Steuersequenz für Klapptriebwerke

Mega-Soft-ROM

1.0 Einführung

Klapptriebwerke erfreuen sich im Zeitalter der Großsegler immer größerer Beliebtheit. Gerade für den Scale ambitionierten Modellbauer sind sie die ultimative Alternative zu einem Sanyo-Standardantrieb, dessen Montage in der Rumpfspitze doch so manche Superorchidee ziemlich verschandelt.

Durch die Anfrage einer Modellbaugruppe aus Wuppertal in Bezug auf Programmiermöglichkeiten solcher Antriebe wurde mir die heutige Technik der Klapptriebwerke (Stand 2002) einmal hautnah und praxisgerecht präsentiert. Die Erfahrungen dieser Gruppe hatten gezeigt, dass neben dem Ausfahren des Triebwerkes über ein entsprechendes Servo auch die Rumpfklappenbetätigung mit einem oder zwei Servo für die optimale Betriebssicherheit das Maß aller Dinge ist.
Hieraus ergaben sich dann folgende Teilschritte, die es für mich galt, programmtechnisch umzusetzen:

• Öffnen der Rumpfklappen
• Ausfahren des Triebwerkes
• Starten des E-Motors
• Anhalten des E-Motors, bis Luftschraube zum Stillstand gekommen ist
• Einfahren des Triebwerkes
• Schließen der Rumpfklappen

Weiterhin musste gewährleistet sein, dass der Motor im eingefahrenen Zustand keineswegs anlaufen darf, ja er darf noch nicht einmal zucken.

Natürlich kann man das Öffnen der Klappen, das Ausfahren sowie das Starten des Motors auch manuell über diverse Propschieber und Schalter realisieren, nur kann man sich in der Hektik auch einmal schnell vertun und so das Triebwerk noch bei geschlossenen Klappen ausfahren oder die Klappen versehentlich schließen, obwohl das Klapptriebwerk noch nicht ganz eingefahren ist.

Aus diesen Überlegungen heraus entwickelte ich eine sogenannte Steuersequenz, bei der durch eine einzige Schalterbetätigung der Vorgang automatisch innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens abläuft, ohne das es dabei zu mechanischen Kollisionen der einzelnen Abläufe kommen kann.

2.0 Empfängerbelegung

Bei der Überlegung, einen Großsegler mit einem Klapptriebwerk auszustatten, wird man bald feststellen, dass die Empfängerausgänge reichlich knapp werden. Insbesondere, wenn der Vogel mit Wölbklappen, Schleppkupplung und Einziehfahrwerk ausgerüstet ist, wird man bei der weiteren Berücksichtigung von Klapptriebwerk- und Rumpfklappensteuerung sowie des E-Antriebes schnell zu der Erkenntnis kommen, dass man sich von seinem geliebten PCM-System verabschieden und auf das PPM24 - System zurückgreifen muss, da hier bekanntlich max. 12 Servos im Empfänger Platz finden.

Die nachfolgende Anleitung umfasst nicht die gesamte Programmierung solcher Segler, sondern beschränkt sich lediglich auf die Klapptriebwerkssequenz. Dabei wird von folgender Empfängerbelegung für die hierfür maßgeblichen Servos ausgegangen:

3.0 Vorbereitungen für die Programmierung

Warnhinweis

Programmierungen an E-Modellen können mitunter sehr gefährlich sein, da der E-Motor unverhofft anlaufen könnte. Bitte deshalb während der Programmierung immer die Empfängerstromversorgung abschalten, die Stromversorgung zum angeschlossenen E-Motor unterbrechen oder ersatzweise ein Servo anstelle des E-Reglers anschließen, bis alles einwandfrei funktioniert!

