Kontinuierliche Tankanzeige
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 ..
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.
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.
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:
(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.
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.
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.
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.
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.
Im Tank sieht es dann so aus (durch den Tank-Einfüllstutzen gesehen):
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.
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..
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.
Verschiebt man den Magnet dann erhält man folgende Kennlinie:
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 :)
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.
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.
Zugegeben kein Kunstwerk, aber wenn's funktioniert .. !?
Zum Vergleich nochmal die ursprüngliche Form.
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:
Und ein Blick in den Tank:
Glücklicherweise
hatte ich Zugriff auf einen Laser-Cutter. Damit habe ich eine schöne,
passende Dichtung aus einem Bogen Dichtungspapier geschnitten:
Die Frontblende wurde aus einem schwarzen Stück Pappe geschnitten:
Die Tank-/Ganganzeige ist damit einbaufertig. Als Gehäuse dient die
originale Temperaturanzeige.
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..