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Baubericht Carina


Hellmut Kohlsdorf

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Hellmut Kohlsdorf

Ich habe es nicht lassen können und diesen Arbeitsschritt Gestern Nacht fertig gemacht und auch mit einem Hammer-Fehler bezahlt. Man sieht ihn aber nicht und er hat auch auf die Funktion keinen relevanten Einfluss. Hier 2 Bilder die den Stand von Heute Nacht dokumentieren:

 

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Jetzt muss ich die Verbindung der Pole aus dem Kupferflachband 50x3 mm, sowie die Leitungen für das Balancieren der Akkus realisieren. Auch hat mein Fachhandel vor Ort die M6x16 DIN 7991 Edelstahl Senkschrauben mit Innensechskant vorrätig. Das Ganze muss in die Alu-Platte so integriert werden, dass die glatte Oberfläche nicht verändert wird und es keinen versehentlichen Kurzen geben kann. Da muss ich noch Hirnschmalz investieren, da die Balancer-Leitungen versenkt verlegt werden müssen, mit den Pol-Verbindungen nicht in Konflikt kommen dürfen und trotz Deckel, der noch auf die Akku-Box kommt, so kurz und widerstandarm wie möglich realisiert werden müssen. Auf der anderen Seite müssen die Leitungen, die den Strom für die Verbraucher bereitstellen, ebenfalls irgendwie steckbar realisiert werden, ohne das ein Kurzschlussstrom von 160A zum Feuer führt. Natürlich kommen da auch Sicherungen aus dem KFZ-Bereich zum Einsatz. Allerdings, wie verändert sich ihr Verhalten bei den zu erwartenden Spannungen, zwischen 21,9 VDC bei vollen Akkus und 12,6 VDc bei leeren Akkus?

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Hellmut Kohlsdorf

Wie man den 2 Bildern des letzten Beitrages entnehmen kann, sie zeigen die erste und hintere Wand der vorderen Akku-Box, wird das Verlegen der in diese Wand eingelassenen Leitungen schon aus Platzgründen nicht einfach. Die 12 16Ah Kapazität-Akkuzellen werden jeweils 6 in einer Box untergebracht. Elektrisch sehen die 6 Zellen in jeder der 2 Boxen wie folgt aus:

 

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Die aus einem Kupferband zu fertigen Verbindungselemente, Stärke 3 mm, habe ich in dieser Grafik als dicke grüne Balken eingetragen. Hier ein Bild der ersten Versuche:

 

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Hierzu habe ich ein Stück Kupferflachband, 25 x 3 mm abgeschnitten, dort ein 6 mm Durchmesser Loch gebohrt, wie es für eine Edelstahl-Senkschraube M6 mit Innensechskand benötigt wird und in diese Bohrung eine Senkung mit einem Öffnungswinkel von 90 Grad und einen maximalen Durchmesser von 10 mm gebohrt. Leider erst zu spät, habe ich zusätzlich dazu, dass der Kopfdurchmesser der Schraube auf einen Durchmesser auf der Drehbank so verkleinert, dass en in die 10 mm Bohrung des Senkers passt, festgestellt, dass ich den Kopf auch so weit herunter drehen kann, dass ohne den Durchmesser der Bohrung am Fuss größer als 6 mm werden zu lassen, der Kopf unter die Oberfläche des Kupfers zu liegen kommt. Auch kann ich dadurch die Rundung an dem schon bearbeiteten Ende nicht auf dem Drehtisch so einfach fräsen kann. Ich habe mich daher entschlossen mit diesem ersten Verbindungselement z verifizieren, das der Abstand der Bohrungen von 43 mm passt.

 

Was aber auch festzustellen ist, wenn man die beiden Bilder der Akku-Box-Wand betrachtet, ist dass das Verlegen der Leitungen für das Balanzieren der Akkus der Planung bedarf, da der Abstand zwischen den Kunststoffdrehteilen z. T. doch recht eng ist. Aber auch ist zu bedenken, wie die Nutzung der Oberfläche des Deckels des beiden Akkuboxen zu planen ist, damit hier keine Konflikte entstehen. Folgende Elemente müssen aufeinander abestimmt werden und diese sind zur Zeit zum Teil noch nicht endgültig definiert:

 

1. Auf jeden der Deckel der beiden Akku-Boxen wird jeweils ein Schrittmotor befestigt, sowie das zugehörige Lager für die Antriebswelle der Trommeln. Die Lage steht fest und ist unwiderruflich! Damit ist die Mitte über 15 cm Länge und einer breite von 60 mm für den Schrittmotor plus der Elektrobremse und dem Lager besetzt.

2. Die Schotführung von der Trommel aus dem Trommelgehäuse, die erforderliche Umlenkung der Schot zum Deckdurchbruch, die sich aus dem Original der Endeavour ergebende Schotführung, sowie die Notwendigkeit davon abweichend den Durchbruch mehr zur Decksmitte zu verlegen, Reduzierung der Gefahr des Wassereinbruches durch den Decksdurchbruch.

3. Der Standort der Platine für die Balancierung der Akkuzellen und die Zuführung der Balancierungsleitungen aus den Stirnwänden der Akku-Boxen. dabei muss beachtet werden, dass die einzelnen Balancierungsleitungen möglichst kurz, aber alle in gleicher Länge erfolgen. Zusätzlich müssen die Widerstände durch Steckverbindungen minimiert werden und mögliche Leitungskapazitäten gleich gehalten werden. Ich plane die interne Balancer-Platine der Akkumatik in das Modell einzubauen und statt dessen die Verbindungsleitung zur internen Balancerkarte zum Modell zu führen. Diese Balancer-Platine soll später auch für die Überwachung der Akkuzellen im Modell verwendet werden, als BMS.

4. Ich werde in der Umgebung der beiden Akku-Boxen noch 2 DC-DC-Wandler einbauen. Der eine Wandler wird die 24 VDC für die Elektrobremsen bereit stellen, der andere die 12 VDC von wo aus Linearwandler die von der Elektronik benötigten Spannungen erzeugen werden. jede Selbstbauplatine wird einen Linearregler beinhalten, der die erforderliche Spannung aus diesen 12 VDC erzeugt. Die Linearregler sorgen so für stabile Spannungsversorgungen der jeweiligen Elektronik.

5. Dieses unter einen Hut zu bringen wird ein echtes "Floorplanning" erfordern, also eine Planung der Nutzung der Oberflächen auf den Akku-Boxen.

6. Alle Elektronik die vor Feuchigkeit geschützt werden muss wird wasserfest verpackt.

 

Hier also eine 1. Planung der Leitungen in den Stirnwänden der Akku-Boxen:

 

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Man sieht in dieser Grafik oben die Lage in der äußeren Seite der vorderen Stirnwand der vorderen Akku-Box, bzw. die hintere Stirnwand der hinteren Akku-Box. darunter die jeweils anderen Stirnwand. Der Grund dafür liegt darin, das die Gehäuse der Schottrommeln an der Außenseite der zur Mitte weisenden Akku-Box-Wand anliegen, was die Bündigkeit der Stirnwand und der Trommelgehäusewand verlangt und hier, besonders bei den Ableitungen der Leistung von den Akkus, hier die dicken Roten und schwarzen Leitungen, ich diese entspannter von den nicht mit den Trommelgehäusen in Verbindung stehenden Akku-Box-Wänden ableiten möchte.

 

Die dicken dunkelgründen Balken sind die Verbindungselemente, ein erster Versuch ist in dem Bild oben zu sehen. Sollte jemand einen Fehler sehen, die Akkuzellen müssen wie in der Grafik oben gezeigt verschaltet werden, so möge er sich bitte sofort melden. Die Kreise zeigen durch ihre Farbe die Polung an, rot für den Pluspol und schwarz für den Minuspol der jeweiligen Akkuzelle.

