Absicherung Hydraulikpumpe gegen Relaisversagen

[RobbiZ4]

Hatte gerade etwas Zeit ...

Jetzt, wo ich die teuren Teile schon gekauft habe.

...Bei eBay konnte ich 2 von einem Anbieter in D ergattern....

 

[RobbiZ4]

Ich dachte an sowas:

Habsch heute (viel zu spät ) bestellt und wird in Kürze eingebaut. Dann werden wir sehen, wie oft ICH das Dach von meinem Z4 in einer Saison betätige.

 

[funwheels]

Habsch heute (viel zu spät ) bestellt und wird in Kürze eingebaut. Dann werden wir sehen, wie oft ICH das Dach von meinem Z4 in einer Saison betätige.

Top

 

[RobbiZ4]

War erfolgreich:

Endlich mal alles zusammen gebaut - gut Ding will Weile haben.

Meine Zwillinge im Rohbau:



Oberseite:


Unterseite:


Das gesamte Gebilde mit dem Stromanschluß für die Pumpe:


Detailansicht der Kabelführung der roten 50A-Stromleitung, der braunen Masseleitung sowie der 3 Steuerleitungen (Masse, Relais1, Relais 2):


Final "eingetütet":

 

[RobbiZ4]

Fazit meines Nachbaus:

Das ist eine tolle Idee, sehr kompakt konzipiert und zu einem günstigen Preis (ca. 50€ inkl. neuem "Pigtail" Kabel) eine Lösung für "die Ewigkeit". Der vorsorgliche Relaistausch an der Hydraulikpumpe entfällt damit komplett.

[...] Ich habe das jetzt für mein Auto realisiert, kann aber nur abraten, das nachzubauen , denn es ist bestimmt aus irgendeinem Grund so oder generell nicht erlaubt . Ganz sicher nicht erlaubt ist, dass ich solche Platinchen herstelle, mal ganz abgesehen davon, dass ich dazu auch nicht die geringste Lust habe .

@MiSt hat es im 1. Beitrag schon auf seine Art formuliert - das ist in der Tat keine schnelle DIY-Lösung

• Es erfordert hinreichend elektrotechnische Erfahrung (Löten von Elektronikteilen, Platine bearbeiten, Verständnis von Stromlaufplänen, ...).
• Das Lesenkönnen von Datenblättern der verbauten Komponenten gehört dazu, um zu verstehen was man da gerade tut.
• Einige der verwendeten Teile kann man i.d.R. nicht einzeln kaufen, sondern muß gleich 10 oder gar 20 Stück nehmen (z.B. Dioden, Transistoren, ...).
• Es ist eine wohlgefüllte Elektronik- und Teilebox erdorderlich, um eine stabile und dauerhafte Lösung zu schaffen
  (Schraube&Mutter, Elektronikteile, Stecker und Buchse, Drähte, Anschlußklemmen, vernünftiges Klebeband, Schrumpfschlauch, Isolierschlauch, ...).
• Es ist Einiges an feinmechanischem Werkzeug erforderlich (u.a. eine gute Crimpzange).
• Es ist gute handwerkliche Erfahrung, eine ruhige Hand und viel Geduld von Nöten (Sägen, Bohren, Feilen, Löten, ...).
  Alleine der oben beschriebene, winzige Kühlkörper mußte von mir in 4 Teile zersägt und dieses dann nachbearbeitet werden, ehe so ein Teil für die gewählte Platinengröße verwendet werden konnte.
  Das Bohrloch durch die "Zapfen" des Kühlkörperchens mit anschließendem Ausfräsen einer Senkung für den Kopf der Schraube war auch für mich mit Akkuschrauber @home ohne umfangreiche Werkstattmaschinen herausfordernd.
• Am Kühlkörper liegt die Plus-Versorgung von der Batterie an. Sollte dort einmal die Isolierung durchscheuern/verrutschen, kann es im Bereich der Batteriewanne einen Kontakt mit dem Fahrzeugblech (Masse) geben und ein Kurzschluß entsteht.
  Der Kühlkörper sollte nicht über die Platine überstehen sowie gut und dauerhaft isoliert werden.
• Ein absolut sauberes Arbeiten ist erforderlich, da hier immerhin eine Leistung von bis zu 600W (12V*50A) geschaltet wird.
  Nur 1 (falsche) Lötzinnbrücke auf der Platine sorgt bei der ersten Verwendung dafür, daß entweder diese Schaltung zerstört wird oder die Notfallsicherung der Dachsteuerung in der roten Sicherungsbox rechts von der Fahrzeugbatterie durchbrennt. Diese kann nicht einzeln getauscht werden, die gesamte Box wäre zu Erneuern.

