Die Fa. Schleicher hat die Idee vorangebracht, Power-LEDs als ACL in Segelflugzeuge einzubauen. Wie ich meine: Eine tolle Idee. Seit einigen Jahren gibt es bei Schleichers die Möglichkeit, beim Neukauf eines Flugzeugs einen LED-Blitzer in der Seitenflosse als Zubehör zu erwerben. Inzwischen bieten sie auch einen Nachrüstsatz für einige der hauseigenen Typen an, sagen aber auch deutlich, dass der Einbau durch einen LTB geprüft werden muss. Dabei wird die Seitenflosse vorn geöffnet und die Struktur verändert. Keine kleine Sache also, sicher nicht für einen Laien geeignet - und teuer. Drei dicke Scheine sind für das Nachrüsten fällig.

LEDs im SchiffchenAls ehemaliger Akaflieger hätte ich mich vor einer aufwändigen Lösung nicht gescheut, aber ich musste leider lernen, dass z.B. in DG-Flugzeugen (und ich habe eine DG800) sowas ohne große Änderung am Stück (oder wie das jetzt auch im neuesten EASA-Deutsch heißen mag) nicht geht. Und diese bürokratische Tortur scheut auch der gemeine Akaflieger.

Seit zwei Jahren wird ein kleiner LED-Blitzer angeboten, der – ohne Strukturprobleme – außen auf die oder unter die Nase gebaut werden kann (IRL Shop – Glider Flash V3). Aber dem alten hundsgemeinen Akaflieger in mir sträuben sich die Haare ob dieses aerodynamischen Frevels. Außerdem kann man nicht überall einfach ein Loch in die Schale des Rumpfes bohren.

Nach vielen Jahren mit Begegnungen der unangenehmen Art bei der Fliegerei in den Bergen – trotz FLARM – hatte ich mir in den Kopf gesetzt, mit einem LED-Blitzer zu fliegen. Ohne adäquate Produkte auf dem Markt musste ich mich mit der Idee auseinandersetzen, den Blitzer selbst zu bauen. Meine Intension war, die LEDs irgendwo in der Haube unterzubringen.

In der Konsequenz entstanden seit Frühsommer 2013 eine Reihe von Prototypen, zunächst im Labor und dann experimentell im Flugzeug. Dabei konnten die wesentlichen Parameter des Baus definiert werden. Die Erkenntnisse stelle ich hier als Liste von Fragen und Problemstellungen mit den Antworten und Lösungen dar. Meine Umwege und Irrwege bei der Erkenntnisgewinnung lasse ich mal weg.

 

 

Wie stark müssen die LEDs sein ?

  • Welche Ströme fließen da und welche Batterieleistung wird gebraucht ?
  • Kann ich den Blitzer dauernd eingeschaltet lassen, so wie in der Schleicher-Lösung?
  • Wo wird die Blitzfolge erzeugt: Durch eine Schaltung an den LEDs oder abgesetzt irgendwo im Cockpit ?

Natürlich wollte ich den Blitzer so hell wie möglich machen. Also kamen nur die stärksten und hellsten LEDs in Frage (konkret ändert sich das alle paar Monate mit Neuerscheinungen).

Und natürlich sollte der Aufbau kompakt und klein sein. Power-LEDs auf 10*10 mm Platinen waren die Wahl. Für diese LEDs und Platinen gibt es maßgeschneiderte elliptische Optiken, deren Lichtbündelungscharakteristiken sich sinnvoll einsetzen lassen.

Auf dem Labortisch wurde klar, dass es geschickt ist, drei LEDs in Reihe zu betreiben. Bei einer Versorgungsspannung zwischen 10 und 15 Volt ist die Anschaltung dann am einfachsten. Power-LEDs werden stromgesteuert, sie ziehen (je nach Typ, Exemplarstreuung und Arbeitspunkt) einem Nennstrom zwischen 0,5 A und 2 A. In meiner Schaltung sind es ca. 1,5 A. Dabei fällt dann eine Gesamtspannung von 9 – 11 Volt an der Reihenschaltung der LEDs ab. Bei 11,5 – 14,4 Volt Batteriespannung kommt man also um ein wenig Elektronik zur Stromstabilisierung bei maximaler Helligkeit nicht herum.

Der Blitzer zieht natürlich nicht dauernd 1,5 A Strom, sondern nur, wenn er leuchtet. Wenn er gerade nicht blitzt, entsteht bloß der interne Verbrauch des Blitztaktgebers. Den können wir getrost vernachlässigen. Das sind wenige mA.

Je nach Ein-Aus-Tastverhältnis ergibt sich ein mittlerer Strom, bei einem Tastverhältnis von 25 % EIN zu 75 % AUS sind das 375 mA. Man benötigt demnach eine Batterie von mind. 4,5 Ah, um den Blitzer während eines 12 h Flugs durchgehend zu betreiben.

