlötet. Später muss man überprüfen ob sich der Motor in die richtige Richtung dreht. Wenn nicht, dann muss man einfach zwei der drei Kabel miteinander vertauschen. Dabei ist es völlig egal welchen beiden Kabel man miteinander vertauscht
4-in-1 ESC:
Bei einem 4-in-1 ESC muss man die Motoren einfach direkt an die drei vorhanden Lötstellen, welche für jeden der Motoren vorhanden sind, anlöten. Außerdem muss man Plus(rot) und Minus(Schwarz) des 4-in-1 ESC’s direkt an den Akku anschließen. Dadurch spart man sich den Einsatz eines PDB’s eigentlich komplett. Meistens besitzen 4-in-1 ESC’s auch einen kleinen Stecker mit vielen Kabeln. Diesen kann man an einen kompatiblen Flightcontroller anschließen. Dadurch werden alle Signale und Telemtriedaten ausgetauscht.
Auch hier gilt: Wenn sich ein Motor in die falsche Richtung dreht, dann muss man bei diesem Motor einfach zwei der drei Kabel miteinander vertauschen. Dabei ist es völlig egal welche beiden der drei Kabel vertauscht werden.
Falls du dir nicht sicher bist, ob sich deine ESCs richtig drehen, dann solltest du deine Drohne an deinen Computer anschließen und in der Firmware (Betaflight, Cleanflightm Kiss…) deines Flight Controllers nachschauen. Dort ist meist eine Anzeige, auf welcher man erkennen kann, in welche Richtung sich die einzelnen Motoren drehen sollten.
Brushless und Brushed
Verschiedene Arten von Motoren benötigen verschiedene Arten von ESCs. Generell kann man in der RC-Welt die Motoren in Brushed und Brushless unterteilen. Der große Unterschied liegt im unterschiedlichen Aufbau der Motoren und der dadurch begründeten unterschiedlichen Funktionsweise. Der Brushed Motor arbeitet mit Gleichspannung und der Brushless Motor mit Wechselspannung.
Für die Auswahl des ESCs ist hier wichtig, dass man schaut welchen Typ von Motor man verwendet und dann den kompatiblen ESC verwendet. Ein Brushless Motor ist auf keinen Fall mit einem ESC für Brushed Motoren kompatibel. Da man aber bei den meisten Drohnen Burshless Motoren einsetzt, wird sich dieser Artikel auch hauptsächlich auf ESC’s für Brushless Motoren beiziehen.
Stromstärke
Verschiedene ESC’s vertragen unterschiedliche Mengen an Strom. Manche ESC’s können ohne Probleme 40 Ampere aushalten, andere geraten bei 10 Ampere schon an ihre Grenzen. Generell ist das auch einer der wichtigsten Kaufkriterien.
Die Motoren einer Drohne ziehen Strom. Wenn sie mehr Strom benötigen, als der ESC liefern kann, dann kann das den ESC beschädigen oder gar zerstören. Um herauszufinden wie viel Strom ein ESC mindestens liefern sollte, muss man wissen wie viel Strom die Motoren verbrauchen. Das ist manchmal gar nicht so einfach, weil es nicht nur auf den Motor ankommt, sondern auch auf die verwendeten Propeller. Auf YouTube gibt es zu vielen Motoren Tests, in welchen auch der Stromverbrauch mit verschiedenen Propellern getestet wird. Hier unten mal ein Beispiel:
Wenn man jetzt also weiß wie viel Strom die Motoren in etwa ziehen, muss man ESC’s finden, welchen diesen Strom vertragen. In jedem Online-Shop und sogar auf dem ESC selbst steht wie viel Strom er verträgt.
Dabei unterscheidet man zwei verschiedene Werte. Zum einen den continious-current (dauerhaften Strom) und den burst-current (Burst Strom). Beim ersteren Wert geht es darum, wie viel Strom der Motor dauerhaft, also über einen längeren Zeitraum hinweg sicher dem Motor bereitstellen kann. Der Wert burst-current gibt an, wie viel Strom der ESC für kurze Zeit (wenige Sekunden) maximal liefern kann. Weil man ja nicht die ganze Zeit mit „Vollgas“ fliegt, muss der ESC ja auch nicht die ganze Zeit die maximale Menge an Strom bereitstellen. Wenn man dann aber mal für kurze Zeit die maximale Leistung benötigt, dann gibt der Burst-Current an wie viel Strom maximal fließen darf. Generell sollte man bei der ESC-Auswahl großzügig sein, da zu viel Strom den ESC sehr schnell beschädigen kann. Lieber ein wenig mehr als zu wenig
Bitte beachte, dass du immer einen kleinen Puffer haben solltest. Wenn du also berechnest, dass deine Drohne insgesamt 80A braucht, dann bedeutet das, dass bei 4 Motoren jeder ESC mindestens 20A liefern muss. Dennoch solltest du hier dann auf einen ESC mit 30A zurückgreifen. Denn wenn du zum Beispiel neue und größere Propeller auf deine Motoren schraubst, kann es dazu führen, dass die einzelnen Motoren ein wenig mehr Strom ziehen. So ziehen sie pro Stück nicht mehr 20A, sondern beispielsweise 25A. Das wäre dann sehr schlecht für deine ESCs. Es ist also kein Problem, wenn dein ESC mehr Strom bereitstellen kann, als die Motoren eigentlich benötigen. ESC’s sind nicht billig und deshalb sollte man auf Qualität und Langlebigkeit achten.
