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Damals war's. Geschichten
aus dem alten Berlin.
Gerd Heinz
Ende der 1960-er Jahre kamen in der BRD ("im Westen") die ersten digital-proportionalen Funkfernsteuerungen in die Welt und auf den Markt. In der DDR lief man auf diesem Gebiet immer eine Gerätegeneration (etwa 5 Jahre) hinterher. Man baute neueste, westliche Geräte kreativ nach. Die DDR-Anlage "start dp5" (27 MHz, AM, 5 Kanäle, gegen 1975) kostete nach meiner Erinnerung komplett etwa 2400 Mark der DDR. Bei einem Jung-Ingenieursgehalt von 860 Mark unbezahlbar, zumal die Wohnung noch mit Möbeln, Kühlschrank, Waschmaschine etc. einzurichten war. Die Bücher [1], [2] kamen genau zur richtigen Zeit auf den Markt. Ein Jahr lang baute ich nach Feierabend eine "start-dp5" Anlage nach. Dank der HF-Spezialisten und INT-Kollegen Dieter Buchwald, Hochschild, Horst Schmied und Dr. sc. Eberhard Kühn [3] erhielt man nach einer schlaflosen Nacht meist den richtigen Tip, um weiterzukommen. Die hohe Verstärkung des ZF-Verstärkers des ersten Empfängers führte zunächst zu andauernder Rückkopplung. Die aber hatte Ursachen. Auch der Senderabgleich hatte es in sich. Und die Stabilität der Regelelektronik der Servos brachte neue Herausforderungen.
Wenn ich mich richtig erinnere, wurden in Westdeutschland anfang der 70er Jahre von Graupner erste digitale proportional-Funkfernsteuerungen (RC steht für Radio-Control) [2] verkauft. Zur Historie siehe auch [4], [5] und [6].
Vorher gab es nur Tip-Fernsteuerungen (Tonkreisanlagen), die zwar für Segelflugzeuge und Schiffe, nicht aber für schnelle Automodelle oder für Kunstflieger geeignet waren. Jede Taste erzeugte einen eigenen Sinuston, der von einem LC-Kreis im Empfänger ausgewertet wurde. Relaisanker oder spezielle Rudermaschinen betätigten die Ruder, beim Drücken einer Taste schlug das entsprechende Ruder aus.
Tip-Empfänger waren in der Anfangszeit des RC-Modellbaus bedeutsam, weil sie mit wenigen, damals noch sehr teuren Transistoren auskamen. Ein Transistor kostete Mitte der Sechziger in der DDR noch um die 20 Mark der DDR. In der Schaltungstechnik wurde auf die seit den dreißiger Jahren vorhandenen, ersten Schaltungen mit Röhren zurückgegriffen.
So soll schon die A4-Rakete von Wernher von Braun mit einer röhrenbestückten 1-Bit Fernsteuerung über einen Radar-Sender gesteuert worden sein, deutsche Fliegerbomben wurden ferngesteuert auf Schiffsziele gelenkt. Nach dem Krieg übernahm die USA die führende Rolle, siehe z.B. ein Diskussionsforum in [6].
Nicola Tesla führte bereits 1898 auf der Weltausstellung in New York ein funkferngesteuertes Modellboot vor [4] - lange, bevor Elektronenröhre oder Transistor erfunden wurden. Und Werner von Siemens soll bereits 1870 eine funktionierende Drahtfernsteuerung gezeigt haben [3].
Mit kleiner und billiger werdenden Transistoren wurde alles anders. Ein noch immer namenloses Genie erfand das digital-proportional-Steuerungsprinzip. Es sollte die Basis der Fernsteuertechnik für Jahrzehnte bleiben.
Deutsche Pioniere waren bei ersten digitalen Proportionalanlagen Ende der 60er Jahre wohl die Firmen Graupner und Metz [2].
Das Prinzip einer Digital-Proportional-Anlage soll mit dem Bild 1, welches 2007 für Wikipedia erstellt wurde [8], kurz erklärt werden.
Ein astabiler Multivibrator erzeugt den Grundtakt. Je nach Anlage werden die Pulse alle 15 bis 22 Millisekunden zyklisch wiederholt. Mit dem Potentiometer des betrachteten Kanals wird am Sender die Pulsdauer eines Monoflops typisch von 1 bis 2 Millisekunden (ms) variiert. Eine Millisekunde steht nun z.B. für links, zwei Millisekunden für rechts, 1,5 ms für neutral (Mitte).
Jeder Folgekanal (-Impuls) schließt sich unmittelbar an seinen Vorgänger an. Das erste Monoflop löst aus für Kanal 1. Die weiteren Monoflops lösen nacheinander aus für Kanäle 2, 3 und 4. Jedes auslösende Monoflop erzeugt einen Puls. Diese werden zusammengeführt und auf 0,25 bis 0,4 ms verlängert.
AM stellt die Amplitudenmodulation des HF-Trägers (27/35/40 MHz) dar, dabei tasten (schalten) die verlängerten Pulse den Sender aus. Bei Frequenzmodulation (FM) wird die Trägerfrequenz verändert, hier ist die Frequenzdifferenz rund |f1−f2| ≈ 5 kHz.
