Autopilot: Umbau SPX5-Sportpilot auf hydraulische Pumpe

[ghaffy]

Hallo Leute,

wie hier http://www.boote-forum.de/showthread...=180403&page=2 schon angedeutet, hatte ich vor einen Radpiloten umzubauen auf einen Autopiloten (AP) mit hydraulischem Antrieb.
Nun ist es geschehen. Hier ein kurzer Bericht dazu. Eher so als Beitrag fürs Archiv gedacht, falls jemand mal was ähnliches vorhaben sollte.

Ausgangsituation:

A. Lenkung
Meine Lenkung (Verdränger, etwa 3 to, 25 Fuß) bestand aus folgenden Komponenten (mitgekauft, war also schon drin):

• Vetus Helmpumpe MTP 13, also 13 ccm pro Umdrehung
• Vetus Steuerzylinder MTC 20, also 20 kgm (~200 Nm) max. Rudermoment und 29,4 ccm Zylindervolumen
• Nylon/Polyamid-Hydraulikleitung mit Schneidringverschraubung, innen 4mm, außen 6 mm

Diese Kombination braucht 2,2 Umdrehungen von hart/hart (kann man einfach ausrechnen: Volumen Zylinder : Volumen Pumpe
Das ist (war) wohl die kleinste Vetus-Hydrauliklenkung, aber für meine Bootsgröße völlig ausreichend. Mir ist bisher nichts aufgefallen, was daran auzusetzen gewesen wäre. Sowohl Pumpe als auch Zylinder sind Vetus-Qualität, unabhängig von der Größe)
)Die heutigen Vetus-Lenkungen fangen erst eine Größe höher an: MTP 20 und MTC 30)
Die Pumpe hat kein Sperrventil (Rückschlagventil) aufgebaut. Das ist für Setups mit 1 Steuerstand nicht unüblich. Solche Pumpen (ohne angebautem Sperrventil) sind günstiger. Dafür müsste man beim Nachrüsten eines zweiten Steuerstands auch einen extra Sperrblock nachrüsten (sonst würde ein Steuerrad das andere drehen anstatt des Steuerzylinders und somit des Ruderblatts).


VETUS Helmpumpe ohne Sperrventile


VETUS Steuerzylinder

B. Autopilot
Dido hatte beim Kauf einen Radpiloten eingebaut, und zwar einen Raymarine Autohelm ST3000. (Das war das Modell mit Display und SeaTalk-Schnittstelle). Da mich das Gefummel mit dem Riemen gestört hat und ich vor allem eine einfache Verbindung zum Garmin Kursplotter via Standard-NMEA haben wollte, ging ich auf die Suche nach einem neuen Autopiloten.
Ich wollte von vornherein einen hydraulischen und nicht wieder einen, der das Steuerrad im Cockpit dreht. Ich habe mich eingehend erkundigt, viel gelesen und geforscht und dann folgendes herausgefunden:
Mit meiner vorhandenen Lenkung geht das nicht so einfach: Der Steuerzylinder ist zu klein für eine Hydraulikpumpe: Bei dem geringen Volumen würde selbst die kleinste erhältliche Hydraulikpumpe mit etwa 600 ccm Fördervolumen pro Minute zu einem hoffnungslosen "Überschießen" der Lenkung führen.

Nun kostet ein "vernünftiger" hydraulischer Autopilot in meiner Klasse (bestehend aus Kurscomputer, Fluxgate-Kompass, Ruderlagen-Geber, Hydraulikpumpe und Display) bei Eigenimport und mit allen "Tricks" rund 2.200 EUR. Das wäre es mir wert gewesen. Natürlich ginge es auch ein wenig günstiger (-300 für den nicht unbedingt notwendigen Ruderlagen-Geber, aber mit ist besser, oder überhaupt ein Schmalspur-Modell um 1.800. Aber das wollte ich nicht. Wenn, dann ordentlich).

Dazu wären noch etwa 300 für einen größeren Steuerzylinder und 300 für den sogenannten Sperrblock gekommen (denn die Hydraulikpumpe wäre ja nichts anderes als ein zweiter Steuerstand; siehe oben). Alles in allem also knapp 3.000,-.
Das war es mir dann doch nicht wert.

