Basiswissen RC-Modellbau: wodurch sich LiPo-Akkus auszeichnen

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Basiswissen RC-Modellbau: wodurch sich LiPo-Akkus auszeichnen

Beim Modellbau geht es darum, mit Geduld und Fingerfertigkeit originalgetreue Nachbildungen von Flugzeugen, Autos und Schiffen herzustellen. Dass sich der Freizeitspaß dabei nur auf das Verleimen und das Betrachten eines fertigen Stücks in der Vitrine beschränkt, ist nicht der Fall. Für Modellbauer, die ihr Modell auch nach dem Bau aktiv nutzen wollen, gibt es ein Marktsegment abseits der Holz-, Metall- und Kunststofffertigung: den RC-Modellbau. Wie die Originale können Modelle dieses Typs über eine Funkfernsteuerung bedient werden. Für den Antrieb sorgen Elektro- und Verbrennungsmotoren.

Mit den weiterführenden Nutzungsmöglichkeiten geht eine komplexere Technik einher. Die gewissenhafte Auseinandersetzung damit hat der Nutzung folglich vorauszugehen. In den folgenden Abschnitten finden Sie eine erste Einführung in die Thematik, anhand derer Sie sich vor dem Fahrspaß informieren können. Zu Beginn werden dabei die unterschiedlichen Typen von RC-Fahrzeugen und ihre Funktionsweise beschreiben. Einen besonderen Platz nimmt die Auseinandersetzung mit der Energieversorgung ein, bei der es vordergründig um LiPo-Akkus gehen wird.

Eine kurze Einführung in die Besonderheiten des RC-Modellbaus

Der augenfälligste Unterschied zum Standmodellbau mit Materialien wie Holz oder Polystyrol besteht im Vorhandensein eines Motors. Über eine Funkfernsteuerung kann das Auto gelenkt und beschleunigt werden. Die Bezeichnung RC bringt dies deutlich zum Ausdruck (Radio Control, Remote Control). Eine Gemeinsamkeit zum Standmodellbau besteht in der Vielfalt unterschiedlicher Fahrzeuge. Es gibt Schiffe, Autos, Flugzeuge und landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge. Raumschiffe aus dem Science-Fiction-Umfeld stehen ebenso zum maßstabsgerechten Zusammenbau bereit. Gegenüber dem Standmodellbau weist der RC-Bereich einen höheren Komplexitätsgrad auf. Dies erklärt sich aus der größeren Anzahl von Bauteilen (Motor, Bremsen, Stoßdämpfer). Je nach beabsichtigter Nutzung kann der Modellbauer zudem verschiedene Ausführungen eines Bauteiltyps auswählen. So sind je nach Straßenbelag unterschiedliche Profiltiefen angeraten. In Wettbewerben empfiehlt sich die Nutzung eines stärkeren Motors. Um alle Teile funktional aufeinander abstimmen zu können, ist ein umfangreiches technisches Verständnis notwendig.

Größen, Geschwindigkeiten und Nutzergruppen von RC-Modellen

RC-Modelle weisen wie Standmodelle einen spezifischen Maßstab auf. Kleine Modelle weisen einen Maßstab von 1:43 auf, während größere Ausführungen in Maßstäben von bis zu 1:5 gefertigt werden. Eine Besonderheit von RC-Cars besteht in der Leistung. Ihrer Größe zum Trotz sind sie teilweise in der Lage, ähnliche Geschwindigkeiten wie ein richtiges Auto zu fahren. Kleinere Modelle mit einfacherer Konstruktion fahren Geschwindigkeiten von etwa 15 km/h. Große Modelle hingegen sind teilweise zu einem Tempo von 130 km/h und mehr fähig. Der Rekord eines Tourenwagens mit dem Maßstab 1:10 beträgt 260,32 km/h.

Anders als bei Standmodellen ist die optische Komponente bei RC-Modellen nicht der primäre Konstruktionsaspekt. In der Regel ist lediglich eine lackierte Abdeckung aus Kunststoff verbaut. Dies trifft besonders auf Modelle wie die verbreiteten Buggys zu. Antrieb und Fahrwerk liegen nicht selten offen.

Eine Unterteilung der RC-Modelle lässt sich nach den vorgesehenen Nutzerprofilen treffen. Man unterscheidet Toy-Grade- von Hobby-Grade-Fahrzeugen. Erstere sind eher für Kinder geeignet. Sie haben geringere Geschwindigkeiten und sind leichter konstruiert. Letztere sind für den erfahreneren Modellbauer und Fahrer. Sie erfordern ein höheres technisches Verständnis und eine bessere Übersicht über das Fahr- oder Fluggebiet.

