6. FUNK.TAG in Kassel am 27.04.2024

Vorwort

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In früheren Jahren war es meist der einzige Weg, um qrv zu werden - der Eigenbau. In den Anfangsjahren des Amateurfunks gab es keine Fertiggeräte, später dann bestenfalls Bausätze. Erst in den letzten 50 Jahren kamen industriell hergestellte Amateurfunkgeräte auf, anfangs zu Preisen von Monatsgehältern, gemessen am Normalverdiener.
Heute ist für viele vom Bastelvirus befallene Funkamateure Eigenbau weiterhin ein Thema, wenn auch vor allem bei Antennen, aber auch beim Aufbau von Bausätzen, Antennentunern und anderen elektronischen Geräten, vorwiegend für spezielle Anwendungen wie QRP, SOTA und anderes.
Empfehlenswert sind "KITs", also Bausätze mit den zum Aufbau benötigten Teilen. Sie reichen von ganz einfach bis zum komplexen Spitzengerät, die Preise sind entsprechend. Auch hier gilt, mit dem Einfachen entsprechend seinen Fähigkeiten zu beginnen und vorab zu checken, welche Meßtechnik und Werkzeuge man für das Projekt benötigt.
Eigenbau verlangt auch ein Interesse an dieser Tätigkeit, die Bereitschaft, sich Kenntnisse zu erarbeiten und nicht beim ersten Fehlschlag die berühmte Flinte ins Korn zu werfen. Viele haben bereits in der Kindheit damit angefangen oder besitzen einen entsprechenden Beruf. Wer denkt, damit aus dem Stegreif für wenig Geld teuere Fertiggeräte zu übertreffen, ist auf dem Holzweg und wird statt Freude nur Frust erleben. Neben dem Interesse sollte stets auch eine angepasste Meßtechnik, Werkzeuge und die dem Vorhaben entsprechenden Kenntnisse vorhanden sein, ein oft nicht zu unterschätzender Kostenfaktor.

Häufig unterschätzt - das Gehäuse

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Vor allem Neulinge beim Eigenbau unterschätzen gern eines - das Gehäuse. Aber es bestimmt maßgeblich den Erfolg des Eigenbaues, also sollte es parallel zum Innenleben entwickelt werden, damit dann alles passt:

  • die elektrische Stabilität eines Gerätes hängt von der mechanischen Qualität des Gehäuses unmittelbar ab. Mit einer wackligen Umhüllung gelingt kein Aufbau eines stabil funktionierenden Gerätes, und der Schutz des Inneren ist auch unvollkommen.
  • Außenstehende werden das Gerät auch nach seinem Aussehen beurteilen, auch die Akzeptanz der XYL, ob es in der Wohnung einen Platz findet, hängt davon ab.
  • fertige Gehäuse bzw. Gehäusebausätze entsprechen nicht immer den Vorstellungen, zu groß, zu klein, ungünstige Form usw.
  • Bausätze verfügen nicht immer über ein Gehäuse bzw. es sollen Zusätze eingebaut werden, für die kein Platz vorhanden ist

Deshalb ist Eigenbau von Gehäusen ein Thema, aber auch ein Problem, wenn keine Werkstatt zur Verfügung steht.

Gehäusebau aus Leiterplattenmaterial

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Um das Fahrrad nicht neu zu erfinden, möchte ich hier auf die Homepage zweier Leipziger OM verweisen, die einerseits viele interessante Beiträge für Eigenbaugeräte vorstellen und dabei auch umfangreich den Gehäusebau aus Leiterplattenmaterial behandeln.

Da ist zunächst die Homepage von DL2LTO aus unserem OV S31
Sie enthält viele Beispiele zum Eigenbau und zum Outdor-Funk. Den Beitrag zum Gehäusebau findet man unter  Themenmix/Tipps für Bastler Dort kann man unter Baubeschreibung ein PDF-File zum Gehäusebau herunterladen.