 

[RobbiZ4]

... wenn es da eine zuverlässige (!) Korrelation geben würde, hätte BMW CTM-intern mit Leichtigkeit die Schaltvorgänge zählen können und nach xxx(x) Zyklen eine Tauschempfehlung geben können per Fehlermeldung, entfernt vergleichbar dem Bremsbelag-Überwachungssystem (entfernt deshalb, weil letzteres am Ende!!! nicht extrapolatorisch/statistisch, sondern deterministisch arbeitet per Kontaktschleife).

@MiSt
Interessante Erkenntnis beim Anlysieren von Verdeck-Steuergeräten anderer Hersteller, das zu Deinem obigen Kommentar passt.

Bei vielen AUDI Cabrio Modellen wird von jedem dieser Pumpen-Relais ein Sensordraht (im Beispiel gelb) vom Umschaltkontakt zurück zum Steuergerät geführt. Dort kann damit überprüft werden, ob die Schaltkontakte der Relais den vom Cabrio Verdeckmodul (CVM) gesendeten Anweisungen folgen.



Genau dies hatte ich bei meinem früheren Kommentar im Sinn:

Das ist auch aus meiner Sicht der konstruktive Fehler dieser [BMW-] Schaltung, der sich durch alle Baureihen zieht:
das Steuergerät ist "passiv" eingebunden - es kann zwar die Pumpe einschalten, aber nicht ausschalten. Nur "hoffen", daß die beiden Relais diesen Job fehlerfrei erledigen.

Bei BMW / Edscha hat man auf diese Art Überwachung verzichtet.

 

[RobbiZ4]

@MiSt
Kann es sein, daß der BTS555 im Leerlauf nicht komplett sperrt?
Am Ausgangsstecker messe ich ohne angeschlossene Signalleitungen eine um ca. 0,5V reduzierte Eingangsspannung.

 

[MiSt]

... Leckstrom, Datenblattwert habe ich nicht im Kopf.

 

[RobbiZ4]

Ich werde beide Exemplare jetzt noch mal isoliert am Labornetzteil testen, das hatte ich mir bisher erspart.

 

[MiSt]

Abenteuerlich. In dem angehängten Datenblatt steht dazu nichts? Normalerweise wird ein "Drain-to-Source Leakage Current" spezifiziert! Oder auch Kollektor/Emitter, wenn es ein Bipolartransistor wäre in der Ausgangsstufe.

Für einen IRL3803, dessen Datenblatt ich mal kurz geöffnet habe, reden wir über 25uA bei Raumtemperatur - nicht gerade wenig. Das ergibt mit dem Innenwiderstand des DVM (10MOhm) ohne weitere "echte" Last dann ~Betriebsspannung. Der von mir oben erwähnte moderne Ersatz BTS50010 hat in seinem Datenblatt dazu eine Spezifikation ("Output Leakage Current", 3-20uA je nach Sperrschichttemperatur).

Den Leckstrom des konkreten Exemplars kannst Du messen, indem Du z.B. 1kOhm als Last anschließt ==> wären beim IRL3803 dann also maximal 25mV an 1kOhm, beim BTS50010 3-20mV, beim BTS555 habe ich - wie gesagt - keine Spezifikation gefunden, die Größenordnung sollte aber passen.

Der Leckstrom ist aber hier völlig ohne Belang, denn die Relais sind ja im Normalzustand offen.

 

[RobbiZ4]

Der Leckstrom ist aber hier völlig ohne Belang, denn die Relais sind ja im Normalzustand offen.

Uns interessiert ja dann auch noch der Worst Case mit verklebten Relaiskontakten.