Spannung
Bei der Spannung ist es ähnlich wie bei der Stromstärke. Man muss schauen, dass man sich ESCs kauft, welcher für dieselbe Spannung wie die Motoren und der Akku ausgelegt sind. Die Spannung wird bei RC-Bauteilen häufig mit einem „s-Rating“ angegeben. Die s stehen für die Zellen des Akkus. Ein LiPo Akku mit einer Zeller hat 3.7V. Wenn also auf dem ESC „1s“ steht, dann bedeutet das, dass der ESC mit Motoren und Akkus kompatibel ist, welche ebenfalls für eine Spannung von 3.7V (1s) ausgelegt sind. Steht zum Beispiel 3s auf dem ESC, dann sind damit 3 x 3.7V gemeint -> 11.1V. Die meisten ESCs haben aber meist einen ganzen Spannungsbereich in welchem sie arbeiten. So sind sie nicht an eine spezielle Spannung von zum Beispiel 3s gebunden, sondern operieren beispielsweise in einem Bereich zwischen 3s-4s. Das bietet dann einfach mehr Freiheiten bei der Wahl von Akku und Motoren.
Firmware
Ja auch ESCs haben eine Firmware
In der Vergangenheit empfing der ESC sein Signal vom Flight Controller in Form eines standard PWM-Signals (Pulse Widht Modulated). Heute kommunizieren moderne ESCs mit viel schnelleren digitalen Protokollen. Der ESC empfängt das Signal und setzt es dann in eine Motordrehzahl (RPM) um. Aufgrund der neuen digitalen Kommunikation kann diese Drehzahländerung unglaublich schnell erfolgen. Um dies zu ermöglichen, verwenden moderne ESCs ihre eigenen Onboard-Mikroprozessoren und benötigen daher eine Firmware. Die älteren ESCs verwenden einen 8-Bit Mikroprozessor, wohingegen die neueren tendenziell auf 32-Bit Prozessoren zurückgreifen. Je nachdem, welchen ESC man verwenden möchten, gibt es derzeit einige Arten von Firmware.
BLHeli wird auf älteren 8-Bit-ESCs eingesetzt und kann nur One-Shot-Protokolle ausführen. Spätere ESC-Modelle, welche BLHeli verwendeten waren aber auch teilweise in der Lage das Multishot Protokoll zu verwenden.
BLHeli_S wird auch auf 8-bit ESCs verwendet, aber mit modernerer Hardware. Es kann die Protokolle OneShot, Multishot und Dshot bis zu Dshot 600 ausführen.
BLHeli_32 läuft auf den neueren 32-bit ESCs. Es ist in der Lage die neusten Protokolle wie D-Shot 1200 zu verwenden. Auch die Telemetriefunktion ist bei BLHeli_32 verfügbar.
KISS ist eine Firmware, die nur auf KISS ESCs läuft. Sie ist Oneshot- und D-Shot-fähig und verfügt über Telemetriefunktionen (Kann Daten wie Stromstärke und Spannung an den Flightcontroller zurücksenden)
Hier zur Veranschauchlichung ein Balkendiagramm, in welchem die Kommunikationsgeschwindigkeit durch PWM mit dem schnellsten modernen ESC-Protkoll (Dshot1200) verglichen wird:
Hier ein weiteres Balkendiagramm, in welchem die Kommunikationsgeschwindigkeiten aller Protokolle verglichen werden:
Kondensatoren
Kondensatoren sind auf dem ESC von Werk aus angebracht. Man kann sie aber auch selbst nachrüsten/erweitern.
Kondensatoren sind etwas, worüber man als Anfänger aber nicht unbedingt nachdenken muss. In der Vergangenheit wurden viele ESCs mit großen Elektrolytkondensatoren geliefert. Ihre Aufgabe ist es, die Stromabgabe und damit das Flugverhalten der Drohne zu glätten. Beispielsweise können bürstenlose Motoren beim Bremsen Spannungsspitzen erzeugen. Kondensatoren helfen diese Spannungsspitzen abzuflachen. Aber Kondensatoren schützen nicht nur die Elektronik, sondern reinigen auch den FPV-Videofeed. Da alle Teile direkt oder indirekt elektronisch verbunden sind kann es sein, dass es zu einer „Verunreinigung“ der Stromsignale kommen kann, wodurch sich Bildstörungen einschleichen können. Kondensatoren können diese Verunreinigungen teils filtern und dadurch das Bild klarer machen. Ein Nachteil von Kondensatoren ist das erhöhte Gewicht und das Vorhandensein eines weiteren Bauteils, welches kaputt gehen kann
Weitere Funktionen
Active Braking:
ESC’s welche Active Braking unterstützen, können das Ansprechverhalten der Drohne stark verbessern. Wenn man einen ESC ohne Active Braking verwendet und das Gas wegnimmt, dann dreht sich der Motor langsam aus. Beim Active Braking wird beim Gas-wegnehmen eine Gegenkraft auf den Motor ausgeübt, sodass er fast augenblicklich zum Stillstand kommt. Beim Fliegen wird dadurch eine präzisere Ansteuerung möglich, wodurch ein “stabileres” Flugverhalten entsteht.
