Abschlussarbeit

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Abschlussarbeit

Abschlussarbeit
von Raphael Grimm s3d
Evaluation, Planung und Bau eines betriebsfertigen,
Vier-Rotor-Helikopters (Mikrokopter)
Inhaltsverzeichnis
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Projektarbeit Mikrokopter V09
Raphael Grimm 2008
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Inhaltsverzeichnis
1
Inhaltsverzeichnis
1
Inhaltsverzeichnis ........................................................................................................................... 4
2
Einleitung ........................................................................................................................................ 6
2.1
Gedanken ......................................................................................................................... 6
2.2
Ziel .................................................................................................................................... 6
2.3
Was ist ein Quadrokopter ................................................................................................. 6
2.3.1 Technik ............................................................................................................................. 6
2.3.2 Einsatz .............................................................................................................................. 7
3
Projektplanung ................................................................................................................................ 8
3.1
Projektübersicht (Mindmap).............................................................................................. 8
3.2
Projektplanung.................................................................................................................. 9
4
Analyse im Internet ....................................................................................................................... 10
4.1
Mikrokopter (Holger) ....................................................................................................... 10
4.2
UAVP (Wolferl) ............................................................................................................... 11
4.3
Andere Bauarten............................................................................................................. 12
4.3.1 X-Ufo (Silverlit)................................................................................................................ 12
4.3.2 X-Ufo (Brushless) ........................................................................................................... 12
4.3.3 TT-tronix (BigQuadro)..................................................................................................... 13
4.3.4 Quattrokopter.................................................................................................................. 14
5
Die Evaluation der Komponenten ................................................................................................. 16
5.1
Wahl der Plattform .......................................................................................................... 16
5.2
Fernsteuerung ................................................................................................................ 17
5.2.1 Beschreibung.................................................................................................................. 17
5.2.2 HITEC OPTIC 6 ............................................................................................................. 20
5.2.3 Die Auswertung für die Fernsteuerung........................................................................... 21
5.3
Akkumulatoren................................................................................................................ 22
5.3.1 Die Lithium-Ion Batterie .................................................................................................. 22
5.3.2 Die Lithium-Polymer Batterie .......................................................................................... 23
5.3.3 Die Auswertung für die Akkus ........................................................................................ 24
5.4
Ladegräte........................................................................................................................ 25
5.4.1 Wozu Balancieren?......................................................................................................... 25
5.4.2 MegaPower Poseidon..................................................................................................... 26
5.4.3 Robbe Lipomat 5-4000 ................................................................................................... 26
5.4.4 Graupner Ultramat 15 ..................................................................................................... 27
5.4.5 Die Auswertung für die Ladegeräte ................................................................................ 27
5.5
Die Motoren .................................................................................................................... 28
5.5.1 ROXXY BL OUTRUNNER 2824-34 ............................................................................... 28
5.5.2 EMAX BL2215 ................................................................................................................ 29
5.5.3 E-Sky EK5-0002B........................................................................................................... 30
5.5.4 Die Auswertung der Motoren.......................................................................................... 30
6
Die Beschaffung............................................................................................................................ 31
6.1
Plattform Mikrokopter...................................................................................................... 31
6.2
Komponenten Serieller Konverter .................................................................................. 31
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Inhaltsverzeichnis
6.3
6.4
6.5
Fernsteuerung, Akku und Ladegeräte ............................................................................ 32
Propeller ......................................................................................................................... 32
Endgültige Kostenzusammenstellung ............................................................................ 32
7
Konstruktionen .............................................................................................................................. 34
7.1
Rahmenbau .................................................................................................................... 34
7.1.1 Idee ................................................................................................................................. 34
7.1.2 Ausführung ..................................................................................................................... 35
7.2
Basic Arme ..................................................................................................................... 36
7.3
Erweiterung..................................................................................................................... 36
7.3.1 Konstruktionspläne ......................................................................................................... 37
7.3.2 Ausführung ..................................................................................................................... 37
7.3.3 Fuss ................................................................................................................................ 37
7.4
Propellermitnehmer ........................................................................................................ 38
8
Zusammenbau .............................................................................................................................. 40
8.1
Verkabelung.................................................................................................................... 40
8.2
Empfänger einbauen ...................................................................................................... 42
8.2.1 Quarz einbauen .............................................................................................................. 42
8.3
Die Haube....................................................................................................................... 43
9
Software laden .............................................................................................................................. 44
9.1
Die Installationsprogramme ............................................................................................ 45
9.1.1 Mikrokopter Tool ............................................................................................................. 45
9.1.2 Ponyprog ........................................................................................................................ 45
10
Das Laden der Akkus ................................................................................................................... 46
11
Checkliste / Inbetriebnahme ......................................................................................................... 47
12
Flugschule..................................................................................................................................... 48
12.1
Flug-Modell-Simulator (FMS) ......................................................................................... 48
12.1.1 SmartPropoPlus.............................................................................................................. 48
12.2
Steuerknüppelfunktionen ................................................................................................ 48
12.2.1 Linker Steuerknüppel...................................................................................................... 48
12.2.2 Rechter Steuerknüppel ................................................................................................... 49
13
Arbeits-Tagebuch.......................................................................................................................... 50
14
Begriffserklärungen....................................................................................................................... 56
15
Weblinks ....................................................................................................................................... 57
16
Abbildungen .................................................................................................................................. 58
17
Rückblick....................................................................................................................................... 59
18 Danksagung.................................................................................................................................. 60
Anhänge
A
Begriffserklärung .............................................................................................................................A
B
Mikrokopter Tool .............................................................................................................................B
C
Anleitung Flight Ctrl........................................................................................................................ C
D
Anleitung Bl Ctrl ............................................................................................................................. D
E
Datenblätter und Bedienungsanleitungen.......................................................................................E
F
Bestückungslisten ........................................................................................................................... F
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Einleitung
2
Einleitung
2.1
Gedanken
Wieder einmal hiess es, sich zu überlegen was man sich auf den Geburtstag wünschen könnte. Da mir
mein Vater kein weiteres Computerspiel mehr schenken wollte, sah er sich ein bisschen im Internet um. Als
erstes wollte er mir eigentlich einen ferngesteuerten Hubschrauber schenken, doch als er den Mikrokopter
sah, war er Feuer und Flamme. Da dies keine billige Sache ist, rief er mich eines Samstagmorgens zu sich
und erzählte mir von seiner Idee. Zuerst legte er mir seine Beweggründe dar. Ich fand es eine geniale Idee,
dass er ein Geschenk in Erwägung zog, das in Verbindung zu meiner zukünftigen Elektronikerlehre stand.
Wie ich anfangs erwähnt hatte, ist ein solches Fluggerät sehr teuer. Ein Mikrokopter kostet durchschnittlich
etwa CHF 750.00 – 1’500.00, was für mich sehr viel Geld bedeutete. Diese Idee hatte mich sofort gepackt
und ich war ebenfalls angefressen vom Mikrokopter. Auf meinen Geburtstag wünschte ich mir nur Geld. Es
kam einiges zusammen, doch leider noch lange nicht genug. Darum wünschte ich mir auf Weihnachen weiter nur Geld. Dieser Punkt war geklärt.
Ziemlich bald, nachdem die Idee des Mikrokopters aufgekommen war, fing ich mit einer Einkaufsliste an. Ich
trug Printkarten und dessen Bestückungsteile in eine Excel-Tabelle zusammen, schrieb die Preise dazu und
liess es anschließend ausrechnen. Nun galt es aber noch eine Hürde der Entscheidung zu überwinden,
denn es gab zwei verschiedene Modelle zur Auswahl: Den Mikrokopter oder den UAVP-Kopter.
2.2
Ziel
Nun, die Grundidee und die Finanzierung standen und waren geklärt. Doch was genau sollte es werden?
Diese Frage war für mich leicht zu beantworten. Es muss am Schluss fliegen können, ist doch klar. Vielleicht die ersten Kunststücke üben...? Zusätzlich würde ich mich in ein mir noch unbekanntes Gebiet der
Elektronik und Mechanik vorwagen, Wissen aneignen und für mich eine neue Welt erforschen.
In uns entwickelte sich schon bald ein weiterer Gedanke. Die ganze Idee rund um das Projekt des Mikrokopters könnte ich doch gleichzeitig für meine Abschlussarbeit der Sekundarschule nutzen. Mit einer guten
Dokumentation über die Evaluation, der Planung und dem anschliessenden Bau liesse sich gleich ein cooles Abschlussprojekt realisieren. Diese Idee trug ich gleich meinem Lehrer, Herrn Knobel, vor, worauf er mir
sogleich begeistert grünes Licht für mein Vorhaben gab.
2.3
Was ist ein Quadrokopter
Ein Quadrokopter (lateinisch: quadrum, Viereck) ist ein Luftfahrzeug, das vier in einer Ebene angeordnete,
senkrecht nach unten wirkende Rotoren oder Propeller benutzt, um Auftrieb und durch Neigung der Rotorebene auch Vortrieb zu erzeugen. Es gehört zu den Hubschraubern und kann wie diese oder auch wie
VTOL-Flugzeuge senkrecht starten und landen. Andere Bezeichnungen sind Quadrotor oder Schwebeplattform.
2.3.1 Technik
Der Vorteil dieser Bauweise liegt darin, dass alle drei Achsen allein durch Variation von Schub und damit
Drehmoment der vier Propeller angesteuert werden können, wenn die Drehrichtungen geeignet angeordnet
sind. Aufwändige Taumelscheiben wie bei einem Hubschrauber oder andere Aktuatoren sind damit nicht
notwendig. Auch entsteht kein Drift wie bei der Heckrotor- Konfiguration und bei der Steuerung treten kaum
asymmetrische Artefakte aus Kreisel-Effekten des Rotors auf.
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Einleitung
Abbildung 1: Antriebsschema eines Quadrokopters
Dabei spielt es keine Rolle, ob der Schub durch Drehzahlunterschiede oder durch Pitch, also Veränderung
des Anstellwinkels des jeweiligen Propellers, geregelt wird. Die Schubänderung muss nur schnell genug
reagieren, bei Drehzahlsteuerung etwa durch stufenlose Getriebe oder Elektromotoren.
Antriebsschema eines Quadrokopters anhand der Grafik wird das Zusammenwirken der Rotoren deutlich (A
in Flugrichtung):
Kippen nach vorn/hinten um die Querachse, das heißt Beschleunigen/Bremsen (Nick):
→
Schubverhältnis zwischen A und C verschieben
Kippen um die Längsachse, seitliche Bewegung (Roll):
→
Schubverhältnis zwischen B und D verschieben
Drehen um die Hochachse (Gier oder Yaw):
→
Schubverhältnis paarweise zwischen A-C und B-D verschieben
Durch Mischung der Steuerbefehle kann jeder Schubvektor im Raum erreicht werden. Bei der HKonfiguration sind die Rotoren nicht wie hier rautenförmig, sondern rechtwinklig zur Flugrichtung angebracht; die Ansteuerung erfolgt dann um 45 Grad versetzt.
Bei den Flugleistungen reichen die bekannten Quadrokopter nicht an vergleichbar motorisierte Hubschrauber heran, sind aber meist auch nicht auf hohe Geschwindigkeit ausgelegt (Ausnahmen sind Wandelflugzeuge in dieser Bauweise). Bei der Konzentration der Massen im Zentrum und durch den schnell veränderlichen Schubvektor sind aber grundsätzlich hohe Beschleunigungen möglich.
2.3.2 Einsatz
Aktuell werden keine personentragende Quadrokopter mehr eingesetzt. Die Bauweise tritt aber häufiger bei
Drohnen oder UAVs sowie bei Modellhubschraubern auf. Grundlage sind vor allem Fortschritte in der Elektronik und Sensorik: Durch Beschleunigungssensoren können Kippmomente – die höher und plötzlicher
auftreten als bei Hubschraubern, da der Schwerpunkt häufig in der Rotorebene liegt – automatisch ausgeregelt werden. Dabei kommen Sensoren auf Piezo-Basis zur Messung der Winkelgeschwindigkeit zum Einsatz, alternativ Gyroskope, die direkt den Neigungswinkel zur Vertikalen ermitteln. Über einen Mikrocontroller wird dann die Drehzahl der Elektromotoren nachgeregelt, um die Fluglage zu stabilisieren. Da außer den
Motoren keine mechanischen Teile wie Servomotoren, Gestänge und Rotorköpfe notwendig sind, ist diese
Bauweise preiswert zu realisieren und weniger sturzempfindlich als ein Hubschrauber. Durch neuere Lithium-Polymer-Akkus mit günstigem Leistungsgewicht werden dabei Flugzeiten bis zu 30 Minuten erreicht.
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Projektplanung
3
Projektplanung
3.1
Projektübersicht (Mindmap)
Abbildung 2: Mindmap
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Projektplanung
3.2
Projektplanung
Abbildung 3: JCV Gant Diagramm
Dies ist die Projektplanung, welche mich durch das ganze Projekt hindurch geleitet hat.
Fazit nach Abschluss der Inbetriebnahme: Leider gab es Verzögerung bei der Bestellung, der Rahmenproduktion und der Inbetriebnahme. Daher bin ich mit meinem Projekt nicht rechtzeitig fertig geworden. Auch
habe ich mehr Geld ausgegeben als geplant war.
Wie es dazu kam, ist in der folgende Dokumentation erklärt und beschrieben.
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Analyse im Internet
4
Analyse im Internet
Wie von einem Fieber gepackt machte ich mich noch am selben Morgen (13.10.07) im Internet schlau. Am
Nachmittag erstellte ich im Auftrag meines Vaters eine Einkaufsliste zusammen. Dies dauerte etwa eine
Woche.
Da tauchten jedoch schon die ersten Probleme auf:
Nach welchem Modell richten wir uns? Ist es ein Ding der Machbarkeit? Habe ich mir als Laie den Mund zu
voll genommen?
Ein Treffen mit einer etwas erfahrenen Person sollte Licht in die Dunkelheit bringen. Dies fand dann auch
am 30.11.2007 bei Martin Burger in der Au / Wädenswil statt. Wie es zu diesem Kontakt kam, steht im Tagebuch geschrieben.
Zuvor analysierte ich im Internet die verschiedenen Bauarten für Quadrokopter. In den folgenden Seiten
werden diverse Modelle vorgestellt.
4.1
Mikrokopter (Holger)
Kosten: ca. CHF 1’400.00
Abbildung 4: Flight-Ctrl (Mikrokopter)
Dies ist ein Selbstbau-Projekt rund um den Bau eines Mikrokopters (Quadrokopter).
Die Elektronik wurde komplett selbst entwickelt (Hard- und Software).
Ob als Schwebeplattform für Foto- oder Videoaufnahmen oder als Spassflieger - wer erstmal angefangen
hat, wird so schnell nicht mehr davon loskommen.
Unterstützt wird dies durch vier kraftvolle Elektro-Motoren mit zwei gegenläufigen Propellern und einem
innovativen Gyroskop-System für unglaubliche Flug-Stabilität. Der Mikrokopter ist eher schwierig in der
Bauweise, denn man kann sie beliebig gestalten. Die Kreisel-Sensoren und die vier Brushless-Motoren
setzen dieses Spielzeug deutlich von anderen Fluggeräten auf dem Markt ab. Eine rote und drei blaue LEDLichter dienen nicht nur zur Orientierung und Geschwindigkeitsmessung des Gyroskop-Systems, sondern
lassen das Fluggerät auch wie ein echtes UFO aussehen. Besonders wenn der Mikrokopter im Dunkeln
geflogen wird.
Der Mikrokopter ist optional erweiterbar mit:
Luftdrucksensor (MPX4115) für eine Höhenregelung / -begrenzung
elektronischer Kompass
GPS-Modul (uBlox)
Digitalkamera
drahtlose Funkübertragung
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Analyse im Internet

