U25

Mein erstes U-Boot Modell wurde vor etlichen Jahren von meinem Vater auf Kiel gelegt. Mitte der 60ziger Jahre erhielt er einen Plan für ein U-Boot und begann fort an mit dem Bau.

Es hat eine Länge von 1.36 m, einen Durchmesser von 140 mm und wiegt etwa 12 Kg.

Gesteuert wird das Boot mit einer 4 Kanal Anlage auf 27 MHz. Der Bauplan war an Informationen, in Hinsicht auf Hersteller und Bootstyp, nicht aussagekräftig. Durch Recherchen im Netz habe ich herausgefunden, dass es sich um einen Plan für die U25 der Firma Krick handeln könnte.

In Näherung ist das Boot dann nach diesem Plan entstanden. Der Rumpf wurde aus Holz in Schichtbauweise ausgeführt. Jede Schicht besteht aus zwei Hälften, die vorne und Hinten zusammengeleimt wurden. Diese Schichten wurden dann wiederum übereinander, miteinander verleimt.

Zur Herstellung der zwei Hälften tat eine kleine Bandsäge gute Dienste. Diese baute man sich hierfür erst einmal selbst.

Ein größeres Problem war die Herstellung des äußeren Profils des Rumpfes. So wurde der Rumpf mit dem Zugmesser und dem Hobel in Form gebracht.

Mit Hilfe von Schablonen und einem Taster wurde dabei auf gleichmäßige Wandstärke geachtet. Es war eine sehr mühselige Arbeit.

Zwischen den einzelnen Schichten traten später allerdings kleine Undichtigkeiten im Rumpf auf, die es zu schließen galt.

Nein, das war kein Bausatz, das roch verdammt nach Arbeit und bedurfte viel Gefühl und Geschick in der Holzbearbeitung. Der Vorteil eines Holzrumpfes liegt in seiner Isolation zum Wasser. So wird die Bildung von Schwitzwasser im Inneren des U-Bootes weitgehend vermieden.

Denn Schwitzwasser im Boot ist nicht besonders gut für die sensible Elektronik. Verdunsten kann es nicht, wenn man das Zwischendeck nicht abnimmt. Deshalb ist es empfehlenswert, wenigstens den Druckkörperdeckel, immer offen zu lassen, wenn das Boot an Land steht.

Die zwei Stevenrohre mit den Elektromotoren, sowie die Ruder mit ihren Stopfbuchsen waren bereits eingebaut. Die 4 mm Edelstahlachsen der Ruder wurden, nach dem die Stopfbuchsen ständig Undichtigkeiten aufwiesen, auf der Drehmaschine eingestochen und mit kleinen O-Ringen (aus Einwegfeuerzeugen) bestückt. Seit dem war hier Ruhe.

Der Druckkörperdeckel, das Zwischendeck, das über die ganze Länge des Bootes geht und mit 35 M3 Schrauben (Messing cadmiert) auf den Holzrumpf befestigt wird, sowie die voll durchfluteten Aufbauten aus Kunststoff, waren vorhanden und auch schon gebohrt. Das Gegenstück für die Schrauben, bilden Ms Buchsen mit M3 Gewinde die in der obersten Schicht des Rumpfes eingeharzt wurden.

Das aus Kunststoff gefertigte Oberdeck hatte sich über die Jahre langsam wieder in seine Einzelteile zerlegt. Vermutlich wurde damals nicht der richtige Kleber verwand. So musste auch hier kräftig nachgearbeitet werden. Besonders der vom Biegen unter Spannung stehende Turm, bereitete große Probleme.

Der Plan stellt das Oberdeck mit seinen Aufbauten gut dar. So kann man das gesamte Oberdeck im Seitenprofil sehr gut erkennen. Das Geschütz vor dem Turm wurde durch eine Rettungs-Bojenaufnahme ersetzt. An der Vorderseite des Turmes ist in einer gekürzten Filmdose ein kleiner Lautsprecher wasserdicht montiert.

Als Antikollisionslicht dient eine Blitzröhre, die in einer 10 ml Einwegspritze an dem hinteren Sehrohr befestigt ist.

Die Antenne besteht aus einem senkrecht durch das Sehrohr nach oben herausgeführten isolierten Stahldraht, an dessen oberen Ende sich eine kleine rote Fahne und eine Kugel als Augenschutz befinden.

Der gesamte Deckaufbau wird von zwei 4 mm Stehbolzen gehalten. Einer befindet sich im vorderen und der anderer im hinteren Bereich des Druckkörperdeckels, dem Zwischendeck.

Zur schnellen Montage dienen zwei Kunststoff-Rändel-Muttern, die leicht mit der Hand angezogen werden können.

In den Druckkörperdeckel wurde mittig ein kurzes Stück 50 mm HT-Rohr eingeklebt. Ein 50 mm O-Ring mit 5 mm Ringstärke, dient als Abdichtung und wurde von außen, etwas erhöht, um das Rohr gelegt. Der aus Kunststoff gefertigte Deckel wird, mittels zentralen Verschluss-Knopfes mit langer Gewindestange, gegen den auf dem Zwischendeck befindlichen Dichtring gezogen. So ist auch dieser Deckel leicht mit der Hand zu öffnen. Der zweite Zugpunkt hierfür befindet sich in Form eines Metallbügel, der am unteren Ende des HT Rohres befestigt ist und somit Deck sowie Boot von der Zugkraft entlastet.

Durch ihn erhält man den Zugang zum Betriebsschalter, zur Lade-Buchse und zum Empfänger-Quarz. Dieser kann hier problemlos gewechselt werden.

Ferner laufen alle Anschlusskabel aus dem Bootsinnern durch den Deckel zum Oberdeck. Hier befindet sich für jedes Kabel ein Steckverbinder. So lassen sich das Oberdeck, das Zwischendeck und der Bootsrumpf sehr einfach voneinander trennen.

Nach dem der erste Motorsatz durch Überlastung bereits nach wenigen Testläufen ins Nirwana abgeraucht war, wurden die beiden Stevenrohre ausgewechselt. Da die Rohre und Wellen keine ausreichende Luft zueinander hatten, wurde das Fett heiß und die Motoren überlastet. Zwei neue Stevenrohre mit ausreichend Luft zu den Wellen, wurden eingebaut. Mit rostfreien Schwenkkugellagern auf der Antriebsseite und Bronzebuchsen auf der Schraubenseite, laufen diese jetzt sehr leicht. Gefüllt sind die beiden Wellen mit etwas Silikonfett (Gundert).

