S29

Kurzbericht im Protokollstil

März 2001 die S29 ist ein 2. Mal vom Stapel gelaufen.

Zuvor schlagartige Funktionsunfähig in der Badewanne. Bei der 2. Testfahrt mit Fernsteuerung unter Wasser liegengeblieben. (Schock für den Erbauer, hätte ich nie für möglich gehalten)
Zum Glück, vor dem Stapellauf am Teich (tiefste Stelle 32 Meter).

Das Problem war der Empfängerakku (1200mAh NiMH), dieser kippte während seiner Entladung schlagartig in seiner Spannungslage ab (4.8 auf 2 Volt).

Also wurde zur Sicherheit eine zusätzliche Akku-Weiche eingebaut, die den Empfängerakku bei Unterspannung unterstützt.

Auf den Bildern sieht man den Retter in der vorderen Turmhälfte (ein weisser Tischtennisball an einer 15 Meter langen Leine, die auf einer Winde aufgewickelt ist). Ferner befindet sich ein kleiner Lautsprecher innerhalb des Turmes für die akustische Wassereinbruch-, bzw. Anlagenausfall- Alarmierung.

Das ursprüngliche Bleigewicht wurde mit der Bogensäge in mühevoller Kleinarbeit bis auf ein paar hundert Gramm heruntergeschnitten.

Die Trimmarbeiten sind immer etwas müssig.
Der Tauchbeutel wurde mehrfach verlagert, nun sitzt die Zahnradpumpe mit dem Magnetventil im Bugbereich auf einem Zwischenboden über dem vorderen Servo und die Wasserlast lagert auf den beiden Antriebsakkus. Es hat sich wieder einmal gezeigt, das der Ballasttank im Schwerpunkt, d.h. in der Mitte des Rumpfes, am problemlosesten funktioniert.
Zwei Bleigel-Akkus 6V/3,4 Ah liegen im tiefsten Punkt des Rumpfes. Beide sind parallelgeschaltet und an einem Pol mit einer 20A KFZ Sicherung abgesichert.

Der Antrieb ist mit seinem Getriebe erhalten geblieben, nur ein Plexiglas Bord wurde gegen eine stabile Alu Platte ersetzt. Darauf folgt nun, auf vier Stehbolzen aufgesetzt, eine weiterer Plattform für den Empfänger, die Pumpensteuerung und den Fahrregler. Die Steuerservos für die Heckruder wurden in die Alu Platte eingesetzt und sitzen mit ihren Ruderarmen unter der Elektronik Plattform. Die Leistungselektronik für den Motor befindet sich im Heck, direkt neben dem Antriebsmotor.
Es geht hier überall äusserst eng zu. Das Einschalten des Empfängers geschieht mittels der Gewindestange des Kontrollverschlusses, die einen hinter der Kontrollbohrung befestigten Mikroschalter, betätigt.
Die Durchführung zu den hinteren Tiefenrudern ist mit einem Faltenbalg wasserdicht verschlossen. Hier befindet sich auch der Wassereinlass für den Tauchbeutel.

Die Fahreigenschaften:

Das Gegendrehmoment des Motors ist durch den Einschraubenantrieb extrem stark spürbar, dieses führt zu einer starken Kränkung des Bootes bei hoher Beschleunigung.
Verstärkt wird diese Drehbewegung durch die lange (ca. 60cm) Antenne.

Die Tiefenruder, zumindest die vorne am Bug, sind eigentlich überflüssig, besser wäre eine, in allen Lagen steuerbare Kortdüse. Da diese schon vorhanden ist, müsste sie nur noch kardanisch aufgehängt und entsprechend angelenkt werden.

Das statische Tauchen klappt mittlerweile recht gut, leichte Hecklastigkeit zu Beginn des Abtauchens wird danach durch eine leichte Kopflastigkeit kompensiert.

Man ist durch den U25 Nachbau doch etwas verwöhnt.
Der Rohraufbau ist doch um einiges komplizierter zu bewerkstelligen, als ein Deckelaufbau.

Überrascht hat mich die Dichtigkeit von dem Boot.

Alle meine U-Boote werden mit Überdruck im Rumpf, (ca. 3 Hübe mit der Fahrradluftpumpe, im Bild grüner Nippel am Heckteil) gefahren. Dazu kommt dann noch der Druck, der sich beim Füllen des Tauchbeutels aufbaut (ca. 750 Gr Wasser).
Ein zu grosser Druck wird automatisch abgeblasen (durch die Rumpfdichtung und die Faltenbalge der Ruderdurchführungen).

