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  • »norbert-walter« ist der Autor dieses Themas

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81

Dienstag, 22. Oktober 2019, 21:07

@chrhartz:

Der TPS563200 ist in der Tat der bessere Chip. Ich hatte mich an den Teilen orientiert, die es bei Reichelt gab. Da wird der Typ nicht geführt. Daher hatte ich den anderen Typ verwendet. Die Spannungen für die LEDs hole ich einfach mit Dioden runter. Ein Schaltregler war mir da zu aufwändig. Wenn es nicht reichen sollte,dann muss ich eine PWM mit dazu nehmen, was ich eh schon vor hatte, damit man die LEDs dimmen kann. Über LED-Driver hatte ich auch nachgedacht. Die benötigen dann aber wieder viel Kram drum herum. Die Spule ist mit 47µH auch nicht klein. Und das Ganze hätte ich 2x benötigt. Daher die etwas billigere Lösung, die nicht ganz so effizient ist, dafür aber etwas schlanker.

Den TPS563200 werde ich aber im Windsensor verwenden. Da würde er perfekt rein passen.

Norbert

chrhartz

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82

Dienstag, 22. Oktober 2019, 22:11

@norbert-walter:

Wie man sieht, viele Wege führen nach Rom! :)

Ich habe gerade mal nachgemessen, der BP1361 inkl. 47 uH Induktivität, Kondensatoren,
Diode und Shunt benötigt bei mir auf der Platine 13x15 mm. Die Spule ist 6x6 mm groß.

Die Schaltung habe ich auch 2 x in meinem Schaltpanel verbaut für die dimmbaren LEDs
im Boot. Funktioniert prima, bisher keine Auffälligkeiten.

Wie gesagt, der Chip kann die 700 mA, die Deine LEDs brauchen, die kannst Du direkt an
12 V in Reihe schalten. Kühlung braucht der für die 300 mW Verlustleistung auch keine
besondere.

Die Cree-LED hat etwa 3,5 V, wenn Du beide LEDs in Reihe an 14 V direkt betreibst, hast
Du 5 Watt Verlustleistung, einzeln an 14 V sogar 10 Watt Verlustleistung. Eigentlich will man
ja gerade beim Segelboot Strom sparen.

Der Chip kostet in China 11 Cent, die Induktivität 6,5 Cent und die Diode 6,1 Cent,
die Kondensatoren allerdings 12 Cent pro Stück. Also insgesamt 47 Cent.
Verlustleistung am IC 0,3 Watt. Ich würde mir das nochmal überlegen. ;)

Beim Windsensor würde ich den TPS563200 nicht verwenden. Der ist doch viel zu teuer
für die Anwendung. Das geht auch billiger, z.B. FR9886 im SO-8 Gehäuse für 15 Cent:
https://lcsc.com/product-detail/DC-DC-Co…TR_C170097.html

Du findest aber sicher auch kleinere Chips mit ähnlichen Preisen. Die alten SO-8 Gehäuse
sind in China einfach unschlagbar günstig aber eben auch riesengroß.

Viele Grüße,
Christian
»chrhartz« hat folgende Dateien angehängt:
  • Dimmer Schaltung.jpg (360,18 kB - 6 mal heruntergeladen - zuletzt: 3. November 2019, 17:39)
  • Dimmer.jpg (260,41 kB - 3 mal heruntergeladen - zuletzt: 3. November 2019, 17:37)
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83

Dienstag, 22. Oktober 2019, 22:58

Die Cree-LED hat etwa 3,5 V, wenn Du beide LEDs in Reihe an 14 V direkt betreibst, hast
Du 5 Watt Verlustleistung, einzeln an 14 V sogar 10 Watt Verlustleistung. Eigentlich will man
ja gerade beim Segelboot Strom sparen.


An 14V wäre es unsinnig. Ich muss ja nur von 5V auf 3,5V und dafür reichen mir zwei Dioden. Da fallen ca. 1,5W drüber ab, wenn die LED an ist. Die LED zieht aber auch fast 1A. Es ist aber immer nur eine der beiden LEDs an, da die eine weiß ist und die andere für IR. Da kommt man mit so einer kleinen Spule wie bei Dir kaum noch hin. Meine ist so groß, weil ich eine vollkommen magnetisch geschlossene Spule verwenden, um die Störausstrahlung zu minimieren. In Summe müssen da 2A durch. Das geht nicht kleiner bei der geringen Schaltfrequenz. Da wäre der andere Chip sicherlich besser.