Die Motoren wurden durch zwei Mabuchi 540 ersetzt, die direkt über Kardangelenke die Wellen der zwei gegenläufige 3 Blatt Schrauben mit 40 mm Durchmesser antreiben.

Da nur ein mittleres Steuerruder vorgesehen war, ließ sich das Boot sehr schlecht steuern.

Der Wenderadius war mit ca. 7 m, trotz hart eingeschlagenem Ruder, viel zu groß.

Also wurden zwei Kortdüsen, direkt an den beiden Stevenrohrenenden befestigt. Über ein Gestänge zum Mittelruder werden die beiden Kortdüsen angelenkt. Der Drehpunkt jeder Kortdüse wurde in die Schraubenmitte gelegt.

Außerdem mussten die sehr langen, frei aus dem Bootsrumpf herausragenden Stevenrohre, wegen auftretender Vibrationen, zusätzlich vor den Antriebsschrauben am Bootsrumpf abgestützt werden.

Der Holzrumpf ist im Inneren durch seine Schichtbauweise sehr stufig und eng. Auf dem Bodenbrett werden 4×2 Volt 10 Ah Blei-Gel Starter-Akku’s befestigt. Damit ist dann auch die Fahrbatterie mit einer Spannung von 8 Volt festgelegt. Zwei Akkus hintereinander im Bugbereich und ebenfalls zwei hintereinander im Heckbereich. Ganz hinten im Heck befindet sich ein 4.8 Volt 2 Ah NI-CD Akku in Sub-C Zellengröße sowie das Steuerservo für die Ruderanlage.

In der verbleibenden mittleren Sektion wurden zwei Gefrierbeutel, passend mit einem Folienschweißgerät angefertigt, an deren Ecken jeweils ein Kunststoffrohr für die Befüllung mittels zweier Gummiringe eingesetzt wurde. Die Schweißnähte wurden aus Sicherheitsgründen automatisch doppelt gesetzt. Diese setzen übrigens viele Folienschweißgeräte ohnehin von Haus aus. Beide Beutel werden über ein T-Stück miteinander verbunden, somit erfolgt hier die Wasserverteilung automatisch zu gleichen Teilen. Zwischen den beiden Gefrierbeuteln die in der Mitte des Rumpfes angeordnet wurden, befindet sich in halber Höhe, eine Montageplattform aus Kunststoff. So drückt der obere Beutel nicht direkt auf den darunterliegenden. Durch die Anordnung zweier Beutel übereinander, wird ein Schwappen des Wassers in den Beuteln, gering gehalten. In dieser Montageplattform wurde ein Druckfühler für den unteren Beutel eingesetzt. Die Beutel werden in ihrer Größe so bemessen, das wenn sie fast ganz gefüllt sind, das Boot gerade beginnt zu sinken. Somit kann das Wasser nicht mehr zu stark hin und her laufen. Eine stabile Gummiblase als Tank die "mit wächst", benötigt einen zu hohen Fülldruck und schied daher von vornherein als Tauchbeutel aus.

An den oberen Gefrierbeutel schließen sich zwei Servos für die beiden Tiefenruder an. Nur auf das hintere Höhenruderpaar greift zusätzlich der Tauchtiefenregler ein, wenn er aktiviert wird.

Der Empfänger findet ebenfalls auf dieser Plattform, direkt unter der Öffnungsluke des Zwischendecks hat er seinen festen Platz. Ein Quarzwechsel ist somit jederzeit möglich.

Eine Zahnradpumpe für 12 Volt Betrieb, passt in die vordere Bugsektion und hat dort ihren Platz bekommen, direkt vor dem ersten Akku und den beiden Gefrierbeuteln, die sich übereinander zwischen Akku 2 und 3 befinden.

Mit einer Betriebsspannung von 8 Volt, kommt die Pumpe sehr nahe an ihre maximale thermische Belastbarkeit heran.

Da die verwendeten Zahnradpumpe aus dem KFZ-Bereich zur Glasreinigung stammt, darf sie nur kurzzeitig mit 12 Volt betrieben werden. Und sie ist verhältnismäßig preiswert zu erstehen. Der große Vorteil dieser Pumpe besteht darin, dass man sie durch einfaches Umpolen der Betriebsspannung in beide Richtungen betreiben kann, also Füllen und Leeren der Ballasttanks. Da sie jedoch im Stillstand nicht ganz abdichtet, wurde ein Magnetventil mit einem Schmutzfilter zwischen dem Wasser Ein- und Auslass eingefügt. Dieser befindet sich im vorderen unteren Bugbereich. Alle Rohre die nach außen führen sollten mindestens 5 mm aus der Bordwand herausstehen. Hier lässt sich dann schnell mal ein Schlauch von außen anschließen, denn nass wird es auf der Werkbank, beim Testen der Tauchanlage und des Reglers, ohnehin des Öfteren.

Das Wasser zum Tauchen gelangt über ein kurzes Stück Schlauch zum Schmutzfilter mit dem Magnetventil und fließt dann weiter zur Pumpe. Der Pumpenausgang wird über einen kurzen Schlauch zu einem T Stück geführt vor dem ersten Akku, von dort aufgeteilt in zwei Schläuche zu den Kunststoffröhrchen der beiden Gefrierbeutel. Das Gesamtvolumen der beiden Gefrierbeutel beträgt etwa 750ml. Beide Gefrierbeutel befinden sich genau in der Mitte des Rumpfes und somit im Schwerpunkt des Bootes.

Andere Aufteilungen wurden getestet und wieder verworfen, da die Gefrierbeutel immer ein verbundenes Gefäß darstellen und es bei einer Schräglage zu Problemen mit der Wasserverteilung kommt.

Die Beutel dürfen auch nicht zu lang sein, da das in ihnen hin und her schwappende Wasser zu Lageproblemen führt. Wenige Gramm Gewichtverlagerung im Bug- oder Heckbereich sind für eine waagerechte Lage des Bootes, im Schwebezustand, entscheidend.

