RC Installation Reppingen Alfried

Sechs Kanäle braucht der Empfänger, denn insgesamt möchte ich sechs Fernsteuerungsfunktionen, als da wären:

• Regler
  Klar. Ohne Dampf auf den Zylindern bewegt sich gar nichts und der Regler ist ohnehin das wichtigste Instrument, welches es fernzusteuern gilt.
• Steuerung
  Keine Fahrtrichtungsumkehr ohne Servo an der Steuerung. Doch nicht nur zum Umsteuern: Die Steuerung möchte ich feinfühlig bedienen können.
• Pfeife
  Alfried habe ich direkt mit Pfeife bestellt. Diese wird natürlich auch ferngesteuert.
• Entkupplung
  Konzipiert als klassische Bahnhofslok / Rangierlok gehört m.E. auch eine Entkupplung an die Lok. Und da man auch nicht jünger wird und die Strecke auf dem Boden verläuft…
• Bremse
  Kurzfristig dazugekommen ist noch die Bremse. Mehr als Folklore denn als real genutzte Funktion im Betrieb. Bislang habe ich die Bremse noch nicht vermisst, aber wenn man schon mal dabei ist…
• Fahrtrichtungsumkehrschalter
  Alfried hat beidseitig ein Dreilicht-Spitzensignal erhalten. Dieses möchte ich gerne direkt über die Fernsteuerung umschalten können.

Angedacht ist zudem eine Kamera für den Blick als Lokführer auf die Strecke – die Technik dafür ist ja mittlerweile unverschämt günstig und gleichzeitig klein geworden. Man kann also durchaus sagen dass ich die kleine Echtdampflok ganz schön vollpacken möchte und tatsächlich hat Alfried damit nicht so recht gerechnet – und doch hält die Lok mit ein wenig Umbauarbeiten ausreichend Platzreserven dafür bereit.

Vorbereitet mit Servohalterungen von 30x12mm ist Alfried für die „üblichen Verdächtigen“ vom Schlage HiTec HS-81 oder Multiplex Tiny für die Steuerung sowie den Regler und in meinem Fall die Pfeife. Nötig sind diese „großen Brocken“ allerdings weder bei der Steuerung, noch beim Regler und schon gar nicht bei der Pfeife. Ich habe mich erneut, der guten Erfahrungen in 99 4701 wegen, für einen Satz EMAX ES09MA / ES09MD entschieden. Die ausreichende Hitzebeständigkeit der Servos mit Metallgetriebe haben sie auf dieser Maschine in stundenlangen Fahrten bisher jedenfalls nachgewiesen – noch immer erst ein Servo ausgefallen dieses Jahr, was ich als Montagsmodell abgeschrieben habe.

Unterschied zwischen Analog-Servos und Digital-Servos

Vor allem wohl aus der Gewohnheit heraus greift man im Echtdampf Bereich noch immer gerne auf Analog-Servos zurück. Doch wo liegt eigentlich der Unterschied zwischen analogen und digitalen Servos und ist es sinnvoll auf Analog zu setzen?

Analoge Servos arbeiten wie der Name schon sagt analog. In der Elektrotechnik heißt das, dass zeitkontinuierlich gearbeitet wird. Steuerbefehle des Servos wie auch die Halteposition wird im zeitlichen Abstand von 20ms (50Hz) überprüft und gestellt. Die Prüfung der Stellposition übernimmt in analogen Servos ein Potentiometer. Hier wird „nachgestellt“ wenn Druck auf dem Servoarm die Position verändern will. Das erzeugt das niederfrequente Brummen und führt im Echtdampfbereich, wo ohnehin Hitze ein Problem ist, zu hohem Verschleiß der Bauteile bis hin zum Verlust des Servos. Außerdem verbraucht dieser Prozess viel Strom.

