hoher Stromstoß

[stiebel]

Hallo liebes forum,
ich habe ein Problem, welches bestimmt schon mal gelöst wurde, ich finde aber bisher nichts wirklich gutes. Vielleicht kann mir jemand helfen.

Ich möchte in einem 16V (4S Lipo) Roboter einen sehr sehr starken Hubmagneten betreiben, der einen sehr kurzen (20ms) aber extrem starken
Stoß ausüben kann.
Als ersten Ansatz habe ich einen "normalen" 6V Hubmagneten (503289 - 62 beim Conrad) geöffnet und die Wicklung durch 0,8mm Kupferlackdraht ersetzt.
Dieser neu gewickelte Magnet brennt natürlich bei 1 Sekunde komplett durch, aber bei 20ms zieht er rund 50-60 Ampere und macht genau, was ich will.
So weit so gut.

Leider bricht mir natürlich die Akkuspannung weg und ich habe keine zuverlässige Schaltung bauen können, die ich dann mit einem Arduino ansteuern könnte.
Ich bin aber aus Gewichtsgründen darauf angewiesen, mit nur einem einzigen 16V Akku sowohl alle Motoren, den Controller (über ein BEC auf 5V) und diesen
Hubmagneten zu betreiben.

Jetzt suche ich eine Möglichkeit, wie ich die Leistung (800-1000 Watt) für 20ms aufbringen kann, ohne meinen
Akku in die Knie zu zwingen.
Also irgend einen guten Puffer, den ich konstant nachlade.
Da ich maximal einen Stromstoß pro Sekunde benötige, entspricht das Ganze ja einer
Dauerlast von 1A, was der Akku spielen schaffen würde (50A Stromstoß für 20ms pro Sekunde entspricht 1A/s)

Das Ganze natürlich möglichts klein und leicht...

Meine erste Idee war ein Kondensator, aber der wird viel zu groß,
zweite Idee ein Superkondensator, aber ich finde keine Angaben zum Maximalstrom, und
ich befürchte, dass ich die "goldcaps" oder ähnliche beim Versuch platzen lassen würde,
zumal ich ja 16 V brauche.

Was auch gehen würde, ist eine Spannungsverdopplung oder Verdreifachung,
wenn es damit leichter würde.
Bei 48V brauche ich ja nur noch rund 15 Ampere für die Leistung, den Hubmagneten
entsprechend mit dünnerem Draht wickeln stellt kein Problem dar.
Aber wie bekomme ich die Spannung entsprechend hoch und wie speichere ich die Energie dann?

Ein verwandtes Problem hat doch auch ein herkömlicher Foto-Blitz (kein LED Blitz, sondern so wie früher)
Nur dass hier ein paar 100V erzeugt werden und das will ich nicht, ich würde eigentlich lieber
im sicheren Bereich unter 50V bleiben.

Also wie gesagt, am liebsten wäre mir ein (Super-) Kondensator, denn ich dauerhaft mit maximal 1A nachlade,
und der dann die gesamte Energie schlagartig hergeben kann.

Hat jemand einen guten Tipp?

Gruß
Roland

[nikolaus10]

Hallo

Die Antwort lautet Kondensator (wie du schon richtig erkannt hast).
Was meinst du mit "zu gross".
Deine anderen Loesungen werden auch nicht viel kleiner.
Nimm mehrere Low ESR Kondensatoren , die sollten das schaffen.
Goldcaps bekommst du nur schwer auf 16V.

73

[PICture]

Hallo!

Meine "verrückte Idee" wäre mechanische Energie in einer Feder zu kumulieren (z.B. mit einem Getriebemotor) und impulsartig "ausgeben", weil Hubmagnete uneffizient sind: http://www.magnetbasics.de/hubmagnete/hubmagnet.htm . ;)

[Klebwax]

Bei den Doppelschichtkondensatoren muß man etwas genauer hinsehen. Das was früher "Goldcap" genannt wurde, ist nicht geeignet. Die haben Innenwiderstände im zwei bis dreistelligen Ohmbereich. Es gibt aber inzwischen welche, manchmal unter dem Name "Supercap" oder ähnlich, die 100A oder auch 1000A liefern können. Die haben zwar auch nur 2,5V, durch hintereinanderschalten kann man aber auch größere Spannungen erreichen. Als Werbung hab ich mal gelesen, daß mit einem solchen Kondensatorpacks ein schwerer LKW-Diesel bei hartem Frost gestartet wurde. Und da fließen schon heftige Ströme.

