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Servo Hacking

Servomotor 360° mit PWM

Servomotor mit 360 Grad Endlosdrehung mit PWM ansteuerbar

Mit diesem Tutorial lässt sich ein Servo zu einem Getriebemotor mit endlosem 360° Drehwinkel umbauen. So kann er für verschiedene Antriebe im Modellbau oder in mobilen Robotern eingesetzt werden. Ein Servo, der nach diesem Tutorial umgebaut wird, kann mit dem selben PWM Signal angesteuert werden, das am Ausgang eines RC-Empfängers erzeugt wird.

Bild 1: Servo zum Getriebemotor umbauen

Ein RC-Servo dreht sich nur bis zu einem gegebenen Anschlag. Mit einigen wenigen Manipulationen kann ern Servo so umgebaut werden, dass er endlos, also 360° in beide Richtungen drehen kann. Dabei wird er weiterhin von einem PWM Signal angesteuert und die Drehrichtung ist vom Tastgrad des Signals abhängig. Dieser Umbau wird auch gerne „Servo Hacking“ genannt.

Ein gehackter Servo lässt sich dank seinem rechteckigen Gehäuse mit Befestigungsösen gut in eine Maschine einbauen. Da Servos nur wenige Euro kosten, sind Getriebemotor-Servos äusserst günstig.

Electronicsplanet bietet hier auch ein Tutorial an, mit dem ein Servo so gehackt wird, dass er wie ein Motor mit einem DC-Signal angesteuert werden kann.

Schritt 1: Gehäuse öffnen

Entferne als erstes die Stellkreuzschraube des zukünftigen Getriebemotors mit einem kleinen Schraubenzieher.

Bild 2: Schraube am Servokreuz lösen

Ist die Schraube entfernt, kann das Kreuz entfernt werden. Schraube und Kreuz werden vorerst nicht mehr benötigt und beiseite gelegt.

Servo bei dem das Stellkreuz entfernt wird, zum Umbau in einen Getriebemotor

Bild 3: Servokreuz entfernen

Auf der unteren Seite des Servos befinden sich vier kleine Schrauben.

Modellbauservo öffnen. Gehäuseunterseite mit Schrauben

Bild 4: Unterseite des Servogehäuse

Diese werden ebenfalls mit einem Kreuzschraubenzieher entfernt

Bild 5: Die vier Schrauben entfernen

Jetzt kann die Bodenplatte vom Gehäuse abgenommen werden. Darunter kommt die Servoelektronik zum Vorschein. Schrauben und Bodenplatte werden erst am Schluss wieder benötigt. Du kannst sie zur Seite legen.

Servo Getriebemotor Umbau. Blick auf die Elektronik

Bild 6: Gehäuseboden entfernen

Der Deckel des Getriebefachs kann jetzt auch abgenommen werden. Darunter kommt das Getriebe zum Vorschein.

Servo Getriebemotor umbau. Getrieberaum Deckel.

Bild 7: Den Getrieberaumdeckel abnehmen

Der Deckel wird vorerst nicht mehr benötigt und beiseite gelegt.

Bild 8: Getriebe von oben

Schritt 2: Zerlegung des Getriebes

Wer sich mit dem Servogetriebe noch nicht auskennt, macht sich am besten zuerst mit seiner Funktionsweise vertraut und betrachtet, wie die Zahnräder ineinander greifen. Das erleichtert später den Zusammenbau.

Für den Umbau des Servos müssen wir es das Getriebe auseinandernehmen.

Das Getriebe ist mit einer meist weissen Paste geschmiert. Achte darauf, dass möglichst wenig davon verloren geht.

Bild 9: Getriebe von der Seite

Zuerst wird das Doppelzahnrad oben in der Mitte entfernt.

Getriebemotor Servo mittleres Zahnrad entfernen

Bild 10: Mittleres Zahnrad abnehmen

Dann können das Doppelzahnrad links und das Endachsenzahnrad rechts entfernt werden.

Bild 11: Seitliche Zahnräder entfernen

Zum Schluss werden das Doppelzahnrad unten in der Mitte und die beiden Achsen entfernt.

Die Getriebeteile werden beiseite gelegt.

