Das Wettringer Modellbauforum

Liebe Bastelfreunde und Hobbyelektroniker,

ich habe Euch ja schon einige Propellerflieger von mir vorgestellt, die ich mit einem kleinen Motörchen ausgerüstet habe. Mit diesem Beitrag möchte ich Euch etwas genauer zeigen, wie ich das im Detail gemacht habe. Vielleicht kann ich den einen oder anderen ermutigen, auch mal zum Lötkolben zu greifen. Es ist nicht so schwer, wie manch einer glauben mag. Und falls irgendetwas unklar geblieben ist, nur raus mit Euren Fragen, dafür ist das Forum da. Nur von Fertigungsaufträgen bitte ich abzusehen, auch für mich ist Freizeit ein knappes Gut.

Oberster Grundsatz war für mich, dass ich so wenig wie irgend möglich von der „Sonderausstattung“ am fertigen Flieger sehen will, außer dem drehenden Propeller natürlich. Wenn Ihr so baut wie ich, werden das lediglich die 3 Löchlein der Ladebuchse sein. Und die sind nicht groß und können ganz gut versteckt werden.

Fangen wir mit dem Energiespeicher an. Ich habe mich für SuperCaps entschieden. Weitere übliche Handelsnamen sind GreenCap, UltraCap, Doppelschichtkondensator u.a., gemeint ist aber immer ein Elektrolytkondensator („Elko“) mit extrem hoher Kapazität aber geringer Spannungsfestigkeit. Sie sind langlebig, robust, gut zu beschaffen und benötigen kein kompliziertes Ladegerät. Hier eine kleine Auswahl:



Sie haben alle unterschiedliche Kapazitäten (bspw. 0,22F, 0,33F, 1F, 3F oder 10F) und Spannungsfestigkeiten (2,3V, 2,7V oder 5,5V), die Werte sind immer aufgedruckt. Welche und wie viele Ihr einsetzt, hängt ganz von den Platzverhältnissen in Eurem Modell ab. Was ich aber nicht machen würde – verschiedene SuperCap-Typen in einem Modell zu mischen. Bleibt bei einem Typ. Ich sehe immer zu, auf eine Spannungsfestigkeit von ca. 5V zu kommen (entweder SuperCaps, die selbst schon 5,5V vertragen oder zwei in Reihe mit je 2,7V). Auch eine Parallelschaltung dieser Elemente ist möglich nach dem Motto „je mehr, desto besser“, Limit ist, wie gesagt, nur das Platzangebot. Ich baue bevorzugt im 1/72-Maßstab, da kann es schon mal eng werden. Wer es schafft, in eine 1/144-er Spitfire 1F/5V einzubauen, vor dem ziehe ich meinen Hut!

Als Motor verwende ich den M660, 6mm Durchmesser, 15mm Länge, Anlaufspannung etwa 0,15V (gemessen). Andere Motoren aus dieser Serie sollten auch gehen, habe ich aber nicht ausprobiert. Und so sieht er aus:



Nachdem wir nun den Energiespeicher und den Motor haben, sollten wir uns ein paar Gedanken machen, wie wir beide zusammen bringen. Einfach zusammenlöten würde ich sie nicht, da der Motor eine Nennspannung von nur 1,3V hat. Hier 3 Lösungsvarianten im Schnelldurchlauf:

Variante 1: Vorwiderstand RV



Die einfachste Variante, nur 1 Bauteil (eben dieser Vorwiderstand) erforderlich. Aber: der weitaus größte Teil der zugeführten Energie aus dem SuperCap kommt nicht dem Motor zu Gute, sondern wird im Vorwiderstand in Wärme konvertiert. Keine Angst, da glüht nichts auf, aber vernünftige Laufzeiten sind so nicht zu erreichen. Der Wirkungsgrad unter realen Bedingungen beträgt unter 5%. Außerdem läuft der Motor mit stetig fallender Drehzahl. Für mich die allerschlechteste Wahl.

