Die Temperatur eines mit ÖL gefüllten Getriebegehäuses lässt schon eine Menge Schlüsse auf den Zustand des Innenlebens zu. Dabei lässt sich nicht nur eine Überhitzung diagnostizieren, auch Verhaltensmuster bzw. Abweichungen davon können auf einen ungenügenden Füllstand, beginnenden Lagerschaden oder Überlastung hinweisen. Ich gehe jedenfalls davon aus, dass diese Information in Sachen Getriebesicherheit einen gewissen Wert hat. Dabei ist das Messen der tatsächlichen Temperatur nicht wirklich notwendig. Die in vielen Autos angezeigte Motoröl-Temperatur gibt schließlich auch nicht die maximale Temperatur am Kolbenboden oder in einer der Lagerschalen aus. Die gemessene Größe liefert vielmehr einen qualitativen und repräsentativen Wert, der Rückschlüsse ermöglicht. In einer ähnlichen Form sollte auch die Erfassung der jeweiligen Getriebeöl-Temperaturen erfolgen. So stufe ich beispielsweise die Information "Mein rechtes Vorgelege ist wärmer als das linke" erheblich höher ein als "Da ich außen am Getriebe die Temperatur erfasse, messe ich stets zu kleine Werte". Unter dem Strich geht es mir nicht darum die absolute Temperatur eines Getriebes im Betrieb möglichst genau zu erfassen. Vielmehr geht es um ein begrenzt genaues Mehrkanal-Thermometer, welches Fühler an den jeweiligen Getrieben hat. Da ich seit mehr als zehn Jahren bei VDO in der Hardware-Entwicklung arbeite und mich vornehmlich mit Fahrzeug-Instrumentierung, durch Embedded-Systeme beschäftige, besteht zu dem Projekt ein gewisser Bezug. So sollte die notwendige Elektronik sämtlichen "Automotive" Spezifikationen genügen und in der entsprechenden Umgebung funktionieren. Dabei denke ich an Temperatur, Impulsfestigkeit, Netzstörung, Kurzschlussfestigkeit, Vibrationsresistenz, Unempfindlichkeit gegenüber Fehlspannung, Lebensdauer, elektrostatische Entladung und elektromagnetische Verträglichkeit, um nur die wichtigsten zu nennen. Die reproduzierbare Abweichung sollte im Bereich von max. 1°C liegen. Die absolute Genauigkeit bewerte ich mit max. 5°C. Das bedeutet, wenn das Gerät gestern unter bestimmten Bedingungen eine Temperatur angezeigt hat, dann sollte unter den gleichen Bedingungen die Abweichung der heute angezeigten Temperatur maximal 1°C betragen. Ob nun die gemessene Getriebetemperatur letztendlich 55°C oder 58° beträgt ist eher unwichtig. Daher die zulässige Toleranz von 5°C. Ich besitze Entwicklungsumgebungen für diverse Microcontroller (M68HC11, Atmel-AVR) und strebe dennoch eine Softwarefreie Lösung an. Dabei denke ich an die Ausfallwahrscheinlichkeit, die Robustheit und die Störanfälligkeit. Zudem sind Automotive-taugliche Controller dünn gesät und erfordern eine relative aufwändige Schutzbeschaltung. Unter dem Strich geht es hier um einen informationstechnisch einfachen Vorgang, der nicht unbedingt die Verwendung eines Controllers rechtfertigt. Erst dachte ich das wird eine kleine Bastelei, die ich so zwischen Weihnachten und Neujahr schieben kann. Aber mein Optimismus verrauchte schnell, denn wenn man das Ganze gescheit macht, kommt doch einiges an Freizeiteinsatz zusammen. Das erste Ziel war der Aufbau der Schaltung auf einem Experimentier-Leiterplatte um die generelle Funktion auszuprobieren. Das fertige Multi-Messgerät soll flach werden, damit es auf der Heizungsklappe der Konsole im Ullimog Platz findet. Nach langem Überlegen und probieren, war dies der beste Platz. Alles andere ist schon belegt, zugebaut, nicht zugänglich oder sonst irgendwie ungeeignet. Außerdem wollte ich nicht, wie schon vielfach gesehen, das gute  80er-Jahre Cockpit  mit einem hochmodernen Farbdisplay-Gadget auf irgend einem in alle Richtungen einstellbaren Sockel verschandeln. Ich stehe mehr auf schlanke und einfache Lösungen. Ich baute einen Prototypen, um den Betrieb im Fahrzeug zu erproben. So wirklich schön ist er aber nicht geworden. Schwarz lackiert und mit weißem Edding bemalt ist das nicht gerade der Hit, erfüllt aber seinen Zweck.  