Fenster schließen

 

Die Fernsteuerung

*

Die Funkfernsteuerung

Fernsteuerungsanlagen bestehen grundsätzlich aus:

  • Sender
  • Empfänger
  • einem oder mehreren Servomotoren (Servos), je nach Anlage
  • Schalterkabel
  • Batteriebox für Empfänger
  • Erweiterungsmodulen (optional, nicht im Lieferumfang)

Auf diese und andere Komponenten soll im Folgenden eingegangen werden.

*

Das duale Zahlensystem

Zu Beginn soll zum besseren Verständnis der später folgenden Erklärungen kurz das duale Zahlensystem, auch Binär-System genannt, erklärt werden.

Wir sind heutzutage gewohnt, mit dem dezimalen Zahlensystem mit 10 Ziffern mit den Zahlen 0 bis 9 mit der Basis 10 zu zählen und zu rechnen.
Unsere heutigen (digitalen) Computer verstehen jedoch nur die beiden Signalzu-
stände "0" und "1" (Spannung nicht vorhanden oder Spannung vorhanden). Und so wird dort das duale Zahlensystem mit der Basis 2 verwendet.

Ein Vergleich:

das dezimale Zahlensystem das duale Zahlensystem

Wie beim dezimalen Zahlensystem hat auch das duale Zahlensystem für jede Stelle der dargestellten Zahl eine bestimmte Wertigkeit.

Bit     Wertigkeit des Bits darstellbare Zahlen
1 20   = 1   0 -   1
2 21   = 2   0 -   3
3 22 = 2 2 = 4   0 -   7
4 23 = 2 2 2 = 8   0 -  15
5 24 = 2 2 2 2 = 16   0 -  31
6 25 = 2 2 2 2 2 = 32   0 -  63
7 26 = 2 2 2 2 2 2 = 64   0 - 127
8 27 = 2 2 2 2 2 2 2 = 128   0 - 255

Mit n Bit lassen sich 2n verschiedene Zahlen darstellen - und zwar die Zahlen von 0 bis 2n - 1.
Man kann also mit 4 Bit (24 = 2 2 2 2 = 16) insgesamt 16 Zahlen (die Zahlen von 0 bis 15) darstellen (siehe auch folgendes Bild).

Außerdem wurde folgendes festgelegt:

1 Byte     = 8 Bit     
1 Kilobyte (KB) = 210 Byte = 1.024 Byte  
1 Megabyte (MB) = 220 Byte = 1.048.576 Byte  
1 Gigabyte (GB) = 230 Byte = 1.073.741.824 Byte  
1 Terabyte (TB) = 240 Byte      

*

Die Modulationsverfahren im Überblick

Es werden bei pulsförmigen Trägern folgende Modulationsverfahren unterschie-
den:

  • Digitales Modulationssignal
    • Pulscodemodulation PCM
      (englisch: Pulse-Code-Modulation)
  • Analoge Modulationssignale
    • Pulsamplitudenmodulation PAM
      (englisch: Pulse-Amplitude-Modulation)
    • Pulsweitenmodulation PWM
      (englisch: Pulse-Width-Modulation
      )  auch bekannt unter
      Pulsdauermodulation PDM
      (englisch: Pulse-Duration-Modulation)  sowie
      Pulsbreitenmodulation PBM
    • Pulsphasenmodulation PPM
      (englisch: Pulse-Phase-Modulation)  auch
      Pulspositionsmodulation  oder
      Pulspausenmodulation genannt

Ein Überblick über die unterschiedlichen Modulationsverfahren (allgemein):

*

Die Pulscodemodulation (PCM)

Der erste Schritt zur Pulscodemodulation PCM (englisch: Pulse-Code-Modulation) ist der, dass das analoge Signal periodisch (in zeitgleichen Abständen) abge-
tastet werden muss. Dabei wird der jeweilige analoge Signalwert eines Abtast-
zeitpunktes ermittelt und ausgegeben. Es entsteht ein pulsamplitudenmoduliertes Signal (Pulsamplitudenmodulation PAM [englisch: Pulse-Amplitude-Modulation]).
Dieses Signal wird dann einem A/D(analog/digital)-Wandler zugeführt. Die Auf-
gabe eines AD-Umsetzers besteht darin, eine Eingangsspannung in eine dazu proportionale binäre Zahl umzuwandeln. Dort werden die Amplitudenwerte in eine begrenzte Zahl von Quantisierungsstufen (= Samplingtiefe; im folgenden Bildbei-
spiel = 3 Bit) eingeteilt. Aus jedem quantisierten Abtastwert wird ein Codewort berechnet, das die Amplitudeninformation beinhaltet. Aus der zeitlichen Folge der Codeworte wird ein Digitalsignal erzeugt. Die Anzahl der möglichen Quantisie-
rungsstufen n ergibt sich aus der Anzahl z der Bits, die ein Codewort hat
(n = 2z). Aus wirtschaftlichen Gründen wird die Anzahl der Quantisierungsstufen auf ein Maß beschränkt, das für eine gute Übertragung notwendig ist.
Im Modellbaubereich werden 256 oder 1024 Stufen (entsprechend 8 oder 10 Bit) gewählt.

Im folgenden Bild sind links die Amplitudenklassen dezimal und binär aufgetragen.
Im unteren Bereich der Abbildung sieht man das entstehende PCM-Signal, wel-
ches der binären Amplitudenklasse entspricht.

mit:  
T das Abtastintervall der Abtastfrequenz
f -1 = T  folgt aus  f = 1 / T
TBit die Übertragungsdauer von einem Bit

Im Bild ergibt sich für das analoge Signal folgende Bitfolge:

000 - 010 - 100 - 101 - 100 - 011 - 101 - 111

Aus dem Bild ist zu erkennen, dass die Anzahl der Quantisierungsstufen (im Bei-
spiel 3 Bit; n = 23 = 8 unterschiedliche Amplitudenwerte, entsprechend den Wer-
ten 0 bis 7) sowie die Abtastfrequenz sehr niedrig sind. Daraus ergibt sich eine recht grobe Abtastung des analogen Signals. Je größer die Anzahl der Quantisie-
rungsstufen und je höher die Abtastfrequenz desto besser und feiner wird das analoge Signal durch das digitale Signal wiedergegeben.

*

Die Pulsweitenmodulation (PWM)

Die meisten Fernsteuerungen arbeiten mit der Pulsweitenmodulation PWM (eng-
lisch: Pulse-Width-Modulation
) auch Pulslängenmodulation genannt. Sie ist auch unter den Namen Pulsdauermodulation PDM (englisch: Pulse-Duration-Modula-
tion
) sowie Pulsbreitenmodulation PBM bekannt.

Bei der Pulsweitenmodulation wird die Pulsbreite oder Pulsdauer proportional zum Quellsignalwert verändert. Die Amplitude der Impulse bleibt dabei konstant.

Die Pulsweitenmodulation allgemein:

Die Impulsbreite überträgt im Modellbaubereich die Steuerfunktion (z.B. die Stel-
lung des Steuerknüppels) proportional an das Modell und die entsprechende Kom-
ponente (z.B. Motor, Servo). Sie variiert heute meistens im Bereich von 1,5ms 0,5ms. Im zu steuernden Modell entsprechen zum Beispiel 1,0ms "100% Rück-
wärts", 1,5ms "Neutralstellung / Stopp" und 2,0ms "100% Vorwärts" oder umge-
kehrt. Die Werte variieren aber je nach Hersteller und Typ leicht.