Unbedingt lesen sollte man dabei auch auf der Seite von DL2LUX (S37)  die unter
Maßgeschneiderte Umhausungen für Eigenbauprojekte aus Leiterplatten - Basismaterial gegebenen handwerklichen Hinweise, um Fehlschläge zu vermeiden.

Ich habe selbst schon mehrere Gehäuse auf diese Weise gebaut und bin damit zufrieden. Ich verwende als Oberflächenschutz bei Bedarf gern farblose, selbstklebende Möbelfolie d-c-fix

 


Welchen Akku fürs homemade-Funkgerät verwenden?

 

 

Die Palette der verfügbaren Typen ist mittlerweile recht breit, es gibt unzählige Beiträge über Eigenschaften und Behandlung im Netz. Was eignet sich für den Funkamateur, wenn er einen Akku außerhalb der gerätegebundenen Exemplare verwenden will?
Dieser Beitrag ist als Hilfe bei der Suche nach einem geeigneten Akku gedacht, ersetzt aber nicht die Beschäftigung mit dem konkreten Produkt und vor allem seinen Behandlungsvorschriften.

Der Blei(gel)akku

Positiv ist der Preis (zyklenfeste "Solarakkus" sind da aber auch nicht ohne)
Die Klemmenspannung von 13,6V gibt es nur im Auto bei laufenden Motor, ansonsten liegt sie je nach Entladezustand zwischen 12,8 und 10,8V, nicht gerade optimal fürs Funkgerät.
Der mit dem Alter steigende Innenwiderstand der üblichen Bleigelakkus führt dazu, daß bei hoher Stromabnahme (>10A) deutliche zusätzliche Spannungseinbrüche hinzukommen können.
Im Rucksack mag die schweren Dinger keiner - sie eignen sich also mehr für die Gartenlaube oder den Wohnwagen bei großzügiger Auslegung der Kapazität, für alles andere sind sie eher ein Auslaufmodell.
 

Der NiMh-Akku

Vorwiegend in Handfunkgeräten verwendet und dort meist als gerätetypischer Akku, also für Geräte kleiner Leistung. Konfektionierte Akkus sind regelmäßig recht teuer ( und keiner kennt ihr Alter), Einzelzellen auch nicht gerade billig und bringen das Kontaktproblem in Batteriekammern mit sich, welches gern unterschätzt wird. Die Spannungskurve beim Entladen fällt deutlich ab. Da ihre elektrischen und mechanischen Parameter sich deutlich von anderen Akkus unterscheiden, sind sie nicht leicht durch andere Typen zu ersetzen und werden uns noch eine Weile in Fertiggeräten erhalten bleiben, sind aber im Portabelfunk auch eher ein Auslaufmodell.

 

Der LiIon- /LiFePo4- /LiPo-Akku

Akkus auf Lithiumbasis sind eigentlich der Stand der Technik für die Versorgung portabler Funkgeräte. Ihre Spannung zeigt die geringste Differenz zwischen voll und entladen, sie haben das niedrigste Gewicht, liefern dabei hohe Ströme, die Preise sind auch nicht mehr das Problem. Eigentlich Ideal, aber man muß sie richtig behandeln, sonst können sie sich in viel Rauch und Hitze auflösen.
Kritisch sind insbesondere:
- Die Ladeschlußspannung darf nicht überschritten werden, sonst kann der Akku zerstört werden bis hin zum Brand.
- Kurzschluß ist aus gleichen Grund aufgrund des sehr niedrigen Innenwiderstandes gefährlich.
- Die Zellen dürfen nicht geöffnet werden, da das metallische Lithium an der Luft oder im Wasser sofort Feuer fangen kann
- Tiefentladung zerstört die Zellen ebenfalls
Im praktischen Betrieb verhindert deshalb ein Batteriemanagmentsystem (BMS) diese Zerstörungen.
Bezeichnung einer Lithiumbatterie, z.B.   4S2P 6A 30C
4S : Es sind intern jeweils 4 Zellen in Reihe geschaltet
2P : Es sind intern jeweils 2 Zellen parallel geschaltet
6A : Die Kapazität des Akkus beträgt 6Ah (=Kapazität C)
30C: Der maximale Entladestrom darf 30x6Ah, 180A, nicht überschreiten.
Generell gilt, wenn nicht anders angegeben, dürfen Li-Akkus mit maximal 1C geladen werden.

