Metallbaukasten
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Fernsteuerungen für Metallbaukasten-ModelleBeim Bau von Metallbaukasten-Modellen besteht manchmal der Wunsch nach einem (drahtlos) ferngesteuerten Betrieb, besonders natürlich bei Fahrzeugen. Angeboten wird heutzutage eine große Zahl von Anlagen mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen und in allen Preisklassen. Ohne einige Grundkenntnisse kann die Auswahl einer geeigneten Fernsteuerung deshalb selbst erfahrene Metallbaukasten-Schrauber vor die Qual der Wahl stellen. Nachfolgend werden die wichtigsten Merkmale einfacher Fernsteuerungen sowie deren Zubehör zusammengefasst und technisch erläutert. Hinweis: Die Informationen beruhen auf der rechtlichen Situation in Deutschland und den meisten anderen Staaten der EU. In einzelnen Ländern kann es jedoch Abweichungen geben; in jedem Fall sind nur die in den entsprechenden Ländern zugelassenen Fernsteueranlagen zu verwenden. Die Wahl des Frequenzbereiches Fernsteueranlagen für den Modellbau werden üblicherweise in den Frequenzbereichen 27, 35 und 40MHz (Megahertz) betrieben.
Die Wahl der Modulation Neben dem Frequenzbereich ist die Art der Modulation von Interesse. Unterschieden wird nach Amplitudenmodulation (AM) und Frequenzmodulation (FM), wie es z. B. auch vom Radio-Empfang bekannt ist. Amplitudenmodulation gilt als störanfälliger, woraus im Vergleich zur Frequenzmodulation in der Regel eine geringere Reichweite resultiert. Bei Flugzeugmodellen kann das wichtig sein, bei Metallbaukasten-Modellen dürfte das jedoch ohne Bedeutung sein; eine 40MHz-AM-Anlage ist hierfür vollkommen ausreichend. Die Wahl des Übertragungskanals Als Übertragungskanal wird hier der Hochfrequenzkanal im jeweiligen Frequenzbereich bezeichnet. Die Einstellung erfolgt mittels eines Quarzpaares (gelegentlich auch "Frequenzeinsteller"genannt), welches in Sender und Empfänger hineingesteckt wird (Wechselquarze). Die Wahl des Kanals obliegt der eigenen Entscheidung, sinnvoll ist allerdings ein Kanal, der im Umfeld des Modells möglichst noch nicht belegt ist. Die Anschaffung mehrerer Quarzpaare für unterschiedliche Übertragungskanäle bietet mehr Flexibilität, hat aber seinen Preis: ein Quarzpaar kostet ca. 20 EUR.
Abschließend noch der Hinweis, dass Quarze sehr empfindlich sind. Fallen sie auf einen harten Boden, dann können sie brechen und beim Betrieb in der Fernsteueranlage unerklärliche Störungen verursachen. Metallbaukasten-Modelle werden dadurch keinen großen Schaden nehmen, für ein Flugzeugmodell kann das jedoch "tödlich" sein. Die Anzahl der (Funktions)Kanäle Als Funktionskanal soll hier der Kanal für eine auszuführende Funktion bezeichnet werden. Die erforderliche Anzahl richtet sich in erster Linie natürlich nach den Funktionen, die man steuern möchte. Ein Fahrzeug benötigt mindestens 2 proportionale Kanäle, nämlich für Vorwärts und Rückwärts sowie Links und Rechts. Proportional bedeutet, dass die Funktionen stufenlos - proportional zum Ausschlag der Steuerelemente - erfolgen. Im Gegensatz dazu haben Low-Cost-Modelle oft nur schaltende Funktionen (fährt oder fährt nicht bzw. lenkt oder lenkt nicht). Eine 4-Kanal-Anlage enthält z. B. 2 Kreuzknüppel für 4 proportional auszuführende Funktionen; hiermit können auch Flugzeuge betrieben werden (Seitenruder, Höhenruder, Querruder und Motordrossel). Werden anstatt überzähliger proportionaler Funktionen Schaltfunktionen (z. B. Betätigung der Hupe, Ein- und Ausschalten der Beleuchtung usw.) benötigt, dann lassen sich diese mit käuflichen Zusatzmodulen simulieren. Anlagen mit mehr als 4 Kanälen haben neben den 2 Kreuzknüppeln mehrere Schalter für schaltende Funktionen eingebaut bzw. können ebenfalls mit den erforderlichen Modulen nachgerüstet werden. Der Fernsteuer-Sender Die Übertragung der Steuerfunktionen erfolgt mittels Impulse, deren Breite durch die Bedienung der Steuerelemente des Senders variiert wird. Mit diesen Impulsen wird ein Hochfrequenzträger moduliert und das Signal von der Sendeantenne abgestrahlt. Die äquivalente Strahlungsleistung ist hierbei auf max. 100mW (Milliwatt) begrenzt.
