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Bau eines Elektronik-Rumpfs unter 300 €

Johannes Seren

Immer wieder hört man von Befürchtungen, durch den Elektronikeinsatz würde der Freiflug aussterben. Als Begründung wird hierfür die hohe Komplexität, der erschwerte Einbau, die schwierige Handhabung und vor allem der hohe Preis eines elektronischen Modells angeführt. Mit dem folgenden Artikel will ich zeigen, dass im Endeffekt das Gegenteil der Fall ist.

Einschränkungen

Der Text bezieht sich auf den Unterschied zwischen einem elektronischen und einem mechanischen F1A–Bunter. Dass ein Rohrholmodell mit einem Ein-Funktion-Zeitschalter günstiger ist, bleibt unwidersprochen. Will man jedoch ernsthaft Wettkampf fliegen, führt mittlerweile kein Weg an einem Bunt-Modell vorbei. Außerdem wird davon ausgegangen, dass man für ein elektronisches F1A die gleichen D-Box-Flügel verwendet, wie für ein mechanisches. Flapper und sonstige Experimente werden also nicht behandelt.

Mechanisch/elektronisch

Verglichen wird ein mechanisches mit einem elektronischen Modell mit zwei Servos. Das mechanische Modell kann bunten und hat einen 3-Positionen-Wing-Wiggler. Die Servos des elektronischen Modells steuern das Höhen- und Seitenleitwerk an, die Fläche ist fest und unbeweglich. Zwar ist es möglich, auch elektronische Modelle mit einem Wing-Wiggler auszustatten, aber den Erfahrungen des Autors nach ist dies nicht notwendig.

Grund hierfür ist, dass man in der Geradeaus- und in der Kreisschlepp-Phase zwei komplett unterschiedliche Einstellungen für die beiden Servos definieren kann. So ist es, wie beim RC-Flug, möglich, die Kurve durch ein, im Vergleich zur Geradeausschlepp-Phase, leicht gedrücktes Höhenleitwerk in der Kreisschlepp-Phase eng zu halten. Mit einer guten Einstellung wird der Flächenversteller also überflüssig. Auch das lästige, erneute Einstellen vor jedem Durchgang entfällt. Man muss bei dem hier gezeigten Timer nur einen Schalter betätigen, das Höhenleitwerk einhängen und kann sofort losfliegen. Man wird also schneller und variabler, da man nicht mehr Schraubendreher und Aufziehwerkzeug mitnehmen muss. Zusätzlich ist durch ein elektronisches Modell sichergestellt, dass der Bunt jedes Mal gleich kommt. Man brauch sich also nur auf den Start zu konzentrieren und muss nicht hoffen, dass auch wirklich alles klappt. Anderseits geht so natürlich das Argument, die Mechanik und nicht der Pilot sei an einem verpatzten Start Schuld, verloren. Der Einbau in den Rumpf wird außerdem einfacher. Waren früher noch vier oder mehr Schnüre nötig, kommt man jetzt schon mit einer Schnur und einer Kohlestange aus.
Dank des relativ großen RC-Marktes entfällt zusätzlich die Abhängigkeit von einzelnen, spezialisierten Lieferanten. Da Servos und Akkus Massenware sind, kann man, wenn man ein bisschen sucht, wirklich gute und günstige Produkte finden. Ebenfalls ist es nun wieder möglich, vom Modellbauhändler im Thema Freiflug beraten zu werden. Zumindest im Bereich Akkus, Servos und Ladegeräte.
Einer der wichtigsten Vorteile, die ein elektronisch gesteuerter Zeitschalter mit sich bringt, ist die Tatsache, dass ein Modell nicht mehr mit geschlossenem Haken wegfliegen kann. Bedeutet ein solches Missgeschick bei einem mechanischen Modell eine meiste stundenlange Modellverfolgung oder gar den Modellverlust, wird ein elektronisches Modell einfach nach einer vorher eingestellten Zeit herunter gebremst.

Mechanisch
Elektronisch
Rumpfkopf 
30
  Rumpfkopf
30
Timer
70
  Timer
70
Timer-Fassung (GFK)
7
  Akku
20
Wing Winggler
40
  2* Graupner C261 Servos
40
Haken
55
  Haken
35
Bunt-Mechanik
25
 

Selbstgeb. Mechanik +Servohalterung

7 + 5
Hlw-Aufnahme
7
  Hlw-Aufnahme
7
Rumpfrohr
15
  Rumpfrohr
15
Schrauben
5
  Schrauben
5
½ Aufziehwerk
5
  ½ Programmer
52
Summe
259 €
  Summe
261 €

