Regler – Ein paar Fachbegriffe

Ein Verbrennermodell braucht außer dem Motor nur ein einfaches Gasservo um „Gas zu geben“. Heute werden Modellflugzeuge und Hubschrauber aber zum allergrößten Teil von Brushless-Elektromotoren angetrieben. Diese brauchen immer einen Drehzahlsteller oder Regler wie die Komponente meistens bezeichnet wird. Ohne ein solches Bauteil ist nicht mal ein Probelauf möglich. Aber was macht das kleine elektronische Helferlein eigentlich und was steckt hinter den verschiedenen Bezeichnungen und technischen Daten? Diesen und einigen anderen Fragen wollen wir hier nachgehen.

Regler – Drehzahlsteller – ESC was ist was?

Ein typischer Drehzahlsteller mit ausreichend Reserve für Sportmodelle bis ca. 1,4 m Spannweite

Die im Flugmodellbau eingesetzten Motoren sind fast ausnahmslos sensorlose EC-Motoren, die einem Drehstrommotor ähneln, jedoch von Außen mit einem zur Drehzahl passenden Drehfeld versorgt werden. Dies geschieht mit einem im „Regler“ eingebauten vereinfachtem Frequenzumrichter. Die Schaltung erkennt die Drehzahl des Motors anhand der vom Magnetfeld des Rotors erzeugten Gegenspannung. Dazu muss der Motor jedoch erst eine gewisse Drehzahl haben. Bis zu dieser Drehzahl steuert der Regler den Motor in der Anlaufphase blind.

Um den Drehzahlsteller (Regler) von einer weiteren Gattung von Bauteilen zu unterscheiden bestehen viele Modellbauer darauf ihn eben nicht als Regler, sondern immer nur als Drehzahlsteller zu bezeichnen, weil mit ihm die Drehzal des Motors eben eingestellt wird. Im Englischen Sprachraum wird der Drehzahlsteller als ESC bezeichnet, was nichts mit der gleichnamigen Taste auf dem Computer zu tun hat. Die Abkürzung ESC steht für „Electronic Speed Controller“ also „elektronischer Geschwindigkeits-Regler“ (Nanu)

Es gibt, insbesondere im Hubschrauber Modellbau auch echte Drehzahl Regler, diese sorgen dafür, dass der Motor unabhängig von der Belastung mit konstanter Drehzahl läuft. Erreicht wird dies mit einer so genannten Governer Funktion (siehe Absatz 5). Da solche Regler die Drehzal nicht nur einstellen, sondern tatsächlich regeln, sollen nur solche Bauteile als Regler bezeichnet werden.

Die Praxis auf dem Modellflugplatz und in den Katalogen ist aber weniger Streng. Meist werden die Begriffe Regler, Drehzalsteller und ESC synonym verwendet.

Ein paar Technische Daten

Die Strombelastbarkeit und die zulässige Zellenzahl ist auf dem Regler angegeben

Auf einem Regler, oder mindestens auf seiner Verkaufsverpackung sind etliche technische Daten aufgedruckt. Denen wir uns in diesem Abschnitt widmen wollen.

Die herausragendste Eigenschaft ist wohl die Strombelastbarkeit eines Reglers. Es hat sich eingebürgert diese als Teil der Typenbezeichnung zu verwenden. Allerdings sollte man beim Kauf eines Reglers genau hinschauen, ob die Strombelastbarkeit auch wirklich den maximalen Dauerstrom angibt und nicht einen Strom, der nur für wenige Sekunden durch den Regler fließen darf.  Markenhersteller legen ihre Regler meist mit einer großzügigen Reserve aus, dennoch schadet es nicht, den Regler mit etwas „Luft nach oben“ zu wählen, denn die Betriebsbedingungen im Modell sind nicht immer vorhersehbar. Allerdings darf der Regler auch nicht einfach viel zu groß gewählt werden. Ein 120A regler in einem Parkflyer wird es sehr schwer haben, die geringe Gegenspannung des Motörchens zu erkennen.

