Daniel Walter, Aaron Robin Westermann

FISCHERTECHNIK® FÜR ECHTE KERLE

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Satz & Layout: DTP-Satz A. Kugge, München

Coverillustration und Aufmachergrafiken: Mathias Vietmeier

art & design: www.ideehoch2.de

eISBN 978-3-645-27065-6

Inhalt

Einleitung

Pimp your Fischertechnik

KI, Roboting und Technikspaß preisgünstig

Wagen Sie einen Blick in den Code

Fischertechnik-Modding und Aufrüstung mit Fremdteilen

Fischertechnik als Basis für quelloffene Hardware

Lust am Bauen, Spaß am Entwickeln

EINLEITUNG

Fischertechnik war und ist das Baukastensystem für Leute – für »echte Kerle« und »echte Frauen« –, die Sachen bauen wollen, die wirklich funktionieren und nicht nur so aussehen, als würden sie es. Mit Fischertechnik geht aber deutlich mehr als »nur« das spielerische Aneignen von Technikverständnis. Gerade die durchdachte Funktionalität, gepaart mit der fast schon sprichwörtlichen Stabilität eines Fischer-Dübels, lädt dazu ein, Modelle zu bauen, die auch abseits aller pädagogischen Zielsetzungen einen harten Spiel- bzw. Spaßeinsatz aushalten.

Fischertechnik lässt sich prima pimpen, tunen und aufrüsten. So können Sie mit Teilen aus dem RC-Modellrennsport, wie z. B. einer RC-Fernsteuerung und einem Spezialmotor, einen Fischertechnik-Flitzer bauen, der auch draußen im rauen Gelände richtig Spaß macht. Oder Sie löten sich für wenig Geld eine Mehrkanal-Funkfernsteuerung im Fischertechnik-Look selbst zusammen und steuern damit einen Traktor, eine kräftige Baumaschine oder einen großen Truck. Mit Mikrocontrollern bzw. Mikrocomputern wie z. B. einem Arduino oder einem Raspberry Pi eröffnen sich Ihnen noch mehr spannende Möglichkeiten zum Spiel mit Fischertechnik. Mikrocontrollergesteuerte Zusatzfunktionen für die beliebte Fischertechnik-Kugelbahn sind preiswert mit einem Arduino und ein paar Bauteilen aus dem Elektronikfachhandel realisierbar. Mit einem Raspberry Pi können Sie ein Fischertechnik-Modell natürlich ebenso steuern. Da der Raspberry Pi ein »echter« kleiner Computer ist, sind hier die Möglichkeiten noch deutlich größer und faszinierender. Machen Sie z. B. aus Ihrem Handy oder einem kabellosen Gamepad die Kontrollzentrale für Fischertechnik-Modelle wie z. B. den neu auf den Markt gekommenen Multifunktionstruck aus der Design-Serie. Oder Sie hauchen mit dem Raspberry Pi einem Roboter künstliche Intelligenz ein.

Die Entwickler von Fischer setzen beinahe schon traditionell neue Techniken zeitnah in funktionierende Modelle um. So gab es z. B. vor Jahren, lange bevor die bekannte Bausteinquelle LEGO Technikmodelle herausbrachte, Modelle zu den Themen Elektronik, Automatisation sowie – was als Spielzeug für echte Kerle ebenso wie für echte Nerds besonders spannend ist – Computing und Roboting.

Aktuell ist der Fischertechnik-Mini-Rechner namens TXT die Basis für vielfältige Robotermodelle, der einiges an Möglichkeiten bietet. Auf dem Fischertechnik-Rechner bekommen Sie sogar ein quelloffenes Linux zum Laufen. Leider ist dieser Controller mit seinem Preis von ca. 200 Euro relativ teuer. Mit Arduino und Raspberry Pi haben Sie jedoch Alternativen für den kleinen Geldbeutel, mit denen Sie Robotermodelle mit einem ähnlich großen oder sogar größeren Funktionsumfang bauen können. Einen Arduino bekommen Sie schon ab etwa 15 Euro, und ein Raspberry Pi kostet nicht mehr als 45 Euro. Autonome Roboter mit künstlicher Intelligenz sind mit Raspberry & Co. genauso realisierbar wie z. B. ein 3-D-Drucker. Wobei es sich beim Fischertechnik-3-D-Drucker nicht um ein Modell, sondern um eine »echte« funktionierende Maschine handelt.