 

Die blauen Linien sind die Balancer-Leitungen. Wie man in den 2 Bildern des vorherigen beitrages sehen kann, ist der Raum in der Stirnwand, um die Leitungen in dieser zu versenken, an manchen Stellen sehr eng. So, so denke ich, ist eine vernünftige verlegung zu erreichen. In wie weit das Ausgleichen der Leitungslängen erforderlich wird um keine Messfehler zu erzeugen, werde ich später dann empirisch verifizieren und außerhalb der Alu-Platten ausgleichen, wie gesagt, wenn es sich als erforderlich erweisen sollte. Auch ist dabei zu beachten, da die beiden Akku-Boxen in Reihe geschaltet werden, dass eine der Balancer-Leitungen überflüssig ist, da ich zwar zum Balancieren von 6 Akkuzellen 7 Balancer-Leitungen benötige, für 12 aber nur 13 Leitungen! trotzdem werde ich alle 7 Balancer-Leitungen in jeder Akku-Box realisieren, man könnte dann auch jede Box für sich laden, aber die Unterdrückung erfolgt dann auf dem Weg zum Stecker an der Balancer-Platine.

 

Schmelzsicherungen aus dem KFZ-Bereich plane ich am Ausgang der Leistungsleitungen von den Akku-Boxen anzubringen. Da jede Akkuzelle, je nach Ladungszustand, zwischen 2,1 VDC und 3,65 VDC Spannung bereitstellt, stellt jede Box den jeweils 6 fachen Betrag bereit, also 12,6 VDC bis 21,9 VDC. Kann man da eine „normale” PKW-Sicherung einsetzen? Ich hatte an mit solche für 16A gedacht?

 

Zu berücksichtigen ist ebenfalls, das jede Akku-Box einen Deckel hat, gefertigt ebenfalls aus 10 mm starker Alu-Platte, der auf dieser verschraubt ist. So habe ich, um versehentliche Kurzschlüsse zu vermeiden, daran gedacht die Balancer-Leitungen in ein stabiles nicht leitendes Rohr münden zu lassen, welches in eine passende Bohrung im Deckel passt und mit dem Deckel bündig an seiner oberen Oberfläche fluchtet. Diese werden als Führung beim Aufsetzen und Abnehmen des Deckels dienen. Die Leitungen plane ich aus Klingeldraht zu fertigen. Oberhalb des einhüllenden nicht leitenden Rohres schneide ich in den Klingeldraht ein Gewinde. Beim Aufsetzen und beim Abnehmen des Deckels, schraube ich einen Kunststoffdeckel auf dieses Gewinde, wodurch eine versehentliches Berühren des Leiters unmöglich wird. Über diese Austritte der Balancer-Leitungen aus der Stirnwand der Akkubox und des Deckels der Akku-Box kommt eine Platine, welche Bohrungen besitzt, durch welche die Balancer-Leitungsgewinde passen und die rund um die jeweiligen Öffnungen runde Pads haben. Jetzt wird eine Kupferbuchse mit dem gleichen Innengewinde wie die Klingeldrahtleitungen geschraubt und so ein großflächige Berührung erzeugt, welche den Übergang von der Balancerleitung auf die Platine mit einem minimalen Widerstand ermöglicht. Auf dieser Platine befindet sich ebenfalls ein Stecker, Flachband-Wannenstecker. Diese werden unterschiedlich für die vordere und hintere Akku-Box-Wand sein die vordere und hintere Akku-Box sein und das Flachband wird am anderen Ende den 7x2 Stecker haben, der in den 7x2 Wannenstecker des Balancers passt. So werden falsche Polungen verhindert.

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Hellmut Kohlsdorf

Hallo Freunde

 

So ist gelegentlich mangelnde Konzentration aus Müdigkeit und daraus resultierendes Fehlverhalten nützlich!

 

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Die Bilder zeigen die provisorische Vorderwand und die Hinterwand der vorderen Akku-Box. Man erkennt an der Schraube auf dem Bild mit der Holzwand die Schwärzung an der einen Schraube. ich wollte vor dem Schlafengehen erstmals die Spannung der Akku-Box messen und legte das erste Verbindungselement auf die Seite mit der Alu-Wand auf das falsche Schraubenpärchen, wodurch ein Kurzschluss passierte. Es flossen dann also die 160 A! Es gab einen gelb-weißen Lichtbogen, der aber sehr kurzfristig von mir durch Wegstoßen des nur aufgelegten Verbindungselementes mit einem elektrisch isolierenden Schraubenzieher den ich zu Hand hatte. Der Kurzschluss lag so kurz an, dass nicht einmal der Spannungswert der beteiligten Akkuzellen sich veränderte. Was auch ein erfreulicher Nebeneffekt der gewählten Konstruktion ist, ist die geplante "Wanne" für die einzelnen Akkuzellen in der Box. Diese halten mechanisch die Zellen in Stellung und würden bei einem Kurzschluss, welcher die Kunststoffelemente verflüssigt vermeiden, dass die Schrauben mit dem Alu der Wand in Verbindung kämen! Auch hat sich erwartungsgemäß gezeigt, dass die Kupferelemente sich nicht erwärmen, die Erwärmung wäre also auf die Schrauben und der Kontaktfläche zum Kupferelement begrenzt. Die KFZ-Sicherung würde dann ein weiteres Übel verhindern!

 

Übrigens kann man auf dem einen Bild die aus dem Kupferband erzeugten Verbindungselemente sehen. 25 x 3 mm Querschnitt, jede Schraubenöffnung als 90° gesenkte Bohrungen mit 10 mm Durchmesser realisiert. Habe darüber nachgedacht im echten Einsatz sparsam die silberhaltige Paste für die Wärmeleitung bei Prozessoren zum Kühler in die Senkung zu schmieren, damit so der Übergangswiderstand reduziert wird, der für die Erhitzung an dieser Stelle verantwortlich ist! Auch zeigt sich die Bohrung mit einer Senkung und entsprechenden Edelstahl Senkkopf-Schrauben zu realisieren, was eine maximale Größe der Kontaktfläche bewirkt, was sicher nicht nachteilig ist.

 

Auf jeden Fall war das Erlebnis sehr aufklärend!

Edited by Hellmut Kohlsdorf
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Hellmut Kohlsdorf

Heute habe ich mir einen Ruck gegeben und die Alu-Wand gelöst und mir den Schaden an den Plastikteilen durch den Lichtbogen und die Erwärmung beim Kurzschluss! Ich hörte während des Kurzschlusses das Geräusch von "Brodeln", also Kochen und habe bereits schlimmes befürchtet.

 

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Wie man an den 2 Bildern sehen kann, haben die Plastikteile ihre Schutzfunktion bestens erfüllt! jetzt werde ich mich um die Pulverbeschichtung der Kupferbrücken kümmern und die Ausfräsungen an der 5 mm starken Plastikscheibe und des Aluminiums kümmern. Zusätzlich zur Pulverbeschichtung werde ich die Kupferbrücken noch von einem Schrumpfschlauch umgeben und das Ganze in Glasfaser und Epoxid giessen, so dass versehentliche Kurzschlüsse durch leitende Teile verhindert werden, z. B. durch den Inbusschlüssel der einem aus der Hand fallen kann!

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Hellmut Kohlsdorf

Wieder einen für mich großen Schritt weiter gekommen!

 

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Hier sieht man das teil, welches in den Rumpf eingeklebt wird und an welches, in diesem Fall, die hintere Querwand der vorderen Akkubox geschraubt wird! das Bild zeigt die Senkungen, welche dafür sorgen, dass die Schraubenköpfe, welche die Alustäbe fixieren, unterhalb der Oberfläche des teils bleiben, damit die Querwand direkt an diesem Teil anliegt.

 

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Hier sieht man das selbe Teil von der anderen Seite. Man sieht die Ausfräsungen und erkennt, dass diese noch die Rundung brauchen, wo jetzt die Pitzen zu sehen sind. Ich wollte aber zuerst die genauigkeit meiner arbeit verifizieren bevor ich das mache, anderer seits ist der einsatz einer Feile vermutlich sinnvoller!

