Heizgriffsteuerung
Nach vielen Experimenten habe ich nun die für mich beste Lösung zur
Steuerung der Heizgriffe gefunden.
Ein kleines, gefrässtes Alu-Kästchen dass an der linken Lenkerarmatur
befestigt wird. Die Bedienung erfolgt über einen einzelnen Taster. Die
eingestellte Heizleistung wird über 4 LEDs signalisiert.
Details
Das Kästchen ist aus einem Stück Alu herausgefrässt und
Pulverbeschichtet. An der Rückseite ist ein passend gelasertes
Blech angeschraubt. Die Befestigung erfogt über eine am
Kupplungsgriff vorhandene Schraube. Der Taster ist ebenfalls aus Metall
und wasserdicht. Die LEDs sind eingeklebt. Das Steuerkabel geht am
Lenker entlang zur Elektronik die hinter der Frontverkleidung
montiert ist.
Als LEDs sind 3 unterschiedliche Farben eingesetzt, blau, orange,
orange und rot. Mit zunehmender Heizleistung wandert die Farbe von blau
nach rot. Zwischenschritte werden durch gleichzeitiges
Leuchten von jeweils 2 LEDs dargestellt. Somit sind insgesamt 8 Stufen
einstellbar. Zuviele Stufen haben sich als unpraktisch und überflüssig
erwiesen.
Elektronik
Die Elektronik sitzt versteckt hinter der Frontverkleidung. Von dort
wird alles zentral verkabelt. In die Batterieleitung kann noch eine
Sicherung eingesetzt werden:
Bedienung
Ein kurzer Tastendruck erhöht die Heizstufe, ein langer Tastendruck
verringert sie. Alternativ kann auf einen umlaufenden Zählmodus
umgeschaltet werden. Dann wird nur aufwärts gezählt und nach dem
Maximum auf Null gesprungen.
Die Elektronik
arbeitet als elektronisches Relais. Die Heizleistung wird über
eine Änderung der Ein-/Ausschaltdauer der Heizgriffe erreicht. In
der Software sind weitere Besonderheiten eingebaut:
- Um die Batterie
während und nach dem Motorstart zu schonen wartet die Elektronik nach
dem
Einschalten 10 Sekunden bevor die Heizung zugeschaltet wird.
- Die nachfolgenden 30 Sekunden wird auf
volle Leistung geschaltet um
möglichst schnell die Wunschtemperatur zu erreichen.
-
Die Wartezeiten können abgeschaltet
werden.
-
Beträgt die Heizleistung weniger als 50% werden rechter und linker
Griff wechselweise geschaltet um Spitzenströme zu vermeiden.
- Für besonders leistungsfähige Heizungen kann die ganze Heizkurve auf
50% halbiert werden.
- Die zuletzt eingestellte Heizleistung wird gespeichert und beim
nächsten Einschalten wiederhergestellt.
Nachfolgend ein kurzes Video von der Bedienung:
Die zugehörige Anleitung:
Griffheizung_HW10_SW18 - 4 LEDs - Anleitung
Spezielle Version
Falls kein Platz für 4 LEDs vorhanden ist kann auch eine einzelne 3-Farb-LED benutzt werden. Die Leistungsstufen sind in diesem
Fall auf 6 reduziert weil die Farbunterschiede sonst nicht mehr unterscheidbar sind. Die Software ist entsprechend angepasst.
Griffheizung_HW10_SW18 - 3 LEDs - Anleitung
Es existieren auch Taster mit integrierten LEDs. Ein Beispiel ist dieser:
- MPB16-A3FE-RGB-JR-0V
- Single Pole Single Throw (SPST) Momentary RGB LED Push Button Switch, IP67, 16 (Dia.)mm, Panel Mount, 36V dc
- RS Stock No. 175-9550
Dummerweise sind die LEDs im Taster in einer "gemeinsame-Anode"-Konfiguration verschaltet. Das passt nicht zur ursprünglichen
Auslegung und macht eine nachträgliche Modifikation auf der Platine notwendig. Nicht aufwändig, nur lästig.
