Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Elektrik-Trick: Ideensammlung für eine elektische "Aufstiegshilfe"

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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon aeroklaus » 02.01.2017, 14:49

Akku-Ladetechnik: „BMS“ oder „Balancer“?

Nicht klar ist mir, wie man für eine Paramotor-Anwendung am besten/sichersten einen Akkupack mit in Serie geschalteten EInzelzellen lädt.

Genügt es, sogenannte „Balancer“ nur beim Laden zu verwenden, oder verwendet man besser gleich ein vollständiges „BMS“ (Battery management system)?

Erklärung dazu durch einen Ausflug in meine Variante der E-Mobilität (Obacht, viel Text!!): :Dieter:

ich habe seit über 2 Jahren einen E-Roller (E-max 90s), der standartmäßig mit 4 in Reihe geschalteten Blei-Gel Akkus (12V, 40AH) betrieben wird. D.h. Nominalspannung ist somit 48V.
Geladen wurden diese 4 Akkus in Reihe mit einem speziellen Ladegerät, welches bei einer Ladespannung von 48V eine geeignete Ladekennlinie zur Verfügung stellte.

Blei-Gel-Akkus (aber auch die Standart-Blei-Akkus in Autos) sind äusserst zickig, was ihre Behandlung betrifft: bei Überladung bekommen sie schnell „dicke Backen“ und gasen aus (=Entsorgen!), bei Tiefentladung gehen sie auch schnell kaputt.
Wenn man bei einer Reihenschaltung nur die Gesamtspannung (48V) überwacht, hat man keine Info über den Ladezustand der Einzelzellen, und da die im Lauf der auseinanderdriften, kann es leicht passieren, dass beim Laden einzelne Zellen überladen werden und beim Entladen (Fahren) einzelne Zellen schon in Unterspannung geraten, ohne dass man es sofort bemerkt.

Nun hängt die maximal mögliche Anzahl von Ladezyklen stark von der Behandlung ab: bei Blei-Gel-Akkus sollte man nie mehr als 50% der Kapazität entnehmen und am Besten bei der geringsten Entnahme sofort wieder vollständig aufladen, sonst halten sie nicht lange. Bleibatterien in KFZ halten deswegen oft so lange, weil sie nach der Entnahme (Startvorgang) sofort durch die Lichtmaschine wieder vollständig geladen werden. Das ist auch der Grund, wieso die Batterien von Gebrauchtkarren, die länger unbenutzt herumstanden, meist kaputt sind (auch bei ausgeschalteter Zündung fließt ständig ein kleiner Reststrom, der über die Wochen die Batterie tief entlädt. Man kann sie dann zwar kurzfristig wieder reanimieren (Starthilfe), aber nach der ersten kalten Winternacht springt die Karre dann doch nicht mehr an).

Mein Roller, den ich gebraucht kaufte, hatte auch Blei-Gel-Akkus, von denen ich wusste, dass sie schon ziemlich schlapp waren (Reichweite statt 50-60km nur noch 15km).
Deswegen hatte ich beim Kauf schon neue Akkus mit einkalkuliert, dazu gab es 2 Möglichkeiten:

entweder 4 neue Blei-Gel-Akkus, Kosten ca. 500-700€, bei richtiger Behandlung halten die ca. 10000km.

oder gleich die Technologie wechseln:
16 Stück in Reihe geschaltete (16s) LiFeYPO4-Zellen 60AH mit einer Nominalspannung von 3,2V pro Zelle, Unterspannung 2,8V (darf nicht unterschritten werden).
Geladen werden sie in Reihe mit einem 48V-Ladegerät mit LiFeYPO4-Ladekennlinie.
LiFeYPO4-Zellen haben bei gleichem Gewicht eine deutlich höhere Kapazität, haben nicht die Nachteile von Blei-Gel und können auch mal tiefer entladen werden (solange die 2,8V nicht erreicht werden) und müssen auch nicht sofort wieder aufgeladen werden, ohne dass die Zyklenzahl abnimmt. Weitere Eckdaten (Temps, max. Ströme etc. liefern die Datenblätter der Zellen).

Ich hatte mich für Variante 2 (LiFeYPO4) entschieden, Kosten waren ca. 1600€ (Akkus, Ladegerät, Balancer) und bereue es bis heute nicht.

