Akkumatik

Heinrich Wolfering

...mal ein anderer Bausatz.

Inhaltsübersicht

1. Vorwort
2. Der Bausatz
3. Der Bauplan und die Baubeschreibung
4. Die Werkzeuge
5. Das Bauen
1. Aufwärmlöten
2. Richtiges Löten
3. Lötpause
4. Massives Löten
5. Auslöten
6. End- und Funktionskontrolle
1. Optische Kontrolle
2. Kontrollmessungen ohne eingesetzte ICs
3. Kontrollmessungen mit eingesetzten ICs
4. Funktionstest der Bedienelemente
7. „Eintrimmen des Modells”
8. Endmontage
9. Erstflug
10. Fazit
1. Positiv
2. Anregungen
11. Nachtrag

Vorwort

Viele Jahre habe ich NiCd-Akkus geladen. Als Sender- und Empfängerakkus an Universalladern, aber auch als E-Flugakkus. Die ersten NC-Flugakkus in einem Graupner Moskito wurden mit einer Zeitschaltuhr, ergänzt um eine selbst gebastelte Temperaturkontrolle, aufgeladen. Hin und wieder wurden die Akkus mit Voltmeter und Autobirne entladen.

Später habe ich mir ein computergesteuertes UltraDuo zugelegt. Lade- und Entladeautomatik, aber auch manuelle Vorgaben zum Laden und Entladen von NiCd-Akkus wurden schnell zur Selbstverständlichkeit. Dann wurden die ersten NiMh-Akkus angeschafft. Um diese sicher laden zu können, musste das UltraDuo aufgerüstet werden. Aber auch danach war nur abzulesen, wie viel Ampere eingeladen bzw. ausgeladen wurden. Genauere Details des Akkuinnenlebens waren für mich nicht ermittelbar.

Nun bricht aber auch für mich die Zeit der LiXX-Akkus an und damit ist mein UltraDuo nun völlig überfordert. Also habe ich ein neues, modernes, mikroprozessorgesteuertes System für die anspruchsvolle Akkupflege gesucht. Hilfreich war bei der Suche der RC-Network Magazinbeitrag von Ulrich Horn „Marktübersicht Ladegeräte”. Insbesondere die Auflistung der Merkmale der Lade- und Entladeverfahren halfen bei der Erstellung eines „Pflichtenheftes”.

• Lademöglichkeit für alle gängigen Akkutypen,
• zukunftssicher für Akkutechnik, die noch in der Entwicklung ist,
• Anschluss von Balancern,
• Darstellung und Speicherung der Lade- und Entladeparameter,
• Auswertung der Lade- und Entladeparameter am Rechner,
• Handlichkeit; also ist ein integriertes Netzteil überflüssig.
   

Der Bausatz

Als Modellbauer, der bekennender Bastler und ARF-Belächler ist, bin ich sehr schnell beim Akkumatik von Stefan Estner hängen geblieben. Nach dem Sichten der auf der Seite von S. Estner zur Verfügung gestellten Informationen habe ich dann den Grundbausatz - ergänzt um einige Optionen - bestellt. Nach genau drei Wochen brachte der Postmann das Päckchen vorbei und die Sichtung konnte beginnen.

Alle Komponenten sind in Beutelchen sauber verpackt, das Gehäuse macht einen sehr guten Eindruck.

Der Bauplan und die Baubeschreibung

In Analogie zu anderen Modellbausätzen sind natürlich auch beim Akkumatik-Bausatz Baupläne enthalten. Insgesamt fünf A4-Seiten, davon drei Seiten Schaltpläne und, für mich viel wichtiger, zwei Seiten mit detaillierter Bauteilbestückung.

Modellbausätze werden auf unter gelegten Bauplänen aufgebaut; die Platine ist zwar kein Bauplan, aber auch diese wird hingelegt und die Komponenten werden eingefädelt - wie bei einem CNC-Bausatz. Statt Cyanacrylat zum Kleben der Rippen und Spanten habe ich dann flüssiges Lötzinn zum Fixieren der Widerstände, Dioden und Kondensatoren benutzt.

Ergänzt wird der Bauplan durch eine 25-seitige Bauanleitung, die alle Bauschritte genau beschreibt. Hält man sich an diese Beschreibung, kann eigentlich aufbautechnisch nichts in die Hose gehen, eigentlich ....
 

