Überwachung der Kühlung eines Vebrennungsmotors

[edison]

Hallo,

nun möchte ich wie versprochen die Temperaturkontrolle meines Außenborders vorstellen.
Die Ausarbeitung hat doch länger gedauert als gedacht, aber ich wollte es gründlich tun, damit auch der Laie damit klarkommt. Sollten Fragen auftauchen, dann sich einfach melden…

Wenn man ehrlich ist, dann hat man bei der Kontrolle der ordnungsgemäßen Kühlung eines Aubo’s wenig Chancen. Wer sieht schon dauernd auf eine Temperaturanzeige oder dreht sich nach einem Strahl um…Verschärft wird jetzt bei mir die Situation, dass ich einen Motor mit einem Kühlwasserthermostat betreibe. Irgendwie beschleicht mich da ein ungutes Gefühl, wenn zum Anfang der KW-Strahl nicht einsetzt oder zwischendurch bei geringer Belastung aussetzt. Es muss also eine Sicherheitsschaltung her, die die Angelegenheit im Hintergrund überwacht und bei Problemen sofort lautstark Alarm schlägt. Dabei habe ich Wert darauf gelegt, dass sich die Sache prinzipiell auf viele Aubo’s übertragen lässt, wo man sich einen geeigneten Messpunkt zugänglich machen kann.
Zum Anfang sollte man sich mal den Verlauf des eintretenden Schadensfalles vor Augen halten: Am kritischsten dürfte der plötzliche Ausfall der gesamten Kühlung sein, z.B. durch Verstopfen mit einem angesaugten Fremdkörper, defektem Thermostat oder defekter Wasserpumpe, also Impeller. Auf Grund des möglichst geringen Gewichtes des Motors besteht am Zylinderkopf kaum thermische Masse. Das System wird sich also schlagartig überhitzen. Solange noch Wassertropfen in den internen Kühlkanälen sind, werden diese bei der Siedetemperatur verdampfen, was noch einen kleinen Aufschub bedeutet. Danach wird die Temperatur aber in Sekunden rapide ansteigen und die Schmierwirkung des Öls aufheben.
Ab und zu liest man mal Berichte über solche eintretenden Situationen. Man kann sich wohl ziemlich darauf verlassen, dass bei Kompett-Ausfall der Kühlung innerhalb von weniger als einer Minute reagiert werden muss, sonst ist zumindest der Kraftkopf Schrott.

Kernpunkt meiner Idee war, an einer geeigneten Stelle am Zylinderkopf einen Temperaturfühler anzubringen. Direkt darunter befinden sich ja die Brennkammern; nur durch eine Aluminiumwand mit Kühlkanälen getrennt. Und da Alu ja bekanntlich die Wärme sehr gut leitet, dürfte hier im Schadensfall ein schneller Temperaturanstieg zu erwarten sein.
Als Temperaturfühler kommt ein kontinuierlicher Fühler in Frage oder ein Thermostatschalter.
Die Auswertung und das Erzeugen eines Alarmes aus einem analogen Signal (z.B. Heißleiter) ist wesentlich aufwendiger, als die Verwendung eines Thermostates, weswegen ich mich für die Thermostatvariante entschieden habe. Auf den Bildern sieht man solche Teile, die man für unter 5Euro bekommt. Die Schalttemperatur ist aufgedruckt.




Die Befestigung des Schalters muss sicher sein; wenn er abfällt, kann er nicht mehr funktionieren! Trotzdem möchte ich ungern irgendwelche Zylinderkopfschrauben herausdrehen. Das Festkleben des Schalters mit Silikon ist eine Möglichkeit. Dieses kann man wieder abrubbeln bei Bedarf – vorher die Klebestelle gründlich entfetten! Dazu nimmt man am besten Aceton, Benzin OHNE Öl oder Verdünnung.
Man sollte auch darauf achten, dass die thermische Kopplung vorhanden ist: Also am besten Wärmeleitpaste zwischen der Fühlerfläche und dem Motorblock aufbringen!