Im Empfänger werden die Pulse der verschiedenen Kanäle wieder vereinzelt und zu den Servo-Steckern gegeben.
Im Empfänger werden die Pulsbreiten wieder mit einem Ringzähler oder Schieberegister dekodiert, so daß jede Servoelektronik nur die Pulsvariation des betreffenden Kanals erhält.
Kernelement jeder Servoelektronik ist ebenfalls ein Monoflop, welches über die eingehende Pulsflanke des Senders angestoßen wird und dessen Pulsbreite von der Stellung des im Servo integrierten Potentiometers gesteuert wird. Die vom Sender eingehende Pulsbreite wird zu der vom Servopoti gelieferten Pulsbreite mit inverser Amplitude addiert, das positive oder negative Ergebnis der Addition läßt den Servomotor in die eine oder andere Richtung loslaufen, solange, bis die Pulsdifferenz Null wird. Hier ist die beabsichtigte Ruderstellung erreicht und der Servomotor stoppt.
Ursprünglich nutzten die verschiedenen Hersteller verschiedene Neutralzeiten (1,5 ms ... 1,8 ms). Letztlich normten die Servohersteller den Markt. Heute sind bei allen Servos relativ einheitlich 1,5 ms +/- 0,5 ms bei einem Stellwinkel von +/- 45° zu erwarten.
Erste Proportionalanlagen arbeiteten mit Amplitudenmodulation (AM) auf dem 27 MHz-Band, die Endstufe des Senders wurde pulsierend ein- und ausgeschaltet. Man teilte sich dieses Band mit Sprechfunk (Walkie-Talkies), der bei Polizei und Rettungsdiensten beliebt war. Problem bei AM sind die Pulspausen, die von einem störenden Sender "zugedrückt" werden können.
Entsprechend war die Störsicherheit nicht allzu hoch. Wehe, bei einem Wettkampf fuhr ein funkender Krankenwagen, Feuerwehrwagen oder ein Polizeiwagen nahe genug vorbei. Dann wurde es für die sich am Kurs drängenden Zuschauer kreuzgefährlich, weil mit hoher Geschwindigkeit fahrende Modelle ausbrechen konnten. Die vorn Stehenden sprangen zwar hoch, aber der Wagen krachte irgendjemandem weiter hinten in die Beine. Schnell kamen mit Wasser gefüllte Feuerwehrschläuche in Mode, um genau das zu verhindern.
Zur Erhöhung der Störsicherheit ging man zu Frequenzmodulation (FM) und auf andere Frequenzbänder über. Mit der Anlage "Multiplex Royal-FM" (27, 35 und 40 MHz) ging man wohl 1975 erstmals diesen Weg [2], Seite 339. Ein FM-Sender arbeitet mit Dauerstrich-Modulation, über eine Kapazitätsdiode wird die Quarzfrequenz entsprechend des Pulsmusters variiert. Um das durch AM-Anlagen bereits vorgegebene Kanalraster mit einem theoretischen Kanalabstand von 10 kHz realisieren zu können, ist ein HF- Frequenzhub kleiner 5 kHz zu realisieren. Im Empfänger ist der Demodulator entsprechend zu modifizieren.
Mit der Entwicklung von Transistoren mit immer höherer Transitfrequenz, die für Tuner für das zweite Programm des Fernsehens entwickelt wurden (man denke an den Transistor AF139), entstanden Voraussetzungen für den Übergang zu höheren Sendefrequenzen. So ging es über das 35 und 40 MHz-Band zu 433 MHz und etwa ab 2010 schließlich zu 2,4 GHz. Vorteil höherer Frequenzen war eine kürzer werdende Antennenlänge.
1974 stellte die Firma HISTRI-ELECTRIC die erste Fernsteuerung "Superprop" für 433 MHz vor. Damit konnte die Antennenlänge deutlich reduziert werden [2], Seite 329. Interessant ist bei der Superprop eine etwa 5/8 λ lange Stabantenne (41 cm) mit der sich eine stärkere Bodenwelle erreichen läßt.
Als Lösungsweg wurde für 433 MHz (nicht bei Superprop, [2], Seite 329) i.a. die Sendefrequenz von 27,12 MHz versechzehnfacht, da für 27 MHz bereits Quarzpaare marktüblich waren. So ergibt 16 mal 27,12 MHz die Zielfrequenz von 433,92 MHz. Die Versechzehnfachung der Sendefrequenz läßt sich als 4x4 oder als 2x2x2x2 oder in Kombination, z.B. durch 4x2x2 ausführen.
Letztlich kam man zur Jahrtausendwende bei 2,4 GHz an, neuere Fernsteueranlagen nutzen nur noch dieses Band. Die nunmehr extrem kurze Antennenlänge von nur 3 Zentimetern ist zugleich ein Vorteil, wie ein Nachteil, da sie temporär starke Phasenauslöschungen zwischen direkter Welle und am Boden reflektierter Welle provoziert.
Allerdings steht eine vergleichbar viel höhere Nutzbandbreite zur Verfügung, die mühelos auch lange, chiffrierte Binärcodes zuläßt.