Das folgende Video zeigt die sich ergebenden Farbkombinationen:
Allgemeine Tips und Erfahrungen
Die üblichen, billigen Heizgriffe mit primitiven 3-Stufen Schaltern (OFF/min/max) sind in der Praxis nicht wirklich
tauglich. Sie sind entweder zu heiss oder zu kalt weil sie die beiden Heizdrähte nur parallel oder in Reihe
schalten können. Als Folge muss man ständig hin und her schalten. Eine zusätzliche Steuerung ist daher gut
investiertes Geld.
Günstige (Selbstbau-)Varianten wurden in der Vergangenheit z.B. von
http://www.enduro-stammtisch.de/
oder
http://www.alpentourer.de/
angeboten. Beide Webseiten scheinen leider nicht mehr online zu sein. Mit etwas Glück findet man aber irgendwo
noch die Schaltpläne.
Alle grossen Hersteller (Daytona, Oxford, Saito,..) bieten Modelle mit hübschen Bedienteilen zur Lenkermontage
an. Da ist für jeden Geschmack und Geldbeutel was dabei. Heizgriffe und Steuerung lassen sich normalerweise
beliebig kombinieren, wobei man die aber üblicherweise besser im Bundle kauft.
Besonders praktisch scheinen die neuesten Modelle mit integrierter Elektronik zu sein.
Taster und Elektronik sitzen direkt mit im Griff. Es gibt keine zusätzlichen separaten Kistchen und die Verdrahtung
wird dadurch maximal einfach. Durch die automatische Temperaturregelung ist es auch okay wenn nur 3 Temperaturstufen
vorhanden sind. So etwas würde ich jedem empfehlen in Betracht zu ziehen bevor man an eine separate Steuerung denkt.
OXFORD HOTGRIPS PRO
Eine ähnliche Version gibt es bei
DAYTONA
(4 Heizstufen).
KOSO
hat eine ähnliche Ausführung im Angebot
Ein Mittelding ist diese Steuerung von KOSO. Die Schalter-Elektronik ist als separater Ring ausgeführt und wird
neben dem Heizgriff auf dem Lenker montiert.
KOSO
Heizgriffe sitzen immer sehr locker auf dem Lenker und müssen in jedem Fall angeklebt werden. Selbst wenn sie
zu Beginn stramm sitzen braucht es nur wenige Temperaturzyklen bis sich alles lockert.
Ich habe sehr gute Erfahrungen mit ganz normalem Pattex-Alleskleber ("Kraftkleber") gemacht.
Eine gute Vorbereitung ist dabei wichtig. Die Heizgriffe müssen leicht über den Lenker
fluppen, sonst klappt das später nicht mehr wenn zusätzlich Kleber im Zwischenraum ist. Alle störenden Knubbel
und ähnliches im Inneren mmüssen entfernt werden. Die Oberfläche leicht anrauen und mit Isopropanol reinigen.
Den Kleber sehr dünn auf beide Seiten auftragen und sofort(!) zusammenfügen. Wenn man ihn zu lange antrocknen
lässt dann kann es passieren dass es auf halber Strecke nicht mehr weiter geht..
Heizpatronen im Lenker sind eine pfiffige Alternative für Heizgriffe. Man kann dabei die originalen Griffgummies
beibehalten und die Verkabelung erfolgt durch das Innere des Lenkers.
Ein poplulärer Anbieter ist Coolride:
http://www.coolride.de/
Heizpatronen haben typischerweise leicht höhere Heizleistungen als Heizgriffe weil die Wärme indirekter übertragen wird.
Das ist kein wirkliches Manko, und die meisten Steuerungen kommen damit gut zurecht. Ein
möglicher "Clean"-Ansatz (keine sichtbaren Kabel) wird leider etwas aufgeweicht weil man ja doch
irgendwo/irgendwie die Regelung oder einen Taster montieren muss..
Ein Problemchen kann die Montage werden. Normalerweise sind in den Lenkerenden Gewichte und Gewinde eingebaut
die teilweise schwer zu entfernen sind.