Digitale Servos trumpfen mit einen Mikroprozessor auf, der alle 400µs Steuerbefehle überträgt. Das Ergebnis ist verglichen mit dem analogen Pendant eine bessere und feinere Stellgenauigkeit und darüber hinaus eine exakte Neutralstellung. Das digitale Servo prüft nicht ob eine Positionsveränderung vorliegt sondern stellt die Position in der genannten Frequenz neu. Der am Sender eingestellte Wert wirkt also wie festgebacken und das Servo will ihn mit im Vergleich meist höherem Drehmoment halten. Liegt Druck oder Spannung auf dem Servoarm an hört man das hochfrequente Brummen. Da die Toleranzen bei digitalen Servos viel kleiner sind brummt ein digitaler Servo auch schneller als ein analoger. Da es aber kein Potentiometer gibt braucht dieser Prozess weniger Strom und daraus resultierend gibt es auch weniger Wärme.

Am Beispiel der Steuerung (hohe mechanische Belastung auf dem Servoarm): Je nach dem wie schnell und viel die Lok fährt summieren sich bei analogen Servos Toleranzen dahingehend, dass der analoge Servo seine 0-Punkt-Stellung verliert. Das führt dazu dass der 0-Punkt auch auf dem Sender (Steuerknüppel) nach oben oder unten wandert ohne dass man das direkt merken muss. Im Ergebnis hat man aber auf der einen Seite dann schnell zu viel und auf der anderen zu wenig Steuerweg und das wiederum führt dazu dass der Servo in einer Stellung permantent gegen sich oder die Begrenzung der Steuerschwinge arbeiten muss, was relativ schnell zum Ausfall des Servos führen muss. Im Betrieb hört man dann auch nicht unbedingt (im Freien, in der Halle) das niederfrequente Brummen des um Hilfe schreienden Servos. Bei digitalen Servos passiert dies nicht. Sie halten ihren 0-Punkt so, wie er eingestellt wurde. Jedwede Veränderungen im Servoweg oder das hochfrequente Brummen der Servos geht auf mechanische Spannungen zurück die dann, wenn sie im kalten Zustand nicht auftreten, auf Materialdehnung zurückzuführen sind. Deshalb sollten die Servowege im warmen Zustand nachjustiert werden.

Servo für den Regler

Reglerservo im Führerstand

Der Dampfhahn von Reppingen benötigt keinen großen Kraftaufwand und öffnet rechtsdrehend, also gegen den Uhrzeigersinn. Der Hebel am Regler kann mit einer M3 Madenschraube frei am Regler montiert werden ohne auf dem Gewinde / Dorn kontern zu müssen, was generell dazu neigt sich zu verstellen im Laufe der Zeit. Die Bodenplatte des Führerhauses ist bereits für die Anbringung des Dampfreglers vorbereitet und so ging das auch schnell von der Hand. Da die von mir verwendeten EMAX Servos kleiner sind als die vorbereitete Ausfräsung habe ich noch eine Zwischenplatte gefräst die den Servo hält und selbst direkt an der Halterung montiert ist. Die Bohrungen und das Schneiden der Gewinde an der Halterung oblag hier wieder dem Modellbauer.An der Halteplatte für den Servo habe ich zwei Bohrungen im Abstand von 5mm ausgeführt um bei etwaigen Hitzeproblemen entgegenzuwirken indem ich die Platte so weiter oben oder unten positionieren kann.

Regler geschlossen

Als Servostange kommt eine einfache 3mm Messingstange zum Einsatz, welche an beiden Enden um 90° gebogen ist und jeweils über ein M2 Gewinde verfügt. In den Dampfhahn sowie in den Servohahn habe ich ebenfalls ein M2 Gewinde geschnitten und verbinde beide mit der Stange. Dadurch, dass sowohl der Dampfhahn wie auch der Servohahn frei positioniert werden können muss hier nichts groß gekontert werden, zur Komplettierung habe ich das aber natürlich gemacht. Die Konstruktion erlaubt so das automatische Eindrehen der Arme an der Stange und minimiert Spannungen. Die Hähne wurden selbstverständlich nur so weit auf die Servostange eingedreht dass die 90° Laufweg über das Gewinde frei und leichtgängig möglich sind.

Servo für die Steuerung

Servo Steuerung Alfried

Eine Halterung für den Steuerungsservo ist ebenfalls bereits in der groß dimensionierten Querstrebe als geräumige Querplatte im Rahmen ausgefräst. Erneut tritt für mich hier das Problem auf, dass die von mir favorisierten Servos dafür zu klein sind. Aufgrund eines optimierten Wegs der Servostange und da ich ohnehin der kleineren Servos wegen eine individuelle Lösung finden musste, habe ich mich entschieden den Servo für die Steuerung direkt liegend im Rahmen zu positionieren und dafür einen Halterungswinkel zu fräsen.