Da im Modellbau ausschließlich Stabantennen Verwendung finden, ist deren Fußpunktimpedanz von 35 Ω bei einem Viertel der Wellenlänge (λ/4) substanziell.
Mit λ = c/f , wobei c für die Lichtgeschwindigkeit (300.000 km/s) und f für die Sendefrequenz stehen mögen, erhalten wir die folgende Tabelle:
Tabelle 1: Antennenlänge in Abhängigkeit von der Sendefrequenz
| Sendefrequenz f in MHz | 27 | 40 | 433 | 2400 |
| Wellenlänge λ in m | 11,06 | 7,5 | 0,69 | 0,125 |
| Antennenlänge λ/4 in cm | 277 | 188 | 17 | 3,1 |
Während man bei 27 MHz noch sogenannte Antennen-Verlängerungsspulen brauchte, um mit einigermaßen kurzen (1,40 m bis 1,80 m) Sendeantennen zurecht zu kommen, entfällt dieses Problem ab 433 MHz aufwärts vollständig. Im einfachsten Fall bestand bei 27 MHz die Verlängerungsspule aus einem dicken Kupferlackdraht, der die fehlende Länge zur Viertel-Wellenlänge hatte und als Luftspule in Reihe zur Antenne geschaltet wurde.
Skalierte Mikroelektronik-Technologien erschlossen den Gigahertzbereich. Einchip-Microcontroller mit internem EEPROM sowie Synthesizer- und PLL- Schaltungen aus Bluetooth- und WLAN-Entwicklungen gestatteten nach der Jahrtausendwende quarzlose Empfänger sowie höchste Störsicherheit durch variierende "Frequency Hopping Spread Spectrum" (FHSS) Verfahren auf 2,4 GHz "on chip". Das waren Quantensprünge.
Aber ein Wermutstropfen dieser neuen Techniken darf nicht verschwiegen werden. Sender und Empfänger verschiedener Hersteller sind nicht mehr kompatibel, selbst neue Gerätegenerationen desselben Herstellers können meist nicht mit den älteren Geräten kommunizieren.
Wird ein neuer FHSS-Hopping-Code als Software geladen, ist schon Inkompatibilität mir dem vorherigen erreicht. Da von jedem Modellbauer alle paar Jahre alles neu gekauft werden soll, kann extrem viel mehr Elektronik-Sondermüll produziert werden. Nur die Umsätze der Hersteller steigen.
Die Möglichkeit, 1978 eine Fernsteueranlage zu kaufen war für mich finanziell ausgeschlossen. Als Jungingenieur verdiente ich 860 Mark, eine "start dp5" Anlage kostete mit Servos komplett um die 2400 Mark (der DDR).
Nun konnte man zur GST (Gesellschaft für Sport und Technik) gehen, um sich in einem Modellbauclub in eine lange Reihe Wartender einzureihen, die ebenfalls noch keine Funkfernsteuerung besaßen. In der Zwischenzeit hatte man natürlich an Vereinsveranstaltungen aller Art - insbesondere auch zur vormilitärischen Ausbildung teilzunehmen. Auch erhielt man das GST-Material nur als Leihgabe.
Das war nicht nach meinem Geschmack. Also blieb nur ein Eigenbau übrig, zumal die Arbeitskollegen im INT - als versierte HF-Spezialisten - dazu ermutigten. Ich saß von 1977 bis 1980 in der Arbeitsgruppe von Dr. Eberhard Kühn und Horst Schmied, den DDR-Bestsellerautoren [3]. Die Kollegen vermaßen insbesondere TTL-Schaltkreise für grenzwertige Applikationen. Ein bissel Glück gehört im Leben immer dazu.
Nun könnten Sie fragen: Wozu erzählt er das? Es ist ganz einfach: Ich habe niemanden kennengelernt, der ein Wettbewerbsmodell mit einer selbstgebauten Funkanlage betrieb, die noch dazu eine Postzulassung brauchte und hatte.
Diese Zulassung gab es nicht gratis. Man hatte die Anlage beim Funk-Entstörungsdienst der Post in einem abgeschirmten Raum aufzubauen, dort interessierte man sich insbesondere für die maximale Leistung und für Nebenkeulen - also die Störfrequenzen, die in Nachbarbänder einstrahlen.
Auf dem Spektrometer hatten die Abstrahlungen des Funksenders exakt innerhalb einer Schablone zu liegen. Beim ersten Versuch durfte ich wieder nach Hause gehen, die Nebenkkeulen waren zu hoch. Erst beim zweiten Anlauf lag mein Sender innerhalb des erlaubten Limits. Ich war stolz wie Bolle.
Der Funk-Entstörungsdienst befand sich übrigens im Neubau gegenüber dem HdjT (Haus der jungen Talente, heute wieder Palais Podewil) in der Klosterstraße am Alex, während die Bezirksdirektion der Deutschen Post in der Otto Nuschke Str. 67-69 saß (heute wieder Jägerstraße).
Sämtliche Platinen wurden zunächst auf Pergamentpapier im Maßstab 1:1 gezeichnet. Dann wurden die Löcher auf gereinigtes Leiterplattenmaterial passender Größe mit einer Zirkelspitze übertragen. Mit einem Skribent wurden anschließend die Leiterzüge auf die Platine übertragen. Zum Schluß wurde mit Eisen-3-Chlorid geätzt und die Löcher wurden gebohrt.