1. Für die eigentliche Sequenz wird ein Steuermischer benötigt. Dieser steuert den zeitlichen Ablauf und die Reihenfolge der ablaufenden Funktionen. Also, zunächst Öffnen der Rumpfklappen, Ausfahren des Triebwerkes und Starten des Motors. Für diesen Steuermischer wird ein Geber benötigt, es dürfen aber nur die Geber verwendet werden, an denen die Rumpfklappen oder das Klapptriebwerk angeschlossen sind. In diesem Beispiel wird der Geber 9 verwendet, der das Klapptriebwerk steuert.
Nach dieser Festlegung geht man in den Code 32 "Gebereinstellungen", markiert den Eingang 9 und stellt vorerst die symmetrische Zeitverzögerung auf den maximalen Wert von 9,9 Sekunden. Mit diesem Eintrag wird die Länge der Sequenz festgelegt, d.h. mit dem Öffnen der Rumpfklappen bis hin zum Anlaufen des E-Motors vergeht ein Zeitraum von 9,9 Sekunden. Dies ist zunächst ein vorläufiger Wert, er wird zum Abschluss noch optimiert.

2. Die Sequenz wird mit einem 2-stufigen Schalter gestartet. Diesen muss man jetzt festlegen und gleichfalls im Code 32 "Gebereinstellungen" für den Eingang 9 einsetzen. Zunächst den Schalter in die logische Stellung setzen, an dem das Klapptriebwerk eingefahren sein soll. Nun im Code 32 den Eingang 9 anwählen, die Schalter-Symboltaste unter der zweiten Spalte drücken und den gewählten Schalter betätigen. Der Geber 9 wurde nun durch den Schalter ersetzt.

3. Im Code 74 "Nur Mix Kanal" werden die für die Sequenz verwendeten Geber 7,8 und 9 auf Nur Mix gestellt.
 

4.0 Mischerprogrammierung für die einzelnen Teilfunktionen

Für die gesamte Sequenz werden 4 Kurvenmischer benötigt. Für die Programmierung wird angenommen, dass bei einem Geberwert von jeweils -100% die Rumpfklappen geschlossen sind und das Klapptriebwerk eingefahren und der Motor abgeschaltet ist. Im anderen Fall sind die Servos 6,7,8 und 9 entsprechend zu invertieren. Spätestens dann, wenn beim Testen der Sequenz etwas falsch herum abläuft, muss die Laufrichtung des betreffenden Servos im Code 23 "Servoeinstellungen" geändert werden.

Fangen wir mit den Mischern der Rumpfklappen an. Hierzu wird der Kurvenmischer 9 mit K1->7 (Rumpfklappe 1) und der Kurvenmischer 10 mit K1->8 (Rumpfklappe 2) programmiert. Die K1-Zuweisung wird nur dazu benötigt, damit man im Diagramm eine Kurve einstellen kann, sie wird abschließend wieder geändert. Die Mischer dürfen nicht mit Schalter ausgestattet werden. Danach stellt man im Mischerdiagramm folgende Mischerkurven ein:

Zur Kontrolle ruft man nochmals die Mischerkurve auf und startet die Sequenz mit dem Schalter. Man sieht jetzt, dass die Eingangssignallinie langsam von links nach rechts durch das Diagramm fährt. Das ganze dauert exakt 9,9 Sekunden. Beim Test am Modell werden sofort nach dem Drücken des Schalters die Klappen auffahren, nach ca. 1,5 Sekunden sind sie vollständig geöffnet. Falls eine Klappe verkehrt herum läuft, das entsprechende Servo invertieren.

Wir kommen nun zum Mischer für das Klapptriebwerk. Zuerst muss die Servoposition im eingefahrenen Zustand geprüft werden, damit es nicht zu Konflikten mit den Rumpfklappen kommt. Hierzu das Servo für das Klapptriebwerk kurz in den Empfängerausgang 6 einstecken, es lässt sich nun über den Propschieber steuern. Wenn der Propschieber unten steht (zum Bauch hin), muss das Triebwerk eingefahren sein. Im anderen Falle das Servo invertieren.

Jetzt den Kurvenmischer 11 aufrufen und mit K1->9 programmieren und die nebenstehende Mischerkurve, wie vor beschrieben, einstellen. Der Punkt 1 ist im Eingang identisch mit dem im Mischerdiagramm 9+10, also Eingang -70%, der Ausgang liegt bei -100%. Der zusätzliche Kurvenpunkt 2 muss bei Eingang 0% gesetzt werden und auf einen Ausgang von +100% mit dem Rotary-Knopf verschoben werden. Die fixen Punke L und H werden wiederum auf -100% (L) und +100% (H) Ausgangssignal gesetzt. Im Eingangsmenü des Mischers wird nun wiederum der Eintrag K1 durch 9 ersetzt, der Mischer lautet also dann 9->9.

