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Fernsteuerungen für Metallbaukasten-Modelle

Beim Bau von Metallbaukasten-Modellen besteht manchmal der Wunsch nach einem (drahtlos) ferngesteuerten Betrieb, besonders natürlich bei Fahrzeugen.

Angeboten wird heutzutage eine große Zahl von Anlagen mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen und in allen Preisklassen. Ohne einige Grundkenntnisse kann die Auswahl einer geeigneten Fernsteuerung deshalb selbst erfahrene Metallbaukasten-Schrauber vor die Qual der Wahl stellen.

Nachfolgend werden die wichtigsten Merkmale einfacher Fernsteuerungen sowie deren Zubehör zusammengefasst und technisch erläutert.

Hinweis:
Die Informationen beruhen auf der rechtlichen Situation in Deutschland und den meisten anderen Staaten der EU. In einzelnen Ländern kann es jedoch Abweichungen geben; in jedem Fall sind nur die in den entsprechenden Ländern zugelassenen Fernsteueranlagen zu verwenden.


Die Wahl des Frequenzbereiches

Fernsteueranlagen für den Modellbau werden üblicherweise in den Frequenzbereichen 27, 35 und 40MHz (Megahertz) betrieben.

Im 27MHz-Bereich stehen 18 Übertragungskanäle zur Verfügung.
Dieser Bereich wird schon sehr lange zur Fernsteuerung von Modellen genutzt, aber leider auch für andere Funkdienste; der Betrieb auf 27MHz kann daher mit Störungen verbunden sein.
Aus diesem Grund werden heute praktisch nur noch Low-Cost-Modelle mit 27MHz-Anlagen ausgestattet.

Kanal		Sendefrequenz in MHz

  4			26,995
  5			27,005
  6			27,015
  7			27,025
  8			27,035
  9			27,045
 10			27,055
 11			27,065
 12			27,075
 13			27,085
 14			27,095
 15			27,105
 16			27,115
 17			27,125
 18			27,135
 19			27,145
 24			27,195
 30			27,255

Die insgesamt 20 Übertragungskanäle im 35MHz-Bereich dienen ausschließlich dem Betrieb von Flugzeugmodellen.
Für Metallbaukasten-Modelle sollte dieser Frequenzbereich daher tabu sein!

Kanal		Sendefrequenz in MHz

 61			35,010
 62			35,020
 63			35,030
 64			35,040
 65			35,050
 66			35,060
 67			35,070
 68			35,080
 69			35,090
 70			35,100
 71			35,110
 72			35,120
 73			35,130
 74			35,140
 75			35,150
 76			35,160
 77			35,170
 78			35,180
 79			35,190
 80			35,200

Am häufigsten werden Modelle im 40MHz-Bereich betrieben.
Von den 22 Kanälen dürfen die ersten 4 (50, 51, 52 und 53) für alle Modelle (also auch zum Fliegen) benutzt werden; die restlichen Kanäle sind Fahrzeugen und Schiffen vorbehalten.
Auch die Fernsteuerung von Metallbaukasten-Modellen sollte zweckmäßigerweise im 40MHz-Bereich erfolgen.

Kanal		Sendefrequenz in MHz

 50			40,665
 51			40,675
 52			40,685
 53			40,695
 54			40,715
 55			40,725
 56			40,735
 57			40,765
 58			40,775
 59			40,785
 81			40,815
 82			40,825
 83			40,835
 84			40,865
 85			40,875
 86			40,885
 87			40,915
 88			40,925
 89			40,935
 90			40,965
 91			40,975
 92			40,985


Die Wahl der Modulation

Neben dem Frequenzbereich ist die Art der Modulation von Interesse. Unterschieden wird nach Amplitudenmodulation (AM) und Frequenzmodulation (FM), wie es z. B. auch vom Radio-Empfang bekannt ist.
Amplitudenmodulation gilt als störanfälliger, woraus im Vergleich zur Frequenzmodulation in der Regel eine geringere Reichweite resultiert.
Bei Flugzeugmodellen kann das wichtig sein, bei Metallbaukasten-Modellen dürfte das jedoch ohne Bedeutung sein; eine 40MHz-AM-Anlage ist hierfür vollkommen ausreichend.


