SERVO’S VOOR DE ZEILEN EN HET ROER

Aangezien bij de Marblehead-klasse slechts gebruik gemaakt wordt van 2 servobedieningen, zijnde zeilopening en roer, blijft de nodige elektronica dus eerder beperkt. Enkel nog batterij, aan/uit schakelaar en ontvanger maken het geheel compleet.

In deze rubriek schenken we vooral aandacht aan de servo’s zelf. Correcte installatie en opbouw worden later in een apart artikel behandeld.

Een servo is een elektromechanisch module, welke gebruik maakt van de batterijspanning enerzijds en anderzijds het stuursignaal afkomstig van de uitgang van de ontvanger.

De servo zelf is opgebouwd uit een aantal componenten: elektronische printplaatje, interne bedrading, motor, mechanische overbrengingen, potentiometer voor positiebepaling, behuizing, dichtingen en externe bedrading met aansluitstekker.


Vandaag de dag bestaat er een enorm aanbod aan soorten en prijs. De prijs is afhankelijk van het model, eigenschappen en gebruikte bouwmaterialen. Zonder te weten wat je precies nodig hebt, kan je in dit bos van servo’s ook makkelijk verdwalen. Daarom is het belangrijk toch vooraf eerst stil te staan bij een aantal belangrijke eigenschappen voor jouw toepassing:

  • Analoog of digitaal
  • Prijs
  • Compatibiliteit met je zender/ontvanger
  • Betrouwbaarheid en precisie
  • Waterresistentie
  • Duurzaamheid
  • Snelheid en trekkracht
  • Stroomverbruik
  • Werkspanning
  • Bouwkwaliteit
  • Afmetingen en gewicht

Analoog of digitaal:

Decennia geleden zijn digitale servo’s op de markt verschenen als nieuwkomers tussen de analoge exemplaren.

Maar wat is nu eigenlijk het verschil tussen analoog en digitaal? 

Vergelijk het met een langspeelplaat en een CD. Beiden zijn dragers van een muzieksignaal, waarbij de LP een analoge versie is en de CD een digitale versie.

Om een LP te beluisteren heb je de V-groef op het vinyl waar de naald in een vloeiende beweging doorheen glijdt. Kleine bewegingen op de naald in de groef worden gedetecteerd en als een lang vloeiend en ononderbroken klein signaal weergegeven. Maw een analoog signaal. Het signaal is niet altijd even precies, slijtage of vuil van het vinyl of naald beïnvloeden het originele. 

Bij een CD is het anders. De Compact Disk is met een laser vooraf behandeld met een spoorsignaal bestaande uit een opeenvolgende trein van puntjes. Deze worden gelezen aan een hoge snelheid dmv een lazer van de CD-speler. Het signaal is een hoog frequente pulstrein van informatie. De toppen van deze pulstrein vormen samen een bijna vloeiende lijn, waarbij het menselijk gehoor toch niet in staat is om het te herkennen als een continu onderbroken signaal. Hierdoor is de CD signaalkwaliteit uitstekend dit in vergelijk met een LP versie.

Om nu terug te komen tot een analoge of digitale servo, is de precisie van de digitale servo beduidend beter dan de analoge versie. Echter is het zo dat je ontvanger en zender in staat hoort te zijn om digitale servo’s aan te sturen. Analoge servo’s zijn voor de meeste compatibel.

Een goede precisietest is beide servotypes bijna naast en elkaar en stevig te plaatsen op een vlakke ondergrond. Verbind, via een Y-connector,  beide servo’s aan dezelfde uitgang van je ontvanger, namelijk de Aileron-uitgang. Kleef op elke servoarm een 60-70cm dun en recht houten stokje. Plaats een blokje of dergelijke precies onder het uiteinde van elke stokje.

Activeer nu je zender en ontvanger.

Gebruik je steeds de rechterstick op je zender en laat deze los, wat precies op 50% hoort te zijn. Markeer nu de positie van beide uiteinden van de stokjes op beide onderliggende blokjes. Stuur enkele malen de servo’s van 0% naar 100% en omgekeerd. Herhaal dit enkele malen.