Die Werkzeuge

Für diesen Bausatz habe ich kein Balsamesser, keinen Hobel und auch kein Schleifpapier gebraucht. Das meist benutzte Werkzeug war eine geliehene 80 W-Lötstation nebst Platinenhalter und 0,5 mm Elektroniklötzinn. Ein kleiner Seitenschneider zum Abzwacken der eingefädelten und nach dem Verlöten überstehenden Bauteildrähte. Wichtigstes Hilfsmittel ist ein Multimeter mit dem Widerstandswerte (R in Ω, Ohm), Gleichspannungen (U in V, Volt) und -ströme (I in A, Ampere) gemessen werden können. Kreuzschlitzschraubendreher, Schlitzschraubendreher, kleinere Zangen, eine 7 mm Nuss zum Anziehen der Muttern und ein 10 mm Vierkantrohr zum Biegen der Bauteilanschlussdrähte auf das richtige Rastermaß haben auch geholfen. Für einige massivere Verlötungen (z. B. das Verlöten der Versorgungsleitungen (4 mm²-Lautsprecher-Kupferkabel mit feinsten Adern)) war ein 85 W-Lötkolben notwendig. Der Eine oder Andere verlötet damit seine Akkubecher inline (deutsch:???; vielleicht Kunkt auf Pnopf?).

Als Unterlage habe ich statt des Baubretts ein Stück Schaumstoff benutzt. Wichtig ist auch eine gute, gleichmäßige Beleuchtung des Arbeitsplatzes. Mir hat hin und wieder auch eine Lupe zur Identifizierung von Bauteilbeschriftungen (ICs, Leistungsbauteile) geholfen.
 

Das Bauen

Bei den vielen Bauteilen war ein Vorsortieren in diverse Schachteln die erste Maßnahme.
Die Widerstände sind größtenteils auf Papierfähnchen aufgefädelt (gegurtet), der Widerstandswert kann über die Farbringe und eine Farbcodetabelle ermittelt werden. Als Lesebrillenträger und angehender Ü50er war ich bei Leselampenlicht aber nicht mehr in der Lage, die Farbcodierung sauber zu erkennen. Ich habe deshalb mein Multimeter genommen, die Werte ermittelt und auf die Fähnchen geschrieben. Das erhöht die Sicherheit bei der Platinenbestückung doch sehr. Genauso bin ich bei den Kondensatoren und Dioden sowie den anderen Bauteilen vorgegangen.

Aufwärmlöten

Um vom grobmotorischen Löten zum feinfieseligen Löten zu kommen, habe ich als erstes die mitbestellte Interface-Platine aufgebaut. Ein Widerstand (R), ein IC, eine Lötbrücke, zwei Kondensatoren (C), zwei Stecker und drei Stiftleisten waren zu verlöten. Außerdem muss die Verbindung zur Hauptplatine vorbereitet werden.

Zunächst wurden die Anschlussdrähte des Widerstandes am 10 mm Aluprofil gebogen und das Bauteil in die Platine eingesetzt und fixiert. Dann habe ich die Platine umgedreht, die heiße Lötspitze an den Draht und auf das Lötauge gesetzt, im Kopf bis fünf gezählt und den Lötdraht an die heiße Stelle gebracht. Das Lötzinn schmilzt nach Wegnehmen des Lötkolbens und des Lötdrahtes, (zeitgleich) erstarrt das Lötzinn silbrig glänzend und der Widerstand sitzt kontaktsicher und bombenfest. Geht schneller als mit Sekundenkleber kleben. Genauso werden die Kondensatoren und die anderen Bauteile auf die kleine Platine gelötet.

Hier bereits mit dem ersten externen Speicherbaustein.
An dem 10-poligen Flachbandkabel für die Interfaceplatine ist bereits ein Platinenstecker angebracht, am anderen Ende muss noch eine Pfostenbuchse mit Hilfe eines kleinen Schraubstocks angepresst werden. Ich habe das Anpressen vor dem Verlöten des Platinensteckers durchgeführt, einfach weil's leichter zu handhaben ist. So sieht die Pressung vor dem Aufsetzen der restlichen Steckerteile aus:

Wie hier gut zu sehen ist, hat eine Ader eine rote Kennzeichnung. Diese Ader ist immer die Nummer 1. Die Buchse hat ebenfalls eine Kennung in Form eines kleinen Pfeils bzw. Dreiecks. Die rote Ader und die Pfeil-Kennung der Buchse gehören immer zusammen, andernfalls gibt es Verknurpselungen mit den Polaritäten oder dem digitalen Informationsfluss.

Als nächstes war die Tastaturplatine dran. Die Taster haben leicht „verbogene” Füße, die ich mit leichter „Gewalt” in die vorgesehen Positionen auf der Platine gedrückt habe. Nach dem Drücken sitzen die Taster schon fest, verlöten ist trotzdem noch notwendig.