Gefährlich kann es beim Abpumpen werden, da bei dem kleinen Restvolumen im U-Boot die Gefahr besteht, dass sich schnell ein Vakuum bildet, welches das Wasser u.U. in den Rumpf ziehen könnte. Aber auch dann ist der Rumpf noch dicht.

Falls es doch einmal zu einen Wassereinbruch kommen sollte, so steigt es, ausgelöst durch den Wassersensor, sofort wieder an die Wasseroberfläche auf und gibt akustischen Alarm.

In dieser Konstellation läuft die S29 schon recht ordentlich.

 

Ein Störfall in der S29 und Glück gehabt

Die Akkuweiche bzw. Notstromversorgung für den Empfänger und für die
Steuerelektronik wurde dem Boot fast zum Verhängnis. Zumindest brachte
sie die 20A KFZ-Sicherung zwischen den beiden Antrieb-Akkus zum
auslösen.
Was war passiert?

Beim Versuch den Fahrakku zu laden, stellte ich fest, dass dieser
keinen Ladestrom zog. Das kam mir sehr merkwürdig vor, zumal ich gerade
von hoher See zurück gekommen war.

Also wurde das Boot zerlegt und die Fahrakkus gezogen. Voller erstaunen
stellte ich fest, das die 20A Sicherung durchgebrannt war. Es roch
jedoch zu keiner Zeit nach Strom.

Bis dato waren jedoch noch beide Akkus intakt. Kurzerhand wurde eine
neue Sicherung eingelötet, denn der Fehler musste unbedingt gefunden
werden.

Nachdem die Sicherung getauscht und die Akkus wieder angeschlossen waren,

gab es nach kurzer Zeit ein lautes Zischen und Pfeifen, mit Rauch und Gestank der aus Richtung Akkuweiche kam.

Jetzt war mir klar, wo ich suchen musste.

Diesmal hielt die 20A Sicherung, da ich die Verbindung zu den Akkus sofort wieder trennte.

 

Woran lag es?

In der Akkuweiche befinden sich im Ein- und Ausgang je ein Tantal-Elko.
Diese Art von Elkos reagieren sehr empfindlich auf Überspannung.

Vermutlich war irgendwann einmal der Fahrakku abgetrennt, als ein
Ladegerät mit einer zu hohen Leerlaufspannung an die Ladebuchse
angeschlossen wurde, an der auch die Akkuweiche hängt.

Dabei wurde der Tantal-Elko am Eingang der Akku-Weiche mit einer
höheren Spannung beaufschlagt, als die für die er ausgelegt war.

Somit wurde er vermutlich vorgeschädigt.

Dieser schlug dann zufällig, während der Rückfahrt vom See, niederohmig
durch und löste somit die 20A Sicherung an der Fahrbatterie aus.

Die Akkuweiche wurde ausgebaut und die Tantal-Elkos gegen solche, mit
höherer Spannungsfestigkeit, ausgetauscht. Da der Spannungsregler,
trotz Rücklaufdiode auch gehimmelt war, wurde dieser ebenfalls
getauscht. Zusätzlich wurde noch jeweils eine 1A SMD Sicherung in den
Ein- und Ausgangszweig eingelötet.

Den billigen Akkulader, den ich als Übeltäter vermute, habe ich danach weit weggestellt.

Es handelt sich hierbei um einen Graupner Lampenlader aus den 70iger
Jahren, mit einer ca. 40V hohen Leerlaufspannung und mehreren
unterschiedlichen Glühlampen zur Strombegrenzung.

Zum Laden für Ni-CD-Akkus ist dieses Ladeverfahren ok, für
Blei-Gel-Akkus ist dieses Verfahren natürlich ungeeignet, da keine
Spannungsüberwachung erfolgt.
Für Testzwecke lässt man sich schnell zu unüberlegten Handlungen
hinreissen und schon ist es passiert. Dieses gilt auch für die
Inbetriebnahme von elektronischen Schaltungen. Endlich, nach Stunden
des Bestückens und des Lötens, ist die neue Baugruppe zu
fortgeschrittener Stunde endlich fertig geworden. Nun noch schnell
einen Funktionstest durchführen.

