Elektrotechnika pro petrolheady prakticky

Featured Image

Předesílám, že článek je dlouhý, nudný a nic z něj nebudou mít čtenáři neprovozující nějaké vozidlo s minimálně jedním komínem (lokomotivy a pojízdné udírny vyjímaje). K jeho pochopení jsou dále nutné znalosti elektrotechniky alespoň na úrovni základní školy. Užitečný naopak může být pro řidiče motorových vozidel, speciálně motocyklisty, leč i majitelům automobilů se následující řádky mohou hodit.

Problém aneb jak to všechno začalo

Jednoho říjnového rána jsem se vydal na jednom z mých motocyklů ku Praze vydělávat na chléb náš vezdejší. Bylo zataženo, trochu mlha a teprve se rozednívalo. Po ujetí několika kilometrů jsem se rychlostí asi 80km/h blížil po relativně úzké silničce II. třídy ke křižovatce ve tvaru T, kterou projíždím rovně po hlavní silnici, přičemž jsem na druhé hodině zaregistroval malé auto přijíždějící po vedlejší. Ubral jsem plyn, co kdyby si mě řidič nevšiml, ale auto zastavilo před hranicí křižovatky, přitom v protisměru nic nejelo a za mnou také ne – tedy vidí mne, říkal jsem si a pustil na zadní kolo opět o pár koní víc, když v tom mi auto s levým blinkrem vjelo přímo do cesty..brzda..silnice oslizlá podzimní mlhou neumožňovala příliš intenzivní brzdění..na losí test také nebylo pomyšlení..stoupal jsem do stupaček s tím, že auto prostě přeskočím a přistanu v měkkém poli za ním..naštěstí si mne řidič všiml, zachoval duchapřítomnost a naložil autu, co se do něj vešlo a já jeho zadní nárazník minul po pravé krajnici o pár centimetrů. Dobrzdil jsem, auto zastavilo také, otočil se a dojel k němu. Za volantem Saxa 1.6 VTS seděla mladá slečna, kterou jsem nepříliš vybíravě oslovil s otázkou, zda mne chtěla zabít úmyslně nebo je slepá. „A-a-ale v-vy ne-nesvítíte“, soukala ze sebe, evidentně z celého incidentu vyklepaná stejně jako já. Světla motorky byla zapnuta, ovšem v parabole světlometu mžourala pouze obrysovka. Hluboce jsem se slečně omluvil a poděkoval jí za duchapřítomnou reakci poté, co mne spatřila – jen díky ní jsem vyvázl se zdravou koží. Vzhledem ke světelným podmínkám mne s nesvítícím hlavním světlem těžko mohla vidět na větší vzdálenost. Slečna odjela, já vyměnil spálenou žárovku a pokračoval v jízdě – ač ateista, děkujíc všemohoucímu, že mi seslal do cesty zrovna tuhle řidičku v tomhle autě – v haťapce nebo jiném vozítku s podobně tragickým poměrem výkon/hmotnost by mi její sebelepší reakce nebyla nic platná a nejspíš bych se o to auto rozmázl..

Co s tím?

Motocykly používám v první řadě jako dopravní prostředek, jezdím přibližně od dubna do října za všech myslitelných světelných podmínek a o podobný zážitek, i kdyby opět dopadl dobře, opravdu nestojím.

Většina motocyklů má vpředu jen jednou světlo, dvě žárovky v zadní svítilně také nejsou zejména u starších strojů standardem, tedy v případě přepálení vlákna jediné žárovky se může motocyklista za horších světelných podmínek (šero, mlha, zataženo, déšť..) stát nežádoucím překvapením pro ostatní účastníky provozu, aniž by sám tušil, že je něco špatně. Pomocnou berličku pro tyto případy nám poskytne něco znalostí z oboru elektrotechniky – nabízím vám know-how úplně zadarmo.