Das Boot soll exakt in seiner waagerechten Lage zu Boden sinken. Das funktioniert jedoch nicht mehr einwandfrei, wenn eine Flüssigkeit im Boot hin und her läuft. Um den Schwebezustand im Wasser ohne und mit Fahrt des Bootes stabil halten zu können, ist ein ständiges Trimmen mittels der Pumpe im Stillstand und während der Fahrt durch die Tiefenruder notwendig. Hierzu wird der Druck- und Lageregler wechselseitig eingesetzt. Da sich die Dichte des Wassers mit der Wassertemperatur ändert und das Schweben ohnehin ein kritischer Zustand ist, muss hier ständig nachgeregelt werden.

Das Magnetventil erhält eine kleine Zusatzschaltung zur Spannungsverdopplung, um ein sicheres und kräftiges Öffnen des Ventils zu gewährleisten.- Hier kann es u.U. kritisch werden wenn die Drücke sich addieren.- Nach wenigen Millisekunden stellt sich die normale Betriebsspannung wieder ein. Bei dem Ausfall des Magnetventils baut die Zahnradpumpe einen solch hohen Druck auf, dass die Federkraft im Ventil überwunden und die Gefrierbeutel trotzdem geleert werden. Eine Wasseraufnahme in die Gefrierbeutel ist dann allerdings nicht mehr möglich ( gleichzeitig dient das Magnetventil zur Spannungsüberwachung für den 8V Fahrakku < 7V ). Die Zahnradpumpe drückt die 750 ml Wasser in ca. 45 Sekunden in beide Gefrierbeutel. Eine Drucküberwachung ist hierbei unbedingt notwendig, da die Pumpe die beiden Beutel mühelos zum Bersten bringt. Am einfachsten kann diese Überwachung mittels eines kleinen Mikroschalters geschehen, der einen der Gefrierbeutel in seiner Mitte abtastet. Wenn man dann auch noch die Ruhestrom Seite dieses Mikroschalters beschaltet, ist man auch bei einen Adernbruch auf der sicheren Seite. Sollte sich ein Vakuum im Rumpf aufgebaut haben, so öffnet das Magnetventil nicht mehr für eine Wasseraufnahme, das Lenzen ist jedoch weiterhin möglich. Das bedeutet das die Magnetventilfeder sehr genau justiert sein sollte.

Die Sicherheit muss im U-Boot-Bau absolute Priorität haben, sie verringert die Chance es zu verlieren.

Das Zwischendeck bzw. der Druckkörperdeckel wurde, wie schon erwähnt, aus dem Plexiglas einer Leuchtstofflampe hergestellt und ist oben glatt und zur Rumpfseite hin stark wellig. Dieser Deckel wird mit 35 M3 Schrauben aus cadmiertem Messing auf dem Druckkörper geschraubt.

Dazwischen befindet sich eine Silikon Dichtung von ca. 1,5 mm stärke, welche im Eigenbau entstand. Das Gesamte Oberdeck, mit seinen Aufbauten wird vom Wasser durchflutet und hat keine Hohlräume. Es besteht komplett aus Kunststoff und ist zur Be- und Entwässerung mit, vielen kleinen Löchern versehen worden. Der Deckel zur Rumpfabdeckung dient zur Durchführung der Antenne und der Kabel für die Boje den Lautsprecher sowie der Blitzröhre. Außerdem wurde hier ein Ventil für die Luftpumpe eingebaut. Ein Ventil, mit einem Ventilgummi, so wie es früher bei dem Fahrrad zur Anwendung kam. Eine weitere verschließbare Kontrollbohrung (M4) befindet sich in der Abdeckung am Bug des Bootes. Dies alles ist für das Auge unsichtbar, da es von den Deckaufbauten verdeckt wird.

Um Undichtigkeiten am Modell zu erkennen und der Bildung von Vakuum vorzubeugen, sollte im Bootsinneren immer ein leichter Überdruck vorhanden sein. Hierzu genügen etwa zwei bis drei Hübe Luft aus einer normalen Fahrradluftpumpe, die durch das Ventil im Deckel des Zwischendecks, in den Bootsrumpf gedrückt werden.

Durch das Befüllen der Gefrierbeutel ändern sich die Druckverhältnisse im Inneren des Rumpfes. Ein zu hoher Innendruck tritt automatisch durch die Deckeldichtung am Zwischendeck aus. Daher ist es empfehlenswert den Tauchbeutel etwa bis zu 50% mit Wasser zu füllen, bevor man mit der Luftpumpe einen Überdruck herstellt. Auch spielen hierbei die Temperaturdifferenzen eine große Rolle in Punkto Innendruck.

Sollte sich im Inneren des Rumpfes ein Vakuum bilden, so besteht die Gefahr, dass das Boot Wasser zieht. Diese Gefahr ist besonders hoch, wenn die Gefrierbeutel komplett geleert werden und kein Überdruck im Bootsinnern herrscht. Hier sichert das elektrische Ventil ein selbsttätiges “ Absaufen ” des U-Bootes ab, da es in einem solchen Fall, noch dichter schließt. Elektrisch lässt es sich dann nicht mehr öffnen.

Als Ballastgewicht ist im Originalplan eine lange Stahlschiene unter dem Kiel vorgesehen. Diese sollte mittels Holzschrauben, unter den Bootsrumpf geschraubt werden. Auch hier wurden Änderungen in der Materialwahl und an der Form des Kiels vorgenommen. Zuerst wurde in etwa das benötigte Gewicht ermittelt, dann ein Holzmodell des Kiels angefertigt und ein Gipsabdruck angefertigt. Nach dem Trocknen der Gipsform, wurde diese mit Blei ausgegossen.

Der fertige Bleikiel wurde von außen unter den Rumpf geschraubt. Durch Abhobeln des von Blei wurde das U-Boot “fein” getrimmt. Diese Arbeit hat sehr viel Zeit in Anspruch genommen und war äußerst schweißtreibend. Zum Schluss blieb ein schlanker, dem Rumpf in seiner Form angepasster, Bleikiel übrig. Das Gesamtgewicht des Bootes beträgt etwa 14 Kg.

Zur Lagetrimmung wurde in der Heckpartie des Oberdecks ein Bleigewicht von ca. 40g an einer 20 cm langen und 3 mm starken Gewindestange befestigt. Nun kann über einen kleinen Knopf am Heck des Oberdecks, das U-Boot in seiner waagerechten Lage, nachgetrimmt werden.

