Empfänger-ABC

Die Fernsteuertechnik hat eine enorme Entwicklung beschritten. Anwender haben dennoch immer wieder Probleme mit der Technik. Unser Beitrag soll deshalb helfen, Probleme zu analysieren.

Einführung Empfänger

Der Empfänger stellt die Verbindung zum Flugmodell (z.B. Modellhubschrauber oder Modellflugzeug) sicher. Steuerbefehle des Senders werden übertragen und vom Empfänger interpretiert und als Steuerbefehle an das Querruder, Höhenruder, Seitenruder und den Motor übertragen. Zwischen Sender und Empfänger liegt somit ein  "unsichtbarer Übertragungsweg". Die Funktionsweise dieser Übertragung dient der Sicherheit und muss deshalb zuverlässig arbeiten.

Viele Abstürze von Flugmodellen sind bei richtiger Anwendung vermeidbar. Benutzer gehen jedoch regelmäßig fabrikatübergreifend davon aus, dass eine RC-Anlage einwandfrei funktioniert. Wegen der vielfältigen Möglichkeiten in der Anwendung ist das bei weitem aber nicht so.

Bewertung der Qualität

Die Sender strahlen ihre Signale mit "HF" (Hochfrequenz wie bei Fernsehsendern) aus. Der Übertragungsweg kann aufgrund seiner Unsichtbarkeit nur schwer bewertet werden. Tests sind zwingend erforderlich, um diese Bewertung vornehmen zu können.

Anordnung im Flugmodell

Entscheidend für den störungsfreien Betrieb ist die Anordnung der Komponenten im RC Flugmodell.

Die Anordnung der RC-Anlage ist vom Hersteller optimal auf die Art der häufigsten Anwendung ausgelegt. Dennoch sind die möglichen Anwendungen der RC-Anlage beim Kunden vielfältiger, als sie der Hersteller im Labor testen könnte. Eine störungsfreie Funktion kann ein Hersteller also nicht garantieren. Jede Änderung am RC-Flugmodell (Verlegung der Antenne, Verlängerung von Servokabeln, Verlegung des Akkus direkt am Empfänger, Verlegung der Servos direkt an den Empfänger, Zusatzgeräte (z.B. Kreisel) kann die Eigenschaften des Empfängers beeinflussen. Dabei können durchaus alle Bestandteile für sich in Ordnung sein.

Jedes so erzeugte Problem wirkt sich grundsätzlich auf die Reichweite oder Richtwirkung aus. So kann ein Empfänger zum Beispiel auch in geringem Abstand unzuverlässig funktionieren, selbst dann, wenn in großer Entfernung alles funktioniert. Diese Probleme kann man durch einen Reichweitentest und Richtungstest zuverlässig analysieren. Sinnvoll sind diese Tests natürlich vor dem Erstflug. Probleme machen sich einfach durch sich selbstständig bewegende Servos oder ein unbeabsichtigtes Anlaufen des Brushless-Motor bemerkbar. Durch Änderung am Einbau des Empfängers oder Verlegung der Antenne sind diese Probleme meist leicht zu beheben.

Empfangsantenne richtig verlegen

Hierzu können wir nur theoretische Informationen geben. So können als problematisch beschriebene Anordnungen modellabhängig in der Praxis trotzdem gut funktionieren. Aufschluss über die Qualität der Anordnung geben jeweils nur der Reichweitentest und der Richtungstest.

Stabantenne

Die optimale Verlegung der Antenne ist prinzipiell die in Art einer Stabantenne (A). Sie wird nach einem, kurzen waagerechten Verlegungsweg senkrecht nach oben geführt. Gleichzeitig werden die Servos und Akkukabel möglichst weit weg gelegt.

Ist diese Art der Verlegung nicht möglich, so gilt es aber generell zu vermeiden, dass die Antenne  des Empfängers in bestimmten Fluglagen punktförmig auf den Sender weist (B), weil diese Konstellation die geringste Feldstärke am Eingang des Empfängers bewirkt. Je größer der senkrechte Teil der Antenne ist, desto weniger negative Richtwirkung und desto weniger Einflüsse der einbaubedingten Gegebenheiten machen sich bemerkbar.

Was ist zu vermeiden?

