Frame Information
Wie wähle ich den richtigen Frame?
Der Frame und seine Aufgabe
Der Frame ist der Körper der Drohne. Die Hauptaufgabe eines Frames (Rahmens) ist es die ganzen elektronischen Teile zusammenzuhalten und sie bei einem Aufprall/Crash zu schützen. Seine Form, Größe und das Material aus welchem er gefertigt ist, haben einen direkten Einfluss auf das Flugverhalten der Drohne. Ein guter Frame sollte widerstandsfähig, langlebig, funktional und leicht sein.
Größe
Angegeben wird die Größe mit der weitesten Distanz von Motor zu Motor in Millimeter. Frames mit einer Größe unter 150mm werden als micro bezeichnet und Frames mit einer Größe über 150mm werden als mini bezeichnet.
Die Größe eines Frames ist ein ausschlaggebender Faktor für die Wahl der restlichen Komponenten. Wie man auf dem Bild unten erkennen kann, befinden sich die Propeller auf einer Höhe mit dem Mittelteil des Frames (Das ist bei den meisten Frames so). Der Frame bestimmt also die maximale Größe der Propeller, denn sind sie zu lang, dann bleiben sie am Mittelteil des Frames hängen. Die Größe der Motoren bestimmt wiederum die Motorenwahl (hier ein Artikel dazu) und die Motorenwahl bestimmt wiederum die Wahl anderer elektronischer Komponenten.
| Frame Größe | Propeller | Motor Grösse | KV-Rating |
|---|---|---|---|
150mm und kleiner | 3" oder kleiner | 1105-1306 | 3000KV und höher |
180mm | 4" | 1806 | 2600KV-3000KV |
210mm | 5" | 2204-2208 / 2306 | 2300KV-2600KV |
250mm | 6" | 2204-2208 / 2306 | 2000KV-2300KV |
350mm | 7" | 2208 | 1600KV |
450mm | 8" oder größer | 2212 oder größer | 1000KV oder niedriger |
Je nachdem was man von der Drohne erwartet muss man die richtige Frame-Größe wählen:
- Ein sehr kleiner Frame (150mm und kleiner) ist leicht und bietet eine hohe Wendigkeit. Sehr kleine Frames können aber gar nicht den Platz für High-Performance Teile bieten, weshalb es oft an Leistung mangelt.
- Mittelgroße Frames (180-350mm) bieten meist genug Platz um leistungsstarke Komponenten zu verbauen. Durch ihre aber immer noch kompakte Bauweise sind sie ebenfalls relativ wenig und leicht. Dafür sind sie aber meist nicht in der Lage zusätzliche Ladung wie eine große Kamera mit Gimbal zu tragen. Durch ihre eher kleineren Propeller fliegen sich diese Drohnen meist etwas “schnippig” (nicht im negativen Sinne)
- Große Frames (450mm) bieten Platz für die großen Teile und auch für die großen Propeller. Sie zwar nicht leicht und wenig, dafür können sie schweres Equipment wie große Kameras in der Regel besser tragen. Durch die großen Propeller fliegen sie sich sehr ruhig und kontrolliert.
Material
Die allermeisten Frames für micro- und mini Drohnen sind aus Kohlefaser (carbon fiber) gemacht. Kohlefaser besteht aus 5-10 Micrometer dünnen Fasern, welche zum größten Teil aus Kohlenstoff bestehen. Kohlefasern sind sehr steif und widerstandsfähig aber gleichzeitig auch sehr leicht. Das macht sie bestens geeignet für Drohnen-Frames. Man muss jedoch aufpassen, weil dieses Material elektrischen Strom leiten kann. Keine elektrischen Bauteile sollten Kontakt zum Rahmen haben. Außerdem sollten Antennen so weit wie möglich vom Frame entfernt sein, damit er den Empfang der Antennen nicht negativ beeinflusst. Ein Nachteil sind die hohen Herstellungskosten, welche sich deutlich auf den Preis der Frames auswirken. Ich selbst habe es noch nie geschafft einen Kohlefaserrahmen zu zerstören. Nach einiger Zeit und vielen Crashes werden die meisten Frames aber an bestimmten Stellen weich und brechen leichter. Gerade an den Spitzen der Arme lösen sich die Frames gerne auf und hinterlassen gerne kleine scharfe Splitter.
Neben Kohlefaserframes gibt es auch Frames welche aus Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE) bestehen. HDPE ist aber nicht ganz so widerstandsfähig wie Kohlefaser. Deshalb sind Frames aus HDPE meist dicker und dementsprechend auch schwerer. Ich empfehle Kohlefaser, da hat man auch eine größere Auswahl.
Selten werden auch Metalle wie Aluminium oder Stahl für gewisse Bestandteile des Frames verwendet. Diese sorgen für einen noch stabileren und meistens auch aus designerischer Sicht ansprechenderen Frame. Dafür muss man aber auch meistens tiefer in die Tasche greifen und mit ein wenig zusätzlichem Gewicht leben.
Formen und Varianten
Der größte Unterschied in der Form von Frames ist die Anzahl der Arme.
Am gängigsten sind Frames mit 4 Armen und Motoren. Man spricht auch von einem Quadrocopter. Man braucht nämlich mindestens vier Motoren um ein recht stabiles Flugverhalten zu erzeugen. Es gibt auch Frames mit 3 Armen (3 Motoren) oder gar mit 2 Armen. Die fliegen zwar auch, aber mit weniger Motoren liegen sie auch einfach weniger stabil in der Luft. Ein Hexacopter bezeichnet eine Drohne mit sechs Motoren und ein Octocopter dementsprechend eine Drohne mit 8 Motoren. Je mehr Motoren, desto mehr Gewicht kann die Drohne tragen. Dafür wird sie aber auch in ihrem Eigengewicht schwerer und verbraucht deshalb mehr Strom. Die gängigste Bauweise ist die Drohne mit 4 Motoren. Wer jedoch eine große Kamera mit mehreren 100 Gramm Gewicht tragen möchte, muss sich überlegen ob eine Hexacopter oder gar ein Octocopter sinnvoll wären. Ein Vorteil haben Frames mit mehr als 4 Motoren aber noch. Wenn bei einem Quadrocopter (4 Motoren) ein Motor ausfällt, dann stürzt die Drohne ziemlich sicher ab. Bei einem Hexacopter oder Octocopter kann man die Motoren so programmieren, dass wenn einer ausfällt, die anderen entgegenwirken und die Drohne in der Luft halten. Das ist besonders sinnvoll für Leute, welche teures Kameraequipment tragen. Für die meisten Leute ist ein Frame mit 4 Armen aber genau richtig. Deshalb konzentriere ich mich im Folgenden auf Frame-Formen mit 4 Armen.
True X:
Dieser Frame-Typ besitzt die Form eines X. Die Distanz der Motoren ist bei diesem Rahmen überall gleich, was für eine identische Stabilität auf allen Achsen sorgt. Wegen seiner Bauform bietet der X-Frame leider kaum Platz für Bauteile, weshalb diese im Vorhinein sorgfältig ausgewählt werden müssen. Der Akku kann aus demselben Grund nicht auf der Drohne montiert werden, sondern muss unter an der Drohne befestigt werden. Der Vorteil des X-Frames ist, dass er relativ leicht und aerodynamisch ist, was ihn gerade im Racing-Bereich sehr beliebt macht.
Wide X:
Beim Wide X sind die Arme des Frames zur Seite hin weiter von der Mitte weggestreckt. Das sorgt für eine höhere Stabilität auf der Roll-Achse. Außerdem entsteht mehr Platz für Komponenten, wie zum Beispiel eine Actioncam, weil die Motoren und Propeller zur Seite hin weiter von der Mitte entfernt sind.
Stretch X:
Der Stretch X ist ein gedrehter Wide X. Hier werden die Arme des Frames nach vorne und nach hinten weggestreckt anstatt zur Seite. Dadurch stellt sich eine höhere Stabilität auf der Pitch-Achse ein. Stretch X Frames finden vor allem bei Racing-Drohnen eine hohe Beliebtheit.
Dead Cat:
Das Dead Cat Design wirkt schon verrückter. Hier sind die beiden vorderen Arme weiter auseinander als die hinteren beiden Arme. Dadurch ist die Distanz der beiden vorderen Motoren größer, wodurch man ähnlich wie beim Wide X die Propeller aus dem Sichtfeld der Actioncam bringt. Dead Cat was auf Deutsch “tote Katze” heißt wurde von Bart Jansen erfunden, welcher seine verstorbene Katze präpariert hat und ihren toten Körper in eine organische Drohne (Kein Scheiß) verwandelt hat.
H:
Ein H-Frame hat die Form eines H´s. Durch diese Form besitzt der Frame in der Mitte mehr Platz um Elektronik einzubauen. H-Frames sind aber nicht mehr aktuell, da man erkannt hat, dass die Verkabelung durch die sperrige Form erschwert ist.