In erster Linie kam es bei dem Aufbau des Bootes nicht so sehr auf den naturgetreuen Nachbau des Originals an, sondern eher auf seine Funktionalität. So legt eben jeder Modellbauer für sich selbst eigene Maßstäbe an. Gekauft wird nur, was man heute aus Preisgründen nicht mehr selber baut, oder bauen will. — Wenn man es überhaupt bekommt –

Bei den Tauchsystemen scheiden sich allerdings die Geister. Hier sollen die Vor- und Nachteile nicht verschwiegen werden. Zumindest wenn das Tauchsystem fertig gekauft werden soll. Es gibt hier das Tauchsystem als Kolbentank. Er arbeitet wie eine Einwegspritze, ist allerdings recht groß und passt nicht in jedes Modell hinein und wenn er passt, so ist seine Aufnahmekapazität zu gering. Der Rumpf sollte dazu eine Rohrform besitzen. Dazu kommt der Motor, das Getriebe und bei einigen Typen auch noch die lange Gewindestange für den Kolben die sich ins Innere des Bootes bewegt. Es gibt zwar auch Kolbentanks mit einer innen laufenden Gewindestange, aber dort können Dichtungsprobleme am Kolben auftreten, oder der Kolben dreht im Zylinder mit. Außerdem ist ein Kolbentank, wenn man ihn nicht selber baut, unverhältnismäßig teuer.

Auch in einem Kolbentank gibt es bei der Wasseraufnahme eine Gewichtsverschiebung. Sein einziger Vorteil gegenüber dem Beutel ist, dass ein Hin- und Herschwappen des Wassers, nicht möglich ist.

Man kann davon ausgehen, dass bei dieser Bootsgröße, wie ich sie habe, etwa 750 ml Wasser aufgenommen werden müssen, um das Boot abzusenken. Das optische Fahrbild soll einigermaßen stimmen. Hier spielt die Oberflächenspannung des Wassers eine Rolle. In diesem Fall wirken sich das gerade Zwischendeck als Rumpfabschluss, sowie die gerade Fläche des Oberdecks, äußerst ungünstig für den Wasserablauf aus. Das Wasser bleibt auf ihnen in Perlen stehen und es kommt zu nicht kalkulierbaren Gewichtsveränderungen.

Das Rettungs-System

Das Rettungs-System setzt sich aus einem akustischen Signal und dem Lösen der Rettungs-Boje zusammen. An der Rettungs-Boje befindet sich ein ca. 15 m langer, stabiler, Faden. Dieser sollte jedoch nicht zum Hochziehen des Modells benutzt werden, sondern dient nur der Ortung des Modells. Aktiv wird das Rettungs-System bei einem Wassereinbruch oder bei einem Ausfall der Fernsteuerung. Zeitgleich wird der Anrieb gestoppt und die Pumpe beginnt die Tauchtanks zu lenzen. Dieses System ist ein Eigenbau, passend zum vorhandenem Platz im Modell aufgebaut und es funktioniert vollautomatisch.

Es funktioniert n i c h t bei einer Gleichkanalbelegung !

Was kann einem U-Boot schon passiert sein, wenn es auf dem Grund des Sees liegt und sich nicht mehr rührt ?
1. Ausfall des Senders oder Empfängers
2. Störungen durch unvorsichtige Zeitgenossen. Fahren auf dem gleichen Kanal.
3. Wassereinbruch in den Druckkörper und versagen des Rettungssystems
4. Verfangen in Wasserpflanzen
5. Schwupp und weg, oh Schreck, es steckt im Schlamm fest
6. Gefahr durch andere Modellboote auf dem Wasser
7. Gefahr durch weitere Modell-U-Boote unter Wasser

Zu 1.

Bei einem Ausfall der Fernsteuerung, hierbei spielt es keine Rolle ob der Sender, oder der Empfänger ausgefallen ist, wird ein sogenannter Autopilot aktiv.

Diese sitzt zwischen dem Empfänger und dem Fahrtenregler.

Sollte das Empfangstelegramm für einige Sekunden ausfallen, so tritt ein eigener Telegrammgenerator (Impuls-Taktgeber 1,5ms) in Aktion. Seine Taktlänge liegt zwischen 1-2 ms und wurde zuvor mittels eines kleinen Reglers auf den mittleren 0 Wert eingestellt. D.h. Fahrtenregler Mittelstellung 0, also keine Fahrt und beide Maschinen Stopp. Das sofortige Abpumpen des Ballastwassers wird eingeleitet. Allerdings timergesteuert (2 Min), damit die Pumpe nicht abbrennt.

Über einen Optokopplerausgang des Autopiloten, wird gleichzeitig die Rettungsboje (Tischtennisball), mit einer ca. 15m langen Rettungsleine und der Alarmlautsprecher (Piepton im Intervall) ausgelöst.

Man hüte sich davor jemals ein U-Boot an dieser Leine hochziehen zu wollen……….

Zu 2.

Dieses ist ein echtes Problem, denn wenn der Empfangskanal gestört wird, erkennt die der hier eingesetzte Autopilot nicht als fehlendes Telegramm und wird nicht reagieren. Es gibt jedoch auch Autopiloten mit “ Intelligenz ”, die auch diesen Fall erkennen und dann entsprechend reagieren.

Zu 3.

Bei einem Wassereinbruch gilt der Ablauf wie unter 1. Es befindet sich ein simpler Wasserfühler in der Mitte des Bootsrumpfes, sehr dicht über dem Boden. Kleinste Wassermengen werden hier erkannt.

Zu 4.

Wenn man rechtzeitig bemerkt, dass das Boot sich verfangen hat, sollte man sofort durch Rückwärtsfahren versuchen wieder frei zu kommen. Meistens gelingt einem dieses. Sonst hilft nur noch das Abschalten des Senders, dem Rettung-System seine Arbeit machen zu lassen und die Schuhe auszuziehen. Meisten geschieht so etwas immer in Ufernähe und wie immer, durch Leichtsinn.

Zu 5.

Wenn das Boot schnelle Fahrt macht wird es gefährlich, denn es dauert eine ganze Weile (Sekunden können dann zur Ewigkeit werden) bis das Boot wieder an die Wasseroberfläche kommt. Ist man unsicher in der Bedienung der Tiefenruder, so sollte man die Maschinen Stoppen, dann kehrt das Boot verhältnismäßig schnell an die Oberfläche zurück.

