Windvaanbesturing

Voor lange afstandszeilers maar ook voor zeilers die de handen vrij willen hebben om al zeilende ook andere dingen te doen zoals maaltijden bereiden, uitkijk houden, navigeren of een boek lezen zijn stuurautomaten een belangrijk hulpmiddel. Stuurautomaten houden de boot op een ingestelde koers, bijvoorbeeld ten opzichte van de wind of een kompaskoers. Stuurautomaten zijn onmisbaar voor solozeilers die zeeën en oceanen oversteken om te kunnen slapen, voor zeilboten met een kleine bemanning is de stuurautomaat een onvermoeibaar extra bemanningslid. Niet-beeldend hebben stuurautomaten een ‘koosnaam’. Zo noemde schrijver en zeiler Hans Vandersmissen zijn stuurhulp ‘Pleuni’: zijn stuurautomaat bestond uit een stukje touw. Wij noemen onze de stuurautomaat ‘Wicky’ naar het liedje behorende bij Wicky de Viking: ‘Hij stuurt zelf het schip …’  Onze Navik noemden wij destijds ‘Flappie’ vanwege de windvaan achterop.

Moderne stuurautomaten werken op basis van elektronische en digitale kompassen en sensoren diende bewegingen van het schip waarnemen en opslaan in het geheugen om nauwgezet naar wisselende omstandigheden koers te houden. Wij zijn blij met een Nautech Autohelm MK2 aan boord, inmiddels een curiositeit werkende op basis van een fluxgate kompas en inwendig een mechaniek met een snaar en een draadspindel. Ook beschikken wij over een moderne SIMRAD TP32 stuurautomaat welke kan communiceren met andere digitale instrumenten.

Maar naast deze werkende stuurautomaten liggen er een aantal niet bij elkaar horende onderdelen in een verzameldoos van verschillende stuurautomaten welke inmiddels de geest hebben gegeven, zoals een actuator van een gedateerde Autohelm 2000 met een defecte elektromotor en een windvaansteun van een ‘antieke’ Autohelm 1000 waarvan de windvaan mist.

Hier gaan we een low budget project van maken: om te beginnen de actuator voorzien van een passende elektromotor vanuit de modelbouw, maar welke ook veelvuldig voorkomt in bijvoorbeeld accuboormachines. De windvaansteun heeft een mechanisch terugkoppelingsmechanisme in zich, een bruikbaar gegeven. De uitdaging is een windvaan construeren welke een elektrische schakeling tot stand kan brengen om de actuator  te laten werken, en daarmee een low budget windvaan gestuurde elektrische stuurautomaat samen te stellen.

Het project waaraan wij werken zou je kunnen noemen ‘het uitvinden van het wiel’. Het is dan ook vooral bedoeld om van te leren en als uitdaging, om met zo laag mogelijke kosten met de ter beschikking staande onderdelen een werkende stuurautomaat te bouwen zonder onomkeerbare aanpassingen aan de boot.

Elektrische stuurautomaat op windvaan

Een project, het bouwen van een windvaanstuurautomaat voor een zeilboot waarbij de helmstok en daarmee herboren elektrisch worden bediend. Voor handen zijn een elektrische ‘actuator’ oorspronkelijk behorend tot een Nautech Autohelm 2000 waarvan de elektronische kompasunit  defect is. In de ‘actuator’ ofwel  ‘tiller’ is een vervangende 12 volt gelijkstroom elektromotor ingebouwd, eveneens omdat de oorspronkelijke motor defect was. Ook voor handen is een windvaansteun met terugkoppelingsmechanisme zonder windvaan afkomstig van een Nautech Autohelm 1000. Het idee is een windvaan bouwen die elektrische schakelingen tot stand brengt en de elektromotor in de ‘actuator’ linksom of rechtsom te laten draaien, en daarmee via de helmstok de boot sturende op de wind. De windvaan komt op de windvaansteun met het terugkoppelingsmechanisme naar de helmstok volgens het concept van de Autohelm 1000: ‘lijntje, blokje, haakje’. De windvaansteun zelf is al instelbaar op de schijnbare windrichting. De uitdaging is een werkende windvaan te realiseren, gevoelig en krachtig genoeg om de elektrische schakelingen tot stand te brengen.

