Einmal hin, einmal her...

[Ralph Cornell]

...rundherum, das ist nicht schwer.

So geht das alte Kinderlied. Aber wovon ich hier rede und meine Tastatur quäle, ist nicht über Volkstanz, sondern über etwas, das im Schiffsmodellbau immer wieder mal vorkommt:

Aktuatoren und Umpolschalter !

Viele von euch kennen das ja. Für die, die den Begriff Aktuator nicht kennen: Das sind Getriebe und Spindeltriebe, die im Modell Bewegungen erzeugen sollen. Manchmal lineare Bewegungen, manchmal Drehbewegungen wie Winden. Die bekannte Dahmen-Ankerwinde ist ein Beispiel für Drehung. Andere wären z.B. Drehungen von Geschütztürmen o.Ä. Lineare Bewegungen - da fällt mir jetzt außer meinen eigenen Konstruktionen nichts ein... Der ausfahrbare Löschmonitor und der ausfahrbare Scheinwerfermast meiner "Weser" wären Beispiele dafür.

Solche Aktuatoren sind oft eine Alternative zu hydraulischen Lösungen, die zumeist teuer sind und ziemlichen Platz beanspruchen. Sie werden vielfach mit Getriebmotoren erreicht. Hier ein Beispiel dazu:https://www.sol-expert-group.de/1zu87modellbau/Motor-und-Getriebe/Aufgebaute-Getriebe/Mikro-Getriebe-G250M-1-250-mit-M2-Gewindestange::1255.html

Ein anderes Beispiel wären die schon erwähnten Dahmen-Ankerwinden, oder die Kranwinden an Bord meiner "Repsold", die zwar mit ähnlichen Getriebemotoren laufen, aber statt einer linearen eine Drehbewegung ausführen.

Alle diese Beispiele aber sind davon abhängig, das die Elektromotoren in zwei verschiedene Richtungen laufen können. Das kann man zwar in einigen Fällen mit kleinen Fahrtreglern erreichen, aber diese beanspruchen je einen Propkanal - und von denen haben unsere Fernsteuerungen nicht übermäßig viele. Für viele Anwendungsfälle ist es darum wünschenswert, einen Propkanal in mehrere Schaltkanäle aufzuteilen. Dan kann man jedem dieser Schaltkanäle die Richtungssteuerung einer Bewegung anvertrauen.

Nun sind aber solche Schaltkanal-Module vielfach Teile, die eine dort angelegte Spannung einfach durchschalten. Würde man dort einen E-Motor anschließen, könnte er nur in eine Richtung drehen. Und das wollen wir nicht. Wir wollen, daß zwei verschiedene Schaltkanäle den Motor in zwei verschiedene Richtungen drehen lassen. Und dazu braucht man einen Umpolschalter.

Es gibt einige Anbieter, die solche Umpolschalter im Programm haben, manche davon sogar welche, die mehrere solcher Umpoler auf einer Platine vereinen. Aber vielleicht brauchen wir ja nur eine solche Umpolung, und da wird die Auswahl schon etwas schwieriger.

Deshalb habe ich mit meinem Kameraden Sebastian Kohnert die Köpfe zusammengesteckt und etwas entworfen, das diesem Ziel entspricht:

Dieser Entwurf ist für eine Negativ-Schaltung bestimmt. An S1 und S2 liegt je eine Negativ-Schaltspannung an. Das dazwischenliegende + führt zum Plusanschlus des Schaltmoduls (falls es, wie das Beier-RC-2 einen solchen besitzt) oder direkt zum Pluspol des Akkus. Auf "Akku" liegt die Spannung an, die den Motor zum Laufen bewegen soll, und an "Motor" wird logischerweise der Motor angeschlossen.

Die Platine dafür sieht so aus:

Zwei Relais nehmen die Umschaltung vor. Man könnte auch mehrere solcher Umpoler aneinander anreihen.

