Zuheizer-Steuergerät (Warnung)

Aus T4-Wiki
Wechseln zu: Navigation, Suche

Teilweise Entwarnung[Bearbeiten]

Nachdem es nun doch noch die eine oder andere sachliche Diskussion zu dem leidigen Thema gab, möchte ich - bis auf eine weiterhin ernst zu nehmende Sache - weitgehend Entwarnung geben.

  1. Die angeblich von B.Rude auf der ZH-SG-Platine gefundenen Fehler wurden zwar immer noch nicht benannt und es gibt auch kein klares Statement vom 'Entdecker', dass es keine Fehler gibt.
    Aufgrund des Verlaufs der Diskussionen sowie aufgrund von einigen Äußerungen in der Diskussion (z.B. von B.Rude: "die von Udo gewaehlte Applikation bleibt bestehen - damit ist ein sicherer Betrieb des ZHSTGs gegeben" und "es verhaelt sich so wie es auch gewollt ist") gehe ich nunmehr davon aus, dass es keine Fehler gibt. Somit besteht auch kein über das übliche Maß hinaus gehendes Risiko beim Betrieb des ZH-SG.
    Offen ist weiterhin eine - aus meiner Sicht - Kleinigkeit (µC-Eingangsbeschaltung), die auch von Leuten mit Ahnung differenziert gesehen wird. Diese hat aber keinen Einfluss auf Funktion und Sicherheit und ist wohl eher nur Grundlage für akademische Diskussionen über die Sache. Diskussion zu dem Thema sind willkommen!

  2. Die vorgeschlagenen Applikationsvorschläge (hier: B.Rude zur Widerstandsänderung im Spannungsteiler der Spannungsüberwachung sowie Tausch eines Widerstandes gegen eine Z-Diode) sehe ich ebenfalls als geklärt an. Sie sind unnötig und führen bei Umsetzung zu Problemen (Tiefentladung der Batterie bzw. Nichtfunktionieren der Steuerung). Meine Empfehlung bleibt daher unverändert, diese Vorschläge nicht umzusetzen.

  3. Die Brandgefahr bei unsachgemäßem Anschluss der Kabel an die Schraubklemmen besteht weiterhin, wenn die Kabel mit verzinnten Kabelenden verschraubt sind, wie es auf dem Basteltreffen zur T4Forum-Sammelbestellung des ZH-SG praktiziert wurde. Da nun zudem die Information vorliegt, dass die Kabelenden nicht komplett, sondern nur an der Spitze verzinnt wurden, sehe ich sogar eine noch größere Gefahr. Die Verzinnung nur an der Spitze zusammen mit der mechanischen Ausführung der Schraubklemmen (mit Aderschutz) verschärft die Problematik. Zum Hintergrund ein Zitat aus Wikipedia:

    Das an Stelle von Aderendhülsen früher häufig praktizierte Verlöten von Litzenenden ist in der Elektroinstallation verboten. Der Grund dafür ist die niedrige Druckfestigkeit des Lotes. In Schraubklemmen verformt sich ein verlötetes Litzenende unter der Anpresskraft der Schraube mit der Zeit so stark (sog. "Fließen"), dass kein hinreichender Kontakt zwischen Litze und Klemme mehr besteht. Im Extremfall entsteht eine nicht gewollte Funkenstrecke. Die Ausbildung von Oxidschichten lässt dann den Übergangswiderstand stark ansteigen, was zu einer hohen Brandgefahr führt. Gefördert wird diese Entwicklung auch noch durch die hohe Korrosionsneigung von Lötverbindungen.

    Und so wie im nachfolgenden Bild kann das dann aussehen. Es zeigt zwar ein 230 V-Kabel. Relevant ist aber in diesem Fall nur der Strom. Und der betrug lediglich 1 bis 2 Ampere, was dem Strom entspricht, der über Klemmen des ZH-SG fließen kann (2 A-Sicherung).
    Schmorschaden an Kabel mit verlötetem Litzenende


Maßnahmen[Bearbeiten]

Jeder Betroffene sollte schnellstmöglich die Verkabelung überprüfen und ggf. instand setzen. Dabei ist auf Folgendes zu achten:

  1. Es dürfen nur feinädrige Kabel (Litze) bis zu einem Durchmesser von 1 qmm genutzt werden, weil die Schraubklemmen nur für diesen maximalen Querschnitt ausgelegt sind. Dickere Kabel sind zudem nicht erforderlich, weil keine Ströme fließen, die dickere Kabel erfordern. Tatsächlich können problemlos für die Signalleitungen Kabel mit 0,35 qmm, für die Spannungsversorgung Kabel mit 0,5 qmm und je nach Absicherung für die Pumpe Kabel mit 0,5 bis 1 qmm genutzt werden.
  2. Aderendhülsen sind nicht erforderlich, weil die Schraubklemmen einen integrierten Aderschutz besitzen.