Aanwezig: een Nautech Autohelm windvaansteun met terugkoppelingsmechanisme via een lijntje naar de helmstok, en een Nautech Autohelm elektrische helmstokbediening

Windvaan-Elektrische Stuurautomaat (WES)

Principe van de Windvaan-Elektrische stuurautomaat

Werking

Een goed moment om een overzicht te maken van de principiële werking van de ‘Windvaan-Elektrische Stuurautomaat’, afgekort WES. Het schema toont een bovenaanzicht van een willekeurig kajuitzeiljacht met een doorgestoken roer en een helmstok (bruin). De helmstok wordt elektrisch naar stuurboord en naar bakboord bewogen door de actuator (zwart) om de boot respectievelijk naar bakboord of naar stuurboord te sturen. Achterop de boot bevind zich de verticale windvaan (rood-groen). De wind (lichtblauw) komt in de geschetste situatie van stuurboordzijde in, de wind strijkt gelijkmatig langs de rode groene zijde van de windvaan, welke rechtop in balans blijft.

Koerscorrectie

Stel, de zeilboot wijkt van de ingestelde koers ten opzichte van de wind af en zwenkt bakboord uit. Dan zal de wind meer op de rode zijde van de windvaan gaan drukken en minder op de groene zijde. De windvaan wordt dan richting de groene zijde gedrukt, en brengt een elektrische schakeling aan, om de actuator de helmstok naar bakboord te laten bewegen. Het roerblad beweegt naar stuurboord, de zeilboot wordt weer terug op koers gebracht, stuurboord uit. De winddruk op de rode zijde van de windvaan neemt af, de windvaan richt zich op naar de neutrale stand, het uitsturen van de actuator stopt, de helmstok staat naar bakboord gedrukt, daarmee het roerblad onder water naar stuurboord, het voorschip van de zeilboot gaat stuurboord uit. Wanneer de zeilboot deze draai naar stuurboord doorzet zal het het proces zich in tegengestelde richting gaan herhalen, op het moment dat de winddruk aan de groene zijde van de windvaan toeneemt. Het resultaat wordt daarmee een slingerende koers rond de koerslijn in een voortdurend proces.

Terugkoppeling

Om deze slingering rond de gewenste koerslijn te beperken is er een terugkoppeling ingebouwd. Er loopt er een koord (blauw) van de helmstok via een blok naar de windvaan. Wanneer nu de actuator zoals in het bovenstaande voorbeeld de helmstok naar bakboord bewogen wordt, wordt via het koord de console waarop de windvaan staat verdraaid, zodanig dat deze voortijdig de wind weer gelijkmatig langs de beide zijden van de windvaan laat stromen. Op deze wijze worden het in- en uitsturen van de helmstok door de actuator beperkt, waarmee er een koers wordt gevaren dichter bij de ingestelde koerslijn ten opzichte van de wind. Wanneer de helmstok elektrisch door de actuator naar stuurboord wordt bewogen zal de wind op het rode vlak van de windvaan vallen en de roerbeweging stoppen en vanzelfsprekend ook andersom. Tot zover de theorie van de WES, de Windvaan Elektrisch Stuurautomaat.

Drager van de windvaan concept 1

Een eerste constructie van het plateau waarop de windvaan gemonteerd kan worden, inclusief de elektrische schakelingen. In het plateau is een PVC bus gelijmd met tweecomponentenlijm. De wangen waren aanvankelijk 10 millimeter dik maar deze voelde wat zwak aan waarop de wangen zijn gedubbeld naar 20 millimeter watervast multiplex. Maar de eerlijkheid gebied te zeggen dat het geheel inmiddels ruim 400 gram is gaan wegen, nog exclusief de windvaan, het balansgewicht en de elektrische schakelingen. De windvaansteun die we willen gaan gebruiken is stevig maar oorspronkelijk bedoeld voor een kleine kunststof windvaan. Vandaar dat dit windvaanplateau terzijde wordt geschoven, en dat er een lichter en compacter exemplaar gaat worden gemaakt.

Het windvaan plateau dat te degelijk is uitgevallen en daarom terzijde wordt geschoven. Wellicht voor een ander project?

