Experimente mit Geiger-Müller Zählrohren (SI-39G und SBM20)

Aus russischen Altbeständen sind günstig fabrikneue Zählrohre erhältlich. Ich habe meines für rund 15 Euro bei Pollin gekauft. Ein neues Zählrohr kostet typischerweise um die 100 Euro.

Mein SI-39G stammt laut Packungsaufdruck von 1990.
Später kam noch ein SBM20 sowie ein 70014NR (V-AZ-114NR) aus Ex-DDR-Beständen hinzu.


Das SI-39G

 


handschriftliche Nummer …

 


Verpackung im 40ger Jahre Look…

 

 


Das SBM20, russische Produktion

 


Das 70014NR, vermutlich DDR Produktion

Theory of operation

Siehe hierzu http://de.wikipedia.org/wiki/Z%C3%A4hlrohr#Geiger-M.C3.BCller-Z.C3.A4hlrohr. In Kürze:

Das Zählrohr ist mit einem Gas gefüllt und besitzt eine Anode und eine Kathode, die beiden Enden des Zählrohrs. An das Zählrohr muss eine ziemlich hohe Gleichspannung angelegt werden.
Trifft ein Strahlungsteilchen nun in die Gasfüllung, wird ein Elektron freigesetzt, das wegen der angelegten hohen Spannung Richtung Anode wandert. Effekt: Ein Strom fließt. Diesen Vorgang nennt man „Ionisation“.

Bei hohen Spannungen, die bei Geiger Müller Zählrohren verwendet werden (~400Volt), werden viele Elektronen gleichzeitig ausgelöst. Das Geiger Müller Zählrohr ist also sehr empfindlich. Der Stromfluss ist stark und kann mit einfachsten Mitteln weiterverarbeitet werden (z.B. hörbar gemacht werden).

Beschaltung

Die Beschaltung eines Zählrohrs ist erstaunlich simpel. An das Zählrohr werden einige Hundert Volt angelegt (+ An Anode, – an Kathode). Um zu hohe Ströme im Zählrohr zu vermeiden, wird ein Widerstand von rund 100KOhm in Serie geschaltet. Am Zählrohr wird über einen Spannungsteiler mit sehr hohen Widerständen von einigen Megaohm das Signal abgegriffen.

Experimentelle Beschaltungen finden sich zahlreich im Web. Alle Schaltungen teilen sich in zwei Bereiche auf:

  • Hochspannungserzeugung
  • Impulsauswertung

Impulsauswertung: Hier habe ich auf die Schnelle keine Schaltungen gefunden, die ein schönes  lautes Knacken in einem Lautsprecher zustande brachten. Daher habe ich eine minimale Schaltung mit einem Operationsverstärker in Komparatorschaltung aufgebaut.  Als OpAmp kann ein Standardtyp genommen werden, ich habe den NE5534 verwendet.
(Quelle & weitere Infos Komparatorschaltung: z.B. das hervorragende Buch: Jochen Federau, Operationsverstärker, Vieweg).

Dies ist eine Standardbeschaltung eines OpAmps als Komparator („ohne Hysterese“). Hinzugenommen wurde nur der Eingangsspannungsteiler (2x10M), das Zählrohr und der kleine Lautsprecher.
Funktionsweise: Die grüne LED leuchtet, solange kein Impuls erkannt wird, die rote LED blitzt bei einem erkannten Impuls kurz auf.

Das Zählrohr ist mit der Kathode (-) an einen Spannungsteiler mit zwei 10M-Widerständen angeschlossen. Die Anode (+) liegt an 400V (genaueres dazu weiter unten). Messungen am Spannungsteiler zeigt ein Störsignal von -40mV..+500mV (Netzbrumm). Eine Ionisierung erzeugt einen steilen Impuls von etwa 3,4ms Länge und einer Amplitude von 1200mV.

So sieht ein Impuls des Zählrohrs am Oszilloskop aus. Der Netzbrumm hat eine Amplitude von etwa 500mV, aus dem sich der Impuls mit einem Maximum von 1200mV heraushebt.

Der Komparator muss also auf eine Spannung zwischen 500 und 1200 mV ansprechen. Die Schaltung soll mit +5V versorgt werden. Die Referenzspannung wird durch zwei Widerstände am –Eingang des OpAmps festgelegt. Mit den Werten 47K und 10K ergibt sich rechnerisch eine
Referenzspannung von 10K/(10K+47K)*5V = 877mV. Die Widerstände haben eine Bauteilstreuung, nach Aufbau messe ich am –Eingang 873mV, dies ist ok.

Das Zählrohr erzeugt ohne Strahlungsquelle in der Nähe 5-10 Impulse (SI-39G) bzw. 16-31 Impulse (SBM20).

Hochspannungserzeugung

Hierzu finden sich zahlreiche Schaltungen im Internet. Man muss nicht immer alles selbst erfinden, und so habe ich nur eine fertige Schaltung gesucht, die simple Standardbauteile verwendet und mit einer einfachen Induktivität (statt eines Transformators) auskommt. Außerdem sollte der Stromverbrauch gering sein, um einen Batteriebetrieb des Gesamtgeräts möglich zu machen.

Bei http://www.loetstelle.net/projekte2/lphv/lphv.php wurde ich fündig. Die dort beschriebene Schaltung ist simpel, nutzt eine kleine 10mH-Induktivität aus und verbraucht im Leerlauf weniger als 1mA. Aktive Bauteile sind ein 7555 (CMOS-Variante des 555), ein MOSFET BS170 und ein Hochvolt-Transistor MPSA42. Der 7555 erzeugt eine Ausgangsfrequenz von etwas über 10Khz, die über den MPSA42 die Induktivität ansteuert. Dabei entstehen an der Spule Spannungsspitzen von über 100 Volt, die über eine Diodenkaskade vervierfacht wird, so dass am Ausgang ziemlich genau 400 Volt bereitstehen

Die Ausgangsspannung kann nur mit einigen Mikroampere belastet werden. Ein Messversuch mit einem Multimeter mit 10 Megaohm schlug bei mir fehl, erst bei Messung mit einem 75Megaohm-HV-Tastkopf konnte ich die Ausgangsspannung messen: mit Fluke 27 und Hochspannungstastkopf: 398 Volt.