Wichtige Hersteller für Modelle des zweiten Typs sind Thundertiger, Ansmann, Xay, GS-Racing, HoBao und HPI Europe.

In welcher Form werden RC-Autos vertrieben

Am Beispiel des RC-Cars sei an dieser Stelle verdeutlicht, woran sich die einzelnen angebotenen Pakete unterscheiden. Je nach Erfahrung und Kenntnisstand wählt man dasjenige aus, das den eigenen Fähigkeiten am besten entspricht.

Komplettpakete – Ready to Run (RTR)

RC-Modellpakete dieses Typs enthalten ab Werk alle Bauteile, die notwendig zum Fahren sind. Das Fahrzeug ist bereits komplett montiert und kann sofort betrieben werden. Anders als bei anderen Paketen sind alle Teile der Fernsteuerung ebenfalls vorhanden. Hierzu zählen ein Sender, ein Empfänger, ein Akku und eine Servoeinheit. Diese ist für die Ansteuerung und den Antrieb der Räder verantwortlich. RTR-Modelle sind vorwiegend für Anfänger geeignet. Es gibt vor der Nutzung keine umfangreichen Vorbereitungen zu treffen. Die Bedienung ist einfach. Ein Nachteil ergibt sich im Fall von Defekten aus dem Umstand, dass das Innenleben des Autos nicht komplett verstanden wird. Dem Anfänger wird es in den meisten Fällen nicht klar sein, weshalb eine Funktionsstörung aufgetreten ist.

Was zeichnet ein Almost-ready-to-Run-Modell aus?

Der Unterschied zum ersten Typ ist nur marginal. Auch ARR sind vollständig vormontiert. Der einzige Unterschied besteht darin, dass Fernbedienung und Empfänger nicht im Lieferumfang enthalten sind. Sie müssen separat ausgewählt, erworben und eingebaut werden. Man verwendet hierbei üblicherweise Frequenzen zwischen 25 und 40 MHz. Relevant ist dies vor allem bei Wettkämpfen. Hätten zwei Fahrzeuge dieselbe Frequenz, würden sie sich überlappen und nicht weiterfahren können. Beschleunigung und Lenkung werden individuell über je einen Kanal reguliert.

Der Bausatz

Der Bausatz ist eine Form, die in erster Linie für erfahrene Modellbauer mit Vorkenntnissen in der Automobiltechnik geeignet ist. Das RC-Modell wird in Einzelteilen geliefert, die selbst zusammengebaut werden müssen. Eine im Paket enthaltene Bauanleitung hilft dem Modellbauer bei der korrekten Montage. Ein großer Unterschied zu RTR-Modellen liegt darin begründet, dass viele Teile nicht serienmäßig zum Bausatz gehören. Hierzu zählen Teile wie Fernbedienungen, Reifen, Motoren, Regel und Ritzel. Jeder Fahrer wählt sie selbst aus und baut sie individuell ein. Der Vorteil dabei ist ein größerer Anpassungsspielraum auf unterschiedliche Fahrbegebenheiten. Für eine unebene Fläche wählt man beispielsweise Reifen mit tieferem Profil.
Für Anfänger ist diese Technik eher nicht geeignet. Es bedarf einer gewissen Erfahrung in der Frage, welche Teile für welche Bedingungen genutzt werden können. Vor der Auswahl sind konkrete Vorstellungen vonnöten. Ein weiterer Vorteil gegenüber RTR-Modellen ist das bessere Verständnis der Innentechnik. Wer ein Fahrzeug selbst montiert hat, kennt die Bestandteile im Inneren wesentlich genauer. Im Falle einer spezifischen Funktionsstörung kann der Nutzer schnell Rückschlüsse ziehen, durch den Defekt welchen Bauteils sie verursacht worden sind. Über diesen Vorteil hinaus sind individuell gewählte Teile häufig hochwertiger als serienmäßige Teile von Komplettsätzen.

Ein weiterer Typ – Bind-and-Drive-Modelle

Bei diesen Ausführungen ist ebenfalls keine selbstständige Montage notwendig. Ein Unterschied zu den anderen Typen besteht in der Handhabung von Fernbedienung, Sender und Empfänger. Sie müssen erst gebunden werden. Das heißt, dass man sie auf dieselbe Frequenz einstellt.