So, nun zu der Ausgangsfrage (BMS vs. Balancer)

Ein „BMS“ überwacht sowohl beim Laden als auch beim Entladen (Fahren bzw. Fliegen) ständig alle Einzelzellen, und zwar nicht nur die Spannungen, sondern auch die Temperaturen und schreitet ein, wenn was nicht stimmt. Das ist natürlich der Idealzustand, allerdings sind manche Systeme auch fehleranfällig (die Controller stürzen schon mal ab) und man muss sie natürlich auch bei einem Flugakku ständig mit herumschleppen (Gewicht). Da an jeder Einzelzelle ein zusätzliches elektronisches Bauteil mit dranhängt, kann bei grober Behandlung auch schon mal was kaputtgehen und im worst-case auch u.U. eine Zelle kurzschliessen.

Sogenannte „Balancer“ hingegen sind Lastmodule, die auch an jeder Zelle zwischen + und - klemmen und nur beim Ladevorgang tätig werden: Eilt eine Zelle bei Laden voraus (weil sie weniger entladen war als der Rest), leitet der Balancer Überspannung/Strom ab und schützt somit die Zelle von Überladung. Im Idealfall sollten dann nach mehreren Ladevorgängen alle 16 Zellen „in Balance“ sein, d.h. gleiche Ladezustände haben.
Perfekt funktioniert das allerdings nicht, aber man kann auch nach mehreren Ladezyklen die Einzelzellen mit einem Voltmeter überprüfen und eventuelle Ausreisser, die weniger Spannung haben, mit einem Laborladegerät einzeln nachladen. Mach´ ich auch gelegentlich…

Aber auch da gibt es den Nachteil, dass die Balancer zusätzliche elektronische Bauteile sind, die z.B. beim Roller ständig Feuchtigkeit, Schmutz und Rüttelei ausgesetzt sind und somit auch schon mal kaputtgehen können (und u.U. dann auch „ihre“ Zelle mit in den Abgrund reissen). Ausserdem ziehen die Lastmodule auch im Ruhezustand das eine oder andere mA, so dass bei längerer Nichtbenutzung auch die Zellen langsam entladen werden. Das gilt natürlich auch für die Lastmodule eines BMS!

Deswegen habe ich das bei meinem Roller so gelöst: die Balancer verbleiben nicht im Roller, sondern werden nur beim Laden mit einem Multistecker mit dem Akkupack verbunden. Ist der Akku geladen, werden sie nicht mehr benötigt und wieder abgesteckt.

Beim Fahren achte ich dann auf die gefahrenen Kilometer und auf die Gesamtspannung. Fällt die unter einen Wert von deutlich kleiner 48V, lade ich das Moped bei nächster Gelegenheit auf. Und alle paar Wochen/Monate überprüfe ich alle Zellen einzeln, ob da irgendeine schon schlapp macht. Bis jetzt (Umbau war 9/2014, seitdem wenigstens mehr als 5000km) ist alles ok.

So, nun zum „Flugakku“:

wir gehen davon aus, dass ein Flugakku aus ca. 14-15s Einzelzellen besteht, (z.B.: Headway 15AH LiFePo4- Einzelzellen, die hatte Thomas aber schon per PN als nicht so geeignet bezeichnet), um auf eine Spannung von 45-50V zu kommen. Mehr Kapazität erreicht man dann durch Parallelschaltung der Zellen.

Reichte es für einen Flugakku, alle Zellen wie beim Roller in Serie mit einem geeigneten Ladegerät zu laden und den Ladevorgang mit aufsteckbaren Balancern zu kontrollieren, die dann am Boden bleiben oder sollte man ein vollständiges BMS verbauen, dass man dann aber immer mit herumschleppen muss.
??

Der Motorcontroller kann ja (soweit ich verstanden habe) die Ströme kontrollieren/überwachen und hat eine Schnittstelle zu einem vorhandenen BMS. Ist dieses aber nicht vorhanden, könnte man wenigstens die Akkutemperatur mittels geeigneter Sensoren messen und dem Controller zuführen. Die Gesamtspannung sollte dann aber immer „manuell“ mittels Display ständig überwacht werden.

Die Variante mit steckbaren Balancern ist für mich etwas smarter, da nach dem Prinzip „Kiss“: was in der Luft nicht mit dabei ist, kann auch nicht kaputtgehen und andere Probleme verursachen.

Was meint Ihr dazu?


LG Klaus
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon Liebernickel » 02.01.2017, 16:55

Hallo Klaus,
vielleicht helfen Dir hier die Anleitungen bei geiger engineering (unter software), auf die jeder Zugriff hat.