Wer bereits dickere als 1,0 qmm-Kabel verbaut hat, muss nicht neu verkabeln. Nach meiner Einschätzung ist es gefahrlos möglich, die Kabelenden zu verdünnen, indem einfach ein paar Litzen am Übergang zur Isolierung abgeschnitten werden. Dabei bitte darauf achten, dass keine Litzen Kontakt mit den benachbarten Kabeln bekommen können.


Umgang des T4Forums mit dieser Sache[Bearbeiten]

Informationsdefizite[Bearbeiten]

Die vermeintlichen Probleme zum ZH-SG wurden im T4Forum im Wesentlichen von B.Rude aufgebracht, der dort auch Moderator ist. Er hatte vor den 'ZH-SG-Problemen' die Entwicklung eines T4Forums-Zuheizer-Steuergerät angekündigt und begonnen.

Nach Bekanntwerden dieser und angeblich weiterer Probleme sowie des fehlerhaften Anschlusses des ZH-SG (zu dicke Kabel, verzinnte Kabelenden) wurden von mir mehrere Hinweise/Warnungen zu diesen Punkten verfasst. Da mir ein Posting im T4Forum wegen eines nicht vorhandenen Accounts nicht möglich war, wurden der Betreiber sowie Moderatoren des Forums mit der Bitte angeschrieben, diese Hinweise/Warnungen zu veröffentlichen sowie den Kontakt zu den betroffenen Nutzern des ZH-SG herzustellen. Diese Bitten wurden aus meiner Sicht nicht umgesetzt. Vielmehr musste sich ein unbeteiligtes Mitglied des T4Forums anbieten, dies zu tun. Ihm wurde jedoch nach dem 2. Posting verboten, weitere Informationen zu dieser Angelegenheit im Forum zu posten. Der Kontakt zu einigen Nutzern des ZH-SG aus der Sammelbestellung wurde ebenfalls von unbeteiligten Dritten hergestellt. Danke dafür!
Bis zum heutigen Tag (18.12.2008) konnte ich keine öffentliche Warnung zu der o.a. Brandgefahr im Forum finden. Es geht hier um eine Brandgefahr, von der Mitglieder des T4Forums betroffen sind, die sich an einer ZH-SG-Sammelbestellung und dem dazu gehörigen Einbautreffen des T4Forums beteiligt haben!


Erwähnswerte Fakten:

  • Der auslösende Thread, in dem ein erster vermeintlicher Fehler des ZH-SG angesprochen und anfangs diskutiert wurde, ist nicht mehr auffindbar; er wurde offensichtlich gelöscht. Er enthielt meine Information, dass die Umsetzung eines Änderungsvorschlags (Spannungsteiler der Spannungsüberwachung) eine Tiefentladung der überwachten Batterie ermöglicht. Zudem enthielt er die Ankündigung eines Mitglieds, das ZH-SG entsprechend durchzumessen und das Ergebnis zu posten.
  • Ein Thread mit Warnungen vor den potentiellen Gefahren der angeblich entdeckten Fehler sowie zum o.a. Änderungsvorschlag, der von einem Mitglied gepostet wurde, wurde ca. 4 Stunden nach dem Posting im T4Forum von B.Rude editiert.
    Editierte Warnung
    Zudem ist die im Posting angegebene Kontaktadresse (E-Mail) auf eine Fehlerseite umgeleitet und damit nicht mehr erkennbar. Und zu guter Letzt wurde der komplette Thread gesperrt. Eine öffentliche Diskussion im Forum möchte B.Rude, wie er abschließend im gesperrten Thread schrieb, zur Zeit nicht. Thread-ID: 98144.
  • Mein folgender Hinweis im T4Forum, dass die Umsetzung eines weiteren Applikationsvorschlages (Ersetzen eines Widerstandes durch eine Zenerdiode) zum Ausfall des ZH-SG führen wird, wurde nach ca. 15 Minuten gelöscht. Anwesende Moderatoren gemäß "Wer ist Online?" des Forums: B.Rude und ein weiterer Moderator, der in diesem Zusammenhang nicht genannt werden möchte. Dem Mitglied, das den Hinweis gepostet hatte, wurde von B.Rude weitere Postings in diesem Zusammenhang verboten.
  • Die Warnung zur Brandgefahr wegen der verzinnten Kabelenden hat es offensichtlich überhaupt nicht oder möglicherweise nur für kurze Zeit in das Forum geschafft. Es ist zudem für mich z.B. aus dem Kontakt zum einen oder anderen Betroffenen nicht erkennbar, dass die Warnung an Betroffene der Sammelbestellung weitergegeben wurde.
  • Abschließende 'Lösungsvorschläge' von B.Rude, die u.a. Aussagen wie "die von Udo gewaehlte Applikation bleibt bestehen" sowie "damit ist ein sicherer Betrieb des ZHSTGs gegeben, der Funktionsumfang des ZHSTGs entspricht dem Wunsch von Udo, es verhaelt sich so wie es auch gewollt ist." finden sich nicht im T4Forum, in dem sich ja die Teilnehmer der o.a. Sammelbestellung im Wesentlichen aufhalten, sondern nur in einem anderen T4-Forum, der VWBuswelt.