Bij het loslaten van de Aileron-stick met zelfcentrering, zal je iets vreemd merken. De analoge servo zal nooit op exact hetzelfde punt stilvallen, telkens enkele millimeters afwijking tov het gemarkeerde punt op het blokje onder het uiteinde van het stokje.

De digitale servo daarentegen doet dit wel goed. Deze stopt telkens op precies dezelfde plaats. De nauwkeurigheid is duidelijk beter. Vandaar de reden om beter een digitale servo te gebruiken voor de besturing van de zeilopening. Digitale winchservo’s zijn de beste keuze (bijvoorbeeld RMG). De roerservo mag desnoods analoog zijn, maar digitaal werkt preciezer.

Voornaamste nadeel van een digitale servo is dat het algemene stroomverbruik hoger ligt. Deze servo zal net door zijn precisiewerking, continu kleine correcties doorvoeren en tegelijk stroom blijven verbruiken. De analoge servo zal pas later reageren om kleine correcties uit te voeren. Anders gezegd, deze is wat luier en daardoor wat zuiniger in stroomverbruik.

Prijs:

Analoge servo’s zijn in aanschaf goedkoper, maar het aanbod verkleint jaar na jaar. Digitale servo’s zijn duurder met een ruim aanbod. Kwaliteit bepaalt voornamelijk de prijs, zeker niet te vergeten.

Compatibiliteit van de servo’s met je zender/ontvanger:

Er bestaan ondertussen al een tijd verschillende betrouwbare merken zenders en ontvangers. Binnen het gamma van elk merk, zal je zien dat ze zowel digitale als analoge systemen aanbieden. De meerkanaals systemen, over het algemeen 4 of meer kanalen, beschikken over de mogelijkheid om zowel analoge als digitale servo’s te besturen. Hiervoor kan je best de technische kenmerken vooraf raadplegen, welk merk of type het best past voor jouw toepassing. Voor de besturing van je boot, heb je principieel slechts 2 kanalen nodig.

Kijk en vraag ook een keer rond bij je collega-radiozeilers welk merk en systeem ze gebruiken en waarom. Een goede zender voelt vertrouwd en handig aan alsook eenvoudig in gebruik. Lastige menu’s doorzoeken om een bepaalde setting te wijzigen, is en blijft nadelig, zelfs frustrerend. Maak een weloverwogen keuze voor de aanschaf.

Betrouwbaarheid en precisie:

Precisie werd reeds aangehaald. Hier zijn de digitale servo’s absolute leiders. Een digitale winchservo is een must voor een goede controle van je zeilrigs.

Betrouwbaarheid is een heel relatief begrip. In eerste instantie verwacht je natuurlijk dat een servo doet wat ie moet doen. Uitvoeren wat je aanstuurt, niet meer of minder. Keer op keer, jaar na jaar.

Zelfs de beste servo kan je op korte tijd stukmaken. Overbelasting wekt oververhitting in de hand. Meestal is de oorzaak extern en mechanisch van aard, niet bij de servo zelf. Kijk goed wat de beweging van je servo kan belemmeren. In de meeste gevallen faalt als gevolg eerst de electronica, niet direct de interne mechanische overbrengingen.

Waterresistentie:

Water is een grote vijand voor electronica. Doordat er servo’s in je boot gemonteerd zitten, zijn dus alle elektronische modules omsingeld door water. Water heeft de eigenschap om zelfs via de kleinste opening in te sijpelen. Eens in de boot, zoekt het zijn weg verder. De romp duikt af en toe gedeeltelijk, schommelt en helt in verschillende richtingen. 

Water in de romp zal bij een stralende zon zeker verdampen wegens oplopende temperaturen en nadien ook weer condenseren. Vocht vindt je overal in de boot. Het werkt corrosief op alle blootgestelde componenten. Stekkerverbindingen oxideren met slechte contacten als gevolg. De betrouwbaarheid van de electronica daalt hierdoor aanzienlijk.