Neben dem Strom ist die maximale Spannung mit der die Bauteile auf dem Regler belastet werden dürfen ein wichtiger Parameter. Aber auch die Mindestspannung spielt eine Rolle nicht jeder für hohe Spannungen ausgelegte Regler kommt mit geringen Eingangsspannungen aus. Neben dem Spannungsbereich in Volt wird häufig angegeben für welche Anzahl von in Serie geschalteten LiPo Zellen ein Regler geeignet ist. Kleinere Regler für Parkflyer oder noch kleinere Modelle sind häufig für den Betrieb ab 2S bis 4S oder 6S ausgelegt. Regler für Größere Modelle, und Hubschrauber werden häufig, in einer Variante für geringere Spannungen LV (low Voltage) meist bist 6Zellen und einer für höhere Spannungen HV (high Voltage) ab 6 Zellen, angeboten.

Da heute fast alle Modelle mit LiPo Akkus bestückt sind, ist die Angabe des Akkutypes auf Reglern inzwischen ein wenig in den Hintergrund gerückt. Es lohnt sich jedoch einen kurzen Blick auf diese Angabe zu werfen. Aber in wie fern ist der Regler überhaupt vom Akkutyp abhängig? Grundsätzlich funktioniert ein Regler natürlich völlig unabhängig vom Akkutyp im Bereicht seiner Spezifikation. Dem Regler ist es „egal „aus welcher Art von Akku der Strom kommt. Dennoch kann man gerade bei kleineren Regler oft einstellen ob es sich bei den verwendeten Akkus um NiMh (Nixx) oder LiPo, LiFe, LiIon Akkus handelt. Der Grund hierfür, ist die Niederspannungsabschaltung die in den Reglern vorhanden ist. Anders als NiMh Akkus nehmen Lithium Akkus bei einer Tiefentladung sofort Schaden. Daher schaltet der Regler kurz vor Erreichen der Entladeschlussspannung den Antrieb ab. Die Elektronik im Regler schließt von der Akkuspannung beim Anschalten, auf die Zellenzahl des angeschlossenen Akkus und errechnet so die Abschaltspannung. Um dies zu können, muss der Regler allerdings wissen um welche Art von Akku es sich da gerade handelt.

BEC und Optokoppler

Regler mit einem Spannungsbereich bis etwa 24V haben in der Regel einen Schaltkreis eingebaut der sich BEC nennt. Die Abkürzung steht für „Battery eliminator circuit“ Ein Schaltkreis der also die Batterie eliminiert? Was hat das für einen Sinn. Worum es sich handelt wird klar, wenn man weiß dass früher jedes Modell einen Empfängerakku brauchte um den Empfänger und die Servos mit Strom zu versorgen. Mit der Einführung der Elektroantriebe flogen also zunächst immer 2 Batterien mit. Eine davon, nämlich der Empfängerakku ließ sich einsparen, indem man den nötigen Strom aus dem Antriebsakku abzweigte, der jedoch in der Regel eine zu hohe Spannung aufwies. Der, heute meistens Das BEC reduziert diese Spannung auf die für Standardkomponenten verträglichen 5,5V.

Regler die für Höhere Spannungen ausgelegt sind, haben jedoch meist kein eingebautes BEC. Stattdessen ist die RC Seite der Elektronik von der Lastseite mittels Optokoppler Galvanisch getrennt. Fließt in einem Regler hoher Strom bei hoher Spannung, so können viele Effekte eintreten, die der RC-Elektronik im Regler das Leben schwer machen. Deshalb werden beide Seiten Nur über ein optisches Element gekoppelt und bleiben elektrisch voneinander getrennt. Ist dies der der Fall, ist natürlich auch eine Stromversorgung über den Regler unmöglich. Diese muss in größeren Modellen dann wieder klassisch über einen Empfängerakku hergestellt werden.