- parallele Verlegung der Antenne zu Servo-Kabeln oder anderen elektrisch leitenden Anlenkungsdrähten (Achtung: auch Kohlefaser leitet)
- Zusammenrollen der Antenne oder andere Formen von Antennen-Salat (wirkt wie eine Verkürzung der Antenne)
- ein Kürzen der Antennenlänge darf nicht erfolgen (wenn doch, dann in einer durch 2 teilbaren Länge)
- Anlenkungsdrähte, Servos und deren Kabel nahe der Antanne verlegen

Besonderheit: Verlegung im Flugzeugrumpf

Wir empfehlen die abgewandelte gestreckte Verlegung. Die Antenne nur gestreckt zu verlegen, hätte zur Folge, dass die Richtwirkung in Längsrichtung des RC-Flugmodells durch Senden auf nur noch einen Punkt verstärkt wäre. Abgewandelt wird die gestreckte Verlegung deshalb durch eine etwas geschwungene Verlegung, dies ergibt weniger Richtwirkungen.

Basteltipp: Man nehme ein Balsastäbchen, befestigt die Antenne am Ende und legt beides locker in den Flugzeugrumpf. Somit liegt die Antenne geschwungen im Flugzeugrumpf, kann aber nicht zu einem Kabelsalat zusammen rutschen.

Was alles stören kann

Obwohl die Hersteller versuchen, die Servoeingänge des Empfängers HF-technisch abzublocken, stellt funktionstechnisch betrachtet jedes Kabel am Eingang des Empfängers auch eine zusätzliche Antenne dar.

Der Empfänger ist aber nur auf die vorgesehene Antenne abgestimmt. Folglich stören die zusätzlichen Antennen.

Wenig Auswirkung haben diese Kabel, solange die Kabellängen
- nicht länger als die normale Servokabel sind,
- der LiPo-Akku optimal platziert ist und
- die Antenne weit weg von den Servos und Servokabeln
verlegt ist, denn auf diese Bedingungen hat der Hersteller seine Empfänger abgestimmt.

Größere Auswirkungen haben diese Kabel,
- wenn die Kabellängen halbe Antennenlänge, ganze Antennenlänge oder länger als die Empfängerantenne sind.
- wenn die Art der Kabelverlegung links und rechts zu den Servos der Tragflächen erfolgt oder parallel zu der Antenne nach hinten zum Servo des Seitenruders (bei Einbau hinten im Leitwerk)
- wenn die Kabel kreuz und quer verlegt werden

Es gilt: Je kürzer ein Kabel, desto besser. Eine Seilzuganlenkung hat also hier Vorteile! Je kürzer ein Kabel, desto geringer der Widerstand und desto höher der mögliche Stromfluss bzw. desto geringer der Spannungsabfall.

Schwankungen der Feldstärke

Wird eine Antenne einfach lose in die Luft gehängt, ergeben sich dadurch starke Feldstärkeschwankungen. Zwar wird dies technisch versucht auszugleichen, doch warum sollte man die Bedingungen nicht einfach gleich optimal herstellen?!

Wenn Kabel eben doch verlängert werden müssen

Dann empfehlen wir die Verwendung von verdrillten Kabeln – Punkt! Es gibt zwar auch Entstörfilter auf dem Markt. Eine Wirkung lässt sich jedoch kaum nachweisen. Schädlich sind Entstörfilter aber in keinem Fall.

Besonderheit Großmodelle

Hier sind Trennfilter ein Muss. Großmodelle sind besonders gefährlich und sollten daher jede Reserve nutzen. Bei Trennfiltern ist darauf zu achten, dass diese mit Ringkern und darin eingewickelten Kabeln ausgestattet sind.

Eine Wirkung von kabelführenden Eisenrohren, die die Abstrahlung der Kabel verhindern sollen, lässt sich nicht nachweisen.

Antennenlänge

Die Gesamtlänge der Empfängerantenne muss immer so lange sein, wie die Originalantenne. Eine Abweichung von 2 bis 3 cm ist tolerierbar.

Stabantenne

Sie ist die beste Lösung. Sie besteht aus einem Stahldraht der vertikal am Flugmodell angebracht ist und der Zuleitung zum Stahldraht. Beide Teile sollten ein Verhältnis zueinander von 1:3 aufweisen. Ist also die Stabantenne 15 cm lang, muss die restliche Antennenlitze 5 cm lang sein. Der Durchmesser des Stahldrahts sollte so sein, dass er star genug ist und im Flug nicht schwingt.

Knack-Impulse

Solche Impulse entstehen dann, wenn Metallteile aufeinander reiben oder stoßen. Hierbei kommt es zu statischer Aufladung und dann eben wieder zur Entladung. Dabei springen Funken zwischen den Metallteilen, die meistens auch noch hochfrequente Energieanteile haben und den Empfänger dadurch stören. Verstärkt zu beobachten sind solche Probleme bei Modellhubschraubern oder RC-Flugmodellen mit Verbrennungsmotor. Heutige Empfänger sind zwar schon störunanfälliger aber ein Augenmerk dahin sollte man dennoch richten.