"T4Forums Zuheizer Steuergeraet"[Bearbeiten]

Dafür gab es dann kurze Zeit später eine Ankündigung von B.Rude, dass ein T4Forum-Steuergerät entwickelt wird. Zitat B.Rude am 03.11.2008 16:09: "so langsam entdecke ich meine alte Liebe etwas rumzuprogramieren und aus gegebenem Anlass moechte ich hier das erste T4Forums Steuergeraet Projekt vorstellen". Die sehr große Ähnlichkeit mit dem ZH-SG war sicherlicher nur ein Zufall. Sicherlich auch ein Zufall war - als eine Begründung für ein foreneigenes Steuergerät - eine unwahre Aussage über meine Bereitschaft bzw. mein Interesse, Modifikationen am ZH-SG vorzunehmen (B.Rude am 04.11.2008 09:43): "Im vorwege hatte ich Udo gefragt ob er sich vorstellen koennet einige Modifikationen in die Geraete mit aufzunehmen was Udo aber nicht wollte." Es gab weder diese Nachfrage noch eine Ablehnung meinerseits.

Dieses Steuergerät sollte noch in der anstehenden 'Heizperiode' fertig gestellt werden (B.Rude am 03.11.2008 20:01): "sobald ich die Hardware fertig habe und es ans Platinen bestellen geht mach ich ne Liste auf. Vermutlich wird das Ende November der Fall sein damit dann über die Weihnachtsferien die Software geschrieben werden kann." Darauf hin und verständlicherweise stellten Mitglieder des Forums Aufrüstambitionen zurück. Und blieben auch dabei, als sich nach 2 Monaten 'Verzögerungen' deutlicher abzeichneten (B.Rude am 10.01.2009 03:03): "das T4forum Zuheizer Steuergeraet ist ein offenes Projekt was von vielen gemeinsam erarbeitet wird. Da dies in der Freizeit passiert kann ich keine festen Termine nennen. Wenn jemand Lust hat zu Lay Outen kann er das gerne machen und das Projekt ein Stueck weiter voran treiben."

Stand des Steuergerätes (B.Rude am 10.03.2009 18:02): "hab angefangen mich in EAGLE einzuarbeiten und so langsam komm ich vorran. [gekürzt] Denke mal bis zum naechsten Herbst bin ich dann soweit". Daraus wurde bislang nicht viel.
Aber zumindest ist am 15.10.2009 auf Nachfrage von Mitgliedern des T4Forums wieder etwas Leben in die Sache gekommen. Die von B.Rude als Grund für die Entwicklung eines 'Forums-Steuergerätes' vorgegebene "alte Liebe etwas rumzuprogramieren" ist allerdings offensichtlich verflogen und es muss sich jemand anderes darum kümmern ("es steht auch jemand "Gewähr bei Fuß" um die Software zu schreiben"). Das nunmehr als fertig deklarierte Layout mit Stand 03/2009, also die Hardware der Steuerung, weist immer noch gravierende Fehler auf, die einem zuverlässigen und dem Vorgaben des µC-Herstellers entsprechenden Betrieb entgegen stehen, und die abhängig von der Beschaltung sogar eine komplette Fehlfunktion des Steuergeräte zur Folge haben. Zwar hat die 'Heizperiode' wie auch der Herbst schon begonnen. Aber der Herbst dauert ja noch bis kurz vor Weihnachten an.