In Kombination mit einem Arduino oder einem Raspberry Pi bietet Fischertechnik das perfekte Kreativwerkzeug zum Umsetzen Ihrer Ideen. Allerdings können Sie die mannigfaltigen Möglichkeiten, die Ihnen Mikrocontroller und Einplatinencomputer bieten, nur dann voll nutzen, wenn Sie sich auf das Abenteuer, programmieren zu lernen, einlassen (falls Sie nicht schon mitten in diesem Abenteuer stecken). Um den Programmieranfängern unter den Lesern nicht nur ein paar zusammenhanglose Beispiele für Einsatzmöglichkeiten von Arduino und Raspberry Pi vor die Nase zu setzen, wird im Buch sehr oft ein Blick in den verwendeten Code gewagt. Die Beispiele bauen aufeinander auf und werden zunehmend komplexer. Die ausführlichen Codekommentare, Erläuterungen und Links zu weiteren Informationen sollen Ihnen das Rüstzeug geben, um eigene Ideen umsetzen und hierfür funktionierenden Code schreiben zu können. Zum Einsatz kommen im Buch der C-Dialekt für den Arduino sowie vollwertiges C für den Raspberry Pi. Aber auch Fans grafischer Programmiersprachen, die einen Ersatz für Robo Pro von Fischertechnik suchen, werden im Buch fündig: Die KI (künstliche Intelligenz) des autonomen Spurensuchers in Bauprojekt 8 ist mit der Programmiersprache Scratch realisiert, die sich dadurch auszeichnet, dass Sie keine Zeile schreiben müssen, sondern grafisch dargestellte Programmelemente wie Puzzlestücke per Mausklick zusammenfügen.

Mit Fischertechnik sind Ihrem Erfindungsreichtum kaum Grenzen gesetzt. Was aber tun, wenn ein Modell dringend den Einbau des drehmomentstarken Fischertechnik-Powermotors verlangt, der aber seit Jahren nicht mehr lieferbar ist? Oder aber wenn die praktischen Fischertechnik-Aluprofile für Ihre Bauidee nötig wären, ihr Kauf den Geldbeutel jedoch zu sehr schmerzten? Oder wenn ein Fischertechnik-Bauteil, das es Ihrer Meinung nach dringend geben sollte, eben leider (noch) nicht existiert?

Neben den oben angesprochenen Bauprojekten widmet sich dieses Buch auch ein wenig dem Bauteile-Modding und dem Teile-Selbstbau. Darüber hinaus nennt es Quellen für Alternativbauteile, die nicht mehr lieferbare ersetzen oder das Fischertechnik-System sinnvoll ergänzen.

Für Fischertechnik-Erfinder Artur Fischer war es ein Herzenswunsch, Kinder und Jugendliche zu motivieren, aber auch praktisch in die Lage zu versetzen, selbst große Erfinder zu werden. Fischertechnik ist direkt aus diesem Wunsch heraus entstanden. Während Artur Fischer neben Thomas Alva Edison einer der möglichen Rekordhalterkandidaten im Patente-Anmelden ist, verbreitet sich heute eine scheinbar völlig gegensätzliche Idee immer erfolgreicher: das Verschenken von Information und Wissen.

Die Idee, die Wissensquellen dieser Welt für alle zu öffnen und gemeinsam neue Techniken zu entwickeln, hat inzwischen einige nicht zu ignorierende Erfolge zu vermelden, sei es das Open-Source-Betriebssystem Linux oder die Entwicklung eines preisgünstigen 3-D-Druckers für jedermann – beide Beispiele zeigen die Macht der freien Idee. Die Steuerelektronik des 3-D-Druckers von Fischertechnik basiert übrigens auf Open-Source-Entwicklungen. Falls Sie genügend passende Bausteine Ihr Eigen nennen, können Sie deshalb jederzeit selbst, ohne auf die originale Fischertechnik-Druckersteuerung angewiesen zu sein, einen 3-D-Drucker selbst preiswert konstruieren und mit Fischertechnik bauen.

