SI-Platine VFL Reverse Engineering und Reproduktion

[FabianGmeiner]

Hallo liebe Forumsgemeinde,

 

ich selbst fahre einen 84er 316 mit der frühen VDO SI-Platine (9 LEDs) und wie so viele, plagten mich Probleme mit ausgelaufenen NiCd Batterien auf der SI-Platine und entsprechend zerstörten Leiterbahnen. Diese habe ich zwar durch Kabelbrücken ersetzen können, hatte aber noch glück dass es nicht zu viele waren und der gesamtzustand der Platinen noch akzeptabel war. 

Da gute gebrauchte Platinen auch immer seltener werden, habe ich mich über die letzten Wochen mal an das Reverse Engineering der Platine gesetzt. Angefangen mit der identifikation aller Bauteile, über das nachzeichnen der Leiterbahnen bis hin zum ableiten eines lesbaren und nachvollziehbaren Schaltplans. Das ganze habe ich mit KiCad gemacht, eine leicht zu erlernende Open-Source Software für PCB-Design. Als kleines AddOn habe ich ebenfalls eine voll-LED Version der kleinen Anzeigeplatine erstellt, inkl. 3D-gedrucktem Abstandshalter für die LEDs für eine originalgetreue Optik und einfaches Zusammenbauen

 

In diesem ersten Schritt handelt es sich um eine 1:1 Kopie des Originals, (leider) auch wieder mit NiCd / NiMh Batterien. Ähnlich wie bei den neueren Platinen habe ich aber einen kleinen Jumper zwischen den Batterien eingefügt, damit diese währen der Lagerung nicht entladen. Anstatt der Cadmium-Zellen, habe ich mal einen Versuch mit den Eneloop-NiMh von e28-teile.de gewagt, die mit Passgenauen Lötbeinchen kommen. 
Wenn ich mal eine der kleinen Lithium-Adapterplatinen, wie sie BMW später verbaut hat in die Finger bekomme, kann die Schaltung auch angepasst werden. 

 

Da ich zu der großen Stiftleiste keinerlei Teilenummern oder ähnliches finden konnte, wird diese von einer originalen Platine übernommen. Gleiches gilt auch für den Microcontroller, denn außer dass es sich um ein Bauteil von ITT handelt finden sich hierzu keinerlei Informationen. 

Alle anderen Komponenten sind problemlos bei den gängigen Distributoren wie Reichelt, Mouser oder Digikey zu finden und liegen insgesamt Preislich bei <30€ für eine einzelne Platine. In der BOM habe ich die entsprechenden Teilenummern von Reichelt oder Mouser mit eingefügt. Kostentreiber sind hier hauptsächlich die Kondensatoren, das Relais und die Widerstände mit höherer Verlustleistung. Die Platinen selbst und die 3D-gedruckten Teile habe ich bei JLCPCB in China bestellt. Die Mindestbestellmenge liegt bei 5 Stück, wobei die Kosten für 5 SI-Platinen, 5 LED-Platinen + 3D-Druck inkl. Versand bei knapp 30€ liegen. 

 

Der Zusammenbau ist mit Lötkolben, feinem Lötzinn und einer ruhigen Hand an einem Abend problemlos machbar. Alle Teilebezeichner passend zur BOM auf der Platine markiert.  

 

Zum testen der Platine habe ich mir eine Testbox gebaut, mit der die einzelnen Funktionen getestet und der Stromverbrauch auf Klemme 30 und 15 gemessen werden kann. Bisherige tests lieferten alle die erwarteten Ergebnisse, alles funktioniert wie es soll, und der Ruhestromverbrauch, der Ladestrom und die Ladeschlussspannung der Batterie, sowie der Stromverbrauch im Betrieb liegen im zu erwartenden Rahmen. Dieses Wochenende steht der Einbau ins Fahrzeug an, dann kann ich weiteres Berichten. 

Da es mir vor allem darum geht, unsere schönen Autos so lange wie möglich in gutem Zustand zu erhalten, habe ich alle Projektdateien, von der Materialliste der Einzelkomponenten, über die vollständigen und durchkommentierten Schaltpläne, bis hin zu den Platinendesigns und Herstellungsdateien, mit denen sich jeder direkt selbst die Platinen bestellen kann, auf meinem GitHub veröffentlicht: github.com BMW_E30_SI_Board

Hier werde ich auch alle Updates und den Fortschritt dieses kleinen Projektes teilen. 