Abmessungen von Heizgriffen
Der übliche Lenkerdurchmesser bei Motorrädern beträgt 22mm. In "Bananen-Einheiten" sind das 7/8 Zoll.
Die Heizgriffe haben, je nach Seite, unterschiedliche Innendurchmesser:
- Der linke Griff hat einen Innendurchmesser von 22mm, er wird direkt auf dem Lenker montiert
- Der rechte Griff ist grösser. Er hat einen Innendurchmesser von 25,6mm und sitzt auf der Gasgriff-Dreh-Mechanik
Aufpassen sollte man bei Griffen für ATVs. Dort gibt es keinen klassischen Gasgriff und beide Griffe haben einen identischen Durchmesser von 22mm.
Die Breite der Griffe variiert je nach Einsatzbereich. Oxford (als Beispiel) verwendet die folgenden Richtwerte:
- Adventure: 132mm
- Touring: 120mm
- Sport: 122mm
Historie
Die folgenden Kapitel enthalten alte Berichte und erzählen die Historie über die verschiedenen Entwicklungsstadien.
Der Anfang war im Jahr 2008.
Gute Unterhaltung!
Heizgriffe Teil 1, wie alles begann
Der Weihnachtsmann hat mir einen Satz Heizgriffe gebracht, schönen
Dank dafür :-). Und natürlich würde ich das hier garnicht
erwähnen
wenn ich nicht wieder was gebastelt hätte.
Das Set ist von Saito
und besteht im wesentlichen aus 2 Griffen mit Heizdrähten und
einem "groben" Schalter (Modell "Sibirien").
Fett und hässlich, aber ich werde ihn wohl erstmal verwenden müssen
:-/.
Als
Ergänzung habe ich mir eine Steuerung einfallen lassen die die
Heizleistung entsprechend der Umgebungstemperatur steuert.
Temperatursteuerung für die Heizgriffe
Der erste Prototyp der Steuerung ist fertig. Oberseite, Unterseite,
Beschaltung:
Alle
Leitungen werden über Klemmleisten verbunden. Mit dem
Wahlschalter
wird eine Heiz-Kennlinie ausgewählt. Die LEDs
signalisieren den
Zustand der Heizelemente. Temperaturfühler ist ein NTC der die
Umgebungstemperatur misst. Der
Leistungskreis sitzt direkt an der Batterie (kein zusätzliches Relais),
der Steuerteil wird über die Zündung eingeschaltet. Die Schaltung passt
in ein Gehäuse 37 x 53mm.
Wie funktioniert's ?
Die Elektronik sitzt zwischen dem Lenkerschalter und den Heizgriffen. Sie
übernimmt als elektronisches Relais das Schalten der Heizung.
Normalerweise wird eine Griffheizung über den am Lenker befestigten Schalter kontrolliert. Der Schalter ist rein
mechanisch und schaltet die Heizelemente entweder in Reihe (LO) oder parallel (HI) zur Batterie. Bei meinem
Modell gibt es 3 Schaltstufen:
- "OFF" (na was macht die wohl?)
- "HI" (höchste Leistung)
- "LO" (niedrige Leistung)
In der
Schaltstellung "LO" wird die
Steuerung aktiviert. Ein Mikroprozessor bestimmt mit Hilfe eines
Sensors die
Umgebungstemperatur und stellt die Leistung der Heizelemente
entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie ein. Die Temperatur der
Griffe wird somit konstant gehalten.
Die
Schaltstellungen "HI" und "OFF" funktionieren unverändert wie bisher,
man kann die Heizung manuell kontrollieren.
Die Stellung der Leistung erfolgt durch Veränderung des
Ein/Aus-Schaltverhältnisses (Duty-Cycle). Der Regelbereich beträgt
0 ... 100%. Für jeden Heizgriff ist ein eigener,
unabhängiger Leistungsschalter vorgesehen. Als Heizkennlinie
sind
momentan folgende Möglichkeiten vorgesehen:
- Einschalten (100%) unterhalb einer festen
Temperatur:
20°C, 16°C, 12°C, 8°C, 4°C, 0°C
-
Einschalten mit proportionaler Steuerung zur Aussentemperatur. Zwischen
oberem und
unterem Temperatur-Grenzwert wird die Leistung zwischen 0% und 100%
verändert:
(untere Grenze - obere Grenze):
16°C - 20°C
12°C - 16°C
8°C - 12°C
8°C - 16°C
4°C - 12°C
4°C - 16°C
0°C - 12°C
Unterhalb der Grenzen beträgt die Leitung konstant 100%, oberhalb 0%.
