Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - UKW-Berichte - Antennen-Notizbuch 6; Rotoren und ihre Zweckmässige Anwendung
1. Rotoren
In diesem Artikel geht es nicht um Antennen, sondern um ihre Dreheinrichtungen. Bis vor kurzem war der Rotor-Markt praktisch Monopol einer einzigen US-Firma. Doch es ist nun Konkurrenz aufgetreten, was für den Käufer und Anwender sicherlich vorteilhaft ist, weil bei einer Monopolstellung oft wenig Neigung zu Änderungen und Weiterentwicklungen besteht. Hier soll nun betrachtet werden, welche technischen Daten von Rotoren für den Anwender wichtig sind, und durch welche Maßnahmen manche Werte praktisch verbessert werden können.
Vielfach wird die vertikale Belastung, also das Gewicht der Antennenanlage beziehungsweise die Tragfähigkeit des Rotors als Kriterium benutzt. Ausgenommen bei ganz kleinen Rotoren treten bei Amateur-Antennenanlagen jedoch praktisch immer andere, die Anlagen-Größe begrenzende Faktoren als die Tragfähigkeit auf (Bild 1).
Bild 1: Die Kräfte am Rotor
Das Bremsmoment ist vor allem bei größeren Antennenanlagen wesentlich wichtiger. Es ist dafür verantwortlich, die Drehbewegung in der gewählten Winkelstellung zu stoppen, und die Antenne in dieser Richtung stationär zu halten. Der Rotor sollte also eine Bremseinrichtung haben, welche die Antenne in jeder gewählten Richtung bei jedem Wind festhält, und nicht nur alle 10 Grad oder so. Die Bremse schützt außerdem das Getriebe davor, bei Wind von der sich drehenden Antenne beschädigt zu werden.
Das Drehmoment ist normalerweise nur beim Start einer Drehbewegung wichtig, da es die Massenträgheit der Anordnung überwinden muß. Für die Drehung selbst ist sehr wenig Drehmoment erforderlich, wenn die Antennenanlage in Hinblick auf Windkräfte und Schwerkraft (Gewicht) gut ausbalanciert ist.
Die Umlaufzeit liegt bei allen Rotortypen üblicherweise bei 60 bis 70 Sekunden. Dieser Wert ist ein guter Kompromiß; bei langsamerer Drehung kann man zwar die gewünschte Position genauer einstellen, aber man verliert eventuell Stationen, weil man nicht rechtzeitig die richtige Stellung erreicht. Andererseits belastet eine schnellere Drehung vor allem den Rotor beim Bremsen stärker.
Der Mastdurchmesser ist nach Meinung des Verfassers ein wichtiges Kriterium für einen Rotor. Je größere Rohrdurchmesser eingespannt werden können, desto höher ist die Stabilität gegenüber Sturmbelastungen. In dieser Hinsicht weisen die Rotoren beträchtliche Unterschiede auf. Jahrelang lag die Obergrenze bei 2 Zoll oder etwa 52 mm; jetzt gibt es Rotoren, die unten und oben 62 mm und mehr spannen können.
Elektrische Auslegung - hier ist darauf zu achten, daß der Rotor und sein Steuergerät auch Dauerbetrieb aushalten, ohne daß Thermoschalter erforderlich werden beziehungsweise ansprechen müssen. Eine Art Dauerbetrieb kann während Contesten durchaus vorkommen.
Die Geräusche eines Rotors sind vor allem für die Amateure lästig, die während der Abend-und Nachtstunden Funkbetrieb machen. Der Verfasser kennt Funkamateure, die allein aus diesem Grund in diesen Stunden nicht arbeiten können.
Der wichtigste Wert eines Rotors, das zulässige Biegemoment, wird oft nicht angegeben, oder bei der Auswahl des Rotors vom Käufer nicht genügend beachtet. Dieser Wert setzt normalerweise die Grenze für die Größe einer Antennenanlage. Es wird einem schwer gemacht, Vergleiche zwischen verschiedenen Marken anzustellen, weil manche Hersteller nur die zulässige Windfläche einer Antennenanlage angeben, ohne den zugehörigen Hebelarm - andere die Bruchlast mit einem Sicherheitsfaktor von 1,5, wieder andere mit einem Sicherheitsfaktor von 5 oder mehr.
Zusammenfassend sind dies die wichtigsten Spezifikationen bei der Auswahl eines Rotors:
- Hat der Rotor eine Bremse
- Hat er genügend Drehmoment für die vorgesehene Anlage?
- Welcher maximale Mastdurchmesser kann eingesetzt werden?
- Verträgt der Rotor Dauerbetrieb, ohne daß Wicklungen thermisch überlastet werden?
- Welches Biegemoment oder welche Windfläche bei welcher Rohrlänge sind zulässig?