4.2
... (der Phantasie sind hier keine Grenzen gesteckt)
UAVP (Wolferl)
Abbildung 5: Wolferlplatte (UAVP)
Die UAVP (Universal Aerial Video Plattform) ist eine RC- gesteuerte, sowohl auch optional autonom fliegende Vier-Rotor-Flugsonde, die auf die Wünsche des Anwenders abgestimmt werden kann und ist somit in
ihrer Konstruktion absolut modular und einzigartig. Dank der elektronischen Lageregelung ist diese extrem
leichte und leise Flugplattform ohne vorherige Helikopter- Erfahrung einsetzbar. In der Luft wird die UAVP
wie ein herkömmlicher RC- Helikopter mit Heli- Command gesteuert: Erhält er keine Kommandos vom Piloten, so behält er seine Höhe und Richtung bei, im GPS-Betrieb auch seine Position.
So kann sich der Pilot vollständig auf sein Vorhaben konzentrieren, als Bsp. Videoflüge. Die UAVP besticht
genauso durch das flexibles Nutzlastkonzept, lange Flugzeiten und eine sehr variable und per Software
bestimmbare Flugdynamik. Das ideale Einsatzgerät zur Luftfotografie, Luftvideos, Dokumentation oder einfach nur als innovatives Sportgerät für den privaten Modellflieger.
Durch den leisen und kraftvollen Brushless- Elektroantrieb, seinem variablen Durchmesser von 360 bis
1000mm und einem Gewicht von unter 1’000 Gramm kann man die UAVP auch über bewohnte Gebiete
einsetzen. Durch den Einsatz von modernsten, elektronischen Beschleunigungs-Sensoren, die zusammen
mit Mikrocontroller- gesteuerten Brushless- Elektromotoren eine automatische Lagestabilisierung ermöglichen, ist die Fluglageregulierung ein Kinderspiel.
Der UAVP hat gute Erweiterungsmöglichkeiten. z.B. Magnetsensor (Kompass), Fallschirmauslöser (bedingt
Linearsensor), Servo- Ausgänge Kamerasteuerung und GPS-Modul.
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Analyse im Internet
Abbildung 6: Flugmodell UAVP
4.3
Andere Bauarten
4.3.1 X-Ufo (Silverlit)
Kosten: ca. CHF 199.00
Abbildung 7: Flugmodell X-Ufo (Silverlit)
Erstmalig auf der Nürnberger Spielwarenmesse 2005, wurde das von zwei bayrischen Nachwuchstüftlern
erfundene R/C-Flugmodell X-UFO der Fachwelt vorgestellt und hat sofort eine "Toy Innovation Award" abgesahnt. Mit der in 2006 überarbeiteten Version (V2) sind kleine technische Probleme behoben worden.
Silverlit's R/C X-UFO ist ein einzigartiges neues Flugobjekt, welches wahrscheinlich das am meistens faszinierende Fluggerät ist das Sie jemals gesehen haben! Das X-UFO verbindet die neueste Mikro-Technologie
mit einem einzigartigen elektronischen Flug-Kontroll-System.
Unterstützt wird dies durch vier kraftvolle Elektro-Motoren mit zwei gegenläufigen Propellern und einem
innovativen Gyroskop-System für unglaubliche Flug-Stabilität. Das R/C X-Ufo ist einfach in der Bauweise
und kompakt in der Größe, wobei die Form streng der Funktion folgt. Die Kreisel-Sensoren und die vier
Hochleistungs-Elektromotore setzen dieses Spielzeug deutlich von anderen Fluggeräten auf dem Markt ab.
Hergestellt aus ultraleicht-gewichtigen Karbonfaserrahmen und hochwiederstands- fähigem EPP-SchaumGehäusering kann das X-UFO bis zu einer Entfernung von 100 Meter gesteuert werden.
4.3.2 X-Ufo (Brushless)
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Analyse im Internet
Link: www.xufo-shop.de
Abbildung 8: Flugmodell X-Ufo (Brushless)
Das X-Ufo Brushless ist eine Weiterentwicklung vom X-Ufo Silverlit. Doch es ist kleiner und leiser als der
Mikrokopter von Holger. Man kann es fertig oder in Einzelteilen kaufen doch der Rahmen ist fertig und man
kann ihn nur mit den Einzelteilen bestücken. Das X-Ufo enthält keine Erweiterungsmöglichkeiten, wie z.B.
GPS-Modul oder Digitalkamera.
„Ein teures Spielzeug“ sagte Martin Burger, und das zu Recht. Das X-Ufo Brushless kostet mit seinen CHF
1’990.- 10 Mal soviel wie das X-Ufo Silverlit.
4.3.3 TT-tronix (BigQuadro)
Kosten: keine Angaben
Link: www.tt-tronix.de
4.3.3.1 BigQuadro - Was ist das?
Der BigQuadro ist ein neuer Eigenbau- Quadrokopter. Ein Quadrokopter ist ein Hubschrauber mit vier Rotoren, welche paarweise gegenläufig drehen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Steuerung
völlig ohne Servos und aufwendige mechanische Komponenten wie z.B. Taumelscheibe oder Paddelstange
auskommt. Die einzigen mechanischen Baugruppen sind die 4 Motor-Propellereinheiten, was die Konstruktion sehr robust macht. Die Bewegungen werden nur über unterschiedliche Drehzahlen gesteuert. Eine
"intelligente" Elektronik mit 3 Gyro- Sensoren (QuadroControl) sorgt dabei für die Stabilisierung der Fluglage. Es gibt zwei verschiedene Versionen:
4.3.3.2 BigQuadro mit Bürstenmotoren
Dies ist der ursprüngliche BigQuadro. Bei diesem Modell werden Bürstenmotoren verwendet, die in kleinen
Koaxialhelis verwendet werden. Bereits mit dieser Motorisierung werden beachtliche Flugleistungen erzielt.
Von Vorteil sind hierbei sind die geringeren Kosten, da teuere Komponenten wie BL - Regler entfallen. Die
für die Ansteuerung erforderliche Leistungselektronik befindet sich auf der QuadroControl Hauptplatine.
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Analyse im Internet
Abbildung 9: Flugmodell BigQuadro mit Bürstenmotoren
4.3.3.3 BigQuadro BL mit bürstenlosen Motoren
Der BigQuadro BL arbeitet mit der gleichen Elektronik wie der BigQuadro: mit QuadroControl. Bei dieser
Version bleiben die Leistungsteile auf der Platine unbestückt. Stattdessen kommen BL - Regler (BL-Ctrl von
Holger Buss) und Robbe ROXXY 2824-34 (Motor) zum Einsatz. Diese Version ist leistungsstärker als die
Bürstenvariante, weshalb sich der BigQuadro BL auch hervorragend für den Kameraeinsatz eignet. Es kann
dabei eine herkömmliche Digitalkamera (vorzugsweise mit CCD-Sensor!) verwendet werden. Leider sind
die Kosten bei dieser Variante deutlich höher (Mehrkosten ca. 100 - 120 Euro).
Abbildung 10: Flugmodell BigQuadro mit Brushlessmotoren
4.3.4 Quattrokopter
Kosten: k.A.
Link: www.lcc-shop.de
Der Quattrokopter basiert auf dem Mikrokopter von Holger.
Der Quattrokopter wird als kompletter aufgebauter Kopter angeboten Der fertig aufgebaute Quattrokopter
basiert auf einem X-Novum Rahmen und variablem Achsabstand 40 oder 45cm. Der Flight Ctrl ist mit Kompassmodul, Höhensensor, Regler mit 2N-2P-Fets ausgestattet.
Mitgeliefert wird ein durchdachter Kabelbaum. Alle Komponenten sind steckbar miteinander verbunden.
Er ermöglicht eine leichte Demontage der einzelnen Komponenten, wie Regler und Flight Ctrl.
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Analyse im Internet
Der Kamerahalter mit Servo mit automatischer Neigungskompension über die Flight Ctrl, ist Optional erhältlich.
Abbildung 11: Flugmodell Quattrokopter
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Die Evaluation der Komponenten
5
5.1
Wahl der Plattform
Nach einer langen Evaluation haben wir eine Tabelle gemacht, um uns definitiv zu entscheiden und um
einzukaufen. Diese Tabelle entstand nicht nur aus Angaben aus dem Internet, sondern unter anderem, wie
es auf mich persönlich gewirkt hat.
Komplexität
Preis
Verfügbarkeit
Information/Dokumentation
Kritik
Aufbau der Plattform
Verbreitung / Unterstützung
Sourcecode
Betriebs-Software
Erweiterungsmöglichkeiten
Bewertung
Mikrokopter
UAVP
X-Ufo Brushless
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Mittel / Neutral
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Schlecht / Ungenügend
Mikrokopter
Der Mikrokopter ist für Schüler wie mich super geeignet, da es die günstigste Variante der Plattformen ist.
Auch findet man viele Informationen und man kann seine Teile ganz einfach in Deutschland bestellen. Auch
ist es praktisch, da man auch später damit arbeiten kann, denn der Mikrokopter verfügt über sehr grosse
Erweiterungsmöglichkeiten.
Leider ist es ein sehr schwieriges und kompliziertes Unterfangen, welches schon vielen Mühe machte.
UAVP
Der UAVP-Kopter ist da hingegen ganz anders. Ihn kann man auch im Internet bestellen, der Datenfluss ist
ebenfalls hervorragend und der Aufbau ist besser als der vom Mikrokopter. Kaufen, zusammen bauen und
das Ufo fliegt. Was sich aber natürlich im höheren Preis ausdrückt.
X-Ufo Brushless
Das X-Ufo Brushless ist das Gegenteil vom Mikrokopter. Er ist teuer, einfach zusammenzubauen und man
hat praktisch keine Erweiterungsmöglichkeiten. Er ist wie der UAVP-Kopter, ein Fertig-Produkt, welches
man bestellt, dann zusammen baut und fliegt. Doch wo ist da der Spass…?
Die definitive Entscheidung fiel uns schwer. Nach dem Besuch bei Martin Burger war die Wahl gefallen.
Beweggründe
Das X-Ufo Brushless kam sowieso nie in Frage, denn er ist mit seinen knappen CHF 2000.00 viel zu teuer.
Vor allem wollte ich auch etwas lernen. Daher kamen nur noch der Mikrokopter und der UAVP-kopter in
Frage. Lange diskutierten mein Vater und ich um diese beiden Modelle. Mir gefiel der Mikrokopter, denn ich
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wusste, dass ich ihn später als gelernter Elektroniker auch ausbauen kann. Auch bekam er eine super Kritik. Somit war er meine Nummer 1. Meinem Vater gefiel der UAVP-Kopter, da er nicht so viele Komponenten auf seiner Platte hatte und nach den Screenshots her auch eine bessere und neuere Software enthält.
Auch ist er nicht so komplex wie der Mikrokopter, was ihm grossen Vorteil verschaffte.
Als wir dann bei Martin Burger waren und diese Frage klären wollten, fragten wir ihn über die Software und
er meinte, es sei egal ob UAVP- oder Mikrokopter. Die bedeutenden Vorteile des UAVP-Kopters lösten sich
in Rauch auf.
Von da an war es klar, dass es der Mikrokopter sein wird, denn der Vorteil des Preises setzte sich durch.
Für den Bau des Mikrokopters muss man sich für verschiedene Bauarten entscheiden. Es gibt zwei verschiedene Varianten von Printkarten zu kaufen. SMD vorbestückte oder eine SMD unbestückte Printkarte.
Mein Vater drängte mich, die vorbestückte Variante zu kaufen, denn die Printkarte enthält sehr kleine Teilchen, da kann beim Löten leicht was schief gehen.
5.2
Fernsteuerung
Die Fernsteuerung wird für die Steuerung des Mikrokopters verwendet. Sie muss mindestens 4 Kanäle besitzen um das Modell in alle Fluglagen steuern zu können. Sollte zusätzliche zu den Flugbewegungen weitere Funktionen (Flug- / Landelicht oder Kamera) ergänzt werden, sind weitere Kanäle notwendig.
Der Empfänger muss über PPM verfügen, damit dieser mit dem FlightController des Mikrokopters kommunizieren kann.
5.2.1
Beschreibung
5.2.1.1 Graupner MX-12
Herstellerlink: https://shop.graupner.de/webuerp/servlet/AI?ARTN=4722
Abbildung 12: Graupner MX-12
Durch Spitzentechnologie optimiertes Computer-Fernsteuersystem mit 10 Modellspeichern. Hohe Funktionssicherheit durch modernes Computersystem. Problemlose Programmierung durch vereinfachte RotaryProgrammiertechnik. Ein kontrastreiches Grafik-Display ermöglicht präzise Anzeige von Batteriespannung
des Senderakkus, Modulationsart, Modelltyp, Modellnamen, Modellspeicher-Nummer, Einstelldaten, Drossel- und Pitch-Kurven sowie Modellbetriebszeit.
Universell einsetzbares Fernlenksystem voll ausgebaut
Hochwertiges Fernlenksystem für F3A-,F3B-, F3C-, F3D-, F3E-, Delta- und V-Leitwerk- Modelle. Auf 6
Steuerfunktionen, 4 proportional, trimmbar, 2 schaltbar, voll ausgebaut
Komfort- Mode- Selector zur einfachen Umschaltung des Betriebs- MODES 1 - 4 (Gas rechts/links). Alle
Mixer-, Einstell- und Reverse- Speicherdaten werden automatisch mit umgestellt.
Komfortable Flächenmischer- Programme: DIFFERENTIAL-FLAPERON (Querruder-Differential-Mix) ELEVON (Delta, Querruder-Höhe-Mix) V-TAIL (V-Leitwerk, Höhe-Seite-Mix)
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Komfortable Taumelscheiben-Programme: SWASHPLATE TYPE (Taumelscheibe 1 Servo, 2 Servos 180°,
3 Servos 120°, 3 Servos 90°)
10 Modellspeicher mit Übernahme aller wichtigen Programm- und Einstellparametern
Kompatibilität mit FM- und FMsss-(PPM) sowie SPCM- Empfangsanlagen
Technische Daten

Übertragungssystem FM/FMsss (PPM)
und SPCM
Quarze FMsss T 35-MHz-Band Best.-Nr.
3864.61 - .80 und .182 - .19140-MHz-Band
Best.-Nr. 4064.50 - .9241-MHz-Band BestNr. 4164.400 - .420
Kanalraster 10 kHz
Steuerfunktion max. 6
Kanalimpulszeit 1,5 ms ± 0,5 ms, inkl.
Trimmung
Antenne Teleskopantenne, zehngliedrig,
ca. 1150 mm lang
Betriebsspannung 9,6 ... 12 V
Stromaufnahme ca. 175 mAh
Abmessungen ca. 190 x 195 x 85 mm
Gewicht ca. 870 g mit Senderbatterie
Lieferumfang

Microcomputer-Sender mx-12 mit eingebautem NiMH-Akku 8NH-1700 TX,
Empfänger R 700 der entsprechenden Frequenz,
Quarzpaar aus dem entsprechenden Frequenzband,
Servo C 577, Schalterkabel,
Batteriehalterung für Empfangsanlage.
5.2.1.2 Futaba 6EX-R606FS 2.4GHz Fasst
Herstellerlink: http://2.4gigahertz.com/systems/futk9200.html
Abbildung 13: Futuba 6EX-R606FS 2.4GHz Fasst
Vollständig ausgebaute 6-Kanal-Computer-Anlage in ergonomischem Handsender-Design, mit FASST
2,4GHz Spread Spectrum Technologie, für Indoor, Park-Flyer und Micro- Hubschraubermodelle.