Drager van de windvaan concept 2

Een tweede opzet, letterlijk en figuurlijk, 10 millimeter watervast multiplex vormgegeven met wat hoekstukken, in dit stadium een gewicht van iets meer dan 250 gram inclusief een PVC constructie om het geheel op de windvaansteun te monteren. We zijn een stap vooruit, dit ziet er al beter uit.

Windvaan plateau concept 2 wat stijlvoller vormgegeven dan het eerste exemplaar, en 150 gram lichter. Bijna de helft van het eerste exemplaar, maar het voelt stevig genoeg aan om de vaan te gaan dragen

De horizontale as van de windvaan

De windvaan steun met horizontale as in glijlagers

De horizontale as van de windvaan

Het plateau van de windvaan begint vorm te krijgen, kan draaibaar op de windvaansteun worden gemonteerd. Er gaat nog wel een busje ingelijmd worden vanwege de huidige speling over de terugkoppelstang, maar dat komt later. Nu is de as waarop de windvaan gaat bewegen aan de beurt. Deze moet soepel lopen om de windvaan gevoelig te laten reageren op de wind, maar tegelijk ook stevig zijn. Er gaat een RVS staaf van 5 millimeter doorsnede als horizontale as gebruikt worden, aan de uiteinden gedragen in kunststof plaatmateriaal, met tweecomponentenlijm tegen de houten wangen gelijmd. Tijdens het stellen en het lijmen is de RVS as in de openingen gestoken geweest, om het uitlijnen te vereenvoudigen. Een keuzemogelijkheid was de kunststof draagsteunen binnen de wangen te lijmen, had zeker mooi afgewerkt gestaan, maar door de steunen aan de buitenzijde te lijmen blijft er meer ruimte over tussen de wangen voor het contragewicht en de elektrische schakelingen. Op de onderstaande foto is een extra laag kunststof aangebracht om de horizontale as meer gedragen te laten worden. Ook ‘oogt’ het beter en robuuster. Het project gaat worden vervolgd …

De horizontale RVS as van de windvaan in soepel lopende glijlagers
Windvaan stuurautomaat in wording, de drager van de horizontale asdrager is gedubbeld

Electrische schakelingen

Om de helmstok met daaraan het roer heen en weer te bewegen is het nodig dat de 12 volt gelijkstroom elektromotor van draairichting veranderen kan, te realiseren door de plus en de min te wisselen. De draairichting van de elektromotor bepaalt de bewegingsrichting van het roer en daarmee de vaarrichting van de zeilboot. De uitdaging is hoe deze schakeling te realiseren, maar ook zonder kans op kortsluiting. De tweede uitdaging is dit te laten gebeuren met geringe mechanische weerstand, vanwege de ‘bediening’ door de windvaan. De derde uitdaging is de natte omgeving, in weer en wind.

Contactpunten op windvaan

De gedachten zijn uitgegaan naar contacten aanbrengen op de windvaan zelf: contactpunten plus en min aan beide zeiden van de windvaan en op de steun. Maar dan bevinden zich deze contacten in weer en wind, waar deze kunnen oxideren, bij vochtigheid stroomverlies op gaat treden, sluiting kunnen veroorzaken in aanraking met metalen. Ook zal de bedrading al buigende met de windvaan mee een mechanische weerstand veroorzaken, en vraagt de afstelling van de contacten aandacht. Eigenlijk is dan een flexibele opstelling van de contactparen wenselijk.

Motorschakeling met contacten op de windvaan

Eindschakelaars

De volgende gedachte is de toepassing van eindschakelaars op de windvaan, maar dat worden er dan vier stuks, twee aan twee, de vraag is of de mechanische weerstand overwonnen kan worden door de windvaan. En bovendien, waterdichte eindschakelaars zijn behoorlijk aan de prijs. Daarbij zal er een aanzienlijke gewichtstoename zijn op het plateau van de windvaan. In een proefopstelling zal het bovenstaande kunnen gaan werken, maar daar laten we het bij deze bij.