Also noch mal zur Klarstellungen: Die verwendete Schaltung zur Hochspannungserzeugung ist von loetstelle.de und dort unter http://www.loetstelle.net/projekte2/lphv/lphv.php detailliert beschrieben. Der ganze Ruhm für diese nette Schaltung geht also an loetstelle.de.´

Schaltplan mit Hochspannungserzeugung (oben) und Impulsauswertung (unten). (Für das Zählrohr wurde in Eagle kein Symbol gefunden).

Irgendwo im Internet habe ich auch gelesen, dass für das SBM20 die Stromspitze während einer Ionisation (bei 400V) bei 60µA liegt. Die Spannungsquelle sollte diesen Wert für die Dauer einer Ionisation also ohne Zusammenbruch abgeben können.

Bestückung der Platine. Für das Zählrohr wurden ursprünglich vorgesehen, seine Kontakte in Sicherungshaltern zu fixieren. Im umgesetzten Exemplar wurden keine Sicherungshalter verwendet, diese sind aber im Platinenentwurf noch enthalten und können ignoriert werden.

Wichtiger Hinweis zur Bestückung: Der BS170 ist in der Eagle Bauteilebibliothek (bis mindestens Version 6.2.0) nicht korrekt enthalten, Drain und Source Anschlüsse sind vertauscht. Daher muss der Transistor BS170 nicht wie hier dargestellt, sondern um 180 Grad gedreht eingelötet werden!

In obiger Platine sind die folgenden Anschlüsse vorhanden:

Connector X1 – Power

Hier werden + und – der Stromversorgung/Batterie angeschlossen.

Pin Bedeutung
1 + 5 Volt
2 GND

Connector X4 – Ausgang für Microcontroller

GND und Signalausgang. Zu verbinden mit GND des Mikrocontrollers und einem als Eingang beschalteten Pin des Mikrocontrollers.

Pin Bedeutung
1 Signal Ausgang
2 GND

Connectors F1/F2: Zählrohranschlüße

Hier wird das Zählrohr angeschlossen.

Pin Bedeutung
F1 Anode/+ des Zählrohrs
F2 Kathode/- des Zählrohrs

Das bestückte Board mit Hochspannungsversorgung (oben) und Signalauswertung (unten links). Ein kleiner Lautsprecher ist an den Signalausgang angeschlossen.

Auswertung der Zählimpulse mittels AVR Mikrocontroller

Ein Mikrocontroller wird eingesetzt, um die Impulse zu zählen und in einer nutzbaren Form darzustellen, zum Beispiel Impulse/Minute oder gar Milli-Sievert oder Mikro-Sievert.
Die ganze Schaltung soll in einen vorhandenen Environmental Datalogger integriert werden, so dass auch die Strahlenbelastung durch dem Datalogger mitaufgezeichnet wird.

Der Mikrocontroller hat also die folgenden Aufgaben:

  • Uhrenfunktion, um Sekunden und Minuten al s Zeitintervalle präzise bestimmen zu können  (Verwendung eines Quarzes, Timerfunktion des AVR)
  • Zählen der Impule (Nutzung der externen Triggermöglichkeit eines AVR-Timers) und Umrechnung in einen Sieverts-Wert.
  • Berechung Impulse/Minute, Berechnung Strahlendosis in Sievert nach Formel
  • Option: Um Strom zu sparen, wird die ganze Zählschaltung (HV-Versorgung, Impulsauswertung) nur eingeschaltet, wenn auch gezählt werden soll, also zum Beispiel für 1 Minute alle 10 Minuten)

Die Umrechnung der Impulse pro Zeiteinheit in Sievert (Nano-Sievert) kann anhand der Kenndaten des Zählrohrs vorgenommen werden. Für alle von mir betrachteten Zählrohre können diese Werte, wenn auch mühsam, aus diversen Foren gewonnen werden.

Beim Anschluss des Zählrohrs (genommen habe ich das SBM20) an den Datenlogger wurden noch ein paar Kleinigkeiten angepasst, die hier nicht zu sehen sind

  • Der Datenlogger läuft mit 3,3Volt aus einer Solarzelle gespeist. Dies ist für die Zählrohransteuerung zu wenig. Daher wurde auf der Platine noch eine 5V Spannungsreglung mit 78L05 „manuell integriert“
  • Spannungsteiler am Ausgang um den 3,3V Pegel des Datenloggers zu treffen
  • Entfernen der LEDs und des Speakers zum Stromsparen
  • Ablöten der oben noch sichtbaren Sicherungshalter und Bau eines Zählrohrhalters mit Isolation

Der Komparator erzeugt aus dem Zählrohr Impuls keinen einzelnen Rechteck Impuls.