Die
Kennlinien sind in dieser Reihenfolge mit dem Kodier-Wahlschalter auf
der Platine auswählbar. Normalerweise wählt man eine fixe Einstellung
die dann immer bei Stellung "LO" aktiv ist.
Einige Extras sind noch
zusätzlich vorhanden. Ein
verzögerter Start kann gewählt werden um die Heizung erst zu
aktivieren wenn sich die Batterie vom Motorstart etwas erholt
hat
(~15s). Weiterhin ist es möglich anfangs automatisch für begrenzte Zeit
mit voller Leistung zu heizen um die thermische Trägheit zu
kompensieren und das Aufheizen zu beschleunigen.
Heizelemente mit sehr hoher Leistung können im "Gegentakt"
betrieben werden um die Gesamtströme niedrig zu halten. Die
Maximalleistung sinkt dann auf 50%.
Heizdrähte
Die Heizgriffe von Saito
haben jeweils einen Widerstand von ~10 Ohm, bei 14V Batteriespannung
entspricht das 19.6W
pro Griff. Werden beide parallel an die Batterie
geklemmt ergibt sich ein Strom von 2.8A.
Die Heizgriffe von Daytona
haben
jeweils einen Widerstand von ~4 Ohm, bei 14V Batteriespannung
entspricht das 49W
pro Griff. Werden beide parallel an die
Batterie geklemmt
ergibt sich ein Strom von 7A. Diese sehr hohe Leistung ist lt.
Anleitung
nur für kurze Zeit zulässig. Im Normalbetrieb sollten
die Griffe
daher in Reihe geschaltet werden. Die resultierenden 8 Ohm
Gesamtwiderstand ergeben eine Leistung von 24.5W (pro Griff
12.25W) und einen Strom von 1.75A.
Im
Gegentakt-Betrieb werden die Griffe einzeln abwechslend
im Takt aktiviert (effektiver maximaler Duty-Cycle
pro Griff 50%). Der
Peak-Strom beträgt 3.5A, die gemittelte Leistung pro Heizelement 24.5W.
Elektronik
Als
Schaltelemente werden sog. Power-MOSFETs eingesetzt. Diese können
maximal 50A schalten und haben einen On-Widerstand von 15 milli-Ohm.
Eine Kühlung ist somit unnötig.
Die Schaltung besitzt keinen Schalter um sie von der Batterie zu
trennen. Sobald die Steuerelektronik keine Spannung mehr erhält
(Zündungsplus) sperren die MOSFETs automatisch. Der verbleibende
Leckstrom ist praktisch nicht messbar. Die Zyklus-Zeit des Duty-Cycle
beträgt ~7 Sekunden. Im Gegentakt-Betrieb sind die Kanäle wechselweise nur
jeden zweiten Zyklus aktiv.
Der Prozessor ist ein ATmega168 von Atmel.
Zur Kontrolle leuchtet eine rote LED wenn der
Heizstrom eingeschaltet ist. Eine weitere LED
signalisiert den aktuellen Zustand desProzessors.
Regelung - Steuerung
Üblicherweise gehen die beiden Begriffe im alltäglichen Sprachgebrauch
etwas durcheinander:
- Ein Regelung
besitzt üblicherweise einen Sensor der in diesem Fall die aktuelle
Temperatur misst. Weicht sie von einem eingestelltem Sollwert ab wird
entsprechend der Differenz die Heizleistung angehoben. Das bemerkt der
Sensor und es stellt sich ein Heiz-Gleichgewicht ein.