Aus Erfahrung weiss man, dass man abends nach null Uhr, keine ersten
Tests mehr durchführen sollte. Die meisten Tests gehen häufig durch die
eigene Unachtsamkeit schief.

Dieses geschieht entweder durch das Verpolen der Versorgungsspannung am Akku, oder durch eine zu hoch angelegte Spannung.

Die sicherste Methode eine Schaltung gleich beim ersten Test abrauchen
zulassen ist, wenn man sie direkt an einen vollgeladenen Akku
anschliesst. Natürlich ohne Strombegrenzung und ohne Sicherung.

Das ist dann der sogenannte Härtetest.
Oder frei nach Murphy:

Alles, was schiefgehen kann, wird auch schief gehen.
Dann ist eine unruhige Nacht vorprogrammiert.

Wenn dann auch noch evtl. vorhandene IC ungesockelt eingelötet wurden, wird eine evtl. Fehlersuche äußerst schwierig.

 

Steuerung der S29

Mein zweites U-Boot Modell ist die S29, mit einer Länge von ca. 1 m und wiegt etwa 6,8Kg. Gesteuert wird das Boot mit einer 4 Kanal Anlage auf 40 MHz. Es ist statisch und dynamisch tauchfähig.

Vor einiger Zeit brachte mir ein Modellbaufreund ein U-Boot mit ins Büro, es war eine S29 und für das dynamische Tauchen vorgesehen. Innen war es überholungsbedürftig, aber aussen war der Rumpf noch in Ordnung.

Der Antrieb ist ein Einschraubenantrieb mit einer 3 Blattschraube, deren Durchmesser 60 mm beträgt. Um die Schraube herum befindet sich eine starre Kortdüse, dahinter das bewegliche Seitenruder. Der Rumpf besteht aus drei Sektionen. Der Bugsektion mit zwei Tiefenrudern, das geflutet wird. Einer Mittelsektion, bestehend aus einem 100er Rohr. Und der hinteren Sektion mit dem Antrieb, die nur teilweise geflutet wird.

Ehemals war es scheinbar nur für das dynamische Tauchen vorgesehen, zumindest sprachen die schweren Bleigewichte, welche zusätzlich in dem Rumpf verbaut waren, dafür. Die Antriebseinheit konnte weiter verwenden werden. Sie besteht aus einer Motor Getriebeeinheit mit einem intergrierten Stevenrohr.

Glücklicherweise war der Druckkörper wasserdicht. Der Originalverschluss hatte scheinbar Probleme bereitet, daher  wurde hier ein wenig improvisiert. Man hat von aussen, an dem Druckkörpermittelteil, eine neue Spannvorrichtung montiert. Nun weicht das Boot im hinteren Teil von dem Original ein wenig ab, dafür ist der Verschluss jetzt einstellbar und vor allem dicht.

Da das Boot statisch und dynamisch tauchfähig sein sollte, musste in der Mitte ein Tauchtank, in Form eines Beutels, eingebaut werden.

Da schon einige Erfahrungen durch den Bau der U25 vorhanden waren, konnte man die grobe Richtung der Vorgehensweise einschätzen.

Ein Einschubgestell schied von vornherein aus, da ein am Verschluss eingeklebter Innenring den Rohrquerschnitt unverhältnismässig stark reduziert.

Durch den 6 Volt Antriebsmotor stand fest, dass zwei 6 Volt 3,4 Ah Blei-Gel-Akkus als Fahrakkus dienen sollten. Die Form der Akkus passte am Besten in den Bootskörper. Sie wurden hintereinander, an der tiefsten Stelle des Bootes, im Rumpf fixiert. Stege fixieren die Akkus gegen ein Verschieben bei einer Schieflage des Bootes. Da der Antriebsmotor mit einer Betriebsspannung von 6 Volt vorgegeben war, wurden beide 6V Akkus parallel geschaltet. So hat man die doppelte Kapazität für den Antrieb und die Zahnradpumpe.

Eine 20 A KFZ-Sicherung ist die letzte Notbremse. Ich hätte nie gedacht, dass ich sie jemals brauchen würde; aber dazu später mehr.

Ein Test ergab, dass ein flexibles Tauchsystem mittels Gefrierbeutel und einer 12 V KFZ-Zahnradpumpe, mit einer Betriebsspannung von 6 Volt, noch befriedigend arbeitet.