Ausgangssignals des Komparators für einen Zählrohrimpuls. Es finden sich direkt nach dem eigentlichen Signal noch mehrere sehr kurze Signale

Um den Impuls nur 1x zu zählen, wurde daher eine Totzeit von 2ms eingebaut. Alle Impulse innerhalb dieses Zeitraums nach einer positiven Signalflanke werden als ein Impuls gezählt. Damit kann ich zwar nicht mehr als 1000/4=250 Impulse/s zählen, aber dieser Wert wird in meiner Umgebung hoffentlich nie erreicht.​​​​

Strahlungsquellen zum Testen

Um das Zählrohr auszuprobieren, gibt es verschiedene Möglichkeiten:

  • Armband- oder Taschenuhren mit Leuchtziffern aus radioaktiven Leuchtfarben siehe dazu http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtfarbe:
    • Alte Armband- oder Taschenuhren mit Leuchtziffern. Die Leuchtziffern wurden früher mit radioaktiven Farben gezeichnet (Radium).
    • Neue Uhren mit Leuchtziffern mit Leuchtfarbe auf Tritium-/Promethiumbasis
  • Alte Glühstrümpfe für Gaslampen (Thorium) (http://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BChstrumpf)
  • Tritium-Lämpchen („Glowrings“) erhältlich z.B. via ebay
  • Angeblich auch: Sensoren von elektrischen Rauchmeldern (?)

Weiterführende Informationen

Allgemeine Infos zu Zählrohren und Schaltungen:

Stövchen aus einem alten ATX-Netzteil selber basteln

Stövchen sind aus dem winterlichen Alltag kaum noch wegzudenken. Jede Kaffee- oder Tee-Tafel wird durch das behagliche Licht des Stövchens stark romantisiert.

Wenn Sie bisher bei Ihren Freunden nur neidisch auf deren Stövchen starren konnten, selbst aber keines hatten, ist Abhilfe nahe. Im folgenden eine kleine Anleitung, wie man aus einem ATX-Netzteil ein geschmackssicheres Stövchen bastelt, dass Ihre Freunde sicherlich beeindrucken wird.

Benötigte Teile und Werkzeug

Benötigt wird:

  • 1 ATX Netzteil, defekt oder neu
  • 1 Teelicht
  • 2-3 Schraubenzieher in passenden Größen
  • 1 Schraubstock oder ähnliches (z.B. Tischkante) zum Biegen des Bleches
  • 2 kleine Bretter, ebenfalls zum Biegen des Bleches

Beschaffen Sie sich zunächst ein ATX-Netzteil (vermutlich sind auch andere Netzteile nutzbar). Um die Umwelt zu schonen, nehmen Sie am besten eines, das Sie ohnehin wegwerfen wollten.

Dieses Netzteil hat 350 Watt, für den Bau des Stövchens aber nicht so wichtig. Es ist defekt und für die Bastelei gut geeignet. Wichtig ist das schön große Lüftungsgitter.

Das ATX-Netzteil besitzt ein Gehäuse, dass nach gängigem China-Standard aus zwei Teilen zusammengesetzt ist. Das obere Teil (das mit dem Lüftungsgitter) wird zum Stövchen umgebaut.

Bau des Stövchens

Achtung: Stellen Sie sicher, dass das Netzteil keine geladenen Elkos mehr hat. Das Netzteil sollte also mindestens ein paar Wochen nicht mehr genutzt worden sein, bevor sie die Abdeckung abschrauben. Fassen Sie die Innereien des Netzteils nicht an.

Entfernen Sie die Abdeckung vorsichtig vom Restgehäuse. Die Abdeckung ist mit mehreren Schrauben, typischerweise Kreuzschlitz, befestigt.

So siehts innen aus. Ziemlich staubig, kein Wunder dass das Teil kaputtging…
Was man hier außer dem Staub sieht: Dicke Kühlkörper mit Leistungstransistoren und -dioden, dicke Drosseln und Transformatoren, Hochvolt-Elkos. Auf den kleinen Platinen ist z.B. die Lüftersteuerung untergebracht.

Das Unterteil mit der Elektronik können Sie nun fachgerecht entsorgen.

Am Oberteil ist der Lüfter befestigt, dieser muß entfernt werden. Danach das Lüftungsgitter wieder anschrauben, darauf achten, dass die Drahtspiralen des Gitters oben sind.

Biegen Sie nun die beiden Seitenteile nach innen um, so daß das Stövchen etwa 5 cm Höhe behält. Das Biegen erfolgt so, dass Sie die Seitenteile in einen Schraubstock genau an der Biegekante einspannen, dabei als Zwischenlage die beiden Brettchen benutzen (sonst drücken sich eventuell die Metallbacken des Schraubstocks ins Stövchen ein -> häßlich). Nun mittels eines Weiteren Brettchens und eines Hammers das Blech umbiegen (umhämmern). Dabei nicht zu brutal vorgehen und darauf achten, dass an der Biegekante zum Schluss wirklich ein 90 Grad Winkel vorhanden ist. Feinheiten per Hand nachbiegen.

Beide Seitenteile wurden nach innen umgebogen.

Damit ist das Stövchen auch schon fertig.

So sieht das Prachtstück von oben aus.

Verwendung

Bei der Verwendung das Teelicht anzünden und dann das Stövchen darüberstellen.
Wenn Sie das Lüftungsgitter wie empfohlen so herum montiert haben, dass die Drahtspiralen oben sind, werden Kannen und Tassen wunderbar fixiert und können nicht verrutschen.

Das Stövchen im Einsatz. Die Arbeit hat sich gelohnt!

Elektronik Tutorial: Messen diverser Größen (Spulen)

nach http://www.sprut.de/electronic/switch/lc/lc.html#lmess

Dort ist auch der Bau eines LC-Meßgeräts (mit PIC Microcontroller) beschrieben: http://www.sprut.de/electronic/pic/projekte/lcmeter/lcmeter.htm.

Man kann die Induktivität einer Spule  ganz einfach bestimmen, indem ein  LC-Schwingkreis aufgebaut wird und diesem eine Sinusspannung variabler Frequenz zugeführt wird. Der Schwingkreis dämpft alle Frequenzen ausserhalb seiner eigenen Resonanzfrequenz, d.h. die Amplitude der Sinusspannung wird unterschiedlich stark gedämpft. Wenn die angelegte Frequenz gleich der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ist, wird die angelegte Sinusspannung auch gedämpft, aber nur minimal.