Aber Sebastian und mich hat nun zusätzlich etwas anderes umgetrieben: Wir wollten, daß die erfolgte Schaltung durch LED's angezeigt wird. Die 10'fach Platinen von Beier-Electronik (AKL-10-R 6 Volt und AKL-10-R-12 Volt)  haben dieses Feature. Sobald eines der Relais anzieht, leuchtet eine LED auf. Aber das sagt nichts über die Drehrichtung eines angeschlossenen Motors aus - man muss sich schlicht merken, welches der Relais für welche Drehrichtung zuständig ist. Und wenn man ein Memory programmiert hat und versehendlich beide Relais anziehen lässt, leuchten zwar beide dazugehörigen LED's, aber der Motor tut keinen Mucks. Kann er auch nicht...

Nein, was Sebastian und ich wollten, war eine echte Funktions- und Drehrichtungsanzeige. Der geschaltete Motorstrom selbst sollte es sein, der die LED's aufleuchten lässt.

Der Platinenentwurf dafür sieht so aus:

Versorgt werden sollten die LED's über zwei Konstantstromquellen (KSQ 1+2).

Die gefräste Platine sieht dann so aus:

Lötseite und

Bestückungsseite.

Und hier die fertig bestückte Platine.

Je nach gewählter Drehrichtung leuchtet entweder die eine oder die andere LED auf. Im Ruhezustand sind beide aus.

Falls nämlich der Motor selbst ausfällt, was ja mal vorkommen kann, hat man immer noch die Drehrichtungsanzeige und braucht nicht lange nach der Fehlerquelle zu suchen.

Die Materialkosten pro Platine belaufen sich auf etwas under 4 €. Arbeitsaufwand etwa eine Stunde (fräsen und löten).

Hier ein Angebot. Die Umpoler (beide Versionen) können sowohl als Bausätze zum selber Löten als auch als fertige Exemplare geliefert werden. Preise für beide Versionen müsste ich noch bei Sebastian erfragen, wären aber moderat (von Freunden für Freunde). Versand käme natürlich noch dazu.

[San Felipe]

Da melde ich doch direkt mal Interesse an. Besonders interessant für mich ist das man sich die Prop-Kanäle sparen kann und das sich z.B. die Drehung eines Turms (Geschütz oder Kran) mit einem Motor sehr viel leichter realisieren lassen würde als mit einem Servo. 

[Harald_to]

Da wäre ich doch auch dabei, sieht richtig gut aus !

[MiSt]

Es tut mir leid, aber ich möchte ein wenig auf die Euphoriebremse treten :-(.

Umpolschalter aus 2x UM lassen sich auf zwei Arten aufbauen, siehe Anhang. Leider ist hier die rote Version gewählt, die ich mit "unsafe" bezeichnet habe. Der Grund ist, dass der Akku kurzgeschlossen wird, wenn einer der Kontakte "klebt", also nicht mehr der Spule des Relais gehorcht.

Das kommt leider hin und wieder vor, deshalb greift man zur Variante "safe", die im Klebefall einfach nicht mehr korrekt funktioniert, aber nicht (keinesfalls, nie) den Akku kurzschließt.

Ein Redesign der Platine wäre im Zweifelsfall kein Hexenwerk.

 

[Thandor]

Kommt darauf an, wie das Relais intern aufgebaut ist. Es handelt sich hierbei um Relais, das zwei Pole gleichzeitig schaltet. Sind es intern zwei mechanisch unabhängige Schaltwippen, dann hast du recht. Handelt es sich im Relais um ene einzelne mechanische Schaltwippe kann der Fall nicht auftreten, da ja dann, wenn eine "klebt" beide blockiert sind.

Aber ja, ich werde mal schauen, wie ich das Platinenlayout umgebogen bekomme. Schließlich kenne ich den internen Aufbau nicht.

 

Edit:
Auf dem ersten Blick könnte sich die Änderung auch vorteilig auf das Routing auswirken...

Edited May 6, 2021 by Thandor

[San Felipe]

Ich gehöre ja eher der Fraktion an die erst einmal ein Youtube Tutorial sucht bevor man in der Lage ist eine Glühbirne einzuschrauben. Von daher kein Kommentar zum internen Aufbau einer solchen Schaltung. Ich muss am Ende nur wissen wo ich was anlöten muss. Macht nur bitte Meldung wann man es wo zu welchem Preis bestellen kann und legt mir um Himmels Willen eine ausführliche Anleitung bei. Einzig Kurzschlüsse beherrsche ich perfekt, wenn da mal einer Hilfe braucht, kein Problem. 

[Thandor]

So dann hier das Layout der Version 3.0.  Sollte jetzt die "sichere" Variante sein. Danke @MiSt für den Einwand.

Edited May 6, 2021 by Thandor

[Ralph Cornell]

Thandor meinte auch auf meinem Discord-Kanal, daß die Version 3 die beste sei - und daß er die Fräsdatei entsprechend umprogrammieren würde. Er sagte auch, die Grundplatine gäbe es im Achterpack. Die Relais sind, glaube ich, Zehnerpacks.

Und was das Beste ist: Die Takamisawu-Relais gibt es in 6 Volt und in 12 Volt-Ausführung. Wenn also einer von euch bestellen will, dann solltet ihr auch gleich die gewünschte Spannung angeben... Obwohl die Takamisawu 5 Watt bis zu 18 Volt Schaltstrom abkönnen. Ich habe die 5'er Version in meiner "Repsold" und betreibe sie mit 13,6 Volt (4SLiFePO). Bisher keine nachteiligen Folgen. Und die 5'er sprechen schon bei 5 Volt an. Das war einmal wichtig, weil die Urform des Umschalters an einem Benedini-Soundmodul betrieben wurde, das nur die normale Empfängerspannung durchschaltete..

[Thandor]

Also auf einer Basisplatine 100mm x160mm passen 8 Umpolschalter-Platinen. Die Bauteile Relais, KSQs, usw kann mann Stückweise im Handel beziehen.

[Ralph Cornell]

Die zehnfach-Platine von Beier-electronic ist noch kleiner - 80 x 100 mm. Aber das sind auch nur 10 Relais - also 5 mögliche Umpoler. Wenn ich das richttig verstehe, bringt es die Idee von @Thandor auf 16 Umpoler. Und das sollte wohl den meistten Ansprüchen genügen!

Und die Beier-Platine hat nicht das nette Feature, das Thandor und ich ausgeknobelt haben - die Drehrichtungsanzeige per LED, die gleichzeittig die Funktionsanzeige ist.

[Steinbeisser]

Von Moderator STEINBEISSER bearbeitet

Lasst diesen Thread bitte ausschließlich für die Entwicklung und Vorstellung des Teiles.

Für Angebote, es ohne große Gewinnabsicht abzugeben, bitte dort einen neuen Bericht aufmachen:

https://www.schiffsmodell.net/index.php?/forums/forum/170-von-modellbauern-für-modellbauer/

[Ralph Cornell]

@Steinbeisser Das ist die Absicht. Noch ist das (die) Teil(e) in der Entwicklung. Wir werden Deiner Richtlinie folgen, aber in diesem Thread darüber berichten.

[MiSt]

vor 34 Minuten schrieb Ralph Cornell:

 Noch ist das (die) Teil(e) in der Entwicklung. 

Dann möchte ich gerne noch ein paar Anmerkungen machen:

Das aktuelle Modul funktioniert so:

• der eine Schalter wählt die Drehrichtung vor
• der andere Schalter schaltet die Bewegung ein oder aus
• Beim Abschalten der Bewegung läuft der Motor in keine EMK-Bremse
• das hat den Vorteil, dass die Bewegung weich endet
• und den Nachteil, dass sie evtl. nachläuft bis dahin dass das gesteuerte Teil den Motor wegzieht (sollte selten vorkommen ...)

Alternativ könnte man die beiden Relais jeweils direkt von einem Schalter steuern lassen und beide im Verbund für die Umpolung nutzen

• dann bevorzugt am Sender ein Kippschalter (-taster) mit Mittelstellung
• die eine Kippschalterstellung aktiviert die eine Richtung
• die andere Kippschalterstellung aktiviert die andere Richtung
• Mittelstellung ist "keine Bewegung"
• beim Abschalten der Bewegung wird der Motor kurzgeschlossen (EMK-Bremse)
• das hat den Vorteil, dass er gar nicht, oder nur absolut minimal nachläuft, sowie maximale Haltekraft hat
• es gibt den weiteren Vorteil, dass man die Kontaktsätze jeweils parallel schalten kann ==> doppelte Schaltleistung
• und den Nachteil, das die Bewegung sehr hart stoppt, was u.U. zu hässlichem Nachschwingen führen kann (Geschützrohre, Feuerlöschkanonen)

Meiner Meinung nach sind beide Alternativen je nach Anwendungsfall bzw. Vorliebe beim HMI attraktiv.

• Das Feature mit der echten Funktionsanzeige lässt sich in beiden Fällen identisch realisieren
• Die Platine ließe sich vermutlich identisch groß layouten

Sehr cool für mich zu sehen, dass jemand Layouts fräst . Das habe ich zuletzt vor ~30 Jahren im Job genutzt. Ein superschnelles Prototyping ohne Chemie-Overkill, hat sich im professionellen Sektor dennoch nicht durchgesetzt. 

[Ralph Cornell]

vor 4 Stunden schrieb MiSt:

Dann möchte ich gerne noch ein paar Anmerkungen machen:

Das aktuelle Modul funktioniert so:

• der eine Schalter wählt die Drehrichtung vor
• der andere Schalter schaltet die Bewegung ein oder aus
• Beim Abschalten der Bewegung läuft der Motor in keine EMK-Bremse
• das hat den Vorteil, dass die Bewegung weich endet
• und den Nachteil, dass sie evtl. nachläuft bis dahin dass das gesteuerte Teil den Motor wegzieht (sollte selten vorkommen ...)

Alternativ könnte man die beiden Relais jeweils direkt von einem Schalter steuern lassen und beide im Verbund für die Umpolung nutzen

• dann bevorzugt am Sender ein Kippschalter (-taster) mit Mittelstellung
• die eine Kippschalterstellung aktiviert die eine Richtung
• die andere Kippschalterstellung aktiviert die andere Richtung
• Mittelstellung ist "keine Bewegung"
• beim Abschalten der Bewegung wird der Motor kurzgeschlossen (EMK-Bremse)
• das hat den Vorteil, dass er gar nicht, oder nur absolut minimal nachläuft, sowie maximale Haltekraft hat
• es gibt den weiteren Vorteil, dass man die Kontaktsätze jeweils parallel schalten kann ==> doppelte Schaltleistung
• und den Nachteil, das die Bewegung sehr hart stoppt, was u.U. zu hässlichem Nachschwingen führen kann (Geschützrohre, Feuerlöschkanonen)

Meiner Meinung nach sind beide Alternativen je nach Anwendungsfall bzw. Vorliebe beim HMI attraktiv.

• Das Feature mit der echten Funktionsanzeige lässt sich in beiden Fällen identisch realisieren
• Die Platine ließe sich vermutlich identisch groß layouten

Sehr cool für mich zu sehen, dass jemand Layouts fräst . Das habe ich zuletzt vor ~30 Jahren im Job genutzt. Ein superschnelles Prototyping ohne Chemie-Overkill, hat sich im professionellen Sektor dennoch nicht durchgesetzt. 

Nun ja, ich schrieb ja eingangs, daß die Umpoler vorwiegend für Aktuatoren vorgesehen sind. Getriebemotren sind im allgemeinen selbsthemmend, schon gar, wenn anstelle einer Zahnradanordnung ein Schneckentrieb zum Einsatz kommt - wie er z.B. die Spillköpfe meiner Ankerwinden an Bord der "Repsold" drehen lässt. Wobei nebstbei diese Drehung der zentralen Achse nur wenig mit dem Transport der Ankerkette zu tun hat. Diese Drehung hilft nur dabei, den Reibwiderstand der Umlenkrollen auf der Achse zu verringern - die Anker rauschen sicherer heraus. Wie gesagt, das nur nebenbei.

Das Nachlaufen eines Motors würde also nur vorkommen, wenn die Untersetzung sehr gering gewählt wäre oder gar kein Getriebe vorliegt.

EMK-Bremsen kommen vor allem in der Fliegerei zum Einsatz. (Klapp-)Propeller besitzen auch nach Abschalten des Stroms einen hohen Drehimpuls, und es sind entweder gar keine oder gering untersetzte Getriebe im Einsatz. Hier ist es in der Tat wünschenswert, den Motor elektrisch zu blockieren, um das "Windmilling" zu vermeiden, das hohen Luftwiderstand hervorruft.

Die Relais ziehen nur minimale Ströme, eine hohe Schaltleistung ist also nicht nötig, und wird auch durch die meisten Schalttmodule gar nicht möglich sein. Die Beier-Module bspw. liefern nur 1 A pro Ausgang und machen bei 1,3 A den Laden dicht, sie gehen in den Fehlermodus.

Was die geschaltete Leistung angeht, wird sie bei vielen Aktuatoren 60 mA kaum übersteigen.

Nichts für ungut MiSt. Du hast ganz recht mit Deinen Aussagen, nur heißt das m.M. nach mit Kanonen auf Spatzen schießen.

[Thandor]

Ralph, die Schaltleistung ist nicht die Leistung des Steuerstromes sonder die Leistung der geschalteten Last. Was @MiStschreibt klingt interessant für ein alternatives Modul. So würde ich dann beide Versionen nebenläufig entwickeln. Also ein Modul mit und eines ohne EMK-Bremse. Somit bleibt das ohne EMK funktionskompatibel zu alten Bausteinen, die Ralph selber gebaut hat und das Modul mit EMK ist dann für die etwas gehobenen Ansprüche...

Die Relais (NA 05W K) können ja bei 250V Ac bis 2A Schalten, was 500 Watt entspricht. Da könnte mann ja schon einiges an Motoren anschließen wollen. Wobei hier mann noch die Dicke der Leiterbahnen berücksichtigen muss.

Mal schauen, wann ich dazu komme die Version B (mit EMK) zu desingen. Vorläufig möchte ich mich auf Version A (ohne EMK) konzentrieren.

[Ralph Cornell]

@Thandor ich will Dir wirklich nicht was madig machen, und es freut mich unheimlich, daß Du Dich so reinhängst. Aber Du willst ja ohnehin erstt einmal Version A (MiSt 3) fertigmachen, und das kann ich nur loben. Für die meisten Ansprüche dürfte es genügen. Meine sowieso! Erinnere Dich, wie es begonnen hat... Ich habe Dir das Urmuster gegeben und Dich gefragt, ob Du dafür eine Platine fräsen könntest, weil das Löten auf Experimentierplatinen so mühsam ist, und Lötfehler kommen vor.

Was daraus geworden ist... und eure Reaktionen... Das ist schon jenseits von allem, was ich erwartet habe. Ich sehe der Zukunft mit Freude und Interesse entgegen.

[MiSt]

Zur weiteren "Abrundung" dieser Thematik möchte auf dieses sehr preiswerte IC verweisen:

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/l293d.pdf?ts=1620460614285&ref_url=https%3A%2F%2Fwww.ti.com%2Fproduct%2FL293D

Der L293(D) beinhaltet in einem 16-poligen Nicht-SMD-Gehäuse (also für Normalsterbliche lötbar ... und ein Layout wäre vermutlich fräsbar, da 2.54'er Spacing) 4 Halbbrücken. Es kann angeblich 1.2-2A (je nach Version, mehr als 0.5A würde mich aber nicht "trauen" in der Realität) und bis zu 36V. Der Logikteil wird aus den 5V des Empfängers versorgt, mit 7V als Obergrenze, also "tolerant"  gegen 6V-Versorgungen des Empfängers.

Damit - ein IC - kann man zwei Motörchen mit geringer Stromaufnahme umpolen. Dabei lässt sich gemäß der Wahrheitstabelle auf Seite 11 sogar komfortabel zwischen den Betriebsarten wählen, die ich oben gegenübergestellt habe:

existierend auf Relais-Basis:

• Schalter 1: Drehrichtung vorwählen
• Schalter/Taster 2: Motor ein/aus
• keine Bremse 

alternativ vorgeschlagen auf Relais-Basis:

• Schalter/Taster mit Mittelstellung für vorwärts/stop/rückwärts
• Bremse

darüber hinaus:

• Bremse ja oder nein kann unabhängig vom Bedienkonzept gewählt werden (tbc was den Aufwand betrifft, z.B. in Form von Jumpern, für beide Bedienkonzepte, müsste man halt ausentwickeln)

[Thandor]

Hier nun die Version 3B (mit Bremse, wenn ich alles richtig gemacht habe...)

@MiSt wärst du so lieb die Schaltung zu validieren?

Passt das so?

 

Hier noch ein Bild vom Layout:

Wenn ich irgend wann mal wieder richtig Zeit habe, werde ich dann mich nochmal dran setzen und eine kombinierte Version desingen (also wahlweise mit oder ohne Bremse).

 

Edited July 8, 2021 by Thandor

[MiSt]

Ich denke, die Schaltung würde funktionieren (ich habe ein paar Szenarien gedanklich durchgespielt), aber ich hätte einen Gegenvorschlag, bei dem ich Vorteile sehe (dieselben Relais sind verwendet):

1. obige Schaltung hat immer vier Kontakte im Pfad vom Akku zum Motor, bzw. von GND zu GND im Fall der Bremse
2. mein Gegenvorschlag hat nur zwei Kontakte im Pfad vom Akku zum Motor, und die sind jeweils noch parallel mit zwei weiteren ==> die Betriebssicherheit ist also um ein Mehrfaches höher, sowie auch die Belastbarkeit verdoppelt

Zur Funktion:

• in der gezeichneten Stellung der Relaiskontakte (Ruhekontakte) liegen beide Motorpole auf GND (= Bremse)
• wenn das linke Relais anzieht, liegt der Motor links auf Plus und rechts nach wie vor auf GND ==> Lauf in die eine Richtung
• wenn das rechte Relais anzieht, liegt der Motor rechts auf Plus und links nach wie vor auf GND ==> Lauf in die andere Richtung
• wenn beide Relais anziehen (... würden, ist bei einem Kippschalter mit Mittelstellung im Sender nicht möglich), liegen beide Motorpole auf Plus (= Bremse)

 

Edited July 8, 2021 by MiSt

[Thandor]

Danke @MiStfür deine kompetente Hilfestellung.

Ich habe mich jetzt mal hingesetzt und die neue Platine, nach deinem Vorschlag, entworfen. Die Schaltung gefällt mir deutlich besser als meine.

Die Plusleitung (rot) liegt an den, im Ruhezustand, offenen Kontakten der Relais. Die Minusleitung an den geschlossenen Kontakten. Die Mittelkontakte gehen zum Motor. Über die LEDs wird der aktuelle Schaltstatus angezeigt. Der Kondensator C1 wird für die beiden KSQs benötigt. Die KSQs sorgen für den richtigen Strom für die LEDs.

[Ralph Cornell]

Und... die Zeit bleibt nicht stehen. Hier ist die wahrscheinlich letzte Version des Umpolers mit Betriebsanzeige. Erst einmal das Layout:

Freund Thandor war auch fleißig und hat nicht nur die Platinen gefräst, sondern auch gleich drei davon bestückt. Dies ist die 12 Volt Version:

Oben die nackten Platinen und die Bauteile. So in etwa würde der Bausatz zum selberlöten aussehen.

Bei den fertigen Exemplaren sieht man oben den dreipoligen Eingang - Mitte + und außen die beiden -, so, wie sie von einem Schaltmodul kommen würden. Unten links der Eingang für die geschaltete Spannung, die frei wählbar ist - aber die KSQ's für die LED's vertragen, glaube ich, nur 50 Volt. Das wird aber, so denke ich, nur in den seltensten Fällen vorkommen. Rechts unten der Motorausgang. Der Eindruck der Dreipoligkeit täuscht - der mittlere Pin ist nicht beschaltet.

Was die Preise angeht, muss ich Thandor noch fragen. Wie schon gesagt, sie würden "von Freunden für Freunde" sein.

[Ralph Cornell]

Hier seht ihr eines der Module an der Arbeit.

Das ist noch nicht der Weisheit letzter Schluss. Thandor will die Fräsdateien noch einmal überarbeiten, denn, wie ich leider zugeben muss, das Löten ist etwas problematisch. Die Lötpunkte sind klein und man kommt leicht mit dem Lötkolben auf den benachbarten Platinenteil, womit sich eine Lötbrücke ergibt, die alles zunichte macht. Ist mir, wie ich zu meiner Schande gestehen muss, auch schon passiert.

Bei der nächsten Version werden die Abstände zwischen den Leiterbahnen größer sein.