Bürsten-Feuer

Bürsten-Motoren erzeugen hochfrequente Störungen mit hohem Energiegehalt. Sie entstehen im Elektromotor über die stehenden Bürsten zum drehenden Kollektor. Dabei entstehen starke Funken, das sog. Bürsten-Feuer. Diese Störungen werden dann auch über die Kabel, zum Teil auch über den LiPo-Akku, abgestrahlt. Durch eine Motorentstörung wird dieser Faktor nur verringert, aber nie ganz beseitigt. Folglich ist der Empfänger und dessen Antenne mit größt möglichem Abstand anzuordnen.

Stromversorgung BEC

Bei einigen Reglern wird über die Versorgungsleitung zum Empfänger „die Störung getaktet“ zum Empfänger übertragen. Nicht bei jedem Empfänger treten diese Art Probleme auf. Ausschließen kann man dies durch den Versuch mit einem separaten Empfänger-Akku.

Motorzündung

Durch Funkenzündung mit Zündkerze werden starke Störenergien in den verschiedensten Frequenzen erzeugt. Sie können auf alle verbundenen Elemente übertragen werden. Dies gilt vor allem für den Kerzenstecker und die Zündkabel. Deshalb müssen sie entstört und geerdet sein. Eine defekte Isolierung am Zündkabel oder am Kerzenstecker reicht bereits aus, um den Empfänger störende Funkenübersprünge zu erzeugen. Der Reichweitentest muss hierzu zwangsläufig mit laufendem Motor durchgeführt werden.

Bei elektronischen Zündungen werden Zusatzakkus verwendet. Diese müssen so weit weg wie möglich von allen Teilen der Fernsteuerung angeordnet werden. Der Empfängerakku darf in keinem Fall gleichzeitig als Versorgungsakku für die Zündung verwendet werden.

Besonderheit Kreisel

Diese arbeiten mit Microprozessoren. Getaktet werden sie durch einen Quarz. So ergeben sich geringfügige Abstrahlungen von HF auf der Taktquarzfrequenz. Auch Kreisel sollten deshalb einen Abstand zwischen Empfänger einhalten.

Anzahl der Empfänger

Zur Vermeidung von langen Kabeln kann vor allem bei großen Modellen auch ein weiterer Empfänger zum Einsatz kommen.

Besonderheit Servo

Moderne Servos haben viel Kraft und eine hohe Stellgeschwindigkeit. Dabei entstehen hohe Ströme. Der LiPo-Akku kann diese nicht schnell genug zur Verfügung stellen. Die Spannung schwankt. Diese Schwankung muss der Empfänger ausgleichen. Sinnvoll kann es daher sein, den Empfänger und die Servos jeweils von getrennten LiPo-Akkus mit Strom zu versorgen. Die notwendige Arbeitsleistung für den Empfänger wird dadurch deutlich verringert. Gerade wenn mehrere Servos parallel arbeiten, wird diese Lösung zu favorisieren sein.

Wohin mit der Sender-Antenne?

Für optimalen Empfang ist die Sender-Antenne immer seitlich zum Flugmodell ausrichtet.

Nachbarkanalstörungen

- Entstehen dann, wenn die Piloten räumlich nicht zusammen stehen. Das Stör- Nutzverhältnis beträgt 10:1.

Volle Reichweite – was´n das?

Dieser Begriff wird von jedem anders interpretiert. Nach unserem Anspruch mindestens 1000 Meter bei eingeschaltetem Nachbarkanalsender. Jeder zusätzliche Sender verringert die nutzbare Reichweite.

Reihenfolge beim Einschalten und Ausschalten der RC-Anlage

Zuerst den Sender, dann den Empfänger einschalten!
Zuerst den Empfänger, dann den Sender ausschalten!

PPM / PCM

Puls-Pausen-Modulation und Pulse-Code-Modulation. Bei letzterer Übertragungsart wird zusätzlich noch ein Code verwendet. Dieser erlaubt dem Empfänger Fehler im Signal als Störungen zu erkennen. Tritt eine Störung ein, kann der PCM-Empfänger die Servos in eine programmierte Positionen stellen (Modus Fail Safe). Einstellbar ist auch, dass die Servos in der zuletzt als richtig empfangenen Position stehen bleiben. (Modus NORMAL). Der PPM-Empfänger gibt die empfangenen Signale also ungeprüft an die Servos weiter.