Da der Lagerbestand in Alu nach wie vor Ebbe zeigt ist es auch hier Messing geworden. Mit dem Servoarm und den Kontermuttern für die Bremsbacken auf beiden Seiten passt der Servo liegend ziemlich exakt noch in den Rahmen. Da der Servoweg ausreichend klein ist um die Steuerung komplett umzustellen muss der Knick der Servostange auch nicht im Rahmen verschwinden.

Servo für die Pfeife

Servo für Dampfpfeife

Da ich die Lok direkt mit Pfeife bestellt habe, wurde eine Servohalterung für die Dampfpfeife direkt mitgliefert. Gedacht ist diese im rechten Wasserkasten unterzubringen. Ich habe mich, auf aufgrund der geringen Baugröße meiner Servos dagegen entschieden. Unter den Wasserkasten wird die Elektronik für die Beleuchtung und RC-Umschaltung wandern. Der Servo für die Pfeife wandert direkt in das Führerhaus. Auch dafür habe ich eine kleine Servohalterung gebaut, mit der ich den Servo liegend vorne im Führerstand unterbringen kann.

Über einen einfachen, gebogenenen 1mm Messingstab verbinde ich die Pfeife mit dem Servo. Hilfreich ist auch hier wieder dass der Pfeifenhahn genauso frei positioniert werden kann wie der Dampfhahn. Zur leichteren Demontage der Platte für die Aufnahme des Ein/ Ausschalters sowie des Ladesteckers habe ich den Dampfhahn noch erwärmt und mit einer Zange gebogen.

Die Pfeife selbst übrigens ist in den Wasserkasten gewandert. Vermutlich kürze ich das Kupferrohr noch ein wenig mehr ein um den Abdampf besser abzuleiten / die Pfeifenöffnung zu verschieben.

Dampfpfeife

Entkupplung und Bremse

Die Servos für Entkupplung und Bremse liegen im Rahmen vor dem Steuerungsservo. Alfried ist dort bereits mit einer Aussparung für einen Servo versehen. Da ich direkt zwei brauche, musste ich den Rahmen dort entsprechend auffeilen. Zum Einsatz kommt wieder eine eigene Servohalterung – diesmal direkt für beide Servos.

Damit sich die Servoarme nicht gegenseitig im Weg sind habe ich aufgrund des geringen Platzangebots die Servos gegenläufig eingebaut. Viel Weg braucht weder die Bremse, noch die Entkupplung und so reicht ein zurechtgestutzter Servoarm bei Nutzung der innersten Öffnung für beide Servos aus.

Für die Servohalterung habe ich auf eine 1,5mm Messingplatte 4mm Messing-Vierkantblöcke hat aufgelötet auf die ich die Servos setze. Damit habe ich sie noch etwas im Rahmen angehoben und sie haben ihre Höhe in der ich die Servoarme gut positionieren kann. Da man Entkupplung und Bremse nicht ständig benötigt erwarte ich auch keine Ausfälle der Servos. Und wenn mal einer ausfällt ist auch das nun kein Problem da die Servos auf der Servohalterung ohne Ausbau der Achse getauscht werden können – der geringen Baugröße sei Dank!

Auf dem Bild ersichtlich ist rechts neben den beiden Servos aus die ausgefräste Variante des Steuerungsservos.Damit hält der Servo nun der Belastung stand. Das Gestänge für die Bremse sind 2 90mm lange 5x5x1mm Messingwinkel die mit zwei 3mm dicken Mesingplättchen hart verlötet wurden. Die Bohrungen in den Winkeln entsprechen natürlich genau dem Achsabstand. Auf eine Feder für den Rückschlag der Bremse in 0-Stellung konnte (erstmal) verzichtet werden, da der Stellarm während des Stellvorgangs ausreichend winklig auf Spannung steht. Für das Anziehen verfügt der Messingstab über ein Gewinde auf das eine M2 Mutter aufgeschraubt ist. Sie zieht die ganze Apparatur mit nach vorne und die Bremse damit an.