Eine Bauteilbeschaffung für 10 Platinen in China ist mir zu aufwendig. Das lohnt wahrscheinlich nur, wenn man dort gleich die Bestückung machen lässt. Zum Nachbauen in Deutschland wäre es so nicht geeignet. Man muss die Teile auch hier ohne all zu großen Aufwand bekommen können. Daher die Beschränkung auf Reichelt.

Hier hatte ich den Schaltplan mit angehängt: https://www.segeln-forum.de/board1-rund-…iy/#post2082156

Norbert

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84

Dienstag, 22. Oktober 2019, 23:27

@norbert-walter:

sorry, den Schaltplan hatte ich nicht gesehen. :O Muss ich mir morgen gleich mal ansehen!

LCSC ist in der gleichen Unternehmensgruppe wie JLCPCB. Wenn Du dort Deine Platinen
beauftragst, legen sie Dir die Bauteile von LCSC versandkostenfrei Deiner Platinenbestellung bei.

Die Induktivitäten, die ich bei meinen Schaltungen verwende, sind mit einem Ferritlack ummantelt.
Das nennt sich semi-shielded oder so. Allerdings bringt die komplette Abschirmung nur etwas,
wenn Du magnetisch empfindliche Teile in der Nähe hast. Ich würde dann eher ein zusätzliches
Filter in der Zuleitung der Platine vorsehen oder gleich eine stromkompensierte Drossel.

Wenn Du eine kleine verlustarme Spule suchst, kann ich die LHMI von Würth Elektronik empfehlen.
Sättigungsstrom von 5.2 A bei 12x13 mm. Fünf oder mehr Muster bekommt man kostenlos:
https://katalog.we-online.de/de/pbs/WE-LHMI#vs_ct:11

Grüße,
Christian
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85

Mittwoch, 23. Oktober 2019, 08:55

Allerdings bringt die komplette Abschirmung nur etwas,
wenn Du magnetisch empfindliche Teile in der Nähe hast.

Ursprünglich wollte ich da den AHRS-Chip mit unterbringen. Daher auch die voll gekapselte Version der Spule. Vermutlich wäre das nicht ausreichend genug, da ja noch die großen Ströme über die Leiterbahnen fliessen und ein Magnetfeld abgeben. Ich denke einen guten AHRS muss man komplett getrennt von anderen Dingen fernhalten, wenn er gut werden soll.

Die Spulen von Würth sind wirklich gut.

Norbert

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86

Mittwoch, 23. Oktober 2019, 10:14

So sieht das Ganze jetzt in 3D aus. Die Leitungs-MOSFETs müssen aber noch gelegt werden, damit sie nicht mit dem Deckel kollidieren.
»norbert-walter« hat folgende Dateien angehängt:
  • Platine_3D_1.png (139,29 kB - 7 mal heruntergeladen - zuletzt: 3. November 2019, 18:52)
  • Platine_3D_2.png (119,02 kB - 5 mal heruntergeladen - zuletzt: 3. November 2019, 18:52)

chrhartz

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87

Mittwoch, 23. Oktober 2019, 13:21

@norbert-walter:

3d macht schon was her, verwende ich auch sehr gerne. Sieht top aus!

Tut es bei den Mosfets nicht auch ein Typ im SOT-223 oder SOT-89 Gehäuse?
Da gibt es sehr niederohmige und auch günstige Typen. Die Verlustleistung kann man
da bei 1 A völlig ignorieren. Das geht sogar schon mit SOT-23 Gehäusen.

Noch etwas zum Schaltplan. Ich würde auf jeden Fall eine Suppressordiode gegen
Überspannungen am Eingang vorsehen. Sowas wie eine SMAJ15CA oder ähnlich.

Am Eingang sind lange Kabel angeschlossen und Du hast einen ordentlichen Strom
durch die Dioden. Da entstehen gerne hohe Spannungen beim Schalten.

Ich würde keine Dioden verwenden, um die Spannung für die LEDs von 5 auf 3.5 V
zu reduzieren. SMD-Widerstände sind da auf jeden Fall besser. Die Dioden haben
eine Kennlinie und sind temperaturempfindlich. Die LEDs brauchen immer eine
Strombegrenzung, da sind Dioden nicht wirklich sicher.