Unsere Pumpe hat einen Innenwiderstand von ca. 0,3 Ohm (12V/~40A). Damit müsste die oben gemessene Spannung komplett zusammen brechen. Das sollte ich ggf. dann auch einmal testen.

 

[RobbiZ4]

Tests am Netzteil abgeschlossen.


U-Ein= 12V
U-Aus=11,3V ohne Last
Mit einem der beiden Signaleingänge an +12V schaltet der BTS555 korrekt durch und liefert U-Aus=12V.


Mit einem Lastwiderstand von 150 Ohm (~ 1W Leistung) funktioniert das ebenfalls korrekt mit U-Aus=12V, mit einer 12V/15W/0.8A Glühbirne genauso.

Mit nur dem Amperemeter als Last fließen im Ruhezustand konstante 17 uA, wie von @MiSt schon angedeutet.


Im Leerlauf kann ich mit meinem Multimeter keinen wirklichen Stromverbrauch dieser Schaltung messen. Der dürfte wenn überhaupt im einstelligen uA-Bereich liegen.
Unter Last, also im durchgeschalteten Modus, messe ich ca. 3 mA.
Somit führt diese Erweiterung auch zu keiner Belastung der Fahrzeugbatterie in einer längeren Winterpause.


@MiSt, Korrigiere mich bitte, wenn ich falsch liege.

1) Im Normalfall sind die Relais abgefallen und wir haben keine Last am Ausgang dieser Schaltung. U-Aus liegt auf 12V, somit liegen überraschend im Ruhezustand doch wieder 12V an den Relaiskontakten an.
=> Kein Problem, da keine Last/kein Verbraucher angeschaltet ist.

2) Worst Case - ein Relaiskontakt ist verklebt und der Pumpenmotor ist direkt mit dem Ausgang dieser Schaltung verbunden. Nachgewiesenerweise bricht die durch parasitäre Ströme im BTS555 erzeugte Spannung zusammen (0V) und der Pumpenmotor läuft nicht.
=> Ebenfalls kein Problem.

3) Ich war dann doch noch mal neugierig und habe eine simple LED ohne Vorwiderstand direkt an den Ausgang gehangen.
Diese Mini-Last führt dazu, daß die Spannung ebenfalls zusammen bricht, aber nicht auf Null, sondern ungefähr auf 1,7 V. Dieser parasitäre Strom bringt die LED tatsächlich zum schwachen Leuchten.

 

[MiSt]

Da gibt es nichts zu korrigieren . Alles wie zu erwarten, die 17uA Leckstrom Deines Exemplars BTS555 ist im erwarteten - siehe oben - Rahmen.

Das Amperemeter hat im 2000uA-Bereich einen Innenwiderstand (Shunt) von 100Ohm (weil sein Messbereich an sich 200mV ist, demnach 2000uA x 100Ohm = 200mV).

Und ja, LEDs sind sehr effizient. Die 1,7V sind die Vorwärts-Spannung der LED. Wenn Du eine weiße hochmoderne LED nimmst, wird die sogar heller sein, aber etwa 2,7V Restspannung produzieren .

[OT]
LED-"Glimmen" ist immer wieder mal ein Riesenthema gewesen, seit LEDs als Kontroll"lampen" benutzt werden - ernsthaft ! Glühbirnen leuchten gar nicht, im Sinne von wirklich überhaupt nicht, wenn kein "nennenswerter" Strom fließt. LEDs leuchten dagegen immer, auch bei "fast gar kein" Strom, eben ab Strom > 0 und wenn ihre Vorwärtsspannung erreicht wird. Das hat dann zuweilen einen Parallelwiderstand erfordert, damit der (Leck-)strom über diesen floss, sodass die Vorwärtsspannung der LED nicht erreicht wurde. Dann - und nur dann - war auch eine LED aus und hat nicht z.B. nachts empfindliche/ängstliche Leute irritiert, wenn es sich z.B. um die Öldruckkontrolleuchte handelte .
[/OT]

 

[RobbiZ4]

Der Gedanke mit der LED kam mir bei der Überlegung, ob wir mit diesem parasitären Strom nicht sogar ein defektes Relais erkennen und anzeigen können.