Im Download unter www.buch.cd gibt es einen kleinen Überblick darüber, wie Sie dank der Open-Source-Idee, auch ohne die Entwicklungsabteilung einer großen Firma im Rücken, mit Fischertechnik das Entwickeln von Hardware und das Rapid Prototyping sozusagen spielerisch in die eigene Hand nehmen können – wobei mit Open-Source-Hardware grundsätzlich nicht nur der Bau eines 3-D-Druckers möglich gemacht wird, sondern auch der anderer Maschinen, wie z. B. einer CNC-Fräse.

Letztendlich kann dieses Buch nur der Versuch sein, Ihnen Lust darauf zu machen, wieder einmal zu Ihrem Fischertechnik-Baukasten zu greifen (oder, wenn Sie Neueinsteiger sind, sich einen zu besorgen) und in Kombination mit all der faszinierenden Technik, die es heute preisgünstig im Hobbyelektronikbereich und als Open-Source-Produkte gibt, zu kombinieren und fröhlich draufloszubauen. Selbstverständlich sind die Bauvorschläge im Buch so gestaltet, dass sie nachvollziehbar und nachbaubar sind. Wenn es dabei um den Einsatz von Arduino oder Raspberry Pi geht, wird auch der eingesetzte Code anfängergerecht erläutert. Eins-zu-eins-Bauanleitungen oder gar einen vollständigen Programmierkurs dürfen Sie jedoch nicht erwarten. Das Buch bietet aber mit den Bauprojekten, die beschrieben sind, gute Einstiegspunkte.

Die ftc-Gemeinde ist sehr rege, und schon manches Mal mussten die beiden Autoren leicht frustriert und zugleich mit höchster Anerkennung feststellen, dass einer der Geistesblitze, die ins Buch sollten und von denen sie dachten, er wäre höchst originell, schon längst von jemandem aus der Fischertechnik-Gemeinde realisiert wurde. Wir hoffen trotzdem, dass auch Fischertechnik-Profis noch die eine oder andere Idee aus diesem Buch ziehen können. Für Neueinsteiger oder Fischertechnik-Wiederentdecker, die es reizt, den Spielspaßfaktor des hervorragenden Baukastensystems Fischertechnik mithilfe von etwas Funktechnik, Elektronik und/oder Programmierkunst noch um einiges zu erhöhen, soll das Buch eine Fundgrube sein.

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MEHR POWER, MEHR FUNKTIONEN!

Fahrzeuge mit einer RC-Funkfernsteuerung aufrüsten

Eigentlich sind die drahtlose Bluetooth-Fernsteuerung (540585) und die immer noch erhältliche Infrarot-Fernsteuerung (500881) von Fischertechnik schon ziemlich gut. Vor allem für die jüngeren Fans ist der Reiz groß, ein selbst gebautes Auto durch die (Wohn-)Landschaft zu kutschieren. Wenn ein selbst entworfenes Fahrzeug ins Rennen geschickt wird, ist der Spaß gleich noch größer. Mit vier Kanälen ausgestattet, wovon einer für die Ansteuerung eines sogenannten Servomotors (kurz Servo) geeignet ist, lässt sich ein Fischertechnik-Fahrzeug wunderbar fernsteuern. Per Servo wird gelenkt, während über den zweiten Kanal ein geeigneter Fischertechnik-Motor angesteuert wird. Mit den restlichen beiden Kanälen können Sie zusätzliche Motoren für Spezialfunktionen betreiben.

Beim Traktor FT-524325 könnten das z. B. eine Seilwinde und eine Hebeeinrichtung für den Pflug sein, die mittels je eines XS-Motors in Aktion gebracht werden. Die Bluetooth- und Infrarot-Fernsteuerungen sind sogar proportional. Das bedeutet, dass eine stufenlose Regelung des Lenkeinschlags und der Geschwindigkeit entsprechend dem Ausschlag der Steuerknüppel möglich ist.