Du könntest auch die 5 V vom Switcher zum ESP hin über eine Schottky-Diode
entkoppeln und dort gezielt noch einen kleinen Kondensator anbringen. Damit hättest
Du die Spannung am ESP entkoppelt von möglichen Einbrüchen, wenn Du die LEDs
schaltest. 22 - 47 uF Keramik beispielsweise.

Zur Wärmeleitung durch die Platine durch verwende ich immer 0.3 mm Bohrungen
und 0.6 mm Abstand. Damit bekommst Du gut Kupfer unter Deine LEDs. Das sollte
auch beim Chinesen keinen Aufpreis kosten, das ist inzwischen Standard.

Viele Grüße,
Christian
Neptun 20, Segelnummer 950, Honda 5BFU, Liegeplatz Bernau/Chiemsee

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88

Mittwoch, 23. Oktober 2019, 15:16

Zur Wärmeleitung durch die Platine durch verwende ich immer 0.3 mm Bohrungen
und 0.6 mm Abstand. Damit bekommst Du gut Kupfer unter Deine LEDs. Das sollte
auch beim Chinesen keinen Aufpreis kosten, das ist inzwischen Standard.

Ich hatte extra diese Durchkontaktierungen vorgesehen, damit ich die LED von hinten mit Hand verlöten kann, weil ich da so ohne weitreres nicht mehr dran komme. Ich würde dann Lötzinn von hinten durch die Löcher durchfließen lassen wollen. So meine Idee.

Die Temperatursimulation zeigt, dass die Region auf der Platine um die LEDs deutlich warm wird. Deshalb wollte ich dort keine Bauelemente platziert haben. Deshalb auch die stehende Bauweise der MOSFETs.

Norbert
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89

Mittwoch, 23. Oktober 2019, 21:02

@norbert-walter:

Wie wäre es denn mit so einem Mosfet hier:
https://www.digikey.de/product-detail/de…BFCT-ND/3193514

22 mOhm Einschaltwiderstand bei 2.5 V Gate-Spannung, hält 30 V aus und das SOT-23-6 Footprint ist kleiner als die
drei Anschlussflächen für den bedrahteten Mosfet. Der wird dann überhaupt nicht warm und kann irgendwo platziert
werden.

Das mit den großen Durchkontaktierungen und durchlöten habe ich in der Vergangenheit schon mal probiert.
Funktioniert nicht gut und ist eine Batzerei mit Flussmittel und Lötzinn. Der Stress für die LED ist auch nicht ohne.

Ich würde die Durchkontaktierungen wie vorgeschlagen anlegen und von der LED-Seite aus Lötpaste aufbringen.
Dann die Platine nur mit den beiden LEDs (und den anderen SMD-Bauteilen auf der Unterseite) auf ein Stück Alufolie
und auf das Ceranfeld in der Küche legen.

Dann die Platte immer wieder für 5-10s an und die Temperatur mit dem Thermometer beobachten. Bei ca. 230 °C
sollte alles aufgeschmolzen sein und man zieht die Alufolie zur Seite. Total easy, so mache ich alle kleinen Platinen,
wenn ich keine Lust habe, ins Maker-Space zu fahren. :D

Bei doppelseitig bestückten Platinen kann man die bereits SMD-bestückte Seite nach unten mit Abstandshaltern
auf die Alufolie legen und so lange heizen, bis man ca. 150 °C auf der Oberseite hat. Dann mit dem Heißluftföhn
die Bauteile auf der Oberseite löten. Durch die vorgeheizte Platine geht das wunderbar und man bläst auch
keine kleinen Teile weg.

Für die direkte Kühlung von Halbleitern gibt es diese Kühlkörper hier:
https://www.fischerelektronik.de/web_fis…re/search.xhtml

Normalerweise setzt man die auf Transistoren auf, dann sitzen die Lötfahnen direkt neben den Kühlflächen
und greifen direkt die Wärme ab. Für die LEDs kann ich mir das auch gut vorstellen, damit kommst Du viel
näher an die LEDs heran als mit den Platinen-Kühlflügeln. Du hast ja nur 35 um Kupfer zur Wärmeleitung
und dann auch noch Zinn als Wärmebrücke. Man sieht ja auf der Simulation, dass die Kühlung nicht wirklich
effizient ist.

edit: gibts auch bei Reichelt: :P
https://www.reichelt.de/kupferkuehlkoerp…l?&trstct=pol_0

Grüße,
Christian
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Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »chrhartz« (23. Oktober 2019, 21:20)


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Mittwoch, 23. Oktober 2019, 21:51

