Kreisel

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Ein Kreisel (Gyroskop, kurz Gyro) wird im Modellbau verwendet, um ein Modell um eine Achse zu stabilisieren. Bei Modellhubschraubern ist diese Achse üblicherweise die Gier-(Heck-)Achse. Man könnte auch von einem Autopilot für die Heck-Steuerung sprechen.

Typen und Eigenschaften von Kreiseln

Bauart des Sensors

Mechanischer Kreisel

mechanischer Kreisel

Dieser Kreiseltyp ist der älteste, er wird im Modellbau kaum noch verwendet. Ursachen dafür sind das hohe Gewicht der rotierenden Masse und die mechanische Anfälligkeit für Störungen. Das einzige aktuelle Modell mit mechanischem Gyro ist das Silverlit X-Ufo. Und auch dort wird statt eines Kardanisch gelagerten Kreisels (siehe Abbildung) nur ein Pendelkreisel eingesetzt.

Piezokreisel

Der Piezokreisel ist eine preiswerte Möglichkeit, eine Achse in einem Modell zu stabilisieren. Der zum Einsatz kommende Sensor beruht auf dem piezoelektrischen Effekt: Einige Kristalle (z.B. Bariumtitanat) geben bei mechanischer Belastung eine Spannung ab, die bei entsprechender Gestaltung des Kristalls gemessen werden kann. Anhand der Spannungsänderungen kann eine Bewegung des Modells festgestellt werden, die dann mit der entsprechenden Elektronik ausgeregelt werden kann.

Ein Nachteil dieses Kreiseltyps ist die Temperaturempfindlichkeit: Ändert sich die Umgebungstemperatur, so ändert sich auch die Empfindlichkeit, mit der der Kreisel Bewegungen feststellt. Um diese Temperaturdrift auszugleichen, muss die Kreiselempfindlichkeit manuell angepasst werden.

SMM-Kreisel

Robbe/Futaba GY401

Beim SMM-Kreisel (früher auch irreführend als Piezo-Integral bezeichnet) kommt ein Mikromechaniksensor auf Siliziumbasis (Silicon Micro Machine) zum Einsatz. Futaba verwendet für seine SMM-Sensoren neuerdings auch das Kürzel MEMS (Micro-Electro-Mechanical System).

Einer der Vorteile von SMM-Kreiseln ist die weitestgehende Temperaturunabhängigkeit und die exaktere Steuermöglichkeit des Hecks.
Nachteilig ist allerdings der im Vergleich zum Piezokreisel noch hohe Preis.

Kreiselmodi

Sowohl Piezokreisel als auch SMM-Kreisel können in zwei unterschiedlichen Modi betrieben werden:

Normal-Modus

Im Normal-Modus wird das Heckservo so gesteuert, dass der Heckrotor ungewollten (also nicht durch den Piloten gesteuerten) Drehbewegungen entgegenwirkt (z.B. Drehungen in Folge von Wind/Luftströmung oder Drehmomentausgleich bei Pitchänderung). Die Drehung wird aber nur gedämpft und nicht vollständig unterdrückt. Das bewirkt u.a. den sogenannten Windfahneneffekt (d.h. die selbständige Ausrichtung des Hecks nach hinten bei schnellerem Flug).

Heading-Hold-Modus

Im Heading-Hold-Modus (auch Heading-Lock- oder AVCS-Modus [Angular Velocity Control System] genannt) wird dagegen die Drehgeschwindigkeit des Helis um die Hochachse (Gier) gesteuert.

Ohne Steuersignal (Ausschlag des Gier-Knüppels) wird innerhalb der technisch möglichen Grenzen die Drehgeschwindigkeit gleich Null gehalten, d.h. die Winkelausrichtung des Helis (um seine Hochachse) bleibt erhalten. Die Regelelektronik des Kreisels steuert jeder ungewollten Drehung solange entgegen, bis die ursprüngliche Ausrichtung wieder erreicht ist. Windeinflüsse werden somit kompensiert.