Aus dem Motor einer defekten Laugenpumpe einer Waschmaschine wurde dazu eine Leiterplatten-Bohrmaschine gebaut, die in den Bohrständer einer Multimax (erste DDR-Handbohrmaschine) eingespannt werden konnte.
Damals gab es eine nach dem Trocknen wasser- und säurefeste Ausziehtusche Karmin-Rot (von Barock, ZAK 1497142 109 062083, MSL 57 841 173, im Behälter von 10 Gramm zu 0,62 Mark), die bestens geeignet war, weil sich der Skribent nach Gebrauch mit Wasser wieder auswaschen ließ.
Nicht zuletzt bereiteten die Akkus zur damaligen Zeit große Schwierigkeiten. Ich konnte irgendwo zwei Blöcke mit je vier Silberzellen erhalten, das waren Knopfzellen mit etwa 40 mm Durchmesser und etwa 10 mm Dicke. Vermutlich handelte es sich um Silber-Zink-Zellen. Sie hatten je 450 mAh. Mit dieser geringen Kapazität würde heute niemand mehr in einen Wettkampf gehen. Damals mußte es ausreichen.
Nicht zuletzt brauchte man zum Starten des Verbrennungsmotors (Zweitakt-Diesel mit Methanol und 20% Rizinusöl) für die Glühkerze eine starke Akkuzelle (1,2...2V ~ NiCd oder Blei). Ein väterlicher Freund schenkte mir einen alten NiCd-Akku der Deutschen Post mit 1,2 Volt und 10 Ah im Format von etwa 120x70x70 mm. Dieser war noch bis zum Ende der 80er Jahre im Einsatz.
Schon als Schüler der 8. Klasse flog ich mit einem Eigenbau-Fesselflugmodell auf dem Sportplatz der 13. Oberschule Berlin-Heinersdorf im Kreis. Damals noch mit einem 2 cm³ Jena-II Selbstzünder (ohne Glühkerze). Der liebenswürdige Nachbar, der Waffenschmied und Rüstmeister an der Volksbühne, Horst Knäfel, hatte ihn ausgemustert und mir geschenkt. Er war selbst leidenschaftlicher Modellbauer.
Und wo bekam man für den Selbstzünder Äther, Methanol und Rizinusöl her? Natürlich aus der Drogerie oder Apotheke. Heute undenkbar, daß ein 13 Jahre alter Stift in die Apotheke geht, um einen halben Liter Äther und einen Liter Methanol zu kaufen! Damals war das selbstverständlich. Man wurde lediglich gefragt, wofür man das brauche und wer die Eltern seien. Es war eine Zeit, in der der Begriff der "Moral" noch bekannt war und eine Bedeutung hatte.
war bis auf die Mechanik ein originaler Nachbau des "start dp5" Senders (Hersteller: PGH Radio-Fernsehen, 92 Freiberg, Bahnhofstr. 44-48, DDR) mit 5-Kanälen, die Sendeleistung betrug etwa 500 mW. Wie das Vorbild arbeitete er mit Amplitudenmodulation (AM).
Zur Spannungsversorgung dienten drei Flachbatterien mit je 4,5 Volt. Im Fall eines Empfangsausfalls konnte man mit einer Power-Taste die Betriebsspannung von 9 Volt auf 13,5 Volt erhöhen. Sender und Empfänger sind quarzstabilisiert mit einer Frequenzdifferenz (ZF) von 455 kHz.
Bild 3a: Sender als Nachbau des "start dp5", Stand 1980. Sämtliche Gehäuseteile, aber auch die Steuerknüppelmechanik und die Batteriefächer waren aus Aluminium handgefertigt, Aluminiumteile wurden gelötet. Letzte Reihe: Poti-Zuordnung, Kanalzuordnung, Steuerknüppel.
Die Nuten der Steuerknüppel wurden per Hand gesägt und gefeilt. Federn zur Rückstellung auf die Neutrallage wurden selbst gewickelt. Um die Bedienung eines Modellautos zu erleichtern, wurde ein Kreuzknüppel modifiziert. Er ließ sich nach vorn und hinten schwenken (Kanal K2, Gas/Bremse), gelenkt wurde mit Kanal K1 am großen, schwarzen Bedienknopf, siehe Bilder.
Die Elektronik war zweigeteilt in eine NF- und eine HF-Platine. Mit den Induktivitäten L1 bis L4 wurde der Sender auf Maximalleistung bei 27 MHz abgestimmt. L4 ist die Antennenverlängerungsspule.
Einiges Kopfzerbrechen bereitete der Senderabgleich. Zuhause stand kein hinreichend abgeschirmtes Spannungsmeßgerät mit Metallgehäuse zur Verfügung. Mit damaligen Universalvoltmetern mit Drehspulinstrument war es trotz vorgeschaltetem, schnellen Spitzenwertdedektor praktisch unmöglich, die HF-Ausgangsleistung zu messen.
