Christians Webseite        << zurück        vor >>

Kontinuierliche Tankanzeige

Aprilia Pegaso 650 ML
Die Pegaso besitzt leider keine "echte" Tankanzeige die den Füllstand direkt in Liter anzeigt, nur ein Reseve-Lämpchen. Ja, besser als nichts, aber schöner wäre es schon sowas zu haben ..

Nach langer Suche und vielen Überlegungen habe ich ein paar Möglichkeiten gefunden sowas zu realisieren:

- Ein Schwimmer mit einem Poti. Dies ist die klassische Methode wie sie heutzutage in praktisch allen Motorrädern zu finden ist. Einziges Problemchen ist die mechanische Umsetzung und die Montage durch die winzige Öffnung unten am Tank. Und der Schwimmerarm braucht hineichend Platz zum "Schwingen".

- Kapazitive Verfahren. Dabei werden 2 ineinander steckende Rohre benutzt die einen Kondensator bilden. Je nach Füllstand ändert sich die Kapazität. Gibt's sogar (für viel Geld) zu kaufen, z.B. hier:
http://gillsc.com/content/level.htm
Der Sensor ist noch relativ leicht zu bauen. Die Auswerteelektronik ist aber tricky. Durch die winzigen Kapazitäten wird die Schaltung extrem temperaturabhängig, wie ich bei ersten Versuchen ernüchternd feststellen musste. Das war mir dann doch ein zu grosses Abenteuer.

-NTC-Kette. Sowas hat BMW in einigen Modellen eingesetzt. Auf einem langen Streifen sind viele kleine NTCs hintereinander angeordnet. Der Streifen wird für die Messung kurz aufgeheizt und der resultierende Widerstand zeigt den Füllstand an. Pfiffiger Ansatz, die vielen Foreneinträge über Probleme machen aber keinen Mut..

- Magnetschwimmer mit Reed-Kontakten. Im Moment mein Favorit. Ein schwimmender Magnet schaltet eine Kette von Reed-Kontakten. Eine seit Jahren bewährte Technik, Beispiele:
http://www.wema.com/?page=417&show=470
http://www.pepperl-fuchs.de/germany/de/classid_490.htm
Im Motorrad-Bereich leider kaum verbreitet. Die wenigen Modelle die ich gefunden habe sind von Triumph 595 und 1200.
Sehr angenehm ist dass solch ein Sensor vertikal arbeitet.


Tankgeber mit Reed-Kontakten

Eine Tüte mit Reed-Kontakten habe ich mir schon beschafft. Jetzt fehlt nur noch ein Magnetschwimmer. Die sind leider sehr schwer zu bekommen. Und die Montageöffnung am Tank begrenzt seinen Durchmesser auf 21mm (oder man fummelt das Teil irgendwie vom Tankdeckel aus rein). Zudem hat Benzin eine relativ geringe Dichte und der nötige Auftrieb verlangt eigentlich einen grossen Schwimmer. Wegen der Beständigkeit kommt nur Polyamid oder NBR in Betracht. Desweiteren muss das Material geschäumt sein um die Dichte zu senken um überhaupt schwimmfähig zu sein.

Reed-Kontakte, erste Versuche

Ein Schwimmermagnet ist endlich gefunden (Ebay). Es handelt sich (höchstwahrscheinlich) um den Typ "MS01-PA" von der Firma "Meder". Material Polyamid, Innendurchmesser 8.25mm. Aussendurchmesser 23.5mm, wird also nur mit Tricks zu montieren sein weil die Montageöffnung nur 21mm hat ..

Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML

Die Reed-Kontakte habe ich auf ein Stück Lochraster-Platine gelötet und mit jeweils einen 1500 Ohm SMD-Widerstand versehen. Das ganze steckt in einem passenden Messingrohr. Der Schwimmermagnet wird durch das Messingrohr geführt.

Aprilia Pegaso 650 ML
Die Verbindungen zwischen den Kontakte und den Widerständen sind mit Fädeldraht gemacht (ein sch... Arbeit).

Nun der interessante und überraschende Teil. Wenn man den Schwimmer entlang des Rohres bewegt ist das Schaltverhalten alles andere als ideal.
Aprilia Pegaso 650 ML
Das Diagramm zeigt welcher Reedkontakt gerade aktiv ist. Der Magnet wurde dabei stückweise von rechts nach links bewegt, Referenz ist die linke (untere) Kante des Schwimmers. Positionen bei denen kein Schalter geschlossen ist habe ich ausgeblendet, das sind die Lücken im Diagramm.