Das Herz des Modellbauers darf dann weiter schlagen.

Zu 6.

Hier wird es brenzlig, da U-Boote die einem Farbanstrich haben, der von einem Hellgrau bis zu einem Dunkelbraun reicht, im Wasser kaum auffallen.

Nur all zu schnell wird man dann, von anderen Sportkameraden, glattweg “ überfahren ”.

Das Deck mit seinen evtl. filigranen Aufbauten, ist nach solch einem Manöver meistens der reinste Schrottplatz.

Die U25 hat daher eine Stroboskoplampe als Antikollisionslicht erhalten, das im Sekundentakt Blitze aussendet und am hinteren Turm-Rohr befestigt ist.

Im Bedarfsfall kann es per Fernsteuerung eingeschaltet werden.

Sicherheit geht vor Schönheit.

Unterwasser blitzt die Röhre zwar auch noch, aber der Blitz wird dort kaum noch gesehen.

Zu 7.

Hier hilft nur, aufmerksam fahren und sich nicht von den Zuschauern oder anderen Modellbauern, ablenken zu lassen; sonst heißt es sehr schnell:

“ Wo ist mein U-Boot ??? “

Außerdem sollte man möglichst alle Standorte der anderen U-Boote und Boote im Auge behalten.

Weitere Optionen

Es wurde auch ein Eigenbau Tauchtiefen- und Lageregler getestet, der TiuLa-Regler 1.01.

In der Elektronik wurde sogar die Umsteuerung der Tiefenruder bei der Rückwärtsfahrt mitberücksichtigt. Die Funktionen als solche waren zwar erkennbar, jedoch teilweise der maßen problembehaftet, dass das ganze Regelwerk wieder aus dem Boot entfernt wurde. Der Druckregler wurde ebenfalls im Eigenbau hergestellt. Diese Regelung bestand aus einem Oszillator dessen Frequenz mechanisch verändert wurde. Es war ein berührungsloser Aufbau der aus zwei, sich mit einem geringen Luftspalt gegenüberstehenden Schalenkernhälften, bestand. Dazwischen befand sich die Oszillatorspule. Die eigentlichen Probleme aber stellten die Luftkompensation und die Temperaturschwankung im Bootsrumpf dar. Kurzum das Gebilde wurde zu komplex und zu groß. Nachdem es dann einigermaßen funktionierte, habe ich es wieder ausgebaut. Bis mir ein kommerzieller Sensor zu “ angemessenen Konditionen “ in die Hände fiel.

Zu gegebener Zeit wird die Automatisierung des Sehrohrschwebens wieder in Angriff genommen, mit dem TiuLa 1.02.

Auch hier gibt es mittlerweile recht gute Funktions-Module auf dem Markt, aber es muss ja auch noch anders gehen.

Als nächstes Thema steht an, ob man die vorderen Tiefenruder nicht einfach in ihrer geraden Position fest einstellen sollte. Bei der S29 habe ich damit gute Erfahrungen gemacht. Außerdem lässt sich hierdurch evtl. ein Servo einsparen.

 

Die Steuerung mit nur 4 Kanälen ist für die S29 und U-25 identisch, hier dann allerdings mit 4x2V/10Ah = 8V Fahrakku. 

Sonderfunktionen sind in dieser Übersicht nicht enthalten!

(Tiefen- und Lageregler, Stroboskoplicht und Soundmodulansteuerung)

 

Der TiuLa-Rgler 1.02

Das Blockschaltbild des Tiefen- und Lage-Reglers.

Was ist das?

Was ist ein TiuLa-Regler 1.02 und woher kommt diese Bezeichnung?

Die Bezeichnung entstand aus der Zusammenlegung der Namen Tiefen- und Lage-Regler und dem Ausgabestand 1.02. Er ist für U-Boote entwickelt worden, die zwei Satz Tiefenruder verwenden.

Um ein U-Boot Modell jederzeit stabil in Sehrohrtiefe unter der Wasseroberfläche halten zu können, ist ein Autopilot sehr hilfreich. Dieser übernimmt alle notwendigen Korrekturen, um das Boot auf die vorgegebene Tauchtiefe zu halten. Das trifft für den stehenden, als auch für den fahrenden Betrieb des U-Bootes zu. Es ist eine Pumpe und je ein Satz Tiefenruder am Bug und Heck des Bootes notwendig.
Alternativ können auch Motoren für Kolbentanks angesteuert werden. Ich habe mich bei meinen exotischen U-Boot Modellen – aus Platzgründen – für die Frischhaltebeutel-Tauchtechnik entschieden, da sie einfach, preiswert, flexibel und sicher ist. Als Pumpe hat sich bei eine 12V Zahnradpumpe aus dem KFZ Bereich bestens bewährt. Diese Pumpe ist allerdings an 12V nur für einen kurzzeitigen Betrieb (KB) geeignet.
Der Betrieb mit 8V ist es aber schon etwas problemloser. Mit 6V hat man die untere Spannungsgrenze für ein sicheres Arbeiten der Pumpe erreicht.

Im getauchten Fahrbetrieb, greift zusätzlich zum Tauchbeutel, noch ein Tauch-Tiefen-Servo und eine Lage-Regelung mit in die Stabilisierung ein.
Die Tiefenruder am Bug werden von der Tauch-Tiefen-Regelung, die Tiefenruder am Heck von der Lage-Regelung geführt.
Die Pumpe wird ebenfalls über die Tauch-Tiefen-Regelung gesteuert.
Bei der Pumpensteuerung handelt es sich um eine tiefenabhängige Steuerung, mit einer variablen Impuls- / Pausen- Taktung.
Ein Taktgenerator, der in seinem Taktverhältnis variabel ist, wird direkt von dem Tauch-Tiefen-Regler gesteuert.
Dieses ist notwendig, um allen Pendel und Einschwingvorgängen während des Tauchganges, entgegen zu wirken.
Ein dauerndes Durchpendeln des U-Bootes wäre der Fall, wenn man ständig zum falschen Zeitpunkt mit der Pumpe gegensteuern würde. Die Zeit zwischen Aktion und Reaktion ist hier sehr lang.
Es muss der richtige Zeitpunkt der Abtastung empirisch ermittelt werden, da dieses Verhalten stark von der Trägheit des jeweiligen Modells abhängig ist.