Die Pulsweitenmodulation hinter dem Empfänger (z.B. am Fahrtregler):

*

Die Pulsphasenmodulation (PPM)

Die Pulsphasenmodulation PPM (englisch: Pulse-Phase-Modulation), auch Puls-
positionsmodulation oder Pulspausenmodulation genannt, entsteht aus der Puls-
weitenmodulation PWM, indem nur die sich verändernde (abfallende, 1 => 0) Flanke durch einen schmalen Impuls übertragen wird. Denn nur sie enthält die Information. Damit wird also nur die zeitlichen Positionen der Pulse in der Pulsfol-
ge entsprechend dem Quellsignalwert verändert. Der Takt- oder Sychronisations-
impuls wird nicht jedes Mal, sondern nur in größeren Abständen zur Synchronisa-
tion des Empfängers übertragen.

*

Der ferngesteuerte Schalter

Der elektronische Schalter ist eine elektronische Komponente, die an den Em-
pfänger angeschlossen wird. Sie vergleicht die Länge des eingehenden Kanalim-
pulses mit einem internen (teilweise einstellbar -  dadurch kann ausgewählt werden, ob eine Änderung des Schaltzustandes bei einem kürzerem oder einem längerem Impuls ausgelöst werden soll) Vergleichswert von 1,5ms. Ist der Kanal-
impuls länger als 1,5ms, dann wird der Ausgang eingeschaltet. Beträgt die Länge des Kanalimpulses weniger als 1,5ms, wird der Ausgang wieder ausgeschaltet.

*

Der Sender

Der Sender hat folgende Aufgaben:

  • lesen der analogen (Proportionalkanäle) und digitalen Eingänge (z.B. Taster oder Schalter) und der gewählten Adresse
  • zusammenstellen eines Datenpakets (PPM-Signal) aus den obigen Informa-
    tionen
  • Bildung des HF(Hochfrequenz)-Signals (FM)
  • senden der Daten

Vereinfachte Darstellung der Signalbildung im Sender:

Die Stellung der Kreuzknüppel oder Regler werden durch Potentiometer abgenom-
men, in ein PPM-Signal kodiert und in der HF-Stufe auf die Sendefrequenz modu-
liert (z.B. 40MHz).

Sender und Empfänger müssen unbedingt zusammenpassen. Sie müssen nämlich beide nicht nur auf derselben HF-Frequenz (z.B. 40MHz) sondern auch mit dem-
selben Verfahren zur Informationsübertragung (PPM / PCM) arbeiten.

Die Mindestausstattung eines Senders besteht aus einem Proportionalkanal (Prop-Kanal) für die Steuerung der Geschwindigkeit (vorwärts / rückwärts; verti-
kal) und einem weiteren Prop-Kanal für die Lenkung (links / rechts; horizontal), die mit einem der zwei vorhandenen Kreuzknüppel realisiert werden kann. Die Be-
wegung eines Steuerknüppels (welcher durch ein Poti realisiert ist), der einem bestimmten Kanal zugeordnet ist, bewirkt eine proportionale Bewegung des dazu gehörigen Stellgliedes (z.B. Motor oder Servo) im Modell.

Die Sender verfügen aber meistens noch über weitere Bedienelemente wie Schal-
ter, Anzeigen und Schieberegler. Viele sind auch modular aufgebaut, damit zu-
sätzliche Module mit weiteren Funktionen eingebaut werden können.

Fernsteuerungen gibt es mit mehr oder weniger vielen Steuerungskanälen (nicht zu verwechseln mit den Frequenz-Kanälen, die im Hochfrequenzbereich [HF-Be-
reich] liegen), die die mögliche Anzahl der Steuerungsfunktionen einer Fernsteue-
rung angeben. Einige Hersteller definieren aber jede Anschlussmöglichkeit als zwei Funktionen (acht Kanäle = 16 Funktionen). Die beste Orientierung gibt da-
her die Anzahl der Steckanschlüsse am Empfänger.

Ich habe meine Kanäle für die Steuerung meines Silotransporters z.B. wie folgt belegt:

Kanal

 Beschreibung
1  Lenkservo Kreuzknüppel, links / rechts
2  Servo, Wegeventil für Zylinder zum Einklinken Silo
3  Fahrtregler Kreuzknüppel, vorwärts / rückwärts
4  Servo, Wegeventil für Zylinder Aufnahmerahmen Silo
5  Multiswitch mit 13 Schaltsignalen
 Fahrlicht, Arbeitsscheinwerfer, Rundumlicht, Rauchgenerator (als
 Pannensimulation), Pumpe Hydraulik, Kühlergrillbeleuchtung
6  Blinker, Warnblinker
7  Servo, Stützen
8  Soundmodul

Nachdem die Elektronik die Position der Knüppel, Steller und Schalter im Sender ausgewertet hat, wird ein so genannter PPM-Frame (Frame = Rahmen) erzeugt. Ein kompletter PPM-Frame hat eine Länge von ca. 22,5ms und setzt sich aus einem langen Startpuls und 8 Kanalinformationen (Impulsen) zusammen. Die 8 Impulse stehen für die 8 Fernsteuerkanäle K1 ... K8, die eine normale Fernsteue-
rung maximal unterstützt. Die Pulslänge der Kanalinformation entspricht dabei z.B. der Knüppelstellung. Auf jeden H(High = 1)-Impuls folgt eine Low-Phase (Low = 0). Die Dauer dieser Low-Phase beträgt je nach Hersteller und Typ zwischen 0,2ms und 0,6ms. Die 1ms-2ms Pulse bestehen also in dem unten folgenden Beispiel tatsächlich aus einer 0,7ms - 1,7ms High-Phase und einer 0,3ms Low-Phase. Acht solcher High/Low-Pulse werden nun aneinander gereiht (serielle Signale) und mit einem überlangen Startpuls bis auf die Frame-Länge von ca. 22,5 ms ergänzt. Der Startpuls kann also zwischen 22,5 - 8 2 = 6,5ms und 22,5 - 8 1 = 14,5ms variieren. Er ist damit also deutlich länger, als je ein Kanalimpuls sein könnte. Der Startpuls in der folgenden Abbildung hat eine Länge von 10ms. Das entstehende Impulstelegramm wird zyklisch - dann aber womög-
lich schon mit geänderten Werten - wiederholt. Der Startpuls zwischen zwei auf-
einander folgenden Impulsgruppen dient später im Empfänger zur Synchronisa-
tion.

Die folgende Abbildung zeigt den kompletten PPM-Frame des Senders:

In der Abbildung weisen die Kanäle folgende Werte auf:

  • Kanal 1: 1,7ms + 0,3ms = 2,0ms =>
    entspricht z.B. Kreuzknüppel Vollausschlag vorn = 100% Vorwärts
  • Kanal 2: 1,2ms + 0,3ms = 1,5ms =>
    entspricht z.B. Kreuzknüppel Mitte / Neutralstellung = Stopp / Stillstand
  • Kanal 3: 0,7ms + 0,3ms = 1,0ms =>
    entspricht z.B. Kreuzknüppel Vollausschlag hinten = 100% Rückwärts
  • usw.

Vergleich der unterschiedlichen Signale und deren Zusammensetzung an unter-
schiedlichen Stellen des Senders und Empfängers:

Das folgende Bild zeigt das ausgehende (invertierte) PPM-Signal des Senders:

Die ersten 4 Kanäle (K1 ... K4) sind meistens den beiden Kreuzknüppeln der Fern-
steuerung zugeordnet. Die Knüppelmittelstellung entspricht dabei einer Impuls-
länge von 1,5ms. Die übrigen 4 Kanäle werden meistens für Schaltfunktionen be-
nutzt. Impulslängen unter 1,5ms entsprechen "AUS", Impulse über 1,5ms ent-
sprechen "EIN" (siehe oben "Der ferngesteuerte Schalter"). Prinzipiell sind aber alle Kanäle gleichwertig.

Die Signalfolge wird dann zum Schluss auf ein Hochfrequenzsignal (FM) moduliert, an den Empfänger gesendet und später im Empfänger zurückgewonnen.