Gruß Michael
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon ABSimon3 » 02.01.2017, 17:43

Hallo Klaus,

Lifep4 haben zu wenig Druck. (Hatte Thomas mal gesagt).
Li ion haben den Nachteil das man große packs braucht,
Da diese nur bis 5c ? belastet werden können
Sicher passend für Paramotor Konzepte aber weniger gut für
Sehr leichte Aufstiegshilfen.

Beste Idee meiner Meinung nach abwerfbare Lipos in
SafeBoxen. Bei youtube gibt's viele Videos dazu ... was soll da noch
Passieren. Li Ion sind vielleicht ein Tick sicherer, können aber wohl auch Ärger
Machen bei Beschädigungen oder Nässe. Man kann auch nicht jede einzelne Zelle
Röntgen.

Für mich ist fest verbaut li ion und abwerfbar Lipoid wie high End B ohne
Rettung oder high End C mit Rettung. Lipos bringen auch Gewicht und Kosten runter.

Wir sind hier ja bei Ideensammlungen ... das ganze mal anders gedacht.

Viele Grüße
Askan
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon aeroklaus » 02.01.2017, 18:05

Hallo Askan,

die 15AH Headway-Einzelzellen können 5C Dauer und 10C Peak, also 75A und 150A Peak.
Für 64V bräuchte man 20 Stück, das wären

20*29,50€, also 590€ für ein 15AH-Pack und das wöge dann (ohne Zellverbinder und Anschlüsse) 20*478Gramm, also 9,56kg.

Laut meiner Schätzrechnung: :Klaus:
viewtopic.php?f=44&t=3678

reichte das knapp für den Startvorgang und evt. 7-8 Minuten Steig/Levelflug. Ich finde aber kein Datenblatt bzw. Diagramm, was die Dinger bei 80% DOD bzw 100% DOD bei 5-10C machen, ob dann die Zyklenzahl stark einbricht.


Was mir an den DIngern gefällt, sind die Schraubanschlüsse, damit kann man die Zellen in beliebigen Kombination mittels Zellverbindern elektrisch safe verbinden. Bei den hohen Strömen sind unsichere elektrische Verbindungen ein Brandrisiko!

Alternativ könnte man auch die kleinen A123 Systems APR18650M1A Einzelzellen verwenden, damit könnte man beliebige Packs realisieren, die müssten dann aber verschweisst werden (was ich nicht kann).

LG Klaus
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon custom-paramotors » 02.01.2017, 19:15

Hallo,

aufgrund der Tatsache, das mein sehr langer Beitrag nur zur Verwirrung führte, lösche ich diesen lieber.



Grüsse
Zuletzt geändert von custom-paramotors am 03.01.2017, 10:16, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon ABSimon3 » 02.01.2017, 20:31

denke der Mehraufwand (nieten, verguss, elektronik) macht die
Li-Ion Packs auch wieder teuerer und schwerer als LiPos.
Und mit nem ~10-12kg Akku ist man wieder in Summe wohl bei 20kg Abfluggewicht, und
zum Thermikfliegen dürfte das vielen Freifliegern (bisher 0kg !!) zu viel sein.
Und bei 20kg kann ich mir auch einen Benziner kaufen der 3 Stunden lang fliegt.

Mir geht diese Rechnung nicht aus dem Kopf. Er hier (https://www.youtube.com/watch?v=V-chiQlyAYU),
zeigt das man mit 4kg Akku und Minipropellern schon 10min bodennah rumdüsen kann.
Wenn ich das mal ganz plump umrechne, 1m Eigensinken = 10min, 1m Eigensinken
+ 1m Steigen = 5min gibt das (5x60) 300 Höhenmeter. 6kg Akku wären demnach
~ 500 Höhenmeter. Das geht so mit Li-Ion (wohl noch) nicht. 50 Flüge pro Akku
würde mich überhaupt nicht stören, solangs leicht ist und Lipos kosten
wirklich nicht die Welt und sind schon fertig.

Wenn man das LipoPack (wie Razebuss Radical) auf dem Schoss hat,
in so einer Glasfaser-SafeBox, kann man sobald der Lipo raucht, Motorkabel ziehen
und LipoPack mit Regler abwerfen. Aus meiner Sicht die beste Lösung.
Und es gibt wohl kein Konzept, wo man nicht die Lipos auf dem Schoss,
bzw. an den Karabinern aufhängen könnte. Zum Thermikfliegen eh der
beste Platz für viel Gewicht.

