DIY E-Antrieb 3 kW

3 kW E-Antrieb für ein 25er Segelboot Make 25 (alle Bilder von www.linguini.eu)

PePeSail aus dem Segeln-Forum hat uns angesprochen und auf sein DIY-Projekt zum Einbau eines E-Antriebes in ein 25 Fuß Segelboot hingewiesen, ob wir es hier veröffentlichen wollen. In dem Projekt wurde ein Einbaudiesel gegen einen 3 kW Elektroantrieb getauscht. Der Umbau erfolgte in Eigenregie. Dazu musste der E-Motor über ein Getriebe an eine neue Kardan-Wellenanlage gekoppelt werden. Zur Aufnahme der Wellenlager mussten auch einige Laminierarbeiten im Bootsrumpf durchgeführt werden. Das ganze Projekt ist hier ausführlich beschrieben:

https://www.linguini.eu/category/projekt-e-antrieb/

Im Segler-Forum hat das Projekt angefangen. Dort sind auch viele grundsätzliche Überlegungen und Fragestellungen zum E-Antrieb auf Booten besprochen worden:

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/p1674171-diesel-raus-e-motor-rein/#post1674171

Hier noch ein Video zum laufenden E-Antrieb.

Technischen Randdaten zum Projekt:

  • 3 kW bürstenloser E-Motor 48V mit elektronischer Ansteuerung
  • Zahnriemengetriebe
  • 4x 12V 60AH LiFePo4 Akkus
  • 2x 18A Laderegler
  • Kardanwelle mit Durchgangslager

 

Getriebe

Wellenanlage und Wellendurchlass

Batteriebox 4x 12V 60Ah LiFePo4 Akkus mit Balancer

DIY Wasseraufbereitung

Quelle: www.linguine.eu

Hervorgerufen durch die Corona-Kriese konnten viele Segler keine Sanitäranlagen nutzen und auf sauberes Wasser zum Duschen oder Geschirrspülen zugreifen. Es entstand in einer Diskussion im Segeln-Forum von PePeSail eine Lösung zur Wasseraufbereitung von Oberflächen-Süßwasser wie man es im Binnenbereich in Seen oder Flüssen vorfindet. Auf der Homepage www.linguini.eu hat er das System näher vorgestellt. Ziel sollte es sein mit einfachen Mitteln das Oberflächen-Süßwasser so aufzubereiten, dass man es für einfache Anwendungen benutzen kann. Um es gleich vorweg zu nehmen, Trinkwasser kann damit nicht gewonnen werden, da biologische Rückstände nicht in ausreichendem Maße entfernt werden können. Das einstufige Aktivkohle-Filtersystem saugt mit einer Elektropumpe Seewasser an und drückt es durch einen Aktivkohlefilter. Das Filtersystem besteht nur aus wenigen Teilen und kann recht einfach im Innenbereich des Bootes untergebracht werden. Folgende Eigenschaften besitzt das System:

  • Aktivkohle-Filter 0,3µm zur Entfernung von
    • Chlor
    • Kalk
    • Pestiziden
    • Insektiziden
    • Öl, Benzin, Lösungsmittel
    • Geschmacksbeeinträchtigungen
    • Geruchsbeeinträchtigungen
  • Elektrische Tauchpumpe mit Filterleistung von 4 l/min
  • Einfaches Schlauchsystem
  • Der Aktivkohle-Filter schützt nicht gegen Legionellen
  • Es entsteht kein Trinkwasser

Den Filter könnte man auch gut zur Nachreinigung des gebunkerten Trinkwassers verwenden, da oft die Trinkwasserqualität an Stegen nicht all zu gut ist.

