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Ruderanlenkung

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Inhaltsverzeichnis

Grundsätzliches

Die Ruderanlenkung stellt ein Getriebe zwischen Servo und Ruder dar. Ein Servo hat ein maximales Drehmoment, angegeben in Ncm (oder kg cm). Das bedeutet, dass das Produkt aus Kraft und Weg eine bestimme Größe einnimmt. Durch die Ruderanlenkung kann man nun z.B. die Kraft vergrößern, muss sich dabei aber darüber im Klaren sein, dass sich der Weg verkleinert.

Eine Ruderanlenkung sollte möglichst steif sein (z.B. sollte sich ein Gestänge nicht durchbiegen, ein Bowdenzug nicht wegdrücken), möglichst wenig Spiel und damit eine gute Rückstellgenauigkeit haben, genügend Drehmoment an das Ruder bringen und ausreichende Ruderwege zur Verfügung stellen.

Mechanisches

Wölbklappe in Extrem-Auslenkung, der volle Servoweg wird genutzt
die gleiche Wölbklappe, hier in Neutral-Lage

Vor diesen Randbedingungen stellt sich - insbesondere einem Einsteiger - immer wieder die Frage, wo an Servo- oder Ruderhebel soll man die Abkröpfung, den Gabelkopf oder den Kugelkopf des Rudergestänges oder des Bowdenzuges einhängen.

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die verschiedenen Aspekte, abhängig davon, ob das Gestänge nahe am Drehpunkt befestigt wird oder weiter entfernt:

Servohebel Ruderhorn
Vorteil Nachteil Vorteil Nachteil
Einhängung nah große Hebelkraft, wenig Auswirkung von Servospiel kleiner Anlenkungsweg nur wenig Anlenkungsweg notwendig für große Ausschläge kleines Anlenkmoment, große Auswirkung von Servo- oder Anlenkungsspiel
Einhängung fern großer Anlenkungsweg kleine Hebelkraft, große Auswirkung von Servospiel großes Anlenkmoment, kleine Auswirkung von Servo- oder Anlenkungsspiel viel Anlenkungsweg notwendig für große Ausschläge

Aus dieser Übersicht kann man ersehen, dass sich die Varianten gegenseitig etwas beißen. So liefert z.B. eine optimale Kombination aus großer Kraft und bester Spielfreiheit kaum sinnvolle Ruderwege. Man wird sich daher modell- und komponentenabhängig immer für einen irgendwie gearteten Kompromiss entscheiden müssen.

- Ausgangspunkt dieser Entscheidung wird sicherlich der benötigte Ruderweg sein. Der lässt sich recht einfach ermitteln, indem man an dem betreffenden Ruderhorn ein Gestänge einhängt und das Ruder in die erforderlichen Endstellungen bewegt. An einem neben das Gestänge gelegten Millimetermaß kann man nun den linearen Gesamtweg des Gestänges direkt ablesen.
- Im nächsten Schritt wird jetzt eine Einhänge-Position für das Gestänge am Servohebel gesucht, die zu diesem Weg passt. Das lässt sich mit der gleichen Methode von eben ermitteln. Für eine gute Stellgenauigkeit sollte die Programmierung für den Servoweg (im Sender oder Empfänger) dabei aber noch möglichst uneingeschränkt sein.
- Anschließend kann man sich noch Gedanken zu den oben gelisteten Hinweisen zu Anlenkungsspiel und Drehmoment machen, wobei bzgl. des Drehmomentes im ersten Go ein genügend kräftiges Servo ausgewählt werden sollte.

In der Zeitschrift FMT befindet sich übrigens beginnend mit Heft 1, 2012 eine ausführliche Reihe zum Thema "Anlenkungen, Servos & Co." Dort finden sich viele weitere Tipps zu diesem umfangreichen Thema.


Bildliches

Hier noch ein paar Handskizzen (teilw. aus dem unten verlinkten Thread) zur direkten An- und Übersicht und zur Verdeutlichung der oben stehenden Tabelle:

Rudermoment bei optimaler Nutzung der Anlenkpunkte an Servohebel und Ruderhorn

Das Zahlen-Beispiel zeigt, das sich das größte Rudermoment ergibt, wenn am Servo so weit wie möglich innen und am Ruderhorn so weit wie möglich außen eingehängt wird.

