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Ein Funke springt über ohne Anti-Blitz

Gerd Giese

Kleines Teil ganz groß: Die AVS (Aktive VorladeSchaltung) der Firma SinusLeistungsSteller.

Einige sind verwundert, andere erschrecken jedes Mal und wieder andere haben sich damit abgefunden: Gemeint ist der heftige Knall, einhergehend mit einem kräftigen Blitz (Lichtbogen) zwischen den Kontakten beim Zusammenstecken des Antriebsakkus mit dem Steller. Schaut man sich anschließend die Berührungsstellen der Kontakte näher an, wird deutlich, dass hier mit jedem Blitz kleinste Mengen der vergoldeten Stecker/Buchsen regelrecht verdampfen und die Kontakte dadurch im Laufe der Zeit unbrauchbar werden (Kontaktflächen oxidieren, der Innenwiderstand erhöht sich).

Die Ursache des Knallens und Blitzens: Die Kondensatoren, die jeder Dreiphasencontroller (Steller) hat. Hier am Beispiel eines JAZZ55-10-32 mit zwei Elkos (Elektrolytkondensatoren) mit einer Kapazität von 180µF/50V.

Wie kommt es eigentlich zum Blitz? Jeder Steller hat Eingangsseitig (aus Sicht des Antriebsakkus) Kondensatoren, sogenannte Energiespeicher. Diese Kondensatoren verhalten sich wie kleine Akkus, die zum Zeitpunkt des Zusammensteckens entladen sind, also keine Spannung aufweisen. Beim Anstecken des Antriebsakkus werden die Kondensatoren also in kürzester Zeit (schnell und heftig) von 0 V auf die Akkuspannung, in meinem Beispiel waren es 10 LiPo-Zellen, das heißt auf ca. 40 V geladen. Das hat einen extrem kurzen aber sehr hohen Ladestrom zu Folge, der sich als Blitz mit anschließendem Knall bemerkbar macht.

Wie kann man diese kontaktzerstörenden Effekte verhindern? Hier setzt die AVS an, in dem sie die Kondensatoren kontrolliert und gepulst auflädt. Das geschieht immer noch so schnell (weit unter einer halben Sekunde), dass keiner darauf warten muss. Bedingung ist aber eine feste Reihenfolge (Ritual) beim Anschließen des Antriebsakkus. Dazu lötet man die AVS mit einem Pol (gelbes Kabel) fest an das Pluskabel des Stellers an. Das andere Ende (rotes Kabel) versieht man z. B. mit einer 2 mm Gold-Buchse. Das 2 mm Gegenstück muss am Pluspol des Antriebsakkus angelötet sein. Das "Ritual" läuft dann wie folgt ab: Zuerst verbindet man Minus mit dem Controller, dann die AVS mit dem Pluspol des Antriebsakku (die Kondensatoren werden schonend vorgeladen), danach zusätzlich den Pluspol des Antriebsakkus. Voila, kein Blitz, kein Knall und damit keinerlei Materialabbrand an den Kontakten! Selbstverständlich ist die AVS kurzschlussfest und meldet mit der gelben LED durch kurzes Aufblitzen alles okay, Kondensatoren aufgeladen. Im Fehlerfall (Kurzschluss o. ä.) leuchtet sie dauernd. Die rote LED warnt sofort, wenn der Akku versehendlich verpolt wurde!

Für welche Einbaulösung man sich entscheidet, bleibt jedem überlassen. Wer sich dazu inspirieren lassen möchte, kann tolle Userlösungen hier in AVS - RC-Network erfahren.

Technische Daten der AVS : 23 x 15 mm, Gewicht: 4 g, von 8 V bis max. 60 V einsetzbar, kurzschlussfest, Kaufpreis: 12,90 €

Messungen: Zur Verdeutlichung habe ich einige Messwerte gesammelt und aufbereitet. Der komplette Versuchsaufbau ist aus dem Bild ersichtlich. Es wurden ausschließlich Standardkomponenten verwendet. Das Ergebnis war selbst für den Autor überraschend!


Messaufbau

Damit keine Messverfälschungen auftreten, wurde der Strom berührungslos mittels eines Stromsensors erfasst. Vor jedem Steckversuch wurde gewartet, bis die Kondensatoren am Steller wieder entladen (0 V) waren. Als Stecker/Buchsen diente eine handelsbliche Hochstrom-MPX Verbindung.

Bildschirmeinteilung: y = 50A/Div / x = 200µs/Div (ein Divisor kann auch als ein Zentimeter gelesen werden, y->Hoch-, x->Längsachse)


Mit Funken

Das Scope-Bild zeigt überdeutlich, welche Energie innerhalb kürzester Zeit frei wird. Gemessen wurden etwa 190 A, gefolgt von kleineren Stromimpulsen mit 70 A und. 40 A (man nennt es auch Prellen der Kontakte - zusammenzittern). Nach 0,4 Millisekunden war der Spuk (Blitzen und Knallen) vorbei.

Mit AVS ein völlig anderes Bild (Bildschirmeinteilung: y = 2A/Div / x = 200µs/Div):


Ohne Funken

Das Scope-Bild zeigt, wie wirksam die AVS ist. Verschwunden sind die 190 A. Dafür wird der Ladestrom auf mehrere kleine Impulse (6 A bis 2A) verteilt. Im Mittel fließen lediglich 0,2 A, um die Kondensatoren vorgeladen zu halten. Die Vorladung ist nach kürzester Zeit (weit unter 0,5 s) abgeschlossen (nicht mehr mit abgebildet). Eine zeitliche Einschränkung (Wartezeit) im Umgang mit der AVS ist nicht festzustellen.

Resümee: Kleine Ursache, große Wirkung. Die AVS demonstriert deutlich, wie wichtig sie beim alltäglichen Umgang mit Steller und Akku ist. Lohnenswert wird die AVS ab 15 V (ab 4s Lithiumpacks), da die Ansteck-Blitze mit steigender Spannung immer heftiger ausfallen. Keine der Stellerfunktionen (Programmierung) werden von der AVS beeinflusst. Die AVS arbeitet sehr zuverlässig und kann jedem empfohlen werden, der es leid ist, regelmäßig die Stecker/Buchsen wegen des Abbrandes wechseln zu müssen. Eine lohnenswerte Investition für jeden, der auf das Blitzen und Knallen verzichten möchte!

Die AVS wurde von SinusLeistungsSteller zur Verfügung gestellt.
Der Tester: Elektromodellflug

 

Stand: 13.06.2008