*

Der Empfänger

Der Empfänger dient dem Empfang der vom Sender ausgesendeten Signale, be-
reitet diese auf und verteilt diese Signale über dreipolige Steckbuchsen (siehe unten) an die entsprechenden Komponenten wie Fahrtregler, Servos oder andere Komponenten.
Der Empfänger benötigt ein zur Senderfrequenz (Senderquarz) passenden Em-
pfängerquarz.

Der Sender hat folgende Aufgaben:

  • empfangen der Daten
  • Demodulation des HF-Signals (FM)
  • überprüfen der Adresse, Decodierung (umrechnen) der Daten, um die ein-
    zelnen Steuerfunktionen zu trennen und über separate elektrische Ausgän-
    ge an die entsprechenden Komponenten weiterzuleiten und Zuordnung der Kanäle
  • erzeugen der PWM für den Fahrtregler (Fahrmotor)
  • erzeugen der Signale für die Servo-Ausgänge und andere Komponenten

Das folgende Bild zeigt die vereinfachte Darstellung der Demodulation des einge-
henden HF-Signals (FM) und die Decodierung des PPM-Signals in die von den Komponenten benötigten PWM-Signale, bei der der Decoder ein einfaches Schie-
beregister ist. Dabei wird die oben beschriebene Impulsgruppe (PPM-Signal, se-
rielle Signale) decodiert und die dabei entstehenden 8 Kanalimpulse nun auf 8 se-
parate Ausgänge (PWM-Signale, parallele Signale) verteilt. Jeder Ausgang ent-
hält also ein Signal, das einmal in 20ms einen Impuls von 1ms bis 2ms Länge führt. Die Kanalimpulse werden nacheinander erzeugt. Bei Anlagen mit PCM kön-
nen dagegen auch mehrere Ausgänge des Decoders gleichzeitig Pulse führen.

Die PPM-Decodierung im Detail am Beispiel der ersten drei Kanäle:

Der jeweilige Ausgangsimpuls wird durch eine LH(Low-High; 0 => 1)-Flanke des PPM-Signals gestartet und durch die nächste LH-Flanke wieder beendet. Der jeweilige Ausgangsimpuls ist somit ein High-Impuls, dessen Länge der Gesamtlän-
ge des zugehörigen Eingangsimpulses (High- + Low-Teil) entspricht.

Um den Empfänger vor Vibrationen und Stößen zu schützen, kann man ihn z.B. in Schaumstoff wickeln oder auf Gummiplatten befestigen.
Die Antenne sollte möglichst weit weg von der restlichen Elektrik und Elektronik verlegt werden, damit es auch auf längeren Sendedistanzen keine Störungen des Empfangs gibt.

Es ist immer darauf zu achten, dass die Einstellung der Modulation (PPM / PCM) des Senders und des Empfängers übereinstimmen.

*

Blockschaltbild

Hier nun eine grobe Übersicht, welche Komponenten in einem Modell verbaut werden können. Es wurde dabei von einem Empfänger mit acht Kanälen ausge-
gangen.

Die gestrichelten Linien / Leitungen zeigen mögliche Ausbauvarianten. Es ver-
steht sich aber von selbst, dass nicht alle Kombinationen z.B. wegen nicht aus-
reichender Anzahl von Prop-Kanälen möglich oder wegen Überschneidungen von Funktionen der einzelnen Module (z.B. Fahrtregler mit Multiswitch und Lichtanla-
ge + Erweiterungsmodul "Licht-Elektronik") wenig sinnvoll sind. Siehe auch unten "Erweiterungsmodule".

*

Vergleich der unterschiedlichen Stecker

Die Ausgangsstecker des Empfängers besitzen neben dem Signal / Impuls-Pin noch jeweils einen Minus-Pin (-) und ein Betriebsspannungs-Pin (+).
Auch wenn jeder Hersteller seine eigenen Steckverbinder benutzt, sind die elek-
trischen Funktionen immer gleich.
Die Bezeichnung "Buchse" oder "Stecker" bezieht sich immer auf den elektrischen Kontakt und nicht auf die Bauform des Gehäuses.

JR (Japan Radio) / Graupner

Anschlussbelegung
Buchse
Anschlussbelegung
Stecker
Farbcode

Minus = Braun


Plus = Rot


Impuls = Orange

Futaba / Robbe

Anschlussbelegung
Buchse
Anschlussbelegung
Stecker
Farbcode

Impuls = Weiß


Plus = Rot


Minus = Schwarz

Robbe alt

Anschlussbelegung
Buchse
Anschlussbelegung
Stecker
Farbcode

Impuls = Weiß



Plus = Rot

Minus = Schwarz

Früher verwendete Robbe die im oberen Bild (Robbe alt) dargestellten Servostek-
ker. Seit Robbe auf Futaba-Technik setzt, werden von Robbe nur noch Futaba-
Stecksysteme vertrieben.
Da Graupner und Futaba fast gleiche Buchsenabstände, Stiftdurchmesser und Anschlussbelegungen verwenden, werden häufig Empfänger mit so genannten UNI-Steckern angeboten, auf die beide Servostecker passen. Allerdings ist hier-
bei eine Verpolung möglich. Das bedeutet, dass "Minus" und "Impuls" sehr leicht vertauscht werden können!

Multiplex (MPX)

Anschlussbelegung
Buchse
Anschlussbelegung
Stecker
Farbcode

Impuls = Gelb

Minus = Schwarz



Plus = Rot

Conrad

Anschlussbelegung
Buchse
Anschlussbelegung
Stecker
Farbcode

Impuls = Gelb


Plus = Rot


Minus = Schwarz

*

Der Fahrtregler

Ein Fahrtregler wird benötigt, um das PWM-Steuersignal, das er vom Empfänger erhält, in ein entsprechend leistungsstarkes Signal für die Ansteuerung des Motors umzuwandeln, da ein Motor nicht direkt an einen Empfänger angeschlos-
sen werden kann. Mit diesem Signal steuert er dann die Geschwindigkeit und Drehrichtung des Antriebsmotors.
Hierbei gibt es folgendes zu berücksichtigen:

  • Art des anzusteuernden Motors (mit Bürsten oder bürstenlos)
  • Akkuspannung
  • Betriebsspannung des Motors
  • Stromaufnahme des Motors
  • Turns (Anzahl der Wicklungen) des Motors
  • Rückwärtsfunktion
  • abschaltbare Bremsfunktion

Die heutigen Fahrtregler stellen auch die Betriebsspannung (eingebauter Span-
nungsregler) für den Empfänger und die daran angeschlossenen Servos zur Ver-
fügung , sodass eine separate Empfängerbatterie entfallen kann (siehe unten "Das BEC-System").

Es gibt im Modellbau zwei unterschiedliche Verfahren, um eine Steuerung des Antriebsmotors zu ermöglichen. Diese Verfahren sind als mechanische und elektronische Fahrtregler bekannt.

Der früher eingesetzte mechanische Fahrtregler enthält einen durch ein Servo veränderbaren niederohmigen Spannungsteiler, welcher die Versorgungsspannung vor dem Motor unterteilt. Dabei gilt - je größer der Anteil des Motors an der Ver-
sorgungsspannung ist, desto mehr Leistung steht dem Motor zu Verfügung. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt im "Verlust" (Energie kann nicht verloren gehen -
sie wird nur in eine andere Energieform z.B. Wärme umgewandelt) der restlichen Versorgungsspannung, die im Spannungsteiler in Wärme umgewandelt wird. Das führt dazu, dass der Akku schneller leer wird.

Prinzipschaltbild des Spannungsteilers mit Motor:

  R1 = R2  =>  R2 / (R1 + R2) = 50% R2 / (R1 + R2) = 25%

Bei einer angenommenen Versorgungsspannung von 12V ergibt sich mit den Formeln

im ersten Fall (R2 / (R1 + R2) = 50%) über dem Motor eine Spannung von 6V -
im zweiten Fall (R2 / (R1 + R2) = 25%) eine von 3V.
Mechanische Fahrtregler werden heute nur noch sehr selten eingesetzt, auch wenn sie sehr günstig sind.