 

Da es sich um eine 1:1 Kopie des Originals handelt, eignet sich der Schaltplan und die BOM auch super als Referenz wenn Ihr eure eigenen Platinen reparieren wollt. So kann man einfach nachvollziehen um was für Komponenten es sich handelt oder wo die einzelnen Leiterbahnen hin führen. 

Als Disclaimer bleibt zu sagen, dass ich kein gelernter Elektrotechniker, sondern Maschinenbauer bin, der das hier nur in der Freizeit macht. Daher kann ich keinerlei Gewährleistung auf die Funktion und die Richtigkeit des Designs geben. Ich habe mich bei der Dimensionierung der Leiterbahnen und der Komponenten an das Original gehalten, wo möglich habe ich Leiterbahnen mit größerem Stromfluss etwas breiter als im Original ausgelegt.

 

Ich freue mich über jedes Feedback aus der Community, und hoffe, dass dieses Projekt dem ein oder anderen hilft! Wenn jemand sich gerne selbst an der Platine versuchen möchte, könnt ihr Euch bei fragen jederzeit hier oder über GitHub melden :) 

Viele Grüße,
Fabian

2024_06_15_SI_Board_Schematic_V2.pdf BOM_SI_Board_Reman.xlsx

[vokuhila]

vorher mal fragen wäre vielleicht auch sinnvoll gewesen

 

Du betreibst so einen Aufwand und nimmst dann wieder Akkus ? noch dazu NiMH Dinger für die die Ladeschaltung auf der Platine garnicht gedacht ist ?

 

ändere das doch auf eine (eine reicht wirklich) gängige überall erhältliche Lithium Zelle z.B. eine CR123 Fotobatterie, vielleicht gleich mit Fassung dazu, und entferne die Ladeschaltung für die Akkus, bringe die Zusatzschaltung (LED+100Ohm und eine Germaniumtrenndiode) mit auf die Platine

 

zum "abgucken" gibt es die "alte" Platine auch als Lithiumvariante, also ohne die Shuttleplatine, die Zellen sind hier gleich auf der Grundplatine drauf

 

wie gesagt, vorher mal fragen

Bearbeitet: 13. Juli von vokuhila

[esgey]

@FabianGmeiner der Gert klingt nur so...der ist ein ganz Netter und vor allen Dingen jemand der auch mal richtig Ahnung hat.

Im Nachbarforum E30.de hat übrigens jemand die NFL-Platine nachgebaut. Komme gerade nicht auf den Namen, aber das weiß sicher jemand anderes, oder du findest es mit der Suche.

[FabianGmeiner]

am vor 6 Stunden schrieb vokuhila:

vorher mal fragen wäre vielleicht auch sinnvoll gewesen

 

Du betreibst so einen Aufwand und nimmst dann wieder Akkus ? noch dazu NiMH Dinger für die die Ladeschaltung auf der Platine garnicht gedacht ist ?

 

ändere das doch auf eine (eine reicht wirklich) gängige überall erhältliche Lithium Zelle z.B. eine CR123 Fotobatterie, vielleicht gleich mit Fassung dazu, und entferne die Ladeschaltung für die Akkus, bringe die Zusatzschaltung (LED+100Ohm und eine Germaniumtrenndiode) mit auf die Platine

 

zum "abgucken" gibt es die "alte" Platine auch als Lithiumvariante, also ohne die Shuttleplatine, die Zellen sind hier gleich auf der Grundplatine drauf

 

wie gesagt, vorher mal fragen

Hallo @vokuhila, da bin ich ganz bei Dir, hast völlig Recht. Ich habe Deine Beiträge zum Umbau auf Lithium-Zellen leider erst gelesen als die Platinen schon bestellt waren :(
Daher dachte ich ich baue zumindest mal eine auf und teste ob ich den Rest des Schaltplans richtig gemacht habe.

 

Die LED verwendest Du ja so wie ich es verstehe zum begrenzen der Spannung auf die Flussspannung (bei Grün ja um die 2,1-2,2V) und den Widerstand in Reihe mit der LED zur Begrenzung des Stroms durch diesen Pfad? Könnte man hier auch eine entsprechende Zener-Diode nehmen?

