Doppelschichtkondensator-Tuning
Vor einiger Zeit bin ich von einem Mitarbeiter der Firma NuinTEK aus Korea angeschrieben worden. Grund dafür war das Bild meines Conrad Condensor Plane. Wie beschrieben wird das Miniflugzeug von einem GoldCap mit Energie versorgt, der in der Originalversion 3,3 F bei einer zulässigen Spannung von 2,5 V hat.
NuinTEK stellt ebenfalls Super Capacitors (auch Ultra Capacitor oder Doppelschichtkondensator) her, allerdings nach einem Vergleich der technischen Daten auf wesentlich modernerem Niveau als seinerzeit der Hersteller des im Condensor Plane original verbauten GoldCap. So sind z.B. die Dimensionen des Originals 23 x 13 mm (Länge x Durchmesser). Die nächste Entsprechung aus dem NuinTEK-Programm, was die elektrischen Daten angeht, ist ein Ultra Capacitor mit 3 F @ 2,7 V dessen Abmessungen mit 21 x 8 mm deutlich kleiner sind.
Ein Ultra Capacitor von NuinTEK mit ähnlichen Abmessungen wie der original im Flieger eingebaute GoldCap hat bei 27 x 16 mm mal eben 20 F @ 2,5 V oder alternativ sogar 25 F @ 2,3 V.
Andere Baugrößen mit unterschiedlichen Kapazitätswerten sind ebenfalls im Lieferprogramm von NuinTEK zu finden.
Laut Auskunft von NuinTEK wird das Lieferprogramm an Doppelschichtkondensatoren ständig erweitert. Ursprünglich ist NuinTEK übrigens nach eigenen Auskünften einer der größten Hersteller von Motor-Kondensatoren und Metallfilm-Kondensatoren. Die Sparte Doppelschichtkondensatoren ist neu und gerade im Aufbau begriffen (Stand 2002).
Nach so vielen einleitenden Worten muss die Datenblatt-Überlegenheit der Doppelschichtkondensatoren natürlich auch im richtigen Leben unter Beweis gestellt werden.
Freundlicher Weise hat mir NuinTEK einige Muster aus ihrem Ultra Capacitor-Programm für Messungen und Versuche zur Verfügung gestellt.
Naheliegend ist der Einsatz als alternative Energiequelle für den Condensor Plane, ist er doch Ausschlag gebend für die Kontaktaufnahme von NuinTEK gewesen ;-)
Hier zum Größenvergleich eine Aufnahme der
gemessenen GoldCaps und Doppelschichtkondensatoren.
Von links:
GoldCap 3,3 F @ 2,5 V (Original)
Ultra Capacitor 3 F @ 2,7 V
Ultra Capacitor 10 F @ 2,3 V
Ultra Capacitor 20 F @ 2,5 V
Ultra Capacitor 25 F @ 2,3 V
Da im Moment kein allzu gutes Wetter vorherrscht (wir erinnern uns, der Condensor Plane fliegt im Freien nur bei absoluter Windstille) und mir keine Turnhalle zur Verfügung steht, beschränke ich mich vorerst auf stationäre Messungen.
Hierzu habe ich den Flieger im Schraubstock eingeklemmt und die Laufzeit des Propellers mit der Stoppuhr gemessen. Zum Vergleich zuerst den original GoldCap der im Bausatz mitgeliefert wird, dann die verschiedenen Muster von NuinTEK.
1) Anmerkung: die beiden 20 und 25 F Typen wurden nur bis zu einem Restladestrom von 50 mA geladen, da der Ladestrom auch nach mehreren Minuten die vorgegebenen
30 mA nicht erreichte.
2) Ungefähre Angabe (Waage mit 2 Gramm Auflösung, jeweils mehrere Muster eines Typs gewogen).
Die Kondensatoren wurden mit einem Labor-Netzgerät bei immer gleicher Spannung von 2,5 V geladen bis kein nennenswerter Strom (siehe Tabelle Spalte tI<30 mA und 1)) mehr geflossen ist. Direkt im Anschluss wurde der Motor eingeschaltet und die Laufzeit bis zum Stillstand der Luftschraube (tLauf) gestoppt. Der Motor zieht bei 2,5 V im stationären Betrieb 0,6 A was somit als Startwert beim Entladen des Ultra Capacitor anzusetzen ist.