Bild 12: Achsen und unteres Zahnrad abnehmen

Schritt 3: Entfernen der Servoelektronik

Wir betrachten die Zwischenwand, die durch das entfernen des Getriebes frei geworden ist: Links sehen wir den Motor. Rechts, die Achse des Potentiometers. Dieses Potentiometer ist immer irgendwie von unten auf der Zwischenwand fixiert. Diese Fixierung gilt es zu lösen. Folgende verschiedene Situationen gibt es:

Das Poti ist mit einer Sechskantmutter festgeschraubt.
Das Potentiometer ist von unten mit Widerhaken eingeklinkt.
Das Potentiometer ist von unten mit Widerhaken eingeklinkt und mit soliden Metallsteifen mit der Servoelektronik verbunden.

Beim hier abgebildetem Servo handelt es sich um die letzte Variante, aber das sehen wir jetzt noch nicht. Ist von Oben her eine Schraubmutter zu sehen, handelt es sich um die erste Variante, und man kann das Poti lösen, indem man diese Mutter entfernt.

Servo Getriebemotor Umbau Getriebe entfernt

Bild 13: Servo ohne Getriebe von oben

Falls es sich um die zweite oder dritte Variante handelt: Versuche VORSICHTIG die Servoelektronik von unten herauszuziehen. Dazu kann ein Messer zum Heraushebeln verwendet werden. Ist das Potentiometer nach der zweiten Variante befestigt, kann die Elektronik einfach herausgezogen werden. Löse die Widerhaken von der Seite auf der sich das Poti befindet und ziehe das Poti heraus. Lässt sich die Platine nicht einfach herausziehen, ist das Potentiometer nach der dritten Variante befestigt.

Bild 14: Servoelektronik abheben

Falls es sich um die dritte Variante handelt: Dies ist die schwierigste Variante, da die Widerhaken gelöst werden müssen, bevor, die Elektronik entfernt werden kann. Löse die Widerhaken mit einem spitzen Gegenstand durch die kleinen Löcher in der Zwischenwand. Das ist nicht ganz einfach. Indem man die Potiachse mit dem Finger herunterdrückt, kann man verhindern, dass die Haken wieder einschnappen. Das nächste Bild zeigt die Widerhaken von unten, was das Lösen etwas vereinfacht. Wer bereits etwas Erfahrung im Servohacking hat, kann erahnen, welche Lötstellen zum Potentiometer gehören. In dem Fall kann man natürlich das Potentiometer entlöten bevor man die Platine entfernt.

Bild 15: Haken mit Büroklammer lösen

Die Widerhaken sind auf der rechten Seite, ober- und unterhalb des Loches.

Bild 16: Die Widerhaken, die das Potentiometer halten

Wurden die Widerhaken gelöst, kann auch bei der dritten Variante die Elektronik aus dem Gehäuse entfernt werden. Die Elektronik kann beiseite gelegt werden.

Bild 17: Servoelektronik entfernen

Schritt 4: Überprüfen der Endachse ohne Potentiometer

Beim Umbau eines Servos zum Servomotor, wird das Potentiometer entfernt. Jetzt geht es darum, zu testen, ob die Endachse auch ohne Potentiometer das Endachsenzahnrad führen kann. Das Endzahnrad wird auf die Achse aufgesetzt. Es muss überprüft werden, ob die Achse auch ohne Potentiometer dem Zahnrad halt gibt. Das Zahnrad muss auch ohne Potentiometer fest auf der Achse sitzen und darf keinen Spielraum haben.

Servo Endzahnrad und Deckel vom Getrieberaum

Bild 18: Endzahnrad aufsetzen

Der Deckel wird aufgesetzt und das Zahnrad wird von Hand gedreht. Es darf sich ausser in der Drehachse in keiner Richtung bewegen. Es muss sauber geführt werden. Es ist normal, dass sich das Zahnrad nur in einem beschränktem Winkel drehen lässt, da der mechanische Endanschlag vom Servo noch nicht entfernt wurde. Für den Umbau vom Servo zum getriebemotor werden wir diesen Anschlag etwas später entfernen. Lässt sich das Zahnrad nicht mehr sauber bewegen, hatte das Potentiometer eine achsführende Funktion. In dem Fall ist der Servo möglicherweise nicht zum umbau zum Getriebemotor geeignet. Als Notfallmassnahme kann man versuchen, den Umbau in der Variante mit Potentiometer durchzuführen. Lese in diesem Fall bitte am Ende dieser Seite weiter. Lege das Gehäuse das Endzahnrad und den Deckel wieder beiseite.