Geen leuke situatie tijdens het varen van een wedstrijd, indien de boot uitvalt en zo een ongeplande hindernis vormt voor je collega’s. Plotseling een vaste roeruitslag doet de boot ongecontroleerd in cirkels varen, waarbij deze de race ernstig verstoord.

Houdt je boot binnenin zo droog mogelijk, drain regelmatig eventueel opgehoopt water, verlucht de romp bij opslag. Controleer waar het water kan binnendringen en los het probleem of direct of thuis op. Regelmatige controle en onderhoud met zuurvrije vaseline of specifieke teflon-sprays voor de tandwielen enz zijn onontbeerlijk.

Positie van de servo’s, alsook bedrading in de romp zijn uitermate belangrijk bij de installatie.

Het aanbrengen van een extra coating op de buitenzijde van de servo, verhelpt grotendeels het indringen van water. Enkele goede middelen zijn vaseline, haarlak, vloeibaar rubber of epoxyhars. Zelfs vooraf, nog voor de montage, de servo voorzichtig openen en volledig gevuld met zuurvrije vaseline terug sluiten, zijn een eenvoudige en efficiënte oplossing om deze waterproof te bekomen. De zuurvrije vaseline beïnvloed de goede werking van de servo absoluut niet. 

Duurzaamheid:

Je mag stellen dat indien je een servo met respect behandeld en juist gedimensioneerd is voor je toepassing, deze je jarenlang plezier kan geven,  zonder ooit te moeten vervangen.

Iets om aan te denken, wat niet iedereen zich realiseert. Als je een faling vaststelt, kijk dan eerst wat jezelf misschien ooit foutief hebt gebouwd.

Snelheid en trekkracht:

Snelheid en trekkracht zijn steeds omgekeerd van elkaar gekoppeld. Trekkracht, torque of koppel zijn gelijkwaardige benamingen.

Neem nu het voorbeeld van een winchservo. De servomotor heeft vanuit de fabriek een gelimiteerde maximum snelheid. Het aantal 360° omwentelingen ook. Meestal ergens tussen 4 en 6, afhankelijk van het merk en type. De centrale as is bovenaan voorzien om de voorgeschreven koordspoel te plaatsen, meestal een diameter rond de 30-40mm.

De trekkracht is de maximum gemeten waarde tot stilstand van de motor ondanks extra stroomtoevoer.

Stel dat je een groter formaat spoel zou monteren, dan neemt het koordbereik en koordsnelheid toe, terwijl de maximale trekkracht sowieso afneemt. De motor zal veel harder moeten werken dan voorgeschreven is. Het risico op oververhitting of verbranding neemt flink toe. Door de lagere trekkracht van de servo en dezelfde tegenkracht van de wind, zijn de zeilen zelfs in staat om de koord te verplaatsen weg van de gewenste positie. De positiepotentiometer zal onmiddellijk reageren door de stroom naar de motor opnieuw te verhogen om de juiste positie terug te bekomen. Net die stroomverhoging in een bijna geblokkeerde toestand van de servomotor, geeft onmiddellijk een felle en extra warmteontwikkeling. 

Het lijkt eerder op een wedstrijdje touwtrekken.Vroeg of laat is de uiteindelijke verliezer de motor of printplaat van de servo aan oververhitting of verbranding. Vervang nooit de koordspoel van een winch door een groter formaat dan de fabrikant origineel voorzien had.

Stel dat je een kleinere koordspoel plaatst dan origineel voorzien. Het koordbereik neemt af, alsook de koordsnelheid. Positief is wel dat de trekkracht toeneemt. De kans op overbelasting van de winchmotor neemt dus ook af. De winch wordt dus trager, maar sterker dan origineel.

Het vervangen van de koordspoel van een winchservo door een kleiner formaat is geen probleem. Zeker als je merkt dat bij een originele opstelling, het koordbereik 2 of meer omwentelingen teveel of ongebruikt is.

Door de koordspoel te verkleinen, kan je het volledige bereik van de winchservo benutten dit met een hogere trekkracht, maar wel met een iets lagere koordsnelheid. De levensduur van de winchservo zal ook flink toenemen, wegens het gebrek aan eventuele overbelasting. Vraag is natuurlijk of de werking van de winchservo nog voldoende snel is voor je boot vlot te besturen. In een zeilwedstrijd is een snelle koordsnelheid voor de zeilen heel belangrijk voor het ronden van boeien, het overstag gaan of gijpen. Test het uit.

Stroomverbruik:

Zoals net aangegeven, is het stroomverbruik recht evenredig met de trekkracht die de servo moet opwekken om in de gevraagde positie te geraken. Bij digitale servo’s is deze gemiddeld hoger door de extra kleine correcties die een analoge servo daarentegen minder vaak en minder nauwkeurig zal doen.

Bij de winchservo is het stroomverbruik het meest wisselend, door de constante drukwijzigingen in de zeilen, desondanks dezelfde stickpositie op je zender.

Nog belangrijk is dat de batterij voldoende capaciteit heeft om de nodige stroom te leveren, gedurende langere tijd. Hoe meer stroom gevraagd van de batterij, hoe eerder deze leeg zal zijn. Bij een lagere restcapaciteit, daalt ook veel sneller de batterijspanning. Onder een bepaalde spanning, rond de 3 Volt, stopt de gehele werking van de servo.

Werkspanning:

Vandaag de dag zijn er 2 types servo’s, enerzijds Low Voltage, anderzijds High Voltage. De keuze wordt mede bepaald door het type batterij je wil gebruiken voor je Marblehead boot.

Klassiek zijn laadbatterijen type NiMH, meestal 5 in serie als pack, elk 1.2V samen 6 Volt. In ongebruikte en geladen toestand leveren ze 7V. Bij gebruik daalt de spanning naar nominaal 6 Volt en blijft deze spanning lange tijd aanhouden.

Bij gebruik van LiFe batterijen met 2 cellen, is de spanning 6-6,6V, wat principieel overeenstemt met de klassieke NiMH batterij. Verschil is dat een LiFe batterij meer stroom kan leveren bijna zonder spanningsdrop, wat niet goed lukt voor een NiMh batterij.

Voor beide types batterijen is het gebruik van Low Voltage servo’s geen probleem.

Andere oplossing is het gebruik van LiPo batterijen, 2 cellen nominaal 7,2Volt. In volgeladen toestand zelfs 8Volt. Zonder spanningsregelaar of BEC in serie, zal een Low Voltage servo blootgesteld worden aan een te hoge spanning, met risico op faling. High Voltage servo’s kunnen wel rechtstreeks gebruikt worden. Bekijk ook de maximale spanning voor de ontvanger. Veiligste manier is bij gebruik van LiPo batterijen steeds een spanningsregelaar of BEC te voorzien tussen batterij en ontvanger.

NiHM batterijen zijn relatief zwaar, LiFe of LiPo daarentegen vrij licht, soms een licht voordeel voor het bootgewicht.

De meeste Low Voltage servo’s blijven werken van 3 Volt tot maximum 7 Volt. Bij High Voltage idem echter tot maximum 9 Volt.

Bouwkwaliteit:

Behuizingen in plastic of aluminium, lagers in teflon of metaal, dubbel gelagerd in metaal zijn slechts enkele kenmerken die een groot verschil maken in de kwaliteit bij servo’s. Dit geldt ook voor winchservo’s.

Volgende site geeft je een goed overzicht van servo’s volgens merk en type:

www.servodatabase.com

Afmeting en gewicht:

Zie ook bovengenoemde site.

Besluit:

Kies voor de bediening van je zeilen voor een betrouwbare winchservo.

Voorkeur gaat naar RMG, digitaal, degelijke betrouwbaarheid en goede eigenschappen. Treksterkte minimaal 17kg voor een Marblehead boot.

Let wel: volg strikt alle voorschriften van de fabrikant.

Voor de roerservo is het merk of type minder belangrijk, maar wel dubbel gelagerd en metalen tandwielen. Treksterkte minimaal 3kg.

Zeil en geniet!


© Copyright RCZEILEN