Ratgeber
Es gibt wohl kein Fluggerät, das so faszinierend ist, wie ein Quadrocopter. Dabei hat alles vor nicht allzu langer Zeit einmal ganz klein angefangen. Die ersten Modellflug-Copter wurden von findigen Elektronikfachleuten entwickelt und in Zusammenarbeit mit erfahrenen Modellflugfans weiter optimiert.
Nachdem die ersten gut fliegenden Copter auf dem Markt erschienen sind, blühte die Szene förmlich auf. Aber nicht nur modellflugbegeisterte Privatleute haben den Vorteil der Drohnentechnologie erkannt.
Mittlerweile nutzen immer mehr Betriebe, Firmen und auch Behörden die praktischen Fluggeräte von DJI und anderen Herstellern für ihre Zwecke. Denn dank cleverer Fluglagenstabilisierung und einer exakten GPS-Navigation reicht eine kurze Einweisung aus, um auch große und komplexe Drohnen sicher steuern zu können.
Aufgrund der extrem breit gefächerten Einsatzmöglichkeiten gibt es inzwischen für jeden Anwendungszweck und für jeden Geldbeutel den passenden Copter. Wobei es zum Teil wirklich überraschend ist, welche geniale Technik bereits in der Preis-Einstiegsklasse angeboten wird.
Die EU Drohnen-Verordnung regelt seit dem 01. Januar 2021 den Betrieb von allen unbemannten Luftfahrzeugen. Darunter fallen auch ferngesteuerte Fluggeräte, wie Drohnen oder Modellflugzeuge.
Wir erklären kurz und knapp die rechtlichen Voraussetzungen für den Betrieb Ihres Modells. Und falls ein Drohnenführerschein erforderlich sein sollte, zeigen wir, wie einfach dieser zu bekommen ist.
Ein Quadrocopter oder Quadcopter ist ein hubschrauberähnliches Flugmodell, das wie ein Helikopter senkrecht starten und landen kann. Im Gegensatz zu einem Hubschrauber, der eine technisch aufwendige Mechanik besitzt, reichen einem Quadrocopter vier horizontal angeordnete Propeller.
Diese Propeller werden jeweils von einem eigenen Motor angetrieben. Somit sind die mechanischen Komponenten auf ein Minimum begrenzt. Deutlich aufwendiger ist die Elektronik mit ihren Lage- und Beschleunigungs-Sensoren. Aber erst durch diese clevere Sensorik ist ein Quadrocopter in der Lage, stabil in der Luft zu schweben.
Größere Copter mit hoher Tragkraft werden zum Teil mit sechs oder acht Propellern ausgerüstet. In diesem Fall werden die Fluggeräte dann als Hexacopter oder Oktocopter bezeichnet. Aber auch Drohne, Multicopter, Quadrocopter oder einfach nur Multicopter sind gängige Bezeichnungen.
Das Problem mit dem Drehmoment
Damit ein Quadrocopter fliegen kann, erzeugen vier horizontal angeordnete Propeller einen nach unten gerichteten Luftstrom. Ist der Luftstrom stark genug, wird das Modell nach oben gehoben.
Allerdings erzeugt ein drehender Propeller oder Rotor auch ein Drehmoment auf den Motor bzw. auf das komplette Fluggerät. Wenn der Propeller eine Drehrichtung nach links aufweist, will sich das Fluggerät nach rechts drehen. Das ist auch der Grund, warum Helikopter einen Heckrotor oder andere, den Drehmoment ausgleichende Maßnahmen benötigen.
Die Drehung des Hauptrotors (blaue Pfeile) erzeugt ein Drehmoment auf den Rumpf (rote Pfeile). Durch die Wirkung des Heckrotors (grüner Pfeil) wird das Drehmoment ausgeglichen.
Je nachdem, wie stark der Ausgleich erfolgt, kann über den Heckrotor auch die gezielte Drehung des Hubschraubers gesteuert werden.
Drehmomentausgleich bei einem Quadrocopter
Auch bei einem Quadrocopter oder Multicopter tritt dieser Drehmoment-Effekt auf. Deshalb greift man zu einem einfachen, aber genialen Trick:
Von oben gesehen laufen zwei Propeller im Uhrzeigersinn und die beiden anderen Propeller laufen entgegen dem Uhrzeigersinn. Dadurch heben sich die Drehmomente, die auf das Modell wirken, gegenseitig auf und der Quadrocopter braucht keinen Ausleger mit Heckrotor zur Stabilisierung. Zudem sind die Propeller mit der gleichen Laufrichtung diagonal zueinander angeordnet.