FielKwaft.jpg
Rudermoment bei ungünstiger Nutzung der Anlenkpunkte an Servohebel und Ruderhorn

Bei Verwendung des gleichen Servos, jedoch genau entgegengesetzter Einhängepunkte für das Gestänge ergibt sich ein deutlich geringeres Rudermoment.

WenichKwaft.jpg
Auswirkung von Servo-Getriebe-Spiel

Getriebspiel im Servo, welches sich dadurch bemerkbar macht, dass der Hebel minimal hin und her bewegt werden kann, wirkt sich als Gestängeweg ganz innen am Hebel eingehängt weitaus weniger aus als ganz außen eingehängt.

Spielerei.jpg
Auswirkung von Anlenkungsspiel am Ruder

Das oben gezeigte Anlenk-Spiel im Gestänge wirkt sich dagegen am Ruder weit innen eingehängt durch einen großen Ruderausschlag aus, während das Einhängen weit außen zu einem kleineren Ausschlag führt.

NochMehrGespiele.jpg
Eine weitere Betrachtung

Vergleicht man generell die Verhältnisse von einem innen im Gegensatz zu einem außen eingehängten Gestänge, dann ergeben sich die im Bild gezeigten Zusammenhänge.

Ruderanlenkung04.jpg

Differenzierung

Ein weiterer Aspekt ist die mechanische Differenzierung einer Ruderanlenkung.

(0) Anlenkung ohne mechanische Differenzierung:

Bei der Anlenkung eines Seitenruders sind im Normallfall symmetrisch gleiche Ausschläge nach rechts und links gewünscht. Das wird mechanisch dadurch erreicht, dass Anlenkgestänge oder Bowdenzug mit der Verbindungslinie von Hebeldrehpunkt und Gestängeeinhängepunkt am Hebel einen 90° Winkel bilden.

Anlenkung nicht differenziert
(1) Anlenkung mit mechanischer Differenzierung

Bei einem Querruder oder auch einer Wölbklappe sieht das ggfs. anders aus. Beim Querruder z.B. werden aus aerodynamischen Gründen oftmals nach oben größere Klappenausschläge benötigt als nach unten.

Das lässt sich einerseits bei den inzwischen seit langem üblichen programmierbaren Fernsteuersystemen über deren Konfiguration weitgehendst einstellen. Um jedoch den vollen Weg des Servos nutzen zu können, macht es andererseits Sinn, diese Differenzierung der Anlenkung mechanisch vorzubereiten. Zwei typische Methoden sind die beiden folgenden beschriebenen.

(1a) servoseitig

Wenn Servohebel und Ruderhorn an der Flächenunterseite sitzen, dann wird der Servohebel vom Ruderhorn weg versetzt auf die Servoachse gesetzt. Je weiter dies geschieht, desto größer ist die Differenzierung. Der Effekt ist in diesem Fall, dass der in Anlenkungsrichtung wirkende Weg bei a kleiner ist als bei b und damit der Ausschlag des QR nach unten kleiner.

Hier zur Verdeutlichung der Handskizze rechts drei Links auf Fotos zur servoseitigen Differenzierung bei Montage an der Flächenunterseite:

Befindet sich die gesamte Anlenkmimik auf der Flächenoberseite, dann sind die Anlenkungspunkte jeweils an der Servo- und Ruderachse zu punktspiegeln (= Drehung um 180°).

Ruderanlenkung 02 differenziert.jpg
(1b) ruderseitig

Bei der ruderseitigen Methode bleibt der Servohebel in der zum Anlenkgestänge senkrechten Position und erzeugt so servoseitig zunächst symmetrische Ausschläge. Dafür aber befindet sich nun der Anlenkpunkt des Ruderhorns nicht auf der Senkrechten durch die Ruderachse, sondern wird vom Servo weg nach außen versetzt. Die Handskizze zeigt es leider nicht sehr deutlich, jedoch erzeugt diese Anordnung bei einem Servohebelausschlag nach rechts einen größeren Ruderauschlag nach oben.

Befindet sich die gesamte Anlenkmimik auf der Flächenoberseite, dann sind die Anlenkungspunkte jeweils an der Servo- und Ruderachse zu punktspiegeln (= Drehung um 180°).

Ruderanlenkung 03 differenziert.jpg


Positionierung des Servohebels

Vereinzelt ist zu sehen, dass Servohebel einfach in der Position auf dem Servo belassen werden, in der die Servos ausgeliefert wurden oder aber die Hebel werden einfach irgendwie draufgesetzt, Hauptsache, sie zeigen halbwegs grob in die gewünschte Richtung.

Das mag bei ungemischten Einzelfunktionen nicht unbedingt ganz so tragisch sein, auch wenn dadurch eine ungewollte gewisse Asymmetrie der Anlenkung entsteht. So ist z.B. ein Seitenruder, welches unterschiedlich große Ausschläge zu beiden Seiten hat, für einen Normalflieger vermutlich eher einfach nur unschön, als dass es wirklich ernsthafte Probleme bereitet.

Jedoch bei Funktionen, die durch parallele Bedienung von ein oder mehr Servopaaren erfolgen (z.B. Querruder, Wölbklappen, Landeklappen) macht es Sinn, sich um eine gemeinsame saubere Servohebelmitteneinstellung zu kümmern. Es können zwar immer noch die Anlenkhebel am Ruder unterschiedlich sitzen, aber wenigstens auf Servoseite kann so eine Gleichheit geschaffen werden.

In einer der Skizzen oben ist gezeigt, dass der Servohebel in Neutralstellung in vielen Fällen zunächst einmal senkrecht zur Gestängerichtung zeigen sollte. Da ein Servo zur Vermeidung von Servobefestigungsspiel meist in Längsrichtung parallel zum Gestänge montiert wird, bedeutet das für den Servohebel, dass er senkrecht zu dieser Richtung zeigen soll.

Das ist unser Ausgangspunkt.

Abhängig vom gewünschten Servoweg wird nun der passende Servohebel aus dem einem Servo beiliegenden Hebelsatz gewählt. Da die Servoabtriebsachsen mit einem Vielzahn von ungerader Zahnanzahl versehen sind, ist es nicht egal, wie herum man z.B. einen 2- oder 4-Arm-Hebel aufsteckt. Durch Ausprobieren aller Möglichkeiten wird diejenige herausgesucht, die dem senkrechten Ideal am nächsten kommt.

Die letzte Feineinstellung kann nun mit der Servomittenverstellung am Sender erfolgen oder aber man nutzt die Programmierbarkeit einiger Empfänger hierzu.

Wenn man mehrere einzustellende Servos parallel nebeneinander ausrichtet, so dass die zu nutzenden Hebelarme alle in die gleiche Richtung zeigen, dann lässt sich durch Auflegen eines Lineals sehr leicht überprüfen, ob sie gleichmäßig senkrecht stehen.

nicht benötigter Hebelarm abgetrennt

Diese Mitteneinstellung sollte man selbst dann in dieser einfach vorzunehmenden Form durchführen, wenn die Hebel aus spezifischen Gründen später eine außermittige Neutral-Position bekommen sollen. Denn zwei schräg stehende Hebel an zwei Servos lassen sich deutlich schwieriger zueinander abgleichen.

Wenn alles passt, dann können die nicht verwendeten Servohebelarme z.B. mit einer Feinsäge oder einem Seitenschneider abgetrennt werden.

Auch das äußere Ende eines Servoarms kann in gleicher Weise gekürzt werden, wenn die dortigen Bohrungen nicht verwendet werden. Manchmal ist dies sogar unbedingt notwendig, damit der Hebel nicht z.B. am Rumpf oder einer Servoabdeckung anstößt.

Zuletzt bitte nicht vergessen, diese Schnittstellen an den Hebelarmen ein wenig durch Feilen oder Schleifen zu verrunden. Schließlich bauen wir auch für's Auge.

Ach ja, was auch nicht vergessen werden sollte, nach den ganzen Hebelaufsteck- und abzieh-Aktionen: den Hebel auf der Servoachse mit der Befestigungsschraube wieder zu fixieren.


Einstellen der Ruderwege

Unten in den Weblinks ist eine Frage verlinkt, in der es um die Einstellung der Ruderwege genau nach Plan geht. Die wesentlichen Hinweise lassen sich vielleicht so zusammenfassen und ergänzen:

Beim Einstellen der Ruderausschläge sollte in jedem Fall erst einmal der Ansatz verfolgt werden, durch geschickt gewählte Auswahl der Einhängepunkte an Servo- und Ruderhebel möglichst nahe an den gewünschten oder vorgegebenen Wert heranzukommen. Bei dieser Auswahl sind die oben im Abschnitt "Mechanisches" beschriebenen und gezeigten Aspekte (Drehmoment, Kraft, Weg, Servomitte, versetzte Hebel zur Differenzierung) zu berücksichtigen.