 

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Hier in diesem Bild erkennt man was zuvor mit Worten zu erläutern versucht wurde. Unterhalb des Teils liegt die hintere Querwand der vorderen Akkubox, jetzt mit eingeschraubten Akku-Imitationen. Darüber liegt das gefräste Teil mit den Ausfräsungen, welche dem Umfang der Akkus folgen. In diese Ausfräsungen wird das Alublech gelegt, welches die äußeren Akkus umschliesst, 0,75 mm stark, und die Alu-Rundstäbe welche das Alublech stützen! Oben rauf kommt ein gegenstück zu diesem, an welches die dann zuvor korrekt abgelängten Alu-Rundstäbe ebenfalls geschraubt werden. Die ausgefrästen Teile werden mit der Rumpfwand verklebt!

 

Beim Gegenstück auf der Vorderseite wird durch die Verkleinerung des Rumpfquerschnittes die Akkus so zu liegen kommen das das Gegenstück gerade noch realisierbar ist. Bestimmender Faktor wfür die Lage der Akkus war es diese so tief wie irgend möglich im Rumpf unterzubringen! der aber aus diesem Bild erahnbare leerraum um die Akkuzellen wird mit Blei ausgefüllt. dafür habe ich vor langer Zeit das Wachsverfahren gewählt und mir das erforderliche Material zugelegt. Die Leerräume werden mit Wachs ausgefüllt, dann werden diese Wachsteile mit einer dünnen Lage, auch aus Wachs ausgekleidet, welche die 2% Schrumpfung ausgleicht. Die so im Gußverfahren erstellen Bleikörper sollen nicht nur die Leerräume um die Akkuzellen ausfüllen, sondern auch die 3 Leerräume in der Akkubox, im nächsten Bild gut zu erkennen.

 

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On allerdings Blei in die 2 oberen Leeräume in der Akkubox kommt, hängt davon ab, ob das Blei nicht woanders niedriger im Rumpf untergebracht werden kann!

 

Dieser Schritt ist auch deswegen für mich ein Meilenstein, weil ich erst jetzt exakt die Lage der vorderen Akkuboxwand ermitteln kann. Da der Rumpfquerschnitt sich auch über kurze Distanzen stark verändert, musste dieses Teil erst sowweit kommen, damit anhand der dann korrekt abgelängten Alu-Rundtäbe das vordere Ausfrästeil, an welches die vordere Querwand geschraubt wird, korrekt, wie bei der hinteren wand bereits gezeigt, zuerst in Holz und mit Spachtel exakt in der Form ermittelt wird und dann auf Alu übertragen werden kann!

 

Bezugspunkt für die Lage der Akkuboxen und der Schottrommelgehäuse ist die im Rumpfboden vorhandene Stufe, welche man indirekt über folgende 2 Bilder erkennen kann:

 

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Hier ein frühes Bild der Querwand mit der Nase unten aus der Sicht von hinten nach vorne. Das Blei im Rumpf ist inzwischen bündig mit der Unterkante der

Wand mit Blei aufgegossen worden.

 

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Hier die gleiche Wand von vorne nach inten angeschaut. Hier erkennt man wie das Blei die ganze untere Nase verdeckt. An diese Seite der Wand, bündig an dieser anliegend, kommt das Teil mit den Ausfräsungen, an welches diese Wand angeschraubt wird. Sobald die Lage der Verschraubungsbohrungen festliegt, dafür müssen erst die Kanäle, in der Wand integriert, für die Leitungen zum Balancieren, in ihrer Lage bestimmt sein und diese dann ausgefräst werden, wird das Teil pulverbeschichtet, natürlich nicht an den Flächen wo es an die Rumpfwand geklebt wird. Die durch diese Arbeiten entstehende Wanne für die Akkuzellen wird 100% abgedichtet, wodurch kein Wasser eindringen kann! Die beiden Querwände und der Deckel, alles mit Inbusschrauben, wie bei den Alu-Rundstäben gezeigt, verschraubt und mit Dichtungsband wasserdicht gemacht. Natürlich erhält das dünne Alubleck auch eine Pulverbeschichtung, Stärke im Mikrometerbereich, was sicher keine wärmedämmende Egenschaft besitzt, welche das Durchdifundieren eventueller Wärme vermeidet.

 

Übrigens sagt der Bericht der Unfallsforschung in den USA, dass die Akkubox in der 787 durch einen Kurzschluss innerhalb der Zelle entstanden ist. Also etwas, das man sicher nicht verhindern kann. Die Box besaßm keine Möglichkeit die dabei entstehende Wärme soweit abzuleiten, dass die anderen Zellen nicht ebenfalls Schaden nahmen! Erkannt wurde das durch den plötzlichen Spannungsverlust, der dem Wert einer Akkuzelle entsprach!

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Hellmut Kohlsdorf

Wieder ein kleiner Fortschritt. Unglaublich was für ein solides Element hier entstanden ist und welches exakt in den Rumpf passt.

 

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Was man hier sieht sind die beiden "inneren Wände", jetzt mit den Alu-Stäben auf der finalen Länge. Ich habe sie so abgelängt, dass die äußeren Wände 2 mm weiter voneinander entfernt sind als die Akkuzellen lang sind. Eine kleine, beschränkt wirksame, Maßnahme einen Kurzschluss bei Einsetzen und Entnehmen der Akku-Zellen aus den Akku-Boxen zu vermeiden.

 

Wie zuvor gezeigt, die Alu-Stäbe sind mit Zylinderschrauben mit Innen-Imbuskopf verschraubt, die Köpfe in der Alu-Platte versenkt. Jetzt muss die untere Wand genauso ausgefrässt werden wie die Obere. Sobald die Kanäle für die Balancer-Leitungen in der früher gezeigten Wand gefräst wurden, kann die innere Wand an die bekannte äußere Wand, genauso wie die Alu-Stäbe, angeschraubt werden und liegt dann direkt an der inneren Wand an.

 

Dann endlich kann ich dann daran gehen, mit der dann bekannten Lage der vorderen Akku-Wand, diese zuerst in der Holzfassung mit Spachtel an den Rumpf anzupassen und dann diese Holzversion in eine Alu-Version übernehmen. Ich hoffe zum 24.3.13 habe ich dann die erste Akku-Box, pulverbeschichtet, im Rumpf einbaubar und die Akkus für den Betrieb des Schrittmotors einsetzbar. Aber ich habe oft schon gehofft wesentlich voranzukommen!

Edited by Hellmut Kohlsdorf
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Hellmut Kohlsdorf

Es ist interessant welche Reaktionen dieser Baubericht und die Fragen die ich in diesem Zusammenhang im Forum stelle, auslöst. Es wird gemeint ich könne die Physik nicht ändern, es wird, so ein Beispiel das ich sehr kürzlich als Benachrichtigung erhalten habe, ich wolle 8000 W über das Freilegen eines Schraubenkopfes als Wärmeabuhr verwenden! Jede Menge Häme! es wird gemeint meine Fragestellungen würden beim unbedarften Leser, außer der Beitrag erscheint in diesem Baubericht, zu Panik verführen. Schuster bleib bei deinen Leisten!

 

Ich möchte hier, bevor mich eine Zensur noch aus dem Foum verdrängt, schreiben was ich immer und immer wieder hier ausgedrückt habe.

 

Der Weg ist mein Ziel, das Projekt der rote Faden auf welchen ich auf interessante Fragestellungen treffe, diese studiere, an ihnen lerne und auch immer wieder zuvor getroffene Entscheidungen revidiere. Der Baubericht ermöglicht den, Stand jetzt, 13.199 Zugriffe von interessierten Lesern, an meinem Projekt durch das Lesen teilzuhaben. Deshalb habe ich kürzlich den Vergleich mit dem berühmten Junk Food Restaurant gemacht: Keiner geht hin, aber millionen Essen weden jeden Tag verkauft!

