TECHNIK

Geschlepptes Seil

Die Entwicklung einer Schleppseilwinde

"Achtung, Schleppseil!" Manfred zieht mit seinem "Swisstrainer" in einem spektakulären Überflug über den Platz und wirft das Schleppseil ab. Leider landet es nicht in der Nähe, sondern irgendwo im Revier der Wühlmäuse. Nach einer gefühlten Ewigkeit ist der Schlepper wieder am Boden und das Seil findet sich am Ende des Platzes. Der "Swisstrainer" steht wieder mit laufendem Motor und eingehängtem Schleppseil in Startposition. Manfred darf man keinen Vorwurf machen, dass er das Seil vor jeder Landung abwirft. Im Landekorridor steht nämlich direkt am Ende des Platzes ein Weidezaun. Wir können uns alle lebhaft vorstellen was passiert, wenn sich das Seil im Anflug darin verhakt. Mittlerweile sehen wir angstvoll in den Himmel. Die ganze Aktion hat so lange gedauert. Der Thermikschlauch von eben ist sicher nicht mehr da.

Eigentlich müsste man das Seil doch aufwickeln wie bei den Großen? Bei der nachfolgenden Recherche im Internet stellten wir schnell fest, dass sich schon einige Modellflieger mit diesem Thema beschäftigt hatten. Es gab sogar ein, zwei Schleppseilwinden zu kaufen. Die Konstrukteure dieser Winden gehören zwei Fraktionen an:

Die Mechaniker verwenden einen Federaufzug, wie man ihn von Hundeleinen kennt. Hierbei sieht man als großen Vorteil an, dass das Seil immer gestrafft ist, selbst wenn der Segler aufholt. Jedoch darf vermutlich der Segler nicht zu leicht sein, da er sich sonst am Seitenleitwerk der Schleppmaschine "festbeißt". Die Elektriker dagegen nutzen einen Bürstenmotor der über eine Untersetzung die Seiltrommel antreibt. Ein handelsüblicher Motorsteller treibt den Motor an. Die Mehrheit der letzteren Fraktion vertraut wohl darauf, dass der Motorsteller wegen Überstrom abschaltet, wenn das Schleppseil bis zum Ende aufgewickelt ist. Eine eigene Vorkehrung zur Motorabschaltung gibt es dabei in der Regel nicht. Wir fanden jedoch auch eine Schleppseilwinde, die über eine pfiffige, mechanische Motor-Abschaltautomatik verfügt: Ein Planetengetriebe wird hierbei von der Seiltrommel angetrieben. Ein darauf sitzender Nocken betätigt einen Mikroschalter, der das Impulssignal für den Motorsteller am Seilende unterbricht: Nicht schlecht, aber nicht flexibel genug! Was passiert, wenn das Ersatzseil eine andere Länge hat?

Allen Winden gemeinsam ist ein Servo, das im Notfall die Schleppmaschine vom Seil trennt. Das Servo betätigt einen Stift, der mittig durch die Windenachse geführt ist. Über eine Querbohrung in der Achse wird die Seilschlaufe eingeführt und durch den Stift verriegelt. Das schien uns auch nach intensiver Diskussion die einzig probate Methode, die Notklinke zu realisieren. Die Piloten mit der "Hundeleinenwinde" werden jedoch Schwierigkeiten haben, den Segler abzuwerfen, wenn das Seil nicht vollständig abgerollt ist. Ein eher theoretischer Fall, aber in unseren Augen zu unsicher. In einem Blog von RC-Network wurde eine raffinierte, Servogesteuerte Seilführung in Zusammenhang mit einer Winde vorgestellt, die das Seil akkurat hin und her führt. Wir empfanden jedoch als schwerwiegenden Nachteil, dass das Seilende beim Abwurf hängen bleiben kann. Andererseits sollte das Seil ständig straff geführt sein, damit sich beim Wickeln keine Perücken bilden können.

Ziemlich schnell kamen wir bei der Diskussion der Vor- und Nachteile auf die Idee, eine eigene Konstruktion auf den Weg zu bringen. Wir wollten es besser machen. Für mich kam nur ein Lösungsansatz mit einem Mikroprozessor in Betracht, der eine flexible Steuerung aller möglichen Betriebsfälle ermöglicht. Ein, wie ich mei-ne, zeitgemäßer Ansatz um spätere Änderungen leicht umsetzen zu können. Mit Nicole, ausgestattet mit Drehbank, Fräsmaschine und feinmechanischer Expertise, hatte ich die ideale Part- nerin, die von mir zu entwickelnde Elektronik und Software mit einer passenden Mechanik zu verbinden. Uns hatte der Ehrgeiz gepackt und wir gingen mit Feuereifer ans Werk.

