TECHNIK

Schluss mit "Kabumm"

Einen Aktuator zum Fahrwerk einziehen


Der Aktuator und seine Zubehörteile sind mit 20 Millimetern so breit wie ein Standardservo. Kein bewegliches Teil geht über diese Breite hinaus, wie es zum Beispiel bei einem Servohebel-Antrieb der Fall wäre.

Ein Einziehfahrwerk im Großsegler wird in aller Regel von einem Servo betrieben. Doch das lässt sich optimieren. Martin Thoma hat sich Gedanken darüber gemacht. Hier stellt er seine Idee vor, die er bis zur Serienreife gebracht hat.

Ein schnell drehendes, kräftiges Servo versucht in Rekordzeit das Gewicht des Rades und der Radschwinge zu bewegen. Ein erfolgreicher Vorgang wird mit einem "Kabumm" quittiert. Um die Belastung des Servogetriebes zu entschärfen kann man die Servo-Geschwindigkeit über die RC-Anlage verzögern. Es bleibt aber eine Wahl zwischen Pest und Cholera. Durch die Verzögerung kommt es häufig vor, dass das Rad irgendwo im Bereich der Rumpfklappen klemmt. Da die Kraft des Servos nämlich nicht mehr ausreicht, um die Radschwinge an allen Widerständen vorbei zu bewegen. Hier fehlt in diesem Rumpfklappenbereich der Schwung. Das Drehmoment an der langen Radschwinge ist ja eher schwach. Langzeitfolgen sind Getriebeschäden oder durchgebrannte Servoplatinen. Hierbei gilt die Regel: je größer und schwerer das Rad, desto eher der Schaden. Ein Fema-Rad wiegt bei 127 Millimeter Durchmesser 175 Gramm. Das 178-mm-Rad wiegt bereits 350 Gramm. Hinzu kommen die Gewichte von Radschwinge und Ach- sen. Ein Aktuator lohnt sich also bereits ab einer Radgröße von 127 Millimeter, was einem Scale-Maßstab von 1:3 entspricht.

Physikalisch ist das Problem mit einer einfachen Formel zu beschreiben: F (Kraft) = m (Masse) x a (Beschleunigung). Will ich eine schwere Masse schnell beschleunigen und wieder schnell abbremsen, so wird die benötigte Kraft in der Beschleunigungs-, beziehungsweise Verzögerungsphase groß.

An der Masse des Rades wollen wir eigentlich nichts ändern, daher bleibt nur die Möglichkeit, die Beschleunigung und Verzögerung klein zu halten. Jetzt wissen wir, warum zum Beispiel das elektrische Einziehfahrwerk des manntragenden "Arcus" circa neun Sekunden für einen Aus- beziehungsweise Einfahrvorgang benötigt. Es spricht also vieles dafür, statt eines Servos einen Aktuator zu verwenden. Da ich beabsichtigte, den Aktuator in einem "Trias"-Fahrwerk mit drei Positionen (Eingefahrene Position, Lande- und Startposition) einzusetzen, kamen in das Lastenheft folgende Anforderungen:
· Der Aktuator soll über einen Zeitraum von circa sechs Sekunden langsam aber kontinuierlich kraftvoll über eine Strecke von sieben Zentimetern arbeiten.
· Der Aktuator soll je nach Impulslänge des Empfängersignals alle Positionen präzise auf dieser Wegstrecke anfahren können.
· Der Aktuator soll mit der Spannungsversorgung des Empfängers von sechs bis 8,4 Volt arbeiten.
· Es soll kein zusätzliches Steuergerät Verwendung finden.
· Der Platzbedarf des Systems soll minimal sein, sodass es auch in engere Rümpfe passt.
· Die Lagerung des Aktuators soll einfach, leicht und gleichzeitig robust sein.

Ich habe ein Hitec-Servo "HS-7954SH" zum Aktuator umgebaut, der all diese Anforderungen erfüllt. Man braucht zwar etwas handwerkliches Geschick, wird aber im Nachgang mit ei- nem langlebigen Antrieb für das Fahrwerk belohnt und das zu verträglichen Kosten eines Servos plus Kleinteilen.