Reichweitentest

zu beachten:

- Generell sollte ein Reichweitentest immer unter vergleichbaren Bedingungen vorgenommen werden, damit auch vergleichbare Ergebnisse entstehen.
- keinen anderen Sender einschalten
- Reichweitengrenze definieren
- den RC-Sender immer gleich anfassen

Vergleichen

Um einen Anhalt / Maßstab für künftige Werte zu erhalten, bietet sich es an, Werte einer schon bestehenden RC-Anlage als Referenz zu ermitteln. Diese RC-Anlage dann im neuen RC-Flugmodell eingebaut, lassen dann Rückschlüsse auf das neue RC-Flugmodell zu. Zu bedenken ist, dass die Umwelteinflüsse sich ändern und diese damit unmittelbar auch die Ergebnisse beeinflussen. So kann z.B. ein regennasser Boden die Reichweite verkürzen. Je ähnlicher die Bedingungen, desto vergleichbarer sind also unsere Ergebnisse.

Erfahrungen beim Reichweitentest

Einige Empfänger beginnen relativ früh mit leichtem Zittern, übersetzen die Steuersignale aber trotzdem über eine viel größere Reichweite exakt. Andere RC Empfänger beginnen später im Reichweitentest mit einem leichten Zittern, schalten dann aber gleich danach ab. Daraus leiten wir ab, dass die Reichweitengrenze dort ist, wo die Steuerbefehle vom RC-Sender nicht mehr eindeutig vom Servo umgesetzt werden. Also muss während des Reichweitentests immer ein Steuerknüppel betätigt werden. Nur so kann der Reichweiten-Punkt eindeutig beurteilt werden.

Aufbau/Vorgehensweise

Bei Sendern mit einem Servo-Test-Programm ist dieses zu aktivieren. Vorteil ist, dass man dadurch mit der Empfangsanlage vom Sender weglaufen und die Servo-Bewegungen gut beobachten kann.

- Sender auf ca. 1 Meter Höhe zu stellen (Tisch/Stuhl)
- Empfangsanlage einschalten
- Servos und Akku in die Hand nehmen (Test also ohne RC-Flugmodell)
- Empfänger mit der Antenne nach unten baumeln lassen
- Servos bewegen sich jetzt getreu dem Testprogramm des RC-Senders
- immer in dieselbe Richtung laufen
- bei jedem Test den Sender an dieselbe Stelle mit gleicher Ausrichtung stellen
- beim Bestimmen der Reichweite nicht mit dem eigenen Körper zwischen Empfänger und Senderantenne stehen.

Bei Sendern ohne Testprogramm muss man sich mit dem Sender von den Servos fortbewegen. Damit man die Bewegungen der Servos auch noch in einiger Entfernung erkennt, kann man den  Servohebel mit einem großen Aufkleber versehen. Empfänger mit Servos sind mindestens 1,5 Meter hoch zu stellen. Die Antenne hängt nach unten. Darauf achten, dass der Sender immer gleich angefasst wird, denn auch dadurch können sich Unterschiede ergeben.

Bei allen Tests sollten keine metallischen Gegenstände am RC-Sender oder an der RC Empfangsanlage stehen.

Lageabhängige Tests

Nun drehen wir das RC Flugmodell mit eingebauter RC-Anlage noch um seine eigene Achse. Die möglichen Entfernungen sollten dabei nicht allzu sehr vom ersten Test abweichen. So ermittelte Abweichungen deuten dann auf RC Modelltyp bedingter Beeinträchtigungen hin. Vergessen dürfen wir nicht die häufigste Lage unseres RC Modelles, nämlich jene von unten.

Reichweite erreicht?

Grundsätzlich sollte man von der ermittelten Reichweite weit genug entfernt bleiben. Je größer die Reichweite, desto größer sollte auch die Sicherheitsreserve sein. Gerade bei großer Entfernung sollte man nicht mehr gerade von der eigenen Position aus wegfliegen. Häufig gelangt man jedoch gar nicht an diese technische Grenze, weil bei modernen 2.4 GHz-RC-Anlagen die Entfernungen so groß sind, dass zuerst die Sichtgrenze ein Steuern unmöglich macht (weil Lageerkennung nicht mehr möglich). Sollte dennoch ein Mal ein Reichweitenproblem entstehen, so ist nicht direkt zurück zu fliegen, weil sich dann durch die negative Richtwirkung das Reichweitenproblem verschärft.

Schwarze Löcher - nicht nur im Weltall

Auch im Modellflug gibt es schwarze Löcher. Hiermit meint der RC-Modellflieger Stellen im Luftraum, an denen unerwartet kein Empfang mehr besteht, obwohl nach Reichweitentest und Lagebeurteilung ein Empfang bestehen müsste. Nach unserer Erfahrung ist vornehmlich Bodenfeuchtigkeit für diese Schwarzen Löcher ursächlich. Durch Feuchtigkeit entsteht am Boden eine Reflexion, die zu Laufzeitunterschieden der RC-Signale führt. Im Bild erkennt man diesen Effekt, bei dem das Signal unterschiedliche Wegstrecken zurücklegt. B1 + B2 ist größer als A.