Spousta soudobých aut disponuje systémem pro hlídání žárovek vnějšího osvětlení, tedy pokud nejde o vozy s výbavou social edition. Nejde o žádnou novinku – používá se to od cca 80. let minulého století. Princip hlídání je založen na měření proudu vláknem žárovky – jakmile tento klesne pod určitou hodnotu v důsledku např. přepálení vlákna žárovky (zdaleka nejčastější závada, pak proud = 0), systém o tom informuje řidiče. Jako snímací prvky se používají buď jazýčková relé (dříve), nebo měření úbytku napětí na malém předřadném odporu, případně Hallův článek (současný stav techniky). Jen jako zajímavost uvádím i možnost čistě optickou. Dají se koupit i různá elektronická relé pro hlídání určité hodnoty proudu obvodem, ta jsou ovšem dosti rozměrná, drahá a nebývají určena pro montáž do vozidel, alespoň jsem žádné takové nenašel. Úkol zněl jasně – vyvinout diagnostiku světel, která bude při nepatrných rozměrech spolehlivě detekovat pokles proudu světelnými obvody motocyklu a okamžitě na to upozorňovat rozsvícením kontrolky. To vše vyrobitelné svépomocí s běžným nářadím a při nízkých nákladech. Rozhodl jsem se pro jazýčková relé – je to nejjednodušší cesta a nemá se tam co rozbít, jednodušeji už to opravdu nejde.

Trocha teorie a vývoj

Palubní síť drtivé většiny silničních vozidel je stejnosměrná, nejčastěji s napětím 12V (starší vozidla 6V, nákladní pak 24V). Jak víme z fyziky pro základní školy, kolem každého vodiče, jímž protéká elektrický proud, vzniká magnetické pole, jehož intenzita je přímo úměrná velikosti proudu a tohoto prostého faktu využijeme. Jazýčkové relé, správněji jazýčkový kontakt (relé z něj vznikne teprve přidáním vnější cívky) je běžná, široce používaná a levná elektrotechnická součástka s různým použitím (např. v zabezpečovací technice, průmyslové automatizaci – snímání koncových poloh pístnic pneumatických válců atd.). Má tvar tenké skleněné trubičky, do níž jsou ze stran zataveny přívody přecházející uvnitř trubičky v kontakt, který sepne (případně rozepne, jak bude popsáno dále), pokud intenzita okolního magnetického pole překročí určitou hranici. Citlivost je udávána v bezrozměrné jednotce ampérzávity (Az), což je číslo říkající, kolik závitů musí mít cívka, v jejíž dutině je vložen jazýčkový kontakt a kterou protéká proud 1A, aby došlo k jeho sepnutí. Citlivost kontaktu má jistou toleranci, modelový budiž s krajními hodnotami dle katalogového listu výrobce 15-20Az; jinak řečeno k sepnutí kontaktu potřebujeme cívku s 15 až 20 závity při proudu 1A (nebo se 7,5 až 10 závity při proudu 2A atd. – prostá nepřímá úměra). Modelová hlídaná žárovka H4 má příkon 55W (potkávací vlákno), tedy při napětí 12V jí bude protékat proud asi 4,6A; skutečný proud při chodu motoru bude o něco vyšší (výstupní napětí regulátoru je u 12V soustavy až 14,4V), ale to můžeme zanedbat. Zkrátka: teče-li vláknem žárovky proud 4,6A nebo vyšší, pak svítí s pravděpodobností hraničící s jistotou tak jak má. Je-li proud nižší, pak má svit žárovky menší intenzitu (např. v důsledku špatného ukostření, zoxidovaných kontaktů, nízkého napětí palubní sítě..), neteče-li žádný, pak je obvod přerušen (přepálené vlákno, přepálená pojistka, vodič vypadlý ze svorky). Tyto abnormální situace chceme detekovat, ovšem k tomu potřebujeme rozpínací (či přepínací) jazýčkový kontakt, jinak by nám výstražná kontrolka svítila za stavu „vše OK“. Šlo by použít i spínací jazýčkový kontakt (který je mnohem dostupnější) a výstup následně invertovat klasickým relé s přepínacím či rozpínacím kontaktem – to je ale další součástka navíc zvětšující rozměry zařízení, náklady a riziko selhání. Výsledkem bádání byl prototyp pro ověření funkčnosti určený pro 15W žárovku brzdového světla (má jen tři svorky – jeden konec cívky je spojen s jedním fousem kontaktu), který je na obrázku níže vedle finálního výrobku a mince pro představu o rozměrech. Na dalším obrázku je principiální schéma zapojení.
 