 

Keiner st gezwungen diesen Baubericht zu lesen, keiner ist gezwungen die Fragen und Erörterungen zu lesen die ich in den passenden Unterforen stelle und kommentiere und die dort auch von hunderten von Lesern verfolgt werden. Jede sachliche Kommentierung, auch wenn ich mit ihr uneins ist, bemühe ich mich sachlich und korrekt im Ton zu beantworten und auf die Argumente einzugehen. Ich habe schliesslich auch von vielen dieser mit mir im Disenz stehenden Beiträge sehr viel gelernt und bin für diese sehr dankbar.

 

Lasst uns doch die Fakten auf den Tisch legen!

 

Dieses Projekt ist mein Projekt und ich bin letztlich der der entscheidet was ich mache! Das Projekt und die vielen, vielen Beiträge Dritter dazu, für die ich sehr dankbar sind, haben mich in den vergangenen bald 10 Jahren reich beschenkt und in den für mich schweren Jahren seit ich meinen Job als Direktor für einen der damaligen größten Telekommunikationsaustatter verloren habe mit Mut, Kraft und Zuversicht erfüllt und mir einen geregelten Tagesablauf voller Aufgaben, Ziele, Herausforderungen, sowie Erfolge und Mißerfolge geschenkt.

 

Alles was ich verlange ist Respekt für meine persönliche Haltung und Einstellung in diesem Projekt, für meine Ziele und Weisen wie ich vorgehe. Ich zwinge niemanden etwas auf, ich versuche zu helfen, wenn ich die Möglichkeit sehe. Es lässt mich nicht kalt die Häme, denn auch für mich hat dieses Forum einen wichtigen Platz im Tagesablauf bekommen. Beiträge die kritisch, objektiv und sachlich mit meinen Ideen umgehen, bekommen dann auch die entsprechende sachliche und ehrliche Antwort.

 

Ich werde also, solange es mir möglicht bleibt, weiter wie bisher vorgehen! Mein Dank gilt besonders jenen, die ohne Öl ins Feuer zu schütten, keiner will den Konflikt anheizen, mir mit ihren Beiträgen Unterstützung signalisiert haben! Die Botschaften sind angekommen!

Edited by Hellmut Kohlsdorf
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  • 3 weeks later...
  • 8 months later...
Hellmut Kohlsdorf

So, es herrscht ja keine Lesepflicht, weshalb ich meinen Baubericht hier nach langer Zeit fortsetzen werde!

 

Ich habe damals noch die Kupferbrücken gemacht, welche die Akkuzellen in der ersten Box in Serie zusammenschalten.

 

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Diese werden sicher im Fall eines Kurzschluses nicht die Wärmequelle werden, da sie die maximal 240A sicher gut verkraften. Und wie immer beginne ich damit vorläufige Elemente aus Holz zu bauen!

 

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So werden die in der Alu-Wand eingelassenen Kupferbrücken in der hinteren Querwand der vorderen Akkubox in etwa aussehen. Ich habe allerdings in der Zeit danach nach Mitteln geforscht um einen Kurzschluß durch die Verbindung der Alu-Wand mit den Kupferbrücken zu erschweren. Einerseits habe ich mir Muster von hitzefestem Gewebebesorgt, welche zwischen dem Kupfer de Brücken und dem Aluminium der Akkubox-Wand kommen und dort dann in Epoxid eingebettet sein werden. Wie man ebenfalls aus dem Bild mit den Alu-Brücken entnehmen kann, werden in der anderen Querwand, hier also die vordere Querwand der vorderren Akkubox noch Kupferelemente kommen, welche die Ausgänge der Akkubox sein werden und über welchen die 6 in Serie geschaltenten Zellen die Akkuspannung bereitstellt.

 

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Diese beiden Bilder zeigen, warum die Brückenelemente in der Wand versenkt sein müssen. Direkt an der Akkuwand anliegend wird das Gehäuse sein, in welchem die Schottrommel sich befinden wird. Ich habe die beiden Platten die das Gehäuse bilden werden bereits grob vorbereitet.

 

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In diesen Bildern kann man die erste Außenwand der Akkubox sehen, wie sie zusammen mit dem Element mit den Alu-Rundstangen im Rumpf eingepaßt ist.

 

Dabei ist es so, dass die innere Akkuwand im Rumf verklebt wird und die äußere Akkuwand daran verschraubt wird. Die Zylinderkopfschrauben mit Immensechskant sind dann ebenfalls unter der Oberfläche der Außenwand eingelassen.

 

Wegen der Notwendigkeit der Wartungsarbeiten an meiner BF20L und der danach angegangenen Arbeiten an meiner Werkstatt waren eines der Gründe warum ich hier an dieser Stelle seit dem nicht weitergearbeitet habe. Ich hatte auch gesundheitliche Probleme, wie Herzrythmusstörungen und Herzstillstände, welche dann zum Einpflanzen eines Herzschrittmachers führten. Anschliessend bekam ich noch eine Thrombose und letztlich noch ernste Gesundheitsprobleme wegen falscher Medikamentierung und Dosierung. Jetzt geht es wieder langsam bergauf, und so konzentriere ich mich auf mein Hobby um wieder fit zu werden.

 

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So habe ich inzwischen ein Blockdiagramm entworfen, welches die Steuerung meines Konzeptes der Schotsteuerung für die Segel recht detailliert und, so denke ich ausgereift, darstellt. Da ich sehr aktiv im spanischen Sprachraum bin, habe ich das Diagramm auch auf Spanisch beschriftet.

 

Im wesentlichen zeigt das Diagramm, das ich Vorsegel und Hauptsegel, mit Baum versehen, auf identische Weise steuere.

 

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Dazu verwende ich eine Steuerkarte mit einem Modul für die Schrittmotorsteuerung, welches bis zu 60VDC Spannung für die Motorversorgung erlaubt, die Spannung meiner 12 LiFePO4 Zellen ist damit innerhalb der zulässigen Werte.

 

Diese Karte kommuniziert mit der LPCXpressokarte, bei Watterott für nur 23,80 Euro plus Versand zu bekommen, per RS285, in der Firmware ist das praktisch eine UART zu UART kommunikation. Dafür wird ein Baustein von TI verwendet, welche auf der LPCXpresso1769 Seite die TxD, RxD und ein Ausgangaktivierungspin des Controllers zu eine RS485-Knoten wandelt. Auf der motionCokkie-Karte ist die RS484 auf einen 10 poligen Wannenstecker rausgeführt.

 

Auf der motionCookie-Seite, also ganz rechts in den beiden Steuerungsfunktionen, ist ein Quadraturdekoder-Eingang bestehend aus den 3 Leitungen der Phasen A, B und Z. Die verwenden von einem Sensor-IC im Gehäuse der Schottrommel gespeist, 14 bit Winkelenkoder, welcher genau die 3 Leitungen bereitstellt. Im modul motionCookie der Schrittmotorsteuerkarte ist ein Samung ARM Cortex M0 integriert, der die Quadraturencoder-Peripherie enthält und in dessen Bibliotheken das HAL dafür enthalten ist. Diese Informationsquelle über die Schottrommelstellung kann mit der Positionsinformation der Schrittmotorsteuerung verglichen werden und bei Ungleichheit korrigiert werden. Auf der Schottrommel selber befindet sich der spezielle Magnet, der Plus- und Minuspol passend angeordnet hat, damit der Sensor seinen Job machen kann.

 

Von oben und unten im Diagramm kommt für den Baum des jeweiligen Segels über einen magnetischen Winkelsensor gleicher Art die Information über die Auslenkung des jeweiligen Baumes, welche an die entsprechende Peripheriefunktion des LPC1769 angeschlossen ist. Die LPCXpressokarte hat also die Aufgabe der Schrittmotorsteuerung die entsprechenden Befehle zu geben, damit eine gewünschte Position berücksichtigt wird.

 

Zur Erinnerung.

 

Die Stellung des Steuerknüppels am Sender bestimmt bis zu welchem Winkel sich das Segel öffnen darf. Diese Info erhält diese LPCXpressosteuerkarte von einer weiteren, welche die Zentrale Steuerung ist, und zwar nur dann, wenn sich was ändert. Diese Zentrale ist ja nicht nur für die Segelsteuerung zuständig, aber diese dekodiert die PWM vom entsprechenden Kanälen des Empfängers der Funkfernsteuerung.

