R/C servo mechanisch

Inleiding

Geen radiobestuurde modelbouw zonder servo's.  Zo simpel als maar wat zijn kan.  Maar de servo's zijn misschien ook wel de minst bekende onderdelen in een model.  Je koopt ze, zet ze in het model en rijden maar.  Hoe zo'n servo functioneert is voor de meeste rc-modelbouwers een raadsel.  Toch is het belangrijk een en ander van de servo te weten om hem optimaal te kunnen toepassen.

De ontwikkelingen op gebied van servo's zijn de laatste twintig jaar enorm snel gegaan.  Was de 'standaardservo' voor iedereen zo'n beetje het meest gebruikt, tegenwoordig kijken we er wat meewarig naar.  Je hebt allerlei soorten servo's, heel klein tot groot en superkrachtig.  Er zijn digitale servo's en microservo's die en kracht van enige grammen hebben en zelf slechts twee gram wegen.  De prestaties lopen dusdanig uiteen dat je tegenwoordig niet zomaar een servo kunt gebruiken in wat voor model dan ook.  Je hebt voor stuurservo's in auto's en zeker de huidige monstertrucks wel wat krachtigs nodig, zeker meer dan een standaardservo die een kracht van zo'n twee en een halve kilo levert.  Tja daar hebben we zoiets, kracht levert, hoe en op welke manier?  Hoe bepaal je de benodigde kracht?  Zelden lees je daar iets over en nog minder wordt daar iets goeds over verteld.  Het is wel duidelijk dat de servo niet meer zomaar iets is in het model.  Misschien is de servo wel het meeste belangrijke onderdeel in de radiobesturingsketen geworden. 

Basis

Wat is een servo eigenlijk?  Een versnellingsbak in miniatuur.  Er zit een elektromotor, een vertragingsoverbrenging en elektronica in om het geheel te beheersen.  Het laatste tandwiel, datgene dat je uit het kastje ziet steken, geeft de arm (hevel) voor de besturing een houvast.  De hevel die buiten op de servo zit, bedient het roer, de motor of iets anders in het model, op een proportionele wijze.  Hoe je dat voor elkaar krijgt?  Met de zender!  De knuppels, knoppen of het stuurwiel dat op de zender zit, bepaalt de uitslag van de arm op de servo.  De arm kan ook een schijfje zijn of iets anders, zo lang de functie maar kan worden uitgevoerd.  De uitslag van de knuppel of het stuurwiel op de zender bepaalt de uitslag van de servo-arm.  Dus geef je een kleine uitslag op de zender, dan is de beweging van de servo navenant klein.  Dat heet proportioneel, de servo slaat niet verder uit dan aangegeven.  In de vroege tijd van radiobesturing, kenden servo's maar twee standen: 0 of 100.  Nu kun je bij wijze van spreken 100 kleine stapjes maken, of 5, of 27 enzovoorts.

Vorm

Tegenwoordig heb je servo's zelfs in verschillende vormen. Dik, dun, plat en zelfs gekleurd.  De servo's worden steeds meer gemaakt voor een speciale toepassing en de vorm daarop aangepast zodat de servo bijvoorbeeld goed past in een slanke zweefvliegtuigvleugel.  Maar ook in een kleine ruimte als stuurservo voor een auto.  Deze speciale servo's zijn wat prijziger dan andere maar dat blijft de moeite waard.  De vormgeving kan ook te doen hebben met een montagewijze.  De meeste servo's hebben bevestigingsgaten die in de lengte van het deksel lopen.  Echter er zijn er ook die je plat kunt monteren tegen een zijde.  Tevens zijn er servo's waar de montagegaten in het blok zelf zitten.  Mogelijkheden genoeg dus.  Laten we eens kijken hoe een servo in elkaar zit.

Servo-inbouw

Om trillingen en stoten van modelbouwservo's te voorkomen, worden de servo's bij de inbouw in het model in rubber elementen gelagerd. Bij de montage moet er gelet worden op de goede inbouw:

1. Rubberen mof op de servo steken

2. Messinghuls van onderaf door de mof steken

3. Servo van boven met de servosaver vastschroeven

Mechanische onderdelen

Een servo zet in feite elektrische energie om in mechanische beweging.  Op deze manier kun je het radiobestuurde model beheersen.  Servo's hebben overeenkomstige onderdelen, die we hier beschrijven, uitgaande van een zogenaamde standaardversie.

Servohuis:     Het servohuis bestaat uit een boven- en onderzijde.  In het complete huis zitten alle onderdelen van de servo.  De beide delen worden bij elkaar gehouden door vier schroeven in de hoeken van de behuizing.  In sommige gevallen zijn de servo's op de randen beplakt met tape om ze waterdicht te maken.

Servoarm:    De arm of de hevel die de beweging mogelijk maakt van het te bedienen onderdeel.  Deze zijn verkrijgbaar in verschillende vormen en afmetingen.

Aandrijfas:    De aandrijfas zorgt dat de servoarm beweegt.  De aandrijfas is de verbinding tussen het binnenwerk van de servo en de buitenwereld.

Versnellingsbak:    Hoewel versnellingsbak genoemd, kan het set tandwielen ook vertragend werken.  Hier wordt de elektrische energie omgezet in mechanische energie.  De kracht van de elektromotor wordt dankzij de tandwielen vergroot.

Montageflenzen:    In deze uit stekende delen (flenzen) zitten vaak de bevestigingsgaten zodat de servo vastgeschroefd kan worden.  Vaak worden de schroefjes geplaatst in een messingbusje en een rubber ring.  Op deze manier wordt voorkomen dat de servo scheef komt te zitten en de rubberring zorgt er voor dat niet alle trillingen van het model worden doorgegeven aan de servo. 