Der Umbau beginnt mit der Öffnung des Servos durch Lösen der vier Schrauben am Unterboden. Danach hat man quasi alle Segmente des Servos in der Hand. Der komplette Umbau ist in der Skizze dargestellt. Das vorhandene Servogetriebe arbeitet für einen Spindelaktuator viel zu langsam. Eine Minute wollen wir ja nicht warten, bis das Fahrwerk draußen ist. Das in der Skizze als Nr. 2 bezeichnete Ritzel kann samt Achse verworfen werden. Aus dem Ritzel Nr. 1 und Nr. 3 bauen wir uns ein vereinigtes Ritzel. Hierfür wird aus dem Ritzel 3 das kleinere Zahnrad aus dem großen Zahnrad mit einem Bolzen, einer entsprechend gelochten Holzunterlage und einem Hammer herausgehauen. An der Stelle, an der das kleinere Zahnrad verklemmt war, wird nun die Bohrung auf 3,6 Millimeter Durchmesser mit zwei Millimeter Tiefe aufgebohrt. Danach wird dieses Zahnrad mit dem Ritzel 1 in einem Schraubstock zusammen verpresst. Das hält sehr gut, zumal das auseinandergebaute Ritzel Nr. 3 nach der gleichen Methode verpresst war. Auf die Zahnradachse muss nun eine 2-mm-Beilagscheibe aufgebracht werden, damit die obere Lücke gefüllt wird.

Das Zahnrad Nr. 4 bekam ab Werk einen Rundbolzen durch seine Oberfläche geschlagen. Dieser begrenzt den Ausschlag auf 180 Grad. Da wir einen quasi endlos drehenden Antrieb wollen, müssen wir diesen auf beiden Seiten abdremeln. Dabei bitte nicht die Zähne des Zahnrads verletzen. Das Zahnrad Nr. 4 braucht eine weitere Modifizierung: Die Spindelaufnahme soll von unten mit einer M2,5-Senkschraube (20 mm lang) befestigt werden können. Daher wird das Zahnrad Nr. 4 mit einem 2,5-mm-Bohrer komplett durchgebohrt und von unten mit einem 5,5-mm-Bohrer angesenkt. Dort findet sich ursprünglich noch ein Plastikteil für die Potiaufnahme. Dieses Plastikteil wird durch das Ansen- ken quasi gleich mitentfernt. Wenn man das Getriebe jetzt probeweise zusammensteckt, sollte es leichtgängig drehen.

Damit wir später den Aktuator an etwas befestigen können und der sich gleichzeitig noch drehen kann, ist ein 10-mm-Alurohr mit acht Millimeter Innendurchmesser in das mittlere Alugehäuse anzubringen. Hierfür muss das Poti zu- nächst durch Lösen der Befestigungsschraube entfernt werden. Danach erfolgt eine senkrechte 10-mm-Bohrung in das Alugehäuse, die ihren Mittelpunkt exakt auf der Verlängerung der Achse von Zahnrad Nr. 4 hat. Über diese Achse wirken später die Kräfte. Das Alurohr ist mit thixotropiertem Epoxidharz einzuharzen und muss kraftschlüssig mit der mittleren Servoebene verbunden sein.

Das Poti wollen wir an den Drehhebel des Fahrwerks anbringen. Dafür ist das vorhandene dreiadrige Kabel viel zu kurz. Daher verlängern wir das Kabel um zehn Zentimeter und löten das Verlängerungsstück ein. Das grüne Kabel der Servoplatine geht an das schwarze Kabel des Verlängerungskabels und wird an dem unteren Pin angelötet. Dies gibt die richtige Drehrichtung des Aktuators vor.

Damit der Aktuator die M4-Gewindestange auch drehen kann, müssen wir diese mit dem 24-Zahnkranz der Achse des Zahnrades 4 verbinden. Wir bauen uns hierfür einen Spindelver- binder, beziehungsweise Adapter aus einer 20 Millimeter langen Alustange mit acht Millimeter Durchmesser. Die Stange bekommt von einer Seite eine fünf Millimeter tiefe Bohrung mit 5,2 Millimeter Durchmesser. Von der anderen Seite eine zehn Millimeter tiefe Bohrung mit 3,4 Millimeter Durchmesser, die anschließend zu einem M4-Gewinde geschnitten wird. Der Rest der Stange wird mit 2,2 Millimeter durchbohrt und mit einem M2,5-Gewinde versehen.

Damit der Spindelverbinder auf den Zahnkranz passt, wäre ein Stanzwerkzeug ideal. Leider sind diese Stanzwerkzeuge sehr kostspielige Spezialwerkzeuge im Bereich von mehreren hundert Euro. Wir behelfen uns mit einer Räumnadel und räumen nacheinander 24 Vertiefungen in den Verbinder ein. Hierzu wird das Spann- futter in 24 gleichmäßige Einheiten eingeteilt und nach jedem "Räumen" um eine Einheit weitergedreht. Wer jetzt meint, dass der Autor durchgedreht ist, kann auch eine etwas weniger sexy Lösung wählen. Er nimmt statt einem 5,2-mm-Bohrer einen 5,5-mm-Bohrer und verpresst die Passung mit dem Zahnkranz. Am Ende dieses Schrittes sollten wir einen fertigen Spindelverbinder haben.