Tastaturplatine vorne/hinten
 

Richtiges Löten

Naja, das richtige Löten unterscheidet sich nicht wirklich vom Aufwärmlöten. Auf der Hauptplatine (neudeutsch: Motherboard) sind allerdings viieeellll mehr Bauteile zu verlöten.
Hier macht die Bauanleitung die Vorgabe, erst die niedrigen Bauteile (Widerstände, Dioden) an die richtigen Positionen einzufädeln und zu verlöten - das macht Sinn, glaubt mir. Im Gegensatz zu den Widerständen muss beim Verlöten der Dioden auf die Polarität selbiger geachtet werden. Die Dioden sind an einer Seite mit einem schwarzen Ring (Kathode) gekennzeichnet.

schwarzer Ring rechts/links

Diese Ringmarkierung findet man auf der Platine an den Diodenpositionen in Form eines einfachen Strichs wieder. Genauso wie man eine Rippe nicht falsch herum einkleben kann, kann man auch die Dioden eigentlich nicht falsch auf die Platine setzen.
Nach dem Verlöten der niedrigen Bauteile sind die mittelhohen dran. Fünf IC-Sockel (Polung durch Kerbe gekennzeichnet!), 29 Kondensatoren (C) ohne Polung, einige „Lastwiderstände”(R) und Transistoren (Q), der Piepser (Polung!) und die zehnpolige Steckerleiste mit der die oben beschriebene Interfaceplatine an die Hauptplatine angesteckt wird. Die Transistoren haben drei Beinchen, das runde Gehäuse ist auf einer Seite abgeflacht. Die Form des Gehäuses findet sich auf der Platine (einseitig abgeflachter Kreis mit drei Lötaugen) wieder, auch hier sollte ein falsches Einlöten ausgeschlossen sein - aber Verwechseln ist möglich, dazu später mehr beim Entlöten.

Hier an den Transitorpositionen Q21 und Q22 gut zu erkennen.
Viel gelötet werden muss auch beim Anschluss des Displays an das 26-polige Flachbandkabel. Also 26-mal das Kabel auf 3 cm auftrennen, 26-mal 2 mm Kabelende abisolieren, 26-mal Kabelende verdrillen, 26-mal die verdrillten Litzen verzinnen und dann - nachdem auch die Anschlüsse auf der Displaytastatur verzinnt sind - die ersten 14 Adern an die Displayanschlüssen 1-14 löten. Die Adern 15-22 an die Tastaturplatine löten und die verbleibenden 4 Adern an die bereits eingebauten Temperaturbuchsen anlöten.

An so mancher CNC-Balsatragfläche muss häufiger Sekundenkleber angesetzt werden.
 

Lötpause

Um die an den Leistungsbauteilen entstehende Wärme abzuführen, liegt dem Baukasten ein „massiver” Alublock bei. In diesen müssen sieben Gewinde geschnitten werden.
Die Bohrpositionen sind auf dem Kühlkörper bereits durch Körnerschläge gekennzeichnet und werden für das Gewindeschneiden mit 2,5 mm vorgebohrt. Mit Hilfe eines M3-Gewindeschneiders schneidet man von Hand vorsichtig die notwendigen Gewinde in den Alublock. Beim Schneiden sollte unbedingt mit wenigen Tropfen Spiritus geschmiert bzw. gekühlt werden. Nach dem Schneiden habe ich die Bohrungen auf der Rückseite des Alublocks leicht angefast. So sind alle scharfen Bohrkanten beseitigt.

Auf der Schmalseite des Kühlkörpers habe ich im Bereich des Temperatursensors zwei weitere Gewinde geschnitten. So kann später der Sensor sicher am Kühlblech fixiert werden.

Sind alle Löcher gebohrt, die Gewinde geschnitten und die Füße der Leistungsbauteile abgewinkelt, müssen diese auf den Block - aber von diesem isoliert - geschraubt werden. Die Isolierung wird durch zwischengelegte Glimmerscheibchen gewährleistet. Außerdem habe ich mit einem vorbereiteten Holzspatel Wärmeleitpaste auf dem Kühlkörper verteilt und die Glimmerscheibe darauf gelegt. Nachdem auch die Rückseite des Leistungsbauteils mit Wärmeleitpaste versehen war, wurde es auf die Glimmerscheibe gelegt und mit der - durch Isolierbuchsen isolierte - Schraube lose fixiert. Mit Hilfe des Multimeters wurde die Isolierung jedes Leistungshalbleiters bereits jetzt kontrolliert.