- Eine Steuerung
hat auch einen Sensor und liefert ein Stellsignal, es gibt aber
keinerlei Rückwirkungen der Heizung auf den Sensor. Die
Regelschleife ist nicht geschlossen. Meine Heizgriffe werden kaum in
der Lage sein das Weltklima zu beeinflussen ...
Diese spitzfindige Unterscheidung ist im Alltag natürlich unwichtig.
Hauptsache die Finger behalten die richtige Temperatur.
Prototypen
Der Werdegang der Steuerung in Bildern. Das erste Muster auf Lochraster
mit vielen Fädeldrähten.
Als Dummy für die Heizelemente sind Leistungswiderstände mit
parallelgeschalteter Indikator-LED angeklemmt. Zur Ausgabe von internen Werten (debugging)
ist eine serielle Schnittstelle hinzugefügt. Zum Programmieren ist ein 5-poliges Kabel vorhanden.
Heizgriffe Teil 2
Die Regelung aus dem ersten Teil brachte leider nicht das
gewünschte Ergebnis. Die Elektronik funktionierte zwar einwandfrei,
aber es war sehr schwierig eine passende Heizkurve zu finden. Die
thermische Trägheit des Systems und die relativ schwache Heizleistung
der Griffe sind ein Problem. Als Konsequenz habe ich deshalb im zweiten
Anlauf eine manuelle Steuerung gebaut. Die gewünschte Heizleistung wird
mit 2 Taster direkt und fest gewählt.
Bedienteil
Schwachpunkt war bisher die immer beschränkte Bedienbarkeit und
Einstellmöglichkeiten der serienmässigen Schalter am Lenker. Daher habe
ich mir eine andere Lösung ausgedacht. Sie besteht aus 2 Taster und 4
LEDs und wird am Lenker montiert. Die mechanische Umsetzung hat
dankenswerterweise Kollege Thomas übernommen.
Das Gehäuse (aus Alu) wird am Lenker geklemmt. Die 2 wasserdichten
Taster sind für die Bedienung, die 4 LEDs zeigen die momentane
Heizleistung an. Jede LED hat 2 Helligkeitswerte um auch Zwischenwerte anzeigen zu können.
Elektronik
Die Elektronik der Steuerung basiert auf der gleichen Platine wie
Version 1. Ein mehrpoliges Kabel geht zur Bedieneinheit am Lenker. Die
Heizgriffe sind direkt mit der Elektronik verbunden:
Die Leitungen für hohe Ströme werden über Klemmleisten verbunden, zum Bedienteil genügen dünne
Strippen. Der Leistungskreis sitzt direkt an der Batterie (kein zusätzliches Relais),
der Steuerteil wird über die Zündung eingeschaltet. Die Schaltung passt in ein Gehäuse 37 x 53mm.
Wie funktioniert's ?
Über die Taster wird die gewünschte Heizleistung schrittweise rauf- oder runtergesetzt. Neben den beiden
Extremwerten gibt es noch 7 Zwischenwerte. Die Elektronik arbeitet als elektronisches Relais. Ein paar Besonderheiten
sind noch in die Software eingebaut:
- Um die Batterie während und nach dem Starten zu schonen wartet die Elektronik nach dem
Einschalten 12 Sekunden bevor die Heizung eingeschaltet wird.
- Die folgenden 24 Sekunden wird auf volle Leistung geschaltet um möglichst schnell die Wunschtemperatur zu erreichen.
- Beträgt die Heizleistung weniger als 50% werden rechter und linker Griff wechselweise geschaltet um
Spitzenströme zu vermeiden.
Die zuletzt eingestellte Heizleistung wird gespeichert und beim nächsten Einschalten wieder eingestellt.
Heizgriffe Teil 3
Die letzte Version der Heizgriffsteuerung (siehe Teil 2) hat bereits sehr gut und zuverlässig funktioniert. Man findet aber
trotzdem immer wieder Kleinigkeiten die verbessert werden könnten. Daher nun Version 3.
Bedienteil
Kollege Thomas hat einmal mehr ein erstaunliches Meisterstück gezaubert! Den vorhergehenden Entwurf des
Bedienteils hat er verfeinert und kleine Schwachpunkt ausgebügelt. Zur Kröhnung hat er es sogar noch schwarz
eloxiert. Nochmals meinen grössten Respekt und Dank dafür.