Deshalb ist noch ein hochwertige, gefräste und eloxierte Aluminiumplatte geplant. Das Konzept funktionierte prima und die Genauigkeit war erstaunlich. Der Wasser-Kochtest ergab exakt 100°C bei 1015mBar. Der Eiswassertest zeigte 0,3°C. Der Sensor funktionierte folglich einwandfrei und die Bedenken, die ich wegen der Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse hatte, bestätigten sich nicht. Die Pampe ist nämlich schweineteuer und recht aufwendig in der Verarbeitung. Aber Pu, Polyester und Co, kommen leider nicht in Frage. Die Quatsche muss mechanisch belastbar, chemisch resistent und thermisch beständig sein. Dabei darf das Gemumpe während der Aushärtung nicht schrumpfen und muss elastisch bleiben. Natürlich scheiden auch PVC-isolierte Kabel aus, um die Fühler mit dem Aufnehmer zu verbinden. In der Automobilindustrie wird dieser Elektroschrott zwar wegen der günstigen Kosten verbaut, taugt aber eigentlich nichts. Wer mal einen anständigen und PTFE-isolierten Flugzeug-Kabelbaum gesehen hat, der weis wovon ich spreche. Da bricht nichts, da ist nicht durchgescheuert, eingerissen, verbrannt oder spröde. Aber das ist der Vorteil des Selbstbastlers. Man kann ein Projekt rein technisch umsetzen und wirklich das am Besten geeignete Material nehmen, ohne auf die kommerziellen Repressalien einzugehen. Auf dem Markt geht das nur sehr eingeschränkt, den Budget hat schließlich heute niemand mehr. Profit frisst immer Qualität und das gilt für alle Branchen, mehr oder weniger.
Nach meiner Einschätzung sind ohnehin die Temperaturaufnehmer der Hauptknackpunkt. Von meinem Arbeitgeber gibt es ein reichhaltiges Sortiment an einpoligen NTC-Temperaturgebern, die mit Fahrzeugflachsteckern kontaktiert werden. Das mag für eine grobe Messung an wenigen Stellen im Motorraum klar gehen, ist aber für eine verlässliche und beständige Erfassung, gerade im Bereich der Achsen ungeeignet. Die NTCs (Heißleiter) haben leider eine recht hohe Streuung und Toleranz und verwenden häufig die Fahrzeugmasse als Referenz. Und gequetschte Fahrzeugflachstecker sind allenfalls dafür geeignet um Radios und Handyladegeräte im trockenen Innenraum anzuschließen und selbst da ist die Funktion mehr Zufall. Die Massefreien und damit weitaus präziseren Derivate gibt es auch ohne Flachstecker, diese erfordern jedoch eine Steckertechnik die mir etwas zu groß baut. Schließlich will ich mir nicht den Kabelsalat herunter reißen, wenn der Unimog im Schlamm versinkt. Eine weitere Möglichkeit sind Thermoelemente, die Kontaktspannungen von speziellen Materialpaarungen ausnützen. An sich eine elegante Methode, die allerdings höchste Ansprüche an die elektrische Verarbeitung des Signals stellt und daher ausscheidet. Dazu müsste man die Thermoelemente kapseln und die Anbindung schützen. Dazu wäre es ohnehin notwendig eine beständige Verkabelung umzusetzen, die mechanisch, thermisch und chemisch den Anforderungen im Achsbereich eines Unimog gerecht wird. Folglich stellen Thermoelemente trotz der simplen Sensortechnik keine Lösung dar. Nach meiner Auffassung bietet nur ein Massefrei angeschlossener PTC (Kaltleiter) mit einem entsprechenden Kabelbaum (kein PVC, verzinnte Litze, Schirmung) ausreichend Verlässlichkeit und gerade darum geht es.
Aber wo bringt man den Sensor nun an? Die Ablassschrauben der Getriebe sind an sich schon ganz gut geeignet. Ich möchte aber nicht ein Sackloch in das Teil bohren um dann den Geber damit zu vergießen. Das führt zu verdrehten Kabeln oder es erfordert einen Stecker, welchen ich doch möglichst umgehen wollte. Neben der geforderten Robustheit, bedarf es einer Installation die ohne das lösen einer Stopfenschraube auskommt.