 

Die „lokale” LPCXpressokarte erhält die Information über die Segelstellung durch den magnetischen Sensor, welche die als Welle realisierte Drehachse des Baumes und unmittelbar an die Deckoberfläche geführt, wo wieder ein Magnet ist. Unter Deck, nur durch eine dünnen Plastikfolie getrennt vom Magneten ist der Sensor wasserdicht untergebracht und liefert über seine 3 Leitungen die Bewegungsinformation dieser welle and die Quadraturdekoder-Peripherie des LPC1769. Solange der Winkel kleiner als der durch die Knüppelstellungbestimmte Begrenzung ist, wird die LPCXpressokarte der Schrittmotorkarte erlauben die Schotlänge an die Baumstellung anzupassen. Öffnet sich jedoch das Segel und erreicht die Grenzstellung die durch die Position der Steuerknüppel am Sender bestimmt wird, so wird keine weitere Schotlänge bereitgestellt und das Segel wird in der Stellung gehalten.

 

Schwenkt jedoch der Baum des Segels in Richtung der Rumpfmittelachse, die LPCXpresso registriert das über den Winkelsensor, so wird soviel Schot eingeholt wie für die jeweilige neue Position des Baumes erforderlich ist. Es entsteht also nie lose Schot die ein Wuhling bilden könnte!

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Hellmut Kohlsdorf

Ein weiteres Element an welchem ich arbeite ist der Traveller. Ich habe vor jeweils einen Traveller für Haupt- und Vorsegel zu schaffen.

 

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Auch für den Traveller kommt die Kombination einer LPCXpresso1769-Karte und einer motionCookie-Karte zum Einsatz. Hier auf dem Bild ist die LPCXpßresso1769 Karte zu sehen. Links der abtrennbare Teil mit der USB_Schnittstelle und dem JTAG-I/F, rechts die eigentliche Controllerkarte mit dem LPC1769. Das sind ganz kleine und sehr billige Karten, so billig, dass sich eine eigene Karte nicht lohnt.

 

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Hier der Traveller im Rohbau! Er besteht aus einem Alu-U-Profil, die Wanne, in welcher das Wasser aufgefangen wird, das durch den Schlitz im Deck, durch welchen die Konstruktion mit dem Holepunkt für die Schot auf Deck geführt wird. Links und rechts wird im Boden ein Abfluss herausgeführt, welcher über einen kurzen Schlauch an einen Abfluss in der Rumpfwand geführt wird.

 

Hier sieht man wieder in Holz, eine der Seitenwände dieser Wanne, in welcher die Trapezspindel, kugelgelagert wird, hier mache ich mir noch Gedanken ob und wenn ja wieviel Wasser dort austreten kann. Unbeabsichtigt, aber wieder ein positiver Zufall, muss die Trapezspindel so tief in der Seitenwand gelagert sein. Ich muß ja die Trommel für den Antriebszahnriemen noch unter das U-Profil bekommen, welches als Teil der Labyrinth-Dichtung den ganzen Rumpf umläuft. Schließlich möchte ich ein Maximum an Verstellweg für den Holepunkt im Traveller erreichen. Der Zufall und das Glück ist, dass in dieser Stellung der Trapezspindel die Mutter die an der Spindel entlang läuft, mit einer planen Seite, direkt auf dem Boden des großen Alu-U-Profils läuft. Dadurch wird ein sich Drehen der Mutter, ohne weitere Vorkehrungen verhindert und ich brauche dafür keine zusätzlichen baulichen Maßnahmen!

 

Das wird auch den Einbau der 3 Schalter die ich in der Wanne vorgesehen habe beträchtlich erleichtern. Diese 3 Schalter, voll wasserdicht, werden im Alu-U-Profil verleimt werden und von außen verkabelt. Sie haben die Funktionen der Endschalter auf beiden Seiten zu realisieren, auch dafür ist in der Schrittmotorsteuerkarte ein Anschluß vorgesehen und in der Firmware3 für diese Funktion bedient. Außerden kommt ein dritter Schalter in etwa in die Mitte und soll der Synchronisierung der Position der Spindelmutter bei jedem Durchlauf der Mitte des Travellerverstellweges dienen.

 

Als Schrittmotor werde ich die kleinen 28x28 mm Schrittmotoren, beziehbar bei Reichelt einsetzen. Je nachdem ob die Leistung genügt werden 1 oder 2 dieser pro Traveller eigesetzt, die Spindel ist ja symmetrisch mit Zahnriementrommel auf beiden Seiten versehen! Ich habe außerdem die Wahl die kurze oder lange Fassung dieser Motoren einzusetzen, denke also die notwendige Leistungsfähigkeit bereitstellen zu können und dank der Zahnrienem diese Schrittmotoren auch möglichst tief im Rumpf zum Einsatz zu bringen.

 

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Hier ein Bild welches die Einbaustellung des Travellers für das Hauptsegel zeigt.

 

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Hier ein Bild welches zeigt, wie das Zahnrad für den Zahnriemen unterhalb der Winkel liegt, welche sich an das U-Profil am oberen Rand der Rumpfschale anschmiegt.

 

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Hier ein Bild mit aufgezogenen Zahnriemen.

 

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Hier einBlick von Innen nach außen in der Wanne, wo man die günstige Lage der Spindelmutter erkennen kann.

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  • 1 year later...
Hellmut Kohlsdorf

Hallo Freunde

 

Ich habe mich entschlossen hier doch meinen Bericht fortzuführen, der am 3. Dezember 2013 zum letzten Mal von mir in diesem Forum gepflegt wurde. Viel ist seither geschehen und so vorab eine kleine Übersicht, da diese den Inhalt meines Bauberichtes ab hier im richtigen Licht sehen lässt! Ich hatte seit damals ernste gesundheitliche Herausforderungen. Zuerst einen Schlaganfall. Interessante Erfahrung wenn man plötzlich nur noch über einen Schlauch trinken, essen und seine Medikamente einnehmen kann. Wertvoll aber schon deshalb, weil ich vielleicht doch einen kleinen Einblick darin gewonnen habe, wie sich eine Stopfgans fühlen muss!  ;)  Hielt aber nur eine Woche und nach 4 Wochen in der Reha konnte ich wieder normal essen. Dann habe ich Probleme mit meinem Medikamentenmix bekommen, Herzrhythmusstörungen waren die Folge und dann blieb mein Herz immer wieder mal stehen. Das hat eigentlich die schwerwiegendsten Folgen gehabt, da durch Unterversorgung mit Sauerstoff graue Zellen im Gehirn gelitten haben und ich so Konzentrationsprobleme, Belastungsfähigkeit gelitten haben. Habe wegen dieser Herzstillstände einen Herzschrittmacher bekommen, weshalb ich jetzt als Science Fiktion Fan nun unter die Cyborgs gegangen bin. Nach einer Woche aus dem Krankenhaus bekam ich dann eine schwere Thrombose in der rechten Schulter, weshalb ich dann mit Kanonen auf Blutverdünnungsmedikamente eingestellt wurde. Danach bekam ich wohl nur dank der Wirkung der Thrombose-Medikamente einen sogenannten „TIA”, einen leichten und zeitlich kurzen Schlaganfall. So war die Thrombose doch für was gut! Dann hatte ich ein gutes Jahr Ruhe bis ich schwere Schwindelanfälle bekam. Wer so etwas noch nicht hatte, kann sich kaum vorstellen wie schlimm das sein kann. Denken wird fast unmöglich, Gleichgewichtsprobleme, Kreislaufprobleme, viele Symptome wie bei einen Schlaganfall. Nach 3 Notarzt besuchen und zwei Krankenhaus-Aufenthalten wurde festgestellt, dass die Ursache nicht ermittelt werden kann, aber mein neuer Medikamenten-Cocktail, 11 Tabletten jeden Tag, hat zwar die Anfälle nicht völlig behoben, sie sind aber nur noch sehr leicht! Ich Schreibe dieses nicht um euer Mitgefühl zu suchen, sondern weil ich hervor heben will, dass die Tätigkeiten die ich im Rahmen meines Bauprojektes verfolge mir in mehrer Hinsicht sehr geholfen haben. Vielleicht von Nutzen für einige Leser. Ich bin sehr positiv gestimmt, was nach Auskunft der Ärzte für die Genesung von großer Bedeutung ist, weil ich mit Begeisterung die diversen Aktivitäten im Zusammenhang mit diesem Bauprojekt verfolge, weil die intensive geistige Arbeit sehr geholfen hat das Gehirn in die Lage zu versetzen die Schäden durch Reorganisation zu beheben. In dem ersten Jahren nach den Herzstillständen reagierte mein Gehirn so heftig auf diese Aktivitäten, dass ich nicht nur die Tätigkeit unterbrechen musste, sondern mich hinlegen musste damit alles wieder ins Lot kommt. Aber im Laufe der Zeit konnte ich immer länger geistig Arbeiten. geblieben ist aber die zuverlässige Zuverlässlichkeit wie lange ich mich Konzentrieren kann, Weshalb ich meine Aktivitäten als Dolmetscher und Übersetzer einstellen musste. Auch muss ich immer einem Familienmitglied sagen wohin ich gehe und wie lange ich fortbleibe. Gelegentlich zwingen die Anfälle mich wo ich auch immer gerade bin mich hinzulegen! Aber wie gesagt, es ist seit dem letzten Krankenhausaufenthalt nicht mehr vorgekommen. So also einen kurzen Kommentar zu meinen kritischen Lesern. Wenn früher mein Vorgehen ungewöhnlich war, weshalb ich immer wieder persönlichen Angriffen ausgesetzt war, so ist meine Art das Projekt zu verfolgen jetzt noch ungewöhnlicher und meine Vermutung, dass ich früher mit dem Sensenmann auf Reisen gehe, als das ich fertig werde. Die Begeisterung ist aber ungebrochen!

