Beginnen wir mit einem Ausblick: Ein primäres Interesse des Elektro-Modellfliegers bei der Konstruktion und beim Betrieb seines Modells ist die Reduzierung von Masse und Raum für die Antriebszelle. Können wir irgendwann das Gewicht unseres Antriebsakkus für die Berechnung der Flächenbelastung nahezu vernachlässigen? Wir werden sehen, was die Zukunft bringt. Denn schon heute steht der Elektromotor dem Verbrennungsmotor im Flugmodell kaum noch nach. Ganz sicher steckt im Elektroflug das größere Potential für zukünftige Entwicklungen.

Kommen wir zur Praxis: Nach dem Auftauchen der neuen Zellentechnologie bestand bei mir sofort der Wunsch nach einer Verwendung im Großsegler. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der LiPo-Zellen waren jedoch vor einigen Jahren noch nicht gewährleistet. Jeder kennt wohl die Horrorgeschichten von verbrannten Zellen sowie abgefackelten Wohnwägen oder ausgebrannten Bastelkellern. Doch mit der Einführung der LiPo-Zelle im Mobiltelefon waren die Akkus nicht nur verfügbar, sondern unterlagen natürlich auch einer rasanten Weiterentwicklung. Parallel feilte die Industrie an zuverlässiger Ladetechnik.

Heute ist der Betrieb durch den Modellbauer eher Routine, obwohl die Zelle noch nicht in alle Sparten des Modellbaus eingezogen ist. Aus der Elektrojet-Szene und aus dem Indoorflieger ist diese Technologie schon nicht mehr wegzudenken. Für den Bereich der Großsegler gilt bis dato noch eher Zurückhaltung. Hierfür gibt es auch Gründe, denn nicht immer lohnt sich der Aufwand für den Umbau und die Investition. Man sollte also vorher gut überlegen warum man eigentlich umsteigt. Sucht man nach mehr Kapazität für mehr Flugdauer oder will man Gewicht sparen – gar beides?

Im Allgemeinen ist der Vorteil der Gewichtsersparnis bei kleineren Modellen von größerer Bedeutung, da diese durch den Einbau von Mechanik, Elektroantrieb und Akku schneller an Übergewicht und zu hoher Flächenbelastung leiden. Den Segler mit mehreren Metern Spannweite aber stört eine Flächenbelastung über 80 g/qdm eher wenig – hier sieht man häufig sogar zusätzlichen Ballast, damit das Modell „richtig geht“. Den acht oder gar zehn Meter spannenden Segler stört ein hohes Akkugewicht aber gar nicht mehr, womöglich ersetzt der Antriebsakku den obligatorischen Bleiballast in der Nase.


Hier die ursprüngliche Auslegung mit 20 NiCd-Zellen, links und rechts an den Bordwänden. Der Ventus ist ein Eigenbauprojekt von Franz Köttermann (siehe AUFWIND 4/2002)


Mein Ansporn für den neuen LiPo-Akku im bereits elektrifizierten Modell war zum einen die Reduzierung der Flächenbelastung, die mit nahezu 100 g/qdm bei schwacher Thermik von Nachteil war, zum anderen die Erhöhung der Akkukapazität. Es wird sich zeigen ob beide Ziele erreicht wurden.

Kommen wir erst einmal zur Gewichtsersparnis: Wer seinen Antriebsakku der alten Bauart in der Rumpfnase hat, der wird das Ziel der Gewichtsersparnis sicher nicht erreichen, denn das geringere Gewicht des LiPo-Akkus wird durch Trimmblei ersetzt werden müssen. Sicher wird sich aber ein LiPo-Akku finden, der zwar das gleiche Gewicht wie der alte Akku aufweist, dafür aber das x-fache an Kapazität besitzt.

Nicht zu vergessen der Strom: Die Robustheit und die Lebensdauer der NiCd-Akkus erreicht die LiPo-Technik heute noch nicht. Bis zu 15 C Dauerlast sind aber auch keine Seltenheit mehr. Durch die Parallelschaltung von LiPo-Akkus sind der Belastung – in unserem Anwendungsfall ca. 40 A – jedoch keine Grenzen gesetzt. Ich wählte schließlich die 1.550 mAh-Zellen.

Dann noch die Ladetechnik: Hier möchte ich niemanden hervorheben, da es ausreichend Anbieter guter und sicherer Ladetechnik gibt. Für eine erschöpfende Aussage zu dieser Rubrik könnte man ohnehin einen weiteren Bericht verfassen. In meinem Fall war die Entscheidung leicht, da ein „Chamäleon isl 636+“ von Schulze zur Verfügung stand. Lediglich das Update für den Betrieb mit LiPo-Zellen musste noch erworben werden.