Keine Quarze, keine Frequenzkanalwahl, höchste Sicherheit vor Gleichkanalstörungen.
Beim FASST Modulationssystem springen Sender und Empfänger mehrmals pro Sekunde, im gleichen Rhythmus, von Kanal zu Kanal. Durch die kurze Belegungszeit eines Frequenzkanals werden
schmalbandige Störungen extrem gut unterdrückt.
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Durch die FASST Technology wird kein Scanner im Sender benötigt, da Sender und Empfänger
sowieso synchron die Frequenz wechseln.
Zur eindeutigen Identifizierung sendet der Sender einen verschlüsselten Code mit. Durch über 130
Millionen Codierungsmöglichkeiten ist eine Doppelbelegung nahezu ausgeschlossen.
Der Sendercode kann im Empfänger gespeichert werden und ist somit fest auf diesen einen Sender
fixiert (angebunden).
Egal welcher Sender sich später einmal im ISMBand einloggt, der Empfänger wird nur Signale des
Senders mit diesem speziellen Code akzeptieren.
Diese feste Zuordnung von Sender zu Empfänger bietet natürlich die beste Voraussetzung zur Unterdrückung von Störsignalen, da über ein digitales Filter nur die Steuerimpulse des eigenen Senders herausgefiltert werden können.
Übersichtlichen 100 Segmenten LC-Display zur Einstellung und Anzeige der Funktionen.
Technische Daten
Sender T6EXP 2,4 G
Funktionen: 12 / 6 Servos
Frequenzband: 2,4...4,4835 GHz
Frequenzkanäle: 36
Stromversorgung: 9,6...12 V
Stromaufnahme: 180 mA
Sendeleistung: ca. 90mW EIRP
Sendeantenne: Lambda 1/2 - Mono-Pol
Übertragungssystem: FM
Kanalraster: 2048 kHz
Bitrate: 136 kbps
Lieferumfang

Sender T6EXP 2,4 G
Empfänger R 606 FS 2,4 G
Schalterkabel Mini
Sender Akku NICD 9,6V 650mAh
Empfänger R 603FS 2,4 G
Betriebsspannung: 6 V (5 NC/NiMH) / BEC
Stromaufnahme: 70 mA
Kanalzahl: 6
Frequenzkanal-Raster: 2048 kHz
Frequenzband: 2,4...2,4835 GHz
Frequenzkanäle: 36
Übertragungssystem: FM
Gewicht: 9 g
Abmessungen: 42 x 28 x 9,5 mm
Empfindlichkeit: -95 dBi
Antenne: -8 dBi
Antennenlänge: ca. 17 cm
2-Antennen-Diversity System
Raphael Grimm 2008
Seite 19 von 60
5.2.2
HITEC OPTIC 6
Herstellerlink: http://www.hitecrc.de/store/product.php?productid=21210&cat=248&page=2
Abbildung 14: Hitec OPTIC 6
Die neue OPTIC 6 hat's wirklich drauf! 6 Kanäle, 8 Modellspeicher, 2 Schiebeschalter, zuordenbare Schalter, großzügiges Display, ergonomisch angeordnete Schalter und Schieber, Timer, "Reiseflug-Taste" und,
und, und... Da bleiben keine Wünsche offen. Die neue OPTIC 6 bietet ein Höchstmaß an Möglichkeiten in
dieser Klasse. In Verbindung mit dem SPECTRA- Synthesizer HF-Modul, erfolgt die Kanalwahl ganz einfach per Einstellschalter. Was will man mehr?
MOTOR-/SEGELFLUG:
Querruderdifferentierung, Flugzustand "Landung",
Flaperon, Elevon, V-Leitwerk,
Combi- Switch, Taileron,
Snap- Flap, 2 freie Mischer,
Butterfly, Wölbklappen
HELICOPTER:
Rotorkopfsteuerung 120°, Heck-Gas-Mischung,
5-Punkt-Gaskurve, 5-Punkt-Pitchkurve,
Gas-Hold, Heckrotormischer,
Taumelscheibentyp, Kreiselempfindlichkeit, Gasvorwahl
BASIC-Einstellungen:
8 Modellspeicher, Servowegeinstellung,
Servo Reverse, Sub Trim, Expo (Kanal 1,2 & 4)
Dual Rate (Kanal 1,2 & 4), PPM/Q-PCM,
Fail safe, Modell wählen, Modell zurücksetzen,
Modell kopieren, Modell Name, Modewahl,
2 freie Mischer, Gas-NOT-AUS, als Lehrersender geeignet
Besondere Features:
Schiebeschalter, zweifach Timer, zuordenbare Schalter,
ergonomisches Gehäusedesign, Flaperon, Butterfly, Taileron (2xHöhe/Quer)Wegeinstellung H,S,Q
Dual-Rate H,Q (Schalter eingebaut)
Wegbegrenzung Gas
Mischer V-Leitw./Delta
Spannungsanzeige mit großem Zeigerinstrument
Elektr. Trimmung K 1-4
Akku-Alarm
Höhenverstellbare Knüppelgriffe
Raphael Grimm 2008
Seite 20 von 60

Aufhängungsöse für Senderriemen
Metall-Tragegriff
Lehrer -Schüler- Anschluß, Schalter eingebaut
K 5 Schaltfunktion (z.B. Fahrwerk)
K 6 proportional
Servoreverse für alle Kanäle
Technische Daten
Lieferumfang
Optic 6 Sender:
Frequenz: 35 oder 40 MHz
Modulation: FM / PPM
Kanäle: 6
Kanalraster: 10 kHz
Betriebsspannung: 9,6 V
5.2.3

Sender OPTIC 6 FM mit Akku
DS-Empfänger HFD 08RD
Quarzpaar
4 Servos HS-322HD
Empfänger-Akku
Schalterkabel
Lader
Die Auswertung für die Fernsteuerung
Produkt
Graupner MX-12
Futaba 6EX
HITEC OPTIC 6
Übertragungssystem
Summensignal PPM
Anz. Kanäle
Anz. Mischer
Programmierbar
Übertragungsfrequenz
Display
Stromaufnahme
Lieferumfang
FM / SPCM
Ja
4 trimmbar / 2 schaltbar
Keine Angaben
Ja (10Speicher)
35MHz
FM 2.4GHz
Ja
6
Keine Angaben
Ja
2.4GHz
FM / QPCM
Ja
6
2 freie Mischer
Ja
35MHz
Ja
175mA
Microcomputer- Sender
mx-12 mit eingebautem
NiMH-Akku 8NH-1700
TX,
Empfänger R 700 der
entsprechenden Frequenz,
Quarzpaar aus dem entsprechenden Frequenz-
Ja
70mA
Sender T6EXP 2,4 G
Empfänger R 606 FS 2,4
G
Schalterkabel Mini
Sender Akku NICD 9,6V
650mAh
Ja
Keine Angaben
Sender OPTIC 6 FM mit
Akku
DS-Empfänger HFD 08RD
Quarzpaar
4 Servos HS-322HD
Empfänger-Akku
Schalterkabel
Lader
Raphael Grimm 2008
Seite 21 von 60
Preis [in CHF]
Speicher
Liferant
Homepage
5.3
band,
Servo C 577, Schalterkabel,
Batteriehalterung für
Empfangsanlage.
259.Ja
Leuthold Modellbau;
Horgen
www.modellbauleuthold.ch
339.Ja
289.Ja
Andi 66; Jona
Leuthold Modellbau;
Horgen
www.andi66.com
Akkumulatoren
Im Rahmen von dieser Projektarbeit wurde ich aufmerksam, dass ich nicht nur irgendeine Batterie benötige,
sondern eine speziell auf den Modellflug ausgerichtete Zelle einsetzen muss. Eine Lipozelle besitzt andere
Eigenschaften als die bisherigen Bekannten. Nickel-Kadmium- (Taschenlampe, Fernbedienung...) oder die
Lithium-Ion-Zelle (Natel, Laptop, MP3-Player). Neben dem Typ der Zelle sind auch Gewicht und Ladekapazität wichtige Merkmale für meinen Mikrokopter. In der folgenden Analyse soll eine geeignete Lipozelle zu
einem günstigen Preis gefunden werden.
5.3.1
Die Lithium-Ion Batterie
Abbildung 15: Sony Videokameraakku
Die Energiedichte von Lithium-Ion ist typischerweise etwa das Doppelte einer standardmässigen NickelKadmium-Batterie. Zudem gibt es noch Potenzial für höhere Energiedichten. Die Belastungscharakteristik
ist recht gut, und sie verhält sich ähnlich wie Nickel-Kadmium in Bezug auf die Entladung.
Eine Lithium-Ion-Batterie benötigt nur wenig Wartungsaufwand, ein Vorteil, den die meisten anderen Chemien nicht für sich beanspruchen können. Da kein Memoryeffekt auftritt, ist kein regelmässig durchgeführter
Lade/Entlade- Zyklus nötig, um die Lebenserwartung der Batterie zu verlängern. Dazu kommt, dass die
Selbstentladung weniger als die Hälfte einer Nickel-Kadmium-Batterie beträgt, was die Lithium-Ion-Batterie
besonders für moderne Fernsteuerungen tauglich macht. Lithium-Ion-Zellen verursachen nur geringe Schäden beim Entsorgen.
Trotz all diesen allgemeinen Vorteilen, hat die Lithium-Ion-Batterie auch ihre Nachteile. Sie ist empfindlich
und benötigt eine Schutzschaltung, um die nötige Sicherheit zu gewährleisten. In die Batterie eingebaut,
begrenzt die Schutzschaltung die Spitzenspannung jeder Zelle während dem Ladevorgang und verhindert,
dass die Zellenspannung zu tief absinkt beim Entladen. Zusätzlich wird die Zellentemperatur überwacht, um
extreme Temperaturen zu verhindern. Der maximale Lade- und Entladestrom ist zwischen 1C und 2C begrenzt. Dank diesen Vorkehren wird eine Lithiummetallisierung, die bei Überladung entstehen kann, praktisch eliminiert.
Die Alterung betrifft die meisten Lithium-Ion-Batterien, und viele Hersteller vermeiden es, über dieses Problem zu sprechen. Eine Verschlechterung der Kapazität ist bereits nach einem Jahr bemerkbar, ob nun die
Batterie gebraucht wurde oder nicht. Die Batterie versagt ihren Dienst häufig nach zwei oder drei Jahren. Es
Raphael Grimm 2008
Seite 22 von 60
muss jedoch gesagt werden, dass auch andere Batterien auf Alterung zurückzuführende Verschlechterung
der Kapazität zeigen. Dies trifft speziell zu auf Nickel-Metallhydrid-Batterien, die zu hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt waren.
Hersteller verbessern die Lithium-Ion-Batterien dauernd. Neue und bessere chemische Verbindungen werden ungefähr alle sechs Monate eingeführt. Bei solch schnellen Fortschritten ist es schwierig, zu beurteilen,
wie gut eine geänderte Batterie in Bezug auf Alterung sein wird.
Eine Lagerung an einem kühlen Ort verlangsamt den Alterungsprozess von Lithium-Ion (und anderen Chemien). Hersteller empfehlen Lagerungstemperaturen von 15°C. Zusätzlich sollten die Batterien während der
Lagerung teilweise geladen sein. Die Hersteller empfehlen eine 40%-Ladung.
Vorteile

Hohe Energiedichte - Potential für noch
höhere Kapazitäten ist vorhanden
Benötigt keine längere Formatierung, wenn
neu. Eine einzige normale Ladung genügt.
Verhältnismässig kleine Selbstentladung die Selbstentladung ist weniger als die
Hälfte jener auf Nickel basierenden Batterien.
Kleine Wartung - da kein Memoryeffekt
besteht, wird keine regelmässige Entladung benötigt.
Grenzen

5.3.2
Benötigt eine eingebaute Schutzschaltung,
um Spannung und Strom innerhalb den Sicherheitslimiten zu halten.
Ist der Alterung unterworfen, auch wenn
sie nicht gebraucht wird - lagern der Batterie in einem kühlen Raum bei einer 40%Ladung reduziert den Alterungseffekt.
Entladestrom ist moderat - nicht verwendbar für starke Belastung
Einschränkung bei Transporten - verschiffen von grösseren Mengen können zu
Kontrollen führen. Diese Einschränkungen
beziehen sich nicht auf persönlich mitgeführte Batterien.
Aufwendig in der Herstellung - ca. 40%
höhere Herstellungskosten als bei NickelKadmium.
Nicht total ausgereift - Metalle und Chemien ändern kontinuierlich.
Die Lithium-Polymer Batterie
Abbildung 16: Lipo Polyquest 3200mAh
Die Lithium-Polymer-Batterie unterscheidet sich von konventionellen Batterien in der Art des verwendeten
Elektrolyts. Die ursprüngliche Version, aus der Zeit um 1970, verwendete ein trockenes, festes Polymerelektrolyt. Dieses Elektrolyt gleicht einer plastikähnlichen Schicht, die für Elektrizität nicht leitfähig ist, aber
einen Ionenaustausch gestattet (elektrisch geladenen Atome oder Gruppen von Atomen). Der Polymerelektrolyt ersetzt das traditionelle poröse Trennelement, welches mit Elektrolyt gesättigt ist.
Die Lösung mit trockenem Polymer bietet Vereinfachungen in Bezug auf Herstellung, Robustheit, Sicherheit
und schlanken Formen an. Mit einer Zellendicke von etwa einem Millimeter können Gerätekonstrukteure
ihrer Phantasie für Form, Beschaffenheit und Grösse freien Lauf lassen.
Unglücklicherweise leidet das trockene Lithium Polymer unter schwacher Leitfähigkeit. Der innere Widerstand ist zu hoch, um die für moderne Kommunikationsgeräte nötigen Stromspitzen liefern zu können, was
Raphael Grimm 2008
Seite 23 von 60
zu Problemen mit der Festplatte von mobilen Computern führt. Eine Erwärmung der Zellen auf 60°C und
mehr verbessert die Leitfähigkeit; eine Anforderung, die für tragbare Applikationen nicht umsetzbar ist.
Als Kompromiss wurden einige Gel-Elektrolyte hinzugefügt. Die meisten kommerziellen Lithium-PolymerBatterien, die heute für die mobile Telephonie verwendet werden, sind Hybridzellen und enthalten GelElektrolyte. Die richtige Bezeichnung dafür ist Lithium-Ion-Polymer. Es ist dies die einzige, funktionierende
Polymer-Batterie für tragbaren Einsatz.
Was ist denn der Unterschied zwischen der klassischen Lithium-Ion-Batterie und der Lithium-Ion-PolymerBatterie mit den beigefügten Gel-Elektrolyten? Auch wenn die Charakteristik und Leistung der beiden Typen
ähnlich sind, ist die Lithium-Ion-Polymer die einzige Batterie, wo ein fester Elektrolyt das poröse Trennelement ersetzt. Der Gelelektrolyt wurde nur beigefügt, um die Ionenleifähigkeit zu verbessern.
Vorteile

5.3.3
Grenzen
Ausgesprochen dünn - Batterien, die in der
Form einer Kreditkarte gleichen, sind herstellbar.
Flexibler Formfaktor - die Hersteller sind
nicht mehr an die Standardzellen-Formate
gebunden. Bei grossen Stückzahlen können beliebige Formen günstig hergestellt
werden.
Leicht - die Gelelektrolyte gestatten vereinfachtes Verpacken ohne metallische Hülle.
Bessere Sicherheit - widerstandsfähiger
gegen Überladung, kleineres Risiko gegen
auslaufende Elektrolyte.