Diverse Spulen

Die anzulegende Sinusspannung muß in etwa zwischen 1 und 100 Khz regelbar sein.  Die eigentliche Schaltung ist in folgendem Bild zu sehen.

Testschaltung. Links die Signalquelle (Signalgenerator),
in der Mitte der Schwingkreis mit der zu testenden Spule LUT,
rechts das Oszilloskop.

C2 sollte einen nicht zu kleinen Wert haben, z.B. 1µF oder größer. C2 darf kein Elko sein, sondern ein ungepolter Kondensator. Ich habe 1µF genommen. Durch Messen habe ich aus einer ganzen Reihe von 1µF-Kondensatoren einen Kondensator herausgesucht, der 1,009µF hat, also möglichst nah am Sollwert liegt. Der angelegte Signalgenerator sollte niederohmig sein (z.B. 50 Ohm). Statt eines Oszilloskops kann auch ein Voltmeter und ein Frequenzmesser genommen werden. Mein Oszi zeigt aber bequem Frequenz und Amplitude direkt an.

Gemäß der Gleichung L = 1 / (39,5 * C2 * f2 )
kann nun aus C und f der Wert L in Henry berechnet werden.

Bei gegebenem Kondensator C2 mit dem Wert von 1µF lassen sich übrigens aus der umgestellten Tabelle folgende Sollwerte für die Frequenz in Abhängigkeit von L berechnen:

Frequenz [Hz] L [µH]
159111 1
50315 10
22501 50
15911 100
7339 470
5031 1 mH
1591 10 mH

Beispiele

Die folgenden Bilder zeigen den Amplitudenverlauf am Oszilloskop beim Durchstimmen in der Nähe der Resonanzfrequenz. Diese liegt -ermittelt bei der maximalen Amplitude- bei 15,38 Khz.

14,29Khz, Amplitude nur 140mV

 

15,38Khz, Amplitude ist an diesem Punkt maximal, bei 280mV. Dies ist also die Resonanzfrequenz des entstandenen RL-Kreises.

 

17,86Khz, Amplitude ist wieder gefallen auf 152mV

Aus dem abgelesenen Wert f=~15,4Khz lässt sich nun L berechnen:
L= 1 / (39,5 * 0,000001 * 154002 ) = 1,067 * 10-4 = 106µH. Aufgedruckt auf der Spule ist der Wert 100µH.

Weitere Beispiele:

  • Spule 2 (aufgedruckter Wert 15µH (Farbringe)):
    max. Amplitude bei 40Khz. L = … = 1,58*10-5 = 15,8µH.
  • Spule 3 (aufgedruckter Wert 5600µH (Zahl „562“ = 5600)):
    max. Amplitude bei 2,19Khz. L = … = 5,278 * 10-3 = 5278µH .
  • Spule 4 (aufgedruckter Wert  680 µH (Text  „681K“ = 680)):
    max. Amplitude bei 6,0Khz. L = … = 7,03*10-4 = 703µH.

Fazit: Alle Testmessung führten mit dieser einfachen Methode zu ziemlich guten Ergebnissen, so dass auch eine unbekannte Spule recht gut gemessen werden kann.

Verstärker einer Gitarre Yamaha APX7

Die APX7 ist ein ziemlich feines Modell aus den 70er Jahren. Sie hat einen magnetischen und zwei piezoelektroische Tonabnehmer, was ihr zu einem einzigartigen Klangbild verhilft</werbung> 🙂

Anlässlich einer (elektrischen) Gitarrenreparatur wurde der Verstärker ausgebaut.

Die 4 Bedienknöpfe des Verstärkers sind von Ringmuttern umgeben. In diesen Ringen sind zwei Einkerbungen vorhanden. Die Ringe können an den Einkerbungen mit einer geeigneten Spitzzange gedreht und so aufgeschraubt werden.

Der Verstärker kann dann vorsichtig entnommen werden, wobei auf Kabel die an die Tonabnehmer gehen geachtet werden muss.

Bei meiner Gitarre waren die beiden Piezo-Abnehmer schon vorher abgefallen (mangelnde Klebung) und das Batteriekabel abgerissen. Zwecks Reparatur wurde daher der Verstärker entfernt. Mit einer kleinen Kamera wurde ermittelt wo die Piezo-Abnehmer vorher befestigt waren. Dann wurden die Abnehmer mit Holzleim wieder festgeklebt. Das defekte Batteriekabel wurde durch ein neues ersetzt.

 

Der Verstärker, gerade der Gitarre entnommen

Der 9V-Batterieclip ist abgerissen und soll erneuert werden (roter+schwarzer Draht)

Einer der versenkbaren Regler

Regler in einem eigenen, zweiten Gehäuse. Dieser Regler erlaubt es, weich zwischen Piezo- und magnetischen Tonaufnehmern abzustimmen.

 

Das Innere des Verstärkers

 

 

 

 

 

„K30A“ auf den Transistoren bedeutet „2SK30A“. Der 2SK30 ist ein Low Noise FET speziell für Audio-Schaltungen. Dies hier sind Originale von Toshiba.

 

 

 

 

 

 

Innenansicht Sony ICF-7600 (KW-Empfänger aus den 1980ern)

Mit Minireparatur an Stromversorgungsbuchse


Rückwand entfernt

 

 

 

 

 

Gerät bekommen mit Diagnose: Geht mit Batterie, aber nicht über die 9V Buchse…

 


Dies ist einer der Lötpins der 9V-Buchse auf der Platine. Man sieht feine Haarrisse, die um die Lötstelle herumgehen. Diese sind durch häufiges Ein- und Ausstecken entstanden. Nach einer Neulötung mit besonders viel Lötzinn funktioniert auch die Buchse wieder!