Gibt fürs Abwerfen vielleicht auch flugrechtliche Einwände,
aber wenns um Leben und Tod geht, lassen Passagiermaschinen
auch hunderte Tonnen Kerosin über der Landschaft ab und
landen da wo sie runter kommen. Ist nur für absolute Notfälle.
Denke aber Gewicht ist für Kunden auch ein ganz wichtiges Thema.
Und mit welchem Batterietyp man die Einstiegshöhe dann erreicht,
ist eigentlich auch wurscht.

viele grüße
askan
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon aeroklaus » 02.01.2017, 21:33

Danke für die wertvollen Erfahrungen aus der Praxis, Thomas!
Jetzt weiss ich zwar immer noch nicht, welche Zellen ich verwenden soll, aber als Nicht-Modellbauer ohne Praxiserfahrungen mit Lipos möchte ich auch keine solchen im Paramotor verwenden, auch wenn das Kapazitäts/Gewichts- und Preisverhältnis verlockend ist.

Wieso nicht die entsprechende Menge an A123-Rundzellen von Panasonic oder einem anderen Markenhersteller? Die kann man sich auch konfektionieren lassen, wenn man es nicht selbst machen kann.

Man bräuchte für eine Starthilfe eine Kapazität von >15AH bei einer Spannung von ca. 60V (motorabhängig).
Dabei muss er Ströme liefern in einem Bereich von ca. 80-120A (Level, Steigen) bis hin zu ca. 160A (Startvorgang).


Ich stimme Dir 100% zu, dass so ein Pack so konstruiert sein sollte, dass er auch ohne zusätzliches Elektronik-Gedöns sicher läuft. Wenn man von aussen an die Einzelzellen herankommt, kann man den Pack auch gut zwischen den Flug-Sessions pflegen.

Also beim Laden ansteckbare Balancermodule sind offensichtlich eine vernünftige Lösung! Die Dinger funktionieren analog und untereinander unabhängig und messen nur die Ladespannung pro Zelle und wenn zu hoch, wird die Überspannung abgeleitet und in Wärme umgewandelt.
Beim Fliegen immer die Gesamtspannung überwachen, wenn kein Cell-Monitor vorhanden (und dafür zwischen den Sessions öfters nachmessen, was die Einzelzellen machen), so bekommt man ein gutes Gefühl über den Zustand des Akkupacks. Aber wenn möglich die Temperatur überwachen und den Controller so programmieren, dass er bei Übertemperatur abschaltet.

Thomas, was für einen Lader verwendest Du?

LG Klaus
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon aeroklaus » 02.01.2017, 21:41

ABSimon3 hat geschrieben:d
Gibt fürs Abwerfen vielleicht auch flugrechtliche Einwände,
aber wenns um Leben und Tod geht, lassen Passagiermaschinen
auch hunderte Tonnen Kerosin über der Landschaft ab und
landen da wo sie runter kommen. Ist nur für absolute Notfälle.
Denke aber Gewicht ist für Kunden auch ein ganz wichtiges Thema.
Und mit welchem Batterietyp man die Einstiegshöhe dann erreicht,
ist eigentlich auch wurscht.


weiss nicht, aber ich denke, ein unversehrter Pilot geht vor Sachschäden.
Die ersten Paramotoren von den Freshies mit "Jettison-Aufhängung" hatten eine Trennvorrichtung für den kompletten Motor samt Sprit (wenigstens 25kg). Es gibt sogar ein Video von einem Testabwurf, da hat man dem Motor noch eine alte Rettung spendiert:
https://www.youtube.com/watch?v=rx03BSJbE0o

LG Klaus
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon ABSimon3 » 02.01.2017, 21:58

Hallo Klaus,

hey, das kannte ich noch nicht.

Vielleicht auch nochmal zur Erklärung warum ich auch so vehement
gegen wohl bestehendes argumentiere, ich glaube eine E-Motor macht
nur als reine Aufstiegshilfe Sinn, einem Verbrenner kann man nie das
Wasser reichen. Luftfahrt und Viehzucht, die zwei Bereiche wo man
CO2 nicht vermeiden kann ;)

Und ich bin kein Freund vom Motorfliegen, bin lärmempflindlich,
für mich ist Paragliding ein leises Naturerlebnis. Je eher der
Motor aus ist desto besser. Vielleicht gibs da eine ganz andere
Zielrichtung.