Kracht

Instelkoppel

Naast de afmetingen en de uitvoering is bij modelbouwservo's de geleverde kracht het meest belangrijke kenmerk. Iedere servo heeft een aandrijfas waarop een arm, servosaver wordt gemonteerd. Een servo met een instelkoppel van bijvoorbeeld 32 Nm (Newton/centimeter) ontwikkeld bij een afstand van 1 cm tot het draaipunt een kracht van 32 N. Hoe groter de afstand tot het draaipunt, hoe lager de geleverde kracht. Bij een afstand van 2 cm tot het draaipunt wordt bij een zelfde draaihoek het insteltraject weliswaar groter, maar is de geleverde kracht verminderd tot 16 N.
Wat bedoeld men met Newton [N] ?
Met de kracht 1 Newton is men in staat om een massa van 0,10197162 kg (afgerond 0,1 kg) op te tillen.

Formules:
Moment = kracht x afstand of M = F x a

M [Nm]
F [N]
a [m]

Kracht F = m x g (valversnelling : cte) = 3 kg x 9,81 m/s² = 29,43 N

Koppel M = F x a = 29,43 N x 0,025 m = 0,73575 = 73,575 Ncm

Nominaal koppel van de servo Mn = 29,43 x 0,010 = 29,43 Ncm

Maximale kracht F = M : a = 90 Ncm : 1,7 cm = 52,94 N

Maximale massa van de last m = F : g = 52,94 : 9,81 = 5,39 kg

Maximale kracht F = M : a = 90 Ncm : 0,5 cm = 180 N

Maximale massa van de last m = F : g = 180 : 9,81 = 18,35 kg

2° Servosavers

In rc-auto's speelt de servosaver in de ogen van vele rc-coureurs een onbeduidende rol.  Maar de ervaren coureurs weten wel beter.  De servosaver speelt een belangrijke rol in het goed en snel kunnen sturen.  Toch heeft de servosaver invloed op de levensduur van de servo, het stroomverbruik en de besturing.

De meeste rc-wedstrijdmodellen worden als bouwdoos geleverd zonder enige elektronica en zonder body.  Meestal begint het bouwen bij het in elkaar zetten van de differentiëlen of de stuurinrichting.  In de stuurinrichting zien we vaak een al dan niet verstelbare servosaver.  Deze dient ervoor om de stuurservo te beschermen bij een eventuele botsing maar ook om de krachten die op de gestuurde wielen komen niet 1:1 aan de servo door te geven.  Bij een botsing wordt altijd de klap via de stuurstangen doorgegeven naar de stuurinrichting en zo naar de servoarm en de as van de servo.  Hierdoor kan de motoras breken of beschadigen of de tandwielen in de servo gaan stuk.  Om dit tegen te gaan worden er bij bijvoorbeeld HPI, Kyosho en de Schumacher auto's een servosaver ingebouwd in de stuurinrichting die verstelbaar is.  Deze kun je instellen naargelang de kracht van de gebruikte servo.  Ook het soort ondergrond waarop je rijdt, als je bijvoorbeeld in het losse zand gaat rijden en de saver is te slap dan gaan de voorwielen hun eigen spoor zoeken terwijl de servoarm niet beweegt.  Dan is het lastig om de auto op het juiste pad te houden.  

Servosavers zoals HPI, Kyosho en Schumacher gebruiken,  bestaan uit twee kunststof armen waarvan de een is voorzien van een V-vormige (wig) uitsparing die op de andere arm is aangebracht.  Hierdoor past alles weer in elkaar en ontstaat er geen speling tussen de beide onderdelen maar als we deze twee armen ten opzichte van elkaar verdraaien komen ze geleidelijk uit elkaar.  Om dit tegen te gaan worden deze door middel van een veer op elkaar gedrukt waarvan je de spanning vaak met een stelring kunt veranderen.  Op deze manier wordt de klap opgevangen doordat de armen eigenlijk even heel snel uit elkaar gaan maar door de veer weer in elkaar worden gedrukt.

Er zijn ook fabrikanten zoals Tamiya, Losi, Serpent en Corally die de servosaver op de servo monteren, al dan niet bij de bouwdoos geleverd.  Deze servosaver is er in twee uitvoeringen: die met een drukveer en die met ringen van verenstaal.  Deze servosavers bestaan uit drie delen.  Op de servo komt een schijf met daarop een nokje, op de andere schijf zit ook een nokje en het bevestigingsgedeelte voor de stuurstang.  Deze twee delen worden verbonden met een kunststof of verenstalen ring die niet geheel gesloten is.  Het open gedeelte valt over de nokjes, dus ieder deel zit tussen de ring.  Als we nu de twee delen van elkaar gaan verdraaien, zien we dat de ring uit elkaar gaat, groter wordt.  Als we alles weer los laten, draait door de druk van de veer alles weer op zijn plek terug.  In beide uitvoeringen kunnen dus de voorwielen het zij met wat kracht sturen zonder dat de stuurservo daarbij belast wordt en wanneer je ze weer juist afstelt merk je hier tijdens het rijden niets van.  Vooral de servosaver van Tamiya stelt teleur.  Ze zijn duur om aan te schaffen en in vele tests en proeven die uitgevoerd werden, gingen ze steevast als eerste kapot.  Er zijn duidelijk kwaliteitsverschillen tussen de servosavers.  De duurste hoeft zeker niet de beste te zijn.

De ingebouwde wigvormige servosaver kan nooit speling krijgen.  De servosavers met de stalen ringen hebben het probleem dat deze na verloop van tijd speling krijgen omdat de toch wat scherpe uiteinden van de stalen ringen in het nokje van het kunststof snijden.  Hierdoor zal het model na een botsing niet meer rechtuit rijden maar licht afwijken.  Dat komt de rijeigenschappen niet ten goede.