Größere Kinder und/oder gar echte Kerle bringen die Infrarot-Fernsteuerung genauso wie die Bluetooth-Variante aber dann doch schnell an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit. Ein Manko der originalen Fischertechnik-Lösung ist die mangelnde Kraftentfaltung am Antriebsstrang. Der oben erwähnte Traktor ist zwar relativ flott, solange er übers Parkett bewegt wird, aber schon eine etwas höhere Teppichkante stellt ein unüberwindbares Hindernis für das kleine Modell dar: Er bleibt einfach stehen. Mit etwas Glück, randvoller 9-V-Blockbatterie und viel Schwung schafft es der eine oder andere Traktorist eventuell doch, Hindernisse zu überwinden, die höher sind als ein Zentimeter. Ein realistisches, modellgetreues Fahrverhalten, das dem eines echten Traktors mit vielen Pferdestärken und einer geeigneten Getriebeübersetzung entspricht, ist das nun wahrlich nicht.

Natürlich könnte ein echter Kerl in das Fischertechnik-Modell eine verbesserte Übersetzung einbauen. Die sehr geringe Kraftentfaltung an der Motorwelle bliebe jedoch trotzdem Tatsache, sie ist systembedingt. Was aber nicht daran liegt, dass die Fischertechnik-Entwickler nicht wissen, wie man Motoren mit großem Drehmoment baut oder wie man solche in Modellen zum Einsatz bringen kann. Dass sie es können, beweisen z. B. die 24-V-Getriebemotoren, die in Demonstrationsmodellen von Industriefertigungsstraßen zum Einsatz kommen. Sie könnten also locker einen Traktor mit ordentlich Power liefern, aber: sie dürfen nicht. Fischertechnik ist zwar ein Spielzeug für echte Kerle, aber eben doch ein Spielzeug, das auch schon die Kleinen fasziniert und genau darum auch gerne an jüngere Kinder verschenkt wird.

Der Gesetzgeber besteht nun, und zwar völlig zu Recht, darauf, dass von Spielzeug für Kinder keine Gefahr ausgeht. Also muss sichergestellt sein, dass keine kleinen Hände schmerzhaft zwischen sich drehenden Rädern eingeklemmt werden können oder ein von einem Kind ferngelenktes Fahrzeug andere verletzen könnte. Selbst wenn also ein kleiner Rennfahrer die Kontrolle über sein Fahrzeug verlieren sollte und Ihr Schienbein rammt, können Sie davon ausgehen, dass Sie keinerlei Blutergüsse oder gar bleibende Schäden davontragen werden. Die maximalen Antriebsströme und Drehmomente, die mit einer Fischertechnik-Fernsteuerung erzielbar sind, bewegen sich komplett im sicheren Bereich.

Für jugendliche und erwachsene Fischertechnik-Fans (und für echte Kerle sowieso) ist die Fischertechnik-Fernbedienung aber irgendwann Frustobjekt. Mehr Power muss her. Und mehr Reichweite wäre auch wünschenswert: Zehn Meter bei der Bluetooth-Fernbedienung und etwa genauso wenig bei der IR-Variante können zu wenig sein, um auch mal draußen, im Sand und Dreck, mit dem Offroader rumzuheizen. Für richtig detailgetreue Funktionsmodelle von Fahrzeugen bedarf es oft auch mehr als der bei Fischertechnik-Fernbedienungen vorhandenen vier Kanäle.

Alle aktuell von Fischertechnik lieferbaren Motoren sind für eine Stromaufnahme von 9 V (Volt) ausgelegt. Eine Ausnahme bilden die speziellen 24-V-Motoren für die großen Industriefertigungsstraßen-Lehrmodelle, die jedoch hier nicht behandelt werden. Ein XM-Motor ist mit seiner maximalen Stromaufnahme von 0,95 Ampere bei einer anliegenden Spannung von 9 Volt in der Lage, 8,55 Watt Leistung bei einem Drehmoment von 8,4 Ncm an der Motorwelle abzugeben. Es gilt folgende Formel: 1 Ampere = 1 Watt/Volt. Dabei entwickelt der XM-Motor theoretisch an der Welle ein Drehmoment von 8,4 Ncm (also 0,084 Newtonmeter). In der Praxis kann der Wert deutlich geringer sein. Diese geringen Werte erklären, warum der kleine Traktor etwas untermotorisiert wirkt, und zeigen auch, dass eine größere Übersetzung nur wenig bringen würde. Um nennenswerte Steigungen hinauffahren zu können, müsste das Übersetzungsverhältnis so groß gewählt werden, dass der Traktor auch bei höchster Motordrehzahl dahinschleichen würde.

Eine gute Übersicht darüber, welcher Fischertechnik-Motor sich für Ihre Bauidee am besten eignet, finden Sie unter http://www.kinder-technik.de/alternative-bauteile/motoren/.

Wie aber nun können Probleme wie die äußerst geringe Kapazität einer 9-V-Blockbatterie, die relative Kraftlosigkeit des Motors, die geringe Reichweite des Senders oder die Beschränkung auf vier Kanäle überwunden werden? Die Antwort ist relativ einfach und preisgünstig: Verwenden Sie eine Funkfernsteuerung aus dem sogenannten RC-Modellbaubereich. RC steht hier für Radio Controlled, also für funkferngesteuert.

Zumindest für das Problem der geringen Kanalzahl bietet Fischertechnik eine Lösung. Mit einem Infrarot-Sender können Sie bis zu vier Empfänger ansteuern, allerdings nicht gleichzeitig. Per DIP-Schalter können Sie von einem Empfänger auf den nächsten umschalten. Für manche Modelle ist dies eine brauchbare Lösung. Am ersten Empfänger eines Kranwagens hängen dann z. B. der Antrieb, die Lenkung und vielleicht die Ansteuerung von ausfahrbaren Stützen. Wenn der Kranwagen an Ort und Stelle gebracht wurde und sicher steht, könnten Sie per DIP-Schalter auf einen zweiten Empfänger umschalten und nun den Kranausleger drehen, nach oben ausfahren und schließlich einen Kranhaken per Seilwinde bewegen.

Die zusätzlichen Fischertechnik-IR-Empfänger kosten jedoch zusätzlich Geld, sodass die Anschaffung einer RC-Fernsteuerung schon aus Budgetgründen die bessere Alternative sein kann.

Eine moderne RC-Fernsteuerungsanlage mit vier Kanälen, wie z. B. die Reely HT-4, finden Sie im Handel inklusive Empfänger schon für unter 50 Euro. Einen mit dem Fischertechnik-Servo vergleichbaren Servo bekommen Sie für ca. 5 Euro und einen günstigen Fahrtregler für ca. 15 Euro. Über den Fahrtregler, der an den im Modell verbauten Empfänger der RC-Anlage angeschlossen wird, können Sie, wie der Name schon vermuten lässt, Fahrtrichtung und Geschwindigkeit eines Modellfahrzeugs regeln. Sie bekommen also zum Preis einer Fischertechnik-IR-Fernbedienung auch eine vollwertige RC-Anlage mit gleicher Kanalanzahl.

Damit verfügen Sie dann aber über eine deutlich höhere Reichweite (maximal möglicher Abstand zwischen Sender und Empfänger) sowie einen Fahrtregler, der schon in einfacher Ausführung deutlich mehr Leistung abgeben kann als der Regler, der im Empfängerbaustein der Fischertechnik-Fernsteuerung integriert ist. Statt der maximal 1,5 Ampere (A) des Fischertechnik-Reglers bieten Fahrtregler aus dem RC-Modellbaubereich locker 15 Ampere und mehr. Damit können Sie auch Motoren in Ihrem Modell einsetzen, die deutlich mehr Leistung auf die Motorwelle bringen.

Ein weiterer großer Vorteil von RC-Fernsteuerungen besteht in der Möglichkeit, für wenig Geld über mehr Kanäle zu verfügen. Eine 6-Kanal-Steuerung wie die Reely HAT-6 gibt es schon ab ca. 70 Euro, und mit etwas Geschick als Schnäppchenjäger können Sie eine Anlage mit acht Kanälen bereits für unter 100 Euro ergattern.

Die Kanäle der üblichen RC-Empfänger sind standardmäßig für den Anschluss von Servos ausgelegt. Sie könnten also z. B. an einen 6-Kanal-Empfänger ohne zusätzliche Adapter und sonstige Bauteile direkt sechs Servos anschließen. Für jeden normalen Motor, den Sie im Modell einsetzen wollen, benötigen Sie hingegen einen Fahrtregler, um ihn ansteuern zu können, während beim Fischertechnik-Bauteil nur ein Servo, dafür aber drei Motoren angeschlossen werden können. Dies kann von Vorteil, aber auch von Nachteil sein, je nachdem, wie Sie Ihr Modell konzipieren. Beim Traktor (FT-524325) z. B. kann die Zusatzfunktion des Hebens und Senkens des Pflugs mit einem XS-Motor realisiert werden.

Dies ist jedoch genauso gut mit einem Servo machbar. Der Einsatz eines Servos hat hier sogar Vorteile: Bei der Bewegung des Pflugs mittels eines XS-Motors bleibt dieser zwar dank seiner geringen Kraftentfaltung einfach stehen, sobald er seine Endposition erreicht hat, wird aber warm und kann letztendlich sogar beschädigt werden, wenn Sie vergessen, den entsprechenden Steuerknüppel des Senders wieder in die Neutralstellung zu bringen. Beim Einsatz eines proportionalen Servos kann Ihnen das nicht passieren. Vor allem bei Funktionen wie dem Heben und Senken von Kranarmen, dem Öffnen und Schließen von Türen und anderen Bewegungen zwischen zwei Endpositionen sind Servos normalen Motoren im Modellbau fast immer überlegen.

Die durchschnittliche Motorisierung eines elektrisch angetriebenen RC-Einsteigermodells im beliebten Maßstab 1:10 verfügt über einen Fahrtregler für Dauerströme von 15 bis 35 Ampere. Das sorgt für ordentlichen Dampf! In der Wettbewerbsklasse sind übrigens durchaus Werte von 50 Ampere und mehr möglich. Üblich ist eine Nennspannung von 7,2 bis 8,4 V, die der Regler, je nach angeschlossenem Akku, an den Motor abgeben kann. Und diese Nennspannung passt hervorragend zu den Fischertechnik-Akkus, die genau 8,4 V liefern. Da kann die Empfänger-Fahrtregler-Kombination der Fischertechnik-IR-Fernsteuerung mit ihren ca. 1,5 Ampere bei 9 V aus einer Blockbatterie nicht mithalten.

Ein Fahrtregler, der 35 Ampere Dauerstrom abgeben kann, beschleunigt einen 1:10-Modellbuggy, der mit einem geeigneten Motor ausgerüstet ist, auf Geschwindigkeiten, die innerorts durchaus eine Radarfalle für »echte« Autos auslösen können. Geschwindigkeiten bis zu 75 km/h bei Wettbewerbsgeräten, aber auch schon die 30 km/h, die ein Anfängermodell locker schafft, sind aber für ein Fischertechnik-Modell, dessen Bausteine nicht mit gutem Klebstoff verklebt und gesichert sind, dann doch deutlich zu hoch. Vermutlich würden auch die Kunststoffachsen und Zahnräder diesen Härtetest nicht bestehen.

Aber wer weiß? Vielleicht findet sich ein echter Kerl, der einen Fischertechnik-Buggy mit Radarfallentauglichkeit konstruiert. Realistischer und schlauer ist es jedoch, die Möglichkeiten eines RC-Fahrtreglers nicht für maßloses Geschwindigkeitstuning zu nutzen, sondern auf Spielspaß per Drehmoment und Ausdauer der Akkus zu setzen. Denn der Fischertechnik-Akku mit 1,5 Ah (Amperestunden) sorgt natürlich bei z. B. 16 Ampere permanenter Stromabgabe nur für ca. fünf Minuten Dampf und wird dabei sehr gequält, während sich bei 4 Ampere die Laufzeit des Fahrzeugs vervierfacht und der Akku geschont wird. 4 Ampere reichen bereits locker, um einen Fischertechnik-Schwerlasttransporter, der mit einigen Kilogramm Ladung unterwegs ist, mit genügend Kraft zu versorgen. Falls Ihnen die 1,5 Ah des Fischertechnik-Akkus für Ihr Modellbauvorhaben nicht genügen, können Sie entweder mehrere Akkus parallel schalten oder aber auch einen Hochleistungsakku mit vier oder mehr Amperestunden aus dem RC-Modellbau verwenden.