Kleinere Energiedichte und weniger Ladezyklen, verglichen mit Lithium-Ion
Aufwendige Herstellung
Keine Standardgrössen. Die meisten Zellen sind für einen Markt mit grossen Stückzahlen gebaut.
Höhere Kosten betreffend Energieverhältnis als Lithium-Ion.
Die Auswertung für die Akkus
Produkt
No name (OEM)
Gewicht
Kapazität
Spannung
Ladestrom
Entladestrom
Preis (CHF)
Lieferant
185g
2100mAh (20C)
11,1V (3s)
Keine Angaben
Keine Angaben
69.Ingenieurbüro Buss &
Busker GbR;
D-Moormerland
www.mikrokontroller.com
Homepage
Polyquest
2200mAh 3S 20C
Robbe LIPOLY AKKU
3S1P 11,1V 2100 MAH
175g
2200 mAh (22C)
11,1V (3s)
4.4 A
48.4 A
92.Andi 66; Jona
150g
2100 mAh (15C)
11,1V (3s)
2.1
33 A
135.Leuthold Modellbau; Horgen
www.andi66.com
www.modellbauleuthold.ch/
C ist der Faktor um den der Entladestrom grösser ist als die Kapazität. Ein höherer C Faktor bedeutet längere Flugzeit (C22 ca. 22min Flugzeit)
Raphael Grimm 2008
Seite 24 von 60
C=
5.4
Entladestrom (E )
A *1000
→ C=
*h
Kapazität (K )
mA
A = Ampere (elektrische Stromstärke)
Ladegräte
Das gesuchte Ladegerät sollte einen 220V Anschluss besitzen und einen dem Akku angepassten Ladestrom. Des Weiteren sollte es über einen intelligenten Ladeprozess verfügen. Dieser prüft zuerst, bei welcher Zelle wie viel entladen ist und passt das Ladeprogramm diesen Werten an.
Der Balancer ist zuständig für das gleichmässige Laden. Daher ist es sehr praktisch, wenn dieser schon im
Ladegerät eingebaut ist. Es gibt aber auch die Möglichkeit, für ca. CHF 50.- einen externen Balancer zu
kaufen. Der Balancer wird über ein spezielles Sensorkabel mit den Akkuzellen verbunden.
5.4.1 Wozu Balancieren?
Werden Akkus in Reihe geschaltet und geladen, können die durch einen unterschiedlichen Ladezustand
oder Toleranz in der Kapazität am Ladeschluss auch unterschiedlich hohe Spannungen annehmen. Ein
NiXx-Akku reguliert sich bis zu einem gewissen Maß selbst, indem Wärme erzeugt wird; der typische Spannungsrückgang setzt ein, der zum Abschalten erkennbar wird (DeltaPeak [-dU]). Der Lipo- Akku kann das
nicht, er überlädt fleißig und baut ab ca. 4,3V/Z einen erhöhten Innendruck auf. Die Zellen blähen auf und
können sogar im Extremfall platzen!
Ein Beispiel eines vollgeladenen 3s Packs (U = 12,6V) soll die Brisanz verdeutlichen:
Zelle 1 = 4,15V + Zelle2 = 4,20V + Zelle3 = 4,25V = 12,6V!
Zelle1 hat Unterspannung (nicht voll), Zelle2 ist optimal, Zelle 3 droht zu Überladen
Nach Herstellerangaben sollten die 4,2V einer LiPo- Zelle nicht über 4,235V überschritten werden!
... hier setzt der Balancer ein:
Diese Balancer sind im Grunde ein elektronischer Entladewiderstand, der nur gegen Ende des Ladevorgangs einsetzt. Ab 4,2V wird die Zelle mit einem Entladestrom allmählich belastet bis diese wieder die Sollspannung von 4,2V eingenommen hat. Der maximale Entladestrom sollte dann bei ca. 4,24V (+1%) erreicht
werden.
Pro Zelle muss ein Balancer herhalten! Es gibt meines Wissens zwei Typen z.Z. auf dem Markt.
Einflussgrößen die das Auseinanderdriften der LiPo- Zellenspannungen begünstigen:
Packs mit einer Kapazitätstoleranz und/oder Spannungstoleranz größer als 1%.
Hohe Temperaturunterschiede bei den einzelnen Zellen während des Entladens.
Wenn Zellen überlastet werden. Erkennbar am tiefen Spannungseinbruch speziell am Entladeanfang (Beispiel)!
Tiefentladungen, wenn Zellen unter 2,6V/Z Tiefentladen werden.
Raphael Grimm 2008
Seite 25 von 60
5.4.2
MegaPower Poseidon
Abbildung 17: MegaPower Poseidon
Modellbau-Ladegerät mit integriertem, aktivem Balancer und Anschluss für 12V oder 220V.
Dieses, für die neuen Li-FePo Akkus vorbereitete Ladegerät, mit eingebautem, aktivem Balancer für Li-Ion;
Li-Po; Li-FePo bietet ein Höchstmaß an Komfort.
Mit bis zu 5 Formierungszyklen können die Akkus optimal pflegen.
16 stelliges zweizeiliges Display mit blauer Hintergrundbeleuchtung
Hochwertiges, stabiles Alugehäuse ...
Graupner/Kokam Balancerport bietet maximale Flexibilität (siehe optional anderer Balancerboards
AD 56, AD57, AD58)
Ladeausgang zum Akku mit 4 mm Goldkontaktbuchsen (evtl. erforderliche Adapterstecker und Kabel finden Sie am Ende dieser Angebotsseite)
Einzelzellenspannungsanzeige von Li-XX Akkus, im Display!
Programmiermöglichkeiten:
Variable Zellenspannung der Lithium Zellen für Li-Po (3,7V), Li-Io (3,6V) und Li-FePo (3,3V)
Delta-Peak Abschaltung für Ni-CD/Ni-MH Akkus von 3 -25mV pro Zelle
Erhaltungsladung bis 200mAh
5.4.3
Robbe Lipomat 5-4000
Abbildung 18: Robbe Lipomat 5-4000
Schnellladegerät für Lithium- und Lithium-Polymer-Akkus mit integriertem Equalizer (Balancer).
Das Gerät besitzt 5 separate, voneinander unabhängige, hochpräzise Ladeausgänge. Über das Voltage
Sensorkabel des Lithium-Akkus werden die einzelnen Zellen des Akkupacks individuell auf 4,2 Volt LadeSchlussspannung geladen. Damit ist sichergestellt, dass ohne Zeitverlust am Ende der Ladung alle Zellen
die gleiche Spannungslage besitzen.
Raphael Grimm 2008
Seite 26 von 60
Das Voltage Sensorkabel legt automatisch die Zellenzahl fest, der Anwender muss nur noch den Ladestrom
von 1, 2 oder 4 Ampere wählen.
Dieses Ladeverfahrens ist extrem einfach in der Bedienung. Auf der Geräterückseite befindet sich der Anschlussstecker für das Voltage Sensorkabel. Parallel dazu ist eine Klemmschraubenleiste installiert, zur
Ladung mit höheren Strömen bzw. mit individuellem Voltage Sensor-Stecksystem.
Für Ladeströme über 2 Ampere empfehlen wir den Einsatz von Voltage Sensorkabeln mit stärkerem Querschnitt von 0,33 mm².
5.4.4
Graupner Ultramat 15
Abbildung 19: Graupner Ultramat 15
Preiswertes computergesteuertes Universal-Schnellladegerät
Mit integriertem leichten Schaltnetzteil für 100 ... 240 V und 12 DC-Eingang. Damit ist dieses Ladegerät für
alle Einsatzorte unterwegs und auch im Ausland (USA/Japan) optimal geeignet. Automatiklade-, Entlade-,
Kapazitätsmess-, Akkupflege- und Formierungsprogramm für NiMH- und NiCd- Batterien im Modellbau.
Einfachste Bedienung durch übersichtliche Programmstruktur über 4 Tasten. Blau beleuchtetes kontrastreiches zweizeiliges LCD-Display zur gleichzeitigen Anzeige aller relevanten Parameter
Lade- / Entlademöglichkeit für NiMH-, NiCd-, LiPo-, LiIo-, LiMn-, LiFe- oder Bleibatterien
Delta- Peak- Cut- Off- Detector für NiMH und NiCd-Zellen miteinstellbarer Delta- Peak- Spannung, dadurch
Vollladung auf 100 % Kapazität möglich.
Laden ab 1 Zelle ideal geeignet für Anglühbatterien oder zur Zellenselektion
Laden von LiPo-, LiIo-, LiMn- und LiFe-Zellen mit Konstantstrom/Konstantspannungsladung. Fallende
Stromkennlinie nach Erreichen der Ladeschlussspannung mit automatischer Ladeabschaltung.
Bleibatterie-Ladeprogramme mit optimierter Ladekennlinie, Entlademöglichkeit, einstellbarem Entladestrom
zur Ermittlung von Akku- und Restkapazität.
Kurzschluss-, Überlast- und Falschpolungsschutz.
5.4.5
Die Auswertung für die Ladegeräte
Produkt
MegaPower
Poseidon-860DS
Robbe Lipomat 5-4000
Graupner Ultramat 15
Speisung 220V
Speisung 12V
Balancer inbegriffen
220V
12V
Ja
Nein
11 – 15V
Nein
230V
11 – 15V
Nein
Raphael Grimm 2008
Seite 27 von 60
Anz. Zellen
Ladestrom
Entladestrom
Anzeigedisplay
Preis [in CHF]
Lieferant
1 – 6 Zellen
0.1 – 6A (50W)
0.1 – 1A (5W)
Ja
188.Andi 66; Jona
Homepage
www.andi66.com
5.5
Die Motoren
5.5.1
ROXXY BL OUTRUNNER 2824-34
1 – 5 Zellen
1 – 4A
0.1 – 6A
Nein
199.Leuthold Modellbau;
Horgen
1 – 5 Zellen
0.1 – 8A (50W)
0.1 – 5A (20W)
Ja
192.Leuthold Modellbau;
Horgen
Abbildung 20: Brushless Motor ROXXY BL OUTRUNNER 2824-34
Roxxy BL- Motoren sind leichte, kräftige und niedrig drehende, 14-polige "Brushless" -Außenläufermotoren
mit hohem Drehmoment, speziell für Lithium-Polymer Akkus ausgelegt. Brushless- Motoren mit Neodym
Magneten sind modernste Elektro-Antriebe. Besonders mit Außenläufer-Motoren, die kein Getriebe benötigen, stehen drehmomentstarke Motoren mit hohem Wirkungsgrad über ein weites Leistungsspektrum zur
Verfügung. Auf Grund ihrer Bauart können Außenläufer- Motoren ohne Getriebe, große Luftschrauben antreiben. Damit ideal für den Direktantrieb und perfekt zum Torquen mit Depron- Modellen geeignet. Hoher
Wirkungsgrad durch maximalen Kupferfüllungsgrad und Verwendung hochwertiger Neodym-Magnete. Austauschbare Motorwelle. Anwendungsgebiete: Indoor-, Slow-, Park- und Shock- Flyer etc.
Ausstattung
Austauschbare Motorwelle
Leichter Lauf durch große Präzisions-Kugellager
Beidseitig Montage möglich
Max. Wirkungsgrad: 79 %
Schubkraft max. 580 g
Modellgewicht bis ca. 550 g.
Technische Daten

Drehzahl: 1 100 U/Min. pro V
Abm.: (Ø x L) 28.8 mm x 26 mm
Typ: 2824-34
Gewicht: 48 g
Zellenzahl NiCd/NiMH: 6 - 10
Abgabeleistung: 90 W
Max. Strom: 9 A
Last-Strom: 4 - 8 A
Raphael Grimm 2008
Lieferumfang

Brushless- Motor
Luftschraubenkupplung
Silikonkabel
Goldkontaktstecker
Seite 28 von 60
Technische Daten

5.5.2
Lieferumfang
Empf. Luftschraube: 8 x 5" - 10 x
5Oslash;@3.17 mm
Zellenzahl LiPo: 2 - 3
EMAX BL2215
Abbildung 21: EMAX BL2810 mit Zubehör
EMAX Qualitäts- Brushless Motor mit 59 Gramm Gewicht. Der Motor ist ausgestattet mit Neodym-Magneten
und einem High-Tech Rotationsgehäuse. Vorteil dieser Antriebsart: mehr Leistung, besserer Wirkungsgrad
und durch praktisch verschleissfreien Betrieb eine viel höhere Lebensdauer! Das Neodym-Magnetmaterial
wird extrem magnetisiert und verliert seine Haftkraft auch über Jahre hinweg nicht mehr. NdFeB Magnete
haben eine große Haftkraft bei kleinem Volumen, sie ermöglichen neue technische Lösungen und eröffnen
unterschiedlichste Anwendungsbereiche.
Die gehärtete Stahlwelle ist dreifach kugelgelagert und von einen robusten Gehäuse in Leichtbauweise mit
garantiert langer Lebensdauer umgeben. Sie ist reversible montierbar, so dass bei Bedarf auch eine Frontmontage möglich ist. Alle notwendigen Montageteile wie vergoldete Regleranschlussbuchsen und Montageset werden mitgeliefert, inkl. einer Propsaver- Montagehalterung. Die anodysierten EMAX Motoren in
hochwertiger Fertigungsqualität werden mit modernsten CNC Fräsen hergestellt. Aufgrund des hohen
Drehmomentes ist der Einsatz eines zusätzlichen Getriebes nicht mehr erforderlich.
Die beeindruckende Leistung dieser kleinen, robusten und leichtgewichtigen (60gr.) Motoren machen sie
zum geeigneten Antrieb für Modelle bis zu 1,4 kg Abfluggewicht. Neuste Hochleistungsmagneten verhelfen
den EMAX 2215/xx Motoren zu einer extrem hohen Effizienz und Leistung bei niedrigem Eigengewicht.
Hohe Qualität, Präzision, Zuverlässigkeit und Performance machen den EMAX zu einem der besten Aussenläufer auf dem Markt.
Technische Daten

Betriebsspannung: 2 - 3 LiPo-Zellen
Umdrehungen pro Volt (KV): 800KV /
1260KV
Maximale Effizienz: ~87% (bei 8 - 13
Amp.~75%)
Leerlaufstrom: 0,5 Amp.
Belastbarkeit: 17 / 22 Amp. (60sec)
Innenwiderstand: 116 mOhm
Abmessungen: 28 x 30 mm
Achsdurchmesser: 3 mm
Gewicht: 59 gr.
Empfohlenes Abfluggewicht: bis ~1400 gr.
(2215/20)
Propeller: 9 x 5 bis 11 x 7
Raphael Grimm 2008
Lieferumfang