Umschaltservo für den Fahrtrichtungsschalter

Die Fahrtrichtung wird mit einem Umschaltservo realisiert. Das ist ein technisches Bauteil, welches keinen Arm mechanisch bewegt, sondern in einer elektrischen Schaltung die entsprechenden Stromwege gemäß der Vorgabe am Sender schaltet. Der Umschaltservo wird wie ein normaler Servo direkt an den Empfänger angeschlossen. Wie die einzelnen Lampen bzw. LEDs dann leuchten liegt wiederum an der Schaltung. Hierzu wird es Beizeiten noch einen separaten Artikel geben, in dem ich darauf im Detail eingehe.

Generelle Tipps für den Servoeinbau an der Echtdampflok

• Toleranzen am Servoarm sind bei digitalen Servos gering. Das begünstigt das hochfrequente Brummen. Deshalb sollte darauf geachtet werden dass keine axialen Spannungen auf dem Servoarm liegen. Entgegenwirken kann man dem, in dem man Servostangen möglichst so biegt, dass die Aufnahme der Servostange an der Lok wie auch am Servoarm zueinander fluchten. Es lohnt sich dieser Einstellung mit etwas Zeit zu widmen, da es die Lebensdauer des Servos dramatisch erhöhen kann. Schließlich geben wir uns ja auch Mühe die Steuerung widerstandsfrei zu montieren.
• Servos sind nicht hitzebeständig, was erstmal natürlich einen Widerspruch zur Dampflok ist, die geradezu durch Hitze lebt. Deshalb ist die Position der Servos vor allem an einer Echtdampflok mit Bedacht zu wählen und sollte immer so weit weg wie möglich von Hitzequellen (Brenner, Kessel, Zylinder) angebracht werden.
• Einige Servos mögen es überhaupt nicht, wenn sie in ständiger Belastung überkopf arbeiten müssen. Deshalb sollten Servos für Steuerung und Regler nach Möglichkeit liegend oder noch besser stehend fixiert werden.
• Aluminium oder Buntmetalle sind sehr gute Wärmeleiter. Der Servo wird es danken, wenn er mit Unterlegscheiben aus Hartplastik, Holz oder Hartpapier vor Wärme geschützt wird und so frei wie möglich in der Halterung liegt.
• Bereits vor dem festen Einbau sollten die Servos mit dem Empfänger verbunden und der Empfänger eingeschaltet werden. Das erlaubt es die Servoarme in 0-Punkt-Stellung zu fixieren. Je geometrisch genauer die Servos bereits in Standardeinstellung montiert sind, umso weniger ist man später auf das Trimmen angewiesen.
• Die Servokabel sind meist um ein Vielfaches länger als dies nötig ist. Durch Aufwickeln und gemeinsames fixieren mit einem Gummi kann man vorbeugen dass keines der Kabel ungewollt auf er Lok tanzt und z.B. in die Kulisse gerät.
• Servos mit Metallgetriebe sind ein zweischneidiges Schwert. Zum einen sind sie natürlich haltbarer was die Dauerbelastung angeht. Allerdings zieht das Metallgetriebe die Wärme auch „magisch an“ und hält sie darüber hinaus auch sehr viel besser als ein Getriebe aus Plastikzahnrädern. Gerade bei Servos die nicht dauerhafter Belastung ausgesetzt sind sind Plastikgetriebe deshalb nicht unbedingt die schlechtere Wahl.
• Servos mögen Wasser nicht – und das weder flüssig noch gasförmig als Dampf. Deshalb sollten sie so positioniert werden dass sie auch möglichst keinem Wasser oder Wasserdampf (Pfeife) dauerhaft ausgesetzt sind. Gerade die Microcontroller in digitalen Servos quittieren vergleichsweise schnell den Dienst.
• Ein Servo bleibt allen Vorkehrungen zum Trotz an einer Echtdampflok ein Verschleißteil, vor allem weil es für die auftretende Wärme und „Luftfeuchtigkeit“ nicht konzipiert ist. Deshalb sollte die Servoposition möglichst so gewählt werden dass bei vollständig zusammengebauter Lok ein schneller Austausch möglich ist.
• Immer mindestens einen Ersatzservo auf Lager haben!

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