Nachdem mehreren Anfragen zu der Windensteuerung, die ich in rconline andeutete bei mir eingingen, habe ich auf dieser Seite die elektronische Steuerung meiner kleinen Winde, die ich bereits seit Anfang 1994 ohne Störungen und Probleme betreibe und sich bestens bewährt hat, mit einigen erklärenden Worten auf dieser Seite dargestellt.

Da meine vor cá 12- Jahren (1982) gebaute große 2.9KW-Elektronikwinde, mit allen (und einigen unnötigem Schnickschnack) versehen mir zu groß und zu schwer war und ich schon immer eine kleinere Version mit Akku im Fahrzeug haben wollte, konstruierte und baute ich mir 1994 eine kleinere Version. Diese habe seitdem  mit dem Antriebsakku im Fahrzeug hinter einem Sitz mit spazieren fährt und auch ausgiebig gebraucht wird.

Also wurden die bei der ersten erworbenen Erfahrungen, vor allen die Vorteile ohne unnötigen Klimbim bei der Planung und Bau einbezogen und verwendet.

Einige positive Punkte einer Elektronikwinde:

1.  keine Probleme beim Aufwickeln des Seiles ohne Last, da kontinuierliche Drehzahlsteuerung in der Stufe 1

2.  fünf unterschiedliche Leistungsstufen von 60 bis 100%     Stufe 2=60%, Stufe 3=70%, Stufe 4=80%, Stufe 5=90%, Stufe 6=100%.

3.  fast verlustleistungslose Steuerung, da mit 707 Hz getaktet. ( Ri der. Elektronik < 1mOhm;  Kabel < 1,8mOhm).
     Stromaufnahme der elektronik < 25mA, im Gegensatz ein Leistungsrelais der üblichen Winden 10...30A.

4,  auf 380 Amp Strombegrenzt, was für den Motor und vor allem den Akku ein schonendes Moment ist.   Entfällt, da nicht erforderlich und im SB auch geändert!

5.  kann mit gering belastbaren Fußtaster (Mikroschalter) betätigt werden, obwohl ein Strom von fast 400 Amp geschaltet wird.
 

Fazit:   immer im Auto mit vollem Akku, da dieser über Schottkydiode vom Bordnetz geladen wird und kann jedes Modell Verlustleistungslos vom HLG  bis  zum F3B-Modell starten.
 
 
 

Schaltbild  der  Steuerung  für  2-KW-Winde
 Ich empfehle das SB, was im gif-Format ist zu kopieren und auf DIN A4 auszudrucken,
um bei der Erklärung es parat zu haben um ihr besser folgen zu können.

Um bei einem Nachbau keinerlei Frust aufkommen zu lassen, möchte ich vorausschicken, es sollten bei einer solchen Schaltung einige Kenntnisse über die Funktionsweise der Bauteile vorhanden sein, die sich aber jeder Elektronikbastler aneignen kann und auch schon hat. Ein Funktionssimulator von 10 000.- DM reicht nicht aus, da er nur das herauskommende Signal ausgibt und nicht feststellen kann, dass z. B. anstatt eines PNP-Darlingtons ein NPN-Darlington eingebaut ist. Dieses kann (wie passiert) sogar einem  großen Experten passieren, der mit einem solchen Simulator nur die hinten herauskommende Nichtfunktion ablesen konnte und dann um Hilfe rief, da bei einer Verwechselung von einem NPN- anstatt  PNP-Transistor er nicht weiter kam. Man sollte deshalb schon den Funktionellen Zusammenhang sich zu Gemüte ziehen und  erkennen.

Deshalb:

1. Nach dem Aufbau und der Verdrahtung der Bauteile auf einer Lochrasterplatine mit Lötaugen, die Funktionsgruppen (6V-Regelung, Spannungsverdopplung u. s. w.) einzeln und der erforderlichenReihenfolge an einem Strombegrenzten  Netzgerät in Betrieb zu nehmen, wobei der ausreichende Strom von ca´ 50mA begrenzt wird.
Bei einem Schaltungsfehler wird dann kaum ein Bauteil zerstört, sondern die Spannung bricht zusammen.

2, Sollte kein Oszilloskop vorhanden sein, kann z. B. der Takt und die Logik exakt verfolg/erkannt zu werden. am besten man lötet einen Servicekondensator z. B. beim Taktgenerator von 47...100uF parallel zum 330nF Kondensator, dann kann auch mit einer widerstandbegrenzten LED die Logik auf ihre Funktion geprüft werden.

3. Die Funktion der SIPMOS-Transistoren werden ohne Anschluss des Motors mit einer 12V-Glühlampe (Autolampe 12V/10W) geprüft, was ebenfalls mit einem 12 V Netzgerät geschehen kann, wo die Strombegrenzung dann auf mindestens 1 bis 2 A eingestellt  werden sollte.