Schloß man das Voltmeter an, zeigte es z.B. drei Volt an. Löste sich durch Zufall eine der beiden Verbindungen (zur Antenne oder zur Masse), schlug der Zeiger auf Vollanschlag aus. Man war verwirrt.
Als zuverlässig erwies sich letztlich ein Lämpchen 3,8V / 0,07A parallel zu einem 100 Ω Widerstand, das mit kurzen Drähten zwischen Meßpunkt MP und Masse gelegt wird. Damit wird der Fußpunktwiderstand der Antenne von 35 Ω simuliert. Bei einer Sendeleistung von 500 mW muß es mit einem Effektivwert von 4,2 Volt hell leuchten.
Auf diese Weise ließ sich allerdings nicht die Antennenverlängerung L4 abgleichen. Hierfür war eine Ersatzimpedanz der exakten Antennenlänge zu bestimmen und nachzubauen. Leider sind dazu keine Unterlagen mehr vorhanden.
Im Institut waren Meßgeräte aller Art zwar vorhanden, jedoch wurden Privatarbeiten nicht gern gesehen. Dort konnte lediglich nach Dienstschluß ein 100-MHz-Oszilloskop oder ein Spektrometer (Spezialoszilloskop) genutzt werden, um die Nebenkeulen zu prüfen und den Feinabgleich durchzuführen.
Bild 3b: Sender nach der Restaurierung. Der Postaufkleber wurde vor Neulackierung abgedeckt. Darauf ist zu lesen: DP FuED/B Berlin, Datum: 28.4.78.
Gesteuert wurde das Automodell mit K1 und K2. K1 war als Lenkradknopf ausgeführt, welchen man nach vorn und hinten schwenken konnte, um K2 zu stellen (Gas/Bremse). So hatte man mit der rechten Hand alles unter Kontrolle und man konnte mit der linken den Sender festhalten.
Der erste Empfänger entstand 1978 als AM-Super (Super-Herterodyn-Empfänger). Auch er war ein originaler dp5-Nachbau. Der Oszillator war quarzstabilisiert mit einer Zwischenfrequenz (ZF) von 455 kHz, die mit drei Mikki-Filtern (Taschenradio Mikki, Hersteller Stern-Radio Berlin) selektiert wurde. Der Empfänger arbeitete diskret und vollkommen ohne ICs. Mit fünf Kanälen paßte er zum Sender.
Man erkennt kleine Änderungen im Schaltplan. Eine Besonderheit des Empfängers besteht in der an der Basis von T3 geregelten ZF-Verstärkung. Ein diskret aufgebauter Ringzähler (T11 bis T20) dient als Schieberegister zur Pulsdekodierung.
Die Servoelektronik ist ebenfalls diskret aufgebaut ohne IC. Um teure Transistoren und Platz zu sparen, wurde hier noch mit geteilter Mittenspannung von 2x 3 Volt gearbeitet.
In vier getrennten Boxen befanden sich Empfänger, Pulsdekoder mit einer Servoelektronik sowie zwei Boxen mit je zwei Servoelektroniken.
Als erstes wurde damit ein Wasserflugzeug ausgerüstet. Es erwies sich als Fehlkonstruktion. Die Abrißkante lag etwas zu weit hinten. Man mußte bei Vollgas das Höhenruder ziehen, um es auf die Abrißkante zu bekommen. Dann erhob sich das Flugzeug kurz aus dem Wasser, nur um soviel Geschwindigkeit zu verlieren, daß es sofort wieder ins Wasser platschte. Auch war die Gelegenheit, an einen See zu kommen, ohne PKW eher sehr begrenzt (ich bestellte mit 18 Jahren meinen ersten Trabant und bekam ihn im Alter von 30).
Nach dem Wasserflugzeug wurde mit einem neuen Projekt begonnen, dem Ferrari.
Im Modell des RC-V1 Ferrari waren für zwei Kanäle drei Boxen unterzubringen: 1) der Empfänger, 2) der Ringzähler mit einer Servoelektronik und 3) eine Box mit zwei Servo-Elektroniken.
Obwohl mit diesem erste Rennen gefahren wurden, war die Lösung unpraktisch, leicht konnte man ein Kabel abreißen. Auch war der Platz für die drei Kistchen sehr eng bemessen. Sie wurden übrigens mit selbstgebauten Formen aus Cama-Margarine-Schachteln im Backofen tiefgezogen.
Auch Stellkraft und Geschwindigkeit der Servos ließ Wünsche offen.
Die originale Start-dp5 nutzte große Diodenbuchsen und Stecker. Um Bauvolumen einzusparen, wurden aus IC-Fassungen kleinere Stecker und Buchsen gefeilt und gesägt.
Probleme gab es bei der Inbetriebnahme des Empfängers. Egal was man machte, der ZF-Verstärker hatte maximale Rückkopplung. Nach endlosem Suchen wurde ein erster Fehler gefunden. Aus Platzgründen war C1 an Masse auf der gegenüber liegenden Seite der Leiterplatte angeschlossen worden. In der Masseleitung lagen damit 4 Zentimeter Leitbahn, an die alle anderen Schaltungsteile angeschlossen waren. Nach Korrektur änderte sich das Schwingungsbild, aber noch immer schwang der ZF-Verstärker.