Wenn man nun die Sequenz startet, kommt hoffentlich Freude auf, denn zunächst öffnen sich die Klappen und anschließend fährt das Triebwerk aus. Betätigt man den Schalter nochmals, läuft die Sequenz rückwärts ab. Die Mischerprogrammierung wäre für diese Funktionen somit abgeschlossen.

5.0 Starten des E-Motors

So wie die Sequenz momentan zeitlich angelegt ist, dauert das Öffnen der Rumpfklappen sowie das Ausfahren des Klapptriebwerkes knapp 5 Sekunden, weiter 3,7 Sekunden stehen nun für den automatischen Start des E-Motors zur Verfügung. Wenn man einen automatischen Start in die Sequenz integrieren möchte, ist jedoch das Abschalten des Motors maßgeblich, da das Klapptriebwerk erst dann einfahren darf, wenn die Luftschraube vollkommen zum Stillstand gekommen ist. Moderne E-Regler sind normalerweise mit EMK-Bremsen oder Ähnlichem ausgestattet, die im Endeffekt alle die gleiche Funktion unterstützen: Sie bremsen die Motoren nach dem Abschalten stark ab. Es ist also zunächst zu prüfen, in welcher Zeit die Luftschraube nach dem Abschalten zum Stillstand kommt. Falls dieser Vorgang länger als ca. 3,7 Sekunden dauert, ist die Realisierung eines automatischen Starts schon mal in Frage gestellt, aber noch nicht endgültig vom Tisch. Falls beim Test ein Wert von 3,7 Sekunden oder weniger ermittelt wurde, kann man nun beruhigt den Motorstart in die Sequenz integrieren.

Damit wirklich nicht schief gehen kann, wird zunächst die Schaltrichtung des Reglers geprüft. Dafür den Regler in den vorgesehenen Empfängerausgang 6 einstecken, der Motor kann jetzt mit dem Propschieber gestartet werden. Befindet sich der Propschieber in der hinteren Position (zum Bauch hin) sollte der Motor abgeschaltet sein. Im anderen Fall muss das Servo 6 invertiert werden.

Für den automatischen Start wird ein vierter Kurvenmischer benötigt, der jetzt mit K1->6 programmiert wird.
Die Mischerkurve wird, wie nebenstehend, eingestellt. Der Punkt 1 wird bei einem Eingang von 75% gesetzt, die Punkte L und H wie in den vorherigen Mischern. Zum Abschluss wird auch hier wieder im Eingangsmenü des Mischers der Eintrag K1 mit 9 ersetzt, die Mischerzuordnung lautet dann 9->9.

Damit wäre die Sequenz nun vollständig.

6.0 Manueller oder automatischer Start des E-Motors

Wie schon gesagt, muss hier eine individuelle Entscheidung getroffen werden. Ein automatischer Start hat den Vorteil, dass durch eine einzige Schalterbetätigung die Sequenz abläuft und man sich danach voll und ganz auf sein Modell konzentrieren kann. Als Nachteil könnte man es ansehen, dass nach dem Ausschalten des E-Motors auch grundsätzlich das Triebwerk wieder einfährt. Ein manuelles Starten und Anhalten könnte über einen zusätzlichen Schalter, einem Propschieber oder über den 3-stufigen Geber auf der Mittelkonsole erfolgen. Je nachdem, wie man sich hier entscheidet, muss die Geberzuweisung für den Eingang 6 im Code 32 "Gebereinstellungen" wie folgt vorgenommen werden:

• Geber 6 oder 7 - die E-Motorsteuerung erfolgt über einen der beiden Propschieber
• Geber 8 - die Motorsteuerung erfolgt über den 3-stufigen Geber auf der Mittelkonsole
• 2-stufiger Schalter - der im Eingang 6 eingetragenen Geber wird durch einen Schalter ersetzt