LoRa-Bootsmonitor

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/board195-open-boat-projects-org/p2124488-lora-monitoring-und-alarmserver/#post2124488

Der LoRa-Bootsmonitor dient zur Überwachung des Bootes bei Abwesenheit. Es werden verschiedene Messwerte kontinuierlich in Zeitabständen von 5 min aufgezeichnet und über die LoRa-Funktechnik (Long Range) in das LoRaWAN weitergeleitet. Die Daten werden vom TTN-Server (The Thinks Network) in Amsterdam empfangen und zwischengespeichert sowie dann an Ubidots als Web-Frontend weitergeleitet. In Ubidots werden die Messdaten angezeigt und es können verschiedene Benachrichtigungen per Mail bei Grenzwertüberschreitungen von Messwerten versandt werden. Weltweit gibt es eine große Anzahl von LoRa-Gateways die die versendeten Messdaten empfangen können und an den TTN-Server weiterleiten. Die Funktechnik benutzt den lizenzfreien Frequenzbereich um 868 MHz und verwendet eine spezielle Sendetechnik (Chirp), um große Reichweiten von bis zu 4 km zu erzielen. Sollte kein LoRa-Gateway in Reichweite sein, so kann ein weiterer LoRa-Bootsmonitor als LoRa-Gateway verwendet werden. Es wird dann lediglich eine andere Firmware verwendet. Alternativ können auch die Messwerte über WLAN nach Ubidots direkt versendet werden, sofern ein WLAN in Reichweite ist.

Bild: LoRa-Datenübertragung Semtech GmbH

Bild: Blockschaltbild LoRa Bootsmonitor

Der LoRa-Bootsmonitor hat folgende Funktionen:

  • 12V Versorgungsspannung
  •  1,2W Stromverbrauch
  • LoRa Sender und Empfänger mit OLED Display
  • 868 MHz, SF7…SF12, 100 mW Sendeleistung
  • Einspeisung der Daten ins The Thinks Network (TTN)
  • WLAN (2.4 GHz) zur alternativen Datenübertragung
  • GPS Sensor für Geo-Ortskoordinaten
  • BME280 zur Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck
  • 1x Batteriespannungsmessung (Servicebatterie)
  • 1x potentialfreier Alarmkontakt z.B. für Bilgen- und Tür-Überwachung
  • 2x Tanksensor (0…180 Ohm)
  • 1x Reais-Ausgang zum potentialfreien schalten von Lasten bis 3A (12V oder 230V)
  • 2x 1Wire-Anschluss für Temperatursensoren DS18B20 für die Batterieüberwachung und Kühlschrank
  • Monitoring und Alarmierung über Ubidots-Webfrontend
  • Alarmierung per E-Mail bei Grenzwertüberschreitung
  • Automatische Datenspeicherung für die letzten 31 Tage
  • Verwendung von günstigen Embedded Modulen
  • Keine SMD Bauelemente auf der Platine
  • Platine hier bestellbar: https://aisler.net/p/TUFQWBEF

LoRa 32 Heltec Funk-Modul als Basis

LoRa Gateway

Ubidots Webfrontend mit Messwerten und Geodaten

Leiterplatte zum Bootsmonitor

Bestückte Paltinen (links LoRa-Bootsmonitor, rechtes LoRa-Gateway)

LoRa-Bootsmonitor

Lora-Gateway

 

AVnav chart plotter

OpenSource chartplotter www.wellenvogel.net
  • completely web based navigation software for boats
  • raster chart display (tile based) like Google Maps
  • runs as server on a raspi
  • also available as standalone android app
  • features
    • use small devices like tablets or cell phones for navigation
    • optimized for devices starting at 7"
    • perfectly usable on 10" devices see here
    • attach your sensors via USB, serial, bluetooth, TCP - also possible on android (GPS, wind, speed, depth,AIS)
    • using NMEA0183
    • integrated NMEA multiplexer and WLAN gateway
    • usable for NMEA2000 with canboat
    • track logging
    • route planning
    • using raster charts (BSB,NV, downloaded charts from mobile atlas creator)
    • simple installation
    • small, low power consumption
    • display adaptable(sizes via settings, free configuration what to display where)
    • can be extended and adapted (server plugins, css adaption, java script for own displays)

Links

Different Set Ups

  1. "classic" set up - raspberry installed on your boat, one ore more tablets for display and interaction. On the tablets there is only a browser required - so you can use android, windows, IOS. You could additionally use other devices like laptops or smart phones for display.
    The raspberry will set up a WLAN where the devices can attach.
    You can attach multiple devices - you can have different displays on each of them - like the chart on one device and a dashboard on another one.
    The charts have to be available in a raster format (gemf) - a converter is available.
    I mainly used:

    • one tablet down below at the chart table
    • one tablet below the dodger

      AvNav klassisches Setup
      minimal "classic" set up- raspi, gps mouse, USB-RS232 gateway, power supply and 2 tablets
  2. AvNav as NMEA multiplexer and WLAN gateway
    In this sert up AvNav receives data from NMEA-0183 (and a seriel-USB adapter),bluetooth, NMEA2000 or from IP and provides them at different outputs. You can mix this set up with the "classic" one - the NMEA multiplexer is always available.
    Available data outputs:

    1. NMEA-0183 (via USB-serial adapter)
    2. IP (TCP and UDP) - local or via WLAN
  3. Android "stand alone"
    AvNav is available as a normal app on the android device. You can receive data from the internal GPS but you can also receive them via bluetooth, IP or USB device. The display functions are identical to the normal app.

    AvNav Android Standalone
    AvNav app on android
  4. Android „master slave“
    The app will only be installed on one device (maybe an android car radio - see DIY-Plotter Android-Radio)and can be used on this devices as well as on other devices in the same lokal network (WLAN). On the other devices you only need a broweser - so you are free again to choose your system on them.
    In the picture - an old Ipad3 as second display.

    AvNav Android Master Slave
    Android master slave: the lower tablet is working as the master, the upper one as a second display.
  5. Windows (or Linux) Desktop
    There is a ready to go installer for windows, for Linux we have packages available. This way you can install AvNav on your desktop computer (or your laptop). The primary focus for this installation is converting of charts (like BSB charts) but you can use the complete functionality of AvNav. Again you can connect other devices that have a browser installed and use them as a display.

    AvNav Windows
    AvNav on windows

 

DIY Pinnenpilot

  • Neustart 08/2018
  • weitere Projekte
  • Standby seit 09/2019
  • aktuell keine weiteren Aktivitäten, da Probleme der Sensorkalibrierung nicht befriedigend gelöst sind
  • aktueller Ansatz Aufteilung:
    • AHRS 9-Achs-Digitalsesor (Kompass, Gyro, Beschleunigungssensor)
    • Controllereinheit ESP32 (ggf Kombination aus Fuzzyregelung / klassischen Regelalgorithmen)
    • Aktuator Industrie-Lineareinheit
  • Stand: Tests am Lagesensor AHRS (Altitude and Heading Reference Sensor)
  • Projekte befinden sich noch größtenteils in Konzeptfindungsphase
  • Derzeit gibt es drei Projekte, die das Thema bearbeiten:

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/69164-pinnenpilot-diy/

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/68916-pypilot/

Konzept 1 mit Raspi als Controller und externen Sensornetzwerk

Konzept 2 mit ESP32 als Controller

Konzept 3 autarker kompakter Pinnenpilot

Prototyp AHRS GY953 mit ESP8266

Daten des Prototypen AHRS in OpenPlotter

 

Funktionsprinzip der Fusion mit Komplementärfiltern

Ruderlagengeber aus 3D gedruckten Teilen von Malte

Prototyp mit GPS-Sensor von Malte

Linearaktuator zerlegt

 

 

DIY Bordcontroller

Der Bordcontroller überwacht und steuert das Energiesystem einer Yacht

Ziele der Entwicklung

  • Erhöhung der Betriebssicherheit
  • Erhöhung der Akkumulatorlebensdauer
  • Schnelle Ladung der Akkumulatoren

Erhöhung der Betriebssicherheit

Durch die Anzeige der Akkumulatorzustände wird der Betreiber jederzeit über die Verfügbarkeit des Akkumulatorsystems informiert. Ein altersbedingter Defekt des Akkumulators lässt sich durch stetiges Nachlassen der Kapazität diagnostizieren, ein Akkumulatorwechsel ist so rechtzeitig zu planen. Vor unzulässigen Betriebszuständen des Energiesystems wird im Klartext gewarnt. So können Maßnahmen ergriffen werden, bevor es zum Ausfall der elektrischen Energieversorgung und der damit verbundenen Sicherheitsrisiken an Bord einer Yacht kommt.

