Motor Information

Wie wähle ich den richtigen Motor?

Was muss ich wissen?

Brushless und Brushed Motoren:

Brushless und Brushed Motoren unterschieden sich in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise. Man verwendet Brushed Motoren hauptsächlich in kleinen Micro-Drohnen. Brushless Motoren werden für größere Drohnen, wie zum Beispiel Miniquads, eingesetzt. Brushless Motoren sind effizienter und langlebiger als Brushed Motoren. Das liegt unteranderem daran, dass man für Brushed Motoren häufig noch Zahnräder braucht, um die hohen Drehzahlen herunterzuregeln. Brushless Motoren benötigen das nicht.

Inrunner und Outrunner:

Des Weiteren unterteilt man Motoren in Inrunner und Outrunner. Bei Inrunner-Motoren dreht sich der Rotor in einem geschlossenen Gehäuse, man sieht ihn also nicht. Dadurch ist er geschützt und geht nicht so schnell kaputt. Allerdings haben Inrunner-Motoren eine hohe Drehzahl und ein geringes Drehmoment, weshalb man meistens auf eine Übersetzung mit Zahnrädern angewiesen ist. Ein Outrunner-Motor hat seinen Rotor außen. Man sieht wie er sich dreht. Weil der Rotor nicht geschützt ist, kann er natürlich auch leichter beschädigt werden. Auf der anderen Seite hat der Outrunner-Motor eine geringere Drehzahl und dafür ein höheres Drehmoment, weshalb er auf keine Zahnradübersetzung angewiesen ist

Weil beim Drohnenbau hauptsächlich Brushless Outrunner zum Einsatz kommen, wird sich der Artikel auf diese beschränken. Hier noch ein Bild von einem Brushless Outrunner:

Den richtigen Motor wählen

Hier noch eine Grafik zur Erläuterung der Begrifflichkeiten:

Benötigte Leistung:

Die Aufgabe der Motoren ist es deine Drohne zum abheben zu bringen. Dazu müssen sie in der Lage sein genug Schubkraft zu erzeugen. Das ist das erste worüber du dir Gedanken machen musst. Motoren alleine erzeugen aber keinen Schub. Nur ein Propeller in Kombination mit einem Motor erzeugt Schub. Verschiedene Propeller-Motor-Kombos erzeugen unterschiedliche Schubwerte.

Als erstes solltest du eine ungefähre Überschlagsrechnung machen wie schwer deine Drohne sein wird.
Dann kannst du im Internet in Online-Datenblättern wie viel Schub verschiedene Motoren jeweils mit verschiedenen Propellern erzeugen.
Wenn du 4 Motoren hast, dann musst du logischerweise den Schub pro Motor mit 4 multiplizieren, um auf den Gesamtschub deiner Drohne zu kommen
Eine Grundregel besagt, dass deine Drohne mindestens doppelt so viel Schub aufbringen sollte, wie sie wiegt. Ansonsten verhält sie sich sehr träge und ist schwer zu steuern
Viele Drohnen (vor allem Freestyle und Racing) haben ein Schub/Gewicht Verhältnis von 5:1, 10:1 oder gar 15:1
Meiner Meinung ist zu wenig Schub schlecht, zu viel Schub kann das Steuern aber auch erschweren.
Du solltest zudem überprüfen, dass deine Motoren nicht zu viel Strom ziehen. Du musst sicherstellen, dass der Akku und auch die anderen Komponenten die Strommengen vertragen.

KV-Rating:

Das KV-Rating gibt an wie oft sich der Motor pro Minute , pro Volt dreht. Es geht also um die Umdrehungszahl pro Minute pro Volt.

Wenn ein Motor ein KV-Rating von 2300KV hat, dann dreht er sich 2300 mal in der Minute pro Volt. Wenn man jetzt einen Akku mit 11 Volt verwendet, dann dreht sich der Motor 2300*11=25300 mal pro Minute.

