Die Funkfernsteuerung

Die Funkfernsteuerung (engl. radio control oder RC) beruht auf dem Einsatz von Funksignalen zur Steuerung einer technischen Vorrichtung aus der Ferne. Der Begriff wird meist verwendet, um die Steuerung von Modellautos, -booten, -flugzeugen oder -hubschraubern mit einem vom Piloten betätigten Steuergerät zu bezeichnen.

Geschichte

Nikola Tesla führte bereits 1898 in New York ein funkferngesteuertes Schiffsmodell vor und ließ sich diesen Entwurf einer Funkfernsteuerung patentieren.

Funkfernsteuerung im II Weltkrieg

Man benutzte ferngesteuerte Seezielflugkörper und Flugabwehrraketen für den Einsatz gegen Schiffsverbände und für weite Entfernungen die A4-Rakete.

Rheintochter R1: 2-stufige deutsche Flugabwehrrakete

Rheintochter R1: 2-stufige deutsche Flugabwehrrakete

Zweistufig ferngelenkte Flugabwehrrakete Länge: 6m Startmasse: 1750kg Vmax: 360m/s Gipfelhöhe: 6000m Triebwerk (Startstufe): Schub: 74kN (7500kp) Brenndauer: 0,6sOberstufe: Schub: 157kN (16000kp) Brenndauer: 2,5sSprengladung: 25kg

Rheintochter R1: 2-stufige deutsche Flugabwehrrakete

1942 wurde Firma Rheinmetall-Borsig mit der Entwicklung leistungsstärkerer Mehrstufenraketen beauftragt, die als Fla-Rakete die zur erfolgreichen Bekämpfung alliierter Bomber erforderliche Höhe erreichen konnte. Die Versuche wurden jedoch Ende 1944 wegen Materialmangel weitestgehend eingestellt.

Rheintochter R1: 2-stufige deutsche Flugabwehrrakete

Gesteuert wurde die Rakete über Funkimpulse vom Boden aus. Die Elektronik für die Flugkörperlenkung war im vorderen Flugkörperdrittel untergebracht. Als Antenne diente dabei die Aluminiumverkleidung der Tragflächen. Von dieser Variante, die eine Brennschlussgeschwindigkeit von 360 m/s erreichte, wurden bis November 1944 etwa 50 Starts von einer umgebauten 8,8-cm-Flak-Lafette aus durchgeführt.

Rheintochter R1: 2-stufige deutsche Flugabwehrrakete

Rakete A4

Rakete A4

Technische Daten Lange: 14,03m Durchmesser: 1,65m Flossenspannweite: 3,65m Leermasse: 4000kg Startmasse: 12900kg Treibstoff:

Alkohol/Flüssigsauerstoff Sprengkopf: 1000kg Schub 252kN (25170kp) Brenndauer: ca. 60s Vmax: 1500m/s (5400km/h) Gipfelhöhe: 80km Flugdauer: 320s Reichweite 300km

Da der gesamte Flug bei einer Reichweite von 250-300 km nur 5 Minuten dauerte, gab es keine Abwehrmöglichkeit gegen diese Waffe.

Rakete A4

Aggregat 4 (A4) war die Typenbezeichnung der ersten voll funktionsfähigen Großrakete. Bekannt wurde diese Boden-Boden-Rakete unter dem ihr von Joseph Goebbels im Oktober 1944 gegebenen Propagandanamen Vergeltungswaffe 2, kurz „V2“; die Starteinheiten von Wehrmacht und SS nannten sie schlicht das Gerät.

Sie gilt außerdem als erstes von Menschen konstruiertes Objekt, das die Grenze zum Weltraum (nach Definition der FAI mehr als 100km) durchstieß. Entwickelt wurde das Aggregat 4 von einer Gruppe von Wissenschaftlern und Ingenieuren um Wernher von Braun, dem Technischen Direktor der Heeresversuchsanstalt Peenemünde.