 

 

Benzin-Kettensäge Garden Jolly 40

Italienisches Fabrikat von „Alpina Professional & Garden s.p.a.“. Vor rund zehn Jahren (also etwa 2004) im Baumarkt erstanden.

Motor mit 38ccm, 1.4 KW / 1.9 PS, Zweitakter Super Bleifrei 1:25.
Kettenöltank: 70cm, Benzintank 240ccm.
40 cm Schwert.
Kettentyp: 3/8“ mini, 16“-1.3mm-56E.
Zündkerze: RCJ7Y.
Gewicht 4,7KG ohne Benzin/Öl

Gerät Motor Benzin Kettenöl
Alpina Garden
Jolly 40
38ccm
1.9PS (1.4KW)
Super Bleifrei 1:25 SAE 30-40
MSE 330 33ccm
1.7PS (1.25KW)
Normal Bleifrei 1:25

Da ich im Internet keinerlei Informationen zu dieser Säge gefunden habe, hier mein bescheidener Input.

Kette:

Kettenaufdruck: „91“ = Kettentyp Hobby (geringere Nuttiefe)

Kettenteilung: 3/8 Zoll
Hobby Teilung, auch „91“ genannt“
Treibgliedstärke: 1,3mm
Treibgliedanzahl: 56

Geeignet ist z.B. Oregon 3/8“ 1.3 56TG91, die Artikelnummer dieser Kette ist: 91VXL056E .

Schwert

Schwert Typnummer: 16-370-1,3.
16 =16 Zoll =~ 40cm Schnittbreite
1,3 = 1,3 mm Nutbreite
370 = ???

 

 

 


Kerzenstecker

 


Luftfilter mit Choke

Bilder vom Innenleben, gemacht während der Wartung

Nach rund zehn Jahren gelegentlicher Nutzung dachte ich eine Wartung kann nicht schaden. In den zehn Jahren Nutzung keinerlei Probleme. Zwei Ketten wurden verbraucht.

Links Bezintank, oben Kettenöltank. Oben mittig Vergaser. Bildmitte  Motor mit großem Schwung- (und Kühl-) rad sowie Zündspule.

Das Gehäuse lässt sich nach Lösen von 8 Torx-Schrauben öffnen. Die Mechanik des Gashebels ist dann nicht mehr fixiert, die Teile können herausfallen. Die beiden Federn können davonspringen. Also vorsichtig und nicht im Freien öffnen. Um das gelöste Gehäuseteil ganz zu entfernen, das Kabel des Ein/Ausschalters abziehen.

Teil des gelösten Gehäusedeckels ist der Startmechanismus.

Obiges Innenleben entstand nach rund 8 Jahren gelegentlicher Nutzung. Die Säge ist gar nicht sooo schlimm verschmutzt.

Im folgenden der Gashebelmechanismus in Großaufnahme, um ihn später wieder korrekt zusammensetzen zu können.


Gashebel (links) und Entriegelung (rechts oben)

 


Gashebel mit Springfeder und Gaszug

 


Entriegelung mit Springfeder.( Die beiden Federn sind nicht identisch.)

 


Der Vergaser. Oben der Gaszug. Rechts oben der Kettenöltank.

 


Schwungrad und Zündspule. Rechts hinten der Zylinder.

Wie bei allen normalen Sägen dient das Schwungrad auch der Kühlung und der Stromerzeugung für die Zündung. Die beiden am Rad sichtbaren Haken verhaken sich beim Anlassen mit dem Zahnrad des Starters.

Im Schwungrad sind an der Außenseite zwei Magnete eingebaut, die an der Zündspule vorbeilaufen und dabei einen Stromimpuls induzieren. Dieser wird zur Erzeugung des Zündfunkens an der Zündkerze verwendet.

Die Zündkontakte sind typischerweise geschützt hinter dem Schwungrad zu finden. Wenn man da ran will, muss man das Schwungrad mittels eines Abziehers (große Kräfte erforderlich!) von der Motorachse abziehen.


Zündspule in groß.

 


Der Startmechanismus von Innen.

 


Gesamtansicht nach Säuberung des Inneren.

 

 


Auch der Gehäusedeckel ist wieder sauber.

 

 

Zusammensetzen der Säge:

Beim Aufsetzen des Deckels den Anlassmechanismus leicht bewegen, so dass das Anlasserzahnrad mit dem Schwungrad verrasten kann. Wenn dies geschieht, kann der Deckel kontrolliert weiter aufgedrückt werden.

Leider ist der Gashebel-Mechanismus während des Aufsetzens instabil. Ich habe länger probieren müssen, bis ich alle Teile des Gashebels an ihrem Platz halten konnte, während ich den Deckel aufdrückte. Nach dem ~10. Mal gings dann aber. Danach die Torx-Schrauben wieder festziehen, auch die beiden direkt beim Vergaser nicht vergessen.

Die Plastiktülle des Vergasers habe ich von außen nach dem Zusammenschrauben eingesetzt, auch das war hakelig wegen sehr wenig Platz am Vergaser, nach ein paar Minuten saß aber auch die Tülle wieder. Eventuell ist es besser diese vor den Zusammenschrauben schon einzusetzen und dann nach außen zu ziehen. Allerdings hat man dann drei Stellen zu koordinieren (Starterzahnrad, Gashebelmechanik und Vergasertülle) und mir erschienen zwei schon komplex genug…

Hochgrasmäher AS Motor AS21 AH7

Der AS21 AH7 von AS Motor ist ein Hochgrasmäher der deutschen Firma AS Motor aus den 80er Jahren.

Mäher erstanden 2015 auf einem Bauernhof in Auflösung.

Zweitakter 2.2KW (3PS) 75ccm bei ??00 U/min

Gemisch 1:35 (?)