Kleine Ergänzung.
Ich habe das 2. Exemplar noch schnell nachgemessen, es verhält sich absolut identisch.



Das 2. Exemplar hat übrigens unten links einen weiteren Steckverbinder, an den ich zusätzlich den Digitalzähler für die Relaiszyklen ankoppeln werde. Durch die Ver-Oderung mit den beiden Dioden auf der Platine erhalte ich dort jeweils einen Impuls, wenn bereits eines der beiden Relais angesteuert wird.

Happy Dachzyklen-Zähling.

 

[RobbiZ4]

Das Zählermodul ist zwischenzeitlich eingetroffen. Nun habe ich das Modul mit meiner oben bereits gezeigten BlueBox gekoppelt und das Dachzyklen-Zählen kann beginnen.

Erste interessante Feststellung:
Die Relais werden bei jedem Dachvorgang insgesamt 4x betätigt. Bisher bin ich immer von 2 Schaltvorgängen ausgegangen.
Das bedeutet 4x beim Öffnen plus 4x beim Schließen.

Öffnen:


Schließen:

 

[Benster]

Ich habe mal aus Neugierde gefragt wegen der Verdecksteuerung. Mir wurde von Kollegen (die nicht bei Edscha arbeiten) gesagt, dass damals die Steuergeräte/Programmierung wohl noch bei externen Partnern gemacht wurden. Heute haben wir zum Teil die Produktion, sowie die Programmierung Inhouse. Das aber auch erst seit kürzerem.

 

[RobbiZ4]

Ich vermute, daß HELBAKO aus Heiligenhaus nicht nur der Fertiger der Steuergeräte war/ist.

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www.helbako.de

 

[RobbiZ4]

Das Zählermodul ist zwischenzeitlich eingetroffen. Nun habe ich das Modul mit meiner oben bereits gezeigten BlueBox gekoppelt und das Dachzyklen-Zählen kann beginnen.

Erste interessante Feststellung:
Die Relais werden bei jedem Dachvorgang insgesamt 4x betätigt. Bisher bin ich immer von 2 Schaltvorgängen ausgegangen.
Das bedeutet 4x beim Öffnen plus 4x beim Schließen.

Nachdem der oben vorgestellte Zähler leider auf eine permanente Stromversorgung angewiesen war und damit die Batterie leer gefressen hat, habe ich noch einmal einen anderen Zähler geordert und heute pünktlich zum Saisonbeginn eingebaut.

Auch dieser Zähler bestätigt die obige Beobachtung, daß bei einer einzigen Dachbewegung (hier: Öffnen) die beiden rosa Relais 4x angesteuert werden. 2x beim Prüfen des CTM 's auf Vorhandensein der beiden Relais, 2x aufgrund der Drehrichtungsumschaltung bei einer einzigen Dachbewegung.





Happy Zähling

Mal sehen, wie der Zählerstand am Ende der Saison nach der Schwarzwaldtour lautet.

 

[RobbiZ4]

Happy Zähling

Mal sehen, wie der Zählerstand am Ende der Saison nach der Schwarzwaldtour lautet.

Spannend Erkenntnis schon am ersten Abend:

Ich habe mit 4 Zählern angefangen dann waren es 8...

04 Öffnen
08 Schliessen
22 Gepäckraumabdeckung fehlt (2x) & Öffnen (4x) & Schliessen(4x)

1x Öffnen und Schliessen später:
43(! ) am Abend beim Abstellen des Wagens

Da brat mir doch einer einen Storch:
Mit 2er Schritten hatte ich ja weiter oben schon Erfahrung gesammelt. 2x = Initialisierung, Prüfung der Relais durch das CTM.
Aber wie kommt es zu der ungeraden Zahl 43???

 

[RobbiZ4]

Beim "Aufwachen" des CTM werden die Relais im Gegensatz zu den 3 bzw. 4 Ventilen nicht angesteuert also nicht überprüft.
Beim CTM "Alt" (bis 03.2012) werden beide Relais bei einem kompletten Zyklus (Öffnen+Schließen)
5x betätigt.
Beim CTM "Neu" (ab 03.2012) wird "Relais 1" 5x und "Relais 2" 6x bei einem kompletten Zyklus betätigt.