Rakete A4Steuerung Vier Strahlruder aus Graphit direkt im

Gasstrom und die vier Leitwerke sorgten für die Stabilisierung im Flug. Sie wurden über Servomotoren bewegt, welche ihre Steuerinformationen von den zwei Gyroskopen in der Raketenmitte erhielten. Ein Kreisel war für die Querruder-Achse und der andere für die Seiten- und Höhenruder-Achse zuständig. Wenn die Rakete vom eingestellten Kurs abwich, wurde das von den Gyroskopen registriert und die Servomotoren der Strahlruder und Leitwerke zur Korrektur des Kurses angesteuert.

Graphit-Ruder, das im Abgasstrahl des Raketentrieb-werks bei der ge-ringen Geschwin-digkeit beim Start wirkte und die Rakete beim Auf-stieg stabilisierte.

Das Leitwerk der A4-Rakete mit den vier Steuerflossen. Rechts sichtbar: der Ketten-antrieb der ferngesteuerten Rudermaschine. Die vier Ruder am Leitwerk konnten die Rakete im Flug in allen Richtungen stabilisieren.

Rakete A4

Die beim Start eingestellte Zeitschaltuhr sorgte dafür, dass der Neigungswinkel der Kreiselplattform nach drei Sekunden Brennzeit so verändert wurde, dass die Rakete aus der Senkrechten in eine geneigte Flugbahn überging. Der Neigungswinkel war so eingestellt, dass sich je nach zu erzielender Entfernung eine entsprechende Flugbahn ergab. Vor dem Start musste die Rakete auf ihrem Starttisch exakt senkrecht gestellt und so gedreht werden, dass eine besonders markierte Flosse in Zielrichtung zeigte.

Rakete A4

Dieser Steuerkreisel war im Geräteraum der A4 als Kommandogeber untergebracht.

Er wurde als Vertikant bezeichnet und regi-strierte Abweichungen der Rakete um die Gier-(auch Hoch- oder Vertikalachse) und Längsachse. Der Abgriff der Winkeländerung erfolgte über 2 Potentiometer.

Rakete A4

Zur Erzielung einer größeren Zielgenauigkeit konnte die Rakete auch mit einer Leitstrahl-Bodenanlage gesteuert werden, deren Leitstrahlebene der Rakete im Flug folgte.

Entwicklung bis heute

Seit etwa 1965 gibt es komplett elektronisch gesteuerte Proportionalanlagen, bei denen jedes Ruder genau dem Ausschlag der Knüppelbewegung am Sender folgt. Die Proportionalanlagen sind seit ihrem Erscheinen immer weiter bis zur Computeranlage verfeinert worden, an der prinzipiellen Funktionsweise hat sich seither jedoch bis heute nichts geändert.

Komponenten einer Funkfernsteuerung

Sender Empfänger Regler Servo

Komponenten einer Funkfernsteuerung im RC-Auto

Funktionsweise

Sender gibt Signale in Form von elektromagnetischen Wellen ab

Diese "Wellen" oder Signale werden vom Empfänger aufgenommen.

Diese Befehle werden durch den Servo und den Regler in eine mechanische Bewegung umgesetzt .

Wie funktioniert die Funkfernsteuerung?

Die Stellung der Hebel wird am Sender intern durch Potentiometer oder Schalter abgenommen und in ein elektrisches Steuersignal umgesetzt und auf die Sendefrequenz moduliert.

Ein Potentiometer ist ein elektronisches Widerstandsbauelement, dessen Widerstandswerte mechanisch (durch Drehen oder Verschieben) veränderbar sind.

Digital-proportionale Übertragung bedeutet, dass das Steuersignal ein Digitalsignal ist, das wiederum die Stellung der Steuerhebel direkt proportional kodiert.

Wie funktioniert die Funkfernsteuerung?

Funkfernsteuerungen arbeiten mit Pulslängenmodulation

Eine 8-Kanal Funkfernsteuerung sendet nacheinander 8 Impulse aus und beginnt dann nach einer Pause von vorn. Die 8 Impulse stehen für die 8 Fernsteuerkanäle K1 ...K8, die eine normale Fernsteuerung maximal unterstützt. Die Länge der einzelnen Impulse enthält die Kanalinformation

Wie funktioniert die Funkfernsteuerung?