LiFePo4 - Akku
Es ist der robusteste, sicherste und langlebigste Li-Akku, leider auch etwas schwerer und teuerer gegenüber den anderen beiden. Er ist weitgehend kälteunempfindlich und kann aufgrund seiner Klemmenspannung (etwa 3,3V) vorteilhaft den Bleiakku in Funkgeräten ersetzen. Er wird in stabilen Gehäusen verschiedener Bauformen gefertigt.

LiIon - Akku
Seine Nennspannung beträgt etwa 3,6V, etwas leichter gegenüber dem LiFePo4. Sehr verbreitet in Laptops, Smartphones usw. als Rund- und Flachzelle (Telefon). Er weitgehend kälteunempfindlich, bezüglich Zyklenfestigkeit und Hochstromfähigkeit gibt es eine breite Modellpalette.

LiPo - Akku
LiPo-Akkus sind vor allem durch den Modellbau vielen bekannt. Ihre Betriebseigenschaften entsprechen weitgehend den LiIon-Akkus, aber mit einigen Besonderheiten
- Das Gehäuse ist meist nur eine Folienpackung, also mechanisch vorsichtig zu behandeln, aber dadurch sehr geringes Gewicht. Es gibt sehr viele Bauformen.
- unter +10°C merkliche Parameterverschlechterungen (Innenwiderstand, Kapazität), also nichts für Bergfunker im zeitigen Frühling.
- sie haben günstige Preise
Speziell Modellbauakkus sind aufgrund sehr hoher möglicher Ströme bei geringem Gewicht und Volumen sowie fehlendem eingebauten BMS im Fehlerfall brandgefährdet
LiPoakkus werden neuerdings mit 32% Ladezustand ausgeliefert. Bis 32% reicht die gespeicherte Energie im Kurzschlußfall nicht zur Selbstentzündung aus (>=150°C werden nicht erreicht)

Das BMS (Batteriemanagmantsystem)
Die Bezeichnung könnte z.B. lauten: 4S40A LiIon  16,8V
4S  Vorgesehen für einen Akku mit 4 in Reihe geschalteten Zellen
40A Das BMS kann Ströme (kurzzeitig!) bis 40A überwachen, länger höchstens die Hälfte
LiIon Das BMS ist für LiIon-Akkus gedacht, max Batteriespannung 16,8V
Teilweise wird auch die Batterietemperatur überwacht.

Was macht ein BMS?
Im Entladebetrieb wird der Entladestrom und die Spannung jeder Zelle überwacht. Überschreiten des Entladestromes (hier 40A) oder unterschreiten der Mindestspannung bereits einer! Zelle schaltet die Batterie ab, erst nach Nachladen ist wieder Klemmenspannung zu messen.
Im Ladebetrieb sollte der Ladestrom durch das Ladegerät begrenzt werden, ebenso die Ladespannung. Das BMS schaltet den Ladestrom ab, wenn mindestens 1 Zelle die vorgegebene Ladeschlußspannung erreicht
Balancer: Im BMS ist bei mehrzelligen Akkus ein Balancer integriert. In seiner einfachsten Form schaltet er bei Erreichen der Balancierspannung einen Widerstand zur Zelle parallel, die eine langsame Entladung (z.B. 50mA) bewirkt und so unterschiedliche Ladezustände der Einzelzellen ausgleicht.
Nicht jedes BMS erfüllt alle Funktionen (immer in die Doku schauen), z.B. macht in einem einzelligen Telefonakku ein Balancer keinen Sinn, wohl aber ein Tiefentlade- und Kurzschlußschutz. Man muß in der Doku suchen, was verbaut ist.
Modellbauakkus haben in der Regel kein eingebautes BMS, nur einen Anschluß für einen extern anzuschließenden Balancer. Die übrigen Funktionen müssen dort durch das Ladegerät bzw. die Anwendung (Überwachung Entladung) sichergestellt werden.
Unabhängig von der Sicherungselektronik - ein "echte" Sicherung schützt vor den nicht vorhergesehenen Fehlern!