Es gibt da aber ein paar Besonderheiten beim Konfektionieren der ausgewählten Zellen, im vorliegenden Fall zu einem 6s3p-Akkupack: Zum Erreichen der gewünschten Kapazität werden also drei Zellen parallel gelötet. Damit erreicht man nicht nur die hohe Kapazität von drei Mal 1.550 mAh, also 4.650 mAh, sondern man verleiht dem Pack auch die erforderliche Stromfestigkeit. Unsere Einzelzelle darf mit maximal 10 C Dauerlast beaufschlagt werden. In diesem Fall also mit max. 15,5 A Motorstrom. Als 3p-Pack ist dieses Paket nun mit drei Mal 15,5 A, also mit 46,5 A belastbar. Zum Erreichen der gewünschten Spannungslage schließlich werden sechs dieser 3p-Packs in Serie gelötet. Hiermit erreichen wir die für unseren Antrieb günstige Spannungslage von 22,2 V. In Summe haben wir nun also 18 Zellen verbaut.

Eine wichtige Entscheidung vor dem Kauf ist die Wahl des richtigen Zulieferers für die Akkus. Denn man kauft nicht nur die Zelle, sondern benötigt auch kompetente Beratung für eine unbekannte Technologie. Ich habe mich auf den Rat von Schübeler-Modellsysteme verlassen. Daniel Schübeler hat sich auf den Antrieb von Elektrojets spezialisiert und verfügt somit über fundierte Erfahrung, sowohl für Motoren- als auch für die Akkutechnik. Die mir vorausgesagten Spannungs- und Stromwerte für meinen vorhandenen Antrieb passten exakt. Dies ist sehr wichtig, da zu hohe Belastungen den Akku schädigen und somit seine Lebensdauer drastisch reduzieren.

Kommen wir zum Betrieb des Akkupacks: LiPo-Zellen sind aufgrund ihrer Konstruktion nicht so robust wie die im Metallmantel eingepackten NiCd-Zellen. Daher erfordert der Umgang mit ihnen einige Sorgfalt, sowohl beim Löten der Einzelzellen, wie auch beim Einbau in den Rumpf und natürlich beim Laden und Entladen. Zudem sind LiPo-Zellen hinsichtlich ihrer Spannungslage mit größerer Sorgfalt zu betreiben, als wir das von den NiCd-Zellen kennen.



Das Klapptriebwerk mit nach vorne geklappten Luftschraubenblättern während des Einklappvorganges

Die sechs 3p-Packs mussten durch das geringere Gewicht ganz in der Rumpfspitze untergebracht werden. Befestigt wurden sie auf einer CFK-Platine. Im Vordergrund die sechs Balancer

So sollten sie nur im geladenen Zustand gelagert werden. Und eine Tiefentladung (kleiner als 2,4 V/Zelle) wirkt sich in jedem Fall schädigend bzw. zerstörend aus. Also Achtung beim Betrieb, immer genügend Restkapazität im Akku belassen und nie zu 100 Prozent entladen.

Die gleiche Sorgfalt gilt für das Laden der Zelle: Niemals über die Ladeschlussspannung von 4,2 V/Zelle hinausladen. Und genau hier beginnt eine Besonderheit beim Laden von LiPo-Zellen. In unserem Fall werden sechs Packs in Serie betrieben. Unserem Ladegerät müssen wir also per Programmierung mitteilen, dass es sechs Zellen sind. Als Ladeschlussspannung werden nun sechs Mal 4,2 Volt, also 25,2 Volt angesetzt. Das heißt, unser Ladegerät beendet die Ladung bei einer erreichten Akkuspannung von kleiner 25,3 Volt. Also ungefährlich für den Akku – oder doch nicht? Es kann nun sein, dass, je nach Leistungsfähigkeit bzw. Streuung der einzelnen Zellen, während des Ladens eine Spannung von 25 V erreicht wird, diese Spannung sich aber ungünstig auf die einzelnen 3P-Packs verteilt (siehe Skizze 1). Um nun die einzelne Zelle bzw. den 3p-Pack zu schützen, wird jeder der sechs Packs mit einem so genannten Balancer verbunden. Dieses Bauteil erkennt eine zu hohe Spannung und beaufschlagt bei Gefahr durch Überladung den einzelnen Pack mit einem Entladestrom. So wird ein Überladen verhindert. Durch blinkende LED im Balancer wird angezeigt, wann eine Entladung stattfindet. Für jeden 3p-Pack ist ein eigener Balancer notwendig.