Unsere wichtigste Forderung galt der bedingungslosen Zuverlässigkeit unserer Schleppseilwinde. Vorbei sind die Zeiten, als man einen Zweiachs-Segler noch im Huckepack auf einem "Big Lift" mit einem 60er-Glühzünder in die Luft befördern konnte. Heute werden auf Schlepptreffen stark motorisierte Maschinen eingesetzt um die großen Scale-Segler auf Höhe zu bringen. Material, Personen und Geldbeutel sollten hierbei durch Sparlösungen nicht unnötig gefährdet werden. Unsere Schleppseilwinde sollte zudem robust und alltagstauglich sein. Ich wollte die Bedienung mit nur einem Kanal und schließlich sollte auch ein dickes Seil mit mindestens 30 Metern Länge draufpassen.

Während Nicole die Teile der Winde im CAD gezeichnet hatte und die ersten Teile schon auf dem Tisch lagen, entwickelte ich die Elektronik und habe anschließend die erste Softwareversion geschrieben. Nach vielen Abstimmungen und mehreren Versionen auf beiden Arbeitsfeldern haben wir zwei Winden aufgebaut, die wir in unseren Schleppmaschinen intensiv getestet und weiterentwickelt haben. Wir fanden dabei heraus, dass ein Federball, der über einen Wirbel mit dem Seilende verbunden ist, wunderbare Dienste leistet, indem er das Seil im Flug immer straff hält ohne zu taumeln.

Nach einer langen Saison mit vielen Schlepps und einigen Änderungen in der Software haben wir im Winter mit Hilfe eines selbstgebauten Flaschenzuges intensive Dauerlasttests durchgeführt. Dabei stellten wir fest, dass hochfestes Dynemaseil auf Dauer durch die Reibung am Verriegelungsstift sehr leidet. Einem billigen Flechtseil aus Polypropylen konnte man dagegen auch nach unzähligen Wickelvorgängen nichts ansehen. Ich vermute, dass die Zugkraft des Dynemaseils aufgrund seiner geringen Elastizität auf den ersten Windungen deutlich höher ist und deshalb zu großer Erwärmung der Kontaktstelle führt. Abgesehen von diesem Phänomen verliefen die Dauertests ohne Probleme.

Jetzt aber noch ein paar Worte zum Aufbau und Betrieb unserer Schleppseilwinde: Die GFK-Seitenwände werden mit vier Alu-Streben miteinander verbunden. Über die unteren Streben wird die Winde mit vier Schrauben im Modell befestigt. Die Seildurchführung sitzt an der für die Schleppkupplung üblichen Stelle und bietet dem Seil durch ihre gerundete Form wenig Widerstand. Die Seiltrommel der Winde besitzt eine kugelgelagerte Aluminium-Achse. Die Querbohrung in der Achse zur Aufnahme der Seilschlaufe sitzt aus Stabilitätsgründen seitlich in der Trommel. Mit einem Powerservo-"Hitec 645MG" wird der Verriegelungsstift aus Federstahl betätigt. Ein Brushless-Motor mit einer spezifischen Drehzahl von circa 900 U/Volt treibt über einen Zahnriemen die Trommel an. Mit zwei LiFePo4- oder Lipo-Zellen liegt die höchste Drehzahl der Seiltrommel etwa zwischen 750 und 850 U/min. Das Drehmoment bleibt mit dieser Auslegung auch bei voller Trommel ausreichend hoch. Ein Bürstenmotor hat für unsere Anwendung eine viel zu hohe spezifische Drehzahl und zu geringes Drehmoment. Die Steuerung des Motors erledigt ein kleiner Brushless-Steller. Dieser versorgt mit seinem BEC die Steuerelektronik der Winde und das Kupplungsservo. Ein Hallgeber erfasst die Drehbewegung der Seiltrommel berührungslos. Das vom Empfänger kommende Signal wird über einen Optokoppler eingespeist. So werden zuverlässig störende Rückwirkungen auf den Empfängerstromkreis vermieden. Ohne gültiges Empfängersignal bleibt die Winde im Ruhezustand. Über einen Taster mit integrierter Leuchtdiode wird die Winde programmiert. Der im Modell vorhandene Zündakku kann normalerweise problemlos für die Stromversorgung der Schleppseilwinde mitverwendet werden.

Der Strom steigt auch beim Blockieren der Seiltrommel nicht höher als fünf Ampere. Beim normalen Wickeln bleibt der Strom deutlich niedriger. Alternativ verbindet man die Winde über einen Slave-Schalter mit separaten 2s-Akku. Der Slave-Schalter schaltet die Winde ein, sobald der Empfänger Strom bekommt. Da ein Wickelvorgang weniger als 30 Sekunden dauert, kommt man erfahrungsgemäß mit 1.500 Milliamperestunden sicher über einen langen Flugtag. Inklusive Servo liegt das Gewicht der Schleppseilwinde bei 400 Gramm.

Alle Windenfunktion werden während des Flugbetriebs über einen Drei-Stufen-Schalter am Sender gesteuert. Mit modernen Sendern kann man natürlich auch den Kanal auf zwei einzelne Schalter mit einem Mixer aufteilen:

. Stufe 1: Die Winde wickelt das Seil auf bis zur festgelegten Seilposition. Zehn Umdrehungen vor dem Ende wird die Drehzahl reduziert. Bei Erreichen der festgelegten Seilposition stoppt die Winde automatisch. In Stufe 1 leuchtet die grüne LED im Taster dauerhaft

. Stufe 2: Die Winde ist inaktiv. Die grüne LED blinkt.