KV ist vor allem in Kombination mit dem gewählten Propeller von entscheidender Bedeutung. Wenn man nämlich einen Propeller auf dem Motor befestigt, dann erhöht das den Luftwiderstand, wodurch auch die Umdrehungen pro Minute vom berechneten Wert abweichen (um einiges weniger werden). Je größer der Propeller ist, umso mehr Luftwiderstand gibt es und umso mehr Strom muss durch den Motor fließen, um die Drehzahl zu erreichen.

Wenn man einen sehr großen Propeller mit einem Motor, der einen hohen KV-Wert besitzt verbindet, dann fließt sehr viel Strom durch diesen Motor. Das kann dazu führen, dass der Motor überhitzt und die Wicklungen im Inneren beschädigt werden.

Aus diesem Grund verwendet man Motoren mit hohem KV-Wert zusammen mit kleinen Propellern und Motoren mit niedrigem KV-Wert zusammen mit großen Propellern.

Du solltest also zuerst ermitteln wie groß der Propeller in etwa sein soll (lies dir dafür gerne meinen Artikel über Propeller durch) und dann wählst du einen Motor mit passendem KV-Wert.

Drehmoment:

Drehmoment und KV-Rating haben nichts miteinander zu tun. Zwei Motoren mit demselben KV-Rating können ein unterschiedliches Drehmoment haben .

Der Drehmoment wird von drei Faktoren beeinflusst:

je größer der Stator, desto höheres Drehmoment
Materialbeschaffenheiten
Konstruktionsbesonderheiten (AirGap…)

Motoren mit hohem Drehmoment haben bessere Ansprechzeiten, fliegen sich also “schnippiger”. Gleichzeitig können sie durch ihre Power aber auch zu Vibrationen führen. Aus diesem Grund fliegen sich Motoren mit geringerem Drehmoment meistens sanfter. Das ist aber lediglich Präferenzsache.

Pole und Magneten (N und P):

N gibt an, wie viele Magneten sich im Stator befinden
P gibt an, wie viele Magneten sich im Rotor (Glocke) befinden

Mehr Magneten resultieren in einem sanfteren Fluggefühl.

Weniger Magneten resultieren in mehr Power

Weil die Magneten aber nicht einfach willkürlich in ihrer Zahl platziert werden können, weil es technisch gesehen gewisse Voraussetzungen bezüglich der Anzahl gibt, muss man sich hier nicht wirklich den Kopf zerbrechen.

Größe:

Die Größe von Brushless-Motoren wird mit zwei verschiedenen Angaben gemacht. Zum einen wird die Höhe des Stators und zum anderen der Durchmesser des Stators angegeben. Normalerweise kann man diese Daten aus einer 4 Zeichen langen Zahl ablesen.

##XX ## steht hier für den Durchmesser des Stators und XX steht für die Höhe des Stators. Beide Angaben in Millimeter.

Die Wahl der Größe des Motors orientiert sich an den Propellern bzw. deren Größe an. Die Größe der Propeller wird meist du die Größe des Frames beschränkt. Wie vorhin schon gesagt hängt die Wahl des Motors von den verwendeten Propellern ab. Wenn mein Frame sehr klein ist und ich deswegen nur kleine Propeller verwenden kann, dann brauche ich einen Motor mit einem hohen KV-Wert. Diese Motoren sind relativ klein. Wenn ich hingegen große Propeller verwende, dann brauche ich einen Motor mit geringem KV-Wert. Diese Motoren sind meist größer.

Hier unten eine kleine Tabelle erstellt, welche möglicherweise bei der Auswahl der richtigen Größe helfen könnte.

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

Effizienz:

Bei Drohnen dreht sich alles um Flugzeit. Man sollte nicht vergessen, dass der Stromverbrauch der Motoren der entscheidendste Faktor für die Flugzeit ist. Ein wichtiger Punkt, welcher oft unbeachtet bleibt, ist die Motor-Effizienz.

Diese beschreibt wie Effizient der Motor den Strom in Schub umwandelt. Ein ineffizienter Motor braucht sehr viel Strom, erzeugt damit aber nur relativ wenig Schub.

Die Effizienz wird in Gramm pro Watt angegeben. Also wie viel Gramm Schub pro Watt Energie erzeugt werden. Desto höher der Wert ist, umso effizienter ist der Motor. Natürlich hängt die Effizienz auch vom Propeller ab.