4, Ebenfalls wichtig ist, dass die Freilaufdioden Am Motor,  schnelle Schottkydioden sind, da die Si-Dioden zu langsam sind und die Transistoren zerstört werden, durch die dann sehr hohen induzierten  Spannungsspitzen. Was auch der Grund ist, dass ich die Ausschaltzeit etwas länger als die Einschaltzeiten eingestellt habe.
Die Einschaltflanken sind so kurz, dass eine zusätzliche Kühlung oder gar thermische Abschaltung der Transistoren nicht erforderlich ist. Die Kupferschienen auf die die Transistoren und Schottkydioden aufgebaut sind, sind zur Kühlung ausreichend.

5. Werden größere Leistungsverluste an der Elektronik in Kauf genommen, kann selbstverständlich die Anzahl der MOSFEED´s veringert werden.
Auch können die heute auf den Markt sich befindenden preisgünstigen Typen verwendet werden. Bei einer Verwendung von MOSFEED´s mit einer erforderlichen Gate-Spannung von 5 oder 6 Volt zur Durchschaltung, kann die Spannungsverdopplung wegfallen.  Es muss aber ebenfalls berücksichtigt werden, dass der erforderliche Einschaltstrom der Transistoren sich erhöht.
Ich habe die mir zur Verfügung stehenden BUZ 11 noch verwenden.

 

 

Bis auf die 18Volt für die Steuerspannung der SIPMOS-Transistoren arbeitet die Steuerung  mit 6Volt, die durch den Spg.-Regler  links/oben vom Windenakku eingespeist und erzeugt wird. So verändern sich auch die Zeiten nicht, die somit für den logischen Ablauf eingehalten werden, wenn der Versorgungsakku auf unter 10 Volt zusammenbricht.

Links/unten wird durch das Timer-IC NE555 eine Spannungsverdoppelung gemacht, die mit Transistor BD139, unter
Verwendung einer 18V Zenerdiode und Si-Diode 1N4148 auf 18 Volt begrenzt wird, da die SIPMOS-Tr.  nur mit Max 20
Volt angesteuert werden dürfen, sonst geben sie den Geist auf und arbeiten als ein kleiner Knallfrosch.
Es muss aber die Ansteuerspg. für sie größer als 10 Volt sein, sonst steuern sie nicht ganz durch und  die Verlustleistung ist zu
Groß an jedem Sipmostransistor und können dadurch thermisch zerstört werden (Kettenreaktion).

Die Eingänge der  4 NAND´s des CMOS-IC´s CD4093 sind bis auf das zweite NAND, wo am  Pin 6 der Fußtaster
angeschlossen ist, ist kurzgeschlossen und arbeiten quasi als Inverter.
Der erste Inverter erzeugt mit dem Folienkondensator 330nF und den Widerstand 12KOhm einen Takt von 707 Hz.
Die 707 Herz sind absichtlich gewählt, um bei Resonanzerscheinungen für in der Nähe sich befindliche elektronische Geräte
Probleme für diese zu vermeiden, da bei der Taktung mit großen Strömen eine Störstrahlung immer vorhanden sein kann.
Auf die 707 braucht man sich aber nicht festlegen, es kann genauso 723, weniger oder ähnlich sein. Es ist halt nur ein
Sicherheitsfaktor. Allerdings sollte nicht über 800Hz hinaus gegangen werden, wie bei Drehzahlstellern im Elektroflug üblich
(3... 5KHz), da der Antrieb für derlei Winden  in einem viel größeren Strombereich betrieben wird und die Induktivitäten
auch meistens weitaus höher liegen.

Durch den Folienkondensator 10nF wird der Takt ins 2.NAND - Pin5 eingekoppelt und durch den Fußtaster, wenn nach
+6V  geschaltet wird dem dritten NAND, da die Eingänge verbunden sind und somit als Inverter arbeitet, geschaltet.
Der 6-Stufenschalter mit den Widerständen und dem Poti, wird das Tastverhältnis erzeugt, welches bei diesen Werten das
60...100% Leistungsverhältnis ergeben. Es können zeitliche Abweichungen durch die verwendeten Bauteile entstehen,
die man am besten nach den z. T. auch eigenen Bedürfnissen korrigiert werden können.
Liegt die Frequenz hoch, ist die Verlustleistung größer und die Transistoren und Schottkydioden werden auch stärker
erwärmt (bessere Kühlung).

Die komplementären Darlington BD678/BD677 sind in Verbindung mit dem Treiber BC546 die Ansteuerungselemente für die
42 SIPMOS-Transistoren BUZ11 ( die alle parallel geschaltet sind) und mit den 4 schnellen Schottkydioden BYS28 auf
3x20mm Kupferschienen montiert und verdrahtet sind. (Die Schienen fungieren außer der el. Verbindung gleichzeitig als
Kühlung).
Um die Verlustleistung an den SIPMOS-Tr. gering zu halten ist die Einschaltzeit auf 0,0000005sec (500nsec) und die
Ausschaltzeit um eine geringere Induktionsenergie zu erreichen auf  0,00003sec (30usec) gelegt worden.
Die längere Zeitkonstante wird durch den Folienkondensator (kein Keramik! Da zu große Temperaturdrift), der vom Kollektor
zur Basis des NPN-Darlingtontransistors eine Spannungsgegenkopplung bewirkt und somit die Zeit von 30usec ergibt.
Ich erspare mir und euch eine detaillierte Beschreibungsfunktion aller Bauteile, da dieses den Rahmen sprengen würde und ein
Elektroniker oder versierter Elektronikbastler alles nachzuvollziehen kann.