Die Sensoren für die Temperaturerfassung. Die großen Stopfenschrauben sind für die Vorgelege, die kleinen für die Differenziale. Der größte Sensor kommt an das Hauptgetriebe. Durch die Ausführung entsteht kein Bedarf einer dichten Steckverbindung.

So bleibt der Sensor gut montierbar und ist sehr robust.

Leider ist mir beim Layout ebenfalls ein kleiner Fehler unterlaufen. Dieser war zwar einfach zu flicken, angesichts der Arbeit, die ich in dem Moped schon versenkt habe, strebe ich aber noch eine völlig fehlerfreie Leiterplatte ohne Kabelbrücken an. Sobald ich herausgefunden habe, das Ding funktioniert gut im Auto und eine weitere Änderung ist nicht nötig,  gibt es Version 01.02. Ansonsten ist das Board ganz gut geworden. Ein richtig schönes Stück christliche Automobilelektronik. Mit Automotive tauglichen ICs und richtigem FR4 Trägerplattenmaterial. Da können die popeligen, Zigaretten-Anzünder Handy-Ladegeräte, die es überall im Autozubehör gibt, nicht mithalten.

So setzte ich den Einbau der Sensoren an den Vorgelegen der Hinterachse um. Der Abgriff erfolgt hinter dem Getriebegehäuse und ist daher hervorragend geschützt. Ich traue dem Teil sogar mehr zu als der Leitung für die Bremsverschleißanzeige.

Auf dem Bild sieht das Hinterachs-Differenzial richtig peinlich vergammelt aus. Der Sensor wirkt wie ein Eindringling aus einer anderen Zeit. Aber das innere des Getriebes ist gesund und jung geblieben. Damit das auch in Zukunft so bleibt, betreibe ich schließlich den ganzen Aufwand. Ich möchte nämlich im Fahrerhaus und während der Fahrt wissen ob es meinen Zahnrädern gut geht und ob alles schön im Öl läuft.

Der Sensor am Hauptgetriebe kommt an die unterste Schraube des Deckels.

Endlich ist das erste Panel fertig geworden. So sieht das Teil schon besser aus. Die gefräste und mit Farbe hinterlegte Beschriftung erinnert mich immer an Flugzeuginstrumente. Und wenn das Teil nach einigen Jahren erst einmal richtig angeranzt ist, dann werde ich mich noch einmal über den ganzen Aufwand freuen. Das mag ich auch an Militär Edelschrott. Das Zeug ist alt und gebraucht, aber weil es ordentlich gebaut wurde, kann man es auch mit  Gebrauchspuren noch anschauen. Konsummüll geht kaputt und vernünftig gemachter Krempel bekommt Patina. Nur der Stecker gefällt mir noch nicht. Da muss ich mir etwas ausdenken.

Der nächste Schritt der Entwicklung ist getan. Das Gerät hat jetzt einen vernünftigen Stecker, der gut hinter der Instrumententafel des Unimog Platz findet und durch seine Kunststoffoberfläche keine Kurzschlüsse auslösen kann. Mit den Schrauben des Buchsenstückes ist er sogar gesichert. Der Gehäuseprototyp passt soweit und auch das neue Leiterplattenlayout arbeitet fehlerfrei. Allerdings gibt es wieder ein paar Unstimmigkeiten, die ein neues Panel und auch eine weitere Leiterplatte erfordern. Die Impulsfestigkeit gegen so genannte "Schaffnerpulse" ist noch nicht ganz ausreichend. Folglich wird es sicher eine Board-Version 01.03 geben, wenngleich auch 01.02 im Fahrzeug fehlerfrei und äußerst genau arbeitet. Die Sache mit dem "Prellen" ist ebenfalls abgestellt. Das Panel wurde in der abgebildeten Ausführung gelasert. Das Ergebnis entspricht nicht meinen Erwartungen. Der Kontrast ist bei weitem schlechter, als bei der gefrästen Variante, weiter oben. Dazu wirkt die gefräste Frontplatte einfach plastischer und hochwertiger. Da die Radien des Zierrandes auch noch nicht wirklich passen und der Schraubenabstand nicht ganz ideal ist, wird eben weiter verbessert.