Hier sehen wir 2 Fühler auf den Brennkammern eines 2-Zylinders. Ich persönlich werte mit 2 unterschiedlichen Fühlern (45 und 70°C) die Oberflächentemperaturen aus. Die eine Seite der beiden Thermostaten ist mit der Motormasse verbunden (blaues Kabel). Die anderen beiden Anschlüsse führe ich mit einer Zweidrahtleitung zum Armaturenbrett. Masse führe ich nicht mit, da ich mir das vom Notstop sowieso abnehmen kann.
Es lassen sich also verschiedene Ausbaustufen einrichten. Das muss jeder für sich entscheiden.
Meine Erfahrung ist, dass der Zylinderkopf immer nur handwarm bleibt. Den Rest regelt das Thermostat aus.
Die Thermostatschalter gibt es in der Bucht zu kaufen. Sie haben verschiedene Schalttemperaturen: Ich habe mir 2 Varianten gekauft: Einmal für 45°C und 70°C. Ich werde bei 45°C eine blinkende LED ansteuern und bei 70°C einen Piezzo-Summer einschalten.Da meine Motoren aus Erfahrung stets sehr kühl geblieben sind, dürfte die 45°C-Variante ausreichen. (Davon „musste“ ich gleich 12 Stück kaufen, so dass ich gern 10 Stück abgeben kann zum Unkostenpreis).

Bei diesen Thermostatschaltern sind Öffner und Schließer auf dem Markt. Günstiger ist man natürlich mit Schließern bedient – diese schließen bei Erreichen der Schalttemperatur. Hier braucht man dann bloß noch einen kleinen Summer o.ä. an eine Betriebsspannung anzuschließen und alles ist perfekt!


Empfehlenswert ist immer die Absicherung über eine Sicherung. Eine blinkende helle Leuchtdiode macht die Sache komplett, muss aber nicht sein. Mit dem Vorwiderstand Rv stellt man den Strom ein, der durch die LED fließt. Diese Angabe findet man in Katalogen, z.B. von Conrad. Mit knapp 20mA Strom kann man nicht viel verkehrt machen.

Etwas aufwendiger wird’s, wenn man nur einen Öffner bekommen kann. Leider war das bei mir der Fall! Dann benötigt man einen Inverter, der praktisch das Signal umkehrt. Schalttechnisch sieht das dann so aus:

Der Transistor ist als Inverter geschaltet. Es handelt sich um einen Silizium-npn-Transistor. Prinzipiell ist jeder Transistor geeignet, wenn man den fließenden Strom im Auge hat, also den Summer. Will man hier z.B. eine Autohupe einsetzen, dann muss natürlich ein entsprechender Leistungstransistor rein. Ich empfehle einen Piezzosummer für 12V. Diese sind laut, nervig und brauchen wenig Strom (so um 20mA). Das schafft jeder Transistor, zumal der ja nur im Schalterbetrieb läuft. Ich erspare jetzt das Berechnen der Verlustleistung am Transistor. Wer sich dafür interessiert, kann sich melden.

Funktionsweise: Der Transistor wirkt als Schalter. Wenn er durchschaltet, wird der Summer bzw. eine Leuchtdiode mit Spannung versorgt. Der 10k-Widerstand sorgt dafür, dass der Transistor zunächst ständig durchgeschaltet ist, da er eine Spannung an der Basis bereitstellt.
Das Thermostat, in diesem Falle als Öffner bezeichnet, schließt die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors kurz, wenn es nicht zu heiß ist. Damit wird der Transistor gesperrt, womit der Summer verstummt. Wird das Thermostat zu heiß und schaltet, wird die Basis wieder mit Spannung versorgt. Damit wird der Transistor wieder leitend und es piept. Wenn man also zur Funktionsprüfung das Thermostat abklemmt, dann muss es sofort piepen!

Der Kondensator von 10 µ ist nur reine Vorsichtsmaßnahme; es geht auch Ohne.
Er soll z.B. gegen Einstrahlung schützen. So könnte z.B. ein Mobilfunkgerät einstrahlen und den Transistor öffnen. In diesem Falle benötigt die Basis zur Entstörung einen Filter als LC-Kombination. Sollte dieser Fall auftreten, dann ist das kein Beinbruch. Einfach Bescheid geben. Man benötigt dann als Tiefpass 2 weitere Kondensatoren und eine Spule. Die Werte müssen allerdings angepasst werden.