Bei einem Ausschlag des Gier-Steuersignal bestimmt die Stärke des Ausschlags die vom Piloten gewünschte Drehgeschwindigkeit. Diese wird vom Kreisel kontrolliert und geregelt. Diese Eigenschaft des Heading-Hold-Modus ist z.B. für gleichmäßige Pirouetten-Figuren wichtig. Ohne Heading-Hold wäre die Drehgeschwindigkeit des Hecks, wenn es sich gegen den Flugwind nach vorn bewegt, viel niedriger als wenn es sich mit der Luftströmung nach hinten bewegt.

Tauglichkeit für Helis mit Verbrenner-Motor

Es gibt Gyros die für Verbrenner geeignet sind und welche, die man nur auf e-Helis einsetzen kann. Das hat hauptsächlich mit den bei Verbrennern auftretenden Vibrationen zu tun. Die Empfindlichkeit eines Kreisels für störende Vibrationen hängt von zwei Dingen ab: zum einen von der Art/Qualität des Drehratensensors und zum anderen von der Regelelektronik/Software (Erkennung von durch Vibrationen verursachten Schwingungen als solche und ignorieren bei der Berechnung des Steuersignals).

Qualität der Regelung

ist für die fliegerischen Eigenschaften entscheidend. Es gibt

1. Gyros die einfach nicht funktionieren

2. Gyros die mit gewissen Einschränkungen gut funktionieren (z.B. einige Piezo-Kreisel, mit der Einschränkung dass man ihn sich an die Temperatur gewöhnen lässt und nicht unter 0°fliegt)

3. Gyros die sehr gut funktionieren, aber in absoluten Extremsituationen ein Paar Schwächen haben (z.B. der GY-401, der z.B.im schnellen Rückwärtsflug Probleme bekommen kann oder die Drehgeschwindigkeit bei Pirofiguren nicht wiklich konstant hält)

4. Spitzengyros, die - solange der Heckrotor es eben hergibt - das Heck da halten wo es hin soll (z.B. GY-611 oder Spartan)


Marktübersicht

Sehr verbreitet und fast schon als Referenz in der Mittelklasse zu sehen ist der Futaba GY-401. Der Grund für den Markterfolg liegt wohl darin begründet, dass dieser Kreisel in der Regel "Plug-and-Play"-tauglich ist und zuverlässig funktioniert. Die Einstellmöglichkeiten für Experten sind jedoch begrenzt, ebenso kann man bei bestimmten Flugfiguren (z.B. schneller Rückwärtsflug) an die Grenzen des Regelvermögens kommen.
Das Gegenstück von Logictech zu diesem Kreisel ist der LTG-2100T. Manche behaupten, dass dieser noch eine Spur genauer arbeitet. Er kostet auch ca. 30€ weniger. Der LTG ist allerdings nicht für Verbrennerhubschrauber vorgesehen.
Wer nicht auf die Technologie des SMM-Kreisels in einem Verbrennerheli verzichten will, greift am besten zum LTG-6100 oder zum GY-611. Diese beiden genannten sind problemlos im Verbrenner einsetzbar.

Vergleichsweise neu ist der GY-520, der mit einer sehr schnellen Regelung ausgestattet ist. Ebenso erwähnenswert sind:

* Align GP750 / GP780
* Spartan-RC DS760 / Quark
* CY Solid G


Tipps

Befestigung

Kreisel reagieren empfindlich auf Vibrationen, die im Modell auftreten können und müssen deshalb mittels doppelseitig klebender Schaumstoffunterlage schwingungsarm befestigt werden. Auf keinen Fall darf ein Kreisel mit Kabelbindern direkt auf dem Chassis befestigt werden.
In kritischen Fällen bewährt hat sich die Befestigung mit einer Sandwichstruktur: Schaumstoff-Metallplatte-Schaumstoff. Das hat zwei Gründe: zum einen erhöht die Metallplatte die träge Masse des Kreisels, so dass die untere Schaumstoffschicht Schwingungen besser abfängt. Zum anderen berichten viele Piloten, dass bei dieser Montage Störungen reduziert werden, die durch elektrostatische Aufladung verursacht werden, wie sie insbesondere durch die Reibung des Heckriemens an elektrisch isolierten Kunststoffteilen entstehen können.