Variante 2: Konstantstrom- bzw. Spannungsquelle KSQ



Hier wird der Motorstrom auf einen voreingestellten Wert begrenzt. Die Drehzahl des Motors bleibt konstant, jedenfalls so lange, wie die Schaltung noch eine genügend hohe Spannung (Mindestspannung) vom SuperCap erhält. Nachteil ist, dass die realen Schaltungen 1,5V oder z. T. auch deutlich mehr an Mindestspannung benötigen; die Ladung des SuperCaps unterhalb dieser Spannung kann man also nicht nutzen. Trotzdem kann man einige Minuten Laufzeit erreichen. Der Bauaufwand hängt von der Schaltung ab: im einfachsten Fall nimmt man eine sogenannte Strombegrenzerdiode (schwer aufzutreiben), im schlimmsten (aber von den elektrischen Eigenschaften besten) Fall 6 Bauelemente. Wer keine Schaltung selbst löten will, kann auch nach Konstantstromquellen für LEDs Ausschau halten. Ich habe da mal eine gefunden, die 20mA liefert und eine Mindestspannung von nur 0,75V braucht. Momentan ist sie wohl aber leider nicht verfügbar.
Egal, welche konkrete Schaltung man nutzt, auch hier wird die Energie, die vom Motor ferngehalten wird, gnadenlos in Wärme umgesetzt. Wirkungsgrad unter 10%.

Variante 3: Schaltwandler



Diese Variante ist mein Favorit. Idee hierbei ist, dass der Quelle nur so viel Energie entnommen wird, wie der Verbraucher benötigt. Klar, auch hier treten Verluste auf, aber ein gemessener Wirkungsgrad von 30% spricht, glaube ich, für sich. Und mit speziellen Schaltkreisen – ich verwende den LT1073 (Wichtig! Ohne -5 oder -12 am Ende der Typbezeichnung, diese liefern feste Ausgangsspannungen von 5V bzw. 12V und sind für unsere Zwecke völlig unbrauchbar!) - ist der Lötaufwand wirklich überschaubar.

Im Folgenden werde ich, Schritt für Schritt, zeigen, wie man die Schaltwandlervariante mit minimalem Platzbedarf zusammenbaut.

Hier sind die Kandidaten, die wir nun zusammentüdeln wollen. Darf ich vorstellen, von links nach rechts: die Induktivität („Spule“) PIS2816 100µH, der Schaltkreis LT1073 als kleine SMD-Variante, der Widerstand 220 Ohm (Bauform 0805), der SMD-Tantal-Kondensator 100µF und die Schottky-Diode MBRS 140.




Zunächst, wie im Bild zu sehen, die Pins 2 und 3 des Schaltkreises mit einer kleinen Zinnbrücke versehen. Da ich mit der linken Hand das Lötzinn halte und mit der rechten den Lötkolben, kann ich die Bauteile nicht auch noch festhalten. Daher mein Tipp: klebt auf die (möglichst hitzebeständige) Bastelunterlage doppelseitiges Teppichklebeband und drückt das Bauteil drauf. So ist es erstmal fixiert. Und lasst Euch nicht zu viel Zeit beim Löten; wir wollen löten und die armen Bauteile nicht ausglühen. Noch ein Tipp für Lötanfänger: Elektroniklötkolben (nicht den für die Dachrinnenreparatur) mit kleiner, gut verzinnter Spitze (0,8mm) verwenden, mit der Spitze beide IC-Beinchen 1…2 Sekunden erwärmen, etwas Lötdraht dazugeben, schmelzen lassen und sofort, wenn das Lot beide Beinchen schön umflossen hat, den Lötkolben wegnehmen und die Lötstelle abkühlen lassen. Damit steht die erste Verbindung.




Jetzt ist der 220 Ohm-Widerstand dran. Dazu die Zinnbrücke von eben wieder erwärmen, den Widerstand mittels Pinzette über den IC-Pins 1 und 2 platzieren, so dass er mit der rechten Seite im flüssigen Lot liegt, Lötkolben wegnehmen und Lötstelle abkühlen lassen. Der Widerstand sollte nun einseitig festgeheftet sein. Nun linke Seite des Widerstandes und IC-Pin 1 mit der Lötspitze erwärmen und gleichzeitig Lötdraht zugeben. Sobald das Lot geschmolzen ist, Lötspitze wegnehmen. Ist der Widerstand lose oder verrutscht, hat das Ganze zu lange gedauert, also nochmal machen. Wenn die Lötung gut aussieht, die rechte Seite des Widerstandes nochmal mit Hilfe von etwas frischem Lötdraht nachlöten.




Nun ein ausreichend langes Stück rote Litze kurz abisolieren, verzinnen und in die Zinnbrücke zwischen den IC-Pins 2 und 3 löten. Dieser Draht stellt später die Verbindung zur Pluspol der Spannungsversorgung (also dem SuperCap) her.




Die Induktivität mit Kontakten nach oben auf dem Klebestreifen drücken und unteren Kontakt mit etwas Lötzinn versehen.