Auf den ersten Blick eine Katastrophe. Innerhalb weniger Millimeter Verschiebung sind bis zu 4 verschiedene Zustände möglich. An der Stelle wo die 2 Einzelplatinen verbunden sind wird es zusätzlich merkwürdig. Jedes magnetisch relevante Teil scheint einen Einfluss zu haben..

Beim zweiten Blick aber durchaus verwendbar. Wie ich aus den diversen Erfahrungen mit der Ganganzeige gelernt habe bewegt sich der Benzinpegel im Tank ziemlich heftig und ohne massive Beruhigung (=Mittelung) der Messwerte ist sowieso nichts zu erkennen. Und da man durch die nachgeschaltete Elektronik sowieso alle Möglichkeiten der Berabeitung offen hat stehen die Chancen gut eine brauchbare Schätzung hinzukriegen. Bei Stillstand und in Ruhe natürlich nicht, aber sobald sich das Mopped bewegt.

Und was jetzt?

In die Elektronik/SW habe ich testweise schon ein paar Tricks eingebaut und die Ergebnisse sehen gut aus.
Parallel versuche ich die Anordnung und Type der Reedkontakte zu optimieren um ein kontinuierlicheres Schaltverhalten zu erreichen.

Die Montage des neuen Sensors ist auch noch nicht gelösst. Als Basis soll der originale Reserveschalter-Flansch benutzt werden. Erfreulicherweise kann man den NTC und den "Ausleger" (die Stange) leicht demontieren. Im Flansch befindet sich ein M6 Gewinde.

Versuch 2

Man lernt nie aus.. Die Erklärung für das ungünstige Schaltverhalten vom ersten Versuch fand ich in den folgenden Bildern:
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
(letztere von ELV-Elektronik Wissen)
Abhängig von der Empfindlichkeit der Reed-Kontakte und der Stärke des Magneten gibt keinen, einen oder 3 Schaltpunkte wenn der Magnet am Kontakt vorbei bewegt wird. Ideal wäre 1 Schaltpunkt.

Neue Kontakte, zweiter Versuch. Die neuen Kontakte haben sind etwas unempfindlicher (lt. Datenblatt 37/42). Diese Kombination scheint erheblich besser zu meinem Magnet zu passen. Zwischen den Positionen gibt es zwar deutliche Bereiche in denen keiner der Kontakte aktiv ist, aber immerhin ist die Tendenz eindeutig. Damit lässt sich doch prima arbeiten.

Aprilia Pegaso 650 ML
Mit zusätzlichen Reed-Schaltern könnte man auch die Lücken noch schliessen, aber dafür ist in meinem Röhrchen leider kein Platz mehr vorhanden.

Weitere Schritte

Der Reserve-Geber ist eine gute Basis um einen neuen Sensor in den Tank zu bringen. Viele Alternativen hat man sowieso nicht. Der Tank ist aus Kunststoff und da kann man nicht mal eben was neues Einschweissen.

Das Kabel vom NTC ablöten. Die Befestigungsstange des NTC kann man leicht abschrauben.
Aprilia Pegaso 650 ML
Garnicht schlecht, man hat einen abgedichteten Flansch mit Kabeldurchführung und ein M6 Gewinde zur Verfügung (knapp 10mm tief).

Mangels einer Drehbank musste ich improvisieren. Aus einer M8 Messing-Schraube habe ich mit Hilfe einer Standbohmaschine, Handbohrmaschine, Schleifstein und Gewindeschneider das folgende Adapterstück gezaubert.
Aprilia Pegaso 650 ML
Ein Stück M6-Gewinde mit einer Muffe die ins Messingrohr passt. Etwas hohl gebohrt um Platzt für die Kabel zu haben. Dieser Adapter wird in das Messingrohr eingelötet, und später in den Flansch eingeschraubt.

Im Messingrohr steckt die Platine mit den Reed-Kontakten. Zur Isolation ist noch ein Schrumpfschlauch drüber.
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Abmessungen Messingrohr: Aussen: 8.0mm, Innen 7.0mm, Länge 205mm
Ich hätte gerne ein Rohr aus Alu benutzt um materialgleich mit dem Flansch zu bleiben. Da kann man aber nicht dran Löten und die Befestigung hätte über ein Gewinde gemacht werden müssen. Was wiederum Probleme verursacht weil Innen- und Aussendurchmesser durch Schwimmer und Reedkontakte vorgegeben werden. Vielleicht beim nächsten Mal..