Vergaser
BING 8/16.5/108

Zündkerze
Eingesetzt: Champion L86C. Original = ?
gemessener Elektrodenabstand: 0,65 (ungeputzt), korrekt ist wohl 0,5.

Einsatz Luftfilter: AG229 (LP852)

Motor Nr
171400991

 

 

 

 

 

 

 

 


Sieht aus wie Rost am Rad, es handelt sich aber um feine Grasrückstände, die abgerieben werden können…

 

 

 

 


Radantrieb

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Man kanns hier nicht erkennen, es ist eine Champion L86C.

Breakout Board für das Pollin-AVR-Board

Von Pollin (http://www.pollin.de) wird seit längerem das AVR Board angeboten. Es besitzt für den Anschluß eigener Bauelemente eine 40-polige Buchse („J4“).

Für diese Buchse habe ich ein Breakoutboard entworfen, welches die 32 Port-Leitungen sowie VCC und GND auf Lötstifte führt. Die Pins des Pollin-Boards können so leichter in Experimentierbaufbauten verwendet werden. Alle 40 Pole des Pollin-Boards sind auch auf dem Breakout-Board verfügbar. VCC und GND wurden auf jeweils drei Lötstifte geführt.
(Von Pollin ist ebenfalls ein Breakout Board erhältlich, dass allerdings auf eine 40-polige Stiftleiste geführt ist. Finde ich immer noch etwas fitzlig fürs Experimentieren).

Das Breakout-Board und das Pollin-Board werden über handelsübliche IDE-Flachkabel miteinander verbunden.

Das Breakout-Board kann mit einem 390 Ohm Widerstand+LED bestückt werden und zeigt so die Verfügbarkeit von VCC an. Die Buchse („Wannenstecker“, Bestellnummer „WSL 40G“) ist z.B. bei http://www.reichelt.de erhältlich.


Bestücktes Breakout-Board

 


Breakout-Board Lötseite

 


Verbindung der beiden Boards mittels IDE-Flachkabel

Eagle-Dateien (Schaltplan und Board-Datei): ZIP

SD-, SDHC- und MMC-Karten an AVR anschließen

SD-Karten (von der SD Association spezifiziert) und die älteren MMC-Karten sind billige Massenspeicher mit geringem Stromverbrauch. Neben einem eigenen Protokoll („native bus“) verstehen MMC- und SD-Karten auch eine Kommunikation mittels SPI. SPI spricht der AVR schon von Hause aus. Es ist daher nicht allzu schwer, eine solche Karte an den AVR anzuschließen.

Neben den SDSC-Karten (SC=Standard Capacity, normalerweise als SD-Karten bezeichnet) gibt es auch die elektrisch gleichen, aber software-technisch unterschiedlichen SDHC-Karten (HC=High Capacity) und seit 2009 SDXC-Karten. SDSC-Karten haben FAT12 oder FAT16-Filesystem. Mit FAT16 kann man bis 2GByte darstellen. Manche Hersteller bieten allerdings auch 4GB mit SD-Karten an. Mehr geht aber nur mit SDHC, die ein FAT32 Filesystem haben. SDHC ist bis 32GB spezifiziert, SDXC dann bis 2TB.

Neben den „normalen“ SD-Karten gibt es auch MicroSD-Karten, die deutlich kleiner sind. Abgesehen von den Abmessungen sind sie aber genauso zu nutzen wie die großen SD-Karten. Mit einem einfachen SD-Adapter können MicroSD-Karten genauso wie SD-Karten verwendet werden.

Für unterschiedliche Anwendungsbereiche gibt es unterschiedliche Geschwindigkeitsklassen, von „Class 2“ bis „Class 10“ (2011). Die Zahl steht für die Transferrate in MByte/s beim Schreiben.

Einige Speicherkarten, von oben links im Uhrzeigersinn: SDHC, SDHC, SD, MMS (8MB), alte SD (16MB). Die beiden SDHC-Karten sind mit dem Symbol für die Geschwindigkeitsklasse „Class 2“ versehen.


Eine MicroSD-Karte mit SD-Adapter

Hardware

Für das mechanische Anschließen der Karte kann man sich einen SD-Kartenslot fertig kaufen. Der Slot besitzt meist auch einen Pin, an dem man eine eingeschobene Karte erkennen kann. SD-Karten besitzen einen Schreibschutzschalter, den man abfragen kann. Wichtig sind die folgenden Pins:

SPI Funktion SD-Karte Pin-Nr. AVR Pin-Nr. (am Beispiel AT Mega 32) (Pin-Nr. Pollin-Board)
CS – Chip Select 1 SS – PB4 muss als Ausgabe-Pin konfiguriert werden, es kann aber ein beliebiger anderer Pin für das CS-Signal genutzt werden. Nur wenn SS aus Ausgabe-Pin konfiguriert ist, läuft der AVR als SPI-Master. z.B. 1 (=Port A, Pin0)
DI – Data In / CMD 2 MOSI – PB5 14
DO – Data Out / DATA 7 MISO – PB6 15
CLK – Clock 5 SCK – PB7 16
Ground 3 und 6 Beide Pins zusammenschalten! 39
Vcc 4 Vcc soll zwischen 2,7 und 3,6V liegen

Nach einem allgemein anerkannten Vorgehen wie bei Ulrich Radig beschrieben, kann die Vcc für die Karte aus 5V über den Spannungsabfall an zwei Dioden (je 0,7V) gewonnen werden. Die Pins CS, DI und CLK müssen über Spannungsteiler an den AVR angeschlossen werden, wenn dieser mit Spannungen >3,6V betrieben wird. Für 5V werden üblicherweise 1,8K Richtung AVR und 3,3K gegen Masse genommen. DO wird direkt auf den AVR-Eingang gelegt.