Erhöhung der Akkumulatorlebensdauer

Der Akkumulator wird mit einer speziellen, temperaturabhängigen Kennlinie geladen, dadurch erhöht sich die Lebensdauer. Mit der Erhöhung der Lebensdauer sind Kosteneinsparungen verbunden. Yachtakkumulatoren werden in vergleichsweise kleinen Serien hergestellt und sind mit aufwändigen Gehäusekonstruktionen (Auslaufsicherheit) versehen, wodurch ihr Preisniveau deutlich über dem von KFZ-Akkumulatoren liegt. Die verwendeten Kapazitäten liegen zwischen 100-1000Ah. Größere Batteriebänke verursachen beim Wechsel nicht unerhebliche Installationskosten. Eine seltenere Entsorgung trägt zur Umweltentlastung bei.

Schnelle Ladung

Der Akkumulator erhält während der Ladung immer den optimalen Strom, den er aufgrund seines Zustandes (Ladezustand, Temperatur) verträgt. Wenn die Antriebsmaschine zum Zweck der Batterieaufladung gestartet wird, soll der Ladevorgang so schnell wie möglich ablaufen, da der Betrieb der Antriebsmaschine an Bord einer Yacht eine erhebliche Lärmbelästigung darstellt. Eine kurze Ladezeit vermindert die Umweltbelastung.

Funktionen:

  • Regelung des KFZ-Drehstromgenerators entsprechend den speziellen Erfordernissen der elektrischen Energieversorgung an Bord von Yachten
  • Überwachung des Energiesystems und Schutz vor unzulässigen Betriebszuständen
  • Anzeigen wichtiger Systemzustände (Ladestrom, Spannung, Strom und Restkapazität, Warnmeldungen)
  • Freie Auswahl von 3 Messwerten im Display
  • Kompaktes Einbaugerät, 12V / 3W

Regelung des Drehstromgenerators mit optimierter Kennlinie

  • Laden mit maximalem Strom bis zur temperaturabhängigen Gasungsspannung UGAS von ca. 14,4V.
  • Mit dieser Spannung weiterladen, bis sich der Strom eine Zeit (tik) nicht mehr ändert.
  • Der Akkumulator erhält nun eine temperaturabhängige Erhaltungsladespannung UERH von ca. 13,5 V.
  • Bei Erreichen einer Batterietemperatur von 50 °C wird die Ladung unterbrochen.

Übersichtsschaltbild

  • G1 Bordbatterie
  • G2 Starterbatterie
  • RSI Messshunt
  • SI Hauptschalter Bordbatterie
  • S2 Hauptschalter Starterbatterie
  • S3 Zündschalter
  • S4 Kühlwassergeber
  • S5 Öldruckgeber
  • D1 Trenndioden
  • H1 Ladekontrolleuchte
  • H2 Alarmmelder
  • E1 Verbraucher
  • E2 Batterie- bzw. Motorraumlüfter

Bilder

Kontakt:

Oliver Bast

oliver(at)basthome.de

DIY Fernbedienung für Autopilot (Raymarine)

  • OpenSource Seatalk Funk-Fernbedienung für Raymarine Autopiloten
  • Basis: Arduino ProMicro und 433MHz Funkmodul
  • Einfache 433MHz 4-Kanal-Funksender verwendbar
  • Plus/Minus 1 und Plus/Minus 10 Grad Schritte
  • Auch mit OLED-Display als Anzeige kombinierbar (z.B. für Windanzeige)
  • Einfache Lötbarkeit durch Verwendung konventioneller Bauelemente in Durchstecktechnik
  • Programmierung mit Arduino IDE
  • Kosten (Platine und Bauteile): ca. 50 EUR
  • Platinen bestellbar bei aisler.net (https://aisler.net/p/LCDCUVMF)

Vollständige Dokumentation und Programm auf GitHub verfügbar: https://github.com/AK-Homberger/Seatalk-Autopilot-Remote-Control

Viele erfolgreiche Nachbauten/Erweiterungen im Segeln-Forum:

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/p1899961-raymarine-seatalk-autopilot-fernbedienung-mit-arduino-neue-version/#post1899961

 

Beispiele für Nachbauten/Modifizierungen:

Testaufbau mit Display.