Den IC mittels Pinzette so über die Induktivität halten (nicht ablegen!), dass IC-Pin 4 über dem verzinnten Kontakt „schwebt“ und IC-Pin 8 über dem anderen, noch nicht verzinnten, Kontakt ist. IC-Pin 4 und verzinnten Kontakt mit Lötspitze anheften, abkühlen lassen, den anderen Kontakt mit IC-Pin 8 mittels Lötdraht verlöten, wieder abkühlen lassen und die geheftete Lötverbindung an IC-Pin 4 mit Lötdraht richtig verlöten.




Kontrollieren, dass der IC etwas über der Induktivität „schwebt“



und keine anderen Beinchen untereinander oder mit den Anschlüssen der Induktivität Kontakt haben. Falls doch, Brücken beseitigen mit Hilfe von Entlötlitze oder Entlötpumpe. Auch hier wieder die Warnung: nicht braten, sondern löten!

Jetzt den IC mit der Induktivität wie im folgenden Bild gezeigt auf den Klebestreifen heften und die Schottky-Diode mittels Pinzette an die IC-Pins 4 und 5 halten. Achtung! Die markierte Seite der Diode (die Kathode) muss unten, also an IC-Pin 4, liegen. Dann die nicht markierte Seite der Diode mittels Lötdraht an IC-Pin 5 heften, abkühlen lassen, IC-Pin 4, Kathodenseite der Diode und Induktivität mit Lötdraht richtig verzinnen, abkühlen lassen und die bis jetzt nur geheftete Verbindung Anode und IC-Pin 5 richtig verlöten und abkühlen lassen.




Den Kondensator mittels Pinzette so an den IC halten, dass die positiv gepolte Seite an IC-Pin 8 und die negativ gepolte an IC-Pin 5 liegt. IC-Pin 8 und positive Seite des Kondensators mit Lötzinn anheften, abkühlen lassen, Kondensator richtig mit IC-Pin 5 und Diode verlöten und abkühlen lassen.




So, Zielgerade. Nun 2 ausreichend lange Stücken schwarzer Litze einseitig abisolieren, verdrillen, verzinnen und so weit zurückschneiden, dass nur 1 oder 2mm Draht aus der Isolation hervorschauen. Dieses Ende mit IC-Pin 5 , der Anode der Diode und der negativ gepolten Seite des Kondensators verlöten. Ein Draht wird die negative Verbindung zur Spannungsversorgung (dem SuperCap) herstellen, der andere die erste zum Motor.




Zum Schluss von einem ausreichend langen weißen Litze ein Stück abisolieren, verzinnen und das aus der Isolierung hervorschauende Stück auf 1…2mm kürzen und in die Zinnbrücke zwischen IC-Pin 8 und der positiven Seite des Kondensators löten.



Gleich geht's weiter...

So sieht das Ganze in voller Schönheit aus. Ich denke, das Cent-Stück vermittelt einen ganz guten Eindruck von der „Größe“.




So, nun noch mal alles kontrollieren, insbesondere nach fehlerhaften Zinnbrücken (unterbrochenen oder zusätzlichen, die nicht da sein sollten) suchen und gegebenenfalls korrigieren.

Jetzt kommt der große Moment, wo der Frosch von der Gardinenstange hüpft: der Funktionstest. An die weiße Litze und eine der schwarzen den Motor anschließen. Auf die Motorachse klebe ich zum Testen ein kleines Stück Tamiya-Klebeband oder einen alten Propeller aus der Restekiste, so sieht man besser, ob der Motor läuft. Dann - der große Moment: eine Batterie, einen Akku oder, wer hat, ein Labornetzteil (Achtung! Weniger als 36V einstellen; irgendetwas zwischen 1V und 5V genügt vollkommen) anschließen. Die rote Litze an den Plus- und die schwarze an den Minuspol, nicht verwechseln!
Es gibt 3 Kriterien, um zu sehen, ob alles funktioniert:
1.kein Bauteil wird warm oder fängt gar an zu leuchten
2.der Motor läuft
3.bei steigender Versorgungsspannung (mehrere Batterien oder Akkus in Reihe schalten oder am Labornetzteil die Spannung ändern) muss der Strom aus der Quelle sinken und umgekehrt