Der Kurvenmischer 12 für den Motorstart kann natürlich dann entfallen.
Verwendet man für den Start des E-Motors einen Schalter, erhält der Motor einen vollen Geberimpuls. Hier erscheint es sinnvoll, für den Geber 6 eine asymmetrische Zeitverzögerung von 1,5 - 2 Sekunden vorzusehen, damit der Motor sanft anläuft. Motor, Getriebe und gfls. der Zahnriemen werden es einem danken.
Wenn man sich für einen manuellen Start des E-Motors entscheidet, ist eines ziemlich sicher: Man darf nicht vergessen, den Motor manuell auch wieder abzuschalten und man sollte die Einfahrsequenz auch nur dann starten, wenn die Luftschraube zum Stillstand gekommen ist.

7.0 Verriegelung des E-Motors

Die ganze Programmierung berücksichtigt, dass der E-Motor beim automatischen Start sicher abgeschaltet ist, wenn das Klapptriebwerk einfährt oder sich der gesamte Aufbau im Rumpfinneren befindet. Nur nützt die ausgefeilteste Programmierung nichts, wenn der Empfänger durch äußere Einflüsse gestört wird. Ein Anlaufen des Motors innerhalb des Rumpfes hätte katastrophale Folgen. Es daher absolut notwendig, eine weitere mechanische Sicherheitsschaltung vorzusehen. Hier bieten sich vorzugsweise zwei Möglichkeiten an:

1. Zwischen Akku und Motor wird in die Plus- oder Masseleitung ein Tastschalter gesetzt. Dieser Schalter wird den nach dem kompletten Ausfahren des Klapptriebwerkes automatisch, mechanisch geschlossen. Bei größeren Antrieben mit der entsprechenden Anzahl von Zellen muss das schon ein gewaltiger Lastschalter sein, damit er nicht beim ersten Schließen in einer kleinen Rauchwolke verglüht.

2. Man unterbricht in der vorbeschriebenen Weise die Verbindung vom Regler zum Empfänger, hierzu kann ein kleiner Microschalter verwendet werden. Man sollte sich aber vorher beim Hersteller informieren, ob das grundsätzlich mit dem verwendeten E-Regler möglich ist und welche Leitung mechanisch geschaltet werden darf, also Plus-, Masse- oder Impulsleitung. Es gibt definitiv Regler, bei den das ohne Probleme möglich ist, dementsprechend sollte die Auswahl beim Kauf davon abhängig gemacht werden.

Man kann sich nun fragen: Wofür der ganze Programmieraufwand, um den Motor abzuschalten, wenn dies sowieso durch einen mechanischen Schalter erfolgt? Hierbei darf man Folgendes nicht vergessen: Das Einfahren darf erst dann erfolgen, wenn die Luftschraube vollständig zum Stillstand gebracht worden ist. Eine spezielle Mechanik der Klapptriebwerke bewirkt nämlich, dass die Luftschraube senkrecht positioniert wird. Wenn sich dabei die Luftschraube noch dreht, kann es zu Beschädigungen and Luftschraube und Mechanik kommen. Weiterhin wird durch eine Unterbrechung des Reglers zum Empfänger gfls. auch die elektronische Motorbremse deaktiviert. Dies kann bewirken, dass die Luftschraube durch den Fahrtwind schon nicht mehr zum Stillstand kommt.

8.0 Zeitliche Beurteilung der Sequenz

Die Länge der Sequenz wurde ja anfangs mit 9,9 Sekunden festgelegt. Hierfür wurde der Geber 9 für das Steuersignal verwendet. Beim Starten der Sequenz wird also ein zunehmendes Gebersignal von -100% bis +100% innerhalb des Zeitrahmens von 9,9 Sekunden erzeugt. Dies bedeutet nichts anderes, dass für jede Änderung des Gebersignals von 25% eine Zeit von etwas mehr von 1,2 Sekunden vergeht.

Die Formel für die Ermittlung der Zeitdauer von Teilsequenzen lautet dabei:

Zeitdauer der Teilsequenz = festgelegte Zeit der Gesamtsequenz / gesamter Geberweg in % (200%) x Geberweg in % der Teilsequenz

Man kann nun die zeitliche Abfolge der Gesamt- und Teilsequenzen auf verschiedene Weisen ändern und somit optimieren. Einerseits besteht die Möglichkeit, die Gesamtzeit zu reduzieren. Hierbei muss man beachten, dass sich natürlich auch die zeitlichen Abläufe der Einzelsequenzen verringern, wenn man die Kurvenpunkte nicht verändert.