Es ist nicht immer leicht an diese Effizienzwerte zu kommen. Gerade wenn es darum geht verschiedene Propeller zu vergleichen. Auf YouTube findet man aber zu vielen Motoren Tests, in welchen auch verschiedene Propeller durchprobiert wurden. Hier mal ein kleines Beispiel am EMAX Eco 2306:

Motoren anschließen

Die Motoren werden immer an einen ESC angeschlossen. Wenn du nicht weißt was ein ESC ist, dann schau doch bei meinem Artikel über ESC’s nach.

Ein Brushless Motor hat immer drei Kabel, welche alle an den ESC gelötet werden müssen. Auf dem ESC gibt es auf einer Seite immer drei Lötplatten, auf welche du die Kabel löten kannst. Es ist egal in welcher Reihenfolge du die Kabel anlötest. Das wirkt sich nur auf die Drehrichtung deines Motors aus.

Auf dem Bild kannst du erkennen wo man den Motor bei einem einzelnen ESC befestigen muss.

Auf diesem Bild kannst du erkennen wo man die Motoren bei einem 4-in-1 ESC befestigen muss.

Wenn du später bei der Konfiguration des Flightcontrollers (dazu hier ein Artikel) feststellst, dass sich einer der Motoren in die falsche Richtung dreht, dann kannst du einfach willkürlich eines der drei Kabel mit einem anderen Vertauschen. Dabei ist es vollkommen egal welches Kabel mit welchem getauscht wird.

Tipps

Temperatur:

Wenn deine Motoren zu warm werden, dann verkürzt das ihre Lebensdauer enorm. Die Magneten verlieren durch zu hohe Temperaturen ihre magnetischen Eigenschaften, wodurch der Motor an Leistung verliert. Das bedeutet:

Auf keinen Fall zu große Propeller relativ zum KV-Rating des Motors verwenden, weil sonst zu viel Strom fließt und die Motoren zu heiß werden.
Wenn du nach dem Flug merkst, dass deine Motoren sehr heiß sind, dann warte ein paar Minuten bis du den nächsten Flug startest, damit sie wenigstens kurz Zeit zum abkühlen haben

Verschmutzung:

Wer viel fliegt, der stürzt auch viel ab. Meistens kommt dann eine Menge Erde, Sand oder anderer Kram in deinen Motor. Gerade bei Sand kann das sehr unschön werden. Du solltest auf keinen Fall weiterfliegen, weil die Sandkörner im Motor wie eine Art Schleifpapier alles abreiben. Zum schnellen Reinigen unterwegs:

Zuerst den Motor vom Frame lösen
C-clip oder Schraube (je nachdem was dein Motor verwendet) entfernen, damit man die Glocke anheben kann.
Mit einem Ohrenstäbchen oder einem kleinen Tuch die gröbsten Verunreinigungen entfernen

Es ist auf jeden Fall keine schlechte Idee die Motoren zuhause auch mal ausgiebig und sorgfältig zu reinigen. Das muss man nicht, aber es verlängert die Lebensdauer der Motoren.

Vibrationen:

Wenn man die Motoren ohne eine Gummiisolierung auf dem Frame befestigt, dann übertragen sich die Vibrationen des Motors auf den Rahmen. Diese Vibrationen können bis zum Flighcontroller durchdringen und dadurch zu einem unruhigen und “zuckeligen” Flugverhalten führen. Man kann zwar den Flighcontroller auf verschiedene Weise von diesen Vibrationen isolieren, man kann aber auch zusätzlich die Motoren vom Frame isolieren.

Man kann sich dafür spezielle Motor-Untersetzer kaufen. Man kann aber auch kreativ werden und mit verschiedenen Dingen rumprobieren. Ich zum Beispiel hatte Klebeband mit Gummibeschichtung zuhause und habe dieses einfach zwischen Motor und Frame fixiert.

CW und CCW:

CW steht für Clockwise (im Uhrzeigersinn) und CCW steht für CCW (gegen den Uhrzeigersinn).