Wie die Tabelle zeigt, stimmt die These „Elektronische Modelle sind ja viel teurer als mechanische“ nicht mehr. Sicherlich waren zu Beginn der Elektronikzeit die einzelnen Teile deutlich teurer, jedoch ist der preisliche Unterschied in letzter Zeit immer kleiner geworden. Da es inzwischen leider keinen Nachschub mehr an mechanischen Bauteilen gibt, sind die Preise für mechanische Zeitschalter explodiert. Der M&K-Timer liegt mittlerweile bei 70 €. Im Gegenzug tauchen immer mehr Anbieter auf dem Elektronikmarkt auf, was die Preise natürlich drückt. Für die Liste wurden ein paar Vereinfachungen gemacht. So sind in der Tabelle das Programmiergerät und das Aufziehwerkzeug nur mit halbem Preis vertreten, da man nicht pro Flieger ein neues kauft. Darüber hinaus sind Arbeitsstunden nicht berücksichtigt, die das Ganze natürlich noch mal deutlich teurer machen würden. Alles in allem ist die Differenz aber tatsächlich nicht so groß, wie man annehmen könnte.
 

Bau eines elektronischen Rumpfes

Ein elektronisches System setzt sich aus folgenden Teilen zusammen:
Timer + zwei Servos + Akku + Haken + Piepser



Wahl des Timers

Das gezeigte Preisschema ist mit dem sehr günstigen Timer von Roland Schlechter gerechnet. Er stellt zur Zeit eines der preiswertesten Modelle dar. Es gibt natürlich auch andere Zeitschalter, die teurer sein können. Anforderungen, die der Erbauer bei seiner Wahl beachten sollte, sind folgende:

  • Der Timer steuert zwei Servos an.
  • Er muss die Fähigkeit haben, das Modell, nachdem der Haken zu lange geschlossen in der hinteren Position war (= das Modell also wegfliegt), zu bremsen.
  • Sein Verbrauch darf nicht zu hoch sein.
  • Das Programmieren muss möglichst einfach sein.
  • Welche Art von Hakenschaltern wird verwendet (siehe Einbau des Timers)?
  • Das Preis-Leistungsverhältnis muss stimmen.
  • Peilpiepser.
  • Natürlich gibt es noch weitere Optionen, die ein solcher Timer bieten kann. Was man davon tatsächlich braucht, muss jeder Pilot selbst wissen. Hier ein kleiner Auszug:
  • Mehr als zwei Servos können angesteuert werden.
  • Möglichkeit des wieder verschließbaren Hakens.
  • Funkbremse

Wahl der Servos

Der Servomarkt ist in den letzten Jahren relativ groß und manchmal sogar ein bisschen unüberschaubar geworden. Durch das umfangreiche Angebot ist es aber keine Schwierigkeit, über das Internet oder beim Modellbauhändler gute Servos zu finden. Sinnvolle Kriterien für die Servowahl sind:

  • Gewicht und Größe,
  • Haltekraft,
  • Verbrauch,
  • Stellzeit.

Bei der Stellzeit muss man beachten, ob sich die Angabe auf einen Drehbereich von 60° oder 90° bezieht. Ein gutes Servo ist das Graupner C 261, das praktisch jeder Modellbauladen führt.

Wahl des Akkus

Auch hier gibt es große Unterschiede in Gewicht, Größe und Kapazität. Wichtig ist jedoch, dass man den richtigen Akkutyp für seinen Timer kauft. Ein dazu passendes Ladegerät ist empfehlenswert.

Wahl des Rumpfkopfs

Man sollte aufpassen, keinen zu kleinen Rumpfkopf zu verwenden. Es besteht nämlich die Gefahr, bei der Auslegung den Kabeldurchmesser zu vergessen. Eine Einengung, die durch ein solches Missgeschick entsteht, ist unnötig und sollte deshalb gar nicht erst gemacht werden. Auch die Klappengröße darf nicht zu klein sein. Alle Teile sollten möglichst gut zugänglich sein. Ein Steg in der Mitte der Klappenöffnung hilft, die Stabilität zu wahren.

Ansteuerung des Höhenleitwerks

Innerhalb der letzten Jahre sind einige Konzepte entwickelt worden, um das Höhenleitwerk anzusteuern. Alle haben ihre Vor- und Nachteile. Sind Einige einfacher zu verwirklichen, bieten die Anderen wiederum eine höhere Genauigkeit. In diesem Artikel wird eine einfache, aber auch sehr präzise Art der Höhenleitwerksansteuerung vorgestellt.