So landete ich also wieder bei einem Radpiloten, dem SPX 5 Sportpilot von Raymarin plus Ruderlagen-Geber, den man angeblich nicht braucht (oh doch! Was für ein Unterschied!), aber immerhin waren Einbau und Anschluss an den Garmin Plotter praktisch plug'n'play. Nach einigem Suchen damals bei günstigem Pfundkurs und einem Telefonat zum Verhandeln neu vom Händler um etwas über 1.000 EUR (hier nicht unter 1.500). (Ruderlagengeber extra.)


Antriebseinheit des SPX5 Sportpilot

Und wie funktioniert der SPX-5?
Prima! Hält exakt Kurs, auch bei nicht so einfachen Bedingungen (wo ich den Riemen vom alten Autohelm schon lange stilllegen musste). Selbstverständlich habe ich den SPX5 problemlos auch bei Fluss- und Kanalfahrt verwendet. Nicht verwendet habe ich ihn praktisch nur beim Anlegen. Der SPX5 ist in Ordnung.

Gibt's trotzdem was zu meckern?
Klar, jede Menge!

1. Der Antrieb des SPX5 ist ein Elektromotor, der anstelle des Steuerrad auf den Konus der Helmpumpe montiert wird. Der SPX5 hat seinerseits auch wieder einen Konus, auf den das Steuerrad wieder raufkommt. Dadurch "wandert" das Steuerrad etwa 10 cm näher an den Steuerstuhl. Das muss nicht stören, kann aber.
2. Der Antrieb wird nicht vollständig "entkuppelt", wenn der AP ausgeschaltet ist und man händisch steuert, man dreht also Teile des Getriebes mit. Ohne konnte man das Steuerrad mit einem Finger in der Speiche von hart nach hart drehen, mit ging das nicht mehr. Man spürt einen sehr deutlichen Widerstand. Das muss nicht stören, kann aber.
3. Der Radpilot bewegt das Rad (wie der Name sagt ), und nicht "direkt" das Ruder. Nun ist das Rad im Cockpit, also dort, wo ich auch die meiste Zeit beim Fahren verbringe. Nun haben die Briten zwar ein Händchen für alte Jaguar- oder Bentley-Türen, die mit sattem Sound schließen, aber bei allem Elektrischen produzieren sie - vielleicht aus Überzeugung (Lucas, British "Elend" Leyland usw.) - ziemlichen Schrott. Kurz: der Antrieb des SPX5 ist zwar robust, aber er schnarrt. Das mag egal sein, wenn hinten 8 Zylinder und 300 PS durch den offenen Auspuff röhren. Bei mir säuseln aber matte 42 PS Diesel kanpp über Leerlauf im Keller, da kann ich die Pianissimo-Stellen von Corelli oder Albinoni gut hören, wäre da nicht das permanente "Schnarr-Schnarr" vom AP. Auch das muss nicht stören, kann aber.

Da ich mittlerweile nicht nur theoretisch wusste, wie das Zeugs funktioniert, sondern praktische Erfahrung damit hatte, habe ich folgendes verstanden:
Der Kurscomputer vom SPX5 unterscheidet sich vom SPX10 (an den man eine Hydraulikpumpe anschließt, oder auch einen Linearantrieb, oder auch zwei Magnetventile, die eine Dauerläufer-Pumpe steuern) im wesentlichen wohl in folgenden Punkten:

1. Der Stromausgang vom SPX10 ist stark genug, um auch größere Pumpen etc. anzusteuern, jener vom SPX5 gibt max. 10 A her.
2. Der SPX 10 hat 3 Anschlusspaare mehr: 1x zum Entkuppeln bei Verwendung eines Linearantriebes, 2x für die Ansteuerung von Magnetventilen bei Verwendung einer Dauerläufer-Pumpe. Beides für mich irrelevant.
3. Ziemlich sicher eine andere Software. Wie genau anders, weiß man natürlich nicht.