Und vielleicht geht das in Zukunft ja auch in eine ganz andere
Richtung im Flachland. Das Ding hier könnte wohl auch
einen Gleitschirm auf Höhe schleppen, wie bei den Drachenfliegern
https://www.youtube.com/watch?v=At3xcj-pTjg
(total verrückt die Jungs)

lg
askan
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon aeroklaus » 04.01.2017, 11:03

ABSimon3 hat geschrieben:Und ich bin kein Freund vom Motorfliegen, bin lärmempflindlich,
für mich ist Paragliding ein leises Naturerlebnis. Je eher der
Motor aus ist desto besser. Vielleicht gibs da eine ganz andere
Zielrichtung.


Hi Askan,

aber genau darum geht es hier in diesem Forenbereich: :mixed:
es geht um eine "Aufstiegshilfe", bei der der Motor größtenteils aus bleibt.

LG Klaus
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon Kläuser » 07.01.2017, 12:17

Ich kann zu eurem Fachwissen leider nichts dazu beitragen aber ich bin sehr beeindruckt von diesem und der Energie, die ihr reinsteckt!!Das wollte ich euch mal sagen up
Ich übe gerade das Löten, habe zu Weihnachten ´ne Lötstation geschenkt bekommen. :lol:
Also weiter viel Erfolg!!

Liebe Grüße
Kläuser
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon custom-paramotors » 11.01.2017, 17:02

ja falls ich mal was darüber mache in eigenem thread.

heute kommt noch meine neue Steckerlösung ( Verbindung Akku / Controller ) für elektroflug!

grüsse
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon aeroklaus » 11.01.2017, 21:25

custom-paramotors hat geschrieben:Hallo,

aufgrund der Tatsache, das mein sehr langer Beitrag nur zur Verwirrung führte, lösche ich diesen lieber.


schade eigentlich!

custom-paramotors hat geschrieben:heute kommt noch meine neue Steckerlösung ( Verbindung Akku / Controller ) für elektroflug!


Stecksysteme: darüber bin ich natürlich auch schon gestolpert. Bei 200A wird´s langsam eng, wenn man zum Akkuwechseln kein Werkzeug verwenden möchte.
Bin gespannt!
LG Klaus
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon Liebernickel » 12.01.2017, 08:42

Hallo zusammen,
Geiger verwendet beim 16 kw Motor diese doppelte Steckverbindung. Bei 12 kw gibt es für beide Pole nur jeweils eine Verbindung. Die Stecker
haben einen Durchmesser von 6 mm.

Gruß Michael
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Re: Ideensammlung für eine E-Aufstiegshilfe: Akku und Ladetechnik

Beitragvon custom-paramotors » 12.01.2017, 12:50

Hallo,

danke Michael für das Bild der Steckverbindung.

der Einfachheit halber kopiere ich hier einfach den text aus meinem FB posting hier rein.

Vielleicht für den einen oder anderen interessant.


An alle Bastler, Elektroflieger und technisch Interessierte 
-innovative solutions-

Unter diesem Motto zeige ich euch wie hohe Leistung bei Steckverbindungen für Elektroantriebe sicher übertragen werden können. Die Bilder erklären den Aufbau der aus Marktüblichen 7 mm Goldkontakstecker und einem
Element aus schwarzem GFK das ich aus dem Vollem CNC –fräse.
Sämtliche Stecker sind mit dem sogenannten „ Antiblitz „ versehen.
Durch die doppelte Ausführung sind alle Antriebslösungen von der 7 kw Thermikaufstiegshilfe bis zum 15 kw Powerantrieb bestens verbunden. Durch verschiedene Abstände ist ein falschpolen ausgeschlossen genau so wie nicht übersehen werden kann das ein Kabel nicht verbunden wird.
Da die Verbindung durch die Flankenreibung sehr gut hält ist eine weitere Sicherung unnötig und ein konstanter Halt gewährleistet. Durch den planen kontakt der GFK – Elemente sieht der Anwender immer ganz genau ob die Steckverbindung komplett geschlossen ist.

Das Gewicht der 4 GFK- Elemente incl. der 4 Edelstahlverschraubungen beträgt lediglich 39 Gramm!
Da als Kabel hochflexible Litzen AWG8 zum Einsatz kommen ist die Steckverbindung sehr angenehm in der Handhabung.

Für Wartung und Revisionsarbeiten ist das System jederzeit in alle Bestandteile zerlegbar und so können entsprechende Teile ausgetauscht werden und dem Wertstoff- Verwertungssystem zugeführt werden.
Grüsse Thomas
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