Wie eine weitere Feineinstellung konkret aussehen kann, hängt letztendlich von den Programmiermöglichkeiten der Fernlenkanlage ab. Lässt die Programmierung eine Aufweitung des Servoweges zu, dann kann hier ein möglichst hoher Wert gewählt werden. Dabei ist aber der komplett mögliche und nötige Stellweg eines Servos zu berücksichtigen, also inklusive aller evtl. weiteren Mischanteile und der mechanischen Grenzen des Servos. Ist danach der Ruderweg ein wenig zu groß und würde ein Umhängen des Gestänges in die nächste Hebelbohrung zu einem zu geringen Ausschlag führen, dann kann die Feineinstellung durch Verringerung des zuvor erhöhten Servoweges erfolgen.

Auf diese Weise lassen sich auch die Ausschläge von paarweise angeordneten Rudern (z.B. Querruder, Wölb- oder Landeklappen) angleichen, wenn die beiden zugehörigen Servos leicht unterschiedliche Stellwege besitzen oder aber die Ruderhebel nicht exakt gleich eingebaut wurden, was bei sehr drehpunktnaher und kurzen Hebeln schon mal passieren kann (als Beispiel sei hier die Überkreuzanlenkung in Tragflächen von Wettbewerbsflugmodellen mit flachem Profil genannt). Der ambitionierte Modellbauer und evtl. Wettbewerbspilot wird vielleicht die Hebel wieder herausreißen und versuchen, diese beidseitig identisch einzubauen, der ottofeierabendlichnormalverbrauchende Flieger dagegen kann bei geringen Unterschieden sicherlich ruhig die beschriebene Korrektur per Programmierung verwenden.

Oft haben Ruder einen gleichen Ausschlag nach links und rechts (z.B. Seitenruder) oder oben und unten (z.B. Höhenruder).

Im Falle unterschiedlicher Ausschläge (z.B. mehr Ausschlag nach oben als nach unten bei einem Querruder) könnte man dies zunächst ignorieren und erst zuletzt durch Programmierung des Wertes für die Querruder-Differenzierung einstellen. Um aber möglichst viel des verfügbaren Servoweges zu nutzen, macht es jedoch Sinn, die Differenzierung bereits durch außermittiges Versetzen des Servohebels zu erreichen, entweder vollständig mit dieser Methode oder aber man wählt ein Mittelding aus mechanischer Vorbereitung und programmiertem Anteil. Der programmierte Anteil bietet den Vorteil, dass man später ohne Umbau die Differenzierung noch anpassen kann (Stichwort Negatives Wendemoment).

Bei extrem unterschiedlich ausschlagenden Rudern wie z.B. Wölbklappen (sehr großer Ausschlag nach unten für die Landestellung, dagegen kein Ausschlag nach oben oder nur leichte Mitnahme durch Querruder) ist es vermutlich schwierig, eine allgemeingültige Anleitung zu geben. Je nach Bedien- und Programmier-Philosophie der verwendeten Fernlenkanlage und je nach den baulichen und mechanischen Gegebenheiten im Modell können unterschiedliche Maßnahmen erforderlich werden. So könnte es zusätzlich zu den versetzten Servohebeln notwendig werden, auch die Servomitte stärker zu verschieben, um einseitig den riesigen Ausschlag nach unten hinzubekommen.

Insgesamt bedeutet dies aber: zunächst unbedingt für die korrekten baulichen und mechanischen Grundvorraussetzungen sorgen und erst danach die Programmiermöglichkeiten der Anlage nutzen. Das heißt im Umkehrschluss: nicht beim Bauen schludern, um hinterher per Programmierung alles gerade biegen zu müssen.

Und noch ein Tipp: hin und wieder bietet die Bauanleitung des Modells hilfreiche Hinweise zu diesem Thema und das Handbuch des Senders hält möglicherweise auch ein paar Programmierbeispiele bereit. Ein Blick dort hinein kann sich also lohnen. ;-)


Weblinks