Der einzige Nachteil: Es werden zwei unterschiedliche Propellerausführungen benötigt, damit die Luft unabhängig von der Drehrichtung immer nach unten befördert wird. Speziell bei Wartungsarbeiten, oder wenn zum Transport die Propeller abgeschraubt wurden, muss man bei der Montage penibel genau auf die Drehrichtung der Motoren bzw. Propeller achten.
Übrigens:
Die Winkelstellung der einzelnen Propeller zueinander spielt keine Rolle. Denn beim Fliegen haben die Motoren nie die gleiche Drehzahl, wodurch sich die Winkelstellungen fortlaufend ändern. Viel wichtiger ist es, dass die Luftschrauben exakt ausgewuchtet sind und sich vibrationsfrei drehen.
Wenn alle vier Propeller gleichmäßig beschleunigt werden, hebt der Copter bei einer bestimmten Propellerdrehzahl ab. Wird die Drehzahl anschließend leicht reduziert, schwebt der Quadrocopter auf gleichbleibender Höhe.
Durch weitere Veränderungen der Schwebeflug-Drehzahl steigt der Quadrocopter nach oben oder reduziert die Flughöhe. Eingebaute Lage- und Beschleunigungssensoren erkennen dabei minimalste Veränderungen in der Fluglage und regeln die Drehzahl der jeweiligen Motoren unverzüglich nach. Dadurch kann der Multicopter stets seine waagerechte und stabile Fluglage einhalten.
Bunte Propeller und farbiges Licht
Aufgrund des symmetrischen Aufbaus ist es oft nicht einfach, die momentane Ausrichtung des Modells im Flug richtig zu erkennen.
Besonders dann, wenn das Modell klein und weit entfernt ist.
Aus diesem Grund werden von den Herstellern gerne Propeller mit unterschiedlichen Farben genutzt.
Alternativ dazu arbeiten Hersteller auch sehr gerne mit einer farbigen Beleuchtung. Dies hat den großen Vorteil, dass auch bei schlechten Lichtverhältnissen oder bei Dunkelheit die Ausrichtung des Copters immer einwandfrei zu erkennen ist.
Bei dem im Beispielbild gezeigten Einsteiger-Quadrocopter leuchten die nach vorne gerichteten LEDs in Grün und die nach hinten gerichteten LEDs geben blaues Licht ab.
Der Flug in eine bestimmte Richtung, die gewünschte Flughöhe sowie die Drehung des Quadrocopters wird mit Hilfe der beiden Steuerknüppel am Fernsteuersender bzw. Controller gesteuert. Manche Copter bieten zudem die Möglichkeit, sich per WiFi mit dem Smartphone zu verbinden. In diesem Fall kann das Smartphone auch zur Steuerung des Copters genutzt werden.
Um aus dem Schwebeflug z.B. nach vorne (siehe grüner Pfeil) zu fliegen, wird die Drehzahl der vorderen Propeller (A und B) leicht reduziert und die Drehzahl der hinteren Propeller (C und D) leicht erhöht. Dadurch neigt sich der Copter zunächst leicht nach vorne. Der Luftstrom der Propeller ist dadurch etwas nach hinten gerichtet und drückt den Quadrocopter nach vorne.
Für einen Flug nach hinten fallen die Drehzahländerungen der Propeller genau entgegengesetzt aus. Die Drehzahlen der vorderen Propeller (A und B) werden erhöht und die hinteren Propeller (C und D) laufen langsamer. Schon fliegt der Copter rückwärts.
Die Steuerung nach rechts und links erfolgt nach demselben Schema. Nur dass jetzt bei den beiden linken bzw. rechten Propellern (A und C) bzw. (B und D) eine gemeinsame Änderung der Drehzahlen durchgeführt wird.
Damit sich der Quadrocopter in der Luft auf der Stelle drehen kann, werden einfach die Drehzahlen der Propeller mit der gleichen Drehrichtung synchron verändert.