Wenn man Bedenken wegen der Symmetrisierung bei der Hintereinanderschaltung hat, spendiert man noch ein paar Parallelwiderstände. Insbesondere bei einer ständigen Stromversorgung ist das unproblematisch.

MfG Klebwax

[stiebel]

Danke für die konstruktiven Vorschläge.

@PICture: Ja, die Idee ist mir auch schon gekommen, aber ich habe nicht viel Platz und eine mechanische Lösung, eine Feder zu spannen, erfordert eine sehr stabile Konstruktion,
die wohl schwerer und größer wird als der im Moment fingergroße Hubmagnet. Die Effizinet ist nicht ganz so wichtig, da ich selbst bei 1000 Watt bei einem 20ms Schuss pro Sekunde ja nur
50 Watt/S verbrauche.

@ Nicolaus10 & Klebwax:
Ein "echter" Kondensator, der die 50 Wattsekunden speichert braucht ungefähr 0,2F, also 200.000µF. Der würde aber die Spannung exponentiell verlieren,
also möchte ich eigentlich so etwas um die 1F haben, und den Kondensator nur teilentleeren.
Ein 1F Kondensator für 16V ist aber riesengroß!
Daher die Idee mit den Supercaps. Mir ist klar, dass die alten Goldcaps nicht gehen, aber wo finde ich Supercaps,
die 16V können, 50A abkönnen und nicht ein paar Kilo wieden?
Ich finde 300F Supercaps mit 20.000A Stromspitzenzulassung, oder 1F Goldcaps, aber keine 1F Supercaps mit 60A.
Genau das wäre aber wohl ideal.
Ich bin weiter offen für Ideen.
Gruß
Roland

[Siro]

Was hast Du denn für einen 4S Akku dran ? Ein guter 4S Akku hat z.B. 40C und mehr. Also bei einem 2200mA Akku mit 40C kommst Du auf 88 Ampere.
Ich denke das Problem liegt in der Verdrahtung, dass Dir dein Arduino einen Reset auslöst wenn der Magnet anzieht. Der Controller sollte gut abgeblockt werden.
Lass doch den Akku rugig einbrechen, sorge dafür das deine Elektronik am Arbeiten bleibt. Die Maßnahme umverlagern. Gib der anderen Elektronik einen großen Elko,
damit die 20ms wo der Akku einbricht überbrückt wird. Ganz wichtig ist dabei die Kabelführung.
Siro

[wkrug]

Das mit dem Akku und der Verkabelung seh ich auch so.
Mit einem 40C Akku mit noch höherer Kapazität wird auch der Spannungseinbruch geringer.
Ich hab heute meinen neuen Antrieb getestet 6Zellen bei 100A Dauerstrom an einem 5000mAh Akku.
Dabei ist die Akkuspannung gerade mal um gut 2V zusammen gebrochen.
Ich hab dabei 8qmm Kabel verwendet und die Vekabelung so kurz wie möglich gehalten.
Das sollte auch für die Stromversorgung des Controllers verkraftbar sein, wenn man die sauber entkoppelt ( Dioden und Elkos ).

Ein Problem, das Du beachten solltest ist die Induktionsspannung beim Abschalten des Magneten.
Die kann Dir Problemlos den Leistungsfet zerschießen.

[Geistesblitz]

Da wären auch noch ein paar Dioden sinnvoll, zum einen eine Diode zur Controllerversorgung hin vor dem Kondensator dort, damit die Spannung nicht wieder zurückgezogen werden kann, falls sie einbricht, zum anderen eine Freilaufdiode neben der Spule, um eben den Induktionsstrom abfließen zu lassen.

[stiebel]

Hallo zusammen,
ja, ihr habt Recht, wahrscheinlich puffere ich besser die Elektronik statt des Elektromagneten.
Es ist aber etwas kritischer, ich habe nur einen 850mAh Akku, und der sackt um über drei Volt,
und dann schaltet die Lipo Unterspannungswarnung meines BEC, der die 5V für die Elektronik bereitstellt.

Eine Diode vor dem Pufferkondensator sorgt zwar dafür, dass der Kondensator nicht "falsch" entladen wird,
senkt aber die Spannung wiederum um 0,7 V, so dass das den BEC wieder stören könnte...
Aber ich probiere mal durch, was ich machen könnte.

Auf jeden Fall vielen Dank für eure Hilfe.
Roland