Am unteren Ende sind noch 2 Querbohrungen für die Kabel. Eins geht direkt an Masse, das andere an den Kontaktstift.
Aprilia Pegaso 650 ML

Im Tank sieht es dann so aus (durch den Tank-Einfüllstutzen gesehen):
Aprilia Pegaso 650 ML

Fehlt nur noch der Schwimmer mit dem Magnet. Der lässt sich mit ein wenig Fummelei durch den Einfüllstutzen auf das Rohr setzen.
Da die Messingstange bis fast an den oberen Rand des Tanks geht, hat der Schwimmer keine Möglichkeit verloren zu gehen.
Aprilia Pegaso 650 ML

So weit, so gut. Jetzt fehlt "nur" noch das Auslitern um die genauen, auf Liter bezogenen Schaltpunkte der Reed-Kontakte zu kennen. Und natürlich etwas Feinarbeit (Messingrohr mit Epoxi vergiessen, die digitale Anzeige anpassen, etc).

Erste Messung

Der Einfachheit halber, und wegen gesundheitlicher Bedenken, habe ich das Auslitern mit Wasser gemacht. Die höhere Dichte von Wasser bewirkt mehr Auftrieb am Schwimmer. Der Fehler sollte sich aber in vertretbaren Grenzen halten und hinterher durch einen kleinen Offset korrigierbar sein.
Der Sensor ist mit einem Multimeter verbunden und zeigt die Ohm-Werte an. Die blauen Markierungen geben die Messpunkte an. Normalerweise sind sie 0,5 Liter auseinander.
Die ersten Resultate sind leider ernüchternd..
Aprilia Pegaso 650 ML
Dumerweise ist Leitungswasser elektrisch leitend und meine verbauten Widerstände sehr hochohmig. Zwischen dem Lötpunkt am Befestigungsflansch und dem Messingrohr fliesst etwas Strom, parallel zu den Reed-Kontakten. Man erkennt das besonders gut an den "oberen" Punkten im Diagramm (kein Reed geschlossen). Also beim nächsten Mal deutlich kleinere Widerstände benutzen.

Ausserdem erkennt man dass sich nur sehr wenige "echte" Messpunkte ergeben. Was natürlich auch daran liegt dass ich in 0,5 Liter Schritten gemessen habe und dadurch ein paar Zwischenwerte verschluckt wurden. Das erscheint mir dann doch etwas knapp für eine gute Auswertung.

In den Tank gehen insgesamt 24 Liter hinein. Dann ist er aber bis zur Oberkante gefüllt. Real sollte man ein bischen Luftpolster für die thermische Ausdehnung lassen. Also sind ca. 23 Liter das Maximum.
Im unteren Bereich des Tanks bilden sich, aufgrund der Geometrie, 2 getrennte Kammern aus. Erst oberhalb 5 Liter sind sie wirklich verbunden.

Und was jetzt?

Um es positiv zu sehen, die Anordnung funktioniert im Prinzip. Die insgesamt 18 Reed-Kontakte sind aber wohl zuviel des Guten. Da mein Magnet mangels Alternativen fest vorgeben ist muss ich mit anderen Reeds experimentieren. Deutlich weniger und empfindlichere Typen. Vielleicht sind die vom ersten Prototyp ja doch nicht so schlecht..

Version 3

Neue Runde, neues Glück.
Dieses Mal habe ich wieder die Reedkontakte der Version 1 benutzt. Wir erinnern uns, die sind deutlich empfindlicher als die von der Version 2. Ausserdem sind sie diesmal in grösseren Abständen gesetzt. In Summe sind es nur noch 7 Stück.
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML

Verschiebt man den Magnet dann erhält man folgende Kennlinie:
Aprilia Pegaso 650 ML
Hier eine kleine Abweichung zu den vorherigen Messungen. Ich habe die Kennlinie diesmal in "beide Richtungen" vermessen um Hysterese-Effekte zu erkennen. Die grüne Kennlinie ist künstlich um 2 Einheiten nach oben verschoben um die Details besser zu erkennen.

Im unteren Bereich erkennt man deutliche Abweichungen in Abhängigkeit der Mess-Richtung. Immerhin ist der Rest der Kennlinie relativ eindeutig. Und die Bereiche in denen kein Sensor aktiviert wird (offene Kurvenstücke im Diagramm) sind relativ klein.