Wie wäre es denn mit so einem Mosfet hier:
https://www.digikey.de/product-detail/de…BFCT-ND/3193514

Sieh Dir mal Fig.8 im Datenblatt an. Da sind für DC-Betrieb bei 1A nur noch 0,7V Uds erlaubt. Ist auch kein Wunder bei dem kleinen Gehäuse. 8A können die winzigen ICs nur als sehr kurzen Impuls liefern. Da darf man sich nichts vormachen. Da sind die Datenblätter sehr geschönt. Wenn der Transistor dann noch bei 60°C Umgebungstemperatur nahe der LED arbeiten muss, dann ist gleich Ende. Der MOSFET wird für DC-Betrieb nicht funktionieren.

Die Kühlkörper von Würth sind ganz interessant. Die kannte ich gar nicht. Und Deine Idee mit dem Löten muss ich auch mal probieren. Ich wollte dazu eigentlich eine E-Backofen mit externer Steuerung nehmen. Die Herdvariante ist sehr verlockend. Bei der LED hätte ich von hinten einen Heißluftfön mit entsprechend eingestellter Temperatur und dünner Austrittsdüse verwendet. Vorher hätte ich die LED an den beiden Pins angelötet und dann von hinten erhitzt. Das müsste eigentlich auch gehen. Von vorn kommt man da nicht mehr ran und man müsste vorher Lötpaste unterlegen.

Norbert

chrhartz

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91

Mittwoch, 23. Oktober 2019, 22:19

@norbert-walter:

Aber logo funktioniert der kleine Mosfet.

Das Diagramm zeigt die safe operating area. Vds ist bei einem durchgeschalteten Mosfet nahe 0 V.
Wenn Du den Mosfet durchgeschaltet hast, gelten die knapp 8 Ampere laut Diagramm.

Das Schalten selber muss recht schnell erfolgen, daher sind in dem Diagramm auch die Zeiten angegeben
und wie lange Du Dich in welchem Bereich "aufhalten" darfst, denn der Mosfet arbeitet dann im linearen Bereich
und wird heiß wie jeder andere Widerstand auch.

Der Mosfet erwärmt sich entsprechend dem Widerstand, den er durch die langsam ansteigende Gate-
Spannung darstellt und die Wärme entspricht diesem Widerstand und der anliegenden Spannung Uds.
Kleine Gehäuse können die Wärme nicht abführen und der Mosfet legiert entsprechend schneller durch.

In Deiner Schaltung wird der Mosfet schlagartig digital eingeschaltet und daher kannst Du das Diagramm
komplett ignorieren und Dich ausschließlich an dem Rdson orientieren.

Ich habe eine alte Platine herausgekramt, wo ich die Methode mit den kleinen Durchkontaktierungen
verwendet habe. Man sieht ganz gut, dass zwar Zinn unten herauskommt, aber nicht viel Es bleibt durch
den Kapillareffekt beim Transistor und wandert nur durch die Löcher, wenn zu viel Zinn vorhanden ist.

Viele Grüße,
Christian
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  • IC unten.jpg (545,11 kB - 5 mal heruntergeladen - zuletzt: 4. November 2019, 19:25)
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Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »chrhartz« (23. Oktober 2019, 22:44)


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92

Mittwoch, 23. Oktober 2019, 23:27

Ich habe eine alte Platine herausgekramt, wo ich die Methode mit den kleinen Durchkontaktierungen
verwendet habe. Man sieht ganz gut, dass zwar Zinn unten herauskommt, aber nicht viel Es bleibt durch
den Kapillareffekt beim Transistor und wandert nur durch die Löcher, wenn zu viel Zinn vorhanden ist.

Genau so hatte ich mir das vorgestellt. Ich wollte keine Lötpaste unter der LED verwenden und von hinten das Lot durch erhitzen durchlaufen lassen.

Norbert

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93

Donnerstag, 24. Oktober 2019, 10:27

@chrhartz:

Hallo Christian,

hast Du noch eine Idee wo man runde Kunststoffscheiben D10 x 2 mm herbekommt? Kann man sowas lasern? Welches Material würde man dafür nehmen?

Ich bräuchte das noch zur Abdeckung des Objektivs der Kamera. Ich denke mal, wenn bei Salznebel und Aufwinden im Vorsegel der ganze Mist in die Kamera fliegt, dann ist das Objektiv im nu blind. Bei der kleinen Öffnung (2mm) wird man es kaum vernünftig reinigