Vom Servo zum Getriebemotorzu was man ein Servo sonst noch verwenden kann beschrieben in einem Beitrag Martin von Elässser
Servo als Umlaufwinde==>In der Modellwerft 01/00 hat uns Reinhard Leussink
ausführlich beschrieben, wie man den Drehwinkel
eines Servos bis auf 270 Grad erweitern kann. Ich
möchte nun beschreiben, wie man aus einem Servoeinen preisgünstigen, kompakten und kräftigen
Getriebemotor ´zaubern´ kann.
Ein Servo besteht prinzipiell aus einem Getriebemotor mit einer
Antriebsrückmeldung via Potentiometer an eine Regelelektronik. Entfernt man
diese Regelung, so wird aus einem Servo wieder ein simpler Getriebemotor, deraber durch seine hohen Fertigungsstückzahlen in der Regel preisgünstiger kommt
als mancher reine Getriebemotor. Vorausgesetzt die Abtriebsdrehzahl paßt zur
vorgesehenen Anwendung.
Bild 1: Einbau im Modell, siehe auch
Baubericht "Colin Archer" ==>Vorweg einige Anwendungen,für die solch ein Antrieb geeignet ist.
In Bild 1 dienen zwei Servo-Getriebemotoren als
Umlaufwinden für die Segelverstellung auf der ´Colin
Archer´ von Billing Boats (siehe Umlaufwinden für die Segelverstellung auf
der "Colin Archer"von Billing Boats (siehe auch Artikel in MW 6/98).
Bild 2 - Die Getriebemotoren wurden dazu mit je einer Seiltrommel mit zwei
Kammern sowie zwei Endschaltern versehen. Die Ansteuerelektronik der Servos
wurden weiter verwendet, sie befinden sich nun auf einer separaten
Steckleiterplatte auf dem Geräteträger.

Bild 2: Ansteuerelektronik auf SteckleiterplatteBild 3: Anwendung am Bordkran

Ein weiterer Anwendungsfall stellt ein zu einer Winde umgebauter Mikro-Servodar. Er dient in einem Container-Bordkran der Ausleger-Verstellung, dieAnsteuerelektronik wurde nicht weiter verwendet, sondern durch eine
Relaisschaltung ersetzt, die auch im stromlosen Zustand den Motor bremst und ein
Absenken des Auslegers durch sein Eigengewicht verhindert.
Aus diesen beiden Beispielen können sie sicher viele weitere Einsatzmöglichkeiten
ableiten.
Nun zum UmbauooMit einem feinen Kreutzschlitz-Schraubendreher entfernen wir die vierServo-Befestigungsschrauben und ziehen dann den Servoboden ab.
Mit einem Lötkolben mit einer feinen Spitze löten wir die Kabel am Motorund am Servo-Potentiometer ab. Das Anschlußschema der Kabel bittenotieren!

oBild 4: Deckel abgenommen,
Elektronik entfernt
==>
oooo

Die Servoelektronik können wir nun entfernen
und entweder später für die Ansteuerung weiterverwenden oder in die Ersatzteilkiste entsorgen.
Nun ziehen wir vorsichtig die obere Servoabdeckung ab. Die Zahnräder desGetriebes sind jetzt zugänglich. Wir sollten uns genau die Zuordnung derZahnräder merken (Skizze) und darauf achten, keine der kleinen Stahlwellen
zu verlieren.
Jetzt ziehen wir Zahnrad für Zahnrad von den wellen ab und suchen
dasjenige Zahnrad, das einen Drehanschlag hat. Es ist meist dasAbtriebszahnrad. Der Drehanschlag verhindert, daß der Servo mehr als 270
Grad am Abtrieb drehen kann und damit das eingebaute Potentiometerbeschädigt.
Diesen Anschlag müssen wir entfernen.

oBild 5: Anschlag eines Standart-Servos.
==>oooDer Anschlag wird entweder mit einer Feile,einer feinen Laubsäge oder einem kleinen
Fräser auf einer Minibohrmaschine entfernt.
Weiterhin muß der Servo-Potentiometerausgebaut werden. Bei den Standard-Servos ist er meist nur eingeklippst undkann einfach nach unten herausgedrückt werden.
In Bild 6 wurde die Servo-Elektronik sowie der Potentiometer bereitsausgebaut, das neue Motorkabel und der Entstörkondensator angelötet.

oo

Bei den Mikroservos geht das nicht so einfach. Hier dient diePotentiometerachse oft gleichzeitig auch als Getriebeachse. Aber auch diesläßt sich lösen. Wir müssen nur die Kunststoff-Abdeckung des Potischleifers
mit einer spitzen Zange von unten entfernen und dann den Blechanschlag
des Schleifers soweit hochbiegen, daß sich die Achse frei drehen kann.
Nun wird der Servo, der jetzt eigentlich keiner mehr ist wiederzusammengebaut. Zuerst wird das Getriebe
wieder montiert. Dabei ist darauf zu achten, daßsich das Getriebe ohne zu haken durchdrehen
läßt und sich keine Späne vom entfernten
Anschlag eingenistet haben.

oBild 6: Anschlag eines Mirko-Servos.
==>ooooooooo

Nun die Getriebeabdeckung aufsetzen.
Am Motor löten wir ein zweipoliges Kabel an, über das wir die Einheit
zukünftig versorgen wollen.
Ein kleiner 47-nF-Keramik-Kondensator zwischen den Polen des Motors
dient der Funkentstörung.
Nach dem Aufsetzen des Bodendeckels schrauben wir die Einheit wieder zu- fertig.
Zum Test schließen wir das Motorkabel an eine 4,8 oder 6 Volt-Batterie anund prüfen den Rundlauf.
Gibt es Probleme, wieder auf damit und Getriebe reinigen bzw. entgraten.
Elektrische Steuerung
Die Ansteuerung des neu geschaffenen Getriebemotors kann auf
verschiedene Arten erfolgen. Die eleganteste Methode ist, die zuvor
ausgebaute Servoelektronik als Motorregler zu verwenden.
Dazu werden die Motorkabel an die Motoranschlüsse der Regelelektronik
angelötet und das Servokabel entweder am Empfänger angesteckt oderverlötet
Auch das Potentiometer muß wieder angeschlossen werden. Konnte er imFalle eine Mikroservos nicht ausgebaut werden, nehmen wir einfach an
dessen Stelle einen 5-kOhm-Trimmpotentiometer. die Potentiometerachse
wird einfach auf eine Mittelstellung eingestellt und dient zukünftig als
Nullstellungs-Ausgleich
In Schaltung 1 ist das Ganze skizziert. durch diese Art der Ansteuerung
haben wir nun einen Getriebemotor, dessen Abtriebsdrehzahl proportional
zum Knüppelstellung in beide Richtungen dreht. Funktions-Modellbauer
was willst du (für unter 15.- €) mehr?

Schaltung 1ooo

EMK-Bremse
Und es gibt noch mehr: Soll der Getriebemotor als Winde eingesetzt werden,
ist es oft sinnvoll, das die Winde im Stillstand blockiert ist. Wir können uns
dazu der elektromotorischen Bremskraft (EMK) bedienen.Um deren
Wirkung zu begreifen machen wir ein kleine Experiment:
Nehmen Sie irgend einen Elektromotor, dessen Welle sie mit den Fingern
drehen können
Ist an dem Motor nichts angeschlossen, läßt sich die Welle leicht drehen.
Nun schließen sie den Motor mit einem Kabel zwischen den beiden
Anschlüssen einfach kurz (keine Angst, es kann nichts passieren)
Nun läßt sich die Welle nur noch mit sehr viel Kraftaufwand drehen.
Was steckt dahinter? Jeder Gleichstrommotor läßt sich auch als Generator
verwenden.
Er gibt beim mechanischen Drehen eine elektrische Energie ab.
Schließen wir diese Energieleistung gleich wieder kurz, so wir der Motoreben um diese Energie abgebremst.
In Schaltung 2 ist eine mögliche Ansteuerung für solch eine gebremste
Anwendung dargestellt.
Wir benötigen dazu zwei umpolende Relais.

Schaltung 2

jedes Relais wird dabei von einem Schaltkanal betätigt. Sind beide Relais inRuhelage, ist der Motor über Masse kurzgeschlossen.
Wird ein Relais angesteuert, dreht der Motor. Je nach angesteuertem Relais
dreht er (Konstant) in die eine oder andere Richtung
Werden beide Relais betätigt, bleibt der Motor ebenfalls gebremst stehen, daer ja nun über die Versorgung kurz geschlossen ist.
Sehr einfach, aber wirkungsvoll. Und der Motor bleibt auch bei
ausgeschaltetem Modell gebremst, was bei einer entsprechenden FETBrücke nicht der Fall wäre.
oSchaltung einer Umsteuerung==>oOptional habe ich in Schaltung 1 und 2 auch nochdie Beschaltung für die eventuellen
Endlagenschalter mit angegeben.
Sie ist rasch erklärt.
Befindet sich der Antrieb im Arbeitsbereich, sindbeide Endlagenschalter geschlossen, der Antrieb kann in beide Richtungendrehen.
Erreicht der Antrieb eine Endlagenposition, so wird der entsprechende
Kontakt geöffnet. Die sperrende Diode verhindert einen weiteren Stromfluß
in den Motor, der Motor bleibt stehen.
Erst wenn die Motorspannung umgepolt wird leitet die Diode und derAntrieb wird kann dabei wieder aus der Endlage bewegt werden.