Hmm, wenn Du ein Relais entfernst und dann das Dach betätigst, gibt es m.W. einen entsprechenden Fehlereintrag im Fahrzeug.

 

[RobbiZ4]

Ich zähle insgesamt in deinem Diagramm je 5 Betätigungen der beiden Relais für einen kompletten Zyklus.

Stimmt.

Ich habe vom "Aufwachen" des CTM gesprochen. Da findet KEINE Überprüfung wie bei den Ventilen statt.
Erst beim Betätigen der Öffnen- oder Schließentaste findet die, wie du oben schön rot markiert hast, eine "Überprüfung" statt.
Ich zähle insgesamt in deinem Diagramm je 5 Betätigungen der beiden Relais für einen kompletten Zyklus.
Also sollte dein Zähler mal ne gerade und mal ne ungerade Zahl (durch 5 teilbar) ausgeben

Scheiß kompliziertes Teil!

Die meisten dieser Vorgänge werden aber "nur" mit 4 gezählt. Evtl. kommt bei sehr kurzen Prüf-Impulsen der Zähler nicht mit und verschluckt dann schon mal den ein oder anderen Impuls.

 

[RobbiZ4]

Die meisten dieser Vorgänge werden aber "nur" mit 4 gezählt. Evtl. kommt bei sehr kurzen Prüf-Impulsen der Zähler nicht mit und verschluckt dann schon mal den ein oder anderen Impuls.

Ich glaub', ich hab's:

Der Zähler erhält den Prüfimpuls beider Relais auf "nur" 1 Leitung. Wir haben auf der Platine ja von jedem Relais das Signal mit je 1 Diode zusammen geschaltet. Die zeitgleiche Prüfung beider Relais laut obigem Diagramm kann definitiv nur 1 mal vom Zähler registriert werden.

Der doppelte Prüfimpuls in den beiden roten Balken kann also nur 1x gezählt werden. Somit bleibt es m.E. bei 4+4 Zählimpulsen für einen vollständigen Öffnen-Schliessen-Vorgang.

Auszug aus dem Schaltplan:


IN1, IN2 sind die beiden Signale der Relais. Die grüne Leitung ist die Abzweigung zum Zähler.

 

[DaveB]

Easier to use Ebay.de item no 163502918725 insert in earth(masse) path for relay and control as you wish

 

[RobbiZ4]

Easier to use Ebay.de item no 163502918725 insert in earth(masse) path for relay and control as you wish

Hi Dave,
Do you really think about this item mounted once or twice in the trunc?

 

[MiSt]

Dieses Halbleiterrelais ist auch innerhalb der Rest-EU zu weniger horrenden Versandkosten erhältlich, denn es ist sehr gängig in der 3D-Drucker-Szene.

Unter Beachtung der Polarität des Ausgangs ist es selbstverständlich auch für das Schalten der Plusleitung geeignet wie der BTS555 oder seine moderneren Nachfolger, oder eben auch Masse, eben völlig egal, weil galvanisch getrennt zwischen Ein- und Ausgang.

Die Beschaltung beschränkt sich dann tatsächlich auf zwei Dioden 1N4148 von den Relaisspulen des Autos zur Eingangsseite des SSR-40 DD. Da es laut den spärlichen online verfügbaren Daten ca. 1V Verlustspannung (bei welchem Strom?) im "On"-Zustand hat (die der Pumpe dann fehlen ...), wäre es allerdings nicht meine Wahl. Im "Dauerbetrieb" wird bei den 3D-Druckern ein Kühlkörper empfohlen, das braucht man aber im Z4 vermutlich nicht.

Wenn man allerdings Masse schaltet, geht es mit einem leistungsfähigen N-Kanal-MOSFet (z.B. IRL 3803) noch deutlich billiger, oder auch zwei bis drei davon parallel. Die Verlustspannung ist vernachlässigbar. Die nötige Beschaltung ist ebenfalls überschaubar (minimal 2x Diode 1N4148 + 1x Widerstand 2k2, die safere Variante dann mit 3x Diode 1N4148 und 2x Widerstand 1k/2k2).