Nun wurde eine Zwischenablage aus Kunststoff, auf dem Akku-Paket liegend, eingepasst. Auf ihr wiurde im vorderen Bereich die Zahnradpumpe und das Magnetventil montiert, gefolgt von dem Tauchbeutel. Dieser wurde, gegen ein seitliches Verrutschen, mittels einer Styroporeinfassung gesichert. Ausgelegt für etwa 750ml Wasseraufnahme. Hier ist man ja glücklicherweise mit diesem Tauchsystem sehr variabel. Je nachdem, wie gross man den Beutel zusammengeschweisst hat, kann man hier relativ einfach varieren. Nur ein Schwappen des Wassers muss unbedingt, durch evtl. zusätzliche Quernähte am Beutel, verhindert werden. Das Boot wäre sonst in seiner Lage nicht stabil zu halten.

An dem Motor der Zahnradpumpe wurde, mittels Halter aus 10mm Aluband, ein Mikroschalter befestigt. Dieser überwacht den Füllgrad des Gefrierbeutels. Ein Magnetventil habe ich für Testzwecke wieder entfernt. So steigt das Boot nach einigen Minuten, durch das auslaufende Wasser aus dem Tauchtank, von selbst wieder auf. Noch wurde bei diesem Modell auf einen Tiefen- und Lageregler verzichtet.

Vor den Akkus und der Zwischenablage befindet sich noch ein Servo für die vorderen Tiefenruder, das Gestänge ist durch einen kleinen Faltenbalg zur vorderen Bugsektion hin abgedichtet.

Für die Antriebs-Sektion, Motor Getriebe und Stevenrohr, wurde eine 2 mm starke Aluminiumplatte eingepasst und eingeharzt. Hierauf befinden sich auf einer weiteren Kunststoffplattform, der Empfänger, die Pumpensteuerung und der Fahrtenregler.

Die Leistungselektronik für den 6V Antriebsmotor sitzt, zwecks einer besseren Kühlung, direkt auf der Aluplatte, ebenso die beiden Umpolrelais.

Unter dem Antriebsmotor, hinter den beiden Servo’s, befindet sich ein 4,8 V Ni-MH Empfänger-Akku. Eine 5 pol DIN Buchse dient als Ladebuchse und sitzt ebenfalls an einer gut zugänglichen Seite, mit einem Winkel auf der Aluplatte. Zwei Servo’s wurden in die Aluplatte eingesetzt. Die Aussparungen in der Aluplatte wurden vor dem Einharzen in die Hecksektion vorgenommen. Hierbei handelt es sich um das Seitenruder-Servo und das hintere Tiefenruder-Servo, die Abdichtung der Gestänge zu den Rudern erfolgt über kleine Faltenbälge.

Das vordere Tiefenruder-Servo wurde mit dem hinteren Tiefenruder-Servo parallel geschaltet.

Dieses geht problemlos, nur muss man evtl. auf die Drehrichtung der Servo’s achten. Notfalls die Anschlüsse im Servo, am Motor und am Poti tauschen, wenn man es nicht mechanisch lösen kann.

Erst nach einigen Tests stellte sich heraus, dass die vorderen Tiefenruder fest eingestellt bleiben können.

Nun ja, dann hat man eben eine Option mehr zum Testen.

Beim Zusammenschieben der Mittel- und Heck-Sektion, fassen die beiden Plattformen unverrückbar ineinander. Zuvor wurden alle nötigen Verbindungen steckbar durchgeführt.

Nun geht alles verzahnt in einander, ohne dass sich im Rumpf etwas selbstständig machen kann.

Diese Step for Step Bauweise hat sich in diesem Fall bewährt.

In der hinteren Sektion am Heckschott, befindet sich ein Ventil für die Luftpumpe.

Der Schalter für den Empfänger wurde in die hintere Sektion gegenüber dem Pumpenventil eingebaut. Durch das Herausdrehen einer M3 Schraube mit einem überdimensionalen Schraubenkopf, wird ein kleiner Mikroschalter betätigt, der sich im Inneren hinter der Gewindebohrung befindet.

Das Rettung-System, die Boje mit der Seiltrommel und der Lautsprecher, befinden sich im Turmaufbau.

Die Seiltrommel ist von aussen bedienbar.

Auch dieses U-Boot wird vor dem Start mit etwa drei Hüben aus der Fahrradluftpumpe aufgedrückt. Etwaige Undichtigkeiten werden dadurch sofort erkannt.