Als Ladeschaltung sind die Akkus ja auf Minusseite über einen BC237 und 66,5 Ohm Widerstand mit Kl.  31 Verbunden, auf Plus-Seite mit einem BC337 auf Kl. 30. Entfernst du beide Transistoren, oder belässt du den auf Minusseite bei? Falls du zufällig einen Schaltplan von der Zusatzschaltung/Änderung hast wäre ich Dir sehr dankbar!

Vielen Dank und viele Grüße,
Fabian

Bearbeitet: 13. Juli von FabianGmeiner

[*Regensburger*]

am vor 2 Stunden schrieb esgey:

@FabianGmeiner der Gert klingt nur so...der ist ein ganz Netter und vor allen Dingen jemand der auch mal richtig Ahnung hat.

Im Nachbarforum E30.de hat übrigens jemand die NFL-Platine nachgebaut. Komme gerade nicht auf den Namen, aber das weiß sicher jemand anderes, oder du findest es mit der Suche.

https://www.e30.de/forum/index.php?id=51461  und   https://www.e30.de/forum/index.php?id=51499

Bearbeitet: 13. Juli von *Regensburger*

[vokuhila]

am vor 20 Stunden schrieb FabianGmeiner:

Als Ladeschaltung sind die Akkus ja auf Minusseite über einen BC237 und 66,5 Ohm Widerstand mit Kl.  31 Verbunden

der Widerstand wird durch einen 100 Ohm ersetzt, der BC237 wird durch eine grüne LED (grün wegen Flusspannung) ersetzt, Anode an Kollektor, Kathode an Emitter (also Masse), Basis bleibt frei, original ist noch ein 1nF Keramik-C zur HF Abblockung vom Minusanschluss der Lithiumzelle gegen Masse geschaltet

 

vom Plusanschluss der Lithiumzelle zum Plusanschluss der Akku`s muss eine Germaniumdiode (wegen der geringen Flusspannung) verbaut werden, logischerweise Anode an die Litiumzelle, diese Diode ist original mit einem 1nF Keramik-C zur HF Unterdrückung gebrückt, original sind auf diese Weise zwei Lithiumzellen CR14250 über die doppelt vorhandenen Germanium Trenndioden quasi parallel geschaltet, also nur zur Kapazitäts- bzw. Laufzeitverdoppelung, nicht zur eigentlichen Funktion, weshalb auch eine Zelle funktional völlig ausreicht

 

bei fehlender Kl. 30 wird auf die Pufferzellen umgeschaltet, pro Tag ohne Kl.30 geht ziemlich genau rund 1mAh aus dem Pufferzellen flöten

 

ab Werk wurden zwei CR14250 mit typ. jeweils 850mAh verwendet was eine Pufferzeit von theoretisch 1900Tagen bedeuten würde

es geht also funktional auch mit nur einer CR14250, die Pufferzeit ohne Kl. 30 Unterstützung sind eben dann ca. 850 Tage

eine einzelne ebenfalls gut unterzubringende CR17335 mit typ. 1800mAh bringt mit 1800 Tagen Pufferzeit ein vergleichbares Ergebnis wie zwei CR14250

mit einer ähnlich großen aber billigeren und quasi überall erhältlichen CR123 Fotobatterie mit typ. um die 1600mAh hat man das beste Preis-Leitungsverhältnis für rund 1600 Tage Pufferung

eine ebenfalls gut unterzubringende noch größere CR17450 mit typ. 2500mAh übertrifft mit Werkslösung dann sogar um 600 Tage und ist dabei noch günstiger als zwei CR14250

 

für wen nun was ausreichend oder besonders interessant ist, liegt etwas an den Voraussetzungen, Standuhren, die mit abgeklemmter Batterie ihr Dasein frusten müssen oder Batteriehauptschalter Sicherheitsfanatiker sind mit größeren Pufferzellen besser bedient, während ein ständig genutzter e30 mit immer angeklemmter Batterie schon mit einer einzigen CR14250 überversorgt ist, die (wenn auch sehr geringe) Selbstentladung der Lithiumzelle frisst hier mehr Kapazität als der e30 je entnehmen würde, da würde auch eine Lithium Knopfzelle CR2032 mit typ. um die 200mAh völlig ausreichende 200 Tage Pufferzeit ermöglichen