2. Zusammenbau von Rotor und Antennennanlage
Der Rotor ist oft das am meisten mißbrauchte und überlastete Gerät einer Amateurfunkstation. Man findet Rotoren, die für kleine Fernsehantennen oder UKW-Rundfunkantennen konstruiert sind, und die große Amateur-Antennenanlagen drehen müssen. Dies ist nicht nur technisch schlecht und gefährlich bei Sturm, sondern auf lange Sicht auch unwirtschaftlich. Denn ein überlasteter Rotor wird schneller defekt und muß deshalb häufiger ausgetauscht werden als ein stärkerer.
Anhand von Bild 2 soll nun eine Modellrechnung durchgeführt werden, welche die Kräfte am Rotor für ein typisches Antennensystem zeigt. Die Anlage soll aus je einer Kreuzyagi für das 2-m- und das 70-cm-Band bestehen. Die 2-m-Yagi (10 XY / 2 m mit 36 kg bei 160 km/h) ist in 2 m Höhe über dem Rotor, die 70-cm-Antenne (12 XY / 70 cm mit 21 kg bei 160 km/h) in 4 m Höhe montiert. Bei 160 km/h Windgeschwindigkeit beträgt das Biegemoment:
Mb = 36 kg x 2m + 21 kg x 4m = 156kgm = 1530 Nm
Bild 2: Eine einfache, typische Antennenanlage für 144 MHz und 432 MHz
Falls man die Daten bekommt, wird man sehen, daß diese durchschnittliche Antennenanlage fast alle erhältlichen Rotoren bereits bis zu zweifach überlastet.
Wie man den Rotor entlastet, zeigt Bild 3 für eine Anlage mit Mast. Das einfache Oberlager nimmt das Biegemoment auf und gibt an den Rotor nur einen Bruchteil des ursprünglichen Biegemoments in umgekehrter Richtung weiter. Mit zwei Lagern kann man das Biegemoment ganz vom Rotor fernhalten, und wenn man ein Drucklager benutzt, auch das Gewicht der Antennenanlage mit Rohren. Der Rotor muß dann nur noch beschleunigen, drehen und bremsen.
Bild 3: Befestigen und Entlasten eines Rotors im Gittermast
Für die Mehrzahl der Fälle, in denen nur ein Rohrmast auf dem Hausdach eingesetzt werden kann, gibt es mehrere Möglichkeiten, den Rotor vom Biegemoment zu entlasten. Bild 4 zeigt die einfachste Methode, bei der ein Oberlager dicht unter der untersten Antenne angeordnet, und durch drei Abspannseile gehalten wird. Wegen der schräg nach unten gespannten elastischen Seile nimmt ein derart angeordnetes Lager zwar nicht alle Biegekräfte auf, aber es entlastet den Rotor doch merklich. Bei längeren Rohren kann man zur weiteren Verbesserung zwei Oberlager und zwei Satz Abspannseile in einigem Abstand anbringen.
Bild 4: Entlasten des Rotors auf einem Rohrmast über dem Dach
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Rotor - wie Bild 5 zeigt - unter dem Dach anzubringen, und das Oberlager am Dachstuhl zu befestigen. In diesem Fall ist das Oberlager im allgemeinen recht weit von den Antennen entfernt, so daß es ein beträchtliches Biegemoment aufnehmen muß. Dem müssen das Lager selbst, das Drehrohr, und auch die Dachkonstruktion gewachsen sein.
Bild 5: Ein Oberlager am Dachstuhl nimmt das Biegemoment auf
Besser ist es, nach Bild 6 vorzugehen. Hier wird ein Führungsrohr benutzt, das kurz unter der untersten Antenne endet und hier mit seinem Oberlager die Biegekräfte aufnimmt. Das Führungsrohr gibt das Biegemoment am oberen Einspannpunkt an den Dachstuhl weiter. Unten steht es auf einem Dreibein über dem Rotor, so daß dieser nur Drehkräfte aufzunehmen hat.
Bild 6: Die stabilste Lösung: ein Führungsrohr
3. Ein anderer Vorslag für Masten auf dem Dach
Der Verfasser zieht eine andere Methode vor, um den Rotor von Biegekräften zu entlasten. Sie ist in Bild 7 skizziert, und benötigt - außer bei sehr großen Anlagen - keine Abspannseile. Hier kann ein Standrohr mit beliebig großem Durchmesser verwendet werden, während sich der Durchmesser des Drehrohres nach dem Rotor und dem Oberlager richtet. Der Verfasser verwendet ein verstärktes Standrohr von 60 mm Durchmesser, und ein Drehrohr von ebenfalls 60 mm Durchmesser. Bild 8 zeigt die Plattform für Standrohrdurchmesser von maximal 60 mm, für die zur Zeit die Serienfertigung vorbereitet wird. Diese Anordnung ist billiger zu erstellen als die in Bild 6 gezeigte.
Bild 7: Entlasten mit Plattformen
Bild 8: Die verwendeten Plattformen
DJ0BO, Terry Bittan.