Einige Beispiele

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LiPO - Akku, 14,8V/850mAh, ca 30x28x56 mm 94 Gramm, ab ca. 10€
5poliger Anschluß Balancer, 2poliger Hochstromausgang Foto: DL8LRZ
BMS 4S 20A für LiIon (China 3€) Steckverbinder nachträglich montiert Foto: DL8LRZ

Für meinen QCX habe ich den Akku auf nebenstehende Bild mit dem darunter abgebildeten Balancer verbaut, er ermöglicht ca 3 Stunden aktiven Funkbetrieb.
Ein Akku entsprechend nebenstehenden Bild (850mAh) kann also lt. Datenblatt 21A Dauerstrom und 42A Spitzenstrom liefern, das reicht theoretisch für ein 100W-Funkgerät, praktisch wäre der Akku nach wenigen Minuten leer (und auch kochend heiß). Größere Akkus braucht man also für längeren Betrieb, nicht wegen der Stromergiebigkeit.

Das heißt in der Umkehr aber auch, daß man im Beispiel (wie bei allen hochstromfähigen Akkus) im Kurzschlußfall mit Werten über 100A rechnen kann, und in dem obigen kleinen Akku werden dann bei 14,8V Nennspannung geschätzt 1kW umgesetzt, es gibt also sofort Feuer und Rauch (aufgrund der leichten Umhüllung besonders kritisch), das man bei Li-Akkus nie mit Wasser löschen darf. Und die Gehäuse aus Folie dürfen nicht beschädigt werden, ansonsten kann es gleichartige Reaktionen geben.
Fazit: Die kleinen Akkus haben besondere Eigenschaften, aber sie wollen auch wie eine Diva behandelt werden. Deshalb alle Sicherheits- und Behandlungshinweise der Händler/Hersteller genau lesen und einhalten, dann bereiten sie Freude. Wer sich also für einen solchen Akku entschieden hat, sollte sich eingehend über die Handhabung informieren. Schnellladung wie im Modellbau (die Pause zum nächsten 5min-Flug soll ja kurz sein) sollte bei Funkakkus unterbleiben (auf dem abgebildeten 850mAh-Akku z.B. steht nichts zum Ladestrom. Dann gilt: maximal 1C=0,85A Ladestrom), welcher Funker geht schon nach 10min zum nächsten Portabeleinsatz, in 2 Stunden ist der Akku auch normal voll geladen, er dankt es mit seiner Lebensdauer.
Zur Zyklenfestigkeit: Bei "nur" 250 Zyklen rümpfen viele die Nase. Der Betreiber einer Solaranlage hat sicher recht. Aber gehen wir von einem Portabeleinsatz mit einem Akkuzyklus pro Woche aus, dann brauchen wir rund 5 Jahre Sommer wie Winter, um diese Zyklenzahl zu erreichen. Da ist die normale Alterung oft bestimmender. Man kennt es vom Notebook: der ständig am Netz hängende Laptopakku hat immer 100%, schafft aber nach 2 Jahren nur noch 1/3 der Zeit. Der ständig im Batteriebetrieb genutzte ist des öfteren nach dieser Zeit sogar besser. Übrigens: verschlissen heißt bei Li-Akkus unter 80% der Nennkapazität.

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