Wird die Drehzahl der sich im Uhrzeigersinn drehenden Propeller (A und D) erhöht und die Drehzahl der entgegen dem Uhrzeigersinn drehenden Propeller (B und C) im gleichen Maße verringert, bleibt die Gesamtauftriebskraft gleich. Der Quadrocopter wird weiter auf gleichbleibender Höhe schweben.
Doch durch die Drehzahlunterschiede zwischen den rechtsdrehenden und den linksdrehenden Propellerpaaren sind jetzt die erzeugten Drehmomente, die auf den Quadrocopter einwirken, nicht mehr ausgeglichen. Er beginnt sich deshalb nach links zu drehen. Diese Drehbewegung um die Hochachse (gedachte Linie, die von oben nach unten durch den Quadrocopter verläuft) wird auch als „Gieren“ bezeichnet. Fallen die Drehzahländerungen der Propeller in die andere Richtung aus, dreht sich der Copter nach rechts.
Quadrocopter werden nach ihrem Anwendungsbereich unterschieden. Wobei die Übergänge zwischen den einzelnen Bereichen fließend sind.
Einsteiger-Quadrocopter
Der Einstieg in die faszinierende Quadrocopter-Welt ist bereits ohne großen finanziellen Aufwand möglich. Darum werden diese Mini-Drohnen gerne als Geschenk für Kinder genutzt. Wichtig dabei ist, dass die Fernsteuerung für kleine Kinderhände ausgelegt ist und die Propeller über Schutzbügel verfügen. Zudem sollte ein Erwachsener den Flugbetrieb beaufsichtigen, um gegebenenfalls eingreifen zu können. Oftmals besitzen Modelle der Einsteigerklasse bereits eine eingebaute Kamera. So können gleich die ersten Erfahrungen mit Fotos und Videos aus der Vogelperspektive gemacht werden.
Allerdings ist die Auflösung der Kamera in den meisten Fällen nicht besonders hoch und die Videos werden durch einen unruhigen Flugstil leicht verwackelt. Aber trotzdem ist das Filmen und Fotografieren eine tolle Ergänzung zum Spaß am Fliegen. Und damit der Flugspaß bei den jungen Piloten nicht zu kurz kommt, können viele Copter für Anfänger auf Knopfdruck spektakuläre Überschläge (Flips) fliegen.
Freizeit-Quadrocopter
Mittlerweile werden Quadrocopter auch genutzt, um besonders tolle Foto- oder Videoaufnahmen von Freizeit-Aktivitäten zu machen. Die Quadrocopter bieten eine sehr gute Bildqualität und sind einfach zu steuern. Aufgrund des höheren Gewichts haben sie eine deutlich ruhigere Fluglage als die kostengünstigeren Einsteigermodelle. Kamera-Stabilisierungssysteme (Gimbals) sorgen für wackelfreie Fotos und Videos.
Durch den Empfang von Navigations-Satelliten können sich die Fluggeräte im Raum orientieren und auch bei Wind selbsttätig auf der Stelle schweben. Selbst autonome Flugmanöver und spektakuläre Follow-Funktionen sind möglich.
Besonders clever: Manche Freizeit-Quadrocopter, wie besipielsweise die im Bild gezeigte DJI mini 4 Pro, lassen sich zudem noch kompakt zusammenfalten und benötigen so nur ganz wenig Platz im Urlaubsgepäck oder im Rucksack.
Industrie-Drohnen
Der Name ist ein wenig irreführend, denn diese HighEnd-Fluggeräte werden auch im Handwerk und in der Landwirtschaft sowie bei Behörden äußerst erfolgreich eingesetzt. Aber auch Fotografen und Reporter arbeiten sehr gerne mit diesen Systemen. Das Hauptaugenmerk bei Landwirtschafts-Drohnen oder Industrie-Quadrocoptern liegt darin, eine Kamera in eine Position zu bringen, die vom Boden aus nur schwer oder nicht erreichbar ist. So wird die genaue Inspektion von Bauwerken oder Kaminen zum reinsten Kinderspiel. Ein aufwändiger Gerüstbau oder gefährliche Kletteraktionen sind dafür nun nicht mehr erforderlich.