Andererseits führt das Versetzen der Kurvenpunkte ebenfalls zu Zeitveränderungen der Teilsequenzen. Damit kann man u.a. erreichen das sich die Rumpfklappen schneller schließen oder auch das Klapptriebwerk schneller ausfährt. Damit würde man entsprechenden Zeitgewinn für das Abschalten des Motors erreichen, wenn z.B. die durch diese Programmierung angedachte Zeit von knapp 3,7 Sekunden bis zum Stillstand der Luftschraube nicht ausreichend ist.
Hierbei sollte man allerdings beachten, dass die Teilsequenz zeitlich nicht zu knapp bemessen wird. Was nützt es, wenn man für das Ausfahren des Klapptriebwerkes eine Rahmenzeit von 1,5 Sekunden vorsieht, der Ausfahrvorgang jedoch schon durch die Servogeschwindigkeit über 3 Sekunden dauert. Die Gefahr besteht dabei, dass die ganze Sequenz zeitlich durcheinander gerät.
Die Startphase des Motors im Kurvenmischer 12 kann man allerdings nicht weiter verkürzen. Kurvenpunkte lassen sich nur in einem minimalen Abstand von 25% Eingangssignal zum nächsten Punkt setzen. Da der Kurvenpunkt H (high) bei +100% Eingangssignal unveränderbar fixiert ist, beträgt der minimale Abstand zum Punkt 1 entsprechend 25%, was einem Eingangssignal von +75% entspricht.

Es ist also ratsam, vor dem eigentlichen Programmieren die Zeitdauer der einzelnen Funktionen real zu messen und über die Zeitermittlung dann die notwendigen Geberwege für die Festlegung der Kurvenpunkte zu ermitteln.

Wenn für das Klapptriebwerk ein sogenanntes Stell- oder Fahrwerksservo verwendet wird - diese Servotypen arbeiten nicht proportional, sondern fahren nur jeweils in die beiden Endstellungen - ist man sowieso an die Servogeschwindigkeit gebunden. Solche Servos kann man nämlich nicht zeitlich verzögern.

9.0 Feintuning

Insbesondere wenn man je ein Servo für die Rumpfklappen vorgesehen hat, kann man mit einer geschickten Programmierung vor dem staunenden Publikum nochmals glänzen.

Dies hat zur Folge, dass dementsprechend eine Klappe einen Bruchteil früher schließen muss, damit die zweite Klappe auch sauber in die Nut einfahren kann. Dies hört sich vom Gesamtbewegungsablauf sehr kompliziert an, ist es aber ganz und gar nicht, wie nebenstehende korrigierte Mischerdiagramme beweisen. Die zweite Mischerkurve wurde so verändert, dass diese Klappe erst etwas später auffährt und zwar erst bei einem Gebersignal von -75%, was einer Verzögerung von genau 1,2 Sekunden entspricht. Umgekehrt ist sie eben genau diese 1,2 Sekunden früher geschlossen, sodass die andere Klappe sauber in die Nut einfahren kann.
Weiterhin wurde der Punkt 1 in beiden Klappenmischern auf den Wert -50% verschoben, da der nächste Kurvenpunkt ja immer nur mit einem Abstand von min. 25% gesetzt werden kann. Die Gesamtsequenz verschiebt sich also durch diese Änderung um diese 25%, da gleichfalls der Mischer des Klapptriebwerkes entsprechend korrigiert werden muss.

Im nächsten Beispiel wurden die Mischerkurven der Klappen so abgeändert, dass sich die Rumpfklappen nach dem vollständigen Ausfahren des Klapptriebwerkes wieder teilweise schließen, sodass sie knapp vor dem Pylon des Klapptriebwerkes anliegen.

Wie man sieht, kann man durch die Gestaltung der Mischerkurven jeden erdenklichen Bewegungsablauf realisieren. Scaleenthusiasten können sich damit einmal so richtig ausleben.

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