Jeder Impuls ist zwischen 1 ms und 2 ms lang. Knüppelmittelstellung entspricht einer

Impulslänge von 1,5 ms. 1ms und 2ms sind der jeweilige Maximalausschlag

Wie funktioniert die Funkfernsteuerung?

Der Empfänger empfängt die vom Sender abgegebene Impulsgruppe. Dieses aufgenommene Signal wird nun verstärkt und demoduliert. Dadurch wird das Steuersignal zurückgewonnen. Er verteilt nun die 8 Kanalimpulse auf 8 separate Ausgänge.

An diesen Ausgängen können mechanische Rudermaschinen (Servos) oder elektrische Regler, Steller oder Schalter zum Einsatz kommen.

Wie funktioniert die Funkfernsteuerung?

Jeder Ausgang enthält also eine Signalleitung, die einmal in 20 ms einen Impuls von 1 bis 2 ms Länge führt.

Was macht ein Servo?

Ein Servo wandelt den Wert der Steuerfunktion in eine proportionale mechanische Bewegung um. Ein Potentiometer misst den Ist-Wert, der mit dem von Sender vorgegebenen Soll-Wert verglichen wird. Der Motor wird nun angefahren, bis der Soll-Wert erreicht ist. Durch die andauernde Nachregelung wird die Position auch bei Belastung gehalten.

Was macht ein Regler?

Elektrische Steller/Regler wandeln den Wert der Steuerfunktion in ein proportionales elektrisches Signal für einen Verbraucher (meist Elektromotor) um. Für leistungsstarke Elektromotore wird meist die Versorgungsspannung mittels eines elektronischen Leistungsschalters (Transistor) pulsweitenmoduliert. Regler unterscheiden sich durch eine eingebaute Regelschleife. Das elektrische Signal des Verbrauchers wird hierzu durch eine Regelelektronik derartig nachgeregelt, dass eine Kenngröße des Verbrauchers (z. B. Drehzahl des Elektromotors) unabhängig von Umgebungseinflüssen (z. B. Veränderung der Versorgungsspannung, mechanische Belastung) proportional zur Steuerfunktion ist.

RC Auto in 1:18

RC Auto in 1:18

56mph = 90kmh mit einem Auto in 1:18

Manipulatoren

Manipulatoren sind den meisten wohl durch das Kino bekannt. Bei einigen Filmen sieht man Menschen in Maschinenanzügen die synchron den Bewegungen des Menschen im inneren folgen oder den Menschen unterstützen. Dabei wächst die Leistungsfähigkeit des Menschen im inneren um ein vielfaches.

Manipulatoren im Film

Bsp.: „AVATAR“- Mobiler Panzeranzug (MPA)

Manipulatoren im Gefahrenbereich

Eine wichtige Aufgabe für Manipulatoren sind Prüfungs-, Reparatur- und Wartungsarbeiten in Bereichen wo es für einen Menschen zu gefährlich ist, wie z.B. in Kernkraftwerken.

Ein Beispiel für solche Geräte ist der Pegasys- Roboter zur Prüfung von Dampferzeugerrohren. Nach Einbringen in den Rohrboden des Dampferzeugers positioniert er sich selbstständig auf die zu prüfenden Dampferzeugerrohre. Gleichzeitig können mehrere Dampferzeugerrohre mit Prüfköpfen komplett befahren und geprüft werden. Ebenso können Reparaturen, wie das Verschließen von Rohren mit Leckagen, ausgeführt werden. Danach klettert der kleine Roboter selbstständig zur nächsten Prüfposition.

Manipulatoren im Gefahrenbereich

Pegasys- Roboter

Manipulatoren im Alltag

Manipulatoren erleichtern heute in vielen Industriebereichen die körperliche Arbeit. Mann nennt sie auch „Handlingsysteme“.

Manipulatoren im Alltag