Also rein damit in den Flieger: Um maximales Gewicht zu sparen, musste der Akku derart platziert werden, dass auf Trimmblei verzichtet werden konnte. In meinem Fall hieß das, den Akku in die Rumpfspitze zu setzen. Der Akkupack selbst wurde aus Gewichtsgründen lediglich mit Sekundenkleber auf einer CFK-Platte verklebt. Diese Platte wird mit Metallklammern am Auflagespant gesichert. Bei aufgesetzter Haube verschwindet der Antriebsakku unter dem Instrumentenpilz. Unklar noch war die Problematik der langen Kabel, sowohl für sicheren Betrieb des Motors als auch bezüglich von Störeinflüssen auf den Empfänger. Nach Rücksprache mit dem Hersteller der Antriebstechnik konnte festgehalten werden, dass das Verlängern der Kabel zwischen Regler und Akku unzulässig ist. Dies kann sich schädigend auf die Komponenten auswirken. Das Verlängern der drei Kabel zwischen Motor und Regler dagegen ist technisch möglich. Bei meinem „Ventus“ wurden die Motorkabel auf 600 mm verlängert, ohne Abschirmung. Zudem verlaufen die Kabel zum Teil parallel zu Servokabeln und Empfängerstromversorgung. Dies ist sicher nicht ideal, aber Auswirkungen auf den Betrieb sollten für diesen Bericht gezielt getestet werden.

Kommen wir zum Flugbetrieb: Vor dem ersten Start führt man natürlich immer einen Reichweitentest durch. Alle Funktionen werden bei laufendem Motor getestet. Da ich mich erstmalig mit LiPo-Akkus auseinandergesetzt habe, wurden vor dem Erstflug Motorstrom, Temperaturen und Entladekurve der Akkus gemessen. Wer sich für diese Details interessiert, kann sich unter www.jk-klapptriebwerke.de/testberichte informieren. Ich habe nun eine Laufzeit unter Volllast von ca. 440 Sekunden. Diese reduziere ich aus Sicherheitsgründen um 30 Sekunden, um eine versehentliche Tiefentladung zu verhindern. Auf meinem Senderdisplay läuft der Alarmtimer dennoch mit einer Vorgabezeit von 460 Sekunden. Denn bereits beim Ausfahren des Klapptriebwerks startet der Alarmtimer, also addiere ich 50 Sekunden für die Ein- und Ausfahrroutine des Triebwerks sowie für den Hochlauf des Motors bei etwa sechs Steigflügen.

Da ich in den letzten Jahren genügend Erfahrungen mit dem Modell und dem Klapptriebwerk sammeln konnte, stand einem ersten Test per Bodenstart nichts im Wege. Das Modell beschleunigte ausreichend schnell und hob wie gewohnt nach ca. 40 m ab. Die Steigrate ist nicht ganz mit der ursprünglichen NiCd-Variante vergleichbar. Dies war aber auch nicht zu erwarten, da der Akku über eine etwas geringere Nennspannung verfügt und somit etwas weniger Leistung zur Verfügung stellt. Dafür verfügt der LiPo-Akku über eine sehr flache Entladekurve, liefert also über die gesamte Laufzeit nahezu konstante Leistung.

Durch die enorme Motorlaufzeit von über sieben Minuten sind nun je nach Wetterlage fünf bis sechs Steigflüge möglich. Bei guten Wetterbedingungen kann das Ladegerät ab jetzt auch mal vergessen werden. Aufgrund des geringeren Gewichts des Modells haben sich zudem die Langsamflugeigenschaften merklich verbessert. Dies war nicht unbedingt zu erwarten, denn die Flächenbelastung wurde gerade mal um 7 g/qdm reduziert. Wie schon erwähnt, darf der Akku nicht entladen eingelagert werden. Nach dem Flugtag ist der Akku zu laden und sollte erst dann sicher gelagert werden. Durch die äußerst geringe Selbstentladung von LiPo-Zellen muss der Akku bis zum nächsten Start nicht unbedingt neu geladen werden. Nach vier Wochen verfügte mein LiPo-Pack noch über 95 Prozent seiner Kapazität.

Mein Fazit der Aktion:
Investition und Umbau haben sich gelohnt. Sowohl Flugdauer als auch -eigenschaften des Testmodells wurden positiv beeinflusst. Zwar ist der Umgang mit dem Akku gegenüber den Ni-Cd-Zellen etwas aufwändiger, nach kurzer Zeit jedoch waren alle Handgriffe Routine. Wer ähnliche Ziele wie ich verfolgt, dem kann ich nur zum Umbau raten. Und damit der nicht gerade günstige Akku keine Fehlinvestition wird, möchte ich nochmals eine vorhergehende Beratung durch Fachhändler in Erinnerung rufen.

Johannes Köllner


Anschlussplan für die Konfiguration 6S3P


Hier wird die Arbeitsweise und der Anschluss der Balancer deutlich


Hier geht es zur Artikel-Übersicht

Diesen Beitrag und noch viel mehr finden Sie in AUFWIND Ausgabe 4/2005

Das komplette Inhaltsverzeichniss 4/2005
Zur Heftbestelluwng bitte hier entlang.

© AUFWIND 2005