Massives Löten

Nach der Lötpause habe ich zuerst der Spannungsversorgung vorbereitet. Dem Bausatz liegen Kabel, 4 mm² Goldkontaktstecker und -buchsen sowie Polklemmen und Schrumpfschläuche bei.

Polklemmen und Goldkontaktbuchsen sind optional als Kabelverlängerung mitgeliefert worden.

Das beiliegende Kabel (Lautsprecherkabel 4 mm²) muss um den Anteil der Kabelverlängerung gekürzt werden. Für die Spannungsversorgung im Bastelkeller ist bei mir ein 12 V-Netzteil (Manson EP-925) verantwortlich, der Anschluss erfolgt über die mitgelieferten Goldkontaktstecker. Beim Fliegen muss die Autobatterie herhalten. Das abisolierte und verzwirbelte Lautsprecherkabel passt nach dem Verzinnen „saugend” in die „Becher” der Goldkontaktstecker/-buchsen. In den heißen „Becher”  - 85 Watt lassen Grüßen -  fülle ich ausreichend Zinn, das sieht dann so aus:

Nach dem Eintauchen des vorverzinnten Kabelendes in das heiße Zinn des Bechers sollten Verbindungen entstehen, die auch 25 A problemlos durchfließen lassen.

Ausreichend isolieren mit Schrumpfschlauch ist noch nötig.

Sind die Kabelenden mit den Buchsen verlötet, müssen noch die Polklemmen mit der „Kabelverlängerung” verbunden werden. Abweichend von der Bauanleitung habe ich die Kabelverlängerung mit den Polklemmen verlötet. Für eine sichere Verbindung müssen die eigentlich für eine Quetschverbindung gedachten Polklemmen angeschliffen werden. Zur Zugentlastung wird dann wieder gequetscht.

Massiv gelötet werden müssen auch die Kupferdrähte der Speicherdrossel. Diese sind im Lieferzustand miteinander verlötet und müssen getrennt werden. Die Verlötung mittels Lötkolben zu trennen hat bei mir aufgrund der langen Verlötungen nicht geklappt, erst mit Hilfe einer kleinen Kneifzange ließen sich die Drähte trennen.

Nach dem Zuschneiden und Aufkleben des Gummipuffers werden die Drähte der Drossel gemäß Bauanleitung eingefädelt und verlötet:

Noch massiver müssen die Versorgungsleitungen auf die Hauptplatine gelötet werden, und das macht keinen Spaß. Ich hab die Lötaugen auf der Platinen vorverzinnt, die Kabelenden abisoliert, durch die Lötaugen gefädelt und festgestellt, dass sich 2-adriges, 4 mm² Lautsprecherkabel sehr störrisch verhält. Irgendwie hab ich die Enden dann doch auf der Platine mittels Lötkolben und viel Lötzinn fixieren können, das Lötergebnis sieht aber nicht sehr professionell aus:

Auslöten

Naja, manchmal müssen auch ein oder zwei falsch bestückte Bauteile wieder von der Platine entfernt werden. Dazu muss „entlötet” werden. Dazu gibt’s sogenannte Entlötlitze, hier mal die Wikipediadefinition:

„Die Entlötlitze ist ein Hilfsmittel zum Lösen von Lötstellen. Es ist ein 0,5 - 5 mm breites Band aus geflochtenen Kupferdrähten, welches zur Verbesserung der Kapillarwirkung in Flussmittel getränkt wurde. Zum Entlöten wird es auf die Lötstelle gepresst und anschließend gemeinsam mit dem Lötzinn der Lötstelle erhitzt. Das geschmolzene Zinn wird durch die Kapillarwirkung der geflochtenen Litze aufgenommen und so von der Lötstelle entfernt. Ohne das bindende Lötzinn kann nun das Bauelement leicht von der Leiterbahn gehoben werden."

Ich habe allerdings gerade mal keine Entlötlitze da, und nun? Servoverlängerungskabel! Abisoliert und verdrillt sieht das bei mir so aus:

Vor dem Verdrillen hab ich wenig Lötfett als Flussmittel zur Litze gegeben (Anm. d. Red.: Vorsicht mit Lötfett und Elektronik! Lötfett bildet Säuere, die den Leiterbahnen früher oder später den Garaus macht.). Und dann wie bei Wikipedia die Litze mit dem heißen Lötkolben auf das zu entlötende Lötauge gepresst. Und es klappt, das flüssige Zinn fließt in die Litze, die dann so aussieht:

Und die entlöteten Lötaugen so:

Transistorpositonen Q21 und Q22