oDrehmomentbegrenzung
Nun haben diese Servo-Getriebemotoren ja ein ganz beachtliches
Drehmoment am Abtrieb. Das bedeutet, daß so ein Antrieb im Zweifelsfall
so viel Kraft aufbringt, daß es die Funktionsmechanik oder er sich sogar
selbst beschädigen kann (Zahnausfall).
Aber auch das läßt sich mit Hilfe von ein wenig Elektronik elegantverhindern.
Die Lösung lautet: `Drehmomentbegrenzung`.
Das Grundprinzip ist wieder recht einfach zu verstehen: Je höher dasabgegebene Drehmoment eines Motors ist, desto höher ist der aufgenommen
Strom (bei konstanter Spannung).
Begrenzen wir nun diesen Strom, kann auch das Drehmoment nicht weiteransteigen, dem Motor `geht die Puste aus`.

oooSchaltung 3 zeigt solch eine Strombegrenzung, ausgelegt für eine
Strombelastung von maximal 1 Ampére.
Die Schaltung
erfüllt gleichzwei
Aufgaben.
Zum Einen
begrenzt siedenentnehmbaren
Strom, zum
Anderen kannmit ihr ineinem weiten
Bereich dieMotorspannung - und damit
die Motordrehzal - eingestellt werden.

oSchaltung 3: Strombegrenzung==>ooo

Optional habe ich in Schaltung 1 und 2 auch noch die Beschaltung für die
eventuellen Endlagenschalter mit angegeben.
Kern des ganzen ist der Spannungsregler-IC U!, bestehend aus dem LM317.
Mit dem Spannungsteiler R% und P! wird die Ausgangsspannung +V
eingestellt.
Für unseren Servo-Getriebemotor sollten es aber bitte nicht mehr als 6 Voltsein, sonst geht die Lebensdauer des Motörchens arg zurück.
Die beiden Transistoren Q1 und Q2 bilden zusammen mit dem
Meßwiderstand R1 die Strom- und damit Drehmomentbegrenzung.
Der Motorstrom erzeugt an R1 eine Spannung. Überschreitet dieseSpannung ca. 0,65 V, so beginnt Q1 zu leiten und mit ihm Q2.
Das wiederum bewirkt, daß die Ausgangsspannung für den Motor reduziert
wird. Und damit geht auch das Drehmoment zurück.
C2 verhindert dabei Regelschwingungen.
Bei welchen Drehmoment die Begrenzung einsetzen soll, müssen Sie selbstermitteln. Dazu schließen wir die Schaltung an eine Stromversorgung(6...18V) an,Schließen R1 erst einmal kurz (Drahtbrücke), drehen P1 auf Null undschließen den Motor an +V und Masse an.
Erhöhen sie nun mit P1 die Ausgangsspannung so lange, bis der Motor unter
Last das gewünschte maximal Drehmoment erreicht hat.
Mit einem Ampéremeter messen wir nun den vom Motor aufgenommenen
Strom.

ooooooo

Mit einem Taschenrechner teilen wir 0,65 V durch diesen gemessenen Strom(es geht auch von Hand oder im Kopf).
Heraus bekommen wir den Wert Rx für den Widerstand R1.
Den Widerstand R1 mit dem Wert Rx löten wir nun in die Schaltung undstellen mit P1 die Ausgangsspannung (ohne Last) auf einen gewünschten
Wert ein, in der Praxis ca. 6 Volt
Die Schaltung begrenzt nun, unabhängig von der eingestellten
Ausgangsspannung, den Strom auf den ermittelten Wert.
Ob der IC U1 einen Kühlkörper benötigt hängt von dessen Belastung ab.
Fahren Sie einfach den Motor ein paar Mal unter Vollast und prüfen Sievorsichtig mit dem Finger die IC-Gehäuse-Temperatur. Wird es heiß, sollteein kleiner Kühlkörper montiert werden
Da die meisten Anwendungen aber keine Dauerbelastung sind, ist ein
Kühlkörper in der Regel nicht notwendig
Um die Rechnerei für Rx zu ersparen, hier in einer kleinen Tabelle einige
Richtwerte (in Klammern die Normwerte)
Strom: Rx
100 mA: 6,5 (6,2) Ohm
200 mA: 3,25 (3,3) Ohm
300 mA: 2,16 (2,2) Ohm400 mA: 1,65 (1,5) Ohm