Pinbelegung, SD (oben) und MMC (unten)

Software

Das Thema SD-Kartenanschluss ist bereits vielfach von Null an angegangen worden. So gibt es fertige Bibliotheken und Anwendungen hierfür. Siehe hierzu ganz unten „Links“.
Ich habe mir mehrere Bibliotheken angesehen und dann mit der Bibliothek von Roland Riegel experimentiert, weil diese gut dokumentiert ist auch schon von vielen Nutzern erfolgreich eingesetzt wurde.

Kommunikationsbetrachtung

Obwohl das Thema also ausführlich beackert ist, habe ich trotzdem ziemlich viel herumprobieren müssen, bis meine Karten liefen. Die Anbindung verhält sich bei unterschiedlichen Karten leider nicht immer gleich. Ich habe mir daher mit dem Logikanalysator die Kommunikation des AVR mit einer funktionierenden Karte mal genau angesehen.

Eine 2G Transcend SD-Karte wurde an einen AT Mega32, der mit 8Mhz Quarz betrieben wird, angeschlossen. Die SPI-Taktfrequenz wurde auf 125Khz eingestellt. Ein Logikanalysator wurde auf 2 Mikrosekunden asynchroner Takt eingestellt. Ein Bit ist dann 8 Mikrosekunden und damit 4 Takte des Analysators lang.
Die Leitungen CS wurde auf Probe A0 („GRPA00“), DI auf Probe A1 („GRPA01“), DO auf Probe A2 („GRPA02“) gelegt. CLK wurde auf Probe A03 („GRPA03“) gelegt.

1. Der AVR möchte die Karte initialisieren.

Die Karte wird während der Initialisierung mit einer SPI-Taktfrequenz von 400Khz angesprochen. Nach der Initialisierung wird üblicherweise auf einen deutlich höheren Takt umgeschaltet. Man muss die 400Khz nicht sklavisch einhalten, ich habe 62,5Khz und 125Khz probiert, beides ging, ich vermute dass man die 400Khz nicht deutlich überschreiten darf. Nach Initialisierung kann man den SPI-Takt z.B. auf 2Mhz hoch schalten.

Der AVR wählt die Karte aus (CS auf 0) und sendet das Kommando „Go Idle State“/“CMD0“ an die Karte.

Auf dem folgenden Bild wurde der Trigger des Analysators auf „CS geht auf 0“ gesetzt. Der Triggermoment t=0 wird durch die gestrichelte rote Linie („CURSOR1“) dargestellt. Man sieht, dass unmittelbar nach dem Trigger Taktsignal vom AVR gesendet werden. Während aller 8 Taktzyklen hält der AVR seinen Ausgang MOSI („GRPA01“) auf 1. Im Ergebnis sendet der AVR ein 0xff. Dies ist korrekt, da vor dem Senden oder Lesen von der SD-Karte ein paar Taktzyklen zur Synchronisation von Master und Slave durch den Master gesendet werden. Im Code von Roland Riegel findet man dies in sd_raw.c, Funktion sd_raw_send_command_r1() wieder:

response = sd_raw_send_command_r1(CMD_GO_IDLE_STATE, 0);

Im Code wird die Synchronisation dadurch erreicht, dass sd_raw_rec_byte() ein 0xff sendet und ein „Dummy Byte“ von der Karte liest. Die Karte hat im Moment nichts sinnvolles zu senden und sendet acht 0-Bits, also 0x00.
Die gültigen Bit-Werte werden übrigens übernommen, wenn die Takt-Flanke von 0 auf 1 geht („rising edge“).

Als nächste Bitfolge wird 0100.0000, also 0x40 an die Karte gesendet. Die durchgezogene Rote Linie („CURSOR2“) steht genau auf dem 8. Bit dieses Bytes.Dies entspricht dem zu sendenden CMD0 (=0x00), geodert mit 0x40. Danach sendet der AVR viermal 0x00. Nur eines dieser vier Bytes ist komplett auf dem Bild zu sehen.

Auf dem folgenden Bild bin ich auf der Zeitachse nach rechts gegangen, man kann nun die letzten zwei 0x00-Bytes ganz sehen. Die 4 Bytes sind übrigens ein 32 Bit Argument zum Kommando CMD0, wobei das Argument den Wert 0 hat.

Nach den vier Argument-Bytes wird ein CRC-Byte gesendet. Dieses hat für die gesendete Bytefolge 0x40,0x00,0x00,0x00,0x00 den Wert 0x95. Tatsächlich lässt sich dieser Wert auch als Bitfolge 1001.0101 aus dem Bild ablesen (dritte komplette 8Bit-Folge im Bild, am Takt leicht erkennbar).

Als Antwort sendet die Karte nun ein 0xff. Der Cursor steht genau auf dem ersten Bit dieses Bytes. Solange die Karte noch keine Antwort komplett hat, sendet sie 0xff als Fülsel. Danach kommt die „echte“ Antwort, eine 0x01. Im Code von Roland Riegel findet man hierzu:

if(!(response & (1 << R1_IDLE_STATE)))
break;

D.h. das Kommando CMD0 wurde von der Karte akzeptiert, wenn sie ein 0x01, wie in unserem Falle, zurücksendet. Nach Verarbeiten von CMD0 ist die Karte nicht mehr im „native“ Mode und benötigt am Ende der Kommandos nun keine CRC-Bytes mehr.

CMD0 mit SPI

2. Der AVR wartet darauf, dass Karte sich initialisiert hat.

Die Karte benötigt eine gewisse Zeit für ihre Initialisierung. Wenn sie fertig ist, antwortet sie auf das Kommando „Send Op Cond“ / CMD1 als Antwort 0x00.