HX:
Der HX Frame hingegen ist heute immer noch beliebt, weil er die positiven Eigenschaften vom X- und dem H- Frame vereint. Er besitzt genauso wie der H-Frame in der Mitte viel Stauraum für die Elektronik, lässt sich aber durch die in X-Form angewinkelten Arme der Drohne sauber verkabeln. In der Miniquad-Welt ist er einer der beliebtesten Frame-Formen.
Plus:
Dieses Framedesign sieht aus wie ein Plus-Zeichen. Das große Problem ist aber, dass der vordere Motor der FPV-Kamera im Weg ist und man deswegen nur eine beschränkte Sicht hat. Deswegen ist der Plus Frame im FPV-Bereich auch sehr unbeliebt.
Unibody Frame vs. auswechselbare Arme:
Unibody Frame:
Ein Unibody Frame besteht nur aus einem einzigen Teil. Das heißt die Bodenplatte und die einzelnen Arme der Drohne sind eine einzige miteinander fest verbundene Platte. Der Vorteil ist, dass ein Unibody Frame stabiler ist, weil die Wucht bei einem Aufprall besser verteilt wird. Ein Nachteil sind die hohen Herstellungskosten und der damit höhere Preis, weil bei der Herstellung eines Unibody Frames mehr überschüssiges Material entsteht. Zudem kann man, wenn bei einem Crash die Arme der Drohne brechen keine Ersatzarme verwenden. Stattdessen muss man sich einen komplett neuen Frame kaufen.
Auswechselbare Arme:
Bei einem Frame mit auswechselbaren Armen kann man bei einem Crash ganz einfach den beschädigten Arm entfernen und durch einen neuen ersetzten. Dadurch kann man eine Menge Geld sparen, besonders als Anfänger. Auch die Anschaffung eines solchen Frames ist oft billiger als die Anschaffung eines Unibody Frames. Ein Nachteil ist jedoch das meist höhere Gewicht. Ein Frame mit auswechselbaren Armen benötigt nämlich zusätzliche Teile und Schrauben um die Arme zu befestigen. Die meisten Frames welche man heute kaufen kann, besitzen jedoch auswechselbare Arme. Alleine schon aus dem Grund, dass man durch den nicht zusammengebauten Frame Transportkosten durch Platzeinsparung verringert.
Akku Befestigung
Da der Akku im Vergleich zu den anderen Komponenten relativ schwer ist, kann er je nachdem wo er an der Drohne angebracht ist, durch sein Gewicht das Flugverhalten der Drohne stark beeinflussen.
Oben montiert:
Wenn der Akku oben auf der Drohne montiert ist, befindet er sich meist näher am Schubmittelpunkt. Das bedeutet er ist näher an der Ebene, in welcher die Motoren den Schub für die Drohne bereitstellen. Das sorgt für eine erhöhte Stabilität der Drohne. Zudem kann ein oben montierter Akku das Gewicht einer am vorderen Ende der Drohne befestigten Actioncam zum Teil kompensieren. Außerdem hat der oben montierte Akku beim Landen um beim Starten keinerlei Kontakt zum Boden, was zu seiner Langlebigkeit beiträgt. Um den Akku oben montieren zu können muss der Frame jedoch genug Platz bereitstellen. Ein H-Frame oder ein HX Frame sind ideal geeignet.
Unten montiert:
Bei einem unten montierten Akku, liegt der Gewichtsschwerpunkt zwar mehr in der Mitte, was eine höhere Stabilität bei höheren Geschwindigkeiten ermöglicht, dafür ist aber der Schubschwerpunkt oft unter dem Gewichtsschwerpunk, was wiederum zum einer Instabilität führen kann. Zudem hat der Akku jedes Mal beim Landen und beim Starten direkten Kontakt zum Boden, was ihn über die Zeit stärker abnutzt. Beim Landen muss man durch den unten liegenden Akku auch ein feines Händchen haben. Viele FPV-Piloten im Racing-Bereich berichten aber, dass sie durch einen unten montierten Akku besser engere Kurven fliegen können, weil der Akku die Drohne um die Kurve “schwingt”. Bei FPV-Rennen werden bevorzugt Drohnen mit unten montierten Akkus verwendet.