Servo Endzahnrad Führung ohne Potentiometer prüfen

Bild 19: Drehung prüfen

Schritt 5: Entfernen des mechanischen Anschlags am Endzahnrad

Wir sind schon ein gutes Stück vorangekommen auf dem Weg vom Servo zum Getriebemotor. Auf den folgenden drei Bildern ist der mechanische Anschlag zu sehen, der für den beschränkten Drehwinkel des Endzahnrades verantwortlich ist. Es handelt sich dabei um das vorstehende Stück, das auf den ersten beiden Bildern rechts und auf dem dritten Bild links zu sehen ist. Dieser Anschlag muss für den Umbau zum Servomotor entfernt werden.

Bild 20: Zahnradanschlag von oben

Bild 21: Zahnradanschlag

Bild 22: Zahnradanschlag von der Seite

Viele Servohackinganleitungen weisen an, den Anschlag abzufeilen. Dies funktioniert zwar, führt jedoch fast immer zu einer Beschädigung des Zahnrades, wodurch es sich nicht mehr gleichmässig dreht. Damit der Getriebemotor sauber dreht, muss der Anschlag bis auf Höhe der Zähne entfernt werden. Wenn möglich sogar etwas tiefer. Dabei wird die Feile zwangläufig die Zähne des Zahnrades mit abfeilen. Selbst wenn man den Anschlag nur bis auf Zahnradhöhe abfeilen will und nicht tiefer, wird die Feile die Zähne sicher etwas beschädigen. Deshalb: Finger weg von der Feile.

Bild 23: Nicht mit der Feile bearbeiten

Stattdessen sollte der Anschlag mit einer Klinge weggeschnitten werden. Dabei wird die Klinge wie eine Säge hin und her bewegt. Beim Futaba 3003 hat dies problemlos funktioniert. Gibt es Schwierigkeiten, sollte man sich nach einer schärferen Klinge umschauen und sie eventuell über einer Flamme erhitzen. Die Klinge sollte die Zähne des Rades nicht berühren, um sie nicht zu beschädigen.

Servo Getriebemotor Umbau Anschlag entfernen

Bild 24: Mit dem Messer abschneiden

Es sollte möglich sein, den Anschlag tiefer als die Zähne abzuschaben. Auch an der Achse darf nichts mehr vorstehen. Am besten wird sogar ein Stück von der Achse mit abgeschabt. Dieses Bild zeigt den Querschnitt durch das Zahnrad. Rot ist die Fläche des Anschlages, die unbedingt entfernt werden muss. Um ein absollut sauberes Drehen der Achse zu garantieren, muss auch die orange Fläche entfernt werden. Die Zähne (blau) müssen dabei jedoch unberührt bleiben.

Endzahnrad Querschnitt mit Anschlag zum entfenen

Bild 25: Anschlag etwas vertieft ausnehmen

Schritt 6: Überprüfen der Endachse ohne Anschlag

Das Zahnrad wird wieder auf das Servogehäuse aufgesetzt und der Deckel wird geschlossen.

Bild 26: Endzahnrad wieder einsetzen

Von Hand wird die Endachse gedreht. Sie muss sich jetzt wie beim Getriebemotor um 360 Grad drehen lassen. Dabei darf kein Widerstand spürbar sein. Wenn man spürt, dass das Zahnrad an gewissen Stellen hängen bleibt, ist das ein Zeichen dafür, dass der Anschlag nicht sauber entfernt wurde und am Gehäuse ansteht. In diesem Fall muss der Anschlag nochmals nach der Querschnittzeichnung verkleinert werden.

Servo Endzahnrad Drehung ohne Potentiometer prüfen

Bild 27: Drehung prüfen

Schritt 7: Modifikation der Servoelektronik

Als nächstes wird die ausgebaute Servoelektronik umgebaut.

Servo Getriebemotor Elektronik mit Motor und Potentiometer

Bild 28: Servoelektronik mit Potentiometer

Bild 29: PCB Unterseite mit Potentiometer eingelötet

Mit Lötkolben und Entlötwerkzeug wird das Potentiometer entfernt.

Das Potentiometer muss durch zwei Widerstände ersetzt werden. Die Widerstände müssen einen Spannungsteiler mit dem Verhältnis 0,5 bilden. Beide Widerstandswerte addiert sollten etwa so gross sein, wie der Widerstandswert des Potentiometers. Es kann sinnvoll sein, Präzisionswiderstände zu verwenden, da so eine exakte Mittelstellung des Potentiometers simuliert wird.

