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Ganganzeige

 

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21. February 2013

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Digitale Ganganzeige

 

Für was, fragt sich manch Einer, braucht man eine digitale Ganganzeige? Nun, man wende sich einfach an einen BMW Fahrer, der neuen Generation und ist überrascht über die Antwort.

Leider findet man dieses nützliche Extra nur an ganz wenigen Motorrädern. Wir haben diese kleine Schaltung an unseren Motorrädern montiert, und wir möchten sie nicht mehr missen. Ich vermesse inzwischen meine Hausstrecke nach Ganganzeige und Bremspunkten. Nächste Kurve  Bremspunkt kurz vor dem Schild, dann vom Vierten in den Zweiten, abkippen, einlenken, durchziehen und hoch in den Fünften.

Display im Pappgehäuse, ganz einfachDas linke Bild zeigt den allerersten Prototyp, noch mit Pappgehäuse, provisorisch befestigt. Dieses System wird dann im neuen Bordcomputer mit integriert werden. Wir hatten zur Umsetzung dieses Projektes bewusst auf komlizierte Programmiererei verzichtet und wollten eine universelle Ganganzeige mit Standard TTL Komponenten aufbauen.

Robuste digitale Bausteine, welches es so gut wie an jeder Ecke oder bei Conrad von der Stange zu kaufen gibt. Des weiteren waren die Teilekosten ein maßgeblicher Aspekt bei der Umsetzung des Projektes. Jedes zusätzliche Bauelement kann ausfallen und ist den mörderischen Vibrationen des Motors ausgesetzt. Folglich starben auch die ersten Entwürfe den Vibrationstot.

Auf vielfachen Wunsch, veröffentlichen wir hier nun auch den Schaltplan und eine kleine Beschreibung der Technik zum Nachbau .

 

Der Schaltvorgang

Es gibt 4 Schaltzustände im Gangsystem beim Motorrad.

  1. Der Schalthebel befindet sich in Neutralstellung und der Leerlauf ist eingelegt, die Leerlaufleuchte brennt.
  2. Der Schalthebel befindet sich in Neutralstellung und es ist ein Gang eingelegt.
  3. Der Schalthebel befindet sich in der oberen Position, um einen Gang hinauf zu schalten (up).
  4. Er befindet sich in der unteren Position, um einen Gang herunter zu schalten (down).

Die Reihenfolge der Gänge ist auch nicht analog zum Zahlensystem: 1-0-2-3-4-5-6, die -1- kommt also vor der Null, wobei es dieser Schaltung egal ist, ob das Motorrad nun 5 oder 6 Gänge hat. Es zählt immer richtig.

 

Abnahme der Schaltinformation

Die Information der vier Schaltzustände können über zwei unterschiedliche Technologien abgenommen werden. Zum Einen über zwei kleine Microschalter (1xUM), welche so am Ganghebel montiert werden, daß wenn der Hebel sich jeweils in der äußersten Position befindet, die Schalter umspringen.

  • Vorteil: Eine preiswerte Lösung
  • Nachteil: Sie stellt jedoch hohe mechanische Ansprüche an den Mechaniker, der diese Mimik einbaut und abgleicht. Zudem muß das Ganze mit Heißkleber absolut Spritzwasserfest gemacht werden.

Die elegantere Methode ist die über einen Fensterdiskriminator. Wie funktioniert das. Nun, zur Verwendung kommt ein handelsübliches Servo einer Modellfernsteuerung (ca. 20DM bei Conrad). Dieses Servo ersetzt die beiden Microschalter. In diesem Servo befindet sich ein Potentiometer, welches sich über den Servoarm verstellen läßt. Dazu benötigt man auch noch einen Bowdenzug aus dem Modellbauhandel. Das eine Ende des Bowdenzuges befestigt man am Schalthebel über einen kleinen Winkel, und das andere Ende am Servo, welches nun an einer geschützten Stelle montiert werden kann. Fernsteuerservos sind Spritzwasser fest und der Sercoarm ist mechanisch vom Potentiometer entkoppelt, bietet also den maximalen Schutz im rauen Alltagseinsatz.

Das Getriebe im Servo wird nicht benötigt und muß entfernt werden. Das dreiadrige Anschlußkabel wird von der Servoelektronik auf das Potentiometer direkt umgelötet. Die beiden äußeren Kontakte des Servo Potentiometers werden nun an 5V angeschlossen, während der mittlere Kontakt vom Schleifer auf die Fensterdiskriminator Schaltung (FKS) von Conrad gelegt wird (Best-Nr. Conrad Elektronik 19 96 30).

Es spielt nun keine Rolle, ob ich einen kurzen oder langen Schaltweg habe, ob sich der Servoarm wenig oder viel bewegt. Mit Hilfe der FKS läßt sich nun jeder Weg abgleichen. Zwei Relais auf der Schaltung übernehmen nun die Funktion der beiden Microschalter. Wir verzichten hier bewußt auf die Darstellung der FSK Schaltung, da sie als Standardbausatz bei Conrad Electronic erhältlich ist.

Nun zur Funktionsweise eines FSK. Mit Hilfe von zwei Potentiometern wird eine obere und eine untere Schaltschwelle festgelegt, das sogenannte Fenster. Da nun der Schalthebel mit dem Servo verbunden ist, wird sich die Spannung in der Stellung Schalthebel fast ganz unten, ganz kurz bevor der Gang einspringt von ca 1V, bis in der Stellung Schalthebel fast ganz oben, ganz kurz bevor der Gang einspringt etwa 4.5V bewegen. In diesem Fenster von etwa 1V bis 4.5V darf sich in der Schaltung nichts bewegen.

Wird der Schalthebel nun so weit nach unten gedrückt, daß der Gang einspringt, so stellt der FSK fest, daß die Eingangsspannung unter der Schwelle von etwa 1V liegt. Sie liegt also unterhalb des definierten Fensters und der Ausgang “unterhalb” der FSK wird aktiv und schaltet das Relais. Das System zählt einen Gang nach unten.

Wird der Schalthebel nun so weit nach oben gedrückt, daß der Gang einspringt, so stellt der FSK fest, daß die Eingangsspannung über der Schwelle von etwa 4.5V liegt. Sie liegt also oberhalb des definierten Fensters und der Ausgang “oberhalb” der FSK wird aktiv und schaltet das Relais. Das System zählt einen Gang nach oben.

 

Auswertung der Gäng und Leerlauf

Nachstehend nun die Schaltung, welche die Gänge richtig auswertet und das System im Leerlauf zurücksetzt.

Schaltplan

Die eingehenden Schaltimpulse, egal ob von den beiden Microschaltern oder von den Relais des FSK werden mit dem IC 7400 entprellt. Der Zähler 74193 zählt nun die einzelnen Gänge und wird über die Schaltung des 78C05 auf den Zustand -1- zurückgesetzt, der durch die ICs 7404, 7432 und 7411 zu einer -0- gemacht wird. Diese nachgeordneten ICs kreieren also die Schaltfolge -1-,-0-,-2-,-3-,-4-,-5-,(-6-)*falls vorhanden.

Die Ausgänge -A-,-B-,-C- werden nun an einen 7-Segment IC angeschlossen. Hier bleibt Euch die Wahl eine 7-Segment LED, eine Reihe von LEDs oder eine LCD Anzeige zu wählen. Die Wahl ist auch frei bezüglich gemeinsamer Anode bzw. Kathode. Wir wählten eine extra helle 7-Segment LED von Conrad Elektronik mit gemeinsamer Anode. Der IC samt Anzeige befindet sich im Pappgehäuse auf dem Bild ganz oben auf dieser Seite.