Das Netzgerät hat eine Strombegrenzung, weshalb der Ladestrom (ILade max) in allen Fällen unter 1,3 A blieb. Ohne Strombegrenzung wären in die leeren Doppelschichtkondensatoren einige Ampere geflossen (je nach Typ laut Hersteller 30 bis 150 A). Bei meinen Messungen ist die Ladespannung auf bis zu 0,6 V eingebrochen und erst mit fortschreitender Ladung langsam wieder angestiegen.
Die auf die beschriebene Weise gemessenen Motorlaufzeiten lassen natürlich so gut wie keinen Rückschluss auf die Zeit zu, die der Flieger bei gegebenem Kondensator in der Luft
bleiben würde. Diese Werte muss ich im kommenden Sommer nachliefern.
Zum Überschlag die 30 Sekunden herangezogen, die der Condensor Plane mit dem 3,3 F
GoldCap “geschafft” hat, müsste man mit dem 10 F Typ bei gleichem Gewicht des Energiespeichers also ungefähr 1,5 Minuten Flugzeit erreichen, was schon eine erfreuliche Steigerung darstellen würde.
Da der Flieger selbst ohne Energiespeicher nur 12 Gramm wiegt, ist zu überlegen, ob der Einsatz des 20 F Ultra Capacitor von Vorteil oder überhaupt zumutbar ist, da er ca. 60% schwerer als das Original ist. Richtig ins Grübeln komme ich dann bei dem doppelt so schweren 25 F Typ, der merkwürdiger Weise sowieso kürzere Laufzeiten bietet.
Hier ist anzumerken, dass die Ladezeiten bei aufeinander folgenden Lade-Entlade-Zyklen kürzer wurden, die Motorlaufzeiten aber gleich blieben. So hat z.B. der 20 F
Typ in drei aufeinander folgenden Ladezyklen 180, 120 und dann 112 Sekunden benötigt, bis 50 mA Reststrom erreicht waren.
Die jeweilige Laufzeit des Motors betrug in allen drei Fällen immer exakt gleiche 382 Sekunden.
Nach Auskunft von NuinTEK gibt es bei den Doppelschichtkondensatoren einen Formierungsvorgang der beim ersten Anlegen von Spannung an den neuen Ultra
Capacitor dessen Nominalspannung (immer kleiner als 2,7 V) und die Polarität festlegt. Danach ändert sich das Verhalten des Ultra Capacitor nicht mehr.
Der Grund für die kürzere Motorlaufzeit liegt allerdings in der geringeren eingespeicherten Energie, resultierend aus dem geringeren Ladestrom, der durch den kleineren Innenwiderstand des 25 F Typs im Zusammenspiel mit der Strombegrenzung des Netzgerätes bedingt ist.
Natürlich ist dem Einsatz der Doppelschichtkondensatoren fast keine Grenze gesetzt. Die Energiequelle für ein Modellflugzeug ist wohl eher die Ausnahme. Andererseits gibt es die Doppelschichtkondensatoren bei NuinTEK zur Zeit bis 60 F und von der Leistungsdichte her sind sie einem Akku um Faktor 5 bis 10 überlegen. Man könnte sich also vorstellen, mehrere solcher großen Doppelschichtkondensatoren parallel und in Reihe geschaltet auch für den Start von kleinen ferngesteuerten Seglern zu verwenden.
Spontan fallen mir noch mehrere gute Einsatzbeispiele für einen hochkapazitiven Kondensator ein:
- LED-Taschenlampe (hier eventuell im Zusammenspiel mit den StepUp-Schaltreglern von Zetex)
- Backup von Akkubetriebenen Geräten zur Überbrückung des Batteriewechsels
- Spielzeuge in allen möglichen Ausprägungen
- usw.
Außerdem kann man jetzt (Stand 01/2003) bei AK-Modul-Bus diese Doppelschichtkondensatoren auch kaufen (auf der Seite unter Shop). Dem breiten Einsatz durch die deutsche Bastlerschaft steht demnach nichts mehr im Weg :-))
Ihr könnt mir ja eure spezielle Applikation zumailen, ich werde dann besonders gelungene Ideen hier (ggf. als Link) veröffentlichen. Feedback bitte an meine Mailadresse.
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