Schuifcontacten

De volgende overweging is die van schuifcontacten, welke in een (spat)waterdichte doos geconstrueerd kunnen worden. Zeker het overwegen waard. De schakelkast zou zelfs laag gemonteerd kunnen worden, aan de voet van de windvaansteun, met minder bedrading. Aandacht vraagt bij schuifcontacten een nauwkeurige afstelling, zodat plus en min niet ongewenst schakelen met gevaar voor kortsluiting, of het verbreken van gewenste contacten.

Motorschakeling met schuifcontacten in (spat)waterdichte behuizing

Draaischijfcontacten

Daarop voortbordurende kwam de gedachte op van een draaischijf met sleepcontacten volgens het onderste concept. In een rommeldoos hebben wij een dergelijke schakelaar liggen, klein van formaat en eigenlijk bestemd voor speelgoed en de modelbouw, maar een op maat gemaakt exemplaar zou het zomaar kunnen gaan worden, en dan ondergebracht in een (spat)waterdichte behuizing. Minder gevoelig voor afstelling vanwege de langere sleepcontacten, minder kans op kortsluiting en verbreking van contacten, en de mogelijkheid om via hefbomen windvaan en draaischijf op elkaar af te stemmen. Hiermee zijn er drie of zelfs vier opties benoemd waarbij de toepassing van de draaischijf met contacten vooralsnog de beste papieren heeft. Tenzij er nog een beter idee opborrelt natuurlijk …

Motorschakeling met draaischijf in (spat)waterdichte behuizing

Schakelaar

Begonnen met de elektrische schakeling van de windvaan stuurautomaat, en wel om twee redenen, enerzijds voor de afwisseling, om de aandacht te vestigen op iets anders dan het mechanische gedeelte, anderzijds om een inschatting te kunnen gaan maken over de omvang van de windvaan: want de windvaan moet de elektrische schakelingen gaan maken. Het hart van het elektrische gedeelte dus, de schakelkast waarin de 12 volt gelijkstroom beurtelings van polariteit gaat wisselen, volgens het concept van de draaischijf.

Schakelaar voor het omwisselen van de plus- en de minpool

Links en rechts in het de kast zijn verticaal twee messing platen te zien, waarvan de ene op de plus en de andere op de min worden aangesloten, met een spanning van 12 volt. Aan de achterzijde van de ronde schijf zijn recht tegenover elkaar sleepcontacten aangebracht, linksboven en rechtsonder van de schijf zichtbaar. De schijf is draaibaar, waardoor de sleepcontacten recht boven elkaar kunnen staan, dan wordt er geen elektrische stroom doorgegeven, maar schijf kan de sleepcontacten ook linksonder en rechtsboven plaatsen. De sleepcontacten geven de 12 volt gelijkstroom door aan de elektromotor.

Windvaan schakeling met plus – en minstrook

Om de sleepcontacten vloeiend over de aansluitstroken te laten bewegen ligt er een kunststof plaatje tussen de twee messing stroken. In een proefopstelling met een Ohm-meter werkt het nog wat haperend, de draaischijf moet wat worden aangedrukt om beide polen contact te laten maken. Maar meer druk bouwt ook mechanische weerstand op. De uitdaging is de omschakeling soepel te laten lopen en tegelijk goed contact te laten maken: aan de achterzijde bevindt zich een veerkrachtig plaatje rubber waar de kop van de RVS borstbout doorheen loopt, gedragen door een brede RVS ring. Met de zelfborgende moer is de aandrukspanning van de ronde schijf met sleepcontacten in te stellen.

Omschakeling 

Al eerder schreven wij dat het windvaan stuurautomaat project een leerproces is. Evenals dat het project vergelijkbaar is met het uitvinden van het wiel. Zo ligt er inmiddels een werkende draaischakelaar voor ons, behalve dan de behuizing en wat schroefjes en moertjes volledig samengesteld uit zelfgemaakte onderdelen. Maar om de stuurautomaat op een zeilboot in uiteenlopende omstandigheden een enigszins betrouwbare koers te laten sturen zijn er nog wel wat uitdagingen.