 

Integration in älteren Autopiloten.

 

Integration in NMEA2000-Bus über Seatalk-Adapter.

 

 

DIY Motordiagnose

  • Nachrüstung bei allen Motortypen, da unabhängige Sensoren verwendet werden
  • Verwendung günstiger Sensoren
  • Messungen diverser Motorparameter
  • Durchfluss Kühlwasser (Impuls, YF-S201B)
  • Temperatur Kühlkreisläufe (1Wire, DS18B20)
  • Temperatur Motorraum (1Wire, DS18B20)
  • Motordrehzahl (Impuls, GB2A26 Sharp)
  • Drehzahl der Abtriebswelle (Impuls, GB2A26 Sharp)
  • Motorbetriebsstunden (über Drehzahlerkennung)
  • Stromversorgung über 12V Bordnetz
  • Datenverarbeitung mit ESP8266
  • Datenübertragung per WLAN
  • Datenprotokoll NMEA0183, teilweise mit kundenspezifischen Telegrammen
  • Datenanzeige über OpenPlotter
  • Einfaches Webfrontend zur Bedienung und Anzeige über Handy
  • Wasserdichtes Gehäuse
  • Einbauort im Motorraum für kurze Leitungen
  • Alle Sensoren per Kabel angebunden
  • Preis kleiner 120 Euro für Material

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/71890-motormanagement-diy/#post2031351

Elektronikbox

Elektronikbox

Elekronikbox Prototyp

Drehzahlsensor mit Lichtschranke

Durchflusssensor

Messwerte in OpenPlotter

Motordrehzahl-Sensor an Riemenscheibe

Durchlusssensor Seewasserkreis mit Gardena-Kupplungen zur schnellen Überbrückung

Drehzahlmesssung Wellenabgang

DIY Multifunktionsdisplay

  • Projektstart: 09/2019
  • Verschiedene Gerätekonzepte
    • M5Stack https://m5stack.com/
      • Basiert auf ESP32
      • 320×240 Pixel TFT-Display
      • 3 Tasten
      • Sound
      • USB 2.0
      • WLAN, Bluetooth
      • Hardwarebus-Anschlüsse
      • Interne Batterie 150 mAh, erweiterbar
      • Erweiterbar durch diverse Aufsteckmodule
      • Frei programmierbar mit Arduino-IDE
      • Gute Softwareunterstützung, große Community
      • Vielseitig einsetzbar
      • Größe 55 x 55 x 20 mm
      • 5V-Versorgung
      • Nicht wasserdicht
      • Nicht sonnenlichttauglich
      • Kosten je nach Modell zw. 30…70 Euro
      • Erhältlich in Deutschland bei Conrad Elektronik
      • Fertiggerät, direkt einsetzbar
    • E-Reader
      • Wasserdichte Modelle verfügbar
      • Kontraststarkes EInk-Display sonnentauglich
      • Hintergrundbeleuchtet auch verfügbar, nachttauglich
      • Touchdisplay
      • Android-Basis als Unterbau
      • Über Webbrowser können beliebige Inhalte angezeigt werden (Realisierung von Mast-Großanzeigen)
      • Lange Einsatzdauer möglich
      • Etwas träge Anzeige bei Inhaltsänderungen
      • Teilweise ruckeliger Bildaufbau (Modellabhängig)
      • Kosten je nach Modell zw. 60…300 Euro, günstige Gebrauchtgeräte
      • Fertiggerät direkt einsetzbar
    • Custom-made-LCD
      • Frei definierbare Anzeige durch selbst gestaltete LCD
      • Fertigung in Fernost
      • Mindeststückzahl notwendig
      • low power consumption
      • Anzeigekonzept nicht änderbar
      • Technisches Wissen notwendig

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/73307-multifunktionsdisplay-diy/#post2072713

M5Stack per WLAN an Windsensor gekoppelt

M5Stack Fire

M5Stack Fire Ladeschale mit Magnetklipps

M5Stack Lego kompatibel

M5Stack mit Firmware von Andreas

Sony Ebook Reader TR2

Custom Display von Christian