Nach Möglichkeit den Kreisel außerhalb der Rotorebene befestigen, da er sonst bei einem Absturz stark beschädigt werden kann. Die verbreitete Montage oben auf der Heckrohr-Befestigung ist extrem riskant, da bei vielen Modellen dort die Rotorblätter einschlagen können, wenn sie sich in Folge eines Absturzes im Blatthalter nach hinten drehen.

Einstellung

Heck absolut leichtgängig und spielfrei, die Schubstange läuft gerade (nicht im leichten Bogen), die Heckschiebhülse steht beim Schweben mit ca. 5 Grad Anstellwinkel der Herk-Blätter etwa in der Mitte, der Abstand Mitte Kugel zur Drehachse des Heckservos etwa 5-12mm (je nach Servotyp). Bei nicht leichtgängiger Heckschiebehülse kann mit WD40 oder Waffenöl nachgeholfen werden.

Die Blatthalter haben nicht etwa einen Lagerschaden? Hauptrotorblätter abmachen, Steuerstange zum Heck am Servo aushängen, Heli auf Drehzahl bringen, mit der Hand Steuerstange bewegen und schauen, ob es schwer geht.

Die Kugelpfannen an der Heckbrücke sind beweglich, aber ohne viel Spiel festgemacht? Nach "Festschrauben" wieder 1/4 bis 1/2 Umdrehung lösen, die Kugelpfannen müssen der Kreisbahn der Kugeln folgen können.


Einstellungen zum Align-Kreisel

1. Gyro in Head Hold, oder auch Head Lock genannt, stellen - Empfindlichkeit 100%

2. Trimmung/Servo-Mitte Gier so einstellen, dass der Servo (nach dem in die Mitte rühren) nicht mehr wegkriecht (so ganz bekommt man es nicht weg, aber die Heckbrücke sollte länger als eine Minute brauchen, um auf Anschlag zu gehen).

3. Trimmung/Servo-Mitte ab jetzt nicht mehr verstellen

4. Gyro in Normalmodus, Empfindlichkeit auf 50%

5. Heli einschweben, Steuergestänge (nicht Trimmung!) so einstellen, dass Heli beim schweben nicht mehr wegdreht

6. Gyro in HH-Modus, Empfindlichkeit 50%

7. Empfindlichkeit so hart wie es geht zudrehen, in kleinen Schritten vortasten (max 5% auf einmal), Heli soll im schnellen Vorwärtsflug nicht pendeln, beim Alarmstart aber auch nicht wegdrehen.

Fertig!

Beim ersten Einschaltem am Tag (nach Temperaturwechseln, z.B. aus heissem Auto auf den Platz) Funke an, Akku anstöpseln, Mitte trimmen (an der Funke), 5min stehen lassen, kurz abstöpseln, anstöpseln, Trimmen, fliegen.

Einstellung zum ACT Pico SMM

ein Tipp zum ACT: andersherum Einstellen als in der Anleitung:

1. Sender trimmen/Nullstellung, bis die Heckhülse nicht mehr wandert

2. im Normalmodus mechanisch einstellen, bis er stabil schwebt, hierbei nicht die Trimmung am Sender, sondern Gestängelängen/Servoposition anpassen

3. nun der Trick: Dynamik VOLL Aufdrehen, Empfindlichkeit erhöhen, bis das Pendeln anfängt, Dynamik bischen weiter zudrehen, Empfindlichkeit weiter erhöhen usw.


Einstellungstips für diverse Kreisel

Einstellung GY401 nach DocTom

Einstellung Telebee / G400 / Robbe 3D .... nach DocTom

Einstellung LTG2100 (von Snowboarder)

Einstellung LTG6100 (von Schelli)

Siehe auch