Es kostete weitere Wochenenden, bis sich unser HF-Experte, Kollege Dieter Buchwald die Schaltung anschaute und darauf hinwies, daß eine direkte Ankopplung der Transistor-Basis an den Filter eine Resonanz zwischen der Induktivität des Filters und der Basis-Emitter oder Basis-Kollektor-Transistorkapazität bewirken könnte.
Ich möge doch mal einen 100 Ω Widerstand zwischen Filterausgang und Basis schalten. Schaltungstechnisch erschien das zwar wenig plausibel, aber die Hoffnung stirbt bekanntlich zuletzt. Am Transistor T4 war noch soviel Platz, um einen ersten 100 Ω Widerstand einzubauen. Und der genügte bereits, die Schwingneigung war verschwunden. Danke, Dieter!
Passend zum Sender wurde ein für damalige Verhältnisse sehr kompakter 8-Kanal AM-Empfänger mit ZF 455 kHz und ersten ICs gebaut, diesmal mit vier Mikki-Filtern. Eigentlich sollte ein Piezo-Filter reinkommen, aber der war (noch) nicht beschaffbar. Auch war unklar, ob die Frequenztoleranz verfügbarer Piezofilter (455 kHz) zur Toleranz der Quartzpaare passen würde. Dazu lagen damals noch keine Erfahrungen vor.
Im Vergleich zum ersten Empfänger verlief der Bau problemlos. Man hatte gelernt.
Im Miel fanden sich Schaltpläne, vom A244 (alias TCA440) gab es Applikationsnoten etc. Man konnte die Variante heraussuchen, die zum eigenen Material und Stil paßte. Transistorarray B340 und Schieberegister SN74LS164 fanden sich wohl im Institut, den A244 zu besorgen war etwas schwieriger. Mit dem Schieberegister-IC konnte mühelos ein winziger 8-Kanal Dekoder aufgebaut werden.
Eine neue Zeit brach an. Der 8-Kanal-Empfänger in einem Gehäuse war wohl als Quantensprung zu bezeichnen. Er kam klein und kompakt ohne ein überflüssiges Kabel daher. Die HF-Platine befand sich im zusammengelöteten Messingblech-Gehäuse oberhalb der Decoderplatine, beide waren gegeneinander durch hydrophoben Schaumstoff isoliert.
Er kam zum ersten mal in der Rennsaison 1981 zum Einsatz. Gegenüber dem ersten Empfänger war es eine Wohltat, damit zu arbeiten. Um im Wettbewerb zu bestehen, wurden auch diese Platinen mit Kerzenwachs vergossen.
Wachs hat den Vorzug, daß es sich sofort verflüchtigt, sobald man mit dem Lötkolben eine Leitbahn erhitzt. Das ist wichtig, um Reparaturen ausführen zu können. Auch kann man das Wachs entfernen, indem man den Empfänger auf ein Tempo-Taschentuch in ein Gefäß legt und das Ganze im Wasserbad für einige Minuten auf 100°C erhitzt.
Die Platinengröße des HF-Teils, wie auch der elektrische Anschluß waren zum ersten Empfänger kompatibel. Damit konnte man beide HF-Teile gegeneinander austauschen, siehe Foto rechts in Bild 6.
Diesmal wurde ein Gehäuse aus 0,5 mm dickem Messingblech gebaut. Das hatte den Nachteil, daß man die 27-MHz Schwingkreise nach dem Einbau leicht nachtrimmen mußte. So hatte der Deckel Löcher über den Spulen. Abschließend wurde ein Messingblech darüber gelötet.
Ein letztes Novum waren die neuen Steckverbinder. Buchse und Stecker wurden aus einem 96-poligen Leiterplattensteckverbinder-Paar (dreireihige Buchse und dreireihiger Stecker) mit der Laubsäge ausgesägt. Man hatte ja sonst nichts zu tun.
Die integrierte Servo-Elektronik
1980 kam eine selbstgebaute Elektronik in die Servos hinein. Die Motivation dahinter war gewaltig. Einerseits wurde im Ferrari Platz eingespart, andererseits aber arbeitete der SN28654 alias B654 mit einer Vollbrücke. Die Servomotoren liefen nun mit der doppelten Spannung, dadurch wurden sie schneller und stärker.
Im Halbleiterwerk Frankfurt/Oder (HFO) hatte man den Servo-IC SN28654 Pin- und Funktionskompatibel als B654 nachentwickelt. Da ich dort dienstlich mit der Überführung des ersten in Berlin entwickelten IC, des PCM-Regenerators KA601 [7] zu tun hatte, nahm ich Kontakt mit dem Entwickler im HFO auf. So konnte ich erste Exemplare besorgen. Der IC im Bild ist datiert auf M8 - August 1980, siehe Bild der Reserveplatine. Offenbar fuhr der Ferrari 1980 noch ohne integrierte Servoelektronik.
Mit dem Servo-IC wurden zwei Probleme gelöst. Zum einen arbeitete der Servomotor nun in einer Vollbrücke mit annähernd voller Betriebsspannung, zum andern verschwanden die lästigen Kistchen und Kabel mit der Servoelektronik aus dem Modell. Durch die höhere Motorbetriebsspannung entfalteten die Servos mehr Kraft und mehr Geschwindigkeit.