Die fliegenden Kamerastative sind aber auch ideal für Film und Foto geeignet. Durch die Kombination von unterschiedlichen Flug- und Film-Modi entstehen atemberaubende Aufnahmen, die sonst nur mit außergewöhnlich hohem Aufwand möglich wären. Weil der Anwender sich im Regelfall voll auf die Kamerabilder konzentriert, ist das Fliegen quasi Nebensache. Deshalb wird die Steuerung zum Großteil von der Elektronik in der Drohne übernommen. Für das autonome Fliegen sind neben einem GPS-Empfänger noch ein Kompass und umfangreiche Sensoren zur Lage- und Hinderniserkennung an Bord. Die Auslegung als Multicopter mit mehr als 4 Propellern sorgt zudem für maximale Betriebssicherheit, falls ein Antriebsmotor ausfallen sollte.
Race-Drohnen
Race Copter oder Race-Drohnen sind reine Spaßgeräte, die viel Fingerspitzengefühl und starke Nerven erfordern. Denn diese Drohnen werden mit maximaler Geschwindigkeit auf einer Rennstrecke mit Gates und Pylonen bewegt.
Dazu sind die Race Drohnen mit Kameras ausgestattet, die ihre Bilder live zu den FPV-Brillen der Piloten übertragen. Die Piloten am Fernsteuersender erleben dann das Renngeschehen quasi aus der Cockpitsicht. Aber auch für Zuschauer, die das Geschehen mehr oder weniger von außen betrachten, ist es immer wieder faszinierend, wie schnell und wendig diese Racer sind.
Für den Einstieg in die Szene werden bereits fertig aufgebaute Race Copter angeboten, mit denen man bereits richtiges Rennfeeling erleben kann. In der Szene ist es durchaus üblich, das Renngerät mit hochwertigster Technik selbst aufzubauen. Dadurch kann das beste Setup für ein Rennen gefunden werden. Diese Selbstbau Race Copter sind zudem dann auch noch extrem stabil, sodass ihnen Rennunfälle und Abstürze erstaunlich wenig anhaben können.
Für welches Modell man sich entscheidet hängt letztendlich von mehreren Faktoren ab, die wir hier für Sie aufgelistet haben:
Einsatzzweck und Anwendungsbereich
Für Personen, die das Fliegen mit einem Quadrocopter einfach nur testen wollen, sind Einsteigermodelle bestens geeignet. Allerdings sollte man darauf achten, dass die kleinen und leichten Copter aufgrund ihrer Windempfindlichkeit nur bedingt für den Außeneinsatz geeignet sind.
Bei einem Copter für Freizeitaktivitäten oder gar für den gewerblichen Einsatz ist die Auswahl des richtigen Modells leider nicht ganz so einfach. Man muss sich genau überlegen, wofür der Copter genutzt werden soll und welche Funktionen benötigt werden. Während Wanderer und Bergsteiger eher kompakte Exemplare bevorzugen, wird ein Dachdecker oder Kaminkehrer verstärkt auf einfache Bedienung und präzisen Schwebeflug achten. Fotografen und Videofilmer hingegen legen ihr Augenmerk auf Bildqualität und lange Flugzeiten.
Eingebaute Kamera
Die Kameras in Einsteiger-Coptern lassen in Punkto Videoqualität oder Objektivausrichtung oftmals einige Wünsche offen. Wer hier Wert auf Qualität legt, sollte in jedem Fall ein Modell mit elektronischer Bildstabilisierung wählen. Noch besser ist es, wenn die Kamera selbst mechanisch über einen Gimbal stabilisiert wird. Dadurch werden eventuelle Schaukelbewegungen des Copters nicht auf die Kamerahalterung übertragen.
Neben der Auflösung der Kamera spielt auch die Speicherung von Fotos und Videos eine wichtige Rolle. Wenn die Speicherung nicht auf einer mitfliegenden SD-Karte erfolgt, können sich Übertragungsfehler als Bildstörung bemerkbar machen.
GPS-Funktion
Die Funktion heißt zwar GPS, aber neben den Navigations-Satelliten des Global Positioning Systems werden oft auch die russischen Glonass-Navigationssatelliten empfangen und ausgewertet. Dadurch können Quadrocopter ihre Schwebeflugposition selbst bei Wind sehr exakt einhalten und bei Bedarf autonome Flugmanöver durchführen. Drohnen ohne GPS besitzen zwar ebenfalls ein Stabilisierungssystem, das sich aber nur auf die waagerechte Ausrichtung im Flug bezieht. Sie können nicht erkennen, wenn sie z.B. durch Windeinwirkung seitlich versetzt werden.