Grundvoraussetzungen

Das U-Boot soll so tariert sein, das es waagerecht unter der Wasseroberfläche schwebt.
Wenige Pumpenumdrehungen müssen das Boot zum Sinken, bzw. Aufsteigen bringen.
Die waagerechte Lage des Bootes darf sich dabei nicht verändern.
Die Tiefenruder sollen parallel, jedoch über zwei getrennte Servos, von einem Kanal aus gesteuert werden.
Erst wenn diese Bedingungen erfüllt sind, kann man mit dem Gedanken spielen, einen Autopiloten zur Steuerung einzusetzen.
Wenn sich das Boot nicht von Hand exakt steuern lässt, so schafft dieses auch kein Autopilot.

Die Fernsteuerung

Zur Steuerung wird eine 4 Kanal Anlage benötigt.

1. Kanal: Seitenruder (automatische Neutralisations-Feder am Sender)
2. Kanal: Antrieb (automatische Neutralisations-Feder am Sender)
3. Kanal: Tiefenruder (wird zum Multifunktions-Kanal 80% Tiefenruder und 20% Steuerung TiuLa-Regler 1.02 ein)
4. Kanal: Pumpensteuerung (wird als Multifunktionskanal betrieben Schalter mit Nullstellung (ein/aus/ein))

z.B. : Fluten Ein, (Vor) / Stop Aus, (Mitte) / Lenzen Ein, (Zurück)
zwei Mal kurz zurück Antikollision-Stroboskop ein,
ein weiteres Mal, zwei Mal zurück Antikollision-Stroboskop aus.
Gebildet wird diese Funktion aus einem Zwei-Kanal-Memory-Schalter, der parallel zur Pumpensteuerung geschaltet wird.

Beschreibung des Reglers

Der TiuLa-Regler 1.02 von 2008 ist ein Weiterentwicklung des TiuLa-Regler 1.01 aus dem Jahre 1990.
In der hier beschriebenen Entwicklung wurde ein kommerzieller Drucksensor eingesetzt.
Hierbei handelt es sich um den Drucksensor vom Typ MPXS 4001A.
Mit einem aufgeklebten Schlauchanschluss (4 mm Ms Rohr) eignet er sich gut für die Aufgabe der Tauchtiefenmessung.
Er ist präziser, kleiner und leichter als der Eigenbau Sensor aus der Vorläufer Version 1.01.
Ausserdem kommt dieser ohne einen Kompensationsanschluss für den Gegendruck aus und ist temperaturkompensiert.
Die manuelle Bedienbarkeit, der Pumpe sowie der Tiefenruder, bleibt jederzeit erhalten.
Es werden dann beide Tiefenrudersätze parallel gesteuert.

Die Notfunktionen, wie Lenzen, Boje auslösen und die Maschinen stoppen, welche bei einem Wassereinbruch oder einem Senderausfall automatisch ausgeführt werden, bleiben hier von unberührt.

Bei der Weiterentwicklung auf die Version1.02 wurde auf die Negation der Servo-Drehrichtung bei Fahrtrichtungswechsel bewusst verzichtet, da sich diese als überflüssig erwiesen hat.

Eingeschaltet wird der Regler über den Kanal 3, den Kanal für die Tiefenruder. Wird der Knüppel etwa zu 80% nach vorn bewegt, so wird über einen Trigger-Schalter der TiuLa-Regler 1.02 aktiviert. Zieht man ihn wieder etwas zurück, so erhält man die Kontrolle über die beiden Tiefenruder des U-Bootes zurück. Es reicht u.U. schon der Ziehbereich der Knüppelfeintrimmung zum kompletten Ausschalten des Reglers aus, in dem man den Knüppel 100% nach vorne schiebt und dann den Trimmregler für den Knüppel, zurück zieht.

Der Tiefenregler hat zwei Ausgänge. Der Erste Ausgang ist ein doppelter Schaltausgang und greift direkt in die Pumpensteuerung ein. Durch zwei Optokoppler getrennt, gelangt immer nur ein Flut- oder ein Lenz-Signal zur Pumpensteuerung.

Zwei LED’s zeigen den aktuellen Tauchzustand an, sie wechseln ohne eine Hysterese, da diese den Tauchvorgang negativ beeinflussen würde, zwischen rot und grün. Dafür gibt man einer variablen, zeitlichen Abfrage, den Vorrang. Ein Taktgenerator generiert die für die Pumpe benötigten Impulse in deren Länge und deren Pause. Diese betragen, nach erreichen der Solltiefe, etwa 0,5 Sek. Impulslänge zu 6 Sek. Pausenlänge. Die Differenz zwischen Fluten und Lenzen beträgt ca. +/- 0,5 cm vom Sollwert zur eingestellten Wassertiefe. Das Taktverhältnis des Taktgenerators variiert somit mit der Weite der Entfernung zum eingestellten Sollwert, dem Nullpunkt und zeigt hierbei ein logarithmisches Verhalten. Das Tastverhältnis wird empirisch, in Abhängigkeit von der Masse des Bootes, ermittelt und dann festgelegt. Eine weite Entfernung vom Nullpunkt bedeutet logischerweise ein häufigeres und auch längeres Laufen der Pumpe. Beim Erreichen des Nullpunktes werden nur noch kurze Impulse, mit sehr langen Pausen an die Pumpensteuerung gesendet s.o.

Der zweite Ausgang sendet ein proportionales Impulstelegramm und steuert das vordere Tiefenruder Servo an. Das Ruder steht gerade, wenn die vorgegebene Tiefe ( i.d.R. Turmtiefe, bzw. 25 cm unter der Wasseroberfläche ) erreicht wurde. Der Lageregler dient zur zusätzlichen Lagestabilisierung während der Tauch f a h r t. Dieser ist zwar auch in der Ruhelage des Bootes aktiv, hier jedoch unwirksam. Die Tauchfahrt stellt für das U-Boot eine Fahrt unter schwierigen Bedingungen dar. Ein separates Lagependel, welches in der Mitte des U-Bootes befestigt ist, wirkt direkt auf die am Heck befindlichen Tiefenruder.