 

Konečné řešení čili Endlösung

Ujasníme si, jaké žárovky chceme hlídat – u mého motocyklu jsou nezávisle na sobě hlídány: obě vlákna žárovky hlavního světlometu (60/55W), brzdového světla (15W) a obou obrysových světel současně (4+5 = 9W). Potřebujeme tedy 3ks jazýčkových kontaktů s přepínacím či rozpínacím kontaktem a k nim navinout cívky s příslušným počtem závitů ze smaltovaného měděného drátu o průměru 0,8-1mm. Potřebný počet závitů je zřejmý z výpočtu výše, raději přidáme 20% navíc, aby nám kontrolka při ne zcela nabitém akumulátoru vozidla nesignalizovala neexistující ropuchu :-). Máme tedy tři hlídané obvody se třemi signalizačními kontakty, přičemž můžeme vizualizovat poruchu každého obvodu extra kontrolkou, ale je možné sdružit je do jedné. K tomu nám poslouží obyčejná polovodičová dioda za korunu, což je součástka, která propouští proud jen jedním směrem (její funkci lze přirovnat ke zpětnému ventilu ve vodovodním potrubí). Anody diod připojíme na napájení pro signalizaci, katody spojíme do jednoho bodu a připojíme na kontrolku, jejíž druhý konec ukostříme. Jako kontrolku je vhodné použít LED se žárovkovou paticí, která má řadu výhod – odolnost proti otřesům, vibracím a mnohonásobně vyšší životnost při nižším příkonu oproti normální žárovce; vzhledem k našemu použití jsou uvedené vlastnosti dost podstatné. Konstrukční provedení – zde se fantazii meze nekladou; vzhledem k silně stísněným prostorům na motocyklu, které připadají v úvahu pro instalaci, jsem zvolil pro každý ze tří hlídaných obvodů samostatnou plastovou krabičku s vnějšími rozměry 26x16x16mm, ve které je jazýčkový kontakt, cívka, dioda 1N4007 a z vnějšku je nalepena čtyřpólová šroubová svorkovnice;  oproti prototypu odpadl plošný spoj – vývody cívky, jazýčkového kontaktu a diody jsou připájeny přímo na svorkovnici; „střeva“ jsou pak zalita jednosložkovou pružnou zalévací hmotou proti vniknutí vlhkosti a částečnou eliminaci vibrací; celek je připevněn oboustrannou lepicí páskou k podkladu, vzhledem k nízké hmotnosti a malým rozměrům se toto řešení v průběhu několika tisíc kilometrů testování na motocyklu ČZ 477 ukázalo jako více než dostačující; silná pěnová páska navíc přispívá k dalšímu tlumení vibrací – uložení je „gumové“, další výhodu je, že uchycení se obejde bez vrtání či výroby nějakého držáku, stačí kousek rovné plochy. Je samozřejmě možné vše poskládat do jednoho většího celku – záleží na prostorových možnostech montáže a provedení elektroinstalace, dle potřeb a fantazie toho kterého bastlera. K montáži do vozidla – zařízení by mělo být umístěno tak, aby bylo chráněno před mechanickým poškozením, teplotami vyššími než 80°C, silnými magnetickými poli a vodou; u motocyklu je to třeba vnitřní prostor pláště světlometu, prostor pod sedlem nebo kastlík. Vodiče nesmí namáhat svorky tahem. Samozřejmým předpokladem pro montáž je znalost elektroinstalace příslušného vozidla a vhodné nářadí, zejména kleště pro lisování koncových žilových dutinek.
 

 
Místem montáže musí samozřejmě procházet vodič k žárovce hlídaného obvodu, který přestřihneme, oba takto získané konce vodičů odizolujeme, opatříme dutinkami a připojíme je na svorky snímací cívky, na polaritě nezáleží. Signalizační obvod s kontrolkou pak dotvoříme dle konkrétních potřeb, zde naopak vzhledem k vestavěné diodě umožňující indikaci poruchy více obvodů jednou kontrolkou na polaritě záleží.

Patrně se vám nebude chtít prznit palubní desku vašeho mazlíka nově dobastlenou kontrolkou, ani mě se nechtělo v případě dalšího motocyklu, který často využívám v běžném provozu (u ČZ jsem použil kontrolku původně určenou k indikaci dobíjení akumulátoru, která byla nevyužitá). Na „rejži“ (GSF Bandit) však žádná taková nebyla, tudíž bylo nutno spokojit se s nějakou stávající a totéž můžete udělat také. Ovšem je třeba mít na paměti, že k původní funkci kontrolky je nově přiřazena funkce hlídání světel a podle toho vybrat – měla by to být taková, co za jízdy běžně nesvítí ani nebliká a současně neindikuje nebezpečný stav (například porucha mazání či chlazení není zrovna nejlepší volbou). Jednoznačným favoritem je kontrolka neutrálu, u aut se jistě také nějaká vhodná najde. Nutností je zapojit ji přes jednoduché diodové hradlo, aby se obvody připojené na kontrolku nemohly vzájemně ovlivňovat. Na Banditu mám minimalistickou verzi – hlídáno je pouze potkávací světlo. Zadní lampa na tomto stroji má obrysovky i brzdová světla v páru (tj. současné selhání je málo pravděpodobné), na osvětlení RZ se můžu vytento, na dálkové světlo přes den nejezdím a že mi zhaslo v noci vidím až moc dobře (resp. vlastně pak nevidím). Tedy pokud se mi za jízdy rozsvítí kontrolka neutrálu, případně po zařazení kvaltu nezhasne, hned vím, která bije :-)

Co z toho?