Reverse Funktion (Turtle Mode):
Normalerweise drehen sich die Motoren an einer Drohne immer in eine festgelegte Richtung. Ein Richtungswechsel ist während des Fluges nicht möglich. Dazu müsste man die Drohne an einen Computer anschließen oder gar Kabel neu verlöten. Bei ESC’s mit Reverse Funktion kann man jedoch die Drehrichtung per Knopfdruck ändern. Das macht während des Fluges relativ wenig Sinn, aber es gibt einen Anwendungszweck, bei welchem diese Funktion super praktisch ist. Wenn Schildkröten auf dem Rücken liegen, dann tun sie sich schwer sich wieder auf die richtige Seite umzuwälzen. Ähnlich ist das mit Drohnen. Wenn sie einmal auf dem Kopf liegt, dann muss man hinlaufen und sie per Hand wieder richtig drehen. Der Turtle-Mode (Schildkröten-Modus) ermöglicht es der Drohne sich von alleine zu drehen. Dazu drückt man einfach einen Knopf auf der Fernbedienung, anschließend schalten die ESC’s die Reverse-Funktion an, wodurch sich die Motoren in die andere Richtung drehen. Dadurch kann die Drohne nach oben fliegen und sich wieder richtig drehen, obwohl sie auf dem Kopf liegt.
BEC (Spannungsregler):
Manche ESC’s (vor allem 4-in-1 ESC’s) haben einen eingebauten Spannungswandler, welcher die Batteriespannung in 5V umwandelt, damit man damit andere Bauteile, wie zum Beispiel den Flightcontroller mit Strom versorgen kann. Generell ist das praktisch, auf der anderen Seite haben die meisten Flightcontroller, Kameras und andere Bauteile ihre eigenen Spannungswandler, wodurch man den Spannungswandler vom ESC eigentlich gar nicht braucht. Andererseits kann man durch einen 4-in-1 ESC mit eingebautem Spannungswandler das PDB eigentlich komplett weglassen, weil der ESC alle Aufgaben des PDB’s übernimmt. Dadurch spart man Platz und Gewicht.
FAQ
In diesem Abschnitt gebe ich kurze Antworten zu den meist gestelltesten Fragen
Wie befestige ich die ESC's an meiner Drohne?
Wenn du einzelne ESC’s hast, dann befestigst du sie auf der Oberseite deiner Drohnenarme. Dazu kannst du einfach Kabelbinder oder starkes Isolierband verwenden. Wenn du einen Frame aus Kohlefaser hast, dann vergiss bitte nicht, dass Kohlefaser Strom leiten kann. Der ESC sollte, wenn er nicht in einer Plastikhülle ist (die Elektronik also offen liegt) unter keinen Umständen Kontakt zum Rahmen haben. Wickle den ESC gut mit Klebeband ein und klebe zusätzlich noch Isolierband an die Stelle des Frames, auf welche du den ESC später platzieren möchtest.
Ein 4-in-1 ESC wird wie der Flightcontroller im Mittelteil der Drohne mit Schrauben befestigt. Die Kabel von den Motoren verlegst du über die Arme bis hin zum ESC. Damit sich die Kabel nicht zu sehr bewegen, kannst du sie optional mit Klebeband oder Kabelbinder an den Armen befestigen.
Meine ESC's piepen. Ist das normal?
ESC’s piepen wenn man den Akku einsteckt immer. Das ist völlig normal. Es kann aber sein, dass ein Fehler vorliegt und sie deswegen piepen (Dieses Piepen unterschiedet sich aber vom normalen Piepen). Wenn dein Piepen wie in der Audio-Datei unten klingt, dann sollte alles in Ordnung sein:
Die ersten drei Piepser signalisieren, dass die ESC’s mit Strom versorgt sind. Der erste lange Piepser danch bedeutet, dass ein Throttle-Signal vom FlightController empfangen wird und der zweite lange (etwas höhere) Piepser bedeutet, dass das Throttle-Signal bei 0 ist.
Manchmal piepesen die ESC’s auch, wenn du die Drohne seit längerem an hast, aber untätig bist und sie einfach nur rumsteht. Das soll eine Warnung für dich sein, weil sich eine Drohne, welche mit dem Akku verbunden ist, schnell erwärmt und ohne den kühlenden Flugwind überhitzt.
Falls keines der beiden Piepsmuster auf das Piepsen deiner ESC’s zutrifft, dann geben sie dir wahrscheinlich mit dem Piepsen einen Fehlercode aus. Dieser kann aber von ESC zu ESC variieren. Am besten schaust du in der Online-Anleitung zu deinem ESC nach was das Piepsen bedeutet.