Ich habe eine Anordnung der LEDs gewählt, bei der die LEDs mit ihren Optiken auf einer ALU-Schiene sitzen. Beim Betrieb der LEDs - jetzt greife ich vorweg, dass ich einen in Elektronik hochbegabten Ingenieur und Freund habe (nennen wir ihn Peter), der mir die Schaltungen zimmert - habe ich mit verschiedenen Blitztastverhältnissen experimentiert und kam zu einem Grenztastverhältnis von 20%, ab dem die ALU-Schiene unangenehm heiß wird (> 65°). Wegen der Nähe zur Haube, zum Plexiglas, wollte ich diese Temperatur nicht überschreiten. Um allen Unwägbarkeiten aus dem Weg zu gehen, habe ich mich auf dieses Tastverhältnis beschränkt und außerdem hat Peter der Elektronik eine Temperaturüberwachung spendiert, die das Blitzen ab 65° unterbindet. Innerhalb der Grenzen dieses Tastverhältnisses sind jedoch individuelle Blitzfolgen möglich, z.B. Morse-Signale :-). Der Mittelverbrauch der Anordnung liegt je nach Exemplarstreuung der LEDs bei 300 mA.

Im weiteren Aufbau entschied ich mich dafür, den Taktgeber ganz nahe an die LEDs zu setzen und nicht irgendwo an eine andere Stelle im Cockpit. Dann sind die Kabel vom Schalttransistor zu den Power-LEDs kurz und die von den scharfen Stromflanken der Blitzfolge erzeugten elektromagnetischen Störungen sind minimal. In der Umgebung von Instrumenten mit Magnetsensoren (Butterfly, LXn000, etc.) ist das unabdingbar. Dadurch kann ich die Zuleitungen weit weg von allen Instrumenten verlegen, muss sie nicht durch das I-Brett schleifen und die verbleibenden Störungen bleiben unschädlich. Peter hat in Bauform und Maßen passend zur ALU-Schiene eine Elektronik-Einheit entworfen und gebaut, die direkt unterhalb der ALU-Schiene angeordnet ist.

Ich habe zwei Möglichkeiten, den Blitzer ein- und auszuschalten: Einmal über die Versorgungsleitungen und einmal über eine logische Schaltleitung (Kontakt auf Masse), die in die Schaltung der Blitzfolge eingreift und stoppt, wenn kein Blitz gewünscht ist. Die Elektronik des Blitzers ist dann fast ganz tot gelegt (Restverbrauch < 9 mA).

Wenn ich den Blitzer über die Versorgungsleitungen ein- und ausschalte - mit einem mechanischen Schalter -, kann es vorkommen, dass ich dem Blitzer genau in dem Moment den Saft abdrehe, in dem er blitzen will und viel Strom zieht. Dann entsteht im Schalter ein kleiner Lichtbogen, der den Schalter langsam aber stetig zerstört. Natürlich kann der mechanische Schalter durch einen PowerFET ersetzt werden. Dabei entsteht dann ein kleiner zusätzlicher Spannungsabfall am durchgeschalteten PowerFET von ca. 0,5 V, der bei normaler Batteriespannung die Helligkeit des Blitzer kaum beeinflusst, aber bei niedriger Batteriespannung deutlich spürbar wird.

Eigentlich konzipiert ist der Flasher aber für ein Aus- und Einschalten über die separate Steuerleitung. Wenn diese Steuerleitung mit Masse verbunden wird (< 0,4 Volt) - durch einen Schalter oder durch eine Elektronik -, beginnt der Blitzer zu blitzen. Lässt man diese Leitung offen, ist der Blitzer ausgeschaltet.

Zwischenbemerkung : Die Versorgungsleitungen des Blitzers müssen angemessen im Querschnitt dimensioniert sein, sonst heizt man die Leitung, aber vorne kommt weniger Licht raus. Ich habe bei der Auslegung mit 4 m Leitungslänge (V+ und Masse), min. 1 mm2 Querschnitt und 3 Ampere Strom gerechnet.

Ein Entwurfsziel des Flashers ist, dass kommende intelligente Systeme, die entweder nach Baueigenschaften und Sensorempfindlichkeit keinen PowerFET integrieren können oder keine hohen Ströme schalten können (Butterfly Vario, LX, XCSoar), den Flasher zur Energiereinsparung erst bei erkanntem Bedarf ein- und ausschalten können. Die Betonung liegt auf kommend, denn dieses Feature bietet sich an. In der Zwischenzeit deckt mein "Rechenknecht" (siehe unten) die Lücke ab.

 

Wie sieht der Aufbau und die Anordnung der LEDs aus ?

  • Wo baue ich den Blitzer ein ?
  • Wie vermeide ich, vom Streulicht geblendet oder behindert zu werden ?

LED-Blitzer in der Nase der DG800Mein Flugzeug ist eine DG800. Wenn ich drin sitze, kann ich die Öffnung der Lüftung nicht sehen, sie ist durch den Instrumentenpilz verborgen. Also wäre doch da "irgendwo" eine ideale Stelle, um den Blitzer anzubringen. Dann würde er mir keine Sicht versperren. Für diesen Einbauort musste ich eine konkrete Bauform und Befestigungsmethode finden. Wie oben schon erwähnt, habe ich die Anordnung der LEDs so gewählt, dass sie mit ca. 22° Neigung - das ist grob die Neigung der Haube an der Einbaustelle - auf einem U-förmigen ALU-Träger sitzen.

Und natürlich müssen die LEDs abgeschirmt sein, so dass ihr Licht nicht seitwärts oder gar nach hinten fällt und mein Blickfeld stört. Da ist es gut, neben dem begnadeten Elektroniker (Peter) auch einen begnadeten Flugzeugbauer und Harzspezialisten zum Freund zu haben (Sven). Wir haben zusammen in etlichen Iterationen ein "Schiffchen" entwickelt, das die LEDs auf dem ALU-Träger inklusive Schaltung U-förmig umfasst und zum Glas des Cockpits hin dicht abschließt.

Das "Schiffchen" mit den LEDs und der elektronischen Schaltung (Blitzfolgegenerator oder Taktgeber) wiegt nur wenige Gramm und lässt sich sehr einfach befestigen. Die vordere Lasche steckt zwischen dem Auslassrohr der Lüftung und der Haube, die hintere Lasche wird mit doppelseitigem Klebeband an die Haube geklebt und von den Paranoikern noch mit einem glasklaren Tesafilm gesichert. Außerdem durchströmt die Lüftung das Schiffchen und kühlt die LEDs und den ALU-Träger.

Sicher, das ist - Stand 1.6.2015 WAR - nur eine Einbaulösung für einsitzige DG-Flugzeuge mit vorwärts klappender Haube. Inzwischen gibt es andere Schiffchen für andere Flugzeugtypen. 

 

Nach vielen Kommentaren, die ich auf diesen Artikel bekommen habe,

ist es sicher angebracht, noch einmal vorweg zu betonen, was das Ziel dieses Blitzers war und ist : Das Mindern des Risikos einer Head-On-Kollision. Das sind die Situationen, die mir in 50 Jahren als Segelflieger am meisten Angst gemacht haben, insbesondere seit es FLARM gibt. Wenn das FLARM jubelt und und ich kann die Silhouette des entgegenkommenden Flugzeugs nicht erkennen, erhöht sich mein Herzschlag deutlich, zu deutlich !

Es war nie das Ziel, ein omnidirektionales Lichtsignal zu bauen, das alle potentiellen Zusammenstoßgefahren mindert und alle bösen Buben verscheucht. Ich will nur die Piloten warnen, die mir auf ungefähr gleicher Höhe von vorne kommend gefährlich werden können.

Es war auch nie das Ziel, ein ACL gegen die bösen Motorflieger zu bauen. Die erreicht man besser über einen Transponder.

Auch Drachen- und Gleitschirmpiloten sind nicht das Ziel der Blitzerei. Sie vor einem Zusammenstoß zu warnen, ist ziemlich sinnlos, denn sie haben kaum Möglichkeiten, einen Zusammenstoß zu vermeiden. Da sehe ich die Segelflugpiloten selbst in der Pflicht, gesetzesgemäß diese Luftfahrzeuge als stationäre Ziele anzusehen und ihnen auszuweichen.

 

Auf ein Risiko möchte ich gesondert hinweisen :

Aus Großbritannien ist aus einem der letzten Jahre ein (wenn ich mich recht erinnere, tödlicher) Unfall berichtet worden, bei dem ein Haubennotabwurf nicht erfolgreich war, weil die Haube mit einem strom- oder signalführenden Kabel für einen PDA am Rumpf festgehalten wurde.

Das ist natürlich auch hier relevant: Der Blitzer ist in der Haube eingebaut und muss auch mit der Haube abgeworfen werden können. Die Versorgungskabulatur darf das nicht verhindern oder erschweren. Für DG ist durch TM DG-G-07 beschrieben, wie die Trennstelle zu gestalten ist.

Ich habe eine Trennstelle entwickelt, die aus zwei Goldkontaktsteckern (aus dem RC-Modellbau) und einer USB-Stecker-Muffe-Verbindung besteht. Dabei sind die einzelnen Kabel in der Länge so gewählt, dass, wenn die Haube abgeworfen wird, zu jedem Zeitpunkt immer nur einer der Stecker unter Zug steht und aufgehen muss. Die Stecker lösen sich also nacheinander. Das minimiert die Haltekräfte (<= 5 N).

Ich habe die Leichtgängigkeit meiner Anschlüsse geprüft. Bei der DG geht das einfach. Ich habe mich reingesetzt und den Notabwurf betätigt. Die Haube springt schon rein unter Federkraft auf und bei mir reicht diese Kraft und der Federweg, um alle Steckerverbindungen zu lösen. Deshalb bin ich ziemlich sicher, dass die Haube in der Luft, mit Staudruckunterstützung, problemlos wegfliegt.

 

 

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