Instalací zařízení získáte následující:
– detekce přepálení vlákna žárovky nebo jinak přerušeného obvodu (vodič vypadlý ze svorky, přepálená pojistka)
– detekuje i podproud způsobený zvýšeným odporem světelného obvodu (oxidace kontaktů, patic žárovek, nedostatečné ukostření, omylem namontovaná slabší žárovka)
– jeden jazýčkový kontakt umožňuje spolehlivě monitorovat dvě paralelně zapojené žárovky, pokud mají alespoň přibližně stejný příkon; to lze využít u světel, která jsou v páru (zadní lampa některých motorek, auta; záleží ovšem na konkrétním provedení stávající elektroinstalace a jejím jištění)
– pokud bude signalizační kontakt relé napájen ihned po zapnutí zapalování, pak vás kontrolka upozorní na nerozsvícená světla; zároveň to slouží ke kontrole činnosti – po zapnutí světel musí kontrolka zhasnout
– jiná forma „Lampentestu“ proběhně spontálně při přepnutí z dálkového světla na tlumené a naopak – kontrolka mžikově problikne (reakce relé je rychlejší než mechanika přepínače světel, jde o desetiny až jednotky milisekund); vše za předpokladu, že snímací cívka je v obvodu dvouvláknové žárovky hlavního světla vřazena před přepínač světel
– předpisově osvětlené vozidlo méně přitahuje nežádoucí pozornost orgánů
– v neposlední řadě prohloubíte své znalosti, získáte nové zkušenosti a know-how

Kopyrajt

Jeden z mých přátel, kterému jsem se s výše uvedeným svěřil, mne málem přesvědčil k tomu, abych si na uvedené zařízení nechal ouřadem pro ochranu průmyslového vlastnictví vystavit užitný vzor (neboli „malý patent“), protože si myslí, že by z toho šly vytřískat prachy. Má možná pravdu, leč mám jinou práci, která mne dobře živí, navíc nejde o nic světoborného a budu jen rád, když vám výše uvedené informace budou užitečné. Pokud by se někdo z čtenářů hodlal ujmout výroby tohoto zařízení ve velkém za účelem zisku, pak doufám, že to bude takový charakter, který mi za zde zveřejněný nápad pošle nějakou tu zlatku. Na revanš pak dotyčnému poradím pár tipů, jak při hromadné výrobě dále snížit rozměry, hmotnost a výrobní náklady zařízení (v současné podobě materiál na výrobu jednoho kusu pořídíte za zhruba 100Kč).
 
Závěr

Jde o užitečnou věcičku, která může pomoci ochránit zdraví (nejen vaše) i majetek, ovšem nerad bych tím vložil nějakému čurákovi (dámy prominou) do úst něco ve smyslu „kdyby to mělo zachránit jediný život..“

Takhle opravdu ne – záleží jen na vás, zda vůbec a jak přesně nabízené know-how využijete. Není to než zařízení, které může zvýšit pravděpodobnost, že do cíle své cesty dorazíte ve zdraví a bez újmy na svém i cizím majetku.

Nezapomeňte však na jednu věc – jde jen o technickou pomůcku, která i přes její spolehlivost z řidiče nesnímá odpovědnost za osvětlení vozidla, podobně jako fakt, že na autě máte obuté zimní pneumatiky neznamená, že na sněhu nedostanete smyk.

Každopádně vám všem přeji mnoho šťastných kilometrů s vůní benzínu; v horším případě pak s kyselým smradem z nafty :)
.


25.11.2012 z477
Tento článek je freeware a lze jej dále šířit za splnění podmínek kompletnosti, původního znění, uvedení nicku autora a zdroje.
 

12345 (1x hodnoceno, průměr: 1,00 z 5)
672x přečteno
Updatováno: 27.11.2015 — 23:54
D-FENS © 2017