Wo ich mir anfangs nicht sicher war, war mir in der Praxis dann rasch klar: Der Antrieb selbst liefert kein Feedback oder so an den Computer, das dieser verarbeiten würde.
Also war mein Gedanke: Wenn der Computer lediglich Daten vom Fluxgate Compass, dem Gyro und dem Ruderlagengeber verarbeitet, dann müsste es doch möglich sein, statt des Elektromotors doch eine Hydraulikpumpe anzuschließen und aus dem SPX5-Rad-Piloten einen SPX5-Hydraulik-Piloten zu machen.
Ich habe natürlich schriftlich bei Raymarine angefragt, ob ich statt des E-Antriebes eine Hydraulikpumpe anschließen könnte. Wenig überraschend die Antwort von Raymarine:

Dear Andreas,
I am afraid not, the SPX 5 does not have the software to drive hydraulic pumps, you will need an SPX 10.
Kind Regards
Mark Goodwin
Product Support Engineer

Aber was habe ich erwartet, dass die antworten würden?
Ich habe dann noch mit denen telefoniert, da haben sie mir außerdem erklärt, dass der Stromausgang vom SPX5 zu schwach wäre.

Nun ja. Ich glaube nichts, was ich nicht glauben will.

Komponenten für den Umbau

A. Hydraulikpumpe
In UK habe ich einen Hydraulikpumpen-Hersteller gefunden, der offensichtlich ein (oder der?) OEM für Raymarine ist (zumindest sehen die Pumpen den Raymarine-Pumpen zum verwechseln ähnlich), bloß dass sie in "super silent" ausgeführt sind, Sperrventile haben und nur die Hälfte kosten.
180 EUR


Kleinste Pumpe (600ccm/min) von Hy-Pro in UK

B. Größerer Ruderzylinder
Hat ein bisschen gedauert, schließlich gab es dann doch einen irgendwann mal auf ebay, den ich zu einem vernünftigen Preis bekommen habe, und zwar einen MTC 30 mit 57 ccm Zylindervolumen, gerade groß genug, zumindest laut Berechnung.
50 EUR

C. Doppelsperrblock
Hier im Forum günstig erstanden.


Sperrblock von Helle (hheck)

D. Neue Hydraulikleitungen
Ich wollte keine Schneidringverschraubungen mehr haben, schon gar keine Nylon-Leitungen, Kupfer ist mühsam zu verlegen am GFK-Boot. Daher ab zum Hydrauliker an der sprichwörtlichen Ecke. Nun alles in schönen Schläuchen (6 mm lichte Weite sagt die Tabelle bei den notwendigen Längen auf DIDO), alle Fittinge in Edelstahl. Kein Geschenk, aber was solls. Hätte vielleicht irgendjemand irgendwo billiger gemacht, aber hier konnte ich im Geschäft drauf warten und kann hin, wenn ich (was auch passiert ist) doch noch einen Einstellwinkel oder Einschraubnippel brauche.
Insgesamt 7 Schläuche samt Anschlüssen und Einschraubnippel, 16 m Länge: schmerzhafte 360 EUR. (In Polyamid/Schneidringausführung keine 100 EUR )
Man sieht sie zwar nicht, machen aber ein gutes Gefühl und sind wunderschön.

Umbau

A. Hydraulik
Schlimm war das ausmessen. Gut war der Tipp vom Hydrauliker Einstellwinkel zu nehmen statt gewinkelter Anschlüsse, wenn man nicht ziemlich exakt weiß, um wieviel Grad versetzt die 90° Anschlüsse sein sollen. Auch längere Leitungen sind ziemlich verwindungsresistent.
Einfach war das Einfädeln, Verlegen und Anschließen.
Eine Denksportaufgabe war (zumindest für mich als jemanden, der nichts Anständiges gelernt hat ) die Frage: Wenn die Helmpumpe KEINE Sperrventile hat und die elektrische Pumpe welche hat und der Sperrblock Anschlüsse für zwei Pumpen hat, soll ich dann die elektrische Pumpe an den Sperrblock anschließen oder soll ich sie NACH dem Sperrblock mit T-Stücken in die Leitungen zwischen Sperrblock und Ruderzylinder anschließen? Und falls das Letztere, was passiert dann mit den beiden "offenen" übrigen Anschlüssen am Sperrblock? Gummistöpsel drauf? Druckfeste Verschraubung drauf? Ausgleichswasweißichsonderspezialnippelstopfenvent il drauf?