Nun konnten bis zu acht Elektronik-Servos am gleichen Empfänger betrieben werden.
Ein Beschaffungsproblem bereiteten die sieben Elektrolyt-Kondensatoren pro Servoelektronik. Aus Platzgründen kamen nur Tantal-Pillen in Frage. Und die gab es aus DDR-Produktion noch nicht. Irgendwie konnten sie aber doch beschafft werden.
Ein Blick auf die Schaltung zeigt, daß der Wert verschiedener Bauelemente (Cx, Cτ, Rτ) variiert wurde, um die Regelschleife stabil zu bekommen. Auf der einen Seite ist Überschwingen zu vermeiden, auf der anderen Seite soll der Totbereich so klein wie möglich ausfallen, um hohe Stellgenauigkeit zu erreichen.
Die Besonderheiten der Rudermaschine bestanden in einer vergleichsweise hohen Übersetzung von 300:1, dem dadurch relativ hohen Drehmoment von 1,2 kpcm, aber vor allem der Unmöglichkeit, den Abtrieb manuell zu bewegen. In Verbindung mit einer 3mm-Welle, die nur geriffelt ist, um die Ruderscheibe aus Plast zu drehen, war das die Schwachstelle der Rudermaschine; siehe Bild 8b).
Da bei Rennwagen immer die Gefahr von Unfällen besteht, bei denen meist die Vorderräder die größten Kräfte aufzunehmen haben, ist ein Servoschutz der Lenkung zu empfehlen.
Im Bestand des Autors befinden sich drei verschiedene Versionen der Servomatik, Bild 8. Die erste Version hat die höchste Übersetzung, man erkennt 6 große Zahnradpaare aus Rad und Ritzel. Vermutlich ist das diejenige, zu der obiges Datenblatt gehörte. Dieses Servo blieb nur deshalb erhalten, weil es sich nicht mit Elektronik nachrüsten ließ, der Platz fehlte.
Bild 8: Drei Varianten des Servos "Servomatic 15S": a) Rechts die erste Version mit Untersetzung 1:300, links die zweite, nachgrüstete Version mit 1:225. b) Die geriffelte 3mm-Welle greift direkt in die Ruderscheibe aus Plast. c) Die letzte Version mit dem Messing-Zahnrad auf der Vierkant-Welle war stabil.
Spätere Versionen haben nur noch vier große und ein kleines Zahnradpaar, also vermutlich eine Übersetzung von etwa 1:225 (4,5/6 mal 300), siehe Bild 8a). Die letzte Version in Bild 8c) hat einen Vierkantabschluß der Welle, auf dem zusätzlich eine außen geriffelte Messing-Zwischenscheibe sitzt, die das Drehmoment besser an die Ruderscheibe überträgt. Im Ferrari wurde sie als Lenkservo eingebaut.
Sorgen bereiten nach dem Rückbau des Ferrari die geerdeten Gehäuse der Servos. Ich kann mich noch erinnern, daß es ab und an metallische Berührungen zwischen Servo-Gestängeteilen, Servogehäuse und Chassis gab, die Funkstörungen verursachten, weil sich die Masseführung dann mehrfach änderte. Dieses Problem wurde im Original durch spezielle Isolationen beseitigt.
Rückbau der Fernsteuerung im Detail
(Ich schrieb 2021: Demnächst steht beim RC-Automodell des Ferrari 312T vielleicht ein Rückbau der Fernsteuerung auf den Stand von 1980 an. Hoffentlich sind irgendwo in den Weiten des Internet passende Servo-Potis zu finden. Zum Glück sind die meisten, alten Teile noch vorhanden.)
Es kostete einige Überwindung, die Servos anzufassen, um Reparaturmöglichkeiten zu erkunden. Es stimmte einiges nicht mehr. Bei einem Servo war der Totbereich größer, beim anderen kleiner geworden (es flatterte), der Nullpunkt hatte sich nach 40 Jahren stark verschoben, die Potis zeigten bei einigen Stellungen Aussetzer. Das Öl war verharzt, die Motoren liefen kaum noch an. Zum Glück aber waren die Servos mechanisch noch in Ordnung. Auch die Stellscheiben und Ruderhörner paßten noch. Sogar ein originales Lenkgestänge - selbstgelötet aus zwei auf einen Kabelschuh gelöteten M2-Muttern fand sich noch und wurde nachgebaut.
Die Aussetzer waren schnell beseitigt. Offenbar waren die Kontaktflächen mehrmals gereinigt worden. Dabei hatte die Spannkraft der inneren Federn nachgelassen, siehe Bild der Servomatik im Originalzustand ohne Elektronik. Vorsichtiges Nachbiegen und Reinigung der Kontaktfläche mit Alkohol half. Um Nullpunkt und Totbereich nachzukalibrieren, wurden einige Widerstände gewechselt. Nun laufen Gas- und Bremsservo wieder (fast) wie neu.