Nun die SuperCaps im Modell verteilen und verdrahten. Für den, der die bisherigen Schritte gemeistert hat, kein Problem. Die reinste Erholung… Wie ich schon schrieb, verwende ich 2,7V- und 5,5V-Typen von SuperCaps, je nach Platzangebot. Bei den 2,7V-Typen löte ich immer 2 in Reihe (das ist hinsichtlich einer möglichst langen Laufzeit günstiger als eine reine Parallelschaltung), Pluspol des einen an Minuspol des anderen, und an den Verbindungspunkt eine gelbe Litze, die an den mittleren Anschluss der Ladebuchse führt. Das mache ich deshalb, weil, falls ein SuperCap einen Defekt in Form eines Durchschlages hat, sein „Bruder“ in der Reihenschaltung nicht nur die halbe Ladespannung, sondern die volle abbekommen würde. Überspannungen mögen die SuperCaps nun überhaupt nicht und „sterben“ schnell, mitunter mit einem veritablen Knall. Das will ich nicht und daher die gelbe Litze. Ist der SuperCap ohnehin auf 5,5V ausgelegt, entfällt die gelbe Litze ersatzlos und der mittlere Anschluss der Ladebuchse bleibt einfach frei, also unbeschaltet. Eine Seite der 3-poligen Ladebuchse wird mittels schwarzer Litze mit dem Minuspol der SuperCaps verbunden, die andere mit roter Litze und dem Pluspol der SuperCaps.




Es bleibt jetzt nur noch, die schwarze Litze mit dem Minuspol des SuperCaps bzw. der SuperCap-Batterie zu verbinden und die rote Litze über einen Reed-Kontakt mit dem Pluspol. Mit dem Reed-Kontakt, also einem Schließkontakt, der auf einen Magneten reagiert, kann ich den Motor nach Bedarf an- und ausschalten. Der Kontakt wird innen ins Modell geklebt (Stelle gut merken!) und der Magnet (ich verwende winzige 2x2x2mm³ große Exemplare) in einem Zurüstteil, z.B. einem Ölkühler, Zusatztank oder einem Auspuffstutzen, versteckt. So sieht man von außen absolut nichts von dem Schalter und die Zurüstteile werden magnetisch am Platz gehalten. Aber Vorsicht, den Kontakt nicht zu nah am Motor platzieren, der Motor produziert ja auch ein Magnetfeld und es könnte unerwartete Rückkopplungen geben!

Den Motor könnte man nun einfach in das Modell kleben. Ich bevorzuge aber ein Stecksystem, so kann ich bei Bedarf die Motoren warten oder austauschen. Dazu versehe ich den Motor hinten mit einem winzigen 2-poligen Stecker

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den ich mit dieser Apparatur ausrichte:

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Fest in das Modell kommt ein kleines Stück Evergreen-Rohr, in welches man den Motor schieben kann und das hinten mit einer passenden Buchse für die Stromversorgung des Motors ausgerüstet ist. Zur wieder lösbaren Befestigung des Propellers an der Motorwelle nutze ich ein Evergreen-Röhrchen mit 2mm Außendurchmesser. Leider ist der Innendurchmesser mit 1mm zu groß für die Motorwelle mit 0,8mm, so dass der Propeller ganz schön rumschlabbern würde. Aber als alter Bastler nehme ich einen Messingdraht von 0,8mm Durchmesser, schiebe ihn in ein Stück des Evergreen-Röhrchens, erwärme das Röhrchen mit einem Heißluft- (nicht Haar-!) Fön und ziehe das Röhrchen vorsichtig lang. Das gestreckte Röhrchen passt nun saugend auf die Motorwelle. 3 bis 4mm von dem Röhrchen abtrennen und möglichst mittig an den Propeller kleben. Zum Kleben unbedingt Plastikkleber nehmen, kein CA! So kann man die Klebestelle etwas ablüften lassen, den allseitigen Rundlauf kontrollieren und eventuell korrigieren.




Jetzt brauchen wir nur noch das Ladegerät. Die Grundvariante, die ich im Schaltplan skizziert habe, ist sehr simpel. Die SuperCaps sind, was das Laden betrifft, extrem anspruchslos. Man muss nur darauf achten, sie mit nicht mehr als der aufgedruckten Spannung zu konfrontieren.

Das einfachste Ladegerät besteht aus einem Batteriehalter für 4 Zellen, solche für AAA- oder AA-Zellen sind gut erhältlich. Eine rote Litze an den Pluspol des Halters löten, eine schwarze an den Minuspol und eine gelbe an den Verbindungspunkt der mittleren beiden Zellen. An die freien Enden der Litzen einen 3-poligen Stecker anlöten, gelbe Litze in der Mitte, fertig. Nun den Batteriehalter mit 4 NiCd- (wer sie noch hat) oder 4 NiMH-Akkuzellen bestücken. Auf gar keinen Fall Kohle-Zink-Batterien o.ä. verwenden! Die Zellspannung einer solchen Zelle beträgt im Neuzustand gerne 1,75V; wir würden bei der beschriebenen Reihenschaltung einen 2,7V-SuperCap mit 3,5V malträtieren und einen 5,5V-Typ sogar mit 7V! Das machen die nicht lange mit! NiCd- oder NiMH-Zellen weisen dagegen eine Spannung von typisch 1,2V bis 1,3V auf, wenn sie nicht gerade frisch aus dem Ladegerät kommen, da sieht die Sache anders aus.