Servo Elektronik Potentiometer ausgelötet

Bild 30: PCB Unterseite mit Potentiometer ausgelötet

a) Standardlösung:

Zwei Widerstände werden zueinem Widerstandsnetzwerk zusammengelötet

Bild 31: Servo Potentiometer entfernen und durch Spannungsteiler ersetzen

Die Widerstände werden -wie auf dem Bild zu sehen- dort eingelötet wo vorher das Potentiometer war.

Bild 32: Spannungsteiler eingelötet

b) Profilösung:

Der fortgeschrittene Elektroniker realisiert den Spannungsteiler stilvoll mit zwei SMD-Widerständen, die auf die Lötaugen des Potentiometers platziert werden.

Dies erfordert jedoch, dass die Lötaugen nahe zusammen liegen und das mittlere Lötauge zum Schleifkontakt des Potentiometers gehört. Wenn das Potentiometer mit Kabeln auf die Platine geführt wurde, sind diese Voraussetzungen nicht immer gegeben. Falls es -wie auf den Bildern zu sehen- mit verbunden war, ist diese Variante meistens möglich.

Bild 33: Spannungsteiler mit SMD Widerständen

Schritt 8: Servo wieder zusammenbauen

Der Umbau ist abgeschlossen und der Servomotor kann wieder zusammengebaut werden. Zuerst wird die Ektronik eingesetzt.

Bild 34: Elektronik ins Gehäuse einsetzen

Das Getriebe wird zusammengesetzt. Zuerst die Achsen und das untere, mittlere Zahnrad.

Bild 35: Mittleres Zahnrad und Achsen einsetzen

Anschliessend die beiden Zahnräder links und rechts.

Bild 36: Seitliche Zahnräder einsetzen

Zum Schluss das Zahnrad oben in der Mitte.

Bild 37: Letztes Zahnrad einbauen

Der Deckel wird auf den Getriebemotor aufgesetzt.

Bild 38: Gehäusedeckel aufsetzen

Die Bodenplatte und das Servokreuz werden wieder festgeschraubt.

Bild 39: Gehäuseboden und Schrauben wieder einsetzen

Was wie ein Servo aussieht ist nun in Wirklichkeit Getriebemotor, der mit einem PWM Signal angesteuert werden kann. Schliesse den Servomotor an eine PWM-Quelle an um ihn zu testen.

Serrvo zum Getriebemotor fertig umgebaut

Bild 40: Fertig ist der Umbau

Falls das Endzahnrad ohne Potentiometer nicht sauber geführt wird:

Bei deinem Servo hat das Potentiometer offenbar eine achsenführende Funktion und kann nicht einfach so entfernt werden. Es geht nun darum, die 360 Grad-Drehung mit eingebautem Potentiometer zu realisieren. Dies ist ein Problem, das oft nicht einfach zu lösen ist. Es sollte in Betracht gezogen werden, den Servo wieder zusammenzubauen und ein anderes Modell auszuprobieren. Es gibt jedoch Möglichkeiten den Servo auch mit eingebautem Potentiometer um 360 Grad drehen zu lassen. Ziel ist es, das Endachsenzahnrad oder die Potentiometerachse so zu manipulieren, dass man das Zahnrad auf das Potentiometer aufsetzen und eine volle Umdrehung machen kann.

Die Potentiometerachse und das Zahnrad sind immer irgendwie ineinander verkeilt, so dass sich die Drehung vom Zahnrad auf das Poti überträgt. Diese Verkeilung muss aufgehoben werden.

Es gibt folgende Möglichkeiten: * Die Potentiometerachse so weit kürzen, dass das Zahnrad nicht mehr greifen kann. * Mit einem Bohrer die Öffnung des Zahnrades aufbohren, so dass das Potentiometer nicht mehr greifen kann. Der Bohrer sollte dabei wenig grösser sein, als die Potentiometerachse.

Wurde eine Zahnradführung mit Poti erfolgreich realisiert, müssen die Potentiometeranschlüsse isoliert werden, damit sie keinen Kontakt zur Platine haben können. Anschliessend kann mit Schritt 5 der Anleitung weitergemacht werden.

Hast du dich entschieden den Servo nicht zum Getriebemotor umzubauen, fährst du mit Schritt 8 der Anleitung fort um ihn wieder zusammenzubauen.