Mittig montiert:
Hier sitzt der Akku nicht wirklich im Mittelteil der Drohne. Dort befindet sich immer die Elektronik. Der Akku befindet sich oben auf dem Frame. Allerdings sind die Arme nicht unten am Frame, sondern oben am Frame montiert. So ist der Akku auf einer Ebene mit den Motoren. Dadurch wandert der Gewichtsschwerpunkt relativ in die Mitte. Das Ziel ist es eine erhöhte Stabilität zu erzeugen. Allerdings gibt es nur wenige Frames mit einem solchen Design. Einer der wenigen ist der “Ummagawd Remix”.
Montagemuster (mounting pattern)
Jeder Frame hat sogenannte Befestigungslöcher. Die Rede ist hier von kleinen Bohrungen, welche dazu dienen die elektronischen Bauteile am Frame zu befestigen. So kann man den Flighcontrolle und das PDB beispielsweise mit Schrauben am Frame befestigen. Die Bohrungen sind immer in einem quadratischen Muster angeordnet. Die Anordnung dieser Bohrungen zueinander nennt man Montagemuster (englisch: mounting pattern). Allerdings unterscheiden sich die Montagemuster beim Abstand der Löcher zueiannder. Im Moment gibt es drei gängige Montagemuster:
-30,5 x 30,5mm
-20 x 20mm
-16 x 16mm
Beim Kauf von Komponenten wie Flight Controller oder 4-in-1 ESC sollte man darauf achten, dass diese Komponenten dasselbe Montagemuster wie die Befestigungslöcher des Frames haben, damit man sie problemlos montieren kann. Viele Frames haben mehrere Bohrungen und unterstützen daher auch meist mindestens zwei der drei Montagemuster.
FPV-Kamera Befestigung
Auch FPV-Kameras gibt es in unterschiedlichen Größen (mini, micro, nano…). Nicht jede Kamera passt in jeden Frame. Deshalb sollte man sich informieren ob der Frame überhaupt genug Platz für die Kamera bietet. Des Weiteren sollte man überprüfen ob man den gewünschten Kamerawinkel einstellen kann. Manche Frames sind so designed, dass sehr hohe oder sehr niedrige Kamerawinkel gar nicht möglich sind, weil die Kamera ab einem gewissen Winkel gegen den Frame stößt. Als letztes kann man noch checken, ob die Kamera durch den Rahmen geschützt wird oder ob sie komplett offen liegt. Bei einem Crash kann eine komplett offen liegende Kamera nämlich leicht beschädigt oder gar zerstört werden. Im besten Fall steht der Frame leicht über die Kamera raus, damit bei einem Crash der Aufprall vom Frame aufgefangen wird und nicht von der Kamera.
Pods
Ein Pod ist ein kleines Kunststoffgehäuse, welches die Drohnenkomponenten schützt.
Pods gibt es nur bei Drohnen, welche den Akku unten montieren, da das Montieren auf dem Pod unmöglich ist. Die Pod bestehen meist aus einem flexiblen Kunststoff, welcher mittels 3D-Drucker verarbeitet wird. Der Vorteil von Pods ist, dass sie dichter abschließen als normale Karbon-Frames. Dadurch kann weniger Schmutz und Nässe zur Elektronik durchdringen. Andere finden Pods einfach ansehnlicher und benutzen sie deswegen. Wiederum andere schwören auf die verbesserten aerodynamischen Eigenschaften durch den Pod. Auf der anderen Seite gehen Pods aber auch schneller kaputt als Bauteile aus Karbonfiber. Zudem kann es durch die geschlossene Bauform zur Überhitzung einzelner Bauteile kommen.
FAQ
In diesem Abschnitt gebe ich kurze Antworten zu den meist gestelltesten Fragen
Mein Karbonfiber Frame zerbröckelt/löst sich an den Enden der Arme. Kann ich etwas tun?
Das ist ganz normal. So ein Frame muss eben auch viel einstecken. Die einzelnen Schichten des Karbonfibers lösen sich gerne am Ende der Arme. Hier gilt es vorsichtig zu sein, weil man sich dadurch winzige Karbonsplitter einfangen kann.
Man kann den Prozess verlangsamen, indem man mit kleinen Feilen die beschädigten Enden der Arme leicht anfeilt. Das Ziel ist es zu verhindern, dass sich noch mehr Schichten des Rahmens ablösen, sonst ist das wie wenn man bei einem Pulli anfängt einen Faden herauszuziehen. Man schneidet den Faden ab, damit sich der Pulli nicht weiter auflöst. Man sollte natürlich nicht zu viel abfeilen, weil man es sonst nur noch schlimmer macht.