Nach einer Nacht des Studiums der Theorie von Hydraulikkomponenten (wie genau funktioniert überhaupt ein Doppelsperrblock?), sämtlicher VETUS- und Raymarine-Installations-Manuale bin ich zögerlich und nicht ohne gehörig Fracksausen zur Überzeugung gelangt:

• E-Pumpe kommt NACH dem Sperrblock mit T-Stücken in die Leitungen.
• Die "überzähligen" Anschlüsse am Sperrblock brauchen eigentlich nur gegen Eindringen von Dreck gesichert zu werden.

Ob meine Überzeugung stimmt?

Ich habs dann so eingebaut. Es ist mal vorerst nichts explodiert. Die Sache scheint zu funktionieren.

Lezte Hürde war dann das Entlüften, das zwar etwas langwierig aber schließlich "streng nach Bedienungsanleitung" erfolgreich gelungen ist.

Manuelle Lenkung funktioniert.
Auch die E-Pumpe tut in halbwegs passendem Tempo (zwar schnell, aber hoffentlich nicht zu schnell), was ihr zukommt,

B. Kurscomputer
Schließlich das erste echt spannende Kapitel: Was würde passieren, wenn ich die Pumpe an den Kurscomputer anschließen würde? Dido steht (nach dem Hochwasser noch immer) an Land, gleich fahren und ausprobieren ging also nicht.
Frisch gewagt ist halb gewonnen. Daher einfach anschließen, AP einschalten, Empfindlichkeit/Reaktionstempo erst mal auf niedrigste Stufe, dann AP aktivieren und bitte 10 Grad nach Backbord.

ER MACHT ES TATSÄCHLICH!

Naturlich muss man im Stand schnell wieder auf Stand-By gehen, weil ja auf den Rudereinschlag keine Kursänderung erfolgt und der AP dann nochmals "nachlegt".
Das Neukalibrieren wegen des geänderten Zylindervolumens usw. steht also noch aus.
Die Probefahrt sowieso.

Montags wird Geld verdient.
Dienstags kommt DIDO ins Wasser. Dann werde ich hier weiter berichten...
Bilders vom Umbau dann auch, die Kamera ist heute an Bord geblieben.

[ghaffy]

So, heute also (trotz Regens und wieder steigendem Donaupegel) reingekrant und ausprobiert.
Die Bedingungen waren alles andere als optimal:

• Hochwasser mit 7 kn Strömung (DIDO macht 8,5 kn knapp vor Hebel auf dem Tisch);
• recht kräftiger Wind, sodass (nachher) das Einparken in die Box mit Wind aus der falschesten aller möglichen Richtungen eine echte Herausforderung war, zumal mit starrer Welle;
• Regen, daher insgesamt unlustig.

Aber man will es ja wissen. Und außerdem fahren wir Sonntag oder Montag auf Urlaub.

Folgendes gibt es zu berichten:

• Das Steuerrad geht (wie schon oben angeführt) OHNE Radpiloten wieder sooo leicht zu drehen, praktisch ohne Widerstand, dass ich mir vorkam wie in einem neuen Boot. Bin ich gar nicht mehr gewöhnt.
• Die neue "Übersetzung" (größerer Zylinder bei gleicher Helmpumpe bedeutet mehr Radumdrehungen von hart bis hart) trägt ebenfalls dazu bei, dass sich DIDO wie ein fremdes Boot steuert. Und das bei heftigem Wind und kräftigster Strömung. Kam mir vor wie auf Eiern.

AP einschalten war bei 1,5 bis 2 kn gegenüber dem Ufer illusorisch. Daher erst mal ins Hafenbecken der Alten Werft, das sind etwa 500m stromauf, für die ich eine Ewigkeit gebraucht habe.
Schließlich war ich dann im strömungsfreien und relativ windstillen Hafenbecken.