. Stufe 3: Das ist die Seilabwurf-Stufe. Das Kupplungsservo klinkt das Seil aus, sobald das Seil ganz abgerollt ist. Die grüne LED blitzt regelmäßig.

Wie aber läuft der Schleppbetrieb in der Praxis ab? Und wofür ist der grüne Taster da? Diesen befestigen wir erst einmal an gut zugänglicher Stelle am Modell. In diesem Taster sitzt eine Leuchtdiode, die uns den Zustand der Winde bekannt gibt. Wir haben die Schleppseilwinde ins Modell eingebaut. Wie bringen wir das Seil auf die Trommel und wie sagen wir der Winde, wieviel Seil es denn sein soll?

Jetzt kommt der grüne Taster ins Spiel: Wir schalten den Strom ein und drücken den grünen Taster, nachdem der Brushlessregler durch sein Piepsen seine Arbeitsaufnahme bekannt gegeben hat. Jetzt befindet sich die Winde im Teach-In-Modus und zeigt dies durch schnelles Blinken der LED im Taster an. Während des Teach-In zählt die Elektronik die Umdrehungen der Seiltrommel. Mit dem Schalter am Sender wird die Winde im Teach-In wie im normalen Flugbetrieb gesteuert. In Stufe 3 öffnet das Servo die Notklinke und wir können das Seil einfädeln und durch Wechsel nach Stufe 2 verriegeln. In Stufe 1 wickelt die Winde auf. Stufe 2 stoppt die Winde wieder. Damit wir beim Wickeln keine heißen Finger bekommen arbeitet die Winde während des Teach-In mit reduzierter Drehzahl. Wir wickeln also das Seil bis auf einen Rest von etwa drei Metern auf. Dann drücken wir den grünen Taster zum zweiten Mal um den Teach-In-Modus zu beenden. Der Prozessor hat sich die Anzahl Umdrehungen während des Teach-In gemerkt.

Jetzt fahren wir mit dem Schleppmodell zur Startposition und ziehen das Seil bis zum Anschlag aus dem Modell heraus oder lassen diese Arbeit den Seglerpiloten erledigen. Der Stufenschalter am Sender steht für den Schlepp in der Mittelstellung. Der Segler ist eingehängt. Es geht los. Oben will der Segler ausklinken, merkt aber, dass nichts passiert. Wir reagieren sofort und betätigen die Notklinke, indem wir den Stufenschalter in Stufe 3 bringen. Der Segler kommt frei und bringt uns hoffentlich das Seil zurück. Der Seglerpilot übergibt uns nach seiner Landung das Seil und wir hängen das Seil wieder an der Winde ein. Wir erinnern uns: Stufe 2 - Klinke zu; Stufe 3 - Klinke auf. Der nächste Schlepp verläuft reibungslos und wir stürzen nach dem Ausklinken des Seglers mit unserer Maschine zum Platz zurück. Dabei stellen wir den Stufenschalter auf Stufe 1 um das Seil einzuziehen. Im Queranflug sehen wir, dass am Modell nur der obli- gatorische Seilrest heraushängt und können direkt landen. Alle Seglerpiloten sind froh, dass es ohne Platzüberflug und Seilabwurf direkt weitergehen kann.

Der Tag geht glücklich mit leeren Spritkanistern zu Ende und wir wollen die Schleppmaschi-ne abbauen. Die letzten Meter des Schleppseils hängen noch aus dem Modell raus. Das stört natürlich beim Transport. Wir stellen den Stufenschalter am Sender auf Stufe 1. Dann betätigen wir diesen grünen Wundertaster und halten ihn gedrückt. Nach etwa 3 Sekunden beginnt die Winde, ganz langsam das Seil weiter einzurollen. Wir halten den grünen Taster so lange, bis das Seil ganz aufgerollt ist. Wenn wir den Taster loslassen, hört die Winde sofort auf zu wickeln. Der neunmalkluge Prozessor auf der Platine merkt sich auch den aufgewickelten Seilrest, sodass wir am nächsten Schlepptag ohne weiteres direkt loslegen können.
Martin Jantzen


30 Meter Seil passen auf die Trommel der Winde


Die Steuerung des Motors erledigt ein kleiner Brushless-Steller. Dieser versorgt mit seinem BEC die Steuerelektronik der Winde und das Kupplungsservo


Die GFK-Seitenwände werden mit vier Alu-Streben miteinander verbunden. Über die unteren Streben wird die Winde mit vier Schrauben im Modell befestigt


Die Seildurchführungen sitzen im Modell an der für die Schleppkupplung üblichen Stelle und bieten dem Seil durch ihre gerundete Form wenig Widerstand


Der Federball im Seil stabilisiert es während des Einziehvorgangs und verhindert ein Schlagen


Im Modell eingebaut werden kann die Winde eigentlich überall, nur an eine sichere und belastungsfähige Seilführung muss gedacht werden


Großmodelle wie dieser "Swisstrainer" sind prädestiniert zum Einbau einer Schleppseilwinde.



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