 

wenn es mich mal erwischt und mir die rettbaren Platinen wegen Verätzung ausgehen, dann wird mein Nachbau auf eine CR123 Fotobatterie mit Steckfassung ausgelegt sein, weil das m.M.n. völlig ausreichend ist und den Vorteil bietet, dass jeder selbst die noch dazu vergleichsweise günstige und noch dazu überall auch ohne Versandkosten erhältliche Zelle tauschen kann

 

das mit der LED und den Trenndioden ist übrigens nicht meine Erfindung, das wurde ab Werk so gemacht, bei Platinen mit Lithiumzellen ist es auf der SI so vorhanden, bei umgerüsteten Platinen mit Lithium-Shuttle war es auf der Shuttleplatine, der Ladetransistor war auf der Si dann einfach abgezwickt, wenn man das mit der LED weglässt, funktioniert die Umschaltung zwischen Betrieb mit Kl.30 und Erhaltung durch die Zellen auf der Si nicht so ganz richtig, die Zellen werden dann auch noch entladen wenn Kl.30 anliegt, was ja grade nicht sein soll

 

 

[FabianGmeiner]

am vor 7 Stunden schrieb vokuhila:

der Widerstand wird durch einen 100 Ohm ersetzt, der BC237 wird durch eine grüne LED (grün wegen Flusspannung) ersetzt, Anode an Kollektor, Kathode an Emitter (also Masse), Basis bleibt frei, original ist noch ein 1nF Keramik-C zur HF Abblockung vom Minusanschluss der Lithiumzelle gegen Masse geschaltet

 

vom Plusanschluss der Lithiumzelle zum Plusanschluss der Akku`s muss eine Germaniumdiode (wegen der geringen Flusspannung) verbaut werden, logischerweise Anode an die Litiumzelle, diese Diode ist original mit einem 1nF Keramik-C zur HF Unterdrückung gebrückt, original sind auf diese Weise zwei Lithiumzellen CR14250 über die doppelt vorhandenen Germanium Trenndioden quasi parallel geschaltet, also nur zur Kapazitäts- bzw. Laufzeitverdoppelung, nicht zur eigentlichen Funktion, weshalb auch eine Zelle funktional völlig ausreicht

Vielen lieben Dank @vokuhila für die ausführliche Antwort! Die Idee mit der Batteriefassung gefällt mir, das werde ich so umsetzen und entsprechend updaten. Ich hatte versucht das für die Akkus ähnlich zu lösen, aber keinen Zellhalter gefunden der von der Breite her mit auf die Platine passt. Mit der CR123 ist das ja kein Problem. 

In meinem letzten Post hatte ich mich getäuscht, auf meiner originalen Platine ist das ein BC307B.

Dann müsste die Schaltung, wenn ich das richtig interpretiert habe, so aussehen, oder?
Der Jumper ist in dem Fall ein Platzhalter für einen Schalter oder eine Steckbrücke. 

 

Schaltung korrigiert: LED Polung nochmal gedreht, Kathode an Masse.

 

 

Im vergleich zur originalen Ladeschaltung hier (in der Repro habe ich den BC307 durch einen BC557B ersetzt): 

 

 

Vielen Dank für Deinen Input!

Viele Grüße,
Fabian

Bearbeitet: 14. Juli von FabianGmeiner
Schaltung korrigiert

[vokuhila]

wenn Du LED umpolst dann kommt das hin

 

ja, der Ladetransistor ist natürlich ein PNP somit ist der Kollektor an Masse und die LED muss mit Anode an den Emitter nicht an den Kollektor

Bearbeitet: 14. Juli von vokuhila

[FabianGmeiner]

Ok perfekt, dann änder ich das gleich noch ab 😁 

Weißt du zufällig wo die originalen "Zusatzplatinen" Masse abgreifen, da ja dort die LED mit draufsitzt? Oder ist das einfach per Schaltdraht kontaktiert?

Bearbeitet: 14. Juli von FabianGmeiner

[FabianGmeiner]

Nochmal vielen Dank an @vokuhila für Deinen Input. Habe das mit der CR123 Batterie und entsprechender Fassung so auf die Platine umgesetzt, ist als V3 mit auf dem GitHub.
Als Fassung dienen 2x Keystone Nr. 54 clips, die machen mir noch den solidesten Eindruck, vor allem mit Halterung in Umfangsrichtung.