Die Wahl des Übertragungskanals

Als Übertragungskanal wird hier der Hochfrequenzkanal im jeweiligen Frequenzbereich bezeichnet. Die Einstellung erfolgt mittels eines Quarzpaares (gelegentlich auch "Frequenzeinsteller"genannt), welches in Sender und Empfänger hineingesteckt wird (Wechselquarze).

Die Wahl des Kanals obliegt der eigenen Entscheidung, sinnvoll ist allerdings ein Kanal, der im Umfeld des Modells möglichst noch nicht belegt ist.
Die Anschaffung mehrerer Quarzpaare für unterschiedliche Übertragungskanäle bietet mehr Flexibilität, hat aber seinen Preis: ein Quarzpaar kostet ca. 20 EUR.


Quarzpaar
Quarzpaar im Größenvergleich zu 10 Cent
Beim Kauf von Quarzen ist außerdem die richtige Modulationsart (AM oder FM) sowie die Unterscheidung in Senderquarz und Empfängerquarz zu beachten.
Ein typisches Quarzpaar zeigt das nebenstehende Bild. Zu erkennen ist die Frequenz, die Modulationsart sowie die Buchstaben T und R.
T steht hierbei für Transmitter (Sender) und R für Receiver (Empfänger).

Abschließend noch der Hinweis, dass Quarze sehr empfindlich sind.
Fallen sie auf einen harten Boden, dann können sie brechen und beim Betrieb in der Fernsteueranlage unerklärliche Störungen verursachen. Metallbaukasten-Modelle werden dadurch keinen großen Schaden nehmen, für ein Flugzeugmodell kann das jedoch "tödlich" sein.


Die Anzahl der (Funktions)Kanäle

Als Funktionskanal soll hier der Kanal für eine auszuführende Funktion bezeichnet werden. Die erforderliche Anzahl richtet sich in erster Linie natürlich nach den Funktionen, die man steuern möchte.

Ein Fahrzeug benötigt mindestens 2 proportionale Kanäle, nämlich für Vorwärts und Rückwärts sowie Links und Rechts. Proportional bedeutet, dass die Funktionen stufenlos - proportional zum Ausschlag der Steuerelemente - erfolgen. Im Gegensatz dazu haben Low-Cost-Modelle oft nur schaltende Funktionen (fährt oder fährt nicht bzw. lenkt oder lenkt nicht).

Eine 4-Kanal-Anlage enthält z. B. 2 Kreuzknüppel für 4 proportional auszuführende Funktionen; hiermit können auch Flugzeuge betrieben werden (Seitenruder, Höhenruder, Querruder und Motordrossel).
Werden anstatt überzähliger proportionaler Funktionen Schaltfunktionen (z. B. Betätigung der Hupe, Ein- und Ausschalten der Beleuchtung usw.) benötigt, dann lassen sich diese mit käuflichen Zusatzmodulen simulieren.

Anlagen mit mehr als 4 Kanälen haben neben den 2 Kreuzknüppeln mehrere Schalter für schaltende Funktionen eingebaut bzw. können ebenfalls mit den erforderlichen Modulen nachgerüstet werden.


Der Fernsteuer-Sender

Die Übertragung der Steuerfunktionen erfolgt mittels Impulse, deren Breite durch die Bedienung der Steuerelemente des Senders variiert wird. Mit diesen Impulsen wird ein Hochfrequenzträger moduliert und das Signal von der Sendeantenne abgestrahlt. Die äquivalente Strahlungsleistung ist hierbei auf max. 100mW (Milliwatt) begrenzt.


Das Bild zeigt einen typischen Fernsteuer-Sender mit 2 (Funktions)Kanälen.
Zu erkennen sind die beiden Steuerknüppel für Vorwärts/Rückwärts und Links/Rechts.
Zu beiden Knüppeln gibt es Trimmhebel für eine Justage der Funktionen. Hiermit kann z. B. eingestellt werden, dass ein Modell bei Ruhestellung der Steuerknüppel auch tatsächlich stehen bleibt bzw. geradeaus fährt.
2-Kanal-Sender
Einfacher 2-Kanal-Sender

Wichtig sind auch die Reverse-Schalter für beide Kanäle.
Wenn z. B. ein Fahrzeug bei Betätigung eines Steuerknüppels konstruktionsbedingt die entgegengesetzte Funktion ausführt, dann kann dies mit dem Reverse-Schalter kompensiert werden.
Unten rechts ist der Wechselquarz für die Einstellung des Übertragungskanals zu erkennen.


4-Kanal-Sender
Einfacher 4-Kanal-Sender
Dieses Bild zeigt einen typischen Sender mit 4 (Funktions)Kanälen.
Erkennbar sind die beiden Kreuzknüppel, die dazugehörenden Trimmhebel sowie der Wechselquarz.
Die 4 Reverse-Schalter befinden sich bei diesem Modell auf der vorderen Seite des Gehäuses.

Im Vergleich zu diesen einfachen Anlagen bieten prozessorgesteuerte Systeme erheblich mehr Einstellmöglichkeiten und Funktionen. So lassen sich z. B. die Werte für Trimmung, Reverse-Schalter usw. modellspezifisch abspeichern und wieder abrufen. Außerdem können die Funktionen mehrerer Kanäle gemischt und bei Bedarf auch die Kennlinien der einzelnen Funktionen verändert werden.

Fernsteuer-Sender werden in der Regel mit einer Spannung von 9 bis 12V betrieben, benötigen also 8 Akkus bzw. Batterien mit jeweils 1,2 bzw. 1,5V.
Zur Handhabung eines Senders ist zu beachten, dass die abgestrahlte Feldstärke proportional der sichtbaren Antennenlänge ist. Für max. Reichweite und/oder störungsfreien Betrieb ist daher nicht nur die Teleskopantenne vollständig herauszuziehen, sondern der Sender sollte nach Möglichkeit so gehalten werden, dass vom Modell aus die max. Antennenlänge zu sehen ist.
Sehr ungünstig ist es dagegen, wenn die Antennenspitze auf das Modell zeigt, da von diesem Punkt (theoretisch) keine Abstrahlung erfolgt.


Der Fernsteuer-Empfänger

Mit dem Fernsteuer-Empfänger wird das abgestrahlte Signal aufgenommen, durch Demodulation die Steuerimpulse wieder generiert und diese nach (Funktions)Kanälen getrennt den angeschlossenen Komponenten (Servo, Fahrtregler, Seilwinde, Schaltmodul usw.) zugeführt.


Nebenstehendes Bild zeigt einen typischen Fernsteuer-Empfänger mit 2 (Funktions)Kanälen. Erkennbar ist der Antennendraht, der Wechselquarz (hier für Kanal 50) sowie die 3 Anschlussstellen.

Für jeden Kanal steht ein 3-poliger Steckplatz zur Verfügung, der die angeschlossenen Komponenten mit der Betriebsspannung und dem Steuerimpuls versorgt; der mittlere Stift ist hierbei mit dem Pluspol belegt um Schäden bei evtl. Falschpolung zu vermeiden.
2-Kanal-Empfänger
Einfacher 2-Kanal-Empfänger

Die Betriebsspannung des Empfängers darf etwa zwischen 4 und 6V liegen und kann über einen zusätzlichen Anschluss (BATT) zugeführt werden. Dies ist aber nur dann erforderlich, wenn die Spannungsversorgung nicht schon über eine der angeschlossenen Komponenten erfolgt. Z. B. haben Fahrtregler in der Regel eine eigene Spannungszuführung; durch Anschluss an den Empfänger erhält dieser dann seine Betriebsspannung vom Fahrtregler.

Zur Handhabung eines Empfängers ist zu beachten, dass die Antenne möglichst vollständig ausgestreckt wird. Hilfreich ist hierfür z. B. ein Kunststoff-Röhrchen, in das der Antennendraht hineingeschoben und dadurch gleichzeitig geschützt und fixiert wird.


Das Servo

Ein Servo ist ein elektromechanisches Bauteil, welches die Bewegung eines Steuerelements in eine entsprechende Drehbewegung umsetzt. Dadurch lassen sich vielfältige mechanische Funktionen steuern wie z. B. Lenkung von Fahrzeugen, Betätigung von Kupplungen, Schalten von Getrieben usw. Der Drehwinkel liegt hierbei üblicherweise bei +/- 45 bis +/- 60 Grad.

Servos sind ebenfalls in vielen Varianten verfügbar, die sich nach Stellkraft, Stellgeschwindigkeit, Größe, Qualität und Preis unterscheiden.


Standard-Servo
Handelsübliches Standard-Servo
Das nebenstehende Bild zeigt ein typisches Standard-Servo mit geringer Stellkraft, Kunststoff-Zahnrädern und Kunststoff-Gleitlagern.

Kunststoff-Zahnräder können bei Überlastung leicht brechen (z. B. wenn ein Fahrzeug mit den Vorderrädern auf ein Hindernis rollt); ein Standard-Servo sollte daher nicht ohne einen Schutzmechanismus (Servo-Saver) betrieben werden. Auch eine Sollbruchstelle in der zu steuernden Mechanik (z. B. definierte Klemmverbindung, die bei Überlastung nachgibt) ist hierfür hilfreich.

Anspruchsvollere Servos haben Metall-Zahnräder und kugelgelagerte Wellen, sind dafür aber deutlich teurer.

Wird ein (teures) Servo mit hoher Stellkraft benötigt, dann empfiehlt sich eine vorherige Abschätzung des erforderlichen Drehmoments. Dies ist meist einfach möglich, indem z. B. mit einer Federwaage an der anzutreibenden Mechanik gezogen und die aufgewändete Kraft mit dem zugehörigen Hebelarm multipliziert wird.

Bei besonders starken Servos ist auch die Stromaufnahme von Bedeutung. Da ein Servo üblicherweise vom Empfänger gespeist wird, muss dieser den Strom liefern können ohne Schaden zu nehmen. In Einzelfällen findet man daher auch Servos mit separatem Versorgungsanschluss.


Der Fahrtregler

Ein Fahrtregler (speed controller) ist ein elektronisches Bauteil, welches die Position des Steuerelements in eine entsprechende Ausgangsspannung umsetzt. Das Haupt-Einsatzgebiet ist die Steuerung von Antriebsmotoren für unterschiedliche Drehzahlen und beide Drehrichtungen.
Wie alle bisher beschriebenen Komponenten werden auch Fahrtregler in vielen unterschiedlichen Ausführungen und Preisklassen angeboten.

Das wichtigste Kriterium für die Auswahl ist das vorgesehene Einsatzgebiet, und daraus resultiert die Frage, ob der Fahrtregler eine Ausgangsspannung beider Polaritäten liefern muss (also für beide Drehrichtungen des angeschlossenen Motors) oder ob evtl. eine Drehrichtung ausreicht.
Fahrtregler für Flugzeuge und Rennboote lassen nur eine Drehrichtung zu und sind daher für Automodelle nicht geeignet, es sei denn, die Polarität lässt sich mittels eines speziellen Schaltmoduls ebenfalls per Fernsteuerung umschalten.

Bei Fahrtreglern für Automodelle (also für beide Drehrichtungen) ist zu beachten, dass die max. Ausgangsspannung in der Regel nur für eine Drehrichtung geliefert wird (z. B. für Vorwärtsfahrt); für die andere Drehrichtung (z. B. für Rückwärtsfahrt) steht nur 50 bis 70% der Spannung zur Verfügung.
Das hat z. B. zur Folge, dass nicht immer einfach die Polarität des angeschlossenen Motors vertauscht werden kann, wenn ein Modell in die falsche Richtung fährt; hierfür ist dann der Reverse-Schalter am Fernsteuer-Sender zu verwenden.

Wichtig ist auch die zulässige Versorgungsspannung, mit der ein Fahrtregler betrieben werden darf. Verwendet man z. B. einen 7-zelligen Nickel-Cadmium-Akku, dann muss der Fahrtregler mindestens für eine Spannung von 8,4V ausgelegt sein. Bei älteren Modellen könnte das durchaus problematisch sein, moderne Geräte lassen sich in der Regel jedoch auch mit höheren Spannungen betreiben.

Von Bedeutung ist noch der Ausgangsstrom, mit dem ein Fahrtregler belastet werden kann. Dieser wird vom angeschlossenen Motor vorgegeben und sollte vom Fahrtregler (mit einer gewissen Reserve) dauerhaft geliefert werden können.
Ein Dauerstrom von 10A dürfte für die meisten Metallbaukasten-Modelle ausreichend sein.


Das Bild zeigt einen Fahrtregler für Automodelle mit einem Dauer-Ausgangsstrom von 30A.
Neben dem oben beschriebenen unterschiedlichen Verhalten bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt hat er eine Bremsfunktion, die für etwa 3 Sekunden nach Umsteuerung auf Rückwärtsfahrt aktiv ist; dadurch werden ruckartige Richtungsänderungen vermieden.
Fahrtregler
Leistungsstarker Fahrtregler für Automodelle

Zu erkennen sind neben einer KFZ-Sicherung, die den Regler gegen Überlastung und Falschpolung schützt, die Anschlussleitungen sowie 2 Bohrungen für die Einstellung des Fahrtreglers

Ein Fahrtregler muss (einmalig) an die Fernsteueranlage angepasst werden.
Dazu dienen bei älteren Modellen 2 Trimmer, mit denen der Nullpunkt (NEUTRAL) und der Endausschlag (HIGH) des Reglers eingestellt werden kann; zur Kontrolle der Einstellung dient eine kleine Leuchtdiode (CHECK).
Moderne Geräte sind mehr oder weniger "selbstlernend" und führen die Justage auf Knopfdruck durch; die genaue Prozedur ist in der Bedienungsanleitung eines Fahrtreglers angegeben.


Der Antriebsmotor

Ein Antriebsmoter ist anhand der Modelleigenschaften auszuwählen und soll an dieser Stelle nicht weiter behandelt werden (siehe auch "Auswahl von Elektromotoren").

Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass herkömmliche Elektromotoren ausreichend zu entstören sind (siehe auch "Entstörung von Kollektor-Motoren"). Andernfalls kann eine Funk-Übertragung erheblich gestört werden bis hin zum völligen Funktionsverlust.


Die Stromversorgung

Zur Stromversorgung ferngesteuerter Modelle werden in der Regel Akkumulatoren (Akkus) verwendet.
Von vornherein sei bemerkt, dass das Thema "Akkumulatoren" sehr komplex ist und eine Vertiefung den Rahmen dieses Beitrages sprengen würde. An dieser Stelle soll deshalb nur auf die wichtigsten Eigenschaften eingegangen werden.


7-zelliger Akkusatz
7-zelliger Akkusatz
Die erforderliche Spannung (und damit Anzahl der Zellen) hängt hauptsächlich vom verwendeten Motor und/oder evtl. auch von anderen Vorgaben ab; die meisten Modellbau-Motoren werden jedoch mit einer Spannung von 6 bis 12V betrieben.

Einen typischen Akkusatz aus dem Modellbau zeigt das nebenstehende Bild. Es ist ein 7-zelliger Nickel-Cadmium-Akku (Ni-Cd), der eine nominale Spannung von 8,4V liefert.

Von Interesse ist evtl. die Kapazität eines Akkus, da sie - neben anderen Faktoren - Einfluss auf die Betriebsdauer hat. Im vorliegenden Fall beträgt die Kapazität 2400mAh; das bedeutet, dass dieser Akku im vollgeladenen Zustand (rechnerisch) eine Stunde lang einen Strom von 2,4A liefern kann oder z. B. auch 24A für 0,1 Stunde.
Aus der Stromaufnahme eines Motors kann die Betriebsdauer eines voll geladenen Akkus somit recht genau abgeschätzt werden.

Der Umgang mit solchen Akkus und deren Betrieb erfordert ein gewisse Sorgfalt.
Bei einem Kurzschluss kann ein sehr hoher Strom fließen, der nicht nur dünne Leitungen innerhalb von Sekunden durchbrennen lässt, sondern u. U. auch die Zerstörung des Akkus zur Folge hat.
Und selbstverständlich ist ein Akku nur mit richtiger Polarität anzuschließen, um Schäden der Fernsteueranlage zu vermeiden.

Nach Gebrauch muss ein Akku wieder geladen werden; hierfür sind Ladegeräte mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen verfügbar.
Eine "normale" Ladung erfolgt über einen Zeitraum von 14 bis 16 Stunden mit einem Strom, der einem Zehntel der angegeben Kapazität entspricht (im vorliegenden Fall also mit 240mA).
Das andere Extrem ist die sog. "Schnell-Ladung". Modellbau-Akkus sind in der Regel schnellladefähig und mit einem geeigneten Ladegerät innerhalb von etwa 15 Minuten wieder aufladbar. Diese Methode belastet allerdings den Akku und sollte nicht dauerhaft angewendet werden.


Blockschaltbild einer Fernsteueranlage


Abschließend wird noch ein Blockschaltbild angegeben, aus dem die übliche Verschaltung der einzelnen Komponenten einer Fernsteueranlage für einfache Fahrzeuge hervorgeht.
Blockschaltung einer Fernsteueranlage
Blockschaltung einer Fernsteueranlage
für einfache Fahrzeuge

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