Das Gehäuse besteht aus schwarz eloxiertem Aluminium und wird über 2 Schrauben am Lenker geklemmt. Mit den 2
wasserdichten Tastern wird die Heizleistung eingestellt. Sie sind extra gross und
robust um auch mit Handschuhen gut bedient werden zu können. Die 4 LEDs zeigen die momentane Heizleistung an.
Jede LED hat 5 Helligkeitswerte um auch Zwischenwerte anzeigen zu können. Das Anschlusskabel zur Elektronik wird
an der Unterseite des Lenkers heraus geführt. Im Inneren wurde viel gefrässt um Platz für die Verdrahtung zu haben.
Elektronik
Die Elektronik der Steuerung basiert auf der gleichen Platine wie Version 1 und 2. Ein mehrpoliges Kabel geht zur
Bedieneinheit am Lenker. Die Heizgriffe sind direkt mit der Elektronik verbunden:
Die Leitungen für hohe Ströme werden über Klemmleisten verbunden, zum Bedienteil genügen dünne
Strippen. Der Leistungskreis besteht aus 2 MOSFET Transistoren und ist direkt mit
der Batterie verbunden (kein zusätzliches Relais), der Steuerteil wird über die Zündung eingeschaltet. Die
Schaltung passt in ein Gehäuse 37 x 53mm.
Wie funktioniert's ?
Über die Taster wird die Heizleistung schrittweise verändert. Neben den beiden Extremwerten (keine bzw. maximale
Leistung) gibt es weitere 19 Zwischenwerte. Die Elektronik arbeitet als elektronisches Relais. Die Heizleistung
wird über eine Änderung der Ein-/Ausschaltdauer der Heizgriffe erreicht. In der Software sind weitere
Besonderheiten eingebaut:
- Um die Batterie während und nach dem Motorstart zu schonen wartet die Elektronik nach dem Einschalten 10
Sekunden bevor die Heizung eingeschaltet wird.
- Die nachfolgenden 20 Sekunden wird auf volle Leistung geschaltet um möglichst schnell die Wunschtemperatur
zu erreichen.
- Beträgt die Heizleistung weniger als 50% werden rechter und linker Griff wechselweise geschaltet um
Spitzenströme zu vermeiden.
- Die zuletzt eingestellte Heizleistung wird gespeichert und beim nächsten Einschalten wieder eingestellt.
- Die Wartezeiten können über eine Programmierfunktion abgeschaltet werden. Ebenso können damit die Tasterfunktionen getauscht und die
Laufrichtung des LED-Dands umgedreht werden, falls das Bedienteil umgedreht montiert wird (z.B. rechte Lenkerseite).
In der Praxis
Hier ein kleines Testvideo zur Funktion der Griffheizung. An Stelle der Heizgriffe sind Lastwiderstände
angeschaltet, die roten LEDs zeigen an wann der jeweilige Griff eingeschaltet ist.
Das Video beginnt direkt nach dem Einschalten. Zu Beginn wird 10 Sekunden ohne Leistung abgewartet, danach 20
Sekunden mit maximaler Leistung. Nachfolgend wird die Leistung über die Taster mehrmals verändert. Das Abspeichern
der eingestellten Werte wird durch kurzes Aufblinken aller vier LEDs angezeigt.
Einbau
Und hier ein paar Bilder vom Einbau. Die Elektronik verschwindet in einem Plastik-Kistchen hinter der Frontscheibe.
Die Stromversorgung erfolgt über die zeitgleich verlegten neuen Batterie-Kabel für die
Licht-Verbesserung.
Durch die Quetschverbinder auf den Leitungsenden fransen diese nicht aus und die Klemmen auf der Platine bekommen
optimalen Kontakt.
Die Heizgriffe sind Modelle von Daytona die bis zu 50W pro Griff umsetzen können. Zur Montage habe ich speziellen
Epoxi-Kleber von DELO benutzt (gibt's bei Louis).
