Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Pressverschweißen von Kabelenden


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von Johannes Z. (jo_nny)


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Hallo miteinander,

zuerst mal bin ich neu hier. Bisher war ich nur stiller Mitleser, aber 
das Forum gefällt mir doch echt gut und ich konnte schon viele Tips hier 
umsetzen.

Ich heiße Johannes und bin 26, absoluter Nicht-Elektroniker und 
leidenschaftlicher Rennboot-Modellbauer. Ich fahre viel bei Wettkämpfen 
mit und bin eigentlich recht bekannt in der Szene.
Da bei mir der "Selfmade"-Gedanke sehr im Vordergrund steht und ich viel 
neues ausprobiere, bin ich schon oft auf dieses Forum gestoßen.

Aktuell arbeite ich an einem Hochgeschwindigkeits-Projekt. Letztes Jahr 
konnte ich damit 2 Weltrekorde einfahren. Das möchte ich dieses Jahr 
gerne steigern :)

Für das Projekt habe ich im Moment das Problem der Ableiter-Technik der 
Lipo´s. Da hier Ströme bis zu 400A drüber gehen, werden die Kabel nicht 
mehr verlötet, sondern verschraubt. Hier sollten geringste 
Übergangswiderstände durch die Vergoldung der Kupferkontakte und 
Leitungsverbinder entstehen. Da auch normale Kabel vom Querschnitt nicht 
ausreichen, habe ich mir ein Breitband-Erdungskabel mit 16mm² = ~5 AWG 
(zu den sonstigen 8AWG) besorgt. Die Enden dieser Kabel sind, wie ich es 
wollte, pressverschweißt. Somit kann man die Enden als Kontaktfläche 
plan schleifen und vernickeln/vergolden.

Jetzt endlich mal zu meinem eigentlichen Problem:
Die Kabel gibt es nur ab einer Länge von 10cm, beide Enden 
pressverschweißt. Da ich die Leitungen jedoch kurz halten muss, muss ich 
die neu gekürzten Kabelenden irgendwie wieder verschweißen. Hat da 
jemand einen Tip, wie man das lösen könnte? Ein Versuch, die Adern alle 
aufzudröseln, zu verlöten und dann zusammenzuquetschen hat geklappt. Das 
ganze mit einem Propanbrenner aber zu verschmelzen und zu verpressen 
ging gründlich in die Hose :)

Ich hätte ganz gerne ein Kabelende, bei dem die Adern zu einem Block 
zusammenlaufen, um hier Löcher bohren und eine geschlossene 
Kontaktfläche haben zu können.

Genug geschrieben. Ich bin für alles offen, vielen Dank euch schonmal ^^

Lieben Gruß,
Johannes

--

Überschrift und Text um jeweils ein "w" vervollständigt.

Sollte das "lustig" sein?
-rufus

: Verschoben durch Moderator
Beitrag #5544322 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Ryven (Gast)


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Naja der Klassiker für Ultraschall. Aber nicht billig

Beitrag #5544347 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Johannes Z. (jo_nny)


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Na da hab ich ja einen tollen Einstieg hingelegt...
Ja, ich hab mich verschrieben, ok. Und nein, das war weder lustig noch 
ernst gemeint. = Danke, Rufus!

Danke für den Hinweis mit dem Ultraschall. Das es Möglichkeiten gibt, 
weiß ich. Ich suche aber nach einer "Handwerker-Lösung", wenn ihr 
versteht ^^

: Bearbeitet durch User
von zoggl (Gast)


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den rand könntesst du mit wig verschweissen, dan franst es zumindest 
nicht mehr aus. flchig sehe ich aber mit heimwerkermitteln keine option.

was spricht dagegen die klemmen in deinem Bild auch aus kupfer zu machen 
und dann in gepässtem zustand zu verlöten?

sg

Beitrag #5544401 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Johannes Z. (jo_nny)


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Hallo zoggl,

Ich hatte schon die Idee, die Kabel in einem Ofen zum glühen zu bringen 
und dann in einer Stahlvorrichtung im Industrieschraubstock zu 
verpressen.

Die Ableiterverschraubungen auf dem Bild sind vorerst nur Formmuster aus 
Alu gewesen. Das Kupfer dafür ist heute eingetroffen und wird dann 
dementsprechend genauso aussehen. Die auf dem Bild zu sehenden Ableiter 
sind ja auch nicht das Problem, sondern die gekürzten, offenen 
Kabelenden am "anderen Ende".

Verringert eine zusätzliche verlötung der Goldkontakte den Ri?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Johannes Z. schrieb:
> Ich hatte schon die Idee, die Kabel in einem Ofen zum glühen zu bringen
> und dann in einer Stahlvorrichtung im Industrieschraubstock zu verpressen.
Schweißen geschieht mit flüssigem Metall und kommt weit hinter dem 
Glühen. Das einzige, was du mit "Glühen" schafffst, ist dass das Kupfer 
spröde wird und ratzfatz abbricht.

> Verringert eine zusätzliche verlötung der Goldkontakte den Ri?
Schon das Vergolden des Kupfers dient nicht der Reduzierung des 
Innenwiderstands (denn da kommt ja noch mehr Material mit, wenn auch 
niedrigem, Widerstand in den Stromfluss), sondern schützt lediglich vor 
Oxidation.

Johannes Z. schrieb:
> Ich suche aber nach einer "Handwerker-Lösung", wenn ihr versteht
Kupfer auf Kupfer wird gelötet. Je nach Können weich oder hart.

Beitrag #5544412 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Alexander S. (alex998)


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Blöde Frage: Warum nimmst du nicht gleich massives Kupfer-Flachmaterial 
und biegst das entsprechend in Form? Oder brauchst du unbedingt flexible 
Verbindungen?

Könnte man auch massives Rundmaterial nehmen und die Enden 
breitquetschen.

: Bearbeitet durch User
von Johannes Z. (jo_nny)


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Hallo Lothar,

Lothar M. schrieb:
> Das einzige, was du mit "Glühen" schafffst, ist dass das Kupfer
> spröde wird und ratzfatz abbricht

genau das war mein gescheiterter Versuch.Ich bin zwar handwerklich nicht 
ungeschickt, aber das hab ich ganz schnell bleiben gelassen :D

Du hast recht, die vergoldung dient hauptsächlich der verhinderung einer 
Oxidschicht. Meine Frage zielte eher darauf ab, ob man solche 
flächenverschraubten Kontakte überhaupt noch verlöten muss, denn 
eigentlich ist der Anpressdruck entscheidend für den Ri der Kontakte.

Das Problem ist halt, das Lötzinn die elektrische Leitfähigkeit eines 
Toastbrotes hat. Ich habe zwar schon das gute Lötzinn mit 4% Silber, 
aber es ist nunmal eine Wärme- und somit Verlustquelle in dem ganzen 
Strang und somit ein Nadelöhr für den Strom.

von Michael B. (laberkopp)


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Johannes Z. schrieb:
> Ich bin für alles offen,

Vernünftigerweise nimmt man Rundkabel und Rohrkabelschuhe,
die man mit der Crimpzange verpresst, das istz gasdicht
und daher korrosionsfest und leitet wie massives Kupfer.

https://www.kabelscheune.de/Aderleitung-flexibel-starr/PVC-Aderleitung-flexibel-H07V-K-1x16-qmm-blau-Meterware.html

https://www.kabelscheune.de/Kabelschuhe/Rohrkabelschuh-blank-16-0-qmm-8-5-mm.html

Ebay-Artikel Nr. 113228275697

von Johannes Z. (jo_nny)


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Hallo ALexander,

Alexander S. schrieb:
> Blöde Frage: Warum nimmst du nicht gleich massives Kupfer-Flachmaterial
> und biegst das entsprechend in Form? Oder brauchst du unbedingt flexible
> Verbindungen?

Möglich ist das, es gibt nur leider ein Problem an der ganzen Sache: 
Gewicht. Für die Geschwindigkeiten, die ich erreichen möchte, brauche 
ich ein bestimmtes Leistungsgewicht. Ich hatte erst 
Aluminium-Leiterschienen im Kopf, das aber wegen der rasanten Oxidation 
wieder verworfen.
Die Akkuzellen sind 160mm lang, und bei einem 3S Pack muss ich einmal 
über die komplette Länge der Zellen eine Leitung legen. Sehr unelegant, 
aber eine schöne Herausforderung. Das wird aber trotzdem meine 
Alternative sein, wenn es für die Kabel keine Möglichkeit gibt.
Weiterhin liegst du vollkommen richtig mit deiner Vermutung der 
flexiblen Verbinder. Ich muss den Akku zum Laden ja auch aus- und 
einbauen können ^^


Michael B. schrieb:
> Vernünftigerweise nimmt man Rundkabel und Rohrkabelschuhe,
> die man mit der Crimpzange verpresst, das istz gasdicht
> und daher korrosionsfest und leitet wie massives Kupfer.

Das kann man bei einem Hausanschluss gerne machen. Meine Zellenableiter 
sind 35mm breit und 9,2mm tief, da werde ich wohl kaum meinen 
Querschnitt mit einer 8mm Schraube kaputt machen. Und der Rohrkabelschuh 
leitet den Strom wohl sehr dürftig, ich lasse meine Kontakte nicht aus 
Spaß an der Freude vergolden ;)

Viele Grüße,
Johannes

von Alexander S. (alex998)


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Johannes Z. schrieb:
> Möglich ist das, es gibt nur leider ein Problem an der ganzen Sache:
> Gewicht.