Governor, Sanftanlauf und was im Heli sonst noch interessiert

Governor Mode und Sanftanlauf lassen sich bequem mit einer Programmierkarte einstellen

Die Piloten von Modellhubschraubern stellen einige Ansprüche an den Regler, die für die Piloten von Flächenmodellen eher exotisch anmuten. Zum einen ist da der im 2. Absatz bereits erwähnte Governor Mode. Der Governor ist eine im Regler Eingebaute Schaltung, die die Drehzahl des Motors unabhängig von der Belastung konstant hält. Wird der Motor also stärker gefordert, gibt der Regler quasi mehr Gas und umgekehrt. Solche Governor Schaltungen gibt und gab es schon für Hubschrauber mit Verbrennungsmotor, dann wird das Gasservo gesteuert. Der Governor Modus lässt sich für die Verwendung des Reglers im Flächenmodell oder bei Verwendung einer Gaskurve oder eines externen Governors im Heli auch abschalten.

Während der Motor im Flächenmodell nur eine verältnismäßig kleine Luftschraube beschleunigen muss, so wird mit Rotor, Getriebe und Heckrotor in einem Helikopter doch eine Erhebliche Masse in Bewegung gesetzt. Ein leistungsfähiger Elektromotor entwickelt gerade in den unteren Drehzahlen ein gigantisches Drehmoment. Dieses wäre in der Lage das Getriebe eines Modellhubschraubers zu zerstören, bevor der Hauptrotor überhaupt auf Touren gekommen ist. Um dies zu vermeiden, fährt der Regler im Sanftanlauf den Motor langsamer hoch, als dies von den Leistungsdaten her möglich wäre, um das Getriebe und das Chassis nicht zu überlasten. Auch diese Funktion ist, abgesehen von sehr billigen Reglern für RTF Helis, abschaltbar.

Und wie muss das Timing eingestellt werden?

Jede Spule die von Strom durchflossen wird besitzt eine gewisse Induktivität, die dazu führt, dass der Strom nicht augenblicklich auf den Maximalwert steigt, sondern langsam ansteigt. Damit das Magnetfeld nicht dem Optimum hinterherhinkt, muss der Strom also etwas früher eingeschaltet werden, als dies eigentlich nötig wäre. Angegeben wird der Winkel in Grad um den diese „Vorzündung“ erfolgt. Dieses vorzeitige Einschalten des Stroms durch den Regler nennt man Timing. Das Ideale Timing für einen Motor herauszufinden ist ein sehr komplizierter Prozess. In der Regel sollte man in einem Flugmodell den Regler in den Standardeinstellungen belassen und mit diesen wird der Motor in den allermeisten Fällen auch gut laufen. Komutationsprobleme durch ein Falsches Timing, machen sich durch Drehzahländerungen, lautes Quietschen und nicht zuletzt durch sehr hohe Ströme bemerkbar. Tritt so etwas auf, muss man, um nicht den Motor und Regler zu gefährden das Timing anpassen, oder auf einen anderen Regler ausweichen. Wie das Timing im Problemfall anzupassen ist, geht aus der Anleitung des jeweiligen Reglers hervor.

Welches ist der richtige Regler für mein Modell

Hochwertige Regler sind nicht billig, im Gegenteil, selbst gestandene Modellbauer staunen immer wieder darüber, wie viel Geld man für einen hochwertigen Regler auf den Tisch legen muss. Und es muss ja vielleicht auchn nicht für jedes Modell ein in Deutschland gefertigter High-End Regler sein. Es gibt durchaus im mittleren Segment Regler, die sehr gut funktionieren. Kunstflugpiloten setzen aber nicht umsonst in Ihren Wettbewerbsmaschinen die Top Modelle der Markenhersteller ein. Im sauberen Kunstflug kommt es nicht nur auf Betriebssicherheit an, sondern auch auf ein absolut exaktes Stellverhalten.

An erster Stelle der Auswahlkriterien stehen jedoch die in diesem Artikel beschriebenen technischen Daten des Reglers. Die zu den Anforderungen passen müssen.

Für Sportmodelle im Flächenflug verfügen z.B. die Roxxy Regler von Multiplex und auch die HEMPEL Regler über ausreichende Reserven und ein genügend feinfühliges Regelverhalten. Werden an das Regelverhalten im Governor Mode hohe Ansprüche gestellt und muss der Regler höchste Ströme verkraften können die YGE Regler empfohlen werden.

• ROXXY Regler
• HEMPEL #ESC
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