Dabei geht es aber nicht um die Drehrichtung des Motors. Beide CW und CCW Motoren sind fast identisch. Die Bezeichnungen beziehen sich auf das Gewinde des Motorschaftes. Bei vielen Motoren steckt man den Prop auf den Schaft und befestigt ihn dann mit einer Mutter. CW und CCW gibt an, welche Art von Mutter passend für das Gewinde des Motors ist. Man kann also keine CW-Mutter auf einen CCW-Motor schrauben.

Bei einem Quadrocopter (4 Motoren) drehen sich zwei Motoren im Uhrzeigersinn und zwei Motoren drehen sich gegen den Uhrzeigersinn. Die unterschiedlichen Gewinde sollen dafür sorgen, dass sich die Muttern durch die Drehbewegung des Motors nicht abschrauben, sondern noch fester angezogen werden.

Man muss aber nicht unbedingt CW und CCW verwenden. Theoretisch kann man auch vier Motoren mit CW Gewinde kaufen. Wenn man die Muttern fest genug anschraubt, dann sollte das kein Problem sein.

FAQ

In diesem Abschnitt gebe ich kurze Antworten zu den meist gestelltesten Fragen

Mein Motor macht komische Geräusche, woran liegt das?

Mögliche Ursachen könnten Grund dafür sein:

Nach einem Crash ist die Motorglocke leicht verbogen und schleift an deinem Stator. Wenn du deine Glocke mit der Hand drehst und du beim Drehen immer genau an einer Stelle einen erhöhten Widerstand fühlst oder ein Geräusch hörst, dann ist es höchstwahrscheinlich die Glocke. Weil zwischen Stator und Glocke meist nur maximal 1 Millimeter Abstand ist, es hier also um hohe Genauigkeit geht, hast du kaum eine Chance diese Verformung auszubessern.
Es befindet sich Dreck, Sand, Erde oder andere unerwünschte Dinge in deinem Motor. Zum Reinigen löst du den Motor vom Frame und entfernst die Glocke. Am besten benutzt du einen kleinen Pinsel oder ein Ohrenstäbchen um die Verschmutzungen zu entfernen.
Die Schrauben mit welchen du deinen Motor am Frame befestigst sind zu lang und berühren die Wicklungen. Das ist sehr schlecht, weil die Isolation der Wicklungen dabei beschädigt werden könnte. Das Problem wird nicht dadurch gelöst, dass du die Schrauben einfach weniger weit reindrehst, denn dadurch verlieren sie an Halt und der Motor löst sich möglicherweise während des Fluges. Du solltest dir kürzere Schrauben kaufen und diese verwenden.
Manchmal ist es nicht der Motor, welcher komische Geräusche macht, sondern der Propeller. Wenn du einen Crash hattest, dann reichen schon leichte Beschädigungen am Propeller, um nervige Geräusche zu erzeugen.Tausch einfach den Propeller aus und schau ob es sich immer noch komisch anhört.

Einer oder mehrere meiner Motoren drehen sich in die falsche Richtung, was kann ich tun?

Dein Motor ist mit drei Kabeln am ESC verlötet. Wenn du zwei dieser drei Kabel miteinander vertauschst, dann ändert sich die Drehrichtung deines Motors. Dabei ist es völlig egal welche Kabel du miteinander vertauschst.

Bei bestimmten ESC’s (KISS ESC, BL_Heli ESC) kann man die Drehrichtung auch per Lötbrücke oder Softwareeinstellung ändern. Am besten schaust du in der Online Anleitung zu deinem ESC nach, ob er das unterstützt.

Meine Motoren drehen ohne Propeller immer höher ohne dass ich das Gas gebe. Ist das normal?

Ja das ist völlig normal. Der PID-Controller versteht nicht, dass keine Propeller aufgesetzt sind und erhöht daher die Motordrehzahl ständig. Wenn du Propeller aufsetzt, dann sollte das nicht mehr passieren.

Wie befestige ich die Propeller an meinem Motor?

Ganz einfach:

Propeller über Motorschaft stülpen
Passende Mutter am Motorschaft mit der Hand eindrehen
Anschließend mit einem Schraubenschlüssel oder einem speziellen Tool die Mutter fest anschrauben