Im heutigen Modellbau wird hauptsächlich der elektronische Fahrtregler einge-
setzt. Seine Aufgabe ist es, die Motordrehzahl über die Änderung der Knüppel-
stellung zu steuern. Dabei möchte man gewöhnlich "STOPP" bei der Mittelstellung des Steuerknüppels haben und beim Vorschieben des Knüppels einen langsamen Motorlauf bis zur Enddrehzahl bei voll vorgeschobenem Knüppel. Rückwärts ist eine entsprechende Bewegung des Steuerknüppels notwendig.
Die Aufgabe des Fahrtreglers ist es, aus dem PWM-Steuersignal des Empfängers ein entsprechendes Motorsignal zu generieren und die erforderliche Leistung zur Verfügung zu stellen. Er pulst die Versorgungsspannung mit einer festen Fre-
quenz (etwa 10-100 pro Sekunde, je nach Hersteller und Typ) aber mit einem variablen Tastverhältnis. Dabei wird dem Motor in schnellem Takt kurzzeitig die volle Versorgungsspannung zur Verfügung gestellt. Ist die Einschaltphase kurz, dreht der Motor langsam und wird mit zunehmender Einschaltphase schneller. Durch die Trägheit des Motors wird die Wirkung der Spannungsimpulse über die Zeit gemittelt. Der Vorteil liegt darin, dass man sich ein Servo spart, der Akku nicht so schnell leer wird und man somit länger Spaß am Fahren hat. Siehe auch unten unter "Ansteuerung von Gleichstrommotoren mit der PWM".
Der elektronische Fahrtregler bietet eine stufenlose Fahrtregelung für beide Drehrichtungen des Motors.

Der Begriff Fahrtregler ist irreführend, da es sich dabei nicht um einen echten "Regler" handelt. Bei einem echten Regler wird ein Sollwert z.B. an einen Motor ausgegeben und von dem Motor oder einem Messgerät ein gemessener Istwert an den Regler zurückgegeben. Mit dieser Information wird von einem echten Regler ein so genannter Soll- / Istwertvergleich durchführt, gegebenenfalls ein neuer Sollwert gebildet und dieser an den Motor ausgegeben.
Der Fahrtregler steuert vielmehr den Motor. Er wird auch schon mal als Dreh-
zahlsteller bezeichnet.

Fahrtregler, verwendeter Motor und die Stromquelle müssen unbedingt aufeinan-
der abgestimmt sein. Jeder Fahrtregler hat eine maximale Spannung (in V = Volt), die von der Akkuspannung nicht überschritten werden darf. Außerdem darf der Motor während des Betriebs nicht mehr Strom (in A = Ampere) ziehen, als der Fahrtregler dauerhaft liefern kann. Ansonsten wird der Regler zu heiß, schaltet ab oder wird sogar zerstört.
Fahrtregler unterscheidet man hauptsächlich anhand der zulässigen Strombe-
lastung, die sie schalten können. Auch sind die Turns (Anzahl der Wicklungen) des Motors zu berücksichtigen. Das Limit gängiger Fahrtregler liegt zwischen ca. 5 und 18 Turns und darf vom Motor nicht unterschritten werden.
Einige der heutigen Fahrtregler verfügen nicht nur über reine Fahrtreglereigen-
schaften. Sie beinhalten teilweise auch weitere Funktionen wie Multiswitch und Lichtanlage wie z.B. der Fahrtregler M20T der Fa. Servonaut.

Das BEC-System

In heutigen Fahrtreglern ist ein BEC-System (Battery Eleminator Circuit) mit ent-
sprechendem Stecker integriert. Es dient der 5V-Stromversorgung (stabilisiert) des Empfängers und man erspart sich damit einen separaten Akku für den Em-
pfänger. Die Auswahl dieses BEC-Systems hängt von der Anzahl und dem Leistungsbedarf der angeschlossenen Servos und der anderen Verbraucher ab. Darum sollte es über eine Belastbarkeit von 2A verfügen - besser noch 3A. Damit steht einem späteren Ausbau des Modells nichts im Weg.
Daneben gibt es noch die so genannten externen BECs, die oft verwendet wer-
den, wenn der Fahrtregler über kein BEC-System verfügt, die Spannung des Ak-
kus für das BEC des Fahrtreglers zu hoch ist oder die Leistung des Fahrtregler-
BECs für die mögliche Belastung nicht ausreicht.

Anschlussbelegung
Buchse
Anschlussbelegung
Stecker
Farbcode

Minus = Schwarz


Plus = Rot

*

Der Elektromotor

Der Elektromotor wird als elektromechanischer Wandler bezeichnet. Er wandelt elektrische Energie, die er vom Fahrtregler erhält, in mechanische Energie um und wird für die Bewegung des Modells benötigt. Er wird aber auch da eingesetzt, wo eine Drehbewegung (z.B. Silotrommel, Kräne) realisiert werden soll.
Im Modellbau werden in erster Linie Gleichstrom-Motoren (DC-Motoren) im Span-
nungsbereich von 6V bis 12V verwendet.

*

Auswahlkriterien des Elektromotors

Hier sollen die verschiedenen Auswahlkriterien kurz vorgestellt werden.

Bauart (Standard oder Brushless)
Im Gegensatz zu den Standardmotoren weisen die Brushless-Motoren eine höhe-
re Leistungsdichte (Leistung zu Gewicht, besserer Wirkungsgrad) auf. Es sind wesentlich höhere Spitzenleistungen bei gleicher oder kleinerer Baugröße möglich und sie sind nahezu wartungsfrei (bis auf die Lager), weil sie eben keine Bürsten haben. Es ist dabei aber zu bedenken, dass für diesen Motortyp ein entspre-
chender Fahrtregler benötigt wird, der diesen Motor auch ansteuern kann.

Spannung
Die Spannung des Motors richtet sich in erster Linie nach der Spannung des Ak-
kus und der Arbeitsspannung, mit der der Motor (siehe dazu auch die Datenblatt des Fahrtreglers) betrieben werden soll.

Drehzahl
Die Drehzahl ist nur im begrenzten Maß von Interesse, da ja hinter den Motor so-
wieso noch ein Getriebe (so genanntes Vorsatzgetriebe) geschaltet wird. Außer, wenn man sich gleich ein Getriebe mit fest angeflanschtem Motor (Getriebemo-
tor) mit entsprechender Untersetzung kauft. Also besser ein höheres Drehmo-
ment als eine hohe Drehzahl - was will man schon mit einer Drehzahl von 17.000 Umdrehungen pro Minute wirklich anfangen?

Turns
Je mehr Turns (Anzahl der Wicklungen) ein Motor hat, desto geringer ist seine Stromaufnahme und desto niedriger seine Drehzahl. Je weniger Turns ein Motor hat, desto größer ist die Stromaufnahme und desto höher ist die Drehzahl. Je geringer also die Anzahl der Turns, desto größer ist natürlich die Belastung des Fahrtreglers - dessen Limit darf nicht unterschritten werden.

Nennstrom
Beim Nennstrom ist zu beachten, dass der Akku und der Fahrtregler (siehe dazu auch dessen Datenblatt) auf jeden Fall in der Lage sein müssen, diesen auch zu liefern.

Leistung
Die mechanische Leistung eines Motors berechnet sich wie folgt:

mit:
P = Leistung in Nm/s oder W  
M = Drehmoment in Nm    
n = Drehzahl in 1/s    

Die elektrische Leistung eines Motors berechnet sich wie folgt:

mit:
P = Leistung in W Watt  
U = Spannung in V Volt  
I = Strom in A Ampere  

Von der eingespeisten elektrischen Leistung werden aber nur ca. 65% bis 90% (je nach Motortyp) in mechanische Leistung umgewandelt. Das Verhältnis der abgegebene Leistung (Pab) zur zugeführte Leistung (Pzu) nennt man auch den Wirkungsgrad (η) des Motors.

mit:
η = Wirkungsgrad in % Prozent  
Pab = abgegebene Leistung in W Watt  
Pzu = zugeführte Leistung in W Watt  

Die Differenz zwischen aufgenommener elektrischer Leistung und abgegebener mechanischer Leistung nennt man Verlustleistung oder Motorverluste. Diese Motorverluste gehen dem System in Form von Abwärme unter anderem durch Reibungsverluste (z.B. im Lager), Eisenverluste, Stromwärmeverluste und Über-
gangsverluste an den Bürsten "verloren" (Energie kann nicht verloren gehen - sie wird nur in eine andere Energieform z.B. Wärme umgewandelt).

Ein Beispiel mit Motordaten eines Herstellers:

Nennspannung UN = 12V  
Arbeitsspannung UA = 3V - 12V  
Leerlaufdrehzahl n0 = 19.800 Umdrehungen pro min = 19.800/60s
Leerlaufstrom I0 = 2A  
Anlaufstrom IA      
Anlaufmoment MA      
Nenndrehzahl nN = 17.000 Umdrehungen pro min = 17.000/60s
Nennstrom IN = 11,5A  
Nennaufnahmeleistung P1N =    
Nennabgabeleistung P2N = 85W  
Drehmoment MN = 5Ncm = 0,05Nm
Nennwirkungsgrad ηN = 64,5%  

Berechnung:

P2N = Pmechanisch = MN 2 π nN = 0,05Nm 2 3,1416 17.000/60s =
= 89,01Nm/s = 89,01W

P1N = Pelektrisch = UN IN = 12V x 11,5A = 138W

Pmechanisch = Pelektrisch ηN = 138W 64,5/100 = 89,01W

Die Angeben des Herstellers passen also überein.

Bürsten
Wichtig ist auch die Bauart der Bürsten. Bei preiswerten Motoren sind es schlich-
te Metallschleifer - bei den teureren Modellen aufwendige und meist auswechsel-
bare Schleifbürsten. Bei Brushless-Motoren gibt es überhaupt keine.

Lagerung
Bei den Elektromotoren unterscheidet man bei dem Lager zwischen dem Sinter-
bronzelager und dem Kugellager.

Drehmoment (in Ncm *)
Die Kraft eines Motors wird durch das so genannte Drehmoment angegeben und ist wohl mit das wichtigste Leistungsmerkmal des Elektromotors.
Ein Elektromotor mit einem Drehmoment von z.B. 35Ncm (Newton-Zentimeter) kann bei einem Hebel von 7,5cm (an der Achse)

= 35Ncm / 7,5cm = 4,67N ≈ 0,467kg

heben / bewegen.
Wird der Hebel auf die Hälfte (3,75cm) verkürzt, kann man bereits 9,33N ≈ 0,933kg (also die doppelte Gewichtskraft / Masse) heben / bewegen.

Siehe auch unter "Grundlagen der Mechanik".

Gewicht (in g)
Je nach Größe und Ausstattung unterscheiden sich die Elektromotoren im Ge-
wicht. Es ist immer darauf zu achten, dass das Gewicht des Modells durch den gewählten Elektromotor nicht zu hoch wird.

Abmessung (L x B x H in mm)
Elektromotoren mit gleicher Leistung sind in verschiedenen Größen erhältlich. Hier sollte der Elektromotor gewählt werden, welcher sich am einfachsten verbauen lässt.

*

Ansteuerung von Gleichstrommotoren mit der PWM

Ein Gleichstrommotor lässt sich durch die Veränderung der Betriebsspannung in der Drehzahl steuern.

Um Elektromotoren nahezu stufenlos in ihrer Drehzahl zu steuern, wird im Modell-
bau die Pulsweitenmodulation PWM eingesetzt. Um die Drehzahl zu erhöhen, wird die EIN-Zeit (tein oder tON) der PWM gegenüber der AUS-Zeit (taus oder tOFF) vergrößert. Es wird also lediglich das Verhältnis der Ein- und Ausschaltzeit (auch Puls-Pausen-Verhältnis genannt) pro PWM-Zykluszeit (tON + tOFF) verändert und nicht die eigentliche Grundfrequenz der Pulsweitenmodulation. Die entstehende Spannung wird als gepulste Gleichspannung bezeichnet. Durch die Trägheit des Motors wird die Wirkung der Spannungsimpulse über die Zeit gemittelt. Vorteil dieser Steuerung ist, dass nur geringe Verluste in der Motoransteuerung auftre-
ten. In der Praxis ist die Pulsweite (tON) oft in 255 Schritten (8 Bit) und mehr steuerbar.
Die Drehrichtung des Motors kann durch die Vertauschung der beiden Zuleitun-
gen erfolgen. In elektronischen Fahrtreglern geschieht dieses automatisch - je nach Stellung des Kreuzknüppels im Sender.

Der Mittelwert der Spannung (ū) berechnet sich nach folgender Formel:

Das Beispiel zeigt durchlaufend vier Beispiele mit folgenden Werten:

tON

tOFF

 Nennspannung UN

   
0% 100% 0%    
25% 75% 25%    
50% 50% 50%    
75% 25% 75%    
100% 0% 100%    

mit:
Taktfrequenz = 1 / t
t = tON + tOFF

Im folgenden Bild ist der zeitliche Zusammenhang zwischen dem PWM-Steuersig-
nal (oben) und dem PWM-Signal am Motor (unten) dargestellt.

Die Pulsbreite von 1,5ms (Mittelstellung des Steuerknüppels) entspricht dabei dem Stillstand des Motors. Die Spannung des Rechtecksignals am Motor beträgt dabei 0V (Volt).
Wird die Impulsbreite auf ca. 2ms vergrößert (Steuerknüppel am vorderen An-
schlag), entspricht dies der vollen Geschwindigkeit vorwärts. Die Spannung am Motor beträgt nun 100% der Nennspannung.

Beachten Sie aber bitte immer das Datenblatt des Motor-Herstellers. Kontrollie-
ren Sie z.B., in welchem Spannungs- und Drehzahlbereich der Motor überhaupt betrieben werden darf!

*

Entstörung des Elektromotors

Bei Bürstenmotoren kommt es bauartbedingt durch das Schleifen an den Kohlen zum so genannten Bürstenfeuer. Das sind elektrische Entladungen mit sehr ho-
hen Spannungsspitzen. Das Bürstenfeuer ist die Hauptursache für hochfrequente Störungen, die der Motor im Betrieb in das Leitungsnetz zurückspeist und die an-
dere elektrische Verbraucher stören können. Man kann diese aber mit Entstör-
kondensatoren herausfiltern. Dabei wird jeweils ein keramischer 22nF (bei einigen Herstellern auch bis zu 47nF) großer Kondensator (C2, C3) zwischen Plus-An-
schluss und Motorgehäuse sowie einer zwischen Minus-Anschluss und Gehäuse gelötet. Ein weiterer keramischer 47nF (bei einigen Herstellern auch bis zu 100nF) Kondensator (C1) kommt zwischen Plus- und Minus-Anschluss. Einige Motorhersteller liefern aber oft auch schon die passenden Kondensatoren gleich mit.