Es wird offensichtlich vor Weihnachten 2009 dann doch nichts mehr mit dem Forums-Steuergerät. Stattdessen wird von B.Rude am 01.12.2009 denjenigen, die "gaaanz dringend ihren Zuheizer als Standheizung "pimpen" wollen", empfohlen, die u.a. in T4-Wiki erklärte Einfachstaufrüstung mit Dioden und Relais zu nutzen. Aber vielleicht gibt es ja noch Hoffnung für die Wartewilligen: "Ich denke ich werd die Weihnachtszeit zum Bastel nutzen.". 2009?
Ja, in 2009. Es tut sich tatsächlich etwas. Die Schaltung wurde modifiziert, sodass Sachen endlich funktionieren können. Allerdings enthält die Schaltung immer noch erhebliche Designmängel (Betrieb von Bauteilen außerhalb der Spezifikation, unzureichender Schutz der Schaltungseingänge vor bordnetztypischen Überspannungen, Nichtberücksichtigung von T4-spezifischen Besonderheiten, eine Unmenge überflüssiger Bauteile, gräßliches und hobbylöterfeindliches Layout).

Mittlerweile wurde auch die Software mit fremder Hilfe und damit wohl aus Sicht von B.Rude das Forums-Steuergerät als Ganzes fertiggestellt und eine umfangreiche Sammelbestellung initiiert, die derzeit (Anfang September 2010) vor dem Abschluss steht. Die Software weist, wie die Hardware, Mängel auf, die eigentlich eine Freigabe/Nutzung verbieten. Diese reichen von Kleinigkeiten (z.B. Möglichkeit der Nichterkennung einer eingeschalteten Innenbeleuchtung) über eine unglückliche Temperatursteuerung des Gebläses mit fehlerhafter Temperaturberechnung (10 bis 15 % Abweichung zum tatsächlichen Wert im relevanten Bereich, kein Abschalten, wenn die Temperatur z.B. nach Zuheizerausfall abfällt) und Nichtberücksichtigung von Betriebsmodi (im Restwärmebetrieb ist ein Einschalten der Standheizungsfunktion über die Uhr nicht möglich) bis hin zu Programmfehlern, die dem Zuheizer tatsächlich schaden und zu seinem Ausfall führen können. Der Verzicht auf Umsetzung grundlegender Programmiertechniken für Steuerungen (hier: Hysterese) bzw. Unkenntnis dieser Techniken kann unter gerade in der kalten Jahreszeit wahrscheinlichen Bedingungen dazu führen, dass der Zuheizer durch die Steuerung in sehr kurzen Zeitabständen mehrfach hintereinander ein- und gleich wieder ausgeschaltet wird. Dies reduziert die Lebensdauer der Glühkerze und kann zudem dazu führen, dass die Brennkammer 'absäuft', also mit unverbranntem Kraftstoff gefüllt wird.

In der Summe weist das Forums-Steuergerät zu viele Mängel auf, um wirklich zuverlässig/sicher nutzbar zu sein. Eine Verteilung im Rahmen der o.a. Sammelbestellung ist daher als wenig verantwortungsvoll zu bewerten.

Die Software sollte schnellstmöglich von Leuten, die sich damit auskennen, auf einen vernünftigen Stand gebracht und an die Nutzer verteilt werden (ein entsprechendes Angebot ist bis heute unbeantwortet). Idealerweise sollte auch die Hardware an einigen Stellen modifiziert werden, um eine den gängigen Kriterien (siehe Artikel Bordnetz) entsprechende Betriebsicherheit zu gewährleisten.


Applikationsvorschläge B.Rude[Bearbeiten]

Im Zusammenhang mit angeblichen Fehlern auf der ZH-SG-Platine wurden von B.Rude aus dem T4Forum 2 sogenannten Applikationsvorschläge gemacht, die hier vorgestellt und besprochen werden.

Spannnungsüberwachung[Bearbeiten]

Sein 1. Vorschlag sieht vor, den Widerstand R13 von 10 kOhm auf 11 kOhm abzuändern.

Spannungsteiler der Spannungsüberwachung

Eine wesentliche Funktion des ZH-SG ist das Verhindern einer Tiefentladung der überwachten Batterie. Die Steuerung ist so dimensioniert, dass sie den Zuheizer bei Unterschreiten von 2,15 V am Abgriff S des Potenziometers P2 abschaltet. Diese 2,15 V entsprechen in einem worst case (= ungünstigste Konstellation von Bauteiletoleranzen (Widerstände 1%, Poti 20%)) einer Batteriespannung von 11,07 V, die oberhalb der Tiefentladespannung liegt. Da die Abschaltung erst 3 Minuten nach Unterschreiten der Schwelle erfolgt, erfolgt die Abschaltung bei originaler Dimensionierung in der Regel gerade noch oberhalb der Tiefentladespannung.