Motor
Montagekreuz
Propelleradapter
Befestigungsschrauben
3mm Goldkontaktbuchsen (Regler)
Seite 29 von 60
5.5.3
E-Sky EK5-0002B
Abbildung 22: E-Sky EK5-0002B mit Rotormitnehmer
Technische Daten

5.5.4
Lieferumfang
Color: purple
Motor weight: 45g
Motor length: 28mm
Motor diameter: 25.9mm
Shaft diameter: 3.0mm
KV: 1000RPM/V
Free load current: 0.7A
Max efficiency: 78%
Max current: 8A
Speed contorller requiement: 25A

Keine Angaben
Die Auswertung der Motoren
Produkt
E-Sky EK5-0002B
EMAX BL2215
ROXXY BL OUTRUNNER
2824-34
Drehzahl pro V
Gewicht
Zellenzahl
Max. Strom
Last-Strom
Wirkungsgrad
Preis [in CHF]
Lieferant
1'000 U/Min
45g
Keine Angaben
8A
25A
< 78%
30.80
Ingenieurbüro Buss &
Busker GbR;
D- Moormerland
Homepage
www.mikrokontroller.com
800 – 1'260 U/Min
59g
2 – 3 Zellen
8 – 13A
17 – 22A
> 75%
42.00
gws-rc-models.ch
Deisrütistrasse 20
8472 Ohringen
www.gws-rc-models.ch
1'100 U/Min
48g
1 – 6 Zellen
9A
4 – 8A
< 79%
49.95
Conrad
Alte Dübendorferstr. 17
8305 Dietlikon
www.conrad.ch
Raphael Grimm 2008
Seite 30 von 60
Die Beschaffung
6
Die Beschaffung
6.1
Plattform Mikrokopter
Lieferant
Ingenieurbüro Buss & Busker GbR
Orchideenweg 2
D 26802 Moormerland
Tel: +49 4954-994163
Tel: +49 4954-922143
www.mikrocontroller.com
[email protected]
Preis
(EUR)
Artikel Nr.
Kurzbeschreibung
Anzahl
Betrag (EUR)
FLIGHT_CTRL_V1_1
Flight-Ctrl V1.1 (SMD vorbestückt)
1 Stk.
199.95
199.95
BL-Ctrl_V1_1
Bl Ctrl V.1.1 (SMD vorbestückt)
4 Stk.
39.95
159.80
MPX4115A
Luftdrucksensor MPX 4115A
1 Stk.
17.95
17.95
LK-SERCON11
Serieller Konverter (SMD unbestückt)
1 Stk.
4.90
4.90
ACT DSL4TOP (MK)
ACT DSL-4top Typ: MK
1 Stk.
44.95
44.95
EPP1045
Propeller
8 Stk.
3.89
31.12
Gesamt
458.67
CHF
6.2
1.67
766.00
Komponenten Serieller Konverter
Lieferant
Reichelt Elektronik e. Kfr.
Elektronikring 1
26452 Sande Germany
Tel.:+49 (0)4422/955-333
Fax:+449 (0)4422/955-111
www.reichelt.de
[email protected]
Kurzbeschreibung
BC 337-40
TRANSISTOR
1 Stk.
0.04
0.04
D-SUB BU 09
1 Stk.
0.1
0.10
JUMPER 2,54 RT
D-SUB-Buchse, 9-polig, Lötkelch
Kurzschlussbrücke, rot, RM 2,54, vergoldet
1 Stk.
0.04
0.04
LED 3MM GN
LED, 3mm, Low Cost, grün
1 Stk.
0.05
0.05
MAX 232 CPE
RS232-Driver, DIL-16
1 Stk.
0.32
0.32
METALL 1,00K
Metallschichtwiderstand 1,00 K-Ohm
Pfostenbuchse, 10-polig, mit Zugentlastung
Pfostenbuchse, 6-polig, mit Zugentlastung
1 Stk.
0.08
0.08
3 Stk.
0.09
0.27
2 Stk.
0.43
0.86
PFL 10
PFL 6
Raphael Grimm 2008
Anzahl
Preis
(EUR)
Artikel Nr.
Betrag (EUR)
Seite 31 von 60
Die Beschaffung
Anzahl
Preis
(EUR)
Artikel Nr.
Kurzbeschreibung
Betrag (EUR)
SIL 8-4 4,7K
Widerstands-Netzwerk, 4Wid./8Pins, 4,7
K-Ohm
1 Stk.
0.14
0.14
SL 2X17G 2,54
2x17pol.-Stiftleiste, gerade, RM 2,54
1 Stk.
0.22
0.22
X7R-5 100N
VIELSCHICHTKONDENSATOR
4 Stk.
0.12
0.48
ZD 5,1
Z-DIODE 1,3W
2 Stk.
0.06
0.12
Gesamt
2.72
CHF
6.3
1.67
4.50
Fernsteuerung, Akku und Ladegeräte
Lieferant
Andi66
Andreas Eiholzer
Neuhuesli-Park 20
CH-8645 Jona
www.andi66.com
[email protected]
Tel.: +41 (0)55 212 16 62
Fax: +41 (0)55 212 16 62
Artikel Nr.
Produktename
Anzahl
Preis
(CHF)
Betrag (CHF)
Fernsteuerung
Graupner MX-12
1
339.00
339.00
Akku
Ladegerät
Polyquest 2200mAh 3S 20C
MegaPower Poseidon-860DS
1
1
92.00
188.00
92.00
188.00
Gesamt
6.4
619.00
Propeller
Artikel Nr.
Produktename
Anzahl
Preis
(CHF)
Betrag (CHF)
MN_KOMBI_EPP
EPP1045 Kombi-Propellermitnehmer
4 Stk.
7.95
31.80
6.5
Endgültige Kostenzusammenstellung
Die folgende Kostenzusammenstellung zeigt die Differenz zwischen den geplanten und den tatsächlichen
Kosten auf.
Die Beschaffung aus Deutschland war nicht nur aufwendiger, sondern auch mit recht hohen Nebenkosten,
die im Shop nur sehr Kleingedruckt ausgewiesen wurden, verbunden.
Da bei Conrad in Dietlikon nur drei Motoren vorhanden waren, musste ich einen per Post nachbestellen.
Mit der Hilfe meines Göttis konnte dafür der Rahmenbau kostengünstig hergestellt werden. Die Distanzbolzen für den Flight Ctrl wurde mir als Prüfmuster von der Firma Vogt AG aus Lostorf gratis zur Verfügung
gestellt.
Raphael Grimm 2008
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Die Beschaffung
Planung
Conrad
4x Motoren
Kleinmaterial SerCon
Mikrokoptershop
Flight Ctrl
4x Bl Ctrl
Empfänger
Luftdrucksensor
8x Propeller
DHL Versicherung
Mehrwertsteuer
Raphael Grimm 2008
Differenz
116.90
211.85
94.95
20.00
42.50
22.50
333.90
266.90
36.74
333.90
266.90
36.74
30.00
26.00
Rahmenbau
Schrauben
Tubtara Nieten
Rahmenprofile
Andi66
Akku
Ladegerät
Fernsteuerung
Effektiv
Begründung
Motoren im Shop nicht bestellbar,
stattdessen im Conrad (anderes
Modell) gekauft.
Teile nicht erhältlich im deutschen
Reichelt Shop
bestückt bestellt
bestückt bestellt
61.00
30.00
26.00
0
61.00
Nicht einberechnet
Nicht einberechnet
Bestellung war gross genug
Nicht einberechnet
--10.00
10.00
Bewusst nicht in der Kalkulation
enthalten
92.00
188.00
339.00
82.00
188.00
232.00
-10.00
-107.00
CHF
1'393.44
CHF
1'520.89
CHF
127.45
Guter Deal mit dem Händler
Gutes Angebot von Andy66. Übrige Fernsteuerung aus einer
Helikopter-Packung.
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Konstruktionen
7
Konstruktionen
7.1
Rahmenbau
7.1.1
Idee
Im linken Bild ist die mechanische
Zeichnung dargestellt. Das Endprodukt ist
unten abgebildet. Es ist eigentlich eine
CenterPlate die man auch unter
http://www.mikrokopter.de/ucwiki/CenterPlate
finden kann. Die Löcher, die mit M3
angeschrieben sind, wurden für die
Distanzschrauben für den FlightCtrl
eingezeichnet. Die Löcher (aussen), sind
um die BlCtrl’s zu befestigen. Sie werden
mit einem Schrumpfschlauch überzogen
und dann mit Kabelbinder an die Löcher
befestigt.
Die 4 ausgeschnittenen Dreiecke und
deren parallelen Schlitze sind da, um den
Akku zu befestigen. Ich habe mir
folgendes ausgedacht und geplant: Durch
die Schlitze und Dreiecke ziehen wir je ein
Klettband und nieten es zusammen. Links
unten ist die “Männliche Seite“ und rechts
oben die “Weibchen Seite“. Nun kann man
den eingewickelten Akku von unten her
nur noch ankletten.
Für unter das Rahmenstangenkreuz hatten wir
(mein Götti und ich) nochmals eine Platte
hergestellt. Nun wollten wir die obere und die
untere Platte mit den Rahmenstangen
verschweissen. Da die Rahmenstangen aber aus
eloxiertem Aluminium bestehen, konnten wir es
nicht schweissen. Darum mussten wir es
schrauben. Dafür nieteten wir TUBTARA-Nieten in
die Basic-Rahmenstangen und schraubten die
obere Platte runter und die untere Platte rauf.
Es fehlen die Gewinde für die Distanzschrauben®
Raphael Grimm 2008
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Konstruktionen
7.1.2
Ausführung
Als erstes zeichnete ich auf eine Alu-Werbeplatte die Grösse der Alu-Platte (7cm x 7cm), welche eine ähnliche Aufgabe hat wie die CenterPlate. Mit einer Säge zersägten wir die Tafel und schliffen die Kanten.
Mit der Säge wurden
anschliessend die
Ecken ausgesägt und
mit einer Feile gefeilt.
Danach wurden die Schlitze eingezeichnet und die Bohrlöcher gekörnert. Als
je zwei Löcher gebohrt waren, ging es wieder ans feilen. Nach einer Weile
war auch mein Götti zufrieden und wir nahmen uns den Löchern der Brushless Ctrl an.
Danach haben wir die Alu Stäbe zugesägt, geschliffen und gebohrt. So wie es auf der Mikrokopter-Homepage beschrieben ist.
Raphael Grimm 2008
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Konstruktionen
7.2
Basic Arme
Dies sind die Konstruktionspläne der Arme
Abbildung 23: Konstruktionsplan Basic Arme
Die Löcher mit einem 5 mm Durchmesser sind alle für TUBTARA-Nieten gebohrt worden
7.3
Erweiterung
Da ich noch eine Alu-Stange (einen Meter lang) übrig hatte, entschieden Dad und ich, dass wir an allen vier
Enden eine Erweiterung anschrauben. Diese sollen die Propeller schützen, wenn der Mikrokopter mal in ein
Hindernis krachen sollte. Natürlich nur für den Anfang…
Raphael Grimm 2008
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Konstruktionen
7.3.1
Konstruktionspläne
Abbildung 24: Konstruktionsplan Erweiterungs Arme
Die Löcher mit einem 5 mm Durchmesser sind alle für TUBTARA-Nieten gebohrt worden
7.3.2 Ausführung
Als erstes sägte ich die Erweiterungsstangen zu. Anschliessend habe ich die Alu-Stangen geschliffen und
danach die Löcher darauf eingezeichnet. Nach dem Körnern ging es nur noch ans Bohren.
7.3.3 Fuss
Für meine ersten Füsse wollte ich Kuststoff-Stifte nehmen. Doch wie sollte ich diese befestigen? Ein weiteres Problem war der Aufprall. Die Stifte könnten brechen und sie würden den Aufprall nicht abfedern. An
meinem Prototyp-Flügel (aus Karton) probierten mein Vater und ich so manche verschiedene Ideen aus.
Nach langem Nachdenken kam meinem Vater DIE Idee. Wir schnitten von einer Isolationsröhre (wie man
sie für Heizungen braucht) vier Stücke ab. Die Isolationsröhre ist aus gummigem, weichem Kunststoff.
Nach einem weiteren Besuch bei meinem Götti stand es dann fest…, die Isolationsringe schraubten wir mit
zwei sechskant-Zylinderkopf-Schrauben an das Gerüst. Da tauchte schon ein neues Problem auf, die
Schrauben versanken im weichen Material. Daher musste ich ein Metallplättchen durchbohren und so die
Schrauben daran befestigen.
Ein weiteres Problem waren die wenigen Gewindumdrehungen, welche wir in den 0,8mm dicken Rahmen
schneiden könnten. Die Schrauben würden schnell ausbrechen. Eine spezielle Niete Namens ’TUBTARA’,
welche das Gewind vergrössern kann, sollte Abhilfe schaffen. Somit wurde auch dieses Problem erfolgreich
gelöst.
Raphael Grimm 2008
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Konstruktionen
Abbildung 25: Konstruktionsplan Füsschen
7.4
Propellermitnehmer
Bearbeitung der Propellermitnehmer
Abbildung 26: Propellermitnehmer
Im linken Bild ist das Anfangsprodukt (Original Robbe) abgebildet, welches beim Motor dabei war. Im rechten Bild sieht man das Endprodukt. Dieser Propellermitnehmer (das linke Bild) hat ein Gewind von ca. ∅ 4,8
mm (ca. M6). Dies ist viel zu gross, denn die Propeller haben ein Loch von ∅ 3 mm.
Fazit: Entweder man muss den Propeller aufbohren oder das Gewind “schmälern“.
Der Propeller kann nicht aufgebohrt werden, da dieser sonst bei grösserer Belastung brechen würde. Also
blieb uns nur noch die komplizierte Version mir dem kleineren Gewinde.
Ich habe dieses Problem mit meinem Götti besprochen und einige Ideen entwickelt. Ich durfte die Propellermitnehmer bei ihm lassen. Er bot mir an, sich dem Problem anzunehmen. Nach ein paar Tagen, während
denen ich Pläne über die Rahmen-Konstruktion zeichnete, besuchten Dad und ich wieder meinen Götti. Er
überraschte uns mit dieser selbst gefertigten Konstruktion. So sahen am Schluss die bearbeiteten Propellermitnehmer aus (rechtes Bild). Und die Propeller? Die passen wie angegossen. Der Vorteil an dieser neuen Konstruktion ist, dass die untere Mutter den Propeller auch noch stabilisiert. Der Propeller hat unten eine
eingestanzte, sechseckige Form. Er ist nur etwas grösser als die Mutter selbst und so muss man das Deckelchen nicht so fest anziehen.
Raphael Grimm 2008
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Konstruktionen
Und so hat er es gemacht
Zuerst hat mein Götti den Gewindebolzen abgesägt. In der Mitte schnitt er ein Innengewinde (M3) hinein
und danach schraubte er ein neues Gewindestäbchen mit LOGTITE1 (Metall-Kleber) hinein. Schlussendlich
konterte er es mit einer Mutter.
Die Überwurfmutter
Götti musste das Loch noch etwas aufbohren und den Durchmesser der Mutter anpassen. Danach presste
er eine Mutter mit LOGTITE1 und mit einer Art Stempel ein.
Abbildung 27: Fertiger Motor mit Propeller
1
http://www.henkel.de/cps/rde/xchg/henkel_de/hs.xsl/10511_DED_HTML.htm
Raphael Grimm 2008
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Zusammenbau
8
Zusammenbau
8.1
Verkabelung
Abbildung 28: Blockschaltbild
Dieses Bild fand ich im Internet und war der Eckstein für meine Verkabelung. Ich habe das Bild mal etwas
genauer betrachtet. Danach habe ich gesehen, dass von einem BL-Ctrl sieben Kabel weg führen. Anschliessend nahm ich einen von meinen BL-Ctrl und schaute, wo diese Anschlüsse sind. Anschliessend
bearbeitete ich ein Foto eines BL-Ctrls und zeichnete im Photoshop (eine Bildbearbeitungs-SW) die Anschlüsse ein, über welche ich mich zuvor im Internet informierte.
Raphael Grimm 2008
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Zusammenbau
Abbildung 29:Beschriftets Foto eines BL
Mit dieser Hilfe zeichnete ich im Adobe Illustrator ein Konzeptschema.
Abbildung 30: Konzept schema
Mit dieser chaotischen und unübersichtlichen Darstellung waren mein Vater und ich noch nicht zufrieden.
Darum zeigte er mir, wie man ein professionell aussehendes Schema zeichnet.
Raphael Grimm 2008
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Zusammenbau
Abbildung 31: Verkabelungsschema
Mit diesem Schema ging es danach ans Verkabeln. Doch auch dort brauchte es mehrere Anläufe. Die Verkabelung war ein sehr aufwändiger Teil der Arbeit. Er kostete mich auch viel Nerven. Vielfach waren die
Kabel zu kurz oder zu lange.
8.2
Empfänger einbauen
Der Empfänger empfängt die Signale der Fernsteuerung. Man verbindet den Empfänger mit den Motoren
oder mit einem Mikrokontroller. Beim Mikrokopter wird es mit einem Mikrokontroller verbunden. Meist wird
dies mit einem Servo-Kabel gemacht (Siehe Verkabelung). Am Empfänger hängt auch die Antenne dran,
welche man noch auf ein Kunststoff-Röhrchen aufwickeln muss.
8.2.1 Quarz einbauen
In Europa sind die Frequenzbänder 27, 35, 40, 433 MHz und 2,4 GHz für Fernsteuerungen zugelassen,
wobei die genaue Frequenz am Sender durch Quarze festgelegt wird.
So baut man ihn ein:
Raphael Grimm 2008
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Zusammenbau
1: Dies ist der Empfänger.
2: Hier sieht man eine Rille.
3: Diese Rille schneidet man mit einem Messer aus
4: In dieses Loch steckt man anschliessend den Quarz.
8.3
Die Haube
Zuerst habe ich mich gegen einen CD-Box-Panzer gesträubt. Doch irgendwie musste ich die Elektronik
meines Mikrokopters schützen. So habe ich beim Verkabeln eine CD-Box darauf geklebt. Diese schützt
nicht nur, sondern sieht auch noch hübsch aus. Den CD-Box-Deckel hatte meine Schwester für mich bemalt. Nun sieht mein Mikrokopter wie ein richtiger Flying Turtle aus.
Abbildung 32: Angemalte Schutzhaube
Raphael Grimm 2008
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Software laden
9
Software laden
Für dieses Unterfangen bin ich mit dem Zug zu Martin Burger gereist. In den folgenden Wochen verbrachten wir im gesamten mehrere Abende mit Programmieren.
Nachdem wir die gesamte Flight Ctrl umgedreht hatten (die Elektronik hätte sonst gemeint, sie fliege auf
dem Kopf), und die I2C-Bus Kabel abgelötet hatten um dünnere anzulöten, ging es endlich los mit dem
Software laden.
Die Vorbereitung
Wie im Anhang B; Seite 17 steht, dürfen die I2C-Bus-Anschlüsse nicht angelötet sein. Darum löteten wir sie
wieder ab. Anschliessend starteten wir das Programm “Mikrokopter-Tool“, welches gratis zu downloaden ist
und extra dafür entwickelt wurde. Da ich bei Martin programmierte, musste ich keine Software-Datei downloaden. Um die Flight Ctrl zu flashen, steckten wir den SerCon mit dem 6-poligen Kabel an die Flight Ctrl
an. Ich empfehle Anfängern ebenfalls, für das Programmieren eine erfahrene Person aufzusuchen.
Das Laden
Danach flashten wir den Bootloader auf die Flight (Anhang B; Seite 16 und 17). Anschliessend flashten wir
jede Bl Ctrl einzeln mit dem 10-poligen Flachbandkabel (Anhang B; Seite 17-19). Nun schlossen wir mit
dem 10-poligen Flachbandkabel wieder die Flight an den SerCon an und luden die Software drauf (Anhang
B; Seite 19-20). Anschliessend luden wir auch die Software auf die Bl Ctrl (Anhang B; Seite 20-21). Auf die
Bl Ctrl müsste man eigentlich verschiedene Software laden, damit die Flight weiss, welcher Regler wo ist.
Da ich aber eine neue Version von den Bl Ctrl habe, musste ich nur im Vorfeld ein paar Brücken löten.1
Ein sehr dummes Missgeschick
Dummerweise passierte uns ein Missgeschick, über dem wir einen gesamten Abend brüteten. Wir luden die
Software von der Bl Ctrl auf die Flight Ctrl. Da man nicht einfach auf die Taste: „Delete“ drücken konnte um
die Software von der Flight Ctrl zu löschen, musste Martin schwere Geschütze auffahren. Mit irgendwelchen
Geräten versuchte er die falsche Software zu entfernen. Bei diesem Vorgang ging eine Diode bei seinem
SerCon kaputt und so funktionierte die Verbindung zwischen Computer und der Hardware natürlich nicht
mehr…
Zum Glück hatte ich noch meinen eigenen SerCon dabei und wir konnten die falsche Software endgültig
von der Flight Ctrl entfernen.
Abbildung 33: SerCon beim SW laden
1
http://www.mikrokopter.com/ucwiki/BL-Ctrl_V1_1?highlight=%28bl%29
Raphael Grimm 2008
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Software laden
9.1
Die Installationsprogramme
Für die Installation habe ich folgende Programme benötigt:
Mikrokopter Tool
Ponyprog
9.1.1 Mikrokopter Tool
Dies ist das Tool, das bei allen Mikrokopterpiloten bekannt ist. Mit ihm programmiert man, stellt Settings ein
und überprüft Werte.
9.1.1.1 Bootloader
Der Bootloader muss nur einmalig per ISP in den AVR programmiert werden. Das MK-Tool setzt die Fusebits dabei automatisch korrekt ein. Danach können die Updates der Firmware seriell durchgeführt werden.
9.1.1.2 Firmware
Firmware gibt es zwei. Eine für die Flight Ctrl und die BL Ctrl. Dies ist das Programm selbst, welches am
Schluss die Regler bzw. die Flight steuert.
9.1.2 Ponyprog
Dies ist ein Programmierprogramm. Martin schickte es mir über Skype zu und ich installierte es auf meinen
PC. Ich befolgte über Skype genau den Anweisungen die Martin mir gab. Es scheint für Anfänger sehr kompliziert zu sein. Darum empfehle ich, dieses Programm nur mit Hilfe einer erfahrenen Person zu verwenden.
Raphael Grimm 2008
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Das Laden der Akkus
10
Das Laden der Akkus
10.1.1.1 Akku anstecken
Es ist nicht schwer einen Akku zu laden, wenn man weiss wie… Darum liess ich es mir von Martin Burger
erklären. Das Anhängen des Ladegerätes ist ganz einfach. Das mitgelieferte Kabel wird in die Steckdose
hinein gesteckt und das andere Ende am anderen passenden Ort. Lasst euch am besten von einer Fachperson beraten, wenn ihr es kauft. Wenn man, so wie ich, eine Ladestation mit einem inbegriffenen Balancer benutzt, dann hat man ein so genanntes “Balancing Port“. Dort steckt man das passende, mit gekaufte
Kabel ein. Anschliessend steckt man so lange die passenden Kabel bzw. Stecker zusammen, bis man beim
Akku ist. Bei mir sind das drei Kabel. Danach muss man den roten und den schwarzen Stecker in das rote
und das schwarze Loch einstecken. Diese befinden sich neben dem Balancing Port. Am besten lötet man
beim Akku und den zwei Kabeln goldene Stecker an. So muss man auch diese Kabel nur noch zusammen
stecken. Dann hat es am Ladegerät noch so Klammern mit einem roten und einem schwarzen Griff daran.
Diese braucht man, wenn man mit dem Auto unterwegs ist und den Akku mit der Autobatterie aufladen will.
10.1.1.2 Auswahl des Ladeprogramms
Auf den meisten Ladestationen hat es vier Knöpfe.
BATT
Type
DEC
INC
Enter
Start/
Stop
Mit dem ersten Knopf kann man die Art des Akkus auswählen. Es gibt NiMH, DiCd, Li-Ion, LiPo, LiFe, Pb.
Mit den Tasten DEC und INC kann man hier auch noch auswählen ob man “discharge“ (entladen) oder
“charge“ (laden) will. Die letzte Taste (Enter) hat zwei Funktionen. Entweder drückt man lange darauf oder
nur kurz.
Lange drücken: Man startet das Lade-Programm
Kurz drücken: Man kann die Ladewerte Volt und Ampere
einstellen
Abbildung 34: Akku Kabelbeschriftung
Raphael Grimm 2008
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Checkliste / Inbetriebnahme
11
Checkliste / Inbetriebnahme
Vor jedem Flug sollten folgende Punkte am Mikrokopter und der Umgebung kontrolliert werden:
1.
Flugvorbereitung
Lipo in Schaumgummi einrollen
Akku mit Klett an Gestell befestigen
Stromkabel (Schwarz & Rot) verbinden
2.
Fernsteuerung einschalten
3.
Modell einschalten
Hauptschalter umlegen (LED auf Flight Ctrl leuchtet)
Rot/Grün: kein Fernsteuerungssignal; rot: Fehler; Grün: Alles in Ordnung
Kontrolle der Motoren (Pipsignal beachten) Die Motoren rotieren eine viertel Drehung in die Drehrichtung (Drehrichtung siehe Kapitel 9.1.2)