Für die Zeiten müssen allerdings die Werte der Widerstände und Kondensatoren aus der Schaltung in etwa übernommen
werden oder die Zeiten mit anderen R/C-Kombinationen neu berechnet oder eingemessen werden!
Auch ist dabei die Laufzeit des letzten Gatters mit zu berücksichtigen.
Das 100k-Poti, als veränderlicher Widerstand arbeitend, mit dem 47 k Begrenzungswiderstand, habe ich für variable Aufwickeldrehzahlen
für das Seil eingebaut. Diese  bewegen sich in dem praktisch erforderlichen Bereichen, da ja keine maximale Drehzahl erforderlich ist
und das Einstellpoti außerdem dadurch eine größere Auflösung hat.

für das Seil eingebaut. Diese bewegen sich in dem praktisch erforderlichen Bereichen, da ja keine maximale Drehzahl erforderlich ist
und das Einstellpoti dadurch eine größere Auflösung hat.

Der OP-AMP 3130 beeinflusst den Motorstrom durch kurzzeitiges Abschalten, wobei die Frequenz des Taktes bei Volllast,
Stufe 6, durch die Laufzeit der Bauteile sich bildet und bei den Stufen 1, 2, 3, 4 und 5 die Pausenzeiten sich verlängern, wenn er
die eingestellten Werte übersteigt und begrenzt somit den Strom am Antriebsmotor.

Die Schaltung ist auf ein Minimum von Bauteilen reduziert aber sehr funktionssicher und wer schon Drehzahlsteller oder
Ähnliches zusammengestrickt hat, dürfte keine allzu großen Probleme beim Nachbau haben.
Allerdings sollte bei der Parallelschaltung/Verdrahtung der SIPMOS-Tr.   gewissenhaft gearbeitet werden und auf gute
Elektrische Verbindungen achten.

Um ein eventuelles Schwingen der Schalttransistoren zu vermeiden, habe ich diese mit jeweils einem 56 Ohm Gatewiderstand entkoppelt
Es gibt mehrere Möglichkeiten eine Entkopplung der Sipmostransistoren  zu bewirken,
ich habe mich für die einfachste und preiswerteste entschlossen.

Die Einstellung der Strombegrenzung wird mit nur einem eingelöteten BUZ 11 gemacht, wobei der gemessene Strom 6... 9A,
Je nach Stellung des als veränderlichen Widerstandes geschaltete 1M-Potis gestellt wird.
Der Gesamtbegrenzungsstrom ergibt sich als Produkt aus der Anzahl der parallel geschalteten SIPMOS-Transistoren und den
ausgemessenen/eingestellten Strom des einen SIPMOS-Tr.

Bei einer Verwendung der Schaltung für schon vorhandene Winden, entfällt der im Schaltbild eingezeichnete
Fußschalter, sodass der Takt immer am Ausgang der Steuerung / Eingang der Winde anliegt und der vorhandene Schalter an
der Winde verwendet wird. Problematisch wird es nur, wenn ein 12 V - Lastrelais  die Einschaltung übernehmen soll, was
dann nicht mehr bei der 60% - Stellung des Stufenschalter durchgesteuert wird. Dann müßt ihr euch etwas einfallen lassen um
dieses Problem zu lösen, was aber nicht so schwierig ist. Ihr werdet das schon packen.

Auch können heutzutage andere Sipmos-Transistoren und Schottkydioden verwendet werden, die durch ihre höheren Leistungen die Anzahl reduzieren können.
Ich habe immer die für mich günstigsten, preiswertesten Bauteile verwendet, wie ich es in der Industrie bei
meinen Entwicklungsarbeiten gehandhabt habe, um bei einer Wertanalyse optimale Ergebnisse zu haben.
Es führen, wie bei allen Problemlösungen viele Wege nach Rom!!! Da ich immer das Funktionelle, Einfache und Preiswerte im
Vordergrund haben möchte und weiterhin behalten möchte, wäre ich sehr dankbar, würden mir dafür einige Expertentipps zugemailt.

Ihr werdet begeistert sein, einmal mit solch einer Winde zu arbeiten, zumal wenn kleinere Modelle optimal ohne Tackerei
hochgezogen werden, ganz zu schweigen ist das Aufrollen des Seiles nach einem Flugtag ein Vergnügen.
Ausserdem eine elektronische Steuerung schonend für den Motor und Akku.

14. 09. 2000 Günther Hg