Bei B.Rudes Dimensionierung mit 11 kOhm wird die Schaltschwelle im gleichen worst case-Szenario aber erst bei einer Batteriespannung von 10,28 V erreicht, was zweifelsfrei ganz erheblich unterhalb der Tiefentladespannung von 10,8 bis 10,6 V liegt.

Dieser Applikationsvorschlag begünstigt eine Schädigung der Batterie durch Tiefentladung. Empfehlung: keine Umsetzung des Vorschlags!


Eingangsbeschaltung des µC[Bearbeiten]

Sein 2. Vorschlag sieht vor, den Widerstand R10 gegen eine 5 V-Zenerdiode zu ersetzen, um die Eingänge des µC zu schützen, bzw. um eine Lebensdauerverkürzung der internen Schutzdioden an den Eingängen des µC zu verhindern.

Beschaltung der µC-Eingänge

Das ZH-SG schaltet - die Unterspannungsüberwachung hier mal außen vor - den Zuheizer immer dann ein und lässt ihn eingeschaltet, wenn am UHR-Eingang der Steuerung Bordnetzspannung anliegt. Entfällt der Widerstand R10 besteht aus Sicht des µC-Eingangs keine Verbindung mehr nach Masse (pull-down). Es kann daher nicht mehr eindeutig erkannt werden, ob die Uhr nun ausgeschaltet ist oder nicht. Damit ist die Funktionsfähigkeit der Steuerung nicht mehr gegeben.

Dieser Applikationsvorschlag führt zum Verlust der Funktionsfähigkeit der Steuerung. Empfehlung: keine Umsetzung des Vorschlags!


Ein adäquater Schutz der µC-Eingänge ohne Verkürzung der Lebensdauer ist auch ohne die Modifikation gegeben:

Zwar liegt bei der originalen Dimension ab einer Uhr-Spannung von ca. 12 V am µC-Eingang eine Spannung an, die auf den ersten Blick oberhalb der gemäß Datenblatt erlaubten 5,5 V (Vcc + 0,5 V) liegt. Die µC-Eingänge besitzen mit Ausnahme des RESET-Einganges jedoch Schutzdioden, die Überspannungen am Eingang abführen:

Schutzdioden der µC-Eingänge (Quelle: ATMEL-Datenblatt)

Diese Schutzdioden dürfen gemäß ATMEL genutzt werden und dürfen dauerhaft mit bis zu 1 mA belastet werden. Bei einer Uhr-Spannung von 14 V werden sie jedoch nur mit ca. 40 µA (Faktor 25 unter dem erlaubtem Maximum!) belastet, was völlig unkritisch ist.

Der Sinn der Eingangsbeschaltung ist insbesondere der Schutz des µCs vor Bordnetz-Überspannungen. Bei der gewählten Dimensionierung führen erst Überspannungsimpulse von 1.000 V für eine Dauer von 20 µs die Schutzdioden an die 'Betriebsgrenze'. Durch den Spannungsteiler/Tiefpass R10/R11/C6 reduziert sich die Spannung am Spannungsteiler bei diesen Impulsen auf ca. 48 V. Durch den nachfolgenden Widerstand R9 wird dann der Strom durch die Schutzdioden auf ca. 1 mA begrenzt. Die nachfolgende Grafik zeigt eine Spice-Simulation der Auswirkungen des o.a. Impulses am Eingang des µC. Als Schutzdiode wurde für die Simulation eine 08/15-Diode 1N4148 als interne Schutzdiode angenommen.

Spice-Simulation


Diese Art von Eingangsschutz ist gängige Praxis (siehe z.B. DSE-FAQ) und sie findet auch im 'professionellen Bereich' Anwendung. Da dort jedoch Nachweise über die Funktionsfähigkeit zu erbringen sowie umfangreiche Test (z.B. ESD) zu bestehen sind, wird darauf geachtet, dass nominelle Grenzwerte auch ohne µC-interne Schutzeinrichtungen eingehalten werden. Zudem verläßt man sich aus den o.a. Gründen und Gründen der Gewährleistung in der Regel nicht auf die internen Schutzeinrichtungen. Wer die Steuerung in diesem Sinne anpassen will, sollte dem entsprechend 2 Dinge tun:

  • R11 nach 47 kOhm verändern, um im Normalbetrieb eine Spannung von weniger als 5,5 V am µC-Eingang zu haben,
  • bessere Dioden als die internen Schutzdioden hinter R9 nach Masse und Vcc einfügen.