Also AP - so wie er war - einfach mal eingeschaltet:

• Sehr komisch: kein Geräusch, absolut nichts zu hören nur ein kurzer Ausschlag auf der Ruderlageanzeige. Hält Kurs.
• Kuränderungen +/-10°: funktioniert.
• Dann +/- 30°: funktioniert.
• Dann "Finetuning" +/- 3°: funktioniert.
• Überhaupt funktioniert alles. Ohne irgendwelche neue Kalibirierung.

Zum Figurenfahren ist das Hafenbecken zu klein, muss ich am Meer ausprobieren. Aber erstaunlich genug - und echt erfreulich:
Der Umbau hat sich gelohnt! Alles so, wie es sein soll, wenn auch im Moment noch ungewohnt.

Im Anschluss noch ein paar Bilder.
(Wer den Eindruck hat, dass es in der Ruderbilge ein wenig "russisch" aussieht, kann völlig beruhigt sein. Das liegt am Aufnahmewinkel und der Kamera. In Wirklichkeit ist es viel schlimmer ... )

Hier die Hy-Pro 6 Steuerungspumpe. Links die Leitung zur Helmpumpe (Ausgleichsleitung, praktisch drucklos), rechts die beiden Leitungen zum Steuerzylinder.


Hier Helles (hheck) ehemaliger Vetus Doppelsperrblcok, der nun mir gehört. Die beiden linken Leitungen kommen von der Helmpumpe. Die Leitungen nach dem Sperrblock, die mit Winkel und T-Stücken angeschlossen sind, kommen von der E-Pumpe, die beiden rechten Leitungen gehen zum Steuerzylinder.
Die beiden mittleren (oberen) Anschlüsse werden nicht benötigt. Wären für eine weitere Pumpe ohne Rückschlagventile. Die E-Pumpe hat ja welche.


Hier der alte Vetus MTC30 Steuerzylinder (gebraucht bei Ebay). Der ist auf einer Lochplatte montiert, die ihrerseits auf einem Ansaugkanal montiert ist, der in den Motorraum führt. Die beiden Sperrholzbrettchen neben der Lochplatte verschließen die Öffnungen, die notwendig sind, um die Kontermuttern der Lochplattenbefestigung mit dem Schraubenschlüssel zu erreichen.
Der schnöde 10x10cm Holzbalken wurde (ebenso wie diese "Lochplattenkonstruktion" schon vom Vorbesitzer einlaminiert, damit die Anschlagwinkel für den Tillerarm auch eine solide Befestigung haben. Nicht grad hübsch, aber funktional.



Hier noch zu sehen der seit Jahren provisorisch (hält am besten ) montierte Ruderlagengeber samt Gestänge und Anlenkung vom Tillerarm. Und ja: da sind jede Menge Bohrspäne und so. Und nein: die werde ich nicht wegkehren oder saugen. Die rasten zum Teil dort schon seit Jahren. Der Deckel ist schon wieder zu.

[ghaffy]

Wir sind vom (heuer mit bloß 5 Wochen viel zu kurzen) Sommerurlaub in Kroatien zurück.
Nach rund 100 Stunden (oder 600 nm) Betrieb kurz ein Statusbericht:

Der AP funktioniert bestens. Mehr oder weniger zufällig waren überhaupt keine Einstellungsänderungen (wie zB Konterruder, Verzögerung, Ausschlag usw.) erforderlich.
Die Pumpe arbeitet praktisch lautlos (nein, natürlich nicht. Aber das Geräusch ist so unbedeutend, dass es absolut nicht wahrnehmbar ist, schon gar nicht wenn der Motor läuft).
Sie zieht im Betrieb einige wenige Ampere (so in der Größenordnung um 3 bis 5), und das natürlich (wie der Original-Antrieb ja auch, oder überhaupt jeder AP-Antrieb mit Ausnahme einer Dauerläufer-Pumpe) nicht kontinuierlich, sondern intermittierend.

Da der Kurscomputer ja nicht weiß (wissen kann), welche Art von Antrieb er steuert, würde sich sogar die Umrüstung eines alten Autohelm Radpiloten ("der mit dem Riemen", zB Autohelm 3000 mit oder ohne ST oder 4000 usw.) versuchsweise lohnen, wenn man schon eine Hydrauliklenkung hat und die Kosten für die Anschaffung einer Hydraulikpumpe nicht scheut...