Dann mußte eine neue Elektronikplatte angefertigt werden. Die Originalplatte war nicht mehr vorhanden, wahrscheinlich war sie zu sperrig und flog nach dem Umbau vor 30 Jahren in den Müll. Eine Zeichnung wurde angefertigt und das 0,8 mm Alublech wurde zugeschnitten. Nun hieß es, mit der Laubsäge die vielen, hochzubiegenden Laschen auszusägen. Nach Anprobe der Teile (zwei Servos, Empfänger, Akku, Schalter wurden noch die Löcher gebohrt und die Laschen hochgebogen.
Zum Schluß kamen die selbstgebauten Empfänger an die Reihe. Zunächst ging nichts. Die Stromaufnahme war zu hoch. Der Decoder zeigte einen 100 µF Frolyt-Elko, dessen weißes Plastgehäuse einen Millimeter über der Leiterplatte anfing. Der hatte sich aufgeblasen und wurde gewechselt. Dasselbe war beim Empfänger Nr.2 passiert. Auch hier wurde dieser Elko gewechselt. Damit gingen Decoder und Empfänger Nr.2 wieder! Juhu!
Beim Empfänger Nr.1 war mir das Glück nicht hold. Ich schaffte es in einer Woche nicht, ihn wieder zum Laufen zu bringen. Alle Arbeitspunkte stimmen, aber die drei ZF-Stufen dämpfen, statt zu verstärken. Als wären die Mikki-Filter massiv verstimmt. Da sie mit Wachs vergossen sind, gab ich auf. Ein funktionierender Empfänger muß reichen.
Blieb noch der Sender. Das Gehäuse war verbeult, gerissen und zerkratzt, es mußte mit Harz innerlich verklebt, gespachtelt und lackiert werden, das Alulot zerbröselte, die Potis waren verschlissen und zeigten Aussetzer. Flachbatterien sind kaum noch zu erhalten, so wurden zwei Akkus eingesetzt. Eine Ladebuchse wurde nachgerüstet. Die Sendeleistung war auf etwa 300 mW zurückgegangen (war leider nicht behebbar, ein Transistor mit höherer Stromverstärkung als die des Originals 2N2219 fand sich nicht). Schlußendlich bereitete die Trimm-Mechanik der Lenkung Probleme, ein zusätzliches Poti wurde spendiert.
Dann waren noch die Potis zu reinigen, sie hatten ebenfalls Aussetzer. Aber zum Glück waren die Gehäuse nicht vernietet oder verschweißt, sondern nur gebördelt. Nach zwei Wochen Arbeit war auch der Sender wieder funktionstüchtig.
Eines der weltweit letzten, verbliebenen Funkfernsteuerungen und RC-Automodelle aus der "Gründerzeit" ist nach 40 Jahren wieder auferstanden. Nun gilt es, die Komponenten so zu verpacken und einzulagern, daß sie die nächsten 100 Jahre überstehen können. Ob das Thema dann noch jemanden interessieren wird? Schwer zu sagen. Bleibt die große Frage, ob die Elektronikkomponenten so lange überleben werden. Drücken wir uns die Daumen!
Demnächst kann ein Reichweitentest stattfinden. Dann kommt die Stunde der Wahrheit: Wird alles noch auf der Piste funktionieren?
Bliebe noch festzustellen, daß sich die Servo-Schnittstelle mit Pulsweitenmodulation (PWM) in 50 Jahren kaum verändert hat. Auch das Regelungsprinzip blieb erhalten, egal, ob bei analogen Servos (die heute ausgestorben sind) und die mit RC-Gliedern arbeiteten, oder bei digitalen Servos, bei denen mit Zählerschaltungen oder Mikrocontrollern die Zeit gemessen wird.
Natürlich sind die Servos über die Jahre schneller und kräftiger geworden, Neodym-Magnete der Motoren machten es möglich. Eine ebenso wichtige Neuerung sind Servos mit höheren Betriebsspannungen (Hochvolt- oder HV-Servos), die sich an 8,4 Volt (zwei LiPo-Zellen in Reihe) ohne BEC (Battery Eliminator Circuit) anschließen lassen.
Zwei Neuerungen allerdings lassen noch auf sich warten. Der Lebenszyklus eines Servos ist beendet, wenn abgebrannte Motorkohlen oder eine abgeschliffene Poti-Bahn zu Stottereien führen. Brushless-Motoren wären zuverlässiger, ebenso ist ein Poti-Ersatz durch einen magnetischen Drehfeldsensor mit 12 Bit Auflösung denkbar. Aber das ist wohl nur eine Frage nach der Amortisation der Entwicklungskosten eines Semicustom-IC.
[5] Tesla, Nikola: Method and Apparatus for controlling mechanism of moving vessels or vehicles. US-Patent 613809 vom 8.11.1898, 13 Seiten. Download as (PDF). Ein Bild davon ist hier zu finden (Link)
[6] Forum: Early digital-proportional history. (Link)
[7] Heinz, Gerd: Digitalisierung des Telefons: Erste, integrierte Schaltkreise (IC) aus Ost-Berlin (Link)
[8] Wikipedia: "Funkfernsteuerung" Kap.3.1.4, Analoge AM- / FM-Proportionalsteuerung 27 MHz bis 40 MHz (Link)
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