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  • 1 year later...
Hellmut Kohlsdorf

Das Projekt der Carina hat sich in für mich sehr interessante Richtung fortentwickelt! ich habe zuerst Studien zum Thema Schrittmotor gemacht. dabei habe ich die Karte "stepRocker" von Trinamic verwendet. Unglaublich was ich dabei über Schrittmotoren lernen konnte! Here der Link zu einem Video das ich auf Youtube veröffentlicht habe:

 

https://youtu.be/nopezWBlDL0

 

Das Video zeigt das experiment bei welchem ich sehen wollte wie schnell der Schrittmotor seine Schritte machen konnte. Dabei habe ich die schon damals vielfältigen Möglichkeiten der IDE von Trinamic für den "stepRocker" angewendet.

 

Darüber kam dann meine "Weiterentwicklung" eines Konzeptes einem Schrittmotor als Winde in meiner Carina zu verwenden welcher so wie das auf dem Original der Endeavour verwendet wurde:

 

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Hier der Link zu dem Bild

 

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Auch wenn die schrift auf spanisch ist, kann man das Prinzip erkennen. jeweils ein Schrittmotor für Vorsegel und einer für das Hauptsegel, jeder durch einen stepRocker gesteuert. Eine LPCXpresso1769 Karte, dann ohne den Link-Teil, steuert die stepRocker Karte aufgrund von Befehlen die von einer "Zentralen" Karte kommt. der LPC1769 ist ein ARM Cortex M3 mit der Funktionalität eines QuadraturEnkoder-Dekodierung, welche die Impulse, A, B und I eines magnetischen Drehwinkel-Sensors der Firma AMS als Eingang akzeptiert und für welches es einen Bibliothekseintrag in der CMSIS Bibliothek von NXP gibt. Die Logik zu jeder Segelsteuerung beinhaltet einen magnetischen Drehwinkelsensor der 11 bit digital als A, B und I Impuls erzeugt. Der Sensor der den Segel-Winkel erfasst liefert an die LPCXpressokarte, hat auch Quadratur-Enkoder. Der, welcher die Position der vom Schrittmotor angetriebenen Kabeltrommel erfasst and den Quadratur-Enkoder der stepRockerkarte.

Die absolute Winkelposition die vom Sensor erfasst wird, hat eine um 3 bit höhere Auflösung und kann daher den Abstand zwischen 2 benachbarten Quadraturenkoder-Positionen in 8 Schritten auflösen. So kann die Software auf der LPCXpressokarte übergeordnet feststellen wie sich das Segel bewegt und, abhängig der "Soll-Position" die vom Sender in der "Zentralen" Karte erfasst wird, die Schotlänge so steuern, dass die Schot kaum "lose" wird, aber der freien Bewegung des Segels folgen.

Dies hat zwischen Physikern in Physikforen und erfahrenen Modellsegelbauer gegensätzliche Beurteilungen bewirkt. Das Problem dreht sich darum, ob es in dem Flaschenzug der auf dem Bild, siehe Link oben der originalen Endeavour Reibung gibt und wie viel! Physiker meinen es gibt keine relevante Reibung und mein System müsste funktionieren, die erfahrenen Modellbauer meinen in einem Modell des Maßstabes 1:20 würde die Reibung das Modell nicht steuerbar machen!

 

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Das Bild, Bilder lockern immer etwas auf, zeigt den Zusammenhang zwischen der "Trommel-Position", Auflösung durch AMS Bauteil bestimmt und dem Winkel zwischen der Längsachse des Rumpfes und dem Baum des Segels. Die hohe Anzahl von Positionen der Schottrommel kommt davon, dass die Trommel sich mehrfach um 360° dreht um die hier erforderliche Schotlängen-Änderung zu ermöglichen und der Achse die star mit dem Baum des jeweiligen Segels verbunden ist und sich somit höchsten +-90° drehen kann. Dann wäre das jeweilige Segel um 90° nach Backbord oder Steuerbord gedreht.

 

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Hier zeige ich, wie die Feinsteuerung der Schotlänge implementiert wird. "X-1", "X" und "X+1" sind 3 benachbarte Positionen die vom magnetischen Winkel-Sensor Quadratur kodiert in form der 3 Impulse an den jeweiligen ARM Cortex M Controller liefert, relative digitale Meldung. Hier der Link zu einem Bild welches die Funktion der 3 impulse der Quadraturkodierung erklärt:

 

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Man sieht, dass auch gemeldet wird in welcher Richtung eine Drehung um 1 Position erfolgt!

 

Diese konträren Standpunkte haben mich dazu motiviert meine Schotsteuerung in der Modellierungssprache "Modelica" zu modellieren um so den Einfluss diverser Parameter die eine Implementierung bestimmen auf die Reibung zu modellieren und diese Modelle durch Experimente in ihrer Qualität zu verifizieren. Ich habe mich für den Einsatz der Software der Firma Wolfram entschieden, Mathematica und SystemModeler. Zuerst, weil Wolfram damals als Einziger Lizenzen für den Privatmann anbietet, bezahlbar. Mathworks mit Matlab und Simulink, war zwar damals die "reifere" Lösung, Maple, evebnfalls, aber beide verboten teuer! Wolfram und Maple bieten beide Modelica an, Modelica erlaubt aber als Sprache die einfachere und flexiblere "akausal" genannte Modellierung. Die Erläuterung was "akausal" gegenüber "kausal" in der Modellierung bedeutet, kann man am Einfachsten am Beispiel eines E-Motor-Modelles vorstellen.

 

Bei kausaler Modell Erstellung hat das Modell eine Richtung, welche davon bestimmt wird welche Größen als Input fungieren und welche Größen als Output resultieren.

 

Legt man an eine DC-Motor eine Spannung an, so entsteht als Output eine Drehung mit einem bestimmten Drehmoment.

Verwendet man nun diesen DC-Motor als Generator, so sind die Eingangsgrößen das Drehmoment die die Winkelgeschwindigkeit, als Output wird eine bestimmte Spannung erzeugt.

Sieht man sich kausale Modellierungssprachen an, so sind die Modelle diese Drehmotors und Generators, obwohl die gleiche Hardware vorliegt, völlig verschieden.