Wichtig sind auch die Reverse-Schalter für beide Kanäle. Wenn z. B. ein Fahrzeug bei Betätigung eines Steuerknüppels konstruktionsbedingt die entgegengesetzte Funktion ausführt, dann kann dies mit dem Reverse-Schalter kompensiert werden. Unten rechts ist der Wechselquarz für die Einstellung des Übertragungskanals zu erkennen.
Im Vergleich zu diesen einfachen Anlagen bieten prozessorgesteuerte Systeme erheblich mehr Einstellmöglichkeiten und Funktionen. So lassen sich z. B. die Werte für Trimmung, Reverse-Schalter usw. modellspezifisch abspeichern und wieder abrufen. Außerdem können die Funktionen mehrerer Kanäle gemischt und bei Bedarf auch die Kennlinien der einzelnen Funktionen verändert werden. Fernsteuer-Sender werden in der Regel mit einer Spannung von 9 bis 12V betrieben, benötigen also 8 Akkus bzw. Batterien mit jeweils 1,2 bzw. 1,5V. Zur Handhabung eines Senders ist zu beachten, dass die abgestrahlte Feldstärke proportional der sichtbaren Antennenlänge ist. Für max. Reichweite und/oder störungsfreien Betrieb ist daher nicht nur die Teleskopantenne vollständig herauszuziehen, sondern der Sender sollte nach Möglichkeit so gehalten werden, dass vom Modell aus die max. Antennenlänge zu sehen ist. Sehr ungünstig ist es dagegen, wenn die Antennenspitze auf das Modell zeigt, da von diesem Punkt (theoretisch) keine Abstrahlung erfolgt. Der Fernsteuer-Empfänger Mit dem Fernsteuer-Empfänger wird das abgestrahlte Signal aufgenommen, durch Demodulation die Steuerimpulse wieder generiert und diese nach (Funktions)Kanälen getrennt den angeschlossenen Komponenten (Servo, Fahrtregler, Seilwinde, Schaltmodul usw.) zugeführt.
Die Betriebsspannung des Empfängers darf etwa zwischen 4 und 6V liegen und kann über einen zusätzlichen Anschluss (BATT) zugeführt werden. Dies ist aber nur dann erforderlich, wenn die Spannungsversorgung nicht schon über eine der angeschlossenen Komponenten erfolgt. Z. B. haben Fahrtregler in der Regel eine eigene Spannungszuführung; durch Anschluss an den Empfänger erhält dieser dann seine Betriebsspannung vom Fahrtregler. Zur Handhabung eines Empfängers ist zu beachten, dass die Antenne möglichst vollständig ausgestreckt wird. Hilfreich ist hierfür z. B. ein Kunststoff-Röhrchen, in das der Antennendraht hineingeschoben und dadurch gleichzeitig geschützt und fixiert wird. Das Servo Ein Servo ist ein elektromechanisches Bauteil, welches die Bewegung eines Steuerelements in eine entsprechende Drehbewegung umsetzt. Dadurch lassen sich vielfältige mechanische Funktionen steuern wie z. B. Lenkung von Fahrzeugen, Betätigung von Kupplungen, Schalten von Getrieben usw. Der Drehwinkel liegt hierbei üblicherweise bei +/- 45 bis +/- 60 Grad. Servos sind ebenfalls in vielen Varianten verfügbar, die sich nach Stellkraft, Stellgeschwindigkeit, Größe, Qualität und Preis unterscheiden.
Anspruchsvollere Servos haben Metall-Zahnräder und kugelgelagerte Wellen, sind dafür aber deutlich teurer. Wird ein (teures) Servo mit hoher Stellkraft benötigt, dann empfiehlt sich eine vorherige Abschätzung des erforderlichen Drehmoments. Dies ist meist einfach möglich, indem z. B. mit einer Federwaage an der anzutreibenden Mechanik gezogen und die aufgewändete Kraft mit dem zugehörigen Hebelarm multipliziert wird. Bei besonders starken Servos ist auch die Stromaufnahme von Bedeutung. Da ein Servo üblicherweise vom Empfänger gespeist wird, muss dieser den Strom liefern können ohne Schaden zu nehmen. In Einzelfällen findet man daher auch Servos mit separatem Versorgungsanschluss. Der Fahrtregler Ein Fahrtregler (speed controller) ist ein elektronisches Bauteil, welches die Position des Steuerelements in eine entsprechende Ausgangsspannung umsetzt. Das Haupt-Einsatzgebiet ist die Steuerung von Antriebsmotoren für unterschiedliche Drehzahlen und beide Drehrichtungen. Wie alle bisher beschriebenen Komponenten werden auch Fahrtregler in vielen unterschiedlichen Ausführungen und Preisklassen angeboten. Das wichtigste Kriterium für die Auswahl ist das vorgesehene Einsatzgebiet, und daraus resultiert die Frage, ob der Fahrtregler eine Ausgangsspannung beider Polaritäten liefern muss (also für beide Drehrichtungen des angeschlossenen Motors) oder ob evtl. eine Drehrichtung ausreicht. Fahrtregler für Flugzeuge und Rennboote lassen nur eine Drehrichtung zu und sind daher für Automodelle