Wichtig: GPS funktioniert nur im Außenbereich. Bei einem Indooreinsatz werden die Signale der Satelliten abgeschattet, wodurch GPS-basierte Funktionen dann nicht oder nicht mehr zuverlässig funktionieren.
Hinderniserkennung
Eine gute Hinderniserkennung spielt eine immer größere Rolle. Besonders dann, wenn selbsttätige Flugmanöver wie z.B. die Folge-Funktion oder die automatische Heimkehrfunktion genutzt werden.
Aber auch im regulären Flugeinsatz ist diese Funktion oftmals sehr hilfreich. Denn ab einer bestimmten Entfernung fällt es sehr schwer, die räumliche Tiefe und somit den tatsächlichen Abstand zu einem Hindernis korrekt einzuschätzen.
Akkulaufzeit
Die erreichbaren Flugzeiten sind bei Einsteigermodellen oft der Knackpunkt. Denn die eher kleinen Modelle sind nicht in der Lage große und schwere Akkus zu tragen. So ist oft nach 5 Minuten der Flugspaß zu Ende und der Flug-Akku muss wieder geladen werden. Deshalb ist es empfehlenswert ein Modell auszuwählen, bei dem die Akkus auch außerhalb des Modells aufgeladen werden können. So kann mit einem Ersatzakku weitergeflogen werden, während der zuvor genutzte Akku am Ladekabel neue Energie tankt.
Größere Copter haben in der Regel längere Flugzeiten und zum Teil sind Zusatzakkus gleich mit im Lieferumfang enthalten. Falls nicht, sind Zusatzakkus als optionales Zubehör erhältlich.
Kaufpreis
Ein weiteres nicht zu unterschätzendes Kaufkriterium ist der Preis. Doch diese Entscheidung müssen sie selbst treffen, ob zugunsten eines günstigeren Preises auf bestimmte Features verzichtet werden kann.
Was bedeutet RC Drone?
Der Begriff RC Drone kommt aus dem englischen Sprachgebrauch und steht für Radio Controlled Drone und bezeichnet demzufolge eine ferngesteuerte Drohne.
Was ist ein Gimbal?
Ein Gimbal ist eine stabilisierte Kamerahalterung. Dadurch werden Schaukelbewegungen der Drohne bei schnellen Richtungsänderungen im Flug nicht auf die Kamera übertragen. Die somit erzeugte ruhige Kameraführung sorgt dann für absolut wackelfreie Videos.
Was muss beim Einsatz von Drohnen beachtet werden?
Der Einsatz von Drohnen unterliegt rechtlichen Bestimmungen, die in der aktuellen Drohnen-Verordnung genau geregelt werden. Zudem muss ein gültiger Versicherungsschutz vorhanden sein. Sollte der Einsatz von Drohnen nicht durch die vorhandene Haftpflichtversicherung abgedeckt sein, kann über den Deutschen Modellfliegerverband eine geeignete Versicherung abgeschlossen werden.
Was bedeutet FPV?
Die Abkürzung FPV steht für „First Person View“ und bedeutet soviel wie „Sicht aus dem Cockpit“. Dazu werden in den Modellen nach vorne ausgerichtete Kameras eingebaut, die ihre Signale an Monitor- bzw. FPV-Brillen weiterleiten. Der Anwender steuert dann sein Modell entsprechend den Kamerabildern und hat dabei den Eindruck, als würde er selbst im Cockpit sitzen.
Was bedeutet Headless-Funktion?
Wenn der Quadrocopter sich im Schwebeflug dreht, verändern sich aus Sicht des Modellpiloten die Bewegungsrichtungen. Besonders deutlich macht sich das bemerkbar, wenn der Copter nach einer halben Drehung mit der Vorderseite zum Piloten zeigt. Wenn in diesem Moment am Sender nach links gesteuert wird, bewegt sich das Modell aus der Sicht des Piloten nach rechts.
Im Headless-Mode spielt es keine Rolle, in welche Richtung die Vorderseite des Modells ausgerichtet ist. Wenn am Sender nach links gesteuert wird, fliegt der Quadcopter aus der Sicht des Piloten immer nach links.