Der Spindelverbinder wird nun mit einer 20 Millimeter langen M2,5-Senkschraube mit dem bereits im oberen Deckel befindlichen Zahnkranz Nr. 4 verbunden. Danach können alle Teile des Aktuators wieder miteinander verschraubt werden. Dabei immer prüfen, ob das Getriebe auch leichtgängig läuft. Sonst müssen die vier Schrauben etwas gelockert werden. Damit die Spindel auch den Fahrwerkshebel bewegen kann, brauchen wir einen Mitnehmer aus Messing mit M4-Gewinde. Er ist drehbar in einer Aluaufnahme gelagert. In dieser Konfiguration wird er auf dem Fahrwerkshebel mit zwei M4-Schrauben befestigt. Auf den Achsendrehpunkt des Hebels wird eine Scheibe aufgeklebt, die mittig einen zwei Millimeter breiten Schlitz hat. In diesen Schlitz kommt der Drehregler des Potis.

Der Drehregler des Potis wird in den Schlitz der Aluscheibe eingeführt und an einem Halter befestigt. Die Halterung wird an dem Fahrwerksgestell verschraubt. Der Fahrwerkshebel bewegt nun gleichzeitig den Drehregler des Potis und somit wird die Bewegung für den Aktuator regelbar. In die Lagerungsaufnahme im Servogehäuse wird ein 8-mm-Alurundbolzen geschoben, der am Fahrwerksgestell befestigt ist. Der Alurundbolzen hat ein M4-Innengewinde, mit dem er von der einen Seite an das Fahrwerksgestell geschraubt werden kann. Wenn das Servogehäuse aufgeschoben ist, verschließt von der anderen Seite eine M4-Senkschraube den Bolzen und verhindert so ein Herumrutschen des Servogehäuses.

Das Ergebnis kann sich sehen lassen. Die Spindel greift am Ende des Fahrwerkshebels an und kann dadurch hohe Drehmomente erzeugen. Die Wegstrecke für den Aktuator wird zwar dadurch länger. Doch wir sind ja bereit, etwas mehr Zeit für einen Bewegungsvorgang einzuplanen. Der Aktuator kann nun über einen sehr langen Hebel gemütlich und kraftvoll über vier bis fünf Sekunden die Radschwinge von Position zu Position bewegen. Jede Position wird vom Poti präzise am Fahrwerkshebel gemessen.

Ich habe ein Video auf YouTube (https://youtu.be/aEER_E3ECfs) hochgeladen, das den Betrieb des Aktuators darstellt. Das "Trias"-Fahrwerk mit Aktuator ist seit der Flugsaison 2020 in zwei Seglern zum Testbetrieb eingebaut und hat bisher seine Robustheit im Modellflugalltag bewiesen. Ich werde nur noch diesen Antrieb für Fahrwerke verwenden. Es würde mich freuen, wenn sich Modellbauer animiert fühlen den Aktuator nachzubauen und ebenfalls Erfahrungen mit elektrischen Aktuatoren zu sammeln. Ich wollte das Fahrwerk auf der Segel- flugmesse in Schwabmünchen 2021 vorstellen und allen anbieten, die den Aktuator nicht selbst bauen wollen. Das Interesse war jedoch spontan so groß, dass ich es bereits in Serie fertige. Es kann also schon erworben werden.

Martin Thoma


Die Umbau-Skizze des Servos, wie im Text erläutert


Das umgebaute Getriebe vor der finalen Verschraubung


Das 10/8-mm-Alurohr wird mit thixotropiertem Epoxidharz eingeharzt


Die Verlängerung des Potikabels, wie im Text erläutert


Der Spindelverbinder erfordert ein wenig mehr Aufwand, das Ergebnis spricht aber für sich


Der verschraubte Aktuator, wie er aus einem herkömmlichen Servo entstanden ist


Der Mitnehmer für den Fahrwerkshebel ist drehbar in der Aluaufnahme gelagert


Auf diesem Bild erkennt man gut, wie kompakt sich der Antrieb an die Seite des Fahrwerks anschmiegt


Für eine Serie fräst die CNC-Fräse 40 Mitnehmer aus Messing. Bei Einzelfertigung darf man noch feilen



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Diesen Beitrag und noch viel mehr finden Sie in AUFWIND Ausgabe 1/2021

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