Hier ein Bild der Version 1.02, die derzeit im Unimog getestet wird. Die abgeschrägten Ecken sind nötig, um Platz für die Verschraubung zu schaffen. Ich experimentiere auch noch mit der Eingangsschutzschaltung herum. Daher bekam der Tantal-Elko des Schaltnetzteiles noch einen Keramik-Kondensator parallel um eine niederohmige Glättung zu erreichen. Das geht nur zu Lasten der Regelstabilität, ist in diesem Fall aber sinnvoll.

Im Vergleich die gefräste Frontplatte mit den passenden Radien des Zierrandes. Jetzt sieht das Gerät stimmig aus und die Anmutung ist ordentlich.

Im Fahrerhaus wird es dann so aussehen. Die Bedienung ist gut und auch die Ablesbarkeit lässt keine Wünsche offen. Die Außenmaße sind auf die Lüftungsklappe abgestimmt. Somit fügt sich das Gehäuse in die Optik der 80er Jahre ein. Die Lüftung bleibt natürlich voll beweglich und durch die Befestigung mit doppelseitigem Klebeband sind noch nicht einmal Löcher oder sonstige zerstörerische Veränderungen notwendig. Als letztes Mako bleibt die fehlende Hintergrundbeleuchtung des Displays. Ich überlege noch eine entsprechende Veränderung. Wirklich notwendig ist es allerdings nicht, da die Warnfunktion uneingeschränkt erhalten bleibt und im Notfall auch die Kabinenbeleuchtung die Aufgabe erledigt.

Inzwischen existiert das Layout 01.03. Mehrere kleine Fehler sind abgestellt und auch die Festigkeit gegen die Automotive-Prüfimpulse liegt jetzt vor. Die Leitungsführung und das Massekonzept wurden merklich verbessert. Im Laufe der Erprobung hat sich nun ein positiver Nebeneffekt der Überwachung der Vorgelegetemperatur herausgestellt. Auf einer längeren Autobahnfahrt notierte ich eine geringe Erhöhung der Vorgelegetemperatur vorne rechts. Es war einfach rund 10°C wärmer, als das linke vordere Vorgelege. Mit 29°C braucht man sich eigentlich keine Sorgen zu machen. Auffällig war aber auch, dass die Temperatur sich nach einiger Zeit bis auf wenige Grad den 18°C des linken Vorgeleges wieder näherte, jedenfalls bis zum nächsten Bremsvorgang. Auf einem Parkplatz fühlte ich die Bremsscheibe und verbrannte mir die Finger, während das Getriebe selber nur wenig wärmer erschien. Zuhause bestätigte sich der Verdacht auf einen festsitzenden Bremskolben. Der Temperatureintrag über die Bremsscheibe ist demnach deutlich messbar. So konnte das Problem früh und bevor größerer Schaden entstand, erkannt werden. Vermutlich hätte ich ohne Getriebewächter diesen Fehler gar nicht oder erst viel später bemerkt. Auch wenn alles voller Bremsenabrieb war, hatte der Belag noch wenig gelitten. Eine Schädigung durch zu hohe Temperatur ist auch noch nicht aufgetreten. Folglich könnte man das Ding guten Gewissens auch als Getriebe-Bremsenwächter bezeichnen. Gerade bei älteren Fahrzeugen, wie dem Unimog, kann so etwas schon mal vorkommen. Die Reparatur war hier noch sehr einfach. Der Bremskolben wurde gereinigt und mit einem neuen Dichtungssatz wieder eingebaut.