Das Prinzip ist relativ einfach: Es handelt sich um die von Ken Bauer entwickelte und Vasily Beschasny vertriebene Mechanik, die mit ein paar kleinen Veränderungen leicht selbst hergestellt werden kann. Mittels einer Kohleschubstange ist das Höhenruderservo mit der oben gezeigten Mechanik verbunden. Ausgehend davon, dass der Druck auf das Höhenleitwerk immer gleich ist, wird der 1 mm Stahlstift im Höhenleitwerk immer gegen die Oberseite des Hebels gedrückt. So definiert dieser den exakten Anschlag des Höhenleitwerks. Durch den gleichen Ausdehnungskoeffizienten von Rumpfrohr und Schubstange kommt es außerdem zu keinen Unterschieden bei Temperaturveränderungen.


Bau dieser Mechanik

Die Mechanik besteht aus zwei Teilen, der Führung und dem Hebel. Die Führung wird aus 1 mm Aluminium ausgesägt. Die Pfeillänge ist abhängig vom Rumpfrohrdurchmesser. Berechnet werden kann sie mittels
D = 2 * π * r. Anschließend werden die beiden 2 mm-Löcher gebohrt. Sie sind die Drehachse des Hebels. Jetzt muss das Aluteil in die gezeigte Form gebogen werden. Ein Bohrer im Durchmesser des Rumpfrohres ist hier eine große Hilfe. Der Schlitz zwischen den beiden Löchern muss etwas breiter als die Hebeldicke sein. Nach dem Bohren des 1 mm Lochs ist die Führung fertig.
Der Hebel besteht aus 1 mm GfK. Erst sollte man die drei Löcher bohren und dann anschließend den Hebel aussägen. Wichtig ist hierbei nur, dass die Schlitzoberseite, die später die Leitwerksführung übernehmen soll, gerade ist. Sobald beide Teile fertig sind, können sie mit der 2 mm Senkkopfschraube verbunden werden. Der Aufwand, dieses Bauteil herzustellen, beträgt ungefähr eine halbe Stunde.
Im Gegensatz zu der ursprünglichen Idee Ken Bauers (siehe Artikel Lee Hines), besitzt diese keine Verstellschraube mit der noch Feinjustierungen vorgenommen werden können. Nach Meinung des Autors ist dies sogar besser, weil so keine versehentlichen Veränderungen gemacht werden können. Das Höhenruder ist also nur über die Servoeinstellung definiert.

Einbau in den Rumpf

Auch dieser wurde im Vergleich mit der Grundidee vereinfacht. Am Ruderhorn wird ein im Modellbaufachgeschäft erhältlicher, schraubbarer Gestängeanschluss (Graupner Bestell-Nr.: 21177.1,0) angebracht. In diesen wird die 1 mm Kohlestange geschoben. Mit der integrierten Imbus-Schraube wird die Kohlestange justiert. Damit die Kohlestange nicht gequetscht wird, empfiehlt es sich, vorher über die betreffende Stelle einen Schrumpfschlauch zu schieben. Damit die Mechanik bewegt werden kann, wird, wie in der Zeichnung unten gezeigt, ein 1 mm Drahtstück gebogen und anschließend mit der Kohlestange verbunden. Um diese Verbindung wird Kevlar gewickelt. Damit das Ganze nirgendwo hängenbleibt, wird dieser Teil ebenfalls mit Schrumpfschlauch überzogen.
 

Ansteuerung des Seitenleitwerks

Das Seitenleitwerk anzusteuern ist relativ einfach. Man kann das alte Prinzip der Feder, die eine Seite des Ruders zieht, beibehalten. Man muss nur noch eine 0,1 mm Fesselfluglitze vom Seitenruder zum Seitenruderservo spannen.

Einbau der Servos

Die Servos m üssen mit einer Halterung in den Rumpf eingebaut werden. Eine einfache Möglichkeit ist die folgende: Man fräst/sägt einen 2 mm Sperrholzrahmen, der die Servos aufnimmt. Wichtig ist hierbei, dass genügend Freiraum für die Bewegung des Servohebels bleibt. Pauschal kann man natürlich keine Zeichnung für den Einbau machen, da jeder Servotyp anders aussieht. Der hier gezeigte Rahmen für zwei Graupner C261 ist 66*36 mm groß.
Damit die Servos zuverlässig im Rumpf halten, muss ein Bügel aus 0,5 mm Alu gebogen werden. Die Form ist wiederum servoabhängig. Danach werden die zwei 2 mm-Löcher durch Alu und Holz gebohrt. Jetzt kann die Halterung in den Rumpf geklebt werden. Abschließend werden die Servos eingesteckt, mit dem Bügel gesichert und verschraubt.

Möglich ist auch, industriell gefertigte Servorahmen zu benutzen. Diese gibt es zum Beispiel beim Modellbauhändler „Der Schweighofer“.

