Der Kondensator in der Empfängerstromversorgung

Gar nicht teuer - bringt aber viel!

Was macht ein Kondensator überhaupt?
Er speichert in guten Zeiten Strom,* der dann in schlechten Zeiten wieder zur Verfügung steht.
Also eigentlich eine typisch schwäbische Eigenschaft :-)
*Jaja - Ich weiss, dass das elektrische Energie heisst, aber wir sind hier nicht in der Berufsschule ;-)

Wie können wir uns diese Eigenschaft zunutze machen?
Eine Frage, die immer wieder gestellt wird ist:
Warum brauch ich nen Kondensator, wenn mein Akku eine viel höhere Kapazität hat als der besagte Kondensator?
Ganz einfach: Weil mein Akku elektrisch gesehen ganz weit weg ist von meinem Verbraucher.
Und weil er einen ziemlich hohen Innenwiderstend hat und, und und...
Sehen wir uns einmal eine Standard-Stromversorgung in einem einfachen Modell an:
Wir haben einen Akku, einen Empfänger und die Servos. Der "Saft" kommt vom Akku, womöglich noch über ein Schalterkabel mit dünnen Strippen zum Empfänger. Im Empfänger wird er dann über die Parallelschaltung der Servoanschlüsse wieder an alle Servos verteilt.

So sieht's aus

 Stromversorgung ohne Alles (auch ohne Verstand ;-)
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Für einen halbwegs versierten Elektroniker ein grauslicher Anblick.
Die Stromversorgung ist teilweise als Bus ausgelegt und nix wird abgeblockt oder gesiebt.
OK - im Empfänger gibt's nen Kondensator, aber gross ist der net.
Also was ist zu tun?
Als ersten Schritt entfernen wir mal den unseligen Bus aus der Stromversorgung.

Schon besser!

 Stromversorgung ohne Bus
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Der Empfänger und die Servos hängen sternförmig direkt am Akku.
Sollten Störungen in die Stromversorgung eingestreut oder durch Verbraucher erzeugt werden, wird der Akku einen Teil davon selbst heraussieben können. Besser ist es natürlich, das wissen wir vom Strandbesuch mit Kindern, wenn hier jeder sein eigenes "Siebchen" hat.
(Alle Widerstände in dieser und den flgd. Schaltungen stellen lediglich die Innenwiderstände der Bauteile bzw. der Leitungen dar.) Damit kommen wir zum dritten Bild.

Noch besser mit Kondensator!

 Stromversorgung mit Kondensatoren ohne Diode
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Auch hier hängen der Empfänger und die Servos sternförmig direkt am Akku.
Für den Empfänger und die Servos getrennt ist aber noch je ein Kondensator zum Sieben der Versorgungsspannung eingebaut.
Dabei haben diese beiden Kondensatoren durchaus unterschiedliche Aufgaben! Während der 1000er am Empfänger dafür sorgt, dass irgendwelche Schweinereien auf der Stromversorgung unterdrückt werden, bevor sie in den Empfänger gelangen können, versucht der 4700er im Zweig der Servos die Einbrüche und Peeks*, die diese Brüder mit ihren Motoren auf der Versorgungsspannung verusachen, möglichst gleich wieder platt zu machen. Der geringe Leitungswiderstand im Servozweig resultiert aus einem großen Leitungsquerschnitt zwischen dem Akku und dem Sternpunkt mit dem Kondensator, von dem es dann zu den einzelnen Servos geht.(möglichst 2,5mm2)
*Spannungsspitzen, verursacht z.B. von bremsenden Motoren
So einfach kann das Leben manchmal sein ;-) Und weil das Bessere des Guten Feind ist, gibt's auch noch ein viertes Bild:

Ganz gut!

 Stromversorgung mit Kondensatoren und Diode
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Auch hier die gleiche Grundschaltung wie zuvor.
Aber hier liegt im Zweig zum Empfänger auch noch eine Diode. Die sorgt dafür, dass der Empfänger-Kondenstator seinen (in guten Zeiten) mühsam gesammelten Strom nicht wieder rückwärts hergeben muss. Auch wenn es so einem Rabauken von Digitalservo einfallen sollte, mal kurz und kräftig bei der Stromversorgung hinzulangen. Bei neueren "Digital-Anlagen" machen das sogar oft alle Digitalservos gleichzeitig. (Und die Hersteller sind auch noch stolz drauf! Tststs..) Deshalb verkaufen uns besagte Hersteller auch mit wachsender Begeisterung und nicht ganz billig - ja was wohl? Kondensatoren!!

Jetzt aber zu der Frage, welchen Kondensator nehm ich?
Das sollten erstmal sogenannte LOW-ESR-Kondensatoren sein.
Die wurden für hohe Schalt- und Impulslasten konstruiert und werden z.B. in Schaltnetzteilen oder Computer-Motherboards in der Stromversorgung eingesetzt. Hier kommmt es auf einen möglichst geringen Innenwiderstand an. Denn wenn der zu hoch wäre, würde durch die dort auftretenden extremen Schaltspitzen der Kondensator sehr schnell überlastet werden und den Hitzetod sterben. Das droht ihm bei uns zwar nicht, aber sein kleiner Innenwiederstand ist genau das, was wir brauchen.

Nächste Frage: Wo mach ich das Ding hin? Da gibt's nur eine Antwort: Möglichst nah an den jeweiligen Verbraucher! Da gibt's z.B. die Firma G..., die verkauft einen Siebkondensator mit angekrimptem Servotecker sogar rel. preiswert. Der soll an einen freien Servosteckplatz am Empfänger gesteckt werden. Saugute Idee! Wirklich. Aber ausbaufähig. Eine genauso gute Idee von Guntmar Rüb dazugepackt, wird die Sache fast perfekt. Der zieht nämlich alle Stromversorgungs-Pole aus den Servosteckern raus, "dröselt" sie zusammen und verlegt von diesem Punkt aus ein fettes Kabel direkt zum Akku.
Wenn man etwas mehr Platz hat als Guntmar in seinem Wettbewerbs-Geschoss, kann man an dem Sternpunkt, wo alle Servos zusammenlaufen, einen 4700er platzieren.
Das entspräche dann dem Bild 3. Wenn man das Alles noch mit der Akkuweiche, den LIPO-Akkus und dem Brückengleichrichter aus Akkuweiche kombiniert, hat man schon fast eine Powerweiche in klein zusammen.
Aber bitte die Diode im Servo-Zweig groß genug bemessen. (5A-Typ o.ä.) Bei 6-Volt-Servos kann sie aber auch komplett entfallen.
Das sieht dann etwa so aus.

Fast schon perfekt :-)

 Stromversorgung mit Weiche und Kondensatoren
Bild5 vergrössern

...und weil ich schon mal dabei bin:
Noch ein kleines Schmankerl zum Schluss. Dem Empfänger spendieren wir einen Low-Drop-Regler für seine 5V!
Das funktioniert natürlich nur bei Eingansspannungen über 5Volt.
Der Regler mitsamt den Elkos ist kaum grösser als der Brückengleichrichter und die Diode zusammen. Weil wir nur den Empfänger versorgen, muss er auch praktisch keine Leistung verbraten. Die Elkos können hier auch noch kleiner sein (unterer Wert etwa 0,5µF). Fliegend verdrahtet und eingeschrumpft braucht er kaum Platz und der Empfänger arbeitet immer im gleichen Spannungsbereich. Der Innenwiderstand der Leitungen wird hier vom Längsregler weitestgehend kompensiert und kann daher vernachlässigt werden. Deshalb hab ich ihn einfach weggelassen.
Auch hier wieder jede der beiden Einzeldioden auf den Maximalstrom auslegen!
Bei Verwendung von 6V-Servos würde ich wegen des geringeren Spannungsabfalls hier Schottky-Dioden vorschlagen.

...und noch ein Bisschen perfekter :-)

 LowDrop für den Empfänger
Bild6 vergrössern

Wer's gar nicht lassen kann, kann auch noch im Servo-Zweig einen Regler einbauen.
Der ist meiner Meinung nach nicht unbedingt nötig, aber wenn, dann muss er richtig gekühlt werden.
Es werden bei 3A immerhin schon ca. 7W verbraten. Wer heftig an den Knüppeln rührt, z.B. beim Torquen, sollte also einen schön grossen Kühlkörper vorsehen!

...wenns denn sein soll.

 LowDrop für Empfänger und Servos
Bild7 vergrössern

Bei den neuen 2,4 GHz-Anlagen wird das Ganze noch einen Zacken schärfer. Während ein analoges Empfangs-System nach einem kurzen Spannungseinbruch sofort wieder "fit" ist, kackt im 2,4GHz-Empfänger erst mal der Rechner ab! Vornehm ausgedrückt: Er wird neu gestartet ;-)
Nach diesem Neustart wird erst mal wieder gebunden, synchronisiert und was weiß ich noch. Das kann dauern!
Mancher Aussetzer, der auf schlechten Empfang "geschoben" wird, kommt mit Sicherheit von einem, wenn auch noch so kurzen, Spannungseinbruch. Nochwas - das hier soll nicht die meist wirklich guten, aber auch teuren und großen Powerweichen etc. ersetzen.
Aber für kleine bis mittlere Modelle sind die halt doch leicht überdimensioniert ;-)
Die Werte der Kondensatoren sind übrigens nur Richtwerte. Grösser dürfen sie natürlich sein. Eine Parallelschaltung von mehreren kleinen ist auch im Handel, sie soll den Innenwiderstand zusätzlich reduzieren. Wenn man mal nachrechnet bringts beim rein Ohmschen Wert nicht allzu viel. Weil die Dinger aber auch noch einen induktiven Anteil besitzen, und dieser bei besagter Parallelschaltung auch erheblich reduziert wird, gibts trotzdem auch hier wieder einen Pluspunkt. Also, wenn der Platz reicht, schaden kanns auf keinen Fall! Allmählich füllen sich die Foren mit Beiträgen, bei denen man schon nach dem ersten Satz weiß, wo's lang geht.
Fast immer läuft's dann auf eine miese Stromversorgung bei 2,4Ghz-Systemen hinaus.
Da werden 2,4 Ghz-Systeme niedergemacht, die woanders nachweislich einwandfrei funktionieren.
Ich denke mal, hier verkauft niemand einen Schrott! (nicht mal die oft geschmähten, kleinen gelben Männchen)
Trotzden gibts Mysteriöse Aussetzer, Abstürze ohne ersichtlichen Grund.
Einer schreibt sogar von einem 5-Zellen-Empfängerakku und trotzdem Absturz. ?-)
Im Logfile des Systems sieht man aber, dass die Spannung bei vollem Akku öfters unter 5V eingebrochen ist.
Leider kann das System nicht aufzeichnen, wenns noch weiter runtergeht. Dann kommt nämlich schon der Reset!
"Der 35Mhz-Empfänger hat das mit den gleichen Servos aber gepackt!?!"
Hallo! Der 35Mhz-Bolide ist ein fliegendes Radio! Da gehts nach nem Aussetzer gleich wieder weiter.
Der Kollege von der 2,4Ghz-Fraktion ist ein ausgewachsener Computer! (sieht man ihm gar nicht an ;-) )
Der weiß halt: "Wenn mir nicht genug Stoff zur Verfügung steht, mach ich Mist - und bevor ich Mist baue, mach ich lieber mal nen Neustart. Saft ist ja jetzt wieder genug da, weil alle Servos so schön still stehen."
Das geht so natürlich nicht lange gut. Ein Computer ist halt ziemlich pingelig, wenns um seine Versorgung geht.
Das sollte man berücksichtigen. Also, nix wie ran und den Innenwiderstand der Stromversorgung minimieren.
Erstmal den richtigen Akku verwenden. ENELOOPs gehen leider nur bei analogen Servos, und auch nur, wenns nicht so viele sind. Hochkapazitäts-AA-Typen haben meistens einen grauslichen Innenwiderstand. Finger weg!
Sinnigerweise funkts mit ein Bisschen weniger Kapazität und gleichzeitig weniger Innenwiderstand besser.
Bei Systemen, die alle Servos gleichzeitig ansteuern, wirds richtig dick.
Da fließen in einem Modell mit 4-Klappen-Flügel und Digitalservos schnell mal impulsweise 20A. Mindestens!
Wer's nicht glaubt, nachmessen, aber nicht auf dem Küchentisch, sondern in der Luft bei 100km/h.
Ein dicker Kondensator kann hier helfen, aber erstmal dafür sorgen, dass die Stromversorgung selber passt.
Dann klappt's auch mit dem Kumpel von der 2,4er-Fraktion :-)
Oder einfach die Edel-Lösung: Spendiert dem Empfänger einen Akku für sich alleine!
Das kann dann ruhig ein kleiner ENELOOP sein, weil er ja nicht auch noch die Servos versorgen muss.
Wenn dann die Servos irgendwann zu wenig Saft kriegen, laufen sie halt langsamer, aber das System funktioniert übertragungstechnisch einwandfrei weiter.
Ein kleiner Tip: Schaut euch in dem Zusammenhang mal das Video von Dieter Perkuhn im Rc-Hobby.tv an.
Man könnte echt auf die Idee kommen, ich hätte das hier geschrieben, nachdem ich das Video gesehen habe.
Dem ist aber definitiv nicht so. Wir sind nur zufällig einer Meinung :-)


p.s. Auch hier gibt's selbstverständlich bei mir keinen Schalter!
Ich mag die Dinger immer noch nicht, zu viele Abstürze gehen auf das Konto von Schaltern!
Es lebe die Steckverbindung mit 'nem guten Stecker!

Und noch was zu Schluss. (muss ich leider schreiben)
Der Autor sieht seine Schaltungen als Anregung für Leute, die auch ohne Verbrennungen 2. Grades
das hintere Ende eines Lötkolbens zweifelsfrei identifizieren können.
Ferner kann ich für Eure "selbstgebratenen" Nachbauten natürlich keine Garantie übernehmen.
Und den üblichen Reichweitentest sehe ich sowieso als selbstverständlich an.
p.p.s Es soll BECs geben, die mit der kapazitiven Last des Kondensators nicht umgehen können. Sie neigen dann zum Schwingen. Das dem kondensator anzukreiden, finde ich ziemlich unfair ;-) Ich jedenfalls würde so ein Teil nicht einsetzen wollen, weiß man doch nie, wieviel gesammelte Kapazität sich in den Servos und dem Empfänger aufaddiert. Dann könnte die ganze Schose irgendwann auch ohne Zusatz-ELKO das Schwingen anfangen.

Achim Mathieu, aktualisiert 24.11.2015

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