Der Gleichstrom zum Motor wird von den Kondensatoren nicht beeinflusst. Für die hochfrequenten Störungen, welche der Motor produziert, stellen die Kondensato-
ren jedoch praktisch einen Kurzschluss (XC = 1 / (ω C) = 1 / (2 π f C) => der Widerstand des Kondensators geht bei hohen Frequenzen gegen 0Ω) dar und diese werden gegen das Motorgehäuse abgeleitet bzw. zwischen den Anschluss-
polen kurzgeschlossen. Es ist wichtig, dass die Entstörkondensatoren so dicht wie möglich an der Störquelle, also an den Motoranschlüssen anzubringen sind. Jeder Zentimeter Leitung kann hier unter Umständen schon als Sendeantenne wirken!

elektrischer Anschluss symbolische Darstellung

Es ist bei den kleinen Kondensatoren darauf zu achten, dass die Beinchen nicht die Motoranschlüsse mit dem Gehäuse kurzschließen. Dieses kann dadurch ver-
hindert werden, indem ein Schrumpfschlauch über die Beinchen des Kondensators geschoben wird.

Die Qualität der Entstörung kann noch verbessert werden, indem in die Zuleitun-
gen (möglichst dicht am Motor) noch je ein Ferritring (L1 und L2 im oberen elek-
trischen Schaltplan) eingefügt wird. Dazu wird jede Leitung 4- bis 6-mal durch den Ring gefädelt. Also je einen Ring für die Plusleitung und einer für die Minus-
leitung. Man erhält so zwei Spulen welche zusammen mit den Kondensatoren ein Tiefpassfilter darstellen. Der Gleichstrom, mit dem der Motor versorgt wird, wird praktisch ungehindert durchgelassen. Für eventuelle restliche Hochfrequenzen stellen die Spulen jedoch einen erheblichen Widerstand dar, da dieser bei Spulen mit größer werdender Frequenz (XL = ω L = 2 π f L) zunimmt.

Dies gilt nicht für die so genannten Brushless Motoren, da diese, bedingt durch ihre Bauart, kein Funkenfeuer verursachen. Brushless Antriebe können allerdings nur an speziellen Fahrtreglern betrieben werden.

Es ist aber folgendes unbedingt zu beachten:
Die beiden Kondensatoren (C2 und C3), die in der Mitte an das Motorgehäuse angeschlossen sind, bilden einen Spannungsteiler. Bei gleichen Werten (in nF) von C2 und C3 würde das Motorgehäuse jetzt bei einer angenommenen kon-
stanten
12V-Spannungsversorgung auf +6V-Potential (= 50% UN; gegen die -0V gemessen) liegen! Je nach Ansteuerung des Motors durch die PWM (0% - 100%; siehe oben "Ansteuerung von Gleichstrommotoren mit der PWM") liegt der Mittel-
wert der Spannung (ū) am Motorgehäuse zwischen 0% und 50% der Nennspan-
nung UN!

Das folgende Bild zeigt die Spannungsverhältnisse am Motorgehäuse (unten) bei einer 100%igen und 50%igen Ansteuerung des Motors (oben). Alle Spannungen sind gegen die -0V des Akkus gemessen.

Sehr oft wird empfohlen, das Motorgehäuse mit einer Leitung elektrisch leitend mit dem Chassis zu verbinden, damit dieses dann auch ein definiertes Potential hat. Aus dem eben gezeigten Bild ist aber ersichtlich, dass dieses Potential dann wohl doch nicht so definiert ist. Die Spannung ändert sich durch die unter-
schiedliche Ansteuerung des Motors stetig und durch die PWM zusätzlich noch gepulst ist.

Version 1:

  • das Motorgehäuse wird elektrisch leitend mit dem Chassis verbunden
  • das Getriebe darf aus Metall sein

Ich halte es darum für besser, das Chassis auf (-) 0V des Akkus zu legen, da dieses ein wirklich festes Potential ist. Dabei muss aber folgendes bedacht werden:

  • das Chassis wird elektrisch leitend mit (-) 0V verbunden
  • das Motorgehäuse muss isoliert zum Chassis sein!
  • das Getriebe muss aus Kunststoff sein!

Siehe auch unten unter "IR-Sender".

*

Der Servomotor

Der Servomotor (ein so genanntes elektromechanisches Bauteil) wandelt das elektrische Signal, welches er vom Empfänger erhält, in eine mechanische Bewe-
gung (meist mit einem angebauten "Arm", dem so genannten Servohorn) um.

Funktion des Servomotors

Der im Modellbau verwendete Servomotor, auch kurz Servo genannt, kann als der kleine Bruder des Getriebemotors bezeichnet werden. Wie sein großer Bruder besteht der Servomotor aus einem Motor, z.B. einem kleinem Gleichstrommotor, und einem Getriebe, das dafür sorgt, dass sich die Antriebswelle mit geringerer Geschwindigkeit dafür aber mit wesentlich größerem Drehmoment dreht. Die wei-
teren Komponenten sind Endanschläge, über die die Welle nicht hinweg drehen kann, ein Potentiometer, um die aktuelle Position festzustellen und einem IC (Integrated Circuit = Integrierte Schaltung) zur Positionssteuerung. Damit wird intern geprüft, ob eine vorgegebene Sollposition erreicht wurde und die Verfahr-
geschwindigkeit in der Nähe der angestrebten Position geregelt. Das Servo be-
wegt sich solange, bis Sende- und Servoimpuls gleich lang sind. Somit ist im Ver-
gleich zum allgemeinen Gleichstrommotor keine externe Regelung und Istwert-
rückmeldung vom Motor an eine Steuerungseinheit notwendig.
Servos besitzen neben den üblichen Anschlüssen für Plus und Minus einen dritten Anschluss für die so genannte Steuer- oder Signalleitung. Über diese Leitung wird dem Servo die anzufahrende Position mitgeteilt. Dies geschieht mit dem oben angesprochenen PWM-Signal - eine bestimmte Impulslänge steht dabei für eine bestimmte Position. Gängige Drehwinkel sind 45 Grad, 60 Grad und
90 Grad.
Im Modellbau werden in erster Linie Servos im Spannungsbereich von 4,8V bis 6V (Volt) verwendet.

Der Servomotor muss grundsätzlich unverrückbar im Modell befestigt werden. Um ihn aber vor Vibration zu schützen, kann man ihn auf Gummilager setzen.

*

Auswahlkriterien des Servomotors

Hier sollen die verschiedenen Auswahlkriterien kurz vorgestellt werden.

Bauart (Standard oder Coreless)
Coreless-Motoren bieten enorm lange Lebensdauer und werden nur in Servos mit hohem Stellmoment und / oder niedriger Stellzeit verwendet.

Ansteuerung (analog oder digital)
Die Standard-Servos werden analog angesteuert.
Der Vorteil von Digital-Servos liegt in der höheren Stellkraft und Haltekraft und der höheren Genauigkeit aller Funktionen. Jedoch haben Digital-Servos einen hö-
heren Leistungsbedarf.

Lagerung
Bei den Servos unterscheidet man bei dem Lager zwischen der Gleitlagerung und dem Kugellager. Ein Kugellager ist einer Gleitlagerung vorzuziehen - ist aber eben auch teurer.

Getriebe
Die Zahnräder eines normalen Servo-Getriebes sind aus Kunststoff. Soll das Servo größeren Belastungen standhalten, so empfiehlt sich der Einsatz eines Metallgetriebes, da dies wesentlich stärker belastet werden kann. Servos mit Metall-Getriebe sind wesentlich schwerer aber auch teurer als die aus Kunst-
stoff.

Drehmoment (in Ncm *)
Die Kraft eines Motors wird durch das so genannte Drehmoment angegeben und ist wohl mit das wichtigste Leistungsmerkmal des Servos.
Ein Servomotor mit einem Drehmoment von z.B. 35Ncm (Newton-Zentimeter) kann bei einem Hebel von 7,5cm (an der Achse)

= 35Ncm / 7,5cm = 4,67N ≈ 0,467kg

heben / bewegen.
Wird der Hebel auf die Hälfte (3,75cm) verkürzt, kann man bereits 9,33N ≈ 0,933kg (also die doppelte Gewichtskraft / Masse) heben / bewegen.