Die wesentliche Einschränkung der ollen Autohelm-Dinger ist jene, dass sie nicht auf einfache Weise mittels NMEA kommunzieren können. Damit ist der Luxus der automatischen Ansteuerung eines Wegpunktes vom GPS oder das Abfahren einer Route vom Plotter nicht möglich. Das hat aber nichts mit der Frage der Hydraulikpumpe oder des Riemenantriebs zu tun, sondern mit dem Kurscomputer, der nun mal keine NMEA-Schnittstelle hat (die ST-Modelle haben immerhin eine SeaTalk-Schnittstelle; daher der Name).

Fazit: Hat sich gelohnt.

[retman]

Hallo!

Für alle die den Bericht hier auch verfolgten, das Thema mit der Kupplungsansteuerung habe ich mittlerweile gelöst (http://www.boote-forum.de/showthread.php?t=204298). Auf die gleiche Weise lassen sich m.M. nach auch die Ventile anschließen. Sollte das jemand wollen gebt einfach Bescheid, dann schaue ich mir die Schaltpläne daraufhin an.

Viele Grüße
Markus

[drdaniel]

Hallo ghaffy,

Vielen Dank für den tollen Beitrag!

Ich möchte mir bei meinem 7to Alu Segelboot an die bestehende Pinne eine Hydrauliklenkung mit Anschluss an meinen SPX5 (Pinne) Autopiloten nachrüsten.

Da ich die Empfehlung mit der Elektropumpe von Hy Pro klasse fand bin ich bei der Recherche auf folgendes Komplettsystem gestoßen:

http://www.ebay.com/itm/Power-Boat-L..._qi=RTM2247625 (PaidLink)

Sollte es nicht möglich sein diesen Autopiloten statt des Pinnenpiloten am SPX5 zu betreiben? Falls der Strom des SPX5 Ausgangs für die Pumpe nicht ausreicht könnte man diese ja per Relais direkt von der Batterie versorgen?

Sollte es möglich sein diesen Autopiloten per T Stück in der Hydraulikleitung auch um eine manuelle Pumpe für ein Steuerrad zu erweitern?

Entsprechend des Volumen des Zylinder müstste doch die Steuerpumpe HTP4210R von Vetus mit Rückschlagventil passen?

Auf Anfrage beim Händler des oben genannten Sets erhielt ich nur folgende Antwort:

Thank you for your enquiry, the HS system is an independent drive system for an autopilot, you can not connect it to a hydraulic steering system. The SPX 5 does not provide enough drive current for the HS40, you will need an ACU200 or ACU400 Kind Regards, Customer Service, The Service Centre

Ich möchte mich mit der Antwort aber noch nicht ganz abfinden, da ich die oben dargestellte Lösung als machbar halte....theoretisch....aber praktisch?
Daher meine Frage an das Forum.

Herzlichen Dank und viele Grüße

[CHEERIO 3]

Leider hat sich Andreas seit knapp einem Jahr nicht mehr blicken, lesen lassen

Schade, sehr schade seine Beiträge waren durchs Band eine Bereicherung fürs

Jürg

[drdaniel]

Das hatte ich beim Aufruf seines Profils schon befürchtet. Aber es gibt doch viel Fachkompetenz im Forum, dass ich gern die Frage zur allgemeinen Diskussion stellen möchte

[Donvadda]

Ich stehe auch gerade davor, ein solches System einzubauen.
Einziger Unterschied ist, ich gehe direkt in den Sperrblock, da meine Pumpe kein Sperrventil hat.
Jetzt kommt aber meine Frage: die dritte Leitung der Hydraulikpumpe ist eine sog. Ausgleichsleitung und sollte eigentlich in die Vetus Plungerpumpe mit hinein. Ich finde aber die Anschlußmöglichkeit dort nicht? Oder ist es eine der großen Schrauben, die abgeschraubt werden muss? Die Pumpe ist eine Vetus MTP 42