nicht geeignet, es sei denn, die Polarität lässt sich mittels eines speziellen Schaltmoduls ebenfalls per Fernsteuerung umschalten. Bei Fahrtreglern für Automodelle (also für beide Drehrichtungen) ist zu beachten, dass die max. Ausgangsspannung in der Regel nur für eine Drehrichtung geliefert wird (z. B. für Vorwärtsfahrt); für die andere Drehrichtung (z. B. für Rückwärtsfahrt) steht nur 50 bis 70% der Spannung zur Verfügung. Das hat z. B. zur Folge, dass nicht immer einfach die Polarität des angeschlossenen Motors vertauscht werden kann, wenn ein Modell in die falsche Richtung fährt; hierfür ist dann der Reverse-Schalter am Fernsteuer-Sender zu verwenden. Wichtig ist auch die zulässige Versorgungsspannung, mit der ein Fahrtregler betrieben werden darf. Verwendet man z. B. einen 7-zelligen Nickel-Cadmium-Akku, dann muss der Fahrtregler mindestens für eine Spannung von 8,4V ausgelegt sein. Bei älteren Modellen könnte das durchaus problematisch sein, moderne Geräte lassen sich in der Regel jedoch auch mit höheren Spannungen betreiben. Von Bedeutung ist noch der Ausgangsstrom, mit dem ein Fahrtregler belastet werden kann. Dieser wird vom angeschlossenen Motor vorgegeben und sollte vom Fahrtregler (mit einer gewissen Reserve) dauerhaft geliefert werden können. Ein Dauerstrom von 10A dürfte für die meisten Metallbaukasten-Modelle ausreichend sein.
Zu erkennen sind neben einer KFZ-Sicherung, die den Regler gegen Überlastung und Falschpolung schützt, die Anschlussleitungen sowie 2 Bohrungen für die Einstellung des Fahrtreglers Ein Fahrtregler muss (einmalig) an die Fernsteueranlage angepasst werden. Dazu dienen bei älteren Modellen 2 Trimmer, mit denen der Nullpunkt (NEUTRAL) und der Endausschlag (HIGH) des Reglers eingestellt werden kann; zur Kontrolle der Einstellung dient eine kleine Leuchtdiode (CHECK). Moderne Geräte sind mehr oder weniger "selbstlernend" und führen die Justage auf Knopfdruck durch; die genaue Prozedur ist in der Bedienungsanleitung eines Fahrtreglers angegeben. Der Antriebsmotor Ein Antriebsmoter ist anhand der Modelleigenschaften auszuwählen und soll an dieser Stelle nicht weiter behandelt werden (siehe auch "Auswahl von Elektromotoren"). Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass herkömmliche Elektromotoren ausreichend zu entstören sind (siehe auch "Entstörung von Kollektor-Motoren"). Andernfalls kann eine Funk-Übertragung erheblich gestört werden bis hin zum völligen Funktionsverlust. Die Stromversorgung Zur Stromversorgung ferngesteuerter Modelle werden in der Regel Akkumulatoren (Akkus) verwendet. Von vornherein sei bemerkt, dass das Thema "Akkumulatoren" sehr komplex ist und eine Vertiefung den Rahmen dieses Beitrages sprengen würde. An dieser Stelle soll deshalb nur auf die wichtigsten Eigenschaften eingegangen werden.
Von Interesse ist evtl. die Kapazität eines Akkus, da sie - neben anderen Faktoren - Einfluss auf die Betriebsdauer hat. Im vorliegenden Fall beträgt die Kapazität 2400mAh; das bedeutet, dass dieser Akku im vollgeladenen Zustand (rechnerisch) eine Stunde lang einen Strom von 2,4A liefern kann oder z. B. auch 24A für 0,1 Stunde. Aus der Stromaufnahme eines Motors kann die Betriebsdauer eines voll geladenen Akkus somit recht genau abgeschätzt werden. Der Umgang mit solchen Akkus und deren Betrieb erfordert ein gewisse Sorgfalt. Bei einem Kurzschluss kann ein sehr hoher Strom fließen, der nicht nur dünne Leitungen innerhalb von Sekunden durchbrennen lässt, sondern u. U. auch die Zerstörung des Akkus zur Folge hat. Und selbstverständlich ist ein Akku nur mit richtiger Polarität anzuschließen, um Schäden der Fernsteueranlage zu vermeiden. Nach Gebrauch muss ein Akku wieder geladen werden; hierfür sind Ladegeräte mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen verfügbar. Eine "normale" Ladung erfolgt über einen Zeitraum von 14 bis 16 Stunden mit einem Strom, der einem Zehntel der angegeben Kapazität entspricht (im vorliegenden Fall also mit 240mA). Das andere Extrem ist die sog. "Schnell-Ladung". Modellbau-Akkus sind in der Regel schnellladefähig und mit einem geeigneten Ladegerät innerhalb von etwa 15 Minuten wieder aufladbar. Diese Methode belastet allerdings den Akku und sollte nicht dauerhaft angewendet werden. Blockschaltbild einer Fernsteueranlage
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