Alle wichtigen Einstellungen sind am TiuLa-Regler 1.02 von aussen, mittels eines kleinen Schraubendrehers, erreichbar. Die beiden LED’s des Drucksensors sind, von aussen gut sichtbar, innerhalb des Reglers angebracht.

Betrieben wird der Regler über die Empfängerstromversorgung. An den Empfänger wird der TiuLa-Regler 1.02 wie ein normales, dreipoliges Servo, angeschlossen. Die Stromaufnahme beträgt etwa 60 mA, zusätzlich der Stromaufnahme der nachgeschalteten Tiefen- und Lage-Servos. Diese Servos werden mit den sich ständig ändernden Steuerimpulsen beaufschlagt und sollten daher dieser hohen Belastung gewachsen sein.

Testberichte

1. Test ohne PWM-Modulator

Der erste Test ergab, dass häufig zum falschen Zeitpunkt in die Tiefenregelung eingegriffen wurde, weil die Elektronik zu Beginn des Tauchvorganges die Pumpe zu kurz angesteuert hatte und es nun durch den händischen Eingriff zu einem ungewollt starken Pendeln des Bootes kam.
Aus diesem Grunde wurde das Taktverhältnis des Taktgenerators, je nach Entfernung vom Sollpunkt, steiler angepasst.
Somit fällt das manuelle Heranführen an den Sollpunkt per Hand, weitgehend weg.

Erklärung zum Verhalten des Bootes

– Wenige Gramm Wasseraufnahme bewirken im Schwebezustand des Bootes bereits ein zügiges Aufsteigen bis an die Wasseroberfläche, bzw. ein Absinken bis auf den Grund des Sees.
Die Zahnradpumpe ist in diesem Stadium schwer beherrschbar, da man sich mit ihr an die richtige Wassermenge herantasten muss. Zahnradpumpen können bei verhältnismässig kleiner Wassermenge einen sehr grossen Druck erzeugen.
Ausserdem haben sie den grossen Vorteil zweiseitig betrieben werden zu können.
Das heisst sie können je nach der Drehrichtung des Motors drücken oder saugen.
Da sie im Stillstand leider nicht komplett schliessen, muss ihnen unbedingt ein Magnetventil vorgeschaltet werden, das parallel zur Pumpe angeschlossen wird.
Dieses Magnetventil soll so beschaffen sein, das es auch ohne Strom, nur durch den Pumpendruck, das Wasser aus dem Tank austreten lässt.
Hier geht die Sicherheit vor. Auch muss ein Grobfilter hinter dem Wassereinlass eingebaut werden, da eine klemmende Zahnradpumpe, das „Aus“ für das Boot bedeutet.
Da sich ein solches Ventil vermutlich nicht beschaffen lässt, ist hier nur der Eigenbau möglich.
Ferner spielen die unterschiedlichen Wassertemperaturen der verschiedenen Wasserschichten, im Schwebeverhalten des Bootes, eine grosse Rolle.
Solange man das Boot noch gut sehen kann, so lange lässt es sich auch noch händisch einigermassen im Schwebezustand halten.
Danach ist es einfach unmöglich, das Boot noch sicher ohne einen Tauchautomaten, Unterwasser zu führen.
Also beschränkt man sich ohne Tiefen-und Lage-Regler notgedrungen auf die Überwasserfahrt, die dann mit den Tiefenrudern stabil gehalten wird, um nicht wie ein Delphin auf und abzutauchen. Dabei entscheidet man sich entweder für die Turm- oder Überwasser-Fahrt, ohne das Risiko eines Totalverlustes, durch das ungewollte Absinken während einer Tauchfahrt, einzugehen. —
Änderung mit PWM-Modulator von TiuLa-Regler Vers. 1.01 auf 1.02

Eine weitere Idee wurde geboren, entwickelt, getestet und in dem Regler 1.01 implementiert.
Leider war der Platz auf den Reglerplatinen sehr grosszügig bis zur letzen Lücke mit der Vers. 1.01 verplant, so dass nun etwas nachstrukturiert werden musste. Eine Zusammenfassung von zwei IC’s zu einem, bei gleicher Baugrösse, brachte dann doch noch den nötigen Platzgewinn für die neue Version. Einige Änderungen waren kritisch durchzuführen, da der Fundus nicht immer gleich die richtige Bauteilgröße hergab. Zwei kleine, zusätzliche Poti’s, sollten untergebracht sein.
Am Ende klappte es doch noch. Alle IC’s ohne Sockel und die Pins glatt gefeilt, – wenn das man gut geht.
Es hat sich also doch gelohnt, den Prototypen auf eine Lochrasterplatine aufzubauen.

2. Test mit PWM-Modulator

Der zweite Test verlief zur Zufriedenheit.
Das Tauchen auf Sehrohrhöhe, bei sehr langsamer, kleiner und mittlerer Fahrt verlief sehr gut.
Nach einer kurzen Einschwingphase fuhr das Boot sauber und ohne Pendeln in Sehrohrhöhe über den See.

Nach dem Stoppen der Maschinen sank das Boot langsam ab, kam dann aber nach einer kurzen Zeit wieder an die Wasseroberfläche.
Danach folgte ein mehr, oder weniger starkes pendelndes Schweben, wobei sich der Fehler bei den Tauchkorrekturen zur eingestellten Tauchtiefe, mal addierte bzw. subtrahierte. Nun verharrte das Boot eine ganze Weile in der korrekten Tiefe, um dann erneut seine Pendelbewegungen fortzusetzen.
Auch manuell war das Boot, trotz ständiger Korrektur mit der Pumpe, nicht für eine längere Zeit stabil auf einer bestimmten Tiefe zu halten.

Bei der kleinsten Fahrt des Bootes war dieses Problem sofort verschwunden.
Hier griffen dann die Tiefen- und Lage-Ruder zusätzlich zum Tauchtank mit ein.

Die Abfrage Intervalle, bei den sowieso schon sehr kurzen Pumpenanläufen, doch wieder zu verkürzen, ist für mein Dafürhalten nicht die Lösung.

Z.Zt. beträgt die Taktung des variablen Taktgebers in Nähe „0“ etwa 0,5 Sekunden Pumpen und 6 Sekunden Pause.
Beim Durchrutschen über „0“, verschiebt sich der Takt bis auf ca. 2 Sekunden Pumpen und 2 Sekunde Pause, dann allerdings mit umgepolter Pumpe.
Die interne Hysterese des Drucksensor beträgt zwischen der „auf“ und „ab“ Umschaltung, etwa 1 cm Höhenunterschied.