Eine Leiterplatte lohnt sich in diesem Falle nicht. Die Bauteile kann man gleich an einen größeren Transistor löten. Erfahrungsgemäß geht das meiste durch mechanische Beschädigung kaputt, also an Zugentlastung und vor allem Schutz vor Wasser denken! Ein kleines Gehäuse wäre nicht schlecht; Wärme entsteht darin nicht.
Ich rate davon ab, alles in den Motor einzubauen, da man dann die Betriebsspannung zum Motor hinführen sowie wieder zurück zum Summer/LED muss. Das lohnt sich wohl nur, wenn am Motor bereits stabilisierte Spannung anliegt und wenn man den Summer in die Nähe des Motors macht. Das muss man je nach Gegebenheit entscheiden.
Viel mehr gibt es hier nicht zu sagen. Wie gesagt, wer etwas nicht versteht, mailt mich an. Die Anschlüsse am Transistor nicht vertauschen! Ich würde sowieso einen größeren Transistor einsetzen; der ist robust. Im Boot geht es schließlich nicht immer zimperlich zu…
Ich hoffe, ein bisschen zur Betriebssicherheit im Boot beigetragen zu haben. So kann man sich besser auf die wesentlichen Dinge konzentrieren.


Viel Spaß!

Rainer

[skymann1]

Hallo,
danke für Deine Ausführungen, setzt leider 12 Volt an Bord voraus, aber die meisten werden das ja haben (ich leider nicht).

Ich hab im Moment ein einfaches Fernthermometer, so eins für außen/innen, die Kabel sind meist 3-4 m lang, Geber habe ich allerdings auf den (wasserumspülten) Auspuffdeckel geklebt, Kopf hatte ich zuerst auch versucht, aber da war ein Temperaturanstieg weniger schnell zu bemerken als am Auspuffdeckel, da wird meiner zw. 55 und 58 Grad heiß und wenn ich das Wasser (mit Spülanschluß) mal kurz abdrehe ist ein sofortiger deutlicher Anstieg der Temperatur sichtbar, setzt allerdings voraus das man immer einen Blick auf die Anzeige hat, Deine Methode mit Summer/Hupe ist natürlich sicherer.

Gruß Peter

[edison]

Hallo Peter,

danke für deine Erfahrungen.
12V sind nicht unbedingt notwendig: Es reicht ja z.B. eine Flachbatterie mit 4,5V. Und die Lebensdauer der Batterie wird ja nur von der Lagerfähigkeit beinflusst, da ja im Ruhezustand Null Strom fließt. Im einfachsten Fall nimmt man dann eine Hupe mit weniger Betriebsspannung und verkleinert den Vorwiderstand für die LED etwas.
Da aber sowieso keine weiteren Fragen anstehen, können wir das Thema auch schließen.
Beste Grüße,

Rainer

[skymann1]

Hallo,
doch doch, eine Frage hätte ich noch, da Du Dich offensichtlich mit Schaltungen ect. auskennst,
das Teil (Außen-/Innenthermometer) was ich verwende hat eine Lampe als Eiswarner, soll heißen bei plus 2 Grad geht die Lampe an.

Kann man das irgendwie unstricken, ohne allzugroßen Aufwand, das die so bei 65 oder 70 Grad, irgendwo in dem Bereich, angeht??

Ich hab keine Ahnung wie das geschaltet ist, wird sich wahrscheinlich nicht lohnen, oder?

Gruß Peter

[dr_seltsam]

das ist einfach perfekt. Grüßle aus Stuttgart

[edison]

Zitat von skymann1

Hallo,
doch doch, eine Frage hätte ich noch, da Du Dich offensichtlich mit Schaltungen ect. auskennst,
das Teil (Außen-/Innenthermometer) was ich verwende hat eine Lampe als Eiswarner, soll heißen bei plus 2 Grad geht die Lampe an.

Kann man das irgendwie unstricken, ohne allzugroßen Aufwand, das die so bei 65 oder 70 Grad, irgendwo in dem Bereich, angeht??

Ich hab keine Ahnung wie das geschaltet ist, wird sich wahrscheinlich nicht lohnen, oder?

Gruß Peter

Hallo Peter,

ich habe erst heute wieder in's Forum gesehen...

Wenn du den Temperaturfühler manipulierst, schaltet das Thermometer vielleicht bei 65°C die Lampe an, aber eine korrekte Temperatur wird es dann auf keinen Fall mehr anzeigen. Und das kann doch nicht im Sinne des Erfinders sein!
Im Thermometer ist sicher ein Mikrochip drin, der darauf fest programmiert ist, dass bei 2 °C die Lampe angeht. Wie gesagt, wenn dich die Temperaturanzeige nicht interessiert, dann kann man eventuell was tun durch Austausch des Messfühlers bzw. Parallel- oder in-Reihe-Schalten von Widerständen. Aber einen Vielfachmesser braucht man dann auf jeden Fall und muss sich ein wenig auskennen.

Die Frage ist doch, ob man im rechten Augenblick auch die Lampe im Auge hat...eine Hupe ist hier wohl besser...

Gruß!
Rainer