Im folgenden Bild wurde CMD1 gesendet, sowie die folgenden vier Argument-Bytes mit 0x00. Das CRC-Byte entfällt nun. Auch hier kann man erkennen, dass die Karte zunächst ein 0xff-Byte schickt. Danach schickt sie bis die Initialisierung fertig ist, 0x01. Das Ende der Initialisierung, d.h. die abzuwartende Antwort auf CMD1 ist 0x00.

SPI CMD1 command

Im folgenden Bild habe ich das Eintreffen der Antwort 0x00, auf CMD1, abgewartet. Da es etwa 60ms dauerte, bis die Karte die korrekte Antwort schickt, habe ich den Trigger hier anders definiert, somit stimmt die angegebene Zeit (Cursor Delta) von 0,1ms hier nicht mehr. Der Cursor steht direkt auf dem letzten Takt des Bytes 0x00.

SPI CMD1 end of init

3. Die SD-Karte ist fertig initialisiert. Man kann nun Lese- und Schreibkommandos zur Karte schicken.

Hier das Ergebnis des Lesens einer SD-Karte mit FAT16, Sektor 0 (Boot-Sektor):

0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
10 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
20 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
30 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
40 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
50 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
60 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
70 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
80 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
90 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
A0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
B0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
C0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
D0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
E0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
F0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
100 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
110 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
120 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
130 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
140 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
150 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
160 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
170 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
180 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
190 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
1A0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
1B0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 04 ................ 
1C0 - 04 00 06 1c dc cc ff 00 00 00 01 d3 3b 00 00 00 ....���....�;... 
1D0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
1E0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 
1F0 - 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 aa ..............U�

Ich kann mit meiner Hardware und Software nicht jede Karte erkennen. Hier eine Aufstellung, was zur Zeit funktioniert:

Typ Hersteller Name Größe Filesystem Lesbar mit simpler Hardware und Roland Riegels FAT16-Bibliothek Speed Faktor Kommentar
MMC Palm PalmPak Card 8M FAT12 Hardwaremäßig erkannt, wegen FAT12 nicht lesbar Karte ist als „Rest“ eines Palms übrig geblieben.
SDSC Palm Palm Backup Card 16M FAT16 Nein, CMD0 wird falsch beantwortet Karte ist als „Rest“ eines Palms übrig geblieben.
SDSC PNY Technologies/
Toshiba
SD-M01G 1G FAT16 Nein, CMD0 wird falsch beantwortet
SDSC Transcend 6451AG 2G 02DS 2G FAT16 Ja
SDHC SanDisk TS4GSDHC6 4G FAT32 Nein, CMD0 wird falsch beantwortet Class 2
SDHC extrememory SDHC4GB 4G FAT32 Nein, CMD0 wird falsch beantwortet Class 2
SDHC Transcend TS4GSDHC6 4G FAT32 Ja Ultraspeed Class 6, MLC
SDHC Transcend TS16GSDHC6-S5W
(TS-RDS5W)
16G FAT32 Ja Ultraspeed Class 6

 

Die fehlerhafte Bearbeitung von CMD0 durch die Karte ist am Beispiel der extrememory-Karte hier zu sehen. Ich habe den Verdacht, dass die Karte zwar die erwartete Antwort schickt, aber vorher 1 Bit verschluckt wird, so dass das Alignment der Bits im Byte falsch ist und so die erwartete Antwort auf CMD0 (0x01) nicht gelesen wird, statt dessen wird 0x03 gelesen. Warum das so sein könnte ist mir aber völlig unklar. An alle Leser: Falls mir da jemand helfen kann, wäre ich glücklich(er)!

FAT32 Bibliothek

Da ich mehr als 2GB Daten verwalten muss (in einem MP3-Player), bin ich später auf SDHC-Karten übergegangen. Die Bibliothek von Roland Riegel unterstützt leider nur FAT16. Ich bin nach Analyse der verfügbaren Bibliotheken auf die FatFs von Elm Chan gegangen. Unterhalb des Filesystem-Layers verwende ich eine Mischung aus der sd_mmc-Schicht von Roland Riegel und der mmc-Schicht von Elm Chan, da Roland Riegels Bibliothek in der von mir genutzten Version keine HDSC unterstützte. Nachteil: Die Bibliothek von Elm Chan unterstützt leider keine langen Dateinamen.

Geschwindigkeit von SD-Karten

Der über die Speed Rate/Class gegebene Wert ist ein Minimalwert, d.h. die Karte kann in vielen Situationen schneller sein. Erst seit der Existenz des Standards SDHC gibt es diese Geschwindigkeitsklassen.

Der AVR schreibt nicht sonderlich schnell auf die Karte, so dass normalerweise  die Geschwindigkeit der Karte „nicht so wichtig“ ist. Trotzdem hier auch ein paar wahllose Messungen, die ich durchgeführt habe.
Unter Linux kann man -wenn der momentane Inhalt der Karte egal ist- mittels

Schreiben:
dd count=1k bs=1M if=/dev/zero of=/media/my-sd-card/test.img

Lesen:
dd count=500 bs=1M  if=/media/my-sd-card/test.img of=/dev/zero

die reale Schreibgeschwindigkeit prüfen. („my-sd-card“ steht dabei für den tatsächlichen Namen der gemounteten Partition der SD Karte. Auf der Karte muss dabei 1GB (1k*1M) frei sein. Vor dem Lesetest muss der Schreibtest ausgeführt werden und die Karte kurz vom Rechner unmounted/entfernt werden).

Karte Speed Rate ClassAufdruck Lesen [MB/s] Schreiben [MB/s]
SDHC extrememory  Allround, 4GB 2 20,1 11,2
SDHC
SanDisk, 4GB
2 10,8 6,1
SD
PNY, 1GB
(ohne) 8,5 2,7
SD
Noname? „SD Platinum „, 1GB
(ohne) 14,9 5,1

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