Naja, ein Querschnitt von 16mm² Kupfer ist immer gleich schwer, egal ob 
Adernbündel oder Flachmaterial 8x2 oder Rund.


> Weiterhin liegst du vollkommen richtig mit deiner Vermutung der
> flexiblen Verbinder. Ich muss den Akku zum Laden ja auch aus- und
> einbauen können

Wenn ich mich nicht verrechnet habe sollte zb. Biegerohr 6x1 
https://www.amazon.de/Kupferrohr-weich-Ring-L%C3%A4nge-w%C3%A4hlbar/dp/B011C4ONR8 
einen Leiterquerschnitt von 15,7mm² haben. Die Enden gequetscht und 
gebohrt, fertig. Wäre das eine Option? Ausserdem hast du ja eh 
Schraubverbindungen zum Lösen.

von Johannes Z. (jo_nny)


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Alexander S. schrieb:
> Naja, ein Querschnitt von 16mm² Kupfer ist immer gleich schwer, egal ob
> Adernbündel oder Flachmaterial 8x2 oder Rund.

Da hast du natürlich recht. Ich bin halt gerne flexibel und wollte auf 
ein Kabel in dem Sinne nicht verzichten. Wenn die Leitung kürzer und 
demnach berechenbarer wäre, hätte ich mich wohl für eine 
Vollmaterial-Leitung entschieden

Alexander S. schrieb:

> Wenn ich mich nicht verrechnet habe sollte zb. Biegerohr 6x1
> 
https://www.amazon.de/Kupferrohr-weich-Ring-L%C3%A4nge-w%C3%A4hlbar/dp/B011C4ONR8
> einen Leiterquerschnitt von 15,7mm² haben. Die Enden gequetscht und
> gebohrt, fertig. Wäre das eine Option? Ausserdem hast du ja eh
> Schraubverbindungen zum Lösen.

Wichtig ist halt auch das Material. Es gibt ja nun hunderte verschiedene 
Kupferwerkstoffe und -legierungen. Ich habe hier für meine Ableiter 
CW008A liegen. Elektrolytkupfer oder ETP-Cu wäre laut eines Kollegen 
besser gewesen, aber da bin ich so schnell nicht drangekommen.
Die meisten Rohre und Flacheisen sind aus DHP-Cu, einem Kupferwerkstoff 
mit deutlich geringerer elektrischer Leitfähigkeit. Elektrokupfer gibt 
es nur in Blechen, Flacheisen oder Rund und im Netz ist gute Qualität 
auch nicht sehr häufig zu finden.

Danke dir!

VG,
Johannes

von Thomas O. (kosmos)


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wenns dir wirklich um jedes mOhm geht, dann wurde ich den Verbraucher 
auch anderst positionieren. Ähnlich einer Ringleitung bei 
Druckluftversorgung hier bekommt der Verbraucher aus 2 Leitungen seine 
Luft was einen geringeren Druckabfall bewirkt. Beim ersten Beispiel 
fließt zw. der Gesamtstrom über die 2 Leitungen links vom Verbraucher. 
Bei Beispiel 2 teilt sich der Strom links und rechts vom Verbraucher 
auf. Statt 16mm² hättest du dann 32mm² zur Verfügung und es müsste sogar 
nur der halbe Strom drüber.

also statt
1
  +-----+------+-----+--------|
2
Bat1  Bat2   Bat3   Bat4     Verbraucher
3
  - --- - ---- - --- - -------|
4
5
lieber so
6
+-------+--------|---------+------+
7
Bat1  Bat2  Verbraucher  Bat3  Bat4
8
- ----- - ------ | ------- - ---- -

von Arno H. (arno_h)


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Vielleicht findest du hier ein paar Denkanstösse.

Arno

von Johannes Z. (jo_nny)


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Guten Morgen Thomas,

Thomas O. schrieb:
> wenns dir wirklich um jedes mOhm geht, dann wurde ich den Verbraucher
> auch anderst positionieren. Ähnlich einer Ringleitung bei
> Druckluftversorgung hier bekommt der Verbraucher aus 2 Leitungen seine
> Luft was einen geringeren Druckabfall bewirkt. Statt 16mm² hättest du dann 32mm² 
zur Verfügung und es müsste sogar
> nur der halbe Strom drüber.

Das ist halt vom Prinzip her einfach nur eine Parallel-Verschaltung der 
Akkuzellen. Klar, dann teilt sich der Motorstrom auf 2 Leitungen auf.

Bei grader Zellenanzahl ist das auch eine gängige Lösung bei den 
Rennbooten, da auch die Leistung der Zellen begrenzt ist und somit die 
Belastung dieser halbiert wird.
Das knifflige bei mir ist jedoch die ungerade Zellenzahl. Wie 
hoffentlich in meiner Zeichnung erkennbar wird, kann ich zwar den 
Akkupack zerlegen, aber ich habe durch die neue Butterfly-Technik 
(Ableiter der Zellen jeweils gegenüberliegend auf kurzer Seite)das 
Problem, dass immer ein Pol von meinem Anschluss am ESC weg zeigt.
Auch mein Platz ist begrenzt, ich hab in meinem Rumpf nicht unendlich 
Platz zur Verfügung :)


Arno H. schrieb:
> Vielleicht findest du hier ein paar Denkanstösse.

Durch die HP von Druseidt sowie Eisenbacher und Ampac bin ich erst auf 
die Idee mit den Flachlitzen gekommen. Leider bieten diese Unternehmen 
nur Industrielösung in Massenproduktion an und keine Einzellösungen in 
Miniaturform. Auch bei Lamellenbändern besteht die Schwierigkeit der 
verpressung der Enden. Zusätzlich sind diese noch schwieriger als 
Privatpersonen in Kleinstmengen zu bekommen, schon gar nicht in der von 
mir benötigten Konfektionsgröße.

Alles nicht so einfach. Kennt niemand jemanden, der solche 
Pressverschweißungen "grade mal" macht?

VG,
Johannes

von Alexander S. (alex998)


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Johannes Z. schrieb:
> Auch mein Platz ist begrenzt, ich hab in meinem Rumpf nicht unendlich
> Platz zur Verfügung :)

Mach doch mal paar Fotos.


> Auch bei Lamellenbändern besteht die Schwierigkeit der
> verpressung der Enden.

Wieso, bei den Lamellen verpresst du doch mit der Befestigungsschraube; 
brauchst nur in Form biegen und bohren.


> Zusätzlich sind diese noch schwieriger als
> Privatpersonen in Kleinstmengen zu bekommen, schon gar nicht in der von
> mir benötigten Konfektionsgröße.

Das Lamellenband musst dir halt selbst zusammenbauen, reicht 8mm Breite?
Ebay-Artikel Nr. 292543907176

Bei deinen Strömen würde ich vorschlagen 3x8mmx0,7mm, Isolation drüber, 
in Form biegen, Lochen/Bohren, fertig.

von zyxw (Gast)


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Pack Feindrähte in Gummersbach wäre noch eine Adresse.
Die sind eher bereit für kleine Aufträge und Sonderwünsche.

Ich würde da ganz pragmatisch vorgehen, entweder findet sich jemand, der 
dort (Druseidt = Remscheid) arbeitet und das in der Mittagspause macht.
Oder du fragst in der PR-Abteilung, ob sie das machen, wenn du deren 
Logo auf dein Boot klebst.

Im PDF steht ja, dass es für die Enden passende Endhülsen gibt, die sie 
mit hohem Druck lotfrei und gasdicht auf die Litze / Bänder pressen.
Wenn sie das nicht machen wollen, geben sie dir vielleicht doch diese 
Hülsen, damit du sie bei jemandem mit einer dicken hydraulischen Presse 
verarbeiten kannst.
Dazu wirst du allerdings ein Werkzeug (Form + Stempel) brauchen.

Mit welchen Spannungen und Akkukonfigurationen arbeitest du?

von Stephan (Gast)


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Johannes Z. schrieb:
> Die Akkuzellen sind 160mm lang, und bei einem 3S Pack

Johannes Z. schrieb:
> Da hier Ströme bis zu 400A drüber gehen, werden die Kabel nicht
> mehr verlötet, sondern verschraubt.

3s bei den Leistungen finde ich reichlich unsinnig. Ist aber vielleicht 
vorgeschrieben. Ansonsten: andere Antriebsauslegung.

Verpressen ist ja irgendwie Standard. Verlöten ist zwar teilweise 
verboten, aber nicht immer das schlechteste. Den ganzen Aufwand mit 
vergolden würde ich mir definitiv nicht antun.

16qmm auf 10cm sind 0.1mOhm.
Lot hat einen Widerstand von 0.1..0.2 Ohm*mm^2/m. 10x mehr als Kupfer. 
Bei typisch 3-10-facher Kontaktfläche gegenüber dem Querschnitt und ohne 
lange "Zinn-Brücken" trägt eine Verlötung etwa 1-3mm Leitungslänge bei. 
Das muss die Verpressung erst mal schaffen.
Betriebssicherheit ist hier denke ich nicht das Problem. Die Teile 
werden bei jedem Akkutausch geprüft.

Johannes Z. schrieb:
> Das kann man bei einem Hausanschluss gerne machen. Meine Zellenableiter
> sind 35mm breit und 9,2mm tief, da werde ich wohl kaum meinen
> Querschnitt mit einer 8mm Schraube kaputt machen.

Das versteh ich nicht. 35x9.2 wären 322qmm. Das wäre völlig 
überdimmensioniert.
In einem 35mm breiten Leiter ist ein M8-Loch reichlich egal.
Ein M8-Loch in 16x1mm reduziert den Querschnitt auf <1cm Länge um 
weniger als 8qmm. Zusätzlicher Widerstand: <0.02mOhm. 
Spannungsabfall@400A: <8mV

Ich vermute ganz stark, dass es andere Bereich gibt in denen es weit 
mehr zu holen gibt. Schraube, Motor, ESC fallen mir da als erstes ein.
Da sind sicher noch ein paar Prozent zu holen.
Die Zuleitungen liegen dagegen im Sub-Promille-Bereich.

von Johannes Z. (jo_nny)


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Hi Stephan,

Ups, hab nach meinem Post erst gesehen das du geschrieben hast. Daher 
antworte ich nochmal extra.

Du hast da vollkommen recht. Motor und Regler werden bei dem neuen 
Projekt gegen wesentlich kräftigere Komponenten getaucht. Der neue Motor 
allein hat etwa 20-30% mehr Leistung bei 10% mehr Drehzahl. Er besitzt 
einen längeren Rotor und braucht deutlich mehr Strom. Da der alte Regler 
(der auf dem Bild im Beitrag davor, jetzt für die kleinere Klasse) diese 
Leistung nicht mehr mitmacht, muss auch hier gewechselt werden.
Das alte Setup hat Beschleunigungsleistungen von ~320A benötigt. Bei 
einer Lastspannung von 10.5V (alter Akku) sind das 3400W Lesitung für 
ein 1,2kg schweres Boot. Da geht schon ordentlich was durch und ich 
rechne mit einer erhöhung der benötigten Leistung beim neuen Setup von 
25-30%.
Die letzten Leitungen waren alle gelötet mit 8AWG Kabeln. Deren 
Isolation und Lötpunkte konnten sehr wenig Wärme abführen und wurden 
durch den hohen Ri sehr heiß, haben also alle Komponenten in 
Mitleidenschaft gezogen.

Der Ableiter ist 35mm breit und 9.2mm tief/lang?. Er besteht nur aus 
einem recht dünnen Kupferblech (denke 0,5mm), dessen Querschnitt ich so 
gerne ungefähr fortführen würde. Ich hoffe auf dem Bild wird etwas 
deutlicher, was der Ableiter für Ausmaße hat.

Aber vielen Dank für deinen Ausführlichen Beitrag. Ich muss mir dass 
nochmal in Ruhe zu Gemüte führen :)

Viele Grüße,
Johannes

: Bearbeitet durch User
von zyxw (Gast)


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Sehe ich ähnlich.
Die Zeichnung mit den 3S sah ich als Beispiel / symbolische Erklärung.
Scheint aber Realität zu sein.
Wieso nur 3 Zellen? Ist das vorgeschrieben (Rennkategorie)?

Eine Höhere Spannung hat nur Vorteile:
 - geringerer Strom --> geringerer Spannungsabfall
 - hohere Spannung --> der relative Spannungsabfall ist geringer
Überlege mal, warum man von den anfänglichen 6V-Autobatterien schnell 
abkam und man jetzt (wieder mal) auf 36 - 42 - 48  spechtet.
Schon 4S bringt einiges. Und da ist die Verdrahtung - wie oben 
beschrieben - einfacher.

Spielt bei diesen Strömen und Frequenzen die Induktivität der Quelle / 
Zuleitung bereits eine Rolle?

von Johannes Z. (jo_nny)


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Guten Morgen,

jetzt wurde mein erste Beitrag gelöscht -.-

Gerne hänge ich auch noch ein Link zu einem Video vom letzten Jahr an:
https://www.youtube.com/watch?v=4cOmvY-Hlrg&t=0s&index=4&list=PLNJ-Ss73AZAAxilkjrC3pz_69Cafq8W8K

Die Lamellenlösung gefällt mir noch nicht so wirklich. Da greife ich 
dann lieber zur Vollmaterial-Leitung.
Mir machen da halt die Länge und das Gewicht Sorgen.

Danke für den Hinweis auf Pack-Feindrähte. Ich werde mal schauen ob ich 
da was im Internet finde. Es sind ja eigentlich nur 2 Enden.

Der Akkupack ist ein 3S1P-Pack, hat also 11.1V Nennspannung bei 5000mAh. 
Das ganze ist ein Prototyp, die ersten Zellen mit echter 
70C-Entladerate. Die Zelle schafft 350A, mit Spitzen bis zu 700A.

Ich tendiere im Moment zu der Volleitung oder zu einer verlötung der 
Enden im Zusammenspiel mit einer selbstgebauten Kupferhülse. Das 
Internet spuckt da halt recht wenig aus, viel lesen kann man da nicht. 
Das einzige, was ich gefunden hatte, war die Info das pressverschweißte 
Kabelenden den Besten Übergangwiderstand haben, danach kommen verpresste 
Hülsen und ganz hinten standen dann die tauchverzinnten Enden. Darauf 
habe ich krampfhaft versucht, eine Lösung mit den verschweißten Enden zu 
finden.

MfG,
Johannes

PS: Ja, es gibt beim SAW (so heißt das Event) Klasseneinteilungen nach 
Zellenzahlen. Es gibt von 1-Zellen bis 20-Zellen alles erdenkliche in 4 
verschiedenen Bootskategorien. Die 3 Zellen sind also fix, sonst wäre ja 
die Herausforderung verloren ;)

: Bearbeitet durch User
von Petra (Gast)


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Bedenke die Schwingungen und Stösse (Schocks). Da braucht es oft 
flexibles Material damit es nicht an einer Stelle bricht. Die 
Masseleitung finde ich ok, kann man die nicht hartlöten? Oben und unten 
eine Kupferscheibe, dazwischen das Masseband. Auf eine gute Isolation 
achten.

von zyxw (Gast)


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Habe gerade ein wenig gerechnet:
Ein Kupfer-57-Leiter mit 35mm² und 160mm Länge hat ein Volumen von 
5,6cm³ und eine Masse von 50,2g.
Ein gleich guter Alu-36-Leiter hat 55mm², ein Volumen von 8,9cm³ und 
eine Masse von 24g.
So kannst Du 26g sparen. Es gibt auch verkupfertes Alu (bessere 
Kontaktierung und chemischer Schutz, denke an die "federleichten" 
kupferfarbenen Starthilfekabel.
Was man verkupfern kann, kann man auch vergolden.

Silber-62 leitet zwar um 9,5% besser, ist aber um 17% schwerer (und 100 
mal teurer) als Cu.

Interessante Seite: 
https://www.kupferinstitut.de/de/werkstoffe/anwendung/e-energie/leiterwerkstoffe.html

Ich denke auch, dass mit Verbesserungen an der Schiff-Schraube mehr zu 
holen ist.
Bei dem obigen Weltrekord-Video hat man deutlich gesehen, dass bei der 
Fahrt mit der höchsten Geschwindigkeit (219 km/h) fast keine "Fontäne" 
aus der Schraube kam.
Bei deinen Kollegen wird eine Unmenge an Energie für die 
Spektakel-Fontäne verbraucht.
Macht aber was her ;-)

Gibt es strömungsoptimierten Turbinen (Impeller) oder sind die nicht 
zugelassen?

von Stephan (Gast)


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Also 35qmm sind denke ich zuviel des Guten. Eine Ader 8AWG ist aber 
sicher zuwenig.

Ausgehend von 400A für 10 Sekunden und einer Ader 8AWG, 16cm lang:
- 8AWG = 8.34qmm
- Widerstand: 0.32mOhm
- Gewicht: 12g (nur das Kupfer)
- Spannungsabfall: 130mV
- Verlustleistung: 51W
- Erwärmung: 110K (11K/s)

Bei einem Gesamtgewicht von 1200g sind 12g 1%; 130mV von 10.5V 
Akkuspannung sind 1.2%.
Für die Performance wären vielleicht 10qmm optimal.
Prozentualer Spannungsabfall und Gewichtsanteil sind dann etwa gleich 
groß.
Thermisch haut das aber nicht hin ...

für 16qmm:
- Widerstand: 0.16mOhm
- Gewicht: 24g (nur das Kupfer)
- Spannungsabfall: 65mV
- Verlustleistung: 26W
- Erwärmung: 28K (2.8K/s)

für 20qmm:
- Widerstand: 0.13mOhm
- Gewicht: 30g (nur das Kupfer)
- Spannungsabfall: 52mV
- Verlustleistung: 20W
- Erwärmung: 18K (1.8K/s)

Bei 16-20qmm dürfte das Optimum liegen. (Falls die 10 Sekunden und die 
400A max. Strom passen.)
Zeiten mit Strömen unter 200A interessieren nicht. Ströme von 200-300A 
ein wenig.
Länger als 30 Sekunden schafft der Akku die 400A ohnehin nicht.

Die Induktivität könnte noch ein Optimierungs-Thema sein. Skin-Effekt 
denke ich eher nicht.

Alu-Leitungen wären in zweierlei Hinsicht optimal:
- mehr als doppelt so hohe Wärmekapazität
- mehr als doppelt so hohe Leitfähigkeit (bezogen auf das Gewicht)

30qmm Alu wäre leichter als 16qmm Kupfer, hätte weniger Widerstand und 
noch eine überproportional niedrigere Erwärmung.
Ist aber schwierig zu Verarbeiten und kurzlebiger.

Ob Kabelschuh oder verlöten hängt auch von den Anschlussflächen ab.
An einen hohen Widerstand beim Löten mag ich nicht glauben:
16qmm auf 16mm Breite und 5mm Tiefe verlötet hat 80qmm 
Verbindungsfläche.

Der Kabelschuh hat ja gerne noch eine 2. Kontaktfläche zum 
Anschlussterminal.
Und die Auflagefläche passt evtl. nicht zu den deutlich überhöhten 
Strömen. Zumindest bei gewichtsmäßig akzeptablen.

Fließen des Zinns ist hier auch kein Problem:
Es wird 10 Minuten vor dem Lauf eh neu verschraubt und alles 
festgezogen.

von Johannes Z. (jo_nny)


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Guten Morgen,

also ich denke, wir brauchen hier nicht über die Antriebsauslegung 
diskutieren. Das Ganze ist schon etwas länger mein Hobby und es wurde 
bestimmt nichts unversucht gelassen. Das Setup vom letzten Jahr war 
schon hart an der Grenze, der Motor sowie der Regler hatten schon 
Übertemperatur und beim Propeller habe ich schon das optimum gewählt. 
Das ist nicht mal einfach so nebenbei ein Weltrekord geworden :)

> Es gibt auch verkupfertes Alu (bessere Kontaktierung und chemischer
> Schutz, denke an die "federleichten" kupferfarbenen Starthilfekabel.
> Was man verkupfern kann, kann man auch vergolden.

Und eben das geht nicht. Das Aluminium ist ein extrem schnell 
oxidierendes Material, dessen Oxidschicht eine derart geringe 
Leitfähigkeit hat, dass man auch gleich Pappe nehmen kann. Ich habe da 
mit meinem Vergolder gesprochen, er sagt Alu vergolden ist unmöglich. 
Das AluKupfer wird direkt in großen Industrieanlagen als Stangenware 
hergestellt, vergoldet hab ich das noch nicht gesehen.
Ausserdem ist das Material nur bei speziellen Großhändlern zu bekommen. 
Wenn aber jemand Reste davon hat, nehme ich die gerne als Wundermittel 
gegen mein Problem ^^

> Gibt es strömungsoptimierten Turbinen (Impeller) oder sind die nicht
> zugelassen?

Gibt es, aber es sind nur Schiffsantriebe zugelassen und sowas zählt 
natürlich nicht dazu ;)

> Bei 16-20qmm dürfte das Optimum liegen. (Falls die 10 Sekunden und die
> 400A max. Strom passen.)
> Zeiten mit Strömen unter 200A interessieren nicht. Ströme von 200-300A
> ein wenig.
> Länger als 30 Sekunden schafft der Akku die 400A ohnehin nicht.

Vielen Dank für deinen tollen Beitrag, Stephan!
Genau so ist es. Der Ableiter vom Akku hat 35mm*0.5mm = 17,5mm², also 
möchte ich mit 16-18mm² gerne die Leitung fortführen. Die  Passes dauern 
maximal 2 Sekunden, also sind es für Hin- und Rückpass in der Summe 4 
Sekunden Volllast. Der Rest ist raus- und reinfahren bzw. drehen, das 
geschieht aber im niedertourigen Bereich.

> Die Induktivität könnte noch ein Optimierungs-Thema sein. Skin-Effekt
> denke ich eher nicht.

> Alu-Leitungen wären in zweierlei Hinsicht optimal:
> - mehr als doppelt so hohe Wärmekapazität
> - mehr als doppelt so hohe Leitfähigkeit (bezogen auf das Gewicht

Wenn Alu nicht so schnell oxidieren würde (innerhalb von minuten/je nach 
reinheit sogar sekunden!), hätte ich die Lösung schon lange in Betracht 
gezogen. Aber laut eines Kollegen kriecht diese Oxidschicht auch unter 
die Kontakte, und dann wird es böse. So ähnlich ist es bei Kupfer, aber 
wesentlich träger. Also werde ich vergolden, um eine gewisse 
Langlebigkeit der Kontakte zu gewährleisten.

Was genau meinst du mit "optimierung der Induktivität"?


Ich möchte noch ganz kurz sagen, dass ich die Frage nicht aus langeweile 
verfasst habe. Mit dem Thema beschäftige ich mich schon etwas länger und 
habe auch viele Möglichkeiten gefunden und ausprobiert.
Trotzdem möchte ich mich hier bei allen bedanken. Ihr gebt mir teilweise 
gute Tips und Sicherheit für das Projekt!

Viele Grüße,
Johannes

von Ryven (Gast)


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Also von den Übergängen Alu Kupfer Leitung wird ein Fett Korund Gemisch 
verwendet. Das Korund drückt sich durch die Oxidschicht und das Fett 
hält den Sauerstoff draußen. Da ist dann "nur" noch das Problem mit dem 
Fließen des Alu's unter druck.

Ich würde es in Alu flachmaterial bauen und die Akkufahnen mit 
Klemmplatten andrücken. Dir gehts ja auch ums Gewicht.

Du kannst ja vor dem Akku einbauen kurz mit Schmiergelpapier über die 
Klemmfläche gehen und dann den Akku verschrauben. In den 10 Minuten 
passiert da nix.

von Hans (Gast)


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Ich weiß echt nicht was du hast... Stromschienen für 1kA musst du 
mindestens mit M12 verschrauben egal ob Kupfer oder Alu.Beim 
Übergangswiderstand kommt es fast nur auf den Druck an.

Eine Möglichkeit sowas gekrimpt zu bekommen wäre der nächste 
Schweißprofi. Ob der aber so kleine Querschnitte hat ist fraglich.

Elektro Installateure die auch Industrieanlagen oder große pv ablagen 
verkabeln müssten das notwendige Equipment (crimpzange die aussieht wie 
ein Bolzenschneider) auch haben.

Alu und Kupfer ist elektrochemisch ein Problem. Da musst du das cu 
verzinnen damit dir das nicht weg korrodiert (dauert mitunter Monate bis 
Jahre).

Btw, das mit der Induktivität ist tatsächlich ein Problem wenn du 
Pulsströme hast... Als Faustregel, je näher die beiden Leitung 
beieinander liegen desto kleiner ist sie.

Wenn du die Kontaktflächen nur irgendwie schmirgelst und du nicht 
gescheit verschrauben, bist du mit den Übergangswiderständen in der 
Größenordnung vom Kabelwiderstand.

73

von Johannes Z. (jo_nny)


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> Ob Kabelschuh oder verlöten hängt auch von den Anschlussflächen ab.
> An einen hohen Widerstand beim Löten mag ich nicht glauben:
> 16qmm auf 16mm Breite und 5mm Tiefe verlötet hat 80qmm
> Verbindungsfläche.

Ich bin mittlerweile wirklich fast versucht zu löten. Dadurch, dass ich 
kein rundes Kabel, sondern eine Flachlitze habe die man gut aufdröseln 
kann, könnte ich die ganze Kontaktfläche über die komplette Länge und 
Breite des Ableiters (35mm*9mm = 315mm²) zum löten nutzen. Ich muss halt 
schauen, dass ich die verzinnung der Kupferadern sauber entferne. Evtl. 
das zusätzlich mit Kupferverbindern verpressen? hmmm....

Die bereits pressverschweißte Seite der Litzen kann ich dann ja zum 
Anschluss an den Regler nehmen.

> Ich weiß echt nicht was du hast... Stromschienen für 1kA musst du
> mindestens mit M12 verschrauben egal ob Kupfer oder Alu.Beim
> Übergangswiderstand kommt es fast nur auf den Druck an.

Wo steht das? Hast du mal nach dem elektrischen Leitwert für die 
Oxidschicht vom Alu nachgeschaut? Spielt bei solchen Verschraubungen die 
Spannung eine Rolle? Wir reden hier immerhin "nur" über 12V :)

Warum ist Induktivität jetzt auf einmal ein "Problem"? :D

Die Leitungen vor dem zusammenbauen schmirgeln empfinde ich ebenfalls 
als eine eher unelegante Lösung. Meine Meinung ist leider immernoch, 
dass Alu sich für solche Leitungen nicht eignet, obwohl das 
Mindergewicht wirklich verführerisch ist im Vergleich zum Kupfer.

VG,
Johannes

: Bearbeitet durch User
von Stephan (Gast)


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Johannes Z. schrieb:
> Genau so ist es. Der Ableiter vom Akku hat 35mm*0.5mm = 17,5mm², also
> möchte ich mit 16-18mm² gerne die Leitung fortführen. Die  Passes dauern
> maximal 2 Sekunden, also sind es für Hin- und Rückpass in der Summe 4
> Sekunden Volllast.

2 x 2 Sekunden ist kurz. Da sollten dann von der Erwärmung her auch 
12-14qmm klappen.

Der Spannungsabfall ist dann aber doch noch so ne Sache ... (dein Video 
hab ich erst jetzt angesehen)
Zwischen den Messpunkten bist du weitgehend konstant auf 
Max.-Geschwindigkeit, oder?

Beschleunigungsarbeit fällt dann keine mehr an und der Gewichtsvorteil 
schrumpft. 1% weniger Spannung bedeutet ja letztenendes 1% geringere 
"Strahlgeschwindigkeit".

Je nachdem wie nahe der "Air-Speed" an der "Strahlgeschwindigkeit" liegt 
wird die Spannung wichtiger sein als das Gewicht.
Vom Gefühl her tippe ich auf "1% mehr Spannung bei 2% mehr Gewicht" 
könnte passen.
Das wären dann wieder die 16-20qmm.

Der Strom liegt auch während der 100m-Messphase bei Max., richtig?
Ansonsten wäre der Spannungsabfall nicht mehr so relevant, aber 
eigentlich eine steilere Schraube angesagt.

Das ganze ließe sich natürlich durch minimal andere Schrauben oder 
Motoren hinoptimieren, die sind aber meistens grad nicht zur Hand..

Stephan schrieb:
> Der Kabelschuh hat ja gerne noch eine 2. Kontaktfläche zum
> Anschlussterminal.

Hab mal noch nachgesehen. 16qmm-Presskabelschuh hat zum Terminal und zum 
Kabel gerne >100qmm Kontaktfläche. Das ist schon solide.
2 Kabelschuhe davon wiegen aber auch 16 Gramm.

Johannes Z. schrieb:
> Was genau meinst du mit "Optimierung der Induktivität"?

Ich weiß, dass du jetzt ein neues Setup hast, gehe aber hilfsweise vom 
letzten Setup aus.

Ganz allgemein: Jedes Kabel sträubt sich gegen schnelle Stromänderung. 
Stromänderungen verursachen dadurch kurze Spannungseinbrüche und 
Spannungsspitzen.
Das ESC produziert aber laufend solche Stromänderungen.
Die 4 Kondensatoren am MGM280 helfen bei 400A reichlich wenig dagegen.

Faustregel sind 6-10nH/cm für die Induktivität. Bei 16cm wären das 
100-160nH.
Bei Stromänderung von 0A auf 400A wäre das für 40-60µs 1V 
Spannungsverlust.

Der Motor LMT1920/5 in Sternschaltung ist mit 4335kV angegeben. Wären 
bei 10V gut 40.000rpm oder 2000 Kommutierungen pro Sekunde (mit 
potentieller Stromänderung von max. auf 0 und zurück).
Macht rund 10% der Zeit für die 1V fehlt, oder im Mittel 1% 
Spannungssverlust.

Der Strom wird sich nicht ganz so extrem ändern, aber einen Check wäre 
es meines Erachtens wert.

Auf die Schnelle lässt sich da allerdings wenig ändern.
Außer: den Leiter möglichst breit machen und möglichst eng an den 
Akkupack (=Rückleiter) und so kurz wie möglich. Gerne auch mehrere 
Leiter räumlich verteilt, hat etwa den gleichen Effekt wie ein breiter 
dünner Leiter.
Das gleiche gilt für die Zuleitung zum Motor: möglichst eng und kurz. 
Bei längeren Distanzen mehrere Adern (Kupferlackdraht), die Phasen 
sauber durchmischt.
Wenn Hin- und Rückleiter unmittelbar nebeneinander liegen hebt sich die 
Induktivität weitgehend auf. Je enger und feiner das passiert umso 
besser.

Längerfristig:
Das MGM280 ist für 2-6s.
Die 6s brauchst du mit der lausigen Versorgung und den extremen Strömen 
vmtl. auch, weil sonst die FETs durch die Spannungsspitzen beim 
Abschalten sterben.
Mit weniger Induktivität, oder auch besser abgepufferter Versorgung des 
ESC könnten vmtl. FETs mit niedrigerer Spannung eingesetzt werden. Die 
haben dann idR. weniger Widerstand und Umschaltverluste bei gleicher 
Baugröße.

Das wäre dann entweder ein leichteres ESC oder ein ESC mit weniger 
Spannungsabfall.
Das ESC muss dann halt auch wieder geben ...

Sind natürlich viele Wenns und Abers, geben aber vielleicht auch Ideen.


Ansonsten:

Nutzt du eigentlich die Wasserkühlung des ESC? Ggf.: bringt die was?
Evtl. lieber durch einen direkter angebundenen massiven Block aus Alu 
(hohe Wärmekapazität) ersetzen. Alu mit Mikro-Einlagerungen von Wasser 
oder noch besser Wasserstoff unter hohem Druck wäre natürlich noch 
besser. Ob es sowas gibt: keine Ahnung.
Für 2 Sekunden bring WaKü vmtl wenig.

Beim ESC sehe ich den größten für mich noch "einfachen" 
Optimierungsspielraum. Zumindest in der Theorie ...
Die Auslegung auf 2 Sekunden ist schon sehr exotisch. Die 
Kühlanforderungen sind damit ganz anders als bei Durchschnittsmodellen.
Evtl. ist auch der Teillastbereich völlig irrelevant.

Wie fährt man das Boot im Wettkampf? Etwa so?
- auf Startposition mit geringer Leistung
- sofort Vollgas
- Ziel
- 0-Gas
- Wenden / Zurück mit geringer Leistung
Oder läuft das Beschleunigen zwar schnell aber doch kontinuierlich / 
gesteuert ab? Je nachdem könnte das ESC ziemlich dumm sein und eine 
Eigenentwicklung lohnen.

Leitungen/ESC mit Petroleum (Wärmekapazität/kg > Faktor 5 gegenüber 
Kupfer) bepinseln.

Dann wären da noch die Option Money+Time:
- mehrere Motoren / Schrauben (Fertigungstoleranzen)
- viele Testläufe
- die am Besten passende nehmen

und die Option Risk:
- Luftspalte im Motor reduzieren
- Kühler minimieren/weglassen
- ...

Stephan

von Thomas O. (kosmos)


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vielleicht könnte man die 2 Stromschienen als tragendes Teil verwenden 
so das dafür an einer anderen Stelle Gewicht wegfällt.

von Hans (Gast)


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Johannes Z. schrieb:
>> Ich weiß echt nicht was du hast... Stromschienen für 1kA musst du
>> mindestens mit M12 verschrauben egal ob Kupfer oder Alu.Beim
>> Übergangswiderstand kommt es fast nur auf den Druck an.
>
> Wo steht das? Hast du mal nach dem elektrischen Leitwert für die
> Oxidschicht vom Alu nachgeschaut? Spielt bei solchen Verschraubungen die
> Spannung eine Rolle? Wir reden hier immerhin "nur" über 12V :)

war garnicht leicht sowas "öffentlich" zu finden...


http://admin.copperalliance.eu/docs/librariesprovider5/pub-22-copper-for-busbars/section-6-0-jointing-of-copper.pdf?sfvrsn=2


Sagen wir mal 8x8mm kontaktfläche und wir möchten auf diesen 64mm² 
0.0156mOhm haben (ca 1/10tel vom leiter und gibt gleich schönere 
zahlen).

Also müssten wir auf 1000µOhm pro 1mm² kommen.

das wären dann so etwa 30N/mm2 also etwa 2kN.. das wäre so mit M3 oder 
M4 machbar.


Du wärst aber mit 8mm ziemlich unterdimensioniert für einen 
Dauerstrom...

Laut 
http://www02.abb.com/global/atabb/atabb104.nsf/0/d91e3223a329c892c125782c00534a62/$file/10_sammelschienen_info.pdf 
wären für 1kA so um die 50x10 Stromschienen von nöten.

Also rechnen wir das mal mit 2500mm² statt 64mm², dann müssten da 75kN 
einwirken um ähnlich nahe am "optimum" zu sein. Laut online Rechner 
schafft M12 gerade mal 38kN...

Das ist jetzt ziemlich verkürzt und krude gerechnet... von der 
Größenordnung her sollte es aber stimmen.

Gold ist übrgeins ein schlechterer Leiter als Kupfer. nicht zu vergoldet 
sollte daher auch besser sein...

Im übrigen... geh mit der Spannung rauf... Ohm'sche Verluste sinken 
quadratisch  mit höherer Spannung. Also bei 14.4V (+20%) hättest schon 
um ca 1/3tel weniger Verluste.

73

von Christian B. (luckyfu)


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Hans schrieb:
> Gold ist übrgeins ein schlechterer Leiter als Kupfer. nicht zu vergoldet
> sollte daher auch besser sein...

Dabei darf man aber die viel dickere Schicht (normalerweise einstelliger 
µm Bereich) (im Vergleich zum Gold (einige 100nm - 1µm)) Nickel zwischen 
Gold und Kupfer nicht vergessen. Das erhöht den Gesamtwiderstand 
nochmals. Gold ohne Nickel geht nicht, da sonst das Gold ins Kupfer 
diffundieren würde und nichts mehr nützt.

von Ich (Gast)


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Nur am Rande: Die meisten Alu-Sorten lassen sich galvanisch vernickeln. 
Dünn (einstellige Mikrometer), ist für dauerhaft leitfähige Gehäuse in 
der HF-Technik gebräuchlich. Darauf kann man bei Bedarf sicher auch noch 
weitere Schichten auftragen.

Spannendes Thema, ich hatte 2001 zum letzten Mal damit zu tun, ein 
Kommilitone hatte solche Boote gebaut. Damals war NiMH angesagt ;-)

von Ich (Gast)


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@Christian: Direct Immersion Gold ist das Stichwort, Gold direkt auf 
Kupfer. Muss ja nicht lange halten ;-)

von Petra (Gast)


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Gegen Spannungseinbrüche durch die Leitungsinduktivität helfen 
sogenannte DC Link Kondensatoren, wie sie auch bei E-Fahrzeugen 
eingebaut werden. Das sind bipolare Folienkondensatoren. Ich bin kein 
Bauteilexperte, aber wenn man die üblichen Elkos am ESC gegen solche 
schnellen Kondensatoren austauscht oder ergänzt, ist die Spannungslage 
am ESC bei den schaltenden FETs sicherlich stabiler. Ist halt eine 
Gewichts und Platzfrage.

von Ryven (Gast)


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Wenn ich mir den Flitzer ansehe, kann Kupfer wegen dem Gewicht trotzdem 
gut sein. Damit eine gewisse Last am Kopf ist.
Was auch gut geht, ist 0,1er Kupferfolie aufeinander legen, die lässt 
sich gut mit der Schere schneiden und formen.
Theorethisch könntest du die auch in die Außenwand einlaminieren.
Bei meinen E-Auto sind da für 150A auch nur 1 x M4 oder M5 welche die 
Alufahne klemmt.

von Johannes Z. (jo_nny)


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Hallo Allerseits,

Ich sehe schon, ich bin euch ein paar mehr Daten schuldig. Ich habe mal 
die Messwerte für Strom, Spannung, Drehzahl und Temperatur des 1. Passes 
(auch auf dem Video zu sehen) angehängt, damit ihr euch mal einen 
Überblick verschaffen könnt. Der extreme Spannungseinbruch bei einem 
Messpunkt führe ich auf eine Fehlmessung des Reglers zurück. Schön zu 
sehen ist auch der kleine "Hopser" im Video, welcher sich in Drehzahl 
und Strom sofort bemerkbar gemacht hat.
Die Temperatur steigt kontinuierlich an und lag nach der ersten Geraden 
bei über 60°C. Nach dem 2. Pass war bei 85°C Schluss, der Motor hatte 
noch mehr.

Stephan schrieb:
> Zwischen den Messpunkten bist du weitgehend konstant auf
> Max.-Geschwindigkeit, oder?

> Wie fährt man das Boot im Wettkampf? Etwa so?
> - auf Startposition mit geringer Leistung
> - sofort Vollgas
> - Ziel
> - 0-Gas
> - Wenden / Zurück mit geringer Leistung
> Oder läuft das Beschleunigen zwar schnell aber doch kontinuierlich /
> gesteuert ab? Je nachdem könnte das ESC ziemlich dumm sein und eine
> Eigenentwicklung lohnen.

Ich merke langsam, dass du mich verstanden hast, Stephan ^^
Natürlich muss die Beschleunigung zur Anlauflänge der Messstrecke 
passen. Wir haben schon eine 700m-Strecke, davon 100m Messstrecke. Macht 
jeweils links und rechts 300m An- und Auslauf. Das wirkt viel, die muss 
man aber auch komplett ausnutzen. Ist alles perfekt, ist man vor dem 
Eintritt in die Lichtschranke auf max. Speed und lässt genau nach dem 
Austritt die Finger vom Gas. Daher darf die Beschleunigung nicht ewig 
andauern, was mit steileren Propellern der Fall wäre. Insgesamt ist es 
ein Ritt auf der Messerspitze.

Du kannst dich da gut an dem Video orientieren:
- Rausfahren mit 1/4-1/3 Gas
- Drehen
- Sanft Beschleunigen
- Vollgas
- Auslaufen lassen (Strom geht auf annähernd 0)
- Pause 30-45sec. für Akkuregeneration
- Drehen
- 2. Pass
- Heimfahren

Im ESC habe ich schon eine Anlaufzeit von 1.5sec programmieren müssen, 
damit er nicht abschaltet. Der ESC hat (leider) diverse 
Sicherheitsfunktionen, die den Regler bspw. vor Überlastung oder 
Übertemperatur schützen. Durch diese ganzen Regelvorgänge wird der 
Regler unglaublich heiß, geht aber gott sei dank nicht kaputt (haha).
Wie ich bereits sagte, wird der Regler ausgetauscht, aber dazu in einem 
Zitat von dir gleich mehr.

> Je nachdem wie nahe der "Air-Speed" an der "Strahlgeschwindigkeit" liegt
> wird die Spannung wichtiger sein als das Gewicht.
> Vom Gefühl her tippe ich auf "1% mehr Spannung bei 2% mehr Gewicht"
> könnte passen.
> Das wären dann wieder die 16-20qmm.

Der Gesamtwirkungsgrad vom Boot liegt bei 91%, was überdurchschnittlich 
hoch ist. Die Strahlgeschwindigkeit kann man sich errechnen:

(P x D x upm x 0,6):10
Wobei "P" für Pitch (Steigung) und "D" für Diameter des Propellers 
steht. Das ganze mit meinen Daten eingesetzt bedeutet:

(1.9 x 37 x 58000 x 0,6):10 = ~244 km/h

Tatsächlich gefahren bin ich durch eine 100m Messschranke 219km/h, wobei 
ich denke, dass der Flat-Out etwa 2-3km/h höher liegt.

> Der Motor LMT1920/5 in Sternschaltung ist mit 4335kV angegeben. Wären
> bei 10V gut 40.000rpm oder 2000 Kommutierungen pro Sekunde (mit
> potentieller Stromänderung von max. auf 0 und zurück).
> Macht rund 10% der Zeit für die 1V fehlt, oder im Mittel 1%
> Spannungssverlust.

Wenn du Dreieck-Schaltung draus machst, sind wir wieder im Geschäft ;)
Ich warne aber davor, die falschen Daten zu vergleichen. Mit dem 1920 
sind niemals 400A möglich. Für rechnungen mit dem 1920 müsstest du die 
Daten im Anhang nehmen.
Der neue Motor ist ein LMT 1930/3, ebenfalls im Dreieck. Hier darf gerne 
mit 400-450A gerechnet werden.

> Auf die Schnelle lässt sich da allerdings wenig ändern.
> Außer: den Leiter möglichst breit machen und möglichst eng an den
> Akkupack (=Rückleiter) und so kurz wie möglich. Gerne auch mehrere
> Leiter räumlich verteilt, hat etwa den gleichen Effekt wie ein breiter
> dünner Leiter.
> Das gleiche gilt für die Zuleitung zum Motor: möglichst eng und kurz.
> Bei längeren Distanzen mehrere Adern (Kupferlackdraht), die Phasen
> sauber durchmischt.
> Wenn Hin- und Rückleiter unmittelbar nebeneinander liegen hebt sich die
> Induktivität weitgehend auf. Je enger und feiner das passiert umso
> besser.

Danke dir für die Erklärung mit der Induktivität. Als Laie ausgedrückt 
bedeutet es einfach einen materialabhängigen Spannungsverlust bei 
Stromimpulsen, oder?


> Die 6s brauchst du mit der lausigen Versorgung und den extremen Strömen
> vmtl. auch, weil sonst die FETs durch die Spannungsspitzen beim
> Abschalten sterben.
> Mit weniger Induktivität, oder auch besser abgepufferter Versorgung des
> ESC könnten vmtl. FETs mit niedrigerer Spannung eingesetzt werden. Die
> haben dann idR. weniger Widerstand und Umschaltverluste bei gleicher
> Baugröße.

Auch der MGM findet seinen Weg nicht in das neue Boot. Wie bereits 
erwähnt, schaltet der vorher zurück (ich glaube es waren 320A, kommt 
aber auch auf die Spannung an). Das macht natürlich den Pass kaputt, 
daher = schlecht.

> Je nachdem könnte das ESC ziemlich dumm sein und eine
> Eigenentwicklung lohnen.

Du sprichst da etwas an, womit ich mich seit langem auseinandersetze. 
Aber als absoluter Elektronik-Noob steige ich da wirklich nicht durch. 
Ein Controller besteht ja aus 2 Teilen, Steuer- und Leistungsteil. 
Normalerweise müsste es doch eigentlich recht einfach sein, ein eigenes 
Leistungsteil zu bauen? Wenn ich mir die Leistungsteile von einigen 
ESC´s anschaue, ist da nicht viel drauf: Gate-Vorwiderstände, Dioden (?) 
und natürlich die FET´s. Ich weiß, dass die stärke der Treiber auf der 
Steuerplatine vorgibt, wie "groß" die FET´s sein dürfen.
Kann man das berechnen?
Ich habe hier ein Leistungsteil liegen, den ich mal umbauen wollte. Die 
Treiber haben ganze 4A, das ist ordentlich. Bis jetzt habe ich nur 
welche gehabt mit 1-2A.

Ich wollte entweder einen zweiten Leistungsteil durch verlängern der 
Pins anlöten, oder bei einem Leistungsteil die Motor- und Akkuleitungen 
durch massive Kupfereiter ersetzen (sh. Anhang, da noch mit Muster). 
Könnte sowas funktionieren?
Laut meinen Beobachtungen sind die FET´s folgendermaßen angeordnet 
(einfach dargestellt):
Minus - Source (FET) Drain - Motorleitung - Source (FET) Drain - Plus
Somit könnte man die Motorleitung doch immer zwischen Source und Drain 
der jeweiligen FET-Paare direkt verbinden, oder?
Ist jetzt ein wenig Off-Topic, vielleicht starte ich dazu einen neuen 
Thread ^^


> Das wäre dann entweder ein leichteres ESC oder ein ESC mit weniger
> Spannungsabfall.
> Das ESC muss dann halt auch wieder geben ...

Den ESC wollte jemand sehr Bekanntes seit mitte Mai für mich bauen, er 
wird aber wahrscheinlich dafür keine Zeit haben. Ich bleibe trotzdem 
optimistisch. Ansonsten können wir gerne etwas entwickeln für die 
Leistungen :)


> Nutzt du eigentlich die Wasserkühlung des ESC? Ggf.: bringt die was?
> Evtl. lieber durch einen direkter angebundenen massiven Block aus Alu
> (hohe Wärmekapazität) ersetzen. Alu mit Mikro-Einlagerungen von Wasser
> oder noch besser Wasserstoff unter hohem Druck wäre natürlich noch
> besser. Ob es sowas gibt: keine Ahnung.
> Für 2 Sekunden bring WaKü vmtl wenig.

Wie ich bereits sagte: Wir verstehen uns langsam ^^
Die Idee mit dem Alublock hatte ich auch. das Problem beim MGM ist die 
anordnung der Leistungsplatinen. Davon gibt es insgesamt 4 übereinander, 
aber nur die Aussenliegenden werden gekühlt. Ich müsste versuchen 
zwischen den Platinen einen Kühlkörper zu bekommen und aussen ebenfalls 
eine große, ummantelnde Kühlplatte zu montieren. Das habe ich aber 
definitiv vor (Wärmekapazität!)

Manche bauen sich eine Wasserpumpe in das Boot, damit man während der 
Pause die Komponenten im Stillstand wieder auf Normaltemperatur 
herunterbringen kann. Mir ist das ehrlich gesagt zu viel Gewicht.


> Dann wären da noch die Option Money+Time:
> - mehrere Motoren / Schrauben (Fertigungstoleranzen)
> - viele Testläufe
> - die am Besten passende nehmen

Doppelte Leistung -> Doppeltes Gewicht.
Viele Testläufe ist einfach gesagt. Also ich hab keinen See in der Nähe, 
wo man mal eben 200+ km/h fahren kann/darf.

> und die Option Risk:
> - Luftspalte im Motor reduzieren
> - Kühler minimieren/weglassen

Die LMT´s sind schon extrem gute Motoren. Nicht umsonst ist Lehner in 
solchen belangen führend am Markt die seit Jahren Rekorde brechen.


Puh, was ein Beitrag.

VG,
Johannes

von Johannes Z. (jo_nny)


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Ich hab nochmal das Bild mit dem angedachten, umgebauten ESC angehängt. 
Die FET´s können laut ihrem Datenblatt bis zu 400A Dauer bei 25°C. Sie 
sollten also über die Kupferbahnen und einen großen Alu-Kühlkörper 
reichlich Wärme angeben können. Bitte sagt mir, das ich nicht komplett 
daneben liege :D


Hallo Hans,

ich weiß noch nicht so recht, warum du 1kA als Referenz nimmst? Wir 
liegen doch mit 400-450A sogar noch unter der Hälfte? Für 1000A 
benötigst du noch ganz andere Sachen :)


Wie in einem Bild bereits von mir Dargestellt, kann man sich einen 
Überblick über die Rumpfgeometrie machen. Der Aufwand und das Gewicht 
verringert sich bestimmt nicht, wenn man versucht da die Leiterbahnen 
als tragende Teile zu verwenden oder in den Rumpf zu laminieren.
Der Rumpf besteht aus reiner Kohlefaser, alleine das Mittelteil ohne 
Streben und Schwimmer wiegt grade mal 67g bei 73cm Länge und 11cm 
Breite.
Und wie Stephan bereits geschrieben hat: durch die Induktivität sollten 
die Leitungen nah beieinander, was ich vollstens nachvollziehen kann und 
unterstütze!

BTW. Glaube ich schon dass das Gewicht entscheidend zur Geschwindigkeit 
beiträgt. 2016 hatte ich dasselbe Setup in dem gleichen Rumpf, nur die 
Aerodynamik der Schwimmer war anders. Das Gewicht betrug damals fast 
1,8kg, Geschwindigkeit war AVG 168km/h mit 3 Zellen.
Natürlich spielen da eine Menge anderer Faktoren auch eine Rolle 
(Erfahrung beim Aufbau, Optimierung etc.), aber durch die Erhöhung des 
Leistungsgewichts durch die Gewichteinsparung von 600g konnte ich fast 
50km/h drauf legen. Das neue Projekt hat einen leichteren Rumpf, dafür 
einen größeren Motor, schwerere Leitungen und ein größeres ESC. Ich 
möchte nicht über 1300g kommen, sonst passt mein errechnetes 
Leistungsgewicht nicht mehr.

Das Boot soll mit den neuen Komponenten übrigends die 150mph (= 244km/h) 
knacken, so die Theorie :)

Grüße,
Johannes

von Stephan (Gast)


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Johannes Z. schrieb:
> Ich merke langsam, dass du mich verstanden hast, Stephan
Freut mich ;)

Johannes Z. schrieb:
> Im ESC habe ich schon eine Anlaufzeit von 1.5sec programmieren müssen
Also zügiges kontinuierliches Hochfahren. Damit ist der Teillastbereich 
des ESC doch relevant.

Johannes Z. schrieb:
> Der ESC hat (leider) diverse
> Sicherheitsfunktionen, die den Regler bspw. vor Überlastung oder
> Übertemperatur schützen. Durch diese ganzen Regelvorgänge wird der
> Regler unglaublich heiß, geht aber gott sei dank nicht kaputt (haha).
Macht sicher Sinn. Vor allem wenn das Budget nicht unbegrenzt ist.
Da gäbe es sicher Optimierungsspielraum. Ohne Herstellerunterstützung 
fängt man da aber nahe bei 0 an.

Johannes Z. schrieb:
> (1.9 x 37 x 58000 x 0,6):10 = ~244 km/h
>
> Tatsächlich gefahren bin ich durch eine 100m Messschranke 219km/h, wobei
> ich denke, dass der Flat-Out etwa 2-3km/h höher liegt.
Nur 10% "Schlupf". Deutlich weniger als gedacht.
Dann die Leitungen lieber etwas dicker auf Kosten des Gewichts.
Hängt aber ganz gewaltig von der Feinabstimmung ab: Ist die Schraube 
steiler / die Motordrehzahl höher als das Optimum (sprich: auch im 
Messfenster wird noch signifikant beschleunigt) ist eher das Gewicht 
relevant als die Spannung.
Wird die Endgeschwindigkeit schon signifikant vor dem Messfenster 
erreicht, dann hat die Spannung Prio.

Johannes Z. schrieb:
> Als Laie ausgedrückt
> bedeutet es einfach einen materialabhängigen Spannungsverlust bei
> Stromimpulsen, oder?
Nicht materialabhängig. Hängt nur von der Geometrie 
(Länge/Breite/Dicke/Abstand) ab.

Johannes Z. schrieb:
> Ich wollte entweder einen zweiten Leistungsteil durch verlängern der
> Pins anlöten, oder bei einem Leistungsteil die Motor- und Akkuleitungen
> durch massive Kupfereiter ersetzen (sh. Anhang, da noch mit Muster).
> Könnte sowas funktionieren?
Keinen 2. Leistungsteil!
Im Teillastbereich wird 1 Motorstrang permanent im schnellen Wechsel mit 
+ und - verbunden. Wenn das Timing der 2 Leistungsteile nicht sehr exakt 
passt verbindet Teil A die Motorwicklung noch mit +, Teil B die Wicklung 
schon mit -.
Gibt nen satten Rummms.

Johannes Z. schrieb:
> Ich hab nochmal das Bild mit dem angedachten, umgebauten ESC angehängt.
> Die FET´s können laut ihrem Datenblatt bis zu 400A Dauer bei 25°C. Sie
> sollten also über die Kupferbahnen und einen großen Alu-Kühlkörper
> reichlich Wärme angeben können. Bitte sagt mir, das ich nicht komplett
> daneben liege :D
In deinen Bildern scheint mir viel mit Zinn rumgeklebt zu sein.
Da sollten besser Kupferdrähte aufgelötet werden. Zinn leitet eher 
schlecht, hat aber viel Gewicht. Auch die Anbindung des Kupferdrahts 
muss nicht unter einem Zinnberg liegen. Der meiste Strom wird durch die 
zwar schmale aber sehr kurze Fläche direkt unter dem "Verstärkunsdraht" 
ins Kupfer schlüpfen. Der breite aber sehr lange Weg durch den Zinnberg 
bringt wenig.

Was sind das für FETs? Kanns nicht richtig erkennen.
IRFS3004 wären eher nichts.

Johannes Z. schrieb:
> Doppelte Leistung -> Doppeltes Gewicht.
> Viele Testläufe ist einfach gesagt. Also ich hab keinen See in der Nähe,
> wo man mal eben 200+ km/h fahren kann/darf.
Verstehe ich.
Ich hatte allerdings nicht mehrere Motoren gleichzeitig im Boot gemeint.
Sondern den nach Fertigungstoleranzen am Besten passenden Motor 
aussuchen. Die Leerlaufdrehzahl streut ja um ein paar Prozent.

Es gilt das gleiche wie bei der Spannung oben. Max-Geschwindigkeit vor 
dem Messfenster erreicht: Drehzahl etwas hoch.
Das ganze natürlich immer im Zusammenspiel mit Strom/Temperaturen: Ist 
die Leerlaufdrehzahl höher laufen Motor / ESC länger im Teillastbereich 
mit höheren Verlusten. Das erhöht die Erwärmung und damit auch den 
Widerstand und reduziert nachfolgend wiederum die Performance im 
Messfenster.
Sonst wärs ja einfach und man könnte einfach pauschal einen Motor mit 
doppelter Drehzahl einbauen ;)

Alternativ: Bei Lehner anfragen ob die einen Motor mit z.B. 
handverlesenen Magneten bauen. Die Motordrehzahl also genau auf das 
Optimum hintrimmen.
Die optimale Drehzahl zu ermitteln ist dann nochmal was anderes. Da 
spielt ja sogar noch die Dichte des Wassers je nach Temperatur eine 
Rolle.

von Johannes Z. (jo_nny)


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Hi Stephan,

> Nur 10% "Schlupf". Deutlich weniger als gedacht.
> Dann die Leitungen lieber etwas dicker auf Kosten des Gewichts.

Ich behaupte, der geringe Schlupf kommt durch das geringe Gewicht, 
einfach wegen Masseträgheit. Das ist eigentlich der große Nachteil bei 
der 100m Messung: Am Anfang kann der Schlupf (und somit proportional 
auch der Speed) 12% betragen, am Ende der Strecke 8%. Schnitt: 10%, und 
keiner weiß es ;)
Ich werde Die Leitungen legen wie auf dem Bild, nah beieinander und "auf 
dem Akku".

Das Problem ist einfach: Es gibt keine Propeller mit mehr Steigung. 
Alles andere wäre eine Eigenentwicklung. Ich habe zwar Gießereimodellbau 
gelernt und weiß da so ungefähr Bescheid, aber die Kosten will keiner 
tragen.

> Keinen 2. Leistungsteil!
> Im Teillastbereich wird 1 Motorstrang permanent im schnellen Wechsel mit
> + und - verbunden. Wenn das Timing der 2 Leistungsteile nicht sehr exakt
> passt verbindet Teil A die Motorwicklung noch mit +, Teil B die Wicklung
> schon mit -.
> Gibt nen satten Rummms.

Das klingt einleuchtend. Es gibt aber ESC Umbauten auf Basis diverser 
Steuerteile "billiger" Controller. Gehen tut das, die Frage ist, wie man 
ermittelt mit welchen Steuerteil es geht und mit welchem nicht. Bisher 
war unter den "Normalo´s" immer nur die Rede von kräftigen Treibern, 
aber dazu findet man absolut nichts zum lesen.

> In deinen Bildern scheint mir viel mit Zinn rumgeklebt zu sein.

Sogar sehr viel. Die Chinesen haben wohl mehr Lötzinn und 
Messingvorkommen als wir :D
Es ist nur ein Versuch gewesen, damit ich diese doofen Leistungsteile 
verstehe. Ist denn die Reihenfolge in meinem Post richtig gewesen?
Ich hab das meiste Lötzinn schon weggenommen, da ich die Kupferteile 
direkt auflöten wollte. Auf den Bildern habe ich erstmal nur entfernt, 
addieren traue ich mich noch nicht.
Gut erkannt! Es sind die IRFS3004. Was ist an denen verkehrt? Die 
Schaltzeiten und Ri´s machten erstmal einen guten Eindruck.


> Es gilt das gleiche wie bei der Spannung oben. Max-Geschwindigkeit vor
> dem Messfenster erreicht: Drehzahl etwas hoch.

Das lässt sich wie gesagt sehr schwer ermitteln. Dieses Jahr wollen 
unsere "Spezi´s" eine Doppel-Lichtschranke aufbauen, um nicht nur 
Messredundanzen zu egalisieren, sondern auch Ein- und 
Ausfahrgeschwindigkeiten zu erfassen, was natürlich in dem Zusammenhang 
unglaublich interessant wäre.

Ansonsten kann man auch mit dem Motortiming des Controllers hochgehen. 
Die 2-Poler LMT reagieren da sehr empfindlich mit Drehzahländeungen nach 
oben, verlieren aber deutlich an Wirkungsgrad.

Wir sind ganz schön vom Thema abgekommen. Aluminium als Leitermaterial 
fällt wegen dem unhandlich hohen Aufwand, die Leitfähigkeit zu erhalten 
weg. Also bleibt mir nur eine Leiterbahn aus Kupfer mit dem Ableiter zu 
verschrauben oder die Flachlitzen großflächig mit wenig Lötzinn 
aufzulöten und mit Kupferplättchen (Oder Alu, wegen Wärmekapazität) zu 
verpressen.

Wenn ihr mir versichern könnt, dass eine derartige Verlötung bis 450A 
kein Problem darstellt, bin ich schon beruhigt :D

VG,
Johannes

von Stephan (Gast)


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Johannes Z. schrieb:
>> Keinen 2. Leistungsteil!
>> Im Teillastbereich wird 1 Motorstrang permanent im schnellen Wechsel mit
>> + und - verbunden. Wenn das Timing der 2 Leistungsteile nicht sehr exakt
>> passt verbindet Teil A die Motorwicklung noch mit +, Teil B die Wicklung
>> schon mit -.
>> Gibt nen satten Rummms.
>
> Das klingt einleuchtend. Es gibt aber ESC Umbauten auf Basis diverser
> Steuerteile "billiger" Controller. Gehen tut das, die Frage ist, wie man
> ermittelt mit welchen Steuerteil es geht und mit welchem nicht. Bisher
> war unter den "Normalo´s" immer nur die Rede von kräftigen Treibern,
> aber dazu findet man absolut nichts zum lesen.

Das hängt letztenendes vom ESC-Design ab.
Bei "irgendwie zusammengeklebt geht" es vermutlich. Da sind dann die 
Reserven (hoffentlich) so konservativ gewählt, dass auch mit extremen 
Toleranzen nichts passiert. Einfach noch nen Kühlkörper drauf und 
fertig.
Bei einem guten Gerät ist das ganze aber so abgestimmt, dass möglichst 
wenig Verluste auftreten. Da wirds dann hakelig.

Im Teillastbereich ist üblicherweise eine Phase fest mit Masse verbunden 
und die zweite Phase wird abwechselnd mit + und - verbunden. (die 
aktiven Phasen wechseln natürlich mit dem Drehfeld)

Jetzt kann man auf das Verbinden der 2. Phase mit - ganz verzichten. 
dann fließt der Strom trotzdem über die integrierte Diode des unteren 
Transistors.
Funktioniert, über der integrierten Diode fällt aber typisch 1V ab und 
das heizt den FET auf.

Standard ist die Diode nur kurz zu verwenden (µs) und dann den unteren 
FET einzuschalten. Dann ist der hohe Spannungsabfall an der Diode nur 
kurze Zeit relevant.

Je besser/teurer das ESC, desto genauer lohnt sich dann auch die 
Feinabstimmung. Da ist dann evtl. die Totzeit im Treiber festgelegt und 
auf die  FETs abgestimmt. Liegt dann optimalerweise nur < 300ns.

Bei einem engen Timing eine getrennte 2. Leistungsstufe dranzubauen 
funktioniert nicht. (Induktivitäten, andere Einschaltspannungen, ...)
Einen 2. identischen FET draufzulöten (hinter dem vorhandenen 
Gatewiderstand) wird in der Regel funktionieren.

Johannes Z. schrieb:
> Gut erkannt! Es sind die IRFS3004. Was ist an denen verkehrt? Die
> Schaltzeiten und Ri´s machten erstmal einen guten Eindruck.

In der Hauptsache der hohe Innenwiderstand. Und auch die niedrige 
"Avalanche Energy" (=Empfindlichkeit bei Überspannungen).

IPT004 hat z.B. nur den halben Widerstand, 3-fache "Avalanche Energy" 
und ist weit schneller. Ist aber auch nicht so ganz einfach zu verbauen. 
Die modernen Teile lassen sich mit Hausmitteln kaum noch verwenden ...

Mit identischer Bauform wie der IRFS3004 gibt es aber auch einige 
Alternativen.
Der IRFS3004 kann übrigens nur 240A Strom dauerhaft.

Da wäre dann auch noch abzuwägen welche PWM-Frequenz das Optimum ergibt. 
Das hängt auch wieder von den Charakteristika von Motor/FETs/Treiber ab.
Für den ja demnächst anstehenden Wettbewerb wird sich am ESC aber nichts 
mehr machen lassen.
Die vorhandenen Einstellmöglichkeiten solltest du aber austesten.
Auch das Timing. Ich hab keine Ahnung was diese ominösen 15° bedeuten.

von Johannes Z. (jo_nny)


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Weitere Beiträge und Fragen zum Thema "ESC" habe ich ein neuen Thread 
erstellt:
Beitrag "BLDC-Controller Modifizieren / Eigenbau?"


Timing bedeutet im Prinzip ein Vorlauf der Schaltimpulse. Bei 15° 
Schaltet das ESC also dann schon die Phase, bevor der Rotor die 
eigentliche Position erreicht. Der Rotor läuft also 15° nach.
Das kann man bis 30° ausreizen, sonst besteht die gefahr der 
"verkommuntierung" des Reglers. Ich kenne ausserdem keinen Fahrer der 
das effektiv nutzen kann und die Wärmeverluste im Motor und Controller 
werden dadurch nicht besser.

Interessant ist das Autotiming. Hier erkennt der Regler die anliegende 
Last des Motors und passt daran das Timing selbstständig an. Das ist vor 
allem in den Rundkurs-Rennen, bei denen es auf maximal effektiven 
Stromverbrauch ankommt, gängige Praxis.

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