Auf einen Tiefen- und Lageregler wurde verzichtet, kann aber bei Bedarf jederzeit nachgerüstet werden.


Die Akkuweiche oder die Notstromversorgung

Gerade Ni-MH Akkus neigen, wenn sie denn fast entladen sind, zu einem plötzlichen Spannungszusammenbruch. Sie zeigen auch keine Erholung nach dem Abschalten des Verbrauchers.

Daher lag es nahe, nachdem die S29 in der Badewanne plötzlich regungslos am Boden lag, eine Akku-Weiche nachzurüsten.

Was war passiert?

Ganz einfach, nach langer Spielerei mit dem U-Boot im Trockendock, war irgendwann der Empfänger-Akku fast leer. Der Fahrakku erfreute sich jedoch noch bester Ladung.

Und trotzdem kam das „Aus“ für das U-Boot?

Das kann und darf es nicht geben.

Also wurde eine Akkuweiche von 6 Volt auf 4,8-5,0 Volt gebaut.

Da durch meinen Fahrtenregler mit seiner Leistungselektronik der Pluspol des Fahr-Akkus als Massebezug gilt, muss also der Minus herunter geregelt werden.Also wurde ein entsprechender 5 Volt Spannungsregler zwischen dem Minuspol des 6 Volt Fahrakkus und dem Minuspol des 4,8 Volt Empfängerakkus geschaltet. Nun kann man den Empfängerakku ruhig einmal abziehen, ohne dass die RC-Anlage ausfällt. Man könnte natürlich auch eine BEC-Versorgung verwenden, aber ich bin aus verschiedenen Gründen kein Freund dieser Sparmaßnahme.

Wozu baut man wohl Optokoppler in den Eingang von Fahrtenregler ein? Genauso ungern betreibe ich RC-Empfänger an 6 Volt Akkus. Das hört sich zwar alles ganz gut an und der Hersteller garantiert auch, dass der Empfänger und die Servos mit 6 Volt betrieben werden dürfen.

Aber rechnen wir doch einmal:

Ein 6 Volt Blei-Gel-Akku hat:

3×2,4 Volt/Zelle hat eine Ladeschlußspannung von 7,2 Volt. Diese sinkt nach dem Abklemmen des Ladegerätes auf etwa 6,8 Volt ab!

Ein 5 Zellen Ni-CD oder Ni-MH Akku von 6Volt hat:

5×1,4 Volt/Zelle hat eine Ladeschlußspannung von 7Volt.Diese sinkt nach dem Abklemmen des Ladegerätes, ebenfalls auf etwa 6,5 Volt ab!

Ein 4 Zellen Ni-CD / Ni-MH Akku ist immer noch Standard.

Ein 4 Zellen Ni-CD oder Ni-MH Akku von 4,8 Volt hat:

4×1,4 Volt/Zelle hat eine Ladeschlußspannung von 5,6 Volt.

Wie heiss wird da wohl erst ein Halbleiter werden, wenn man Ihn mit einer höheren Spannung versorgt, wenn diesem schon bei 5,6 Volt recht warm wird?

Der Thermische Tod kommt dann mit der Belastung. Klar, die Segelwinde hat dann ordentlich Power… einmal richtig festgehalten und es steigt eine Rauchwolke auf.

 

Steuerung mit nur 4 Prop-Kanälen (4 Funktionen)

1Seite 2Höhe 3Maschine 4Pumpe (4 allerdings ein Kippschalter mit einer automatischen Mittelstellung)

Ähnlicher Einsatz in der U-25, da allerdings um eine Lage- und Tiefenregelung erweiter.

Und zusätzlichem 2 Kanal Memo für ein Stroboskopblitzlicht als Antikollisionsschutz und starten eines Soundmoduls für Ping Absetzung und das Horn für ein Alarmtauchen. Dieses 2 Kan Memomodul liegt parallel dem Pumpenkanal und wird Impulslängenabhängig gesteuert. Ein kurzer Dip nach oben Stroboskop an, noch einmal ein Dip, Stroboskop aus.

Ebenso erfolgt das Ein- und Ausschalten des Soundmoduls, nun allerdings durch das Dippen nach unten.

Das dabei die Zahnradpumpe jedes Mal kurz anläuft, stört hierbei nicht weiter.

Alle Steuerungsmodule sind Eigenentwicklungen ohne PIC's oder µP's. Es geht eben auch noch "einfach".