Der Lithium-Polymer-Akku – Energieversorgung für RC mit Elektromotor

Es handelt sich bei diesem Typus um eine Variante des Lithium-Ionen-Akkus. Man kann ihn wieder aufladen und sein Auto mit Energie versorgen. Wie jeder Akku besteht er aus einer positiv und einer negativ geladenen Elektrode. Erstere besteht aus Lithium-Metalloxid, Letztere aus Graphit. Der Unterschied zum Lithium-Ionen-Akku besteht darin, dass kein flüssiger Elektrolyt, sondern einer aus Polymeren zum Einsatz kommt. Ein Elektrolyt ist dabei nichts anderes als ein elektrischer Leiter. Der Vorteil von Lithium-Polymer-Akkus besteht in ihrem geringen Preis. Die Elektroden können günstig mit einer dünnen Schichtfolie hergestellt werden. Die häufigsten Bauformen sind Rund- und Flachzellen.

Die Eigenschaften von Lithium-Polymer-Akkus

Die gelartige Konsistenz des Elektrolyts bringt den Vorteil mit sich, dass die Ionen bereits bei Raumtemperatur leitfähig sind. Bei festen Elektrolyten muss die Temperatur dafür mindestens 60°C betragen. Ein weiterer Vorteil, der mit der Konsistenz einhergeht, ist die Formflexibilität. Da der Elektrolyt nicht flüssig ist, muss kein festes Gehäuse die Abstände zwischen den Elektroden sicherstellen. Es sind aufgrunddessen Formvariationen möglich, die sich ideal an den Innenraum eines RC-Modells anpassen lassen. Teilweise werden statt fester Gehäuse Verbundfolien gewählt, die zusätzlich für eine höhere Energiedichte sorgen. Anfangs hatten LiPo-Akkus den Nachteil, dass sie vergleichsweise teuer waren. Mit der zunehmenden Massenproduktion wurde dieses Problem allerdings umgangen.

Welche Nachteile haben Lithium-Polymer-Akkus?

Problematisch ist die Empfindlichkeit der Akkus gegen mechanische, thermische und elektrische Einflüsse. Zu schweren Beeinträchtigungen bis hin zur Zerstörung kommt es beim Überladen, beim Tiefentladen, bei zu hohen Strömen und bei zu hohen Betriebstemperaturen. Alles über 60°C ist schädlich. Zu niedrige Temperaturen, wie sie im Bereich unter 0°C anzutreffen sind, schaden dem Akku ebenfalls. Achten Sie außerdem darauf, dass Sie den Akku nicht zu lange lagern, wenn er entladen ist. Die empfindlichen Zellen trügen Defekte davon. Laden Sie den Akku aus diesem Grund regelmäßig auf.

Ein weiteres Problem, das auftreten kann, ist das Aufblähen des Akkus. Hierzu kann es bei Überladung kommen. Im Innern bildet sich ein Gas, das sich ausdehnt und anschließend zersetzen kann. Man spricht in diesem Zusammenhang von Verpuffung. Dabei kann es zu einer schweren Entzündung kommen. Es gibt Sicherheitsmaßnahmen, mit denen Sie dieser Gefahr vorbeugen können. Nutzen Sie auf jeden Fall ein Ladegerät, das speziell für Lithium-Polymer-Akkus konzipiert wurde. Es muss das I/U-Ladeverfahren unterstützen. Man bezeichnet es auch als CCCV (constant current constant voltage). Dabei wird der normalerweise hohe Anfangsladestrom begrenzt. Wird eine bestimmte Ladeschlussspannung erreicht, schaltet der Akku auf Spannungsladung um. Der Ladestrom sinkt mit zunehmender Aufladung ab. Die Ladeschlussspannung ist die Spannung, bei der der Akku noch geladen werden kann, ohne Schaden zu nehmen. Zur weiteren Absicherung können keramische Separatoren verwendet werden, die sehr unempfindlich gegen Hitze sind. Sie trennen die Elektroden räumlich und elektrisch voneinander ab, lassen Ionen aber durch.

Weshalb sind Lithium-Polymer-Akkus gut für den Modellbau geeignet?

Ein großer Vorteil besteht im geringen Leistungsgewicht. Bei einer leichten Bauweise ermöglicht es eine hohe Leistung. Bei Fahrzeugen ist dies besonders wichtig, um Treibstoff zu sparen und eine höhere Beschleunigung zu erreichen. Größeren Beanspruchungen sind sie dabei zunehmend gewachsen. Die Schwächen der ersten Generationen von LiPo-Akkus sind bei aktuellen Ausführungen gut ausgleichbar. Hierzu trägt beispielsweise eine Schutzschaltung bei, die häufig ab Werk integriert ist. Sie gelten als derzeitiger Standard im Bereich RC-Modellbau. Man nutzt sie nicht nur für Autos. Auch bei Flugzeugmodellen, Hubschraubern und ferngesteuerten Schiffen kommen sie zum Einsatz.

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