Einbau des Timers

Hat man sich für einen bestimmten Timer entschieden, geht es an den Einbau. Man muss einen Haken haben, der, kombiniert mit dem Timer, ein gutes Ergebnis liefert. An dem Haken müssen zwei Schalter angebracht werden:
Einer, der dem Timer zeigt, ob der Haken vorne oder hinten ist. Und ein zweiter, der merkt, wann der Haken geschlossen bzw. geöffnet ist. Nur bei diesen vier Schalterstellungen kann der Timer anfangen zu arbeiten. Man muss also die Schalter so einbauen, dass es immer definierte und eindeutige Zustände gibt. Es gibt zwei Arten von Schaltern, „tatsächliche“ und Magnetschalter. „Tatsächliche“ Schalter schließen, wenn sie gedrückt und öffnen, wenn sie geöffnet werden.
Magnetschalter dagegen schließen, wenn ein Magnetfeld bzw. Magnet in ihre Nähe kommt und öffnen, wenn der Magnet wieder entfernt wird. Grund hierfür ist der vom Physiker Edwin Hall entdeckte Hall-Effekt, der den Magnetschaltern ihren bekannteren Namen „Hallschalter“ eingebracht hat. Im Unterschied zu den konventionellen Schaltern brauchen sie eine Stromquelle. Allerdings besteht nicht mehr die Gefahr des sogenannten Kontaktprellens, das bei „tatsächlichen“ Schaltern zu Fehlfunktionen führen kann.
Der hier gezeigte Timer von Roland Schlechter arbeitet mit diesen Hallschaltern. In Kombination mit dem Haken von Markus und Siegfried Steuerwald wird der Einbau zu einem Kinderspiel. Die Hall-Sensoren müssen einfach nur noch in die am Haken vorgefrästen Einkerbungen eingeschoben und verklebt werden. Die ebenfalls vorgefertigten Löcher für die Miniaturmagnete müssen anschließend nur noch bestückt werden und der Haken kann in Kombination mit dem Timer theoretisch schon arbeiten. Zum Abschluss muss jedoch noch die Akkuaufnahme angelötet und die Unterseite des Timers verharzt werden. Das Verharzen dient zur Isolierung, damit es keinen Kurzschluss gibt, falls der Rumpf feucht werden sollte. Ist auch dieser Schritt getan, müssen noch die Servos mit dem Timer verbunden werden. Das Höhenruderservo muss an den unteren der beiden Anschlüsse, das Seitenruderservo an den oberen angeschlossen werden. Wichtig ist, das gelbe Kabel am rechten Rand anzuschließen.

Programmieren des Timers

Diesen Teil werde ich recht kurz halten, da es hierzu eine ausführliche Beschreibung auf der Homepage des Herstellers gibt. Das Programmieren ist am Anfang, egal welchen Timer man fliegt, immer etwas schwierig. Jedoch sollte man nie vergessen, dass man auch nicht sofort genau wusste, wie man ein mechanisches Modell einstellt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Timer zu programmieren. Manche arbeiten mit Palm-Geräten, andere wiederum mit Programmierboxen. Eines der Hauptprobleme mit dem man konfrontiert wird, ist die mangelnde Anschaulichkeit der Zahlenwerte. Die direkte Kontrolle zwischen Einstellung und sichtbarer Änderung geht also oft verloren.
Der gezeigte Timer, der mittels einer Programmierbox programmiert wird, hat hier eine tolle Eigenschaft: Die Änderung, die man mit der Programmierbox vornimmt, wird sofort erkennbar. Ändert man also einen Wert, fährt das Servo sofort in die neu eingestellte Position. Mit etwas Übung kommt man so schnell in den Genuss einer präzisen, komfortablen Programmierung.
 

Abschließend

Sicher kann man nicht pauschal sagen, dass es elektronisch besser geht als mechanisch. Der Umstieg auf ein elektronisches Modell garantiert nicht mehr Erfolg. Bis man die Technik wirklich im Griff hat, braucht man gut ein Jahr. Dann jedoch zahlt es sich aus. Die Wettbewerbsvorbereitungen werden weniger aufwändig, man muss nicht mehr die komplette Mechanik testen, sondern nur einmal den Timer ablaufen lassen. Die Starts werden immer besser und präziser, das ganze Fliegen macht mehr Spaß! Jedoch ist es auch mit einer gestiegenen Verantwortung verbunden: Man muss Akkus laden, sich in das Programm denken können und vor allem sollte man anderen den Zugang zur Elektronik nicht verwehren.

Beitrag auch erschienen in Thermiksense 4/2008

 

Stand: 27.01.2009