4.
Schutzhaube aufsetzen und montieren
5.
Flugbereich kontrollieren
Personen aus dem Flugbereich bitten
Kontrolle des Flugbereiches auf Stromkabel, Autos oder Bäume…
Windrichtung beobachten

Nun kann mit dem Modell geflogen werden!
Raphael Grimm 2008
Seite 47 von 60
Flugschule
12
Flugschule
Wenn man das erste Mal mit einem Fluggerät abhebt, muss man sehr vorsichtig sein. Es kann ziemlich viel
schief gehen. Auch wenn man schon Modellflieger oder Modellhelikopter fliegt, muss man trotzdem ganz
von vorne beginnen.
Unter http://forum.xufo.net/bb/viewtopic.php?t=3780 ist ein super Beschrieb für das Anfangstraining geschrieben worden. (Wenn man es durch arbeitet, so wie ich, fliegt man danach schon recht gut und kann es
mit Loopings probieren.
12.1 Flug-Modell-Simulator (FMS)
Auf einigen Homepages kann man Flugmodelle zum gratis Download finden, mit denen man anschliessend
im Simulator fliegen kann. Ganz praktisch ist es, wenn man seine Fernsteuerung am PC anhängt, ein spezielles Tool herunterlädt und danach mit der eigenen Fernsteuerung fliegt. So kann man sich wunderbar auf
das echte Fliegen vorbereiten.
12.1.1 SmartPropoPlus
Auf der Homepage von SmartPropoPlus wird auf Englisch beschrieben, wie man das Kabel zwischen PC
und Fernbedienung zusammen lötet, das spezielle Tool hinunterlädt und es installiert.
www.smartpropoplus.com
12.2 Steuerknüppelfunktionen
Mit den beiden Steuerknüppeln der Fernsteuerung kontrolliert der Pilot den Mikrokopter. Es sind die gleichen Bewegungen eines Flächenflugzeuges. Der Mikrokopter lässt sich viel einfacher steuern als ein Helikopter. Die Elektronik regelt die Lage immer wieder aus.
Bei den Bewegungen des Flugobjektes gibt es verschiedene Fachausdrücke:
Pitch/Nick Diese Bewegung ist wie das Nicken. Also Nach vorne und nach hinten
Roll
Roll kommt von rollen und so sieht die Bewegung auch aus. Nach links und rechts.
Gier/Yaw Diese Bewegung macht unsere Erde ebenfalls, denn auch sie dreht sich um die eigene Achse.
12.2.1 Linker Steuerknüppel
Der linke Steuerknüppel hat zwei verschiedene Aufgaben. Er wird benutzt zum Ein- und Ausschalten des
Mikrokopters (0/1). Ebenfalls benutzt man ihn um das Modell in der Höhe zu steuern (2/3) oder um die eigene Achse zu drehen (4/5).
X Ausgangsstellung
0: Einschalten der Motoren
1: Ausschalten der Motoren
X
1
0
Raphael Grimm 2008
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Flugschule
2
X Ausgangsstellung
2: Gas auf
3: Gas weg
4
X
5
4: Gier links (linke Drehung der eigenen Achse)
5: Gier rechts (rechte Drehung der eigenen Achse)
3
12.2.2 Rechter Steuerknüppel
Der Pilot steuert mit (6/7) das Modell nach unten resp. oben. Mit links und rechts kippt der Mikrokopter auf
die Seite.
6
8
X
X Ausgangsstellung
6: Nick (kippen nach vorne)
7: Nick (kippen nach hinten)
9
8: Roll (kippen nach links)
9: Roll (kippen nach rechts)
7
Abbildung 35: Fernsteuerung
Raphael Grimm 2008
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Arbeits-Tagebuch
13
Arbeits-Tagebuch
13. Oktober 2007
An diesem Tag rief mich mein Vater zu sich ins Büro und wollte mich etwas fragen, was meinen 15. Geburtstag betraf (17. Oktober). Er wollte mir kein Computergame schenken sondern etwas, das mich für meine Zukunft weiterbringen würde.
Er suchte anfangs einen ferngesteuerten Helikopter, doch dann stiess er zufällig auf die Seite von mikrokopter.de. Völlig begeistert erzählte er mir was er gelesen hatte.
Noch am selben Tag machte ich mich im Internet schlau. Ich erstellte eine Einkaufsliste für den Mikrokopter.
26. Oktober 2007
Es gibt viele verschiedene Varianten des Quadrokopters (Dies ist der Oberbegriff dieser speziellen vierpropellerigen Bauarten). Ich zähle mal die Wichtigsten auf:

X-Ufo (Silverlit)
Mikrokopter (Holger)
UAVP (Wolferl)
Quattrokopter
T-tronix
X-Ufo (Brushless)
Das X-Ufo ist das am meisten bekannte Flugobjekt, welches zu der Familie Quadrokopter gehört. Das XUfo (Silverlit) ist schon so alt, dass man es offiziell nicht mehr kaufen kann.
Ich persönlich habe mich für den Nachbau des Mikrokopters von Holger entschieden.
Und da wir (mein Vater und ich) überhaupt nicht wussten was/wie man wo muss und wie.... Darum wollten
wir Rat bei einem erfahrenen Flieger holen. Ich schrieb an diesem Abend den Flugclup Uster an.
29. Oktober 2007
Ich suchte Informationen von Personen, die bereits Erfahrungen mit den verschiedenen Objekten haben
und schrieb dem Präsidenten des Modellflugvereins in Uster, Guido Maurer. Von ihm bekam ich eine E-Mail
retour, in der er mich auf Herrn Daniel Novet verwies. Noch am selben Abend schrieb ich diesem Herrn
Novet.
22. November 2007
Nach langem Warten kam eines Tages völlig überraschend die Antwort von Daniel. In einem Monat hatten
wir je vier Mails ausgetauscht. Er war eher negativ eingestellt und erläuterte mir was meine Nachteile seien
usw. Nachdem ich ihm meine Situation erläutert hatte, verwies er mich an Martin Burger (Chaos genannt).
Dieser sei über MSN und dem X-Ufo Forum zu erreichen.
Zwischendurch
Ich hatte noch immer eine zurückhaltende Einstellung. Wegen den Bedenken von Herrn Novet kamen in mir
Zweifel auf. Nichts desto Trotz schrieb ich Martin an. Danach ging alles sehr schnell. Er konnte sich
sehr gut in meine Situation hineindenken und ermutigte mich: "Wo ein Wille ist, da ist auch ein Weg".
30. November 2007
Nur acht Tage später waren mein Vater und ich bei Martin eingeladen. Wir fragten ihm Löcher in den Bauch
und er flog für uns sogar eine Runde mit seinem Mikrokopter.
Raphael Grimm 2008
Seite 50 von 60
Arbeits-Tagebuch
4. Dezember 2007
Von der Schule aus braucht man für die Abschlussarbeit einen Betreuer. Wer könnte mir helfen? Nach ein
paar Tagen und Gesprächen mit meinem Lehrer Marcel Knobel, erlaubte er mir meinen Vater als Betreuungsperson auszuwählen. Mein Vater war einverstanden und am 4. Dezember begannen wir die erste "Sitzung".
In dieser cirka eineinhalbstündigen Sitzung zeichneten wir ein Mindmap.
8. Dezember 2007
An diesem Samstagmorgen gingen mein Vater und ich auf Tour. Wir schauten in drei verschiedene Modellläden:

Leuthold in Horgen
Hobby Frei in Lachen
Andi66 in Eschenbach
Leuthold ist eher auf Modellautos spezialisiert, Hobby Frei hatte geschlossen und Andi66 ist auf Helikopter
ausgerichtet. Es war sehr interessant und wir zeichneten unsere Favoriten auf.
12. Dezember 2007
An diesem verregneten Mittwochnachmittag schaffte ich es beim zweiten Mal das JCV Gant Pro2 zu installieren. Dieses Programm dient einer übersichtlichen Arbeitseinteilung. Sofort erstellte ich darauf das Diagramm.
26. Dezember 2007
Vom Besuch der drei Modellbauläden am 8. Dez. hatten wir Informationen in Form von Aufzeichnungen
gemacht, welche wir nun vergleichen konnten. Eine solche Tabelle erstellten wir heute zusammen von 9.0012.00 Uhr morgens.
27. Dezember 2007
Auch an diesem Morgen arbeiteten wir am Projekt und stellten die Tabelle vom 26. Dez. fertig.
28. Dezember 2007
Die Tabellen sind fertig, doch welche Fernsteuerung, welcher Akku und welches Ladegerät ist nun das Beste? Das entschieden wir uns an diesem Abend. Anschliessend füllten wir ordnungshalber einen Ordner mit
unseren Blättern und mit Anleitungen aus dem Internet.
29. Dezember 2007
Am 28. Dez. hatten wir uns für das Ladegerät "Megapower Poseidon" und den Akku "Polyquest" entschieden. Diese beiden Produkte fanden wir bei dem Shop Andi66 in Eschenbach. Doch das war nicht unser
eigentlicher Grund des heutigen Besuches. Wir kauften auch noch nichts. Wir gingen um die Fernsteuerung
"Futaba 6EX" zu studieren. Diese Fernsteuerung ist die Zukunft, denn sie läuft nicht auf 35 oder 40 MHz,
sondern auf 2,4 GHz! Doch eben das war das Problem. Für einen Mikrokopter braucht es ein so genanntes
Summen-Signal. Doch wir wussten nicht, ob dies bei der "Futaba 6EX" möglich sei. Wie mein Vater dachte,
es hätte tatsächlich nicht funktioniert. Darum entschieden wir uns noch am selben Abend für die "Graupner
MX-12".
Raphael Grimm 2008
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Arbeits-Tagebuch
31. Dezember 2008
Am Silvestermorgen kontrollierten wir die Hausaufgaben, die mir mein Vater gegeben hatte. Wir schauten
zusammen meine neu erstellten Texte an. In diesen Texten ging es um die Beschreibung von verschiedenen Quadrokoptermodellen. Diese Aufstellung diente der Dokumentation.
1. Januar 2008
Am ersten Tag des neuen Jahres erstellten wir eine Tabelle. Hier ging es um die Auswahl der Plattformen.
Uns kamen Zweifel auf, ob der Mikrokopter wirklich das günstigste Modell sei. Wir verglichen erneut die
durchschnittlichen Preise der verschiedenen Modelle.
2. Januar 2008
Wir rechneten für jede Plattform die Preise aus und überprüften anschliessend die Bestellliste vom Mikrokopter. Wir kamen auf ca. CHF1'400.
Wir wären nun bereit zu bestellen, doch leider müssen wir warten bis der Empfänger "ACT DSL-4top Typ:
MK" wieder bestellbar ist, denn er ist im Moment ausverkauft.
9. Januar 2008
Heute schrieb ich in das X-UFO Forum, dass ich eine Homepage eröffnet und dort meine Abschlussarbeit
über den Mikrokopter reingeschrieben habe. Innerhalb von cirka drei Stunden hatte ich schon 13 Antworten
bekommen, welche mir Tipps gaben, was ich ändern sollte und was nicht so ganz richtig sei. Natürlich werde ich mein Bestes geben und alle Tipps berücksichtigen. Es gab danach leichte Veränderungen in der
Bestellliste.
22. Januar 2008
Heute nach langem Warten konnten wir bestellen.
30. Januar 2008
Nach acht Tagen bekam ich Post. Endlich konnte ich das Paket abholen. Doch zu meiner Überraschung
musste ich bezahlen um das Paket zu erhalten. Ich fragte die Postangestellte nach dem Grund. Sie erklärte
mir, dass diese CHF 71.55 Zoll-Gebühren seien. Nicht schlecht, dachte ich... Zu Hause beklagte ich mich
im Forum, dass ich solche Wucherzölle bezahlen musste... Als Dad nach Hause kam und ich ihm diese
Sache erzählte, schmunzelte er nur: "Willkommen in der Wirklichkeit."
Am nächsten Morgen erklärte er mir, dass dies die Mehrwertsteuer gewesen war. Dafür war ich erstaunt
wie klein diese Print-Platten waren.
2. Februar 2008
Heute fuhren mein Vater und ich in die Conrad- Filiale in Dietlikon. Wir kauften die Bestückungsteile des
SerCon, ein Servo Kabel, Lötlitze, 3 Roxxy Motoren (ein Vierter hatte es nicht mehr an Lager) und ein AkkuSchrumpfschlauch Set.
Mir fiel ein Stein vom Herzen. Ein weiterer "Meilenstein" war geschafft. Glücklich und aufgestellt ging ich am
Nachmittag in die Jungschar. An diesem Tag fuhren meine Eltern nach Eschenbach. Am Abend fragten sie
mich, ob ich die Überraschung schon gesehen habe... Welche Überraschung??? Neugierig schaute ich
mich um und entdeckte auf dem grossen Esstisch eine Optic6 (Fernsteuerung), eine MegaPower Poseideon (Ladegerät) und einen PolyQuest Akku. Ich war völlig baff. Eine Optic 6?? Wir hatten uns eigentlich auf
die Graupner MX-12 geeinigt, doch Dad erklärte mir, dass er einen super Preis machen konnte. An diesem
Abend fotografierte ich sämtliches Material. In dieser Nacht schlief ich richtig gut... :)
Raphael Grimm 2008
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Arbeits-Tagebuch
Zwischendurch
Zwischendurch zeichnete ich Pläne für den Rahmen sowie die dazugehörende Plattform aus Alu. An einem
Nachmittag radelte ich in den Coop Bau+Hobby Markt um die Rahmen-Profile zu kaufen. Ein Meter kostet
CHF 5.90. Nach der Schule ging ich mal in die Alcom um dort Abstandbolzen/Distansschrauben, wie auch
immer sie heissen... zu suchen. Leider fand ich nichts passendes, denn es muss aus Kunstoff sein, sonst
könnte es einen Kurzschluss geben.
17. Februar 2008
An diesem Sonntag kreierte ich einen Prototyp aus Karton (nur einen Arm). Anschliessend fand ich heraus,
dass nicht eine einzelne Flügellänge 46 cm misst, sondern der gesamte Durchmesser. Ich beendete zusätzlich die Konstruktions-Zeichnung.
Am Abend fuhren mein Vater und ich erneut zu meinem Götti. Er hatte uns die Propellermitnehmer verbessert, sodass man nun die Propeller aufschrauben kann. Ich zeigte meinem Götti die KonstruktionsZeichnung und sahen sie miteinander an. Er riet mir, dass ich alles von Hand zeichnen solle und dass man
da und dort noch was nachschauen und verbessern müsste.
24. Februar 2008
An diesem Sonntag fuhr ich mit dem Velo zu meinem Götti. Eine Stunde lang über Berg und Tal. Nach einer
kurzen Pause bei ihm zu Hause fuhren wir mit dem Auto gleich an seinen Arbeitsplatz. Dort durften wir die
Maschinen in der Werkstatt benutzen. Nach einer kurzen Besprechung fingen wir sofort an mit Einzeichnen,
Sägen, Bohren usw. An diesem Tag kamen wir sehr weit. Die Teile werden nun einem Kollegen vom Götti
gebracht, damit er sie für uns zusammenschweisst.
Anschliessend fuhr er mich nach ca. 4 Stunden Arbeit nach Hause.
7. März 2008
Heute habe ich den SerCon gelötet. Dummerweise haben wir ein falsches Zubehör gekauft und somit ist
der SerCon noch nicht fertig geworden.
Leider habe ich mit dem Lötkolben den "jumper" berührt sodass ein neues Exemplar her musste. Zusätzlich
habe ich ihn falsch eingelötet. Ich hoffe er funktioniert noch. Da das gekaufte WiderstandsNetzwerk "Teil"
einen Pin zu viel hat, muss ich immer zwei Löcher mit einem Widerstand 4,7 kOhm verbinden.
Zwischendurch
Auch im März war ich nicht ganz untätig gewesen. Zwischendurch bearbeitete ich das Dokument. Ich ergänzte und überarbeitete die Texte und Grafiken.
3. April 2008
Heute bin ich gleich nach der Schule mit dem Zug zu meinem Götti nach Horgen in die Werkstatt gefahren.
Wir arbeiteten von 17:00 bis 20:00 Uhr.
10. April 2008
Immer donnerstags von 8:15 - 9:45 Uhr habe ich in der Schule Werken (Werken mit Hydraulik, um genau zu
sein). Zusammen mit meinem Werklehrer, W. Holdener, nieteten wir die Akkuhalter aus Klettbänder zusammen.
13. April 2008
Heute habe ich nach den Anweisungen der Antworten im X-Ufo Forum den Mikrokopter verkabelt. Puh, das
war eine Arbeit... Ich war auch ein bisschen unter Druck, denn ich hatte für den nächsten Tag einen Termin
mit Martin Burger.
Raphael Grimm 2008
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Arbeits-Tagebuch
14. April 2008
Wie am 13. April erwähnt, bin ich heute zu Martin gereist. Bei ihm erfuhr ich, dass ich die Elektronik verkehrt
rum aufgebaut habe. Sprich, die Elektronik würde annehmen, dass sie auf dem Kopf fliege. Nachdem wir
alles umgelötet, die IC2-Bus Kabel abgenommen und dünnere Kabel angelötet haben, ging es ans Programmieren. Nachdem wir dummerweise die Software von den BL auf die FC geladen haben, ging so ziemlich gar nichts mehr. So um Mitternacht, wechselten wir dann von seinem auf meinen SerCon und siehe da,
es lief wieder perfekt... Ich reiste an diesem Tag mit dem letzten Zug nach Hause. Erst um 00.45 Uhr fiel ich
endlich müde ins Bett.
21. April 2008
Über das X-Ufo Forum haben Martin und ich uns abgesprochen, dass ich mit ihm skypen werde. Dazu richtete ich bei meinem PC den Skype ein. Martin gab mir nun per Skype Anweisungen, wie ich am Mikrokopter
weiterfahren musste. So versuchte ich mit seiner Hilfe bei mir zu Hause die Software zu laden. Da es nicht
funktionieren wollte, musste ich noch einmal zu ihm.
22. April 2008
Da mein Coach merkte, dass wir bis zum 25. April nicht fertig werden, schrieb ich ein Gesuch, um den Abgabetermin bis nach den Frühlingsferien, am 16. Mai, zu verlängern. Es wurde bewilligt.
23. April 2008
Heute fuhr ich wieder zu Martin. Zusammen fanden wir das Problem, dass die Kabel zu den Motoren zu
kurz seien. Nach dem sehr aufwändigen Vorgang diese Kable abzulöten, die Kabel zu kürzen und wieder
anzulöten, drehten die Motoren endlich gut und ich fuhr wieder nach Hause. Doch hatte ich Hausaufgaben
gefasst. Die Motoren könnten nicht gut gedreht haben, weil die Elko's zu lange Hälse hatten. Also, Elkos
näher ran löten.
24. April 2008
Im Skype erklärte ich Martin mein nächstes Problem. Sämtliche Kabel wurden gekürzt und die Elko’s näher
an die Printplatte gelötet. Doch nun drehten sich die Motoren überhaupt nicht mehr. Auch der Ein- und AusSchalter auf der Flight Ctrl funktionierte nicht mehr. Martin und ich machten einen neuen Termin ab, Auffahrts-Donnerstag, der 1 Mai.
1. Mai 2008
Heue besuchte ich Martin erneut um das Problem zu klären. Der kaputte Schalter musste anscheinend
einen Fehlkontakt gemacht haben. Was aber die BL und das Motorenproblem betraf, waren wir immer noch
ratlos. Den gesamten Abend prüften wir sämtliche, mögliche Fehlerquellen. Am Schluss meinte Martin, es
könne nur noch an den Atmega8 liegen. Diese müsse er im Geschäft auswechseln. Ich durfte meinen
Mikrokopter bei ihm lassen.
4. Mai 2008
Heute bekam ich eine E-Mail vom X Ufo Forum, dass ich eine persönliche Nachricht (pn) bekommen habe.
Martin schrieb mir, dass er die Regler geflickt habe und dass die Motoren wieder laufen!! Sofort schrieb ich
ihm zurück und bat um einen Termin. Ich war glücklich.
5. Mai 2008
Auf diesen wunderschönen, sonnigen Tag freute ich mich sehr. Heute werde ich zum ersten Mal mit meinem Mikrokopter fliegen. Wieder bei Martin Burger arbeiteten wir sofort die Checkliste durch und stellten die
Settings ein. Anschliessend liefen wir in die Badi Au, die gleich in der Nähe seiner Wohnung ist. Dort bekam
ich dann meine erste Flugstunde.
Raphael Grimm 2008
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Arbeits-Tagebuch
Zu Hause beendete ich noch die letzten Arbeiten am Mikrokopter. Die Printplatten schützte ich mit
Schrumpfschlauch, damit keine Feuchtigkeit die Elektronik zerstören kann. Meine Schwester malte einen
CD-Box-Deckel wie einen Schildkrötenpanzer an. Dieser schützt von oben die zentrale Elektronik auf der
Aluplatte. Nun ist der Flying-Turtle fertig!
Nächste Woche wenn der Modellbau-Laden wieder geöffnet hat, werde ich meine Holzspiessli-Antenne mit
einer professionellen Antenne auswechseln. Es wird in der nächsten Zeit immer wieder Neuerungen oder
Anpassungen geben, was ja auch das Ziel ist: Eine ständige Weiterentwicklung meines Flug-Gerätes.
Nun übe ich zu Hause mit Freuden auf der Wiese vor dem Haus. Von anfänglichen Schwierigkeiten und
kleineren Abstürzen wird das Handling immer besser und es macht grossen Spass!
Raphael Grimm 2008
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Begriffserklärungen
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Begriffserklärungen
Die folgenden Begriffe sind kurz erläutert. Für weitergehende Informationen muss entsprechende Fachliteratur zu Hilfe gezogen werden.
Begriff
Erklärung
PPM
PPM - Pulse Position Modulation
Die Pulsphasenmodulation (engl. Pulse-position modulation) (PPM) stellt eine Unterart der
Modulation dar.
Die Übertragung der Informationen wird durch Impulse gleicher Amplitude und gleicher
Pulslänge realisiert, die Trägerfrequenz bleibt dabei konstant.
Die PPM kommt nur recht selten zum praktischen Einsatz, da andere Arten der Pulsmodulation für Niederfrequenz meist besser geeignet sind. Verbreitetes Anwendungsfeld ist jedoch
z.B. die Fernsteuerung von Modellflugzeugen, da PPM-Modulatoren sehr einfach und damit
leichtgewichtig hergestellt werden können.
PCM
PCM - Pulse Code Modulation
Die Bezeichnung Puls-Code-Modulation (PCM) steht für die Transformation eines zeit- und
werte kontinuierliches analoges Signals in ein werte- und zeitdiskretes. Sie wird unter anderem für die Umwandlung von analogen in digitale Sprachsignale benutzt.
Die PCM spezifiziert sowohl ein Codierungsverfahren, da wertkontinuierliche Amplitudenwerte bestimmten Codes, wie beispielsweise binären Werten, zur Repräsentierung der Signalauslenkung zugeordnet werden. Und die PCM ist eine spezielle Form der Modulation, da
dabei der ursprünglich zeitkontinuierliche Signalverlauf in eine zeitdiskrete Pulsfolge (Pulsmodulation) umgewandelt wird.
VTOL
VTOL - Vertical take off and landing
VTOL bezeichnet die Fähigkeit eines Flugzeugs, senkrecht und ohne Start- und Landebahn
starten und landen zu können, im Deutschen auch Senkrechtstarter genannt. Auch Hubschrauber sind streng genommen VTOL-Fahrzeuge, häufig wird aber der Begriff auf Luftfahrzeuge mit Tragflächen bezogen
Es hat immer wieder Versuche gegeben, Luftfahrzeuge mit dem scheibenförmigen
Erscheinungsbild und den theoretisch durchaus vielversprechenden Eigenschaften
von "fliegenden Untertassen" zu bauen.
Rund oder symmetrisch um die Hochachse, somit keine bevorzugte Flugrichtung
VTOL, also fähig zum Senkrechtstart, ohne im Vorwärtsflug die aerodynamischen
Nachteile eines Hubschraubers zu haben.
Durch den flachen Aufbau liegt der Schwerpunkt der UAVP höher als bei einem
Hubschrauber, so dass sie keine konstruktionsbedingte Eigenstabilisierung wie
dieser aufweist. Sie kippt daher sehr leicht und wäre somit nur schwer bis gar
nicht zu steuern.
Brushless
Bürstenlose Gleichstrom-Motoren
Nachteil der konventionellen Gleichstrommotoren sind die Funken, die bei den Bürsten entstehen („Bürstenfeuer“). Das Bürstenfeuer ist die Hauptursache für hochfrequente Störungen, die der Motor im Betrieb in das Leitungsnetz zurückspeist und die andere elektrische
Verbraucher stören. Es begrenzt auch die maximale Drehgeschwindigkeit, da die Bürsten
bei hohen Drehzahlen heiß werden und besonders schnell verschleißen. Weiterhin bewirken hohe Drehzahlen auch höhere Induktionsspannungen, die bis hin zum umlaufenden
Bürstenfeuer führen können.
Dies umgeht die bürstenlose Gleichstrommaschine, engl. brushless direct current, BLDC.
Der Rotor besteht hier aus einem Permanentmagneten, der Stator besteht aus mehreren
Magnetspulen, ist also eine Umkehrung des allgemeinen Aufbaus.
Raphael Grimm 2008
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Weblinks
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Weblinks
http://flyingturtle.jimdo.com
http://www.tt-tronix.de
http://www.Quattrocopter.com
http://www.airrobot.de
http://www.microdrones.com
http://www.x-ufo.de
http://avia.russian.ee/helicopters.html
http://hybrid.stanford.edu/starmac/overview
http://opensourceQuadrokopter.de
http://MikroKopter.de
http://forum.mikrokopter.de
http://www.wikipedia.ch
Raphael Grimm 2008
Homepage von Raphael Grimm mit der Abschlussarbeit
Eigenbau Quadrokopter- Steuerung für BL- & Bürstenmotoren
Ein weiterer deutscher Hersteller VTOL
Herstellerseite des 'Airrobot' VTOL
Ein weiterer deutscher Hersteller VTOL
Diskussionsforum zum X-Ufo und anderen Quadrokoptern
'All Rotorcrafts', darunter früheste Entwürfe
Projekt eines GPS-gesteuerten UAVP
Open Source Projekt eines Modell-Quadrokopters
Selbstbau Quadrokopter mit Quellen (Hauptsteuerung &
Brushless Regler)
Diskussionsforum zum Mikrokopter
Freie Online-Enzyklopädie
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Abbildungen
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Abbildungen
Abbildungen ohne Quellenangaben sind Darstellungen, die vom Autor dieser Diplomarbeit eigens für diese
Arbeit entworfen worden sind.
Abbildung 1: Antriebsschema eines Quadrokopters ........................................................................................ 7
Abbildung 2: Mindmap...................................................................................................................................... 8
Abbildung 3: JCV Gant Diagramm ................................................................................................................... 9
Abbildung 4: Flight-Ctrl (Mikrokopter)............................................................................................................. 10
Abbildung 5: Wolferlplatte (UAVP) ................................................................................................................. 11
Abbildung 6: Flugmodell UAVP ...................................................................................................................... 12
Abbildung 7: Flugmodell X-Ufo (Silverlit)........................................................................................................ 12
Abbildung 8: Flugmodell X-Ufo (Brushless) ................................................................................................... 13
Abbildung 9: Flugmodell BigQuadro mit Bürstenmotoren .............................................................................. 14
Abbildung 10: Flugmodell BigQuadro mit Brushlessmotoren......................................................................... 14
Abbildung 11: Flugmodell Quattrokopter........................................................................................................ 15
Abbildung 12: Graupner MX-12...................................................................................................................... 17
Abbildung 13: Futuba 6EX-R606FS 2.4GHz Fasst........................................................................................ 18
Abbildung 14: Hitec OPTIC 6 ......................................................................................................................... 20
Abbildung 15: Sony Videokameraakku .......................................................................................................... 22
Abbildung 16: Lipo Polyquest 3200mAh ........................................................................................................ 23
Abbildung 17: MegaPower Poseidon ............................................................................................................. 26
Abbildung 18: Robbe Lipomat 5-4000............................................................................................................ 26
Abbildung 19: Graupner Ultramat 15.............................................................................................................. 27
Abbildung 20: Brushless Motor ROXXY BL OUTRUNNER 2824-34 ............................................................. 28
Abbildung 21: EMAX BL2810 mit Zubehör..................................................................................................... 29
Abbildung 22: E-Sky EK5-0002B mit Rotormitnehmer................................................................................... 30
Abbildung 23: Konstruktionsplan Basic Arme ................................................................................................ 36
Abbildung 24: Konstruktionsplan Erweiterungs Arme .................................................................................... 37
Abbildung 25: Konstruktionsplan Füsschen ................................................................................................... 38
Abbildung 26: Propellermitnehmer ................................................................................................................. 38
Abbildung 27: Fertiger Motor mit Propeller..................................................................................................... 39
Abbildung 28: Blockschaltbild......................................................................................................................... 40
Abbildung 29:Beschriftets Foto eines BL ....................................................................................................... 41
Abbildung 30: Konzept schema...................................................................................................................... 41
Abbildung 31: Verkabelungsschema.............................................................................................................. 42
Abbildung 32: Angemalte Schutzhaube ......................................................................................................... 43
Abbildung 33: SerCon beim SW laden........................................................................................................... 44
Abbildung 34: Akku Kabelbeschriftung........................................................................................................... 46
Abbildung 35: Fernsteuerung ......................................................................................................................... 49
Raphael Grimm 2008
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Rückblick
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Rückblick
Das Projekt ist nun abgeschlossen und ich habe vieles gelernt. Dazu gehört:
Ich habe gelernt zu Arbeiten
Aktiv an einem Projekt dran zu bleiben
Mit etwas Wertvollem umzugehen
Geduld und Konzentration
Dass es mit einer sehr guten Planung sehr viel einfacher ist
Sauberes Löten
Fliegen am PC und mit dem Mikrokopter
Ich habe das Programmieren kennen gelernt
Ich wünsche, dass ich diese gelernten Dinge in meiner Zukunft anwenden und darauf aufbauen kann.
Raphael Grimm 2008
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Danksagung
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Danksagung
Für diese Arbeit habe ich viel zu verdanken. Daher werde ich hier alle Personen aufzählen, die mir geholfen
haben dieses Projekt zu realisieren.
18.1.1.1 Grimm Thomas
Mein Dad war für mich bei meiner Abschluss-Arbeit eine grosse Stütze. Er hatte sich als mein Betreuer
bereit erklärt und führte mich souverän durch diese Arbeit. Ohne seine Hilfe und Unterstützung, seine Zeit,
die er für mich einsetzte, wäre ich nicht so weit gekommen. Ich durfte viel von seinem Fachwissen als Projektmanager profitieren. Trotz manchen Diskussionen und Uneinigkeiten fanden wir uns immer wieder und
arbeiteten gemeinsam weiter. Ich bin meinem Dad von Herzen dankbar für diese Idee und die Begleitung
dieses Projekts bis zur Fertigstellung meines Mikrokopters.
18.1.1.2 Grimm Susanne und Carmen
Meine Mam hat sich um den gestalterischen Teil der Abschlussarbeit gekümmert. Sie hat mir die Abschlussarbeit durchgelesen und mich auf Rechtschreibefehler hingewiesen und mit mir die inhaltlichen
Fehler bearbeitet. Sie hat mich immer wieder neu motiviert und mich unterstützt, wenn ich irgendwo anstand oder mit Hürden zu kämpfen hatte. Ihr gilt ebenfalls ein herzliches Dankeschön.
Carmen, meine Schwester, hatte die Idee des Flying Turtles auf kreative und originelle Art und Weise umgesetzt und mir einen coolen CD-Box-Deckel als Turtle-Panzer bemalt.
18.1.1.3 Grimm Philipp => Götti
Philipp (auch Mützer genannt) ist der beste Götti den man sich vorstellen
kann. Götti ist beruflich Mechaniker bei der Fähre und dazu ist mein Multitalent-Götti noch Hobbybauer.
Von Beginn an begeisterte ihn die Idee eines Mikrokopters. Mit ihm zusammen besprachen wir meine Pläne und stellten danach in aufwändiger Arbeit
den Rahmen her. An manchen Samstagen oder Abenden durfte ich mich mit
ihm treffen, um in der Werkstatt mit Maschinen an den Teilen zu arbeiten. Mit
Material und viel Zeit setzte sich mein Götti stets grosszügig und hilfsbereit
für mich ein. Ihm bin ich auch von Herzen dankbar.
Philipp Grimm
In der Kräh 1391
8810 Horgen
043 244 06 44
[email protected]
www.kraeh.ch
18.1.1.4 Martin Burger
Martin Burger (Chaos genannt) war mir eine grosse Hilfe im technischen Bereich der Arbeit. Er half mir
beim Programmieren und nahm sich etliche Stunden Zeit für mich. Er wechselte mir kaputte Teile aus und
lernte mich das Fliegen.
Dank ihm hatte ich eine kompetente und erfahrene Hilfe zur Seite. Er hatte stets eine offene Haustüre und
nahm sich geduldig meinen technischen Problemen und Pannen an. Ohne ihn wäre mein Mikrokopter wohl
noch nicht am Fliegen! Dank seiner freundlichen Hilfestellung und Anleitung durfte ich viel profitieren und
von der Elektronik, wie auch der Programmierung, lernen. Er ist mir ein guter Kamerad geworden, dem ich
vieles zu verdanken habe.
Raphael Grimm 2008
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Danksagung
18.1.1.5 Vogt AG
Um die Flight Ctrl auf den Rahmen zu befestigen, musste ich Distanzbolzen aus Kunststoff suchen. Bei
Elektroniker- und Informatikgeschäften fand ich überhaupt nichts. Von der Firma Vogt AG, in der Nähe von
Fribourg, bekam ich diese gratis zugestellt.
Vogt AG Verbindungstechnik
Duschletenstrasse 2-4
Postfach 148
CH-4654 Lostorf
Telefon +41 62 285 75 75
18.1.1.6 Knobel Marcel
Er ist mein Hauptlehrer in der 3. Sekundarklasse. Während meiner gesamten Sekundarschulzeit ist er derjenige Lehrer, den ich am meisten schätzte.
Er las während der Bauphase meines Projektes immer wieder begeistert mein Tagebuch, das auf meiner
Homepage zu finden ist. Er ermutigte mich und freute sich stets ab meinen Fortschritten. Als mein Hauptlehrer war er für meinen Dad als Betreuer und mich, die Ansprechperson von der Schule her. Für die Befestigung des Akkus schenkte er mir das Klettband, was mir grossen Aufwand ersparte.
18.1.1.7 Walter Holdener
Walter Holdener ist mein Wahlfach-Lehrer “Werken mit Hydraulik“. Er half mir die Halterungen für den Akku
zu nieten.
18.1.1.8 X-Ufo Forum
Über das X-Ufo Forum und manchmal auch über das Mikrokopterforum bekam ich Hilfestellungen und
Tipps in diversen technischen Fragen. Darum danke ich allen, die mir in den Foren geholfen haben.
Raphael Grimm 2008
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