Praxistip: Elektrisches Equipment

Trockenbatterien - Akkus - Säure- und Gelbatterien

Auch der technische Laie sollte in die Lage versetzt sein, mit Kenngrößen wie:

Strom, Abk.:I (wird in Ampere gemessen)
Spannung: U (wird in Volt gemessen)
Widerstand: R (wird in Ohm gemessen)
Leistung: P (wird in Watt ausgedrückt und ist das Produkt von Strom und Spannung)
Amperestunden: Ah ( Leistung, die für einen Zeitraum bereitgestellt werden kann)

vertraut zu sein. Aber bevor ich mich diesen Ultra.m0 Objekten nähere, möchte ich einen wichtigen Bestandteil unserer Teleskopausrüstung etwas genauer unter die Lupe nehmen, und ich hoffe, daß dem einen oder anderen unbekannten, aber wichtigen Detail am Ende des Artikels mehr Beachtung zukommt.

Energieversorgung

So richtig bequem am Teleskop kommt's erst mit der elektrischen Nachführung, zumindest in der Stundenachse sollte das lästige Nachdrehen gegen die Erddrehung automatisiert sein. Der Großteil aller Teleskopbesitzer hat von vornherein oder nachträglich ausrüstbar einen kleinen (Schritt- oder Syn-chron-) Motor an der Stundenachse, dessen Betrieb mit 9-12Volt ermöglicht wird. Meistens ist es ein kleiner Batteriepack, der den Betrieb unabhängig vom 220 Volt-Netz erlaubt. Gegen teures Geld für leistungsstarke Batterien steht der Beobachtung im Freien nichts mehr im Wege. Die kleinen Motörschen ziehen im Nachführbetrieb zwischen 200-700 Milliampere Strom aus dem Pack, bei unausgewogener Gewichtsverteilung der Dek.- und Ra.- Achse erheblich mehr! Natürlich wird auch bei Steuer- und Positionierfunktionen mehr Saft abgesaugt. Eine kleine Besonderheit: Der Synchronmotor benötigt 220~ Volt, die werden mit einem kleinen vollelektronischen Spannungswandler aus 12V erzeugt!

12V pumpen wir aus dem Zigarettenanzünder mit vorgeschaltetem Auto, um ebendiese teuren Trokkenbatterien zu sparen, und wir ermöglichen uns selbst und den anderen eine unsichtbare Stolperfalle zwischen Auto und Teleskop. (Eigene Erfahrungen liegen zu Grunde, Stecker- und Kabelterroristen aus den eigenen Reihen sind meist in der Dunkelheit getarnt aktiv!) Nachteilig wirkt sich die Versorgung mit Saft von Trockenbatterien ( gibt's aber auch bis Minus 20°C) und Autobatterien bei Kälte aus: Der Wirkungsgrad dieser Versorgungstypen läßt stark nach, die Entnahmekapazität einer mittelalten (~3 Jahre) Autobatterie bei Minusgraden wird mitunter so stark in Mitleidenschaft gezogen, daß der Start des Autos nicht mehr möglich ist! Blei/Gelsäure- Batterien müssen gegen Frost geschützt werden, mir selbst ist eine von 6 Zellen verfroren (1 Jahr alt, tiefentladener Zustand), es wird keine Abgabe von 36 Amperestunden mehr möglich sein! Eine neue, geladene Bleibatterie (12V, 36Ah) wäre demnach imstande, einen Verbraucher, der 1Ampere Strom zieht, 36 Stunden an 12 V zu betreiben. (1 A= 1000 Milliampere). Oder unser Motör'schen 72 Stunden nachführen zu lassen. (36 Ah: 0.5 A = 72h). Der Amperestunden (Ah) Wirkungsgrad (in %) beträgt für Bleibatterien ca. 85%, und die Rechnung korrigiert sich auf: = 61.2h bei 20°C.