Siehe auch unter "Grundlagen der Mechanik".

Haltekraft (in Ncm *)
Unter der Haltekraft versteht man die Kraft eines Servos, die ein Servo im nicht angesteuerten Zustand (PWM-Signal = 1,5ms) halten kann. Dieser Wert liegt immer über dem Drehmoment des besagten Servos, da das Servo das Gewicht ja nur halten und nicht bewegen muss.
Um bei dem Beispiel von eben zu bleiben:
Drehmoment = 35Ncm
Haltekraft = ca. 80Ncm
Siehe ansonsten auch unter Drehmoment.

Stellzeit (in sec / 45 *)
Jedes Servo hat eine durchschnittliche Stellzeit, welche Auskunft über die benö-
tigte Zeit zum Einnehmen der gewünschten Lenkposition gibt.
Ein paar Anhaltspunkte:

  • 0,200 Sek. für 45 = Standard
  • 0,150 Sek. für 45 = schnell
  • 0,100 Sek. für 45 = sehr schnell
  • 0,075 Sek. für 45 = extrem schnell

Gewicht (in g)
Je nach Größe und Ausstattung unterscheiden sich die Servos im Gewicht. Es ist immer darauf zu achten, dass das Gewicht des Modells durch die gewählten Servos nicht zu hoch wird.

Abmessung (L x B x H in mm)
Servos mit gleicher Leistung sind in verschiedenen Größen erhältlich. Hier sollte das Servo gewählt werden, welches sich am einfachsten verbauen lässt.

* Alle Messdaten beziehen sich auf eine meistens vorgeschriebene Spannung.

Signalzeiten gängiger Servohersteller (Angaben ohne Gewähr)

Hersteller Pulse min. Pulse max. Neutral Frequenz
Futaba 0,90ms 2,10ms 1,5ms 50Hz = 20ms
Graupner 0,80ms 2,20ms 1,5ms 50Hz = 20ms
Multiplex 1,05ms 2,15ms 1,6ms 40Hz = 25ms
robbe 0,65ms 1,95ms 1,3ms 50Hz = 20ms
simprop 1,20ms 2,20ms 1,7ms 50Hz = 20ms

*

Ansteuerung des Servomotors

Im Servo dreht ein Gleichstrommotor über ein Getriebe die Ausgangsachse. Auf dieser Achse sitzt ein Potentiometer, das die Impulslänge eines Impulsgenerators steuert. Dieser Impulsgenerator erzeugt die Generatorimpulse mit einer Länge von 1ms bis 2ms Länge. Eine Steuerschaltung vergleicht darauf den Kanalimpuls mit dem Generatorimpuls. Bei einer Abweichung wird der Motor angesteuert, die Stellung des Servos nachgeführt / verändert, damit das Potentiometer verstellt und der Generatorimpuls angepasst.

*

Erweiterungsmodule

Man kann sein Modell natürlich auch mit den unterschiedlichsten Modulen erwei-
tern, um sie mit besonderen Funktionen aufzurüsten - sofern es natürlich Sender und Empfänger zulassen. Denn diese müssen über eine ausreichende Anzahl von Kanälen verfügen.

Darum hier jetzt ein paar gängige Module mit ihren möglichen Funktionen. Es gibt eine Fülle von Herstellern bei denen man die unterschiedlichsten Module und Schaltbausteine für den kleinen sowie den großen Geldbeutel bekommen kann.

*

Multiswitch Modul

Der Multiswitch dient dazu, dass man mehrere Funktionen über möglichst wenige Kanäle schalten kann. Dabei wird Senderseitig ein Schaltermodul benötigt und das Multiswitch Modul, auch einfach Multiswitch oder Decoder genannt, wird im Modell eingebaut.

Wer für sein Modell viele ferngesteuerte Schaltfunktionen benötigt, kann für seine Fernsteuerung ein Mehrfach-Schaltsystem nachrüsten. Dazu ist in den Sender ein zusätzliches Schaltermodul einzubauen. Empfangsseitig, also im Modell, ist ein entsprechender Decoder zu verbauen. Einfache Schaltbausteine werden ohne Schaltermodul nur über die Steuerknüppel des Senders geschaltet. Für die Übertragung wird ein Prop-Kanal genutzt. Pro Umlauf (also alle 20ms) wird ein Schalterzustand übertragen. Dabei entspricht z.B. eine Pulslänge von 1,2ms "AUS", 1,5ms "EIN" und 1,8ms "FERTIG". "FERTIG" ist hier die Information für den Empfänger, dass alle Schalterzustände übertragen wurden - also ein Synchroni-
sationsimpuls. Je nach Anzahl der übertragenen Schaltzustände gibt es natürlich eine Verzögerung, denn die Schalter werden ja seltener abgefragt.

*

Der Memoryswitch

Die normalen Standard-Schaltbausteine schalten nur so lange durch, wie man den dazu gehörigen Taster oder Knüppel betätigt. Dieses reicht z.B. für die Betä-
tigung der Hupe vollkommen aus. Beim so genannten Memoryswitch (Memory-
schalter) wird hingegen bei jeder Betätigung des Tasters der Ausgangszustand geändert. Bei der ersten Betätigung des Tasters wird der Ausgang eingeschaltet. Danach kann der Taster wieder losgelassen werden. Erst bei der nächsten Betä-
tigung des Tasters wird der Ausgang wieder zurückgesetzt. Der Memoryswitch findet Anwendung bei Funktionen, die nicht nur kurzzeitig benötigt werden, z.B. beim Fahrlicht.

Das folgenden Bild zeigt die Wirkungsweise als Zeitdiagramm - oben das Ein-
gangssignal des Tasters im Sender und unten das entsprechende Ausgangssignal hinter dem Memoryswitch im Modell.

Im folgenden elektrischen Stromlaufplan ist der Ablauf der Funktion (links der Taster für das Eingangssignal und rechts das Ausgangssignal hinter dem Memo-
ryswitch mit Lampe) entsprechend der im vorherigen Zeitdiagramm markierten Zeitpunkte (t1 bis t5) dargestellt.

*

Die nachfolgend beschriebenen Module der Fa. Servonaut sind als Beispiele gedacht was technisch machbar ist.
Wie sinnvoll sie sind, muss jeder für sich selber entscheiden.

*

Das Lichtmodul

Mit einem Lichtmodul kann man sein Modell z.B. mit Blinkern, Stand- und Fahrlicht sowie Pannenblinker erweitern.

Mögliche technische Ausstattung (am Beispiel eines Lichtmoduls der Firma Servonaut):

  • Lichtanlage mit vier Schaltausgängen
  • Betriebsspannung Schaltausgänge: 4,8V bis 18V
  • Betriebsspannung vom Empfänger: 4,8V bis 6V
  • es wird nur ein Kanal benötigt (Schalter oder Taster mit drei Stellungen oder Knüppel)
  • vier kurzschlussfeste Schaltausgänge mit je 700mA
  • die Ausgänge am Steckverbinder schalten nach Masse bzw. zum Akku-
    Minus-Pol
  • es können Glühlampen oder LEDs verwendet werden
  • z.B. für Blinker, Pannenblinker, Stand- und Fahrlicht
  • Blinker mit wahlweise manueller oder automatischer Abschaltung nach fünf Sekunden

Es können z.B. folgende Funktionen realisiert werden:

vordere Beleuchtung hintere Beleuchtung
Blinker links Blinker links
Blinker rechts Blinker rechts
Standlicht Standlicht
Abblendlicht Rücklicht
Fernlicht Bremslicht
Nebellampen Nebelschlusslicht
Warnblinkanlage Warnblinkanlage
    Rückfahrscheinwerfer

*

Die Blinkelektronik

Die Blinklichtelektronik dient der Ansteuerung von Rundumleuchten und Lauflich-
tern.