Die 7 potentiellen Messpunkte erscheinen mir hinreichend um den Tankinhalt abzuschätzen. Eine exakte, Liter-genaue Angabe habe ich mir mittlerweile abgeschminkt. Aber ob man 7 oder garkeinen Messpunkt hat ist schon ein gewaltiger Fortschritt.

Ausserdem lese ich aus der "Auslitern"-Kennlinie heraus dass die Schwimmerposition ziemlich linear dem Füllstand folgt. Erneutes Auslitern werde ich mir daher schenken. Die Sensorpositionen werden jetzt den jeweiligen, geschätzten Füllständen zugeordent und der Rest wird sich im Fahrversuch ergeben. In der Software werde ich ein paar Einstellmöglichkeiten vorsehen.

Version 4, final

Häufig sind die ersten Ideen die besten..

Ich habe alles nochmal in Ruhe überdacht und mich entschlossen einen fertigen Sensor einzusetzen. Meine Wahl fiel auf das Modell S5-E200 von WEMA. Also, schnell bei Ebay gesucht und bestellt.
Zu meiner leichten Überraschung erhielt ich aber dieses Modell (27.161.20) der Firma OSCULATI (ca 35€). Da habe ich wohl zuviel in die Abbildung hinein interpretiert..

Kein Beinbruch, optisch und technisch scheinen beide Modelle sehr ähnlich zu sein. Und der Flansch ist genormt. Typischer Einsatzbereich sind Tanks auf Schiffen.

Der Geber besitzt insgesamt 9 Reed-Kontakte die gleichmässig über die Länge verteilt sind. Die diskreten Widerstandswerte liegen im Bereich 0 .. 190 Ohm. Die Umschaltpunkte gehen natlos ineinander über, also keine "toten" Bereiche :)
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML

Diese Variante hatte ich zu Anfang ausgeschlossen weil der Schwimmer einen Durchmesser von 32mm hat und nicht durch die Montageöffnung am Tank (Durchmesser 21mm) passt. Er kann daher nur, nach Montage der "Stange", von der Tank-Innenseite montiert/aufgesteckt werden.
Mit einer Flex und Schleifstein habe ich den Begrenzungsstopfen am oberen Ende abgeschliffen.
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Nun kann man den Schwimmer abnehmen. Im eingebauten Zustand ist das kein Nachteil weil die Führungsstange lang genug ist und der Schwimmer wegen der Tankgeometrie nicht abfallen kann.

Bleibt der Flansch. Er ist zu gross und liegt nicht sauber auf der Tankunterseite an. Ausserdem passen die Befestigungsbohrungen nicht überein.
Nach einer Stunde Arbeit mit der Flex, Schleifstein, Schmirgelpapier und Bohren hat er (endlich) die passende Form.
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Zugegeben kein Kunstwerk, aber wenn's funktioniert .. !?
Zum Vergleich nochmal die ursprüngliche Form.
Aprilia Pegaso 650 ML
Hatte ich schon erwähnt dass es eine sch.... Arbeit war weil der seewasserbeständige Stahl so hart ist? ..

Und so sieht der Geber im montierten Zustand aus:
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML

Und ein Blick in den Tank:
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML
Aprilia Pegaso 650 ML

Glücklicherweise hatte ich Zugriff auf einen Laser-Cutter. Damit habe ich eine schöne, passende Dichtung aus einem Bogen Dichtungspapier geschnitten:
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML

Die Frontblende wurde aus einem schwarzen Stück Pappe geschnitten:
Aprilia Pegaso 650 ML

Die Tank-/Ganganzeige ist damit einbaufertig. Als Gehäuse dient die originale Temperaturanzeige.
Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML Aprilia Pegaso 650 ML

Die Platine ist selbst entworfen, das Display stammt von einem Nokia-Handy. Die 9 Schaltpunkte des Gebers sind in der Software eingebaut, die jeweiligen Füllstände können editiert werden. Das Ergebnis wird noch kräftig gemittelt und bedämpft. Die LED leuchtet sobald die Reserve-Menge erreicht ist.

Ziel erreicht :)

Fehlt nur noch der Praxistest.
Fortsetzung folgt.

Update:
Das Motorrad ist mittlerweile verkauft und die Tankanzeige kam nicht mehr zum Einsatz. Vielleicht findet sich ja in Zukunft nochmal eine Möglichkeit für einen Praxistest..