 

In Modelica erzeugte Modelle dieses DC-Motors werden aber für beide Fälle unverändert verwendet!

 

Als Hardware für die Verifikation geschriebener Modelle habe ich mich für den RaspBerry Pi entschieden, da dieser von Wolfram sowohl aus Mathematica unterstürzt wird, wie auch bei dem SystemModeller! Die Experimente mit der RaspBerry karte waren sehr erfolgreich für mich. Ich konnte von meinem PC unter Windows und WLAN direkt am RaspBerry sein. Destop-Bildschirm erscheint in einem Fenster im Windows System, Maus und Tastatur verhalten sich exakt so, als wären sie direkt an dem RaspBerry Pi angeschlossen. Natürlich habe ich einerseits auf meinem Windows PC immer alles aktualisiert und alle Schutzmaßnahmen eingesetzt, Die Kommunikation zwischen Raspi und PC über WLAN war auch geschützt. Trotzdem wurde mein PC über die Raspi-Karten, denen ich jeweils einen DNS-Eintrag gab, unbenutzbar gemacht! Nur eine Aktualisierung auf Windows 10 Pro erlaubte mir dann endlich wieder meinen PC zu nutzen!

 

Diese schmerzhafte Erfahrung führte zu meiner Entscheidung, bevor ich wieder mit den Raspi-Karten experimentiere, zu lernen wie ich einerseits das Linux-System auf den Raspi-Karten sicher zu nutzen. Fängt man erst einmal an sich mit dem Thema Sicherheit zu beschäftigen, dann öffnen sich eine Menge Türen zu für mich hoch interessanten Studienfeldern!

 

Hier zeigt es sich wieder, das meine Entscheidung im "Weg" an der Entwicklung des Modellseglers Carina das Ziel zu sehen, für mich reiche Ernte bedeutet. Nun hat aber die Entwicklung in den letzten Jahren seit meinem letzten Beitrag hier gewaltige Fortschritte gemacht! Gerade heute las ich in der Markt&Technik Zeitschrift, das die amerikanische FTC die koreanische Firma D-Link verklagt, da ihre mangelhafte Sicherung der angebotenen System im IoT, Internet-of-Thinks durch diese Firma sträflich vernachlässigt wurde. Der rasante Fortschritt in allen Bereichen die mit dem IoT, Industrial IoI, Industrie 4.0, Autos, usw in Verbindung stehen, macht es fast aussichtslos hier wirklich Schritt zu halten! Die Technik der Virtualisierung, eine ausgereifte Technik im Bereich der Server und Server-Farmen, ermöglicht es ein system in einer virtuellen Umgebung zu isolieren, so dass erfolgreiche Angriffe von außen nicht über die virtuelle Umgebung hinauskommen. Ein Neustart einer virtuellen Umgebung lässt ein System in seiner ursprünglichen Form erscheinen. Diese Virtualisierung findet nun auch Eingang in die eingebetteten Systeme, also jegliche Controller gesteuerten Schaltungen/Platinen. ARM hat dafür das TrustedZone-Konzept entwickelt und in seinen Kernen mit ARMv8 implementiert. ARM Cortex M23 und M33 sind die ersten Kerne von ARM für den "embedded" Bereich und nach meinen Recherchen im späten 1Q17, 2Q17 allgemein verfügbar man kann auch seit kurzem im Internet endlich viel Information dazu finden.

 

Intel hat seine Erfahrungen ebenfalls für Prozessoren für den eingebetteten Bereich fortentwickelt!

 

Noch auf der "electronica Messe 2016 im November in München habe ich nur 3 gefunden, welche überhaupt eine Ahnung von der Virtualisierung im embedded Bereich gehabt. So neu ist das. Jetzt erscheint immer mehr die Forderung, dass mit dem Internet verbundenen Systeme die existenten Schutzmaßnahmen, schon bei der Entwicklung berücksichtigen müssen! Ich warte nun also auf eine RaspBerry Pi Karte einer Version 4, welche dann auch wirklich die TrustedZone implementiert.

 

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Hier ein Link in welchem man das Konzept der TrustedZone graphisch gezeigt wird.

 

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Hier zeige ich, wie ich mein Werkstatt-Netz für meine weiteren Experimente aufsetzen will. Wie man sieht spielt hier die Raspi-Karten eine Schlüsselrolle! Ich kann in meiner Werkstatt über WLAN vom PC auf Raspi-Karten zugreifen, welche dann Subsysteme, also meine jeweiligen Experimentaufbauten ansprechen. Interessant fand ich, dass Arduino UNO Karten aus China so billig und in so guter Qualität zu erwerben sind, dass eigene Karten mit AVR-Controllern nicht mehr sinnvoll sind. Arduinokarten sind ja eigentlich nicht anderen als eine "Träger-Platine" für eine AVR Controller! Das Gleiche gilt für Controller-Karten wie den LPCXpresso von NXP, oder Stellaris von TI, usw., sind für nen Appel und ein Ei zu bekommen, inklusive sogenannter Board-Bibliotheken für diese Karten vom jeweiligen Anbieter der Entwicklungssoftware. Die Einschränkungen der Entwicklungssoftware dürften in 99% der Anwendungen im Modellbau nicht relevant sein! Auch findet man im Internet und auf YouTube unzählige Tutorials, auch als Video.

 

Die Entwicklung aber geht rasant weiter!

 

Es gibt jetzt die "Container-Technologie", Docker und seine Unterstützungsumgebung, die eine etwas andere Art der Software ermöglicht. Container sind "Pakete" die alles beinhalten was für ihre Ausführung erforderlich ist. Diese Docker Umgebung gibt es nun auch für Windows 10 Pro und Enterprise, eigentlich stammt die Technik aus der Linux Welt. In nur 15 Minuten konnte ich auf meinem PC mit Windows 10 Pro einen Container erstellen und eine Anwendung der Art "Hallo Welt" erzeugen und erfolgreich anwenden.

 

Um zu verstehen worum es geht, muss man ein wenig ausholen:

 

Aus dem Bereich der vollwertigen Computer und Server gibt es für die Erzeugung eines Systems für Virtualisierung 2 Implementationen. es sind sogenannte "Hypervisor" Typ 1 oder 2.

 Hier der Link zu einer Graphik die es bildlich zeigt:

 

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Beim Hypervisor Typ 1 wird in einem Rechner zuerst der Hypervisor gestartet. Das kann man sich wie eine Software die wir im Modellbau üblich schreiben. Sie wird in den Flash Speicher des Controllers gebrannt und wenn man dann die Karte neu startet, so wird diese Software ausgeführt. Beim Hypervisor Typ 1 wird dann eine minimale Linux Umgebung gestartet, genannt Domain0, welche dann den Rechner mit dem Hypervisor Typ 1 verwaltet. Will man jetzt z.B. ein Linux-System starten, das wird "Gast-System genannt, Dann kümmert dich das Steuer-Linux, Domain0, darum ein solches System zu laden und mit den Rechten und Parameters versehen, die der Administrator bestimmt. Miete ich mir also einen Server in einer Server-Farm, so erhalte ich einen virtuellen Server, der glaubt direkt seine Hardware zu nutzen. Ein solches Gast-System nennt man DomainU, also Domain User! Für das System in einer DomainU sieht es so aus, als ob er allein den Rechner nutzt! So kann der Provider, dank der Virtualisierung, jedem Mieter, Kunden ein "sicheres System geben! Stürzt ein System DomainU ab, so kann der ursprüngliche Zustand, ohne das andere Nutzer davon betroffen wären, neu starten. 

 

Beim Hypervisor Typ 2, Programme wie z.B. VirtualBox, usw., sind Beispiele dafür, läuft auf dem System ganz normal ein Betriebssystem und die virtuelle Umgebung ist eine Anwendung die in diesem System, z. B. Microsoft Server. Hier gilt wie im Beispiel zum Hypervisor Typ 1, ein sehr hoher Schutz. Jeglicher Angreifer kann nur das virtuelle System schädigen, nicht jedoch das eigentlich auf dem Rechner laufende System. Starte ich ein solches virtuelles System neu, so habe ich wieder den ursprünglichen Zustand!