Om te beginnen maakt de schakelaar pas contact na een verdraaiing uit de middenstand van 40 a 45 booggraden. Daarmee is te verwachten dat er een behoorlijk slingerende koers gaat ontstaan, de windvaan moet een vergelijkbare uitslag gaan maken om de stuurmotor linksom of rechtsom aan het werk te zetten. Nu kan daar wel verbetering in aangebracht worden, bijvoorbeeld door de overbrengverhoudingen van de windvaan naar de schakelaar, maar dat kan al in beginsel veel beter.

Het tweede punt is de waterdichtheid van de schakelaar. We hadden onze gedachten er al over laten gaan, maar of een draaiende as, of een bewegende hefboom zal door een gat of gleuf de behuizing binnen moeten gaan. Zelfs het idee van dunne touwtjes door openingen in de behuizing laten water binnenlopen. Het streven is toch een stuurautomaat bruikbaar in weer en wind.

De derde conclusie die we hebben moeten trekken is dat het metaal geen massief messing bleek maar slechts ‘vermessingd’, met andere woorden, onder het mooie laagje een ander metaal. De inschatting is dat op termijn een verminderd elektrisch contact op zal treden door oxidatie of roest.

En dan is er de uitwerking van de mechanische verbinding met de windvaan. In proefopstelling is er van alles mogelijk, onderaan de windvaansteun, halverwege de steun of zelfs tussen de wangen van het plateau, zowel in horizontale als verticale positie. Maar allemaal met voor en nadelen ten aanzien van gewicht, nattigheid en werkbaarheid.

Een ander ‘meetkundig’ gegeven is dat een cirkelvormige beweging omgezet wordt in een tweede cirkelvormige beweging, waarbij het kleine ‘wiel’ een ongewenste draaiing kan gaan maken wanneer er door een onderste dode punt is gegaan.

Kortom, van het samenstellen van deze eerste schakelaar hebben we het nodige geleerd, maar we gaan een verbeterd exemplaar samenstellen: de plus- en minstrips dichter bij elkaar zodat de ‘contacthoek’ kleiner zal worden, zo rond de tien booggraden is het streven. Of toch het concept van schuifcontacten, waarbij de draaiende beweging van de windvaan omgezet wordt in een rechtlijnige beweging. Dat is de afweging. Daarbij gaan we massief messing gebruiken, dat gepolijst kan worden zonder door een toplaag heen te gaan. Ook gaat het formaat als geheel kleiner worden, om de plaatsingsmogelijkheden te vergroten. Het eerste exemplaar wordt bewaard, daar kan een handbediening van worden gemaakt.

Motorschakeling met schuifcontacten, links de PLUS- en MIN contacten boven elkaar, rechts de PLUS- en MIN contacten naast elkaar
Hoe een ompoolschakelaar met schuifcontacten samenstellen waarbij het onmogelijk is dat ‘PLUS’ en MIN” elkaar raken en kortsluiting veroorzaken; door deze opstelling en verhoudingen van afmetingen wordt dat gerealiseerd.

Schuifschakelaar

We gaan over van de zelfbouw draaischakelaar naar de zelfbouw schuifschakelaar, waarvoor er verschillende redenen zijn aan te dragen. Door het toepassen van een schuifschakelaar ontstaat een simpele overbrenging welke eenvoudiger is in te stellen. Een ander gegeven is dat bij een schuifschakelaar de contactvlakken voor de elektrische stroom zowel in een horizontaal als een verticaal vlak gaan plaatsvinden in een U-profiel wat bedrijfszekerheid meebrengt.

Een eerste exemplaar (concept A) gunden wij een vrije slag van twee centimeter, een centimeter naar beide zijden uit middenstand, uit voorzorg om kortsluiting te voorkomen. Maar kritisch bekeken kan de onderlinge afstand tussen de contactpunten zonder bezwaar kleiner. Bij een tweede exemplaar (concept B) zijn we voor een kleinere afstand gegaan tussen de stilstaande en de bewegende contacten, genoeg marge om kortsluiting te voorkomen en strevende naar een regelmatig corrigerende stuurautomaat bij een beperkte uitslag van de windvaan. Bij het eerste exemplaar is daarbij ook een grotere uitslag van de windvaan nodig, en zal het resultaat een sterke slingering in de koerslijn worden.