Relativ preiswerte Zink/Kohle-Batterien (Satellitentoucher) z.B. Baby-Zelle können 3100 mAh abzugeben. Die teueren Alkaline-Babys (Sunsystemflyer) 6300 - 8000mAh. 7.75Ah : 0.5A = 15.5 h Betrieb. Dies sollte als mittlerer Wert verstanden sein, es werden eher 20h sein (9V Bedarf an 12V angeschlossen) HäHä, Theorie und Praxis!

An Bleiakkumulatoren (Milky-way-leavers) (6-12V) wirkt sich der Sulfatierungsprozess bei tiefentladenen Batterien aus; sie müssen sofort wieder aufgeladen werden, sonst verlieren sie ihre Entnahmekapazität... Ebenso empfindlich reagieren sie auf längere Überladung. Die Selbstentladung ist sehr hoch, sie beträgt ca. 1% der Kapazität pro Tag, d.h. sie sind nicht lange lagerfähig und erwarten eine entsprechende Pflege. Im Gegensatz zu Gelbatterien müssen Säurebatterien mit dem Aräometer auf die Säuredichte überprüft werden. Dieses auch als Säuremesser (Öchslemesser für Schwefelsäure) bekannte Meßgerät gibt sofort Aufschluß über die Dichte des Elektrolyten (spezifisches Gewicht) und somit über den Entladezustand der Batterie. Auch die Höhe des Säurestandes muß beachtet werden: min. 1 cm über der Plattenoberkante, bei Bedarf mit destilliertem und entionisiertem Wasser (Batteriewasser) nachfüllen und vor allem: sofort nachladen! Eine vernachlässigte Batterie ist zum Beispiel durch eine 1/4 jährliche Schlechtwetterperiode (AVG Standardniveau) tiefentladen. Weniger anfällig sind die so beliebten 12 V Energiestationen mit Gel- Batterie z.B. von Hans Einhell. Für 20-50 DM erhältlich sind digitale Schaltzeituhren, die es ermöglichen, für z.B. 3X täglich 5 Minuten ein Ladegerät einzuschalten und somit die Erhaltungsladung zu automatisieren. Meine Energiestation kommt automatisch jeden Sonntag für 5 Min. zur Fütterung... die notwendigen Bedarfsladungen erledigt ein rückwärts zählender Timer... Gel/Säure- Batterien bedürfen zwar der regelmäßigen Pflege und sind recht schwer, sie sind aber sehr preiswert in der Anschaffung! Ihre Haltbarkeit - gute Pflege vorausgesetzt - beträgt zwischen 5-10 Jahren (es ist mir ein Fall von 30 Jahren bekannt). Batterien können (müssen) nach einer Beobachtungsnacht sofort wieder (nach)geladen werden.

Nickelcadmium(NiCa)-, Nickelmetallhydrid(NiMh)-, Akkus (Orbitaltryer)

werden gerne an Stelle der "schwerfälligen" Gel/Säure- Batterien genannt. Sie sind optimal beim Einsatz unter Tieftemperaturbedingungen und sie besitzen ausgezeichnete Lagerungseigenschaften (Selbstentladung=0.05-0.1% pro Tag). Sie sind ca. 1000X wiederaufladbar und haben einen Ah- Wirkungsgrad von ca. 70-85%. Der volle Wirkungsgrad wird erst nach ein paar Lade- und Entladezyklen erreicht. Die Stromentnahme muß kontrolliert werden; erst nach vollständiger Entleerung dürfen Ni-Ca- Akkus wieder aufgeladen werden! Werden teilentladene Akkus geladen, entsteht dadurch der sogenannte Memoryeffekt, der den Akku dauerhaft schädigt! Dabei kann nur noch begrenzt Saft entnommen werden, es entsteht das Gefühl, der Akku ist ständig leer (downer)! Weiterhin ergibt sich, daß bei diesem Typ peinlich genau die Ladeströme und Ladezeiten eingehalten werden müssen. Angeblich soll es bei den NiMh- Typen nicht zu Memoryeffekten kommen; ich habe mir sagen lassen, daß Ladevorgänge an diesen teilentladenen Akkus einfach die Zellen zerstören und somit den Wirkungsgrad drastisch herabsetzen! Also, vorsichtig bei der Anschaffung dieses teuersten und gepriesenen Akku- Typs! Teilentladene Akkus werden von mir manuell entsaftet: einfach die jeweils benutzten Akkus gleichzeitig mit einem angeschlossenen Taschenlampenbirnchen so lange beleuchten, bis nix mehr zu sehen ist! Jedenfalls ist es wichtig, daß die für eine Sache benutzten Akkus gleichmäßig - besser gleichzeitig - entladen und mit einem geeigneten Ladegerät wieder befüllt werden. Das funktioniert mit meinen Akkus schon seit 15 Jahren!. Unterschiedlich beladene Akkus dürfen nicht gemeinsam in einem Batteriepack betrieben werden! Das gilt auch für Akkus mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen. Kein Mischbetrieb! Ein kleines analoges Meßgerät (Multimeter, 20-50 DM, 250mA, eher 500mA) gibt hervorragend Auskunft über die Ladekapazität. Noch ein Detail: Akkus haben 1,2V/Stück, Trockenbatterien 1,5V/St.... Trockenbatterien, Gelbatterien und Ni- Akkus können lageunabhängig betrieben werden, Säurebatterien enthalten Schwefelsäure, die in Sekundenschnelle ein Loch in fast alle modernen Polymere schäumt (s. auch Alien 1, oder Edding auf Styropor, menschliche Epidermis) und müssen daher immer aufrecht und mit Sorgfalt gehandhabt werden. Kurzschlüsse müssen unbedingt vermieden werden, es droht Explosionsgefahr! (Plattenstrom <= 1000 Ampere =12000 Watt!)

Berechnungen

Wir werfen einen Blick in unsere Bedienungsanleitung unter technischen Daten, die sich am sowieso unwichtigen Ende der Anleitung befinden und wir erlesen uns, daß unser Motör'schen zwischen 9-14V betrieben werden darf (oder überhaupt nur dann funktionieren kann), und max.15 Watt Leistungsaufnahme hat. Fuffzehn schwächelnde Watt max.,- wenn alle Knöppe in Bewegung sind und der Tubus rotiert. Die simple Frage lautet: Wie weit komme ich mit meiner Tankfüllung? (Um es gleich vorwegzunehmen: The calkulating corinthian fäkalproducer kommt überhaupt nicht - Probleme mit dem Tankverschluß...)

Die gesuchte Größe = h (in Stunden).
Die bekannten Größen : Betriebsspannung U = 12V aus Energiestation mit 7,5 Ah, und das Produkt aus U X I = 15W (P).
Da ich wissen will, wieviel Ampere ich für einen bestimmten Zeitraum entnehmen kann, löse ich U X I =P nach I auf und erhalte:

I = P:U

15W/12V=1,25A Stromfluß.

7,5Ah/1,25A= 6 Stunden Betriebszeit unter Vollast auf dem Balkon.

0,6A ist der gemessene Stromaufnahmewert, und nach erneuter Rechnung wird nach ca. 10 - max.12,5 Stunden Betrieb der Akku verschwächelt sein!

Weitere Verbraucher dazugeschaltet

in Lichtenhagen bei Betrieb aus 12V/36Ah Batterie
Taukappenheizung 14W + Okular/Objektivheizung 3W = 17W

17W/12V = 1,42 A Stromfluß + 1,25 A = 2,67 A
36Ah/2,67A = 13,5 h ./. 15% Wirkungsgradkorrektur:
= 11,5h Nutzung unter Vollast

Korrektur nach Meßergebnis:
36Ah/ (0,6A + 1,42 A) =~ 17,8h ./.15% = ~ 15,2H ~ 2 Nächte!

Beispiel 2:
6 X Babyzelle Energizer Alkaline - Mangan 8Ah,
Stromaufnahme: 0.18A (Vixenmotor)
8Ah/0.18A = 44.4 h Betriebszeit

Grundlagen

Reihenschaltung

Betrachten wir den Batteriepack etwas genauer, können wir erkennen, daß die Batterien im ersten Fach in einer Richtung liegen, dann durch einen Federkontakt um die Ecke gelenkt werden und wieder in einer Reihe liegen. Und zwar immer -+-+-+ bis zum Ende. Jede Anzahl Batterie n erhöht die zur Verfügung stehende Spannung 1.5 V um den Faktor B_n X 1.5 V. Die mögliche Leistungsabgabe (Ah) wird hiervon nicht betroffen. Parallelschaltung

Würde jede einzeln zur Verfügung stehende Batterie gemeinsam mit den anderen mit ihrem Pluspol verbunden werden, und wird ebenso mit allen Minuspolen verfahren, so erhöht sich die Leistung um den Faktor Bn X Ah. Die Spannung 1.5 V verändert sich nicht.

Weitere Verbraucher

und ihre Leistungsaufnahme können nach dem obigen Schema berechnet werden. In der Regel werden die benötigten Versorgungsspannungen und Leistungsmerkmale an dem Verbraucher gekennzeichnet sein:

Leuchtstoffröhre, 12V/8W. Wir rechnen wieder nach I (in Ampere) um.
Taschenlampenbirne: 6V/0.15A. Wir rechnen direkt Ah/A.
Motor:12V/3A.

Unbekannte Verbraucher: Eigenbau, Typenschild ist abhanden gekommen, elektonischer Schnackes : In der Praxis ist es am einfachsten, wenn der Verbraucher mit einem Multimeter in Reihe geschaltet wird und die Stromaufnahme im Betriebszustand gemessen wird. Aber Vorsicht - ein Motor, der gerade eingeschaltet wird, erreicht Stromspitzen bis 2A, und das kann den Meßbereich unseres Meßgerätes in arge Enge quälen (aufgewickelte Zeiger, die Meßspule wird selbst zu einem Motor oder einer Rauchwolke)! Digitale Meßinstrumente haben meist einen Meßbereich bis10 A; kleinere Standard - Analogmultimeter bewegen sich im Bereich 250 mA - 1000 mA. Für die meisten Einsatzbereiche bevorzuge ich analoge Multimeter; die Anzeige besitzt eine gewisse Trägheit, und gerade diese erleichtert mir die Ablesefähigkeit z.B. eines schwankenden Wertes. Digitale Multimeter besitzen meistens mehrere Features, aber sie sind bei schwankenden Werten oftmals derart empfindlich, daß die Ablesung eines Wertes nicht möglich ist! (Der Wert springt z.B. um den Faktor 1000). Ein kleines Multimeter erleichtert die Suche nach einem Kabelbruch oder einer anderen mangelhaften Verbindungsstelle erheblich.

Ganz elegant läßt sich ein Leistungswert berechnen:

Das Multimeter wird auf den Ohm-Bereich gestellt, die Anschlußstrippen des Meßlings (ohne Spannungsanschluß) werden mit dem Multimeter verbunden und der Wert wird abgelesen. Der Meßling muß ein ohmscher Verbraucher sein (Birne, Taukappenheizwedel,- eben ein passives Element; eine elektronische Schaltung mit aktiven Elementen läßt sich so nicht messen). Meßwert 40 Ohm.
Wie groß ist I (in Ampere) an 12V?
Die Verhältnisse des ohmschen Gesetzes lauten:
U/I = R.
Also löse ich nach I auf:
U/R = I
12V/40 Ohm = 0.3 A Stromfluß.

Literaturtip:

Hierzu auch
Roth: Handbuch für Sternfreunde Bd1, S. 163, Springer - Verlag
Pribich: Bauelemente Nachrichtentechnik, S.103 ff, Bohmann - Noltemeyer Verlag 1971

Frank Teske

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