Weitere Tests werden folgen.

3. Test mit PWM-Modulator

Ein dritter Test am „ grossen See“ verlief mit grosser Zufriedenheit.
Die zuvor aufgetretenen Probleme waren merkwürdigerweise nicht mehr vorhanden .
Langes Schweben ohne Probleme +/- 1 cm war ok.
Langsame und mittlere Fahrt waren ok.
Bei schneller Fahrt neigte das Boot zum „Pendeln“;
aber damit kann man leben.

Die Einstellungen bleiben also so, wie sie „trocken“ eingestellt wurden, bestehen.

Ein elektrisches Magnetventil im Eigenbau

Ein elektrisches Magnetventil im Eigenbau

Vorwort

Damit ein U-Boot im Stillstand in einer genau vorgegebenen Höhe unter Wasser schwebt, bedarf es ständig einer sehr feinfühligen Trimmung des Ballasttanks durch die Pumpe.Dieser Ballasttank soll sich möglichst genau im Schwerpunkt des U-Bootes befinden.Eine Trimmkorrektur für die waagerechte Lage des Bootes kann von außen, durch einen kleinen Einstellknopf am Heck des gefluteten Deckteils, vorgenommen werden. Dieses geschieht mittels eines Gewichtes, das durch eine Gewindestange in seiner Längsachse verschiebbar angebracht ist.

Wird eine Zahnradpumpe für die Trimmung verwendet, so empfiehlt sich der Einbau eines elektrischen Ventils in den Wasser Einlass, um ein langsames leerlaufen des Ballasttanks zu verhindern. Zahnradpumpen haben keine Ventile und die Zahnräder selbst schliessen nicht dicht ab. Setzt man hingegen eine Schlauchpumpe ein, so kann ein elektrische Ventil entfallen.

Allerdings sind diese oft sehr gross und teuer; auch ist der Durchfluss m. a. zu gering.

Da in einem U-Boot ständig ein chronischer Platzmangel herrscht, muss das elektrische Ventil möglichst klein ausfallen und nur eine geringe Stromaufnahme benötigen. Es gibt auch elektrische Ventile, die mittels eines Servos betrieben werden. Am einfachsten geschieht dieses durch das Abklemmen eines hochflexiblen Silikonschlauches. Die Trägheit dieses Systems ist allerdings sehr gross.

Ein elektrisches Magnetventil wird parallel zur Zahnradpumpe geschaltet.

Hinter dem Wassereinlass sollte sich immer ein Grobfilter befinden, da keine Pumpe Schmutz verträgt.
Angaben zu den Ventilmassen

Die Masse sind abhängig von dem zur Verfügung stehenden Einbauplatz und können individuell angepasst werden. Dieses trifft ebenso für die Spulendaten zu.

Hier ein Beispiel
Gesamte Ventillänge mit Filter: ~ 50 mm
Durchmesser der Schlauchanschlüsse: 4,5- 5,5 mm
Durchmesser der Verbindungsschläuche außen: 5,5- 6,0 mm
Durchmesser der Verbindungsschläuche innen: 4,0- 5,5 mm
Platzbedarf der Spule: 15-20 mm
Durchmesser der Spule: ~ 15 mm
Betriebsspannung: 8 Volt Bleigel ( 7,2 – 9,6 V )
Stromverbrauch: ~ 0,5 Ampere
Leistungsaufnahme der Spule: ~ 4 Watt
Widerstand der Spule: 16-20 Ohm
Blechbügel als Joch u. Befestigung: 0,5-1,5 mm verz. Eisenblech
Länge des Filters: ~16 mm
Durchmesser des Filters: ~ 9 mm
Siebeinsatz des Filters: ~ 8 mm
Koppelschlauch des Filters aus: Silikonschlauch
Durchmesser des Koppelschlauches innen: ~ 8 mm
Durchmesser des Koppelschlauches außen: ~ 11 mm
Länge des Koppelschlauches: ~ 15 mm

Anforderungen an das Magnetventil

Wichtige Bedingung und Sicherheitsfunktionen, die das Ventil erfüllen soll:

  • Im Störungsfall soll das Abpumpen des Ballastwassers immer möglich sein, eine weitere Wasseraufnahme jedoch nicht.
  • Bei einem Spulen defekt, Absinken der Batteriespannung, oder einer Verschmutzung des Ventils, soll die Zahnradpumpe das Wasser noch nach außen drücken können.
  • Evtl. sind die Schläuche gegen ein Abspringen zu sichern, da Zahnradpumpen einen sehr hohen Druck erzeugen können. —-
  • Mit einer Fahrradluftpumpe werden etwa drei Pumpstösse Luft in den Bootskörper gedrückt, hierdurch darf das elektrische Wasser-Ventil noch nicht öffnen.
  • Das Ventil selbst ist mit seinen beweglichen Komponenten im Inneren eines Rohres untergebracht, so dass man hier nicht mit Leckagen rechnen muss.
  • Die Leistungsaufnahme sollte 4 Watt nicht überschreiten und es muss für den Dauerbetrieb ausgelegt werden.
  • Es soll ein Schmutzfilter mit am Ventil integriert sein.
  • Die Schlauchanschlüsse sollen einen Durchmesser von 4,5-5,5 mm haben.
  • Die Bauform des Ventils soll extrem klein sein.
  • Im stromlosen Zustand soll das Ventil geschlossen sein.
  • Diese Art von Ventil lässt sich auch mit einem kräftigen Dauermagneten öffnen.

Also wird auch hier, wieder einmal, eine EierlegendeWollMilchSau benötigt.

Der Eigenbau ist angesagt:

  • Welches Material
  • Was haben wir im Fundus
  • Halbfertige Arbeit wird gebraucht
  • Etwas für ein verregnetes Wochenende
 
Oben die Funktions-Skizze eines Magnetventils, wie es sich schon im Einsatz befindet.
 
Ventilversion 1.02
Die oben stehende Abbildung stellt ein Prinzip Beispiel des Ventils dar und ist nicht als Bauanleitung gedacht.
Die nachstehende Abbildung ist stark vergrößert dargestellt und somit nicht Massstabsgerecht.
Andere Masse sind, soweit sinnvoll, möglich.