Mögliche technische Ausstattung (am Beispiel einer Blinkelektronik der Firma Servonaut):

  • Lichteffekt-Modul mit 3 Rundumlicht- und 5 Lauflichteffekten
  • benötigt einen Empfänger-Kanal (Schalter oder Knüppel) oder einen Ausgang eines Multiswitch
  • 8 Schaltausgänge je 700mA, kurzschlussfest für 6V bis 12V
  • Doppel-Rundumlicht für 2 x 4 Lampen / LEDs
  • großes Rundumlicht für 8 Lampen / LEDs
  • Einsatzwagen-Kombination, Rundumlicht mit Doppelblitz und Lichthupe

*

Das Soundmodul

So gibt es auch Soundmodule mit speziellen Klängen (z.B. Horn, Anlasser, Abstel-
len) für Truck-Modelle.

Mögliche technische Ausstattung (am Beispiel eines Soundmoduls der Firma Servonaut):

  • ein Empfängerkanal für Anlasser und Horn erforderlich
  • Betätigung von Anlasser und Fanfare wahlweise über Schalteingänge (Multiswitch) oder einen Empfänger-Kanal
  • 3 Motorgeräusche wahlweise: Actros V6, Scania V8, TGA Reihen 6-Zylinder
  • fahrsituationsabhängiger Motorklang mit Turbolader
  • Turbolader, Druckluft, Warnton und Schaltgeräusche in der Lautstärke getrennt ein- und abstellbar
  • Schaltgeräusche und Warnton; Rückfahr-Warnton und bremssynchrone Druckluft
  • Zündung, Anlassen- und Abstellen, Rückfahr-Warnton
  • über Bordcomputer zusätzliche Einstellmöglichkeiten und abschaltbarer Rückfahr-Warnton
  • Anlasser- und Abstellgeräusch, Luftablassen
  • Truck-Horn in zwei Varianten
  • umschaltbar Euro- und USA-Sound
  • 4 Truck-Fanfaren, Druckluftgeräusche, Martinshorn
  • mehrkanalige Wavetable-Klangsynthese
  • für 7,2V bis 12V; Lautsprecher ab 4 Ohm
  • maximale Ausgangsleistung 8W an 8 Ohm bei 12V
  • Versorgung erfolgt aus dem Fahrakku
  • kleiner getrennter Lautstärkeregler ideal für die versteckte Montage am Modell

Es ist dabei besonders auf den Impedanzwert (in Ohm) und die Belastbarkeit (in Watt) des Lautsprechers zu achten.
Ist der Impedanzwert des Lautsprechers viel kleiner als der vom Soundmodul zu-
gelassene Wert (siehe z.B. oben 4 Ohm), dann kann die Elektronik sowie der Lautsprecher Schaden nehmen. Ist der Wert zu hoch, erreicht der Lautsprecher nicht seine maximale Lautstärke.
Die Belastbarkeit des Lautsprechers sollte ruhig etwas über dem vorgegebenen Wert (siehe oben z.B. 8W) liegen. So wird die Zerstörung (Überlastung) des Lautsprechers durch die Elektronik vermieden.

*

Das Hydraulikmodul

Dieses Modul dient als Vorschalt-Modul für Baumaschinen mit Hydraulik.

Mögliche technische Ausstattung (am Beispiel eines Hydraulikmoduls der Firma Servonaut):

  • Steuerausgang für ein Soundmodul, realistische Drehzahl- und Klangände-
    rung bei Hydraulik-Betätigung
  • überwacht bis zu vier Hydraulik-Servos
  • Steuerausgang für Brushless-Antriebe
  • automatisches zeitgesteuertes Abschalten der Pumpe
  • 6A-Schaltausgang für eine Hydraulik-Pumpe

*

Der Infrarot-Sender

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, einen Infrarot (IR) -Sender für die drahtlose Datenübertragung in die Zugmaschinen einzubauen, womit man sich die Verkabelung zwischen Zugmaschine und Anhänger / Auflieger erspart.
Es ist dabei aber zu bedenken, dass dann in oder auf dem Anhänger / Auflieger noch ein IR-Empfänger und ein weiterer Akku eingebaut werden muss.

Es ist aber außerdem zu beachten, dass bei den zwei folgenden Konstellationen gewisse Probleme auftreten können:

  • die Zugmaschine hat eine metallische Anhängerkupplung und der Anhänger eine metallische Deichsel
  • die Zugmaschine hat eine metallische Sattelplatte und der Auflieger einen metallischen Königsbolzen

Dadurch können nun folgende Probleme auftreten:

  1. sie verbinden damit unter Umständen unterschiedliche Potentiale
    zwei Beispiele sind im unteren Bild dargestellt
  2. es entstehen durch das Ruckeln der Deichsel in der Anhängerkupplung unter Umständen hochfrequente Störungen, die den Empfänger stören können

Beispiel zu Problem 1.:
Dieser Zustand kann entstehen, wenn bei einem mit Kondensatoren beschalteten Motor das Motorgehäuse mit dem Chassis verbunden wurde (siehe oben unter "Entstörung des Elektromotors").
Bei einer angenommenen 12V-Versorgungsspannung werden hierbei z.B. die +6V der Zugmaschine (U1, die sich durch die unterschiedliche Ansteuerung des Motors stetig ändern kann und durch die PWM zusätzlich noch gepulst ist) mit den -0V des Anhängers (U2) verknüppelt.
Man misst nun zwischen dem Minus (-) der Zugmaschine und dem Plus (+) des Anhängers eine Spannung (UG) von +18V (Details finden Sie oben unter "Entstö-
rung des Elektromotors").

falsch
beide Chassis weisen
unterschiedliche Potentiale auf
richtig
beide Chassis wurden auf (-) 0V gelegt

Der zeitliche Verlauf der eben beschriebenen Spannungen könnte somit z.B. wie folgt aussehen:

Das Problem kann nur dadurch behoben werden, dass z.B. die Anhängerkupplung oder die Deichsel aus Kunststoff ist (mindestens eins von beiden) oder dass man eine Potentialausgleichsleitung zwischen dem Chassis der Zugmaschine und des Anhängers zieht.
Wenn ich aber nun diese Leitung ziehe - warum dann eine Infrarotübertragung? Gut, ein paar Leitungen hat man sich tatsächlich erspart.

Mögliche technische Ausstattung (am Beispiel eines Infrarot-Senders der Firma Servonaut):

  • überträgt fünf Schalt- und eine Servo-Schaltfunktion (d.h. Vollausschlag links / rechts) oder
  • überträgt bis zu sechs Schalt- und zwei Servo-Schaltfunktionen; mit zusätzlicher Übertragung zweier Proportionalkanäle direkt vom Empfänger zum IR-Sender

*

Das Aufliegermodul - der Infrarot-Empfänger

Hier nun das Gegenstück zum IR-Sender - der IR-Empfänger, der auf dem Auflie-
ger oder Anhänger installiert wird.

Mögliche technische Ausstattung (am Beispiel eines Aufliegermoduls der Firma Servonaut):

  • steuert Fahr-, Brems-, Seitenlicht und Blinker
  • 6 Schaltausgänge je 700mA, kurzschlussfest
  • bis zu vier Servoausgänge
  • für 7,2V bis 12V; integriertes 5V / 1A BEC (für Servos)

Es können damit z.B. folgende Funktionen realisiert werden:

  • Blinker links
  • Blinker rechts
  • Standlicht
  • Rücklicht
  • Bremslicht
  • Nebelschlusslicht
  • Warnblinkanlage
  • Rückfahrscheinwerfer

 

Erstellt am: 26.03.2008
Letzte Aktualisierung: 26.03.2008

 

 

Fenster schließen