 

Solche virtuellen Systeme bieten also die beste Isolierung, sie fressen jedoch eine Menge Leistung und System-Ressourcen! Jedes virtuelle System lädt also wirklich eine weitere Kopie des Betriebssystems, der Bibliotheken und Anwendungen, Beim Hypervisor Typ 2 kommt erschwerend hinzu, das Echtzeitfähigkeit durch unbestimmte Reaktionszeiten nicht oder nur eingeschränkt gegeben ist.

 

Eine Folge meines Kenntnis zu erhalten der Eigenarten virtueller System macht es erforderlich meinen Arbeitsablauf neu zu gestalten. Ist man gewohnt auf "seinem Rechner" sich anzumelden, seine Programmierumgebung zu laden, so muss man hier umdenken um von den Vorteilen wirklich zu profitieren!

 

Jeder der sich mal intensiver mit der Programmierung von Rechnern beschäftigt hat weiß, das einige Programme oder Programmversionen sich nicht vertragen! Definiere/Erstelle ich jetzt ein virtuelles System, so sorge ich dafür das in diesem sich nur die wirklich erforderlichen Programme und Programm-Versionen befinden. So kann ich für verschiedene Projekte jeweils eigene Systemkonfigurationen in einem eigen virtuellen System erstellen. Das ist ein gewaltiger Vorteil dieser Arbeitsweise! Aber auch, worauf ich als gebranntes Kind besonders sensibel geworden bin, würde ein Angriff von Außen auf meinen Rechner dann nur das jeweilige virtuelle System betreffen. Also eine "MUSS-FORDERUNG" an mich! Frage mich jedoch ob ich einen Hypervisor Typ 1 oder 2 implementieren sollte? Schön ist aber auch, dass ich so gleichzeitig Linux und Windows 10 Pro in ihren jeweiligen Fenster quasi gleichzeitig nutzen kann.

 

Gerade letzteres ist eine mögliche Lösung für ein spezielles Problem auf meinem Rechner. Um mein Windows 10 System auf einem RAID10 ausführen zu können, muss ich im BIOS RAID einstellen. Will ich mein Ubuntu-System starten, so muss ich vorher die BIOS einstellung bezgl. RAID zurückstellen. Mein Rechner und BIOS können nicht beides gleichzeitig als boot-fähige Festplatten konfigurieren. Darauf muss man aber erst kommen!

 

Ich verwende übrigen Links für solche Bilder für die ich keine Lizenz habeoder diese ungeklärt ist und daher auf ihren Standort im Netz verweisen muss, Forenregeln!

 

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Dieses Bild vergleicht virtuelle Systeme mit solchen unter Docker und seinen Containern! Wie man in dem Bild deutlich sieht, benötigen Container wesentlich weniger System-Ressourcen und da sie aber alles beinhalten, was für ihre Ausführung erforderlich ist, so also völlig unkritisch von einem zu einem anderen Rechner kopiert und ausgeführt werden können. Das was man "Wiederverwendbarkeit" nennt ist hier ein wichtiger Faktor! Nachteil des Containers gegenüber der Virtualisierung ist die mangelnde Isolierung und damit der Schutz des einzelnen Containers vor anderen Anwendungen! Die Entwicklungsrichtung zur Zeit geht in Richtung hybrider Systeme, welche die Vorteile beider Lösungen kombiniert und ihre Nachteile möglicht beschränkt!

 

ich möchte hier jetzt wieder auf die eingebetteten Systeme zurückkommen, welche uns im Schiffsmodellbau interessieren! Die etablierten Einsätze dieser Technologien sind im normalen Rechner oder Server gegeben. Hier sind im Vergeich zu unseren Systemen unendliche System-Ressourcen wie Arbeitsspeicher, Festplatte, Rechnerleistung, gegeben. Möchte ich dieses jedoch im eingebetteten System nutzen und hier greifen auch juristische, gesetzliche und Haftungssituationen. Wie in dem Beispiel der Klage von der amerikanische FTC gegen die koreanische Firma D-Link zu sehen ist, Bei Anwendungen im Automobilbereich gerade bei autonomen Systemen oder solche mit Unterhaltungssystemen zeigen, wie sehr dieses die Welt der Elektronik betreffen wird! Auch mein Schaden während meiner ersten Experimenten mit den Raspi-Karten, zeigt wie wichtig dieses sein kann, wenn man bei Schiffsmodellen die Möglichkeiten aus der IoT-Technik verwenden möchte!

 

Hier ein kurzer Exkurs zu meinen persönlichen Erfahrungen. da meine Gesundheit sehr angeschlagen ist, immerhin 2 Schlaganfälle, mehrere Herzstillstände, Thrombose, usw., hat mir meine Familie vor einem guten Jahr ein iPhone geschenkt. Nun bin ich verpflichtet, wenn immer ich aus dem Haus gehe, zu sagen wohin ich gehe und wie lange ich fortbleibe. Mit der "Freunde" Funktion kann meine Familie mich dann immer orten! ich musste mich schon 2x auf die Straße legen, da es mir so schlecht ging! ich habe mich nun für den Provider Congstar entschieden. Der Grund, ich zahle nur 1 Euro pro Monat plus ein paar Cent pro Anruf oder SMS, welche über das Funknetz gehen. Für 1 Euro zusätzlich im Monat habe ich 100 MByte Datenvolumen! da ich meistens zu Hause bin, verwende ich bevorzugt meinen PC über das Festnetz und mein telefon nutzt ebenfalls das Festnetz über das WLAN ohne Kosten zu verursachen.

 

Will ich also ein Telefonmodul für die Datenkommunikation mit dem Modell nutzen, so wird daheim mein Datenvolumen überhaupt nicht belastet. Mit 2 Euro im Monat sind die Fixkosten minimal. Würde ich z. B. Video von einer Kamera im Modell am See betreiben, so könnte ich, falls erforderlich ist, das Datenvolumen für den jeweiligen Tag direkt online buchen! Datenfunk ist also wirklich nicht mehr durch Kosten betroffen!

 

Zurück zum Schiffsmodellbau und der dort verwendeten Elektronik. Eingebettete Systeme haben nur wesentlich geringere Leistung als PCs oder Server, wesentlich weniger Arbeitspeicher und Festplattenspeicher. 64 GByte aus einer Flashkarte ist jedoch wirklich nicht wenig! ARM hat mit seinen neuen kernen ARM Cortex M23, Leistungsklasse der ARM Cortex M0/M0+ und dem ARM Cortex M33, Leistungsklasse ARM Cortex M3/M4, zwei Kerne an Chip-Entwickler lizenziert welche für den eingebetteten Bereich die Hardware beinhaltet um Virtualisierung für den Schutz eingebetteter Systeme preisgünstig und mit minimalen zusätzlichen Ressourcen Bedarf auf dem Markt gebracht. Bei Freescale ist es z.B der i.MX8, der in 2Q17 allgemein verfügbar wird!

 

So ist mein Stand heute. Mit den gesundheitlichen Einschränkungen die ich habe, bereite ich mich vor meine oben in meiner Graphik gezeigten IT-Struktur meiner Werkstatt, meine Experimente weiter voran treiben zu können. Es sei noch bemerkt, dass wenn man die diversen Parameter, welche in der Software vorhanden sind, Linux, Docker, Hypervisor, kann man durch die unübliche Wahl von Werten einen Angriff erschweren und durch sorgfältige Einstellung der Rechte der diversen Software die Gefahr maßgeblich reduzieren. Das Problem, die Herausforderung liegt jedoch darin einerseits alle diese Parameter kennen zulernen, ihre Möglichkeiten zu verstehen und einzusetzen, andererseits aber ein Konzept zu erstellen zu lernen, wie ein Arbeitsfluss auszusehen hat. Wie die Amis sagen: "Get the Big Picture!!

 

 

 

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