Door de contactparen in het verlengde van elkaar te plaatsen (zie afbeelding hieronder) kan het geheel in een lange cilinder worden ingebouwd. Slechts twee kleine openingen zijn voldoende voor de bediening, waarmee de kans op water in het systeem kleiner wordt. Ook gaan we de PLUS en MIN contacten (anders dan in het schema) niet in elkaars verlengde, maar naast elkaar plaatsen. Daarmee wordt de behuizing korter.

Schuifschakelaar in wording, concept 1, vanuit middenstand 10 mm voordat contact wordt gemaakt
Schuifschakelaar in wording, concept 2 waarbij de schuif vanuit middenstand 3,5 mm hoeft te verschuiven om contact te maken
Het idee van een elektrische roerbediening aangestuurd door een windvaan

Wisselschakelaar werkt!

Elektrische componenten, boven de ‘actuator’ die via de helmstok het roer gaat bedienen, daaronder de ‘omkeer- of wisselschakelaar’ die de ‘actuator’ gaat aansturen

Weliswaar in proefopstelling, aangesloten op een accu, maar de zelfgebouwde wisselschakelaar werkt, weet de ‘actuator’ feilloos elektrisch en met weinig mechanische weerstand van de wisselschakelaar ingaand en uitgaand in beweging te bewegen. Meten is weten, dus daarom eerst gecontroleerd met de AVO-meter, daarna aan de huiskamertafel met een uitgeputte batterij die nog net geen 10 Volt weet op te brengen, en daarna in de schuur aan een vol opgeladen 12 Volt accu. Het zekere voor het onzekere nemende. Zonder markeren wordt de actuator in beweging gezet. Een belangrijke mijlpaal in het samenstellen van de windvaan stuurautomaat met elektrische roerbediening.

Aansluitschema van de omkeer- ofwel wisselschakelaar en de 12 Volt gelijkstroommotor

Het principe is eigenlijk eenvoudig, maar uitvoering heeft wat denkwerk gevraagd, maar uiteindelijk is het dit geworden: vier messing U-profielen welke met tweecomponentenlijm zijn vastgezet aan een houten lat op dikte.  Op een houten blokje twee messing hoekstukken, waarin twee gaatjes zijn geboord. Door deze gaatjes twee maal een messing staaf gestoken en omgebogen zodat deze klem zit, en zodat daarmee het houten blokje met de messing hoekstukken ingesloten komt rondom de houten lat. Op deze wijze maakt het messing driezijdig contact. Om de messing contacten soepel te laten glijden strookje teakfineer gelijmd zodat een gelijkmatig oppervlak ontstaat. De voeding + en – wordt aangesloten op de messing staven, aan de vier U-profielen wordt de elektrische stroom afgegeven voor de 12 Volt elektromotor van de actuator.

Omkeer- of wisselschakelaar

Houder van de windvaan en de plaats van de schakelaar

Inmiddels zijn we erin geslaagd om een wisselschakelaar samen te stellen die soepel loopt en trefzeker contact maakt om de 12 volt gelijkstroommotor in twee richtingen te laten draaien. Er was al een idee maar de plaatsing van de wisselschakelaar kan op verschillende manieren: midden tussen de wangen van de aslagers zoals op de foto, aan de zijkant tegen één van de wangen, al dan niet 90 graden gekanteld, maar ook een verticale opstelling is overwogen, onder het draaiplateau. Dat laatste idee vooral als optie omwille van een zekere ‘spat’waterdichtheid. Alle voors en tegens en opties afwegend gaan we toch voor de plaatsing zoals op de foto, letterlijk en figuurlijk hoog en, dat is de bedoeling droog. Hoe, dat komt later aan bod.

Na het geknutsel met messing, soldeer en elektriciteitsdraden al figuurzagende weer overgegaan naar de houtbewerking, het samenstellen van de windvaanhouder. Het één staat niet los van het ander, de onderzijde gaat immers de wisselschakelaar in schuifvorm bedienen. Wat de vorm en het model betreft, het zijn nog ruwe vormen opgebouwd uit triplex, uiteindelijk zal de windvaan rechtop in balans komen te staan, geholpen door gewicht aan de onderzijde, volgens het principe van de momenten: kracht X arm = kracht X arm. Door de houder verder te modelleren streven we naar gewichtbesparing om de vaan met geringe druk op de lagers te laten rusten.

Componenten van de windvaan met wisselschakelaar op het plateau en tussen de wangen van de windvaanlagers

Disclaimer De bovenstaande schema’s zijn met zorg samengesteld, maar de veilige, schadevrije en functionele werking is niet gegarandeerd. Gebruik van de schema’s is dan ook geheel voor eigen risico van de gebruiker

Windvaan

Windvaan en de beweging rond de horizontale as

Al met al een project met veel aspecten, er is het elektrotechnische gedeelte nodig om de elektromotor aan te sturen, daarnaast het mechanische geheel dat soepel en geleidelijk moet verlopen, ook zijn er de constructieve aspecten van stevig zijn om krachten op te vangen maar tegelijk niet te zwaar van gewicht, en natuurlijk wil het oog ook wat, gewoonweg dat het er esthetisch mooi uitziet. Daarnaast  is er de aërodynamica, maar vooralsnog gaan we uit op het gevoel, als het er goed uitziet, dan is dat het meestal ook. En daarmee is het een afwisselend project om mee bezig te zijn, stap voor stap krijgt de elektrische windvaan stuurautomaat gestalte.

Onderstaand de windvaan stuurinrichting in proefopstelling met windvaan, mechanische overbrenging van de bewegingen naar de wisselschakelaar, en de elektrisch aangesloten actuator welke aangesloten gaat worden op de helmstok. De steun waarin zich het terugkoppelingsmechanisme bevindt ontbreekt hier op de foto, dat komt later. Zo ook het aanleggen en bundelen van de elektrische bedrading, kritisch kijkend zullen we de soldeerverbindingen nog verbeteren, maar voor het proefdraaien is het zo even goed. En de balans van de windvaan, dat is ook nog een ding. In ruste zonder winddruk zal de windvaan neutraal en rechtop horen te staan, geholpen door een ballastgewicht. Zoals te zien op de foto’s nog niet aanwezig.

De windvaan en de actuator in proefopstelling bij het testen van de elektrische schakeling
De wisselschakelaar aangebracht onder de windvaan tussen de wangen van de lagersteunen

Kleinere windvaan

Windvaan stuurautomaat voorzien van een beter mechaniek en kleinere vaan

Een kleine stap met grote verbetering, door even een paar uurtjes de figuurzaag erbij te nemen. Het windvaanblad kon beduidend kleiner, dat leerde het eerste exemplaar. De wisselschakelaar laat zich bedienen met maar weinig kracht, daarin was de vaan overbemeten. Ook leverde de windvaan overbodige massakrachten op, wanneer deze vanuit beweging tot stilstand kwam. En er was een klein hiaat in de houder van de windvaan, waarin sleuven zijn gevijld voor de pen aan de wisselschakelaar. Het streven was om de dwarspen over hardhout te laten glijden. Maar er restte nog een dun laagje hardhout in de sleuven, deze konden nauwer. Daarom een nieuwe houder gezaagd en gelijmd, met instandhouding van de volledige dikte hardhout. Met verstevigingen in de zijden. Maar waar was nu toch dat stukje RVS staf gebleven? Als noodoplossing in het eerste exemplaar nog een messing buisje gebruikt. Maar nu dus het teruggevonden RVS stukje rondstaf. En een nieuw windvaanblad, een derde kleiner van oppervlak. Met groot verschil in massakrachten. Blazend met de mond laat de vaan zich bewegen. Dat gaat goed.

De kleinere vaan op de windvaan stuurautomaat
Balansgewichten aan beide zijden houden de windvaan in de neutrale stand

Daarna aan beide zijden onderaan balansgewichten aangebracht welke de vaan in de neutraalstand gaan houden. De momentkrachten van Massa X Arm van zowel de windvaan als de balansgewichten zijn nagenoeg gelijk waarmee de windvaan in dit stadium bijna in evenwicht is. Een kleine zucht is voldoende de schuifschakelaar te laten werken.

Ga naar Zelfsturend zeilen

SIMRAD TP32 Stuurautomaat 

Stuurautomaat koersinstelling