Ich habe mir natürlich ein Luxusladegerät gebaut, mit dem ich simultan Spannung und Strom auf dem roten und schwarzen Pfad angezeigt bekomme. Den Ladeprozess kann ich mit einem Schalter an- oder abschalten und ich kann auch die Ladespannungen oder, wenn der Ladeprozess abgeschaltet ist, die Spannungen der SuperCaps im Modell durchreichen, um sie extern zu messen oder aufzeichnen zu lassen.




Das war’s schon! Und hat noch nicht einmal eine Viertelstunde gedauert! Nein, Scherz, in der Ruhe liegt die Kraft, lasst euch nicht hetzen und arbeitet lieber langsam und sorgfältig.

Wer tiefer in die Materie einsteigen will, der kann sich gern bei mir melden. Ich habe in einem pdf die einzelnen Schaltungsvarianten gegenübergestellt, Vor- und Nachteile abgewogen, konkrete Schaltpläne zusammengesucht und auch Formeln vorgestellt, mit denen sich die zu erwartenden Wirkungsgrade und Motorlaufzeiten berechnen lassen.

Zum Abschluss noch folgendes: für ein mehrmotoriges Modell ist es nicht sinnvoll, diesen Spannungswandler für jeden einzelnem Motor aufzubauen. Der gezeigte Spannungswandler hat keine Probleme damit, auch mehrere der genannten Motoren zu speisen. Da ich es im mehrmotorigen Falle nicht so schön fand, dass alle Motoren einfach so wie bisher beschrieben gleichzeitig eingeschaltet werden, habe ich mir eine Lösung mit einem Mikroprozessor überlegt. Er wird selbst über einen Reed-Kontakt aktiviert, startet die Motoren sequenziell und schaltet sie nicht einfach nur an, sondern fährt sie mittels einer Software-PWM-Emulation langsam hoch. Dazu habe ich eine Schaltung und eine Leiterplatte entworfen, mit der bis zu 4 Motoren kontrolliert werden können. Das Prinzip ist bei Bedarf aber leicht auf mehr Motoren erweiterbar. Hier ein Bild der kompletten Schaltung im Bauch meiner Ju-52:




Und damit sich keiner wundert: Auch meine Tante Ju hat nur 3 Motoren, den Zweig für den 4. Motor habe ich auf der Platine nicht bestückt…

Also, ran an die Materie! Echt, es ist weniger schwer, als es aussieht...

Habe ich gern gemacht.

Und Dir toi-toi-toi, das wird schon! An Fingerfertigkeit mangelt es nicht, das sieht man an ja an Deinen Modellen. Ich wollte Dir noch sagen, dass Du in der 1/48er Ju-52 massig Platz haben wirst, so dass Du sicher nicht unbedingt die winzige SMD-Variante nehmen musst. Der LT1073 ist als "normale" DIL-Version nicht nur handlicher zu verarbeiten, sondern auch etwas leichter aufzutreiben. Wie gesagt, ich helfe auch gern, wenn's irgendwo klemmt.

Hallo Christian,

uiuiui, sportlich, was Du da vorhast! Aber das mit dem E-Motor-im-Kurbelgehäuse könnte klappen; die Motoren, die ich verwende, haben z.B. nur 6mm Durchmesser. Und in meiner Ju stecken sie ja auch in den Kurbelgehäusen der Sternmotoren, so dass die E-Motoren mit dem Hintern im Flieger sitzen und vorne den Sternmotor tragen.



Na, Du wirst das schon machen.

P.s.: Und das mit dem "kein Baubericht" und "keine Bildergalerie" bei der Bausatzvorstellung ist endgültig?

Hallo Christian,

in der Motorserie, die ich verwende, gibt es noch andere Exemplare. Vielleicht kommt für Dich eher der M450 (grob gepeilt könnte der vielleicht sogar komplett im Kurbelgehäuse verschwinden ) oder M600 in Frage. Kannst ja hier mal stöbern. Ein paar Datenblätter sind dort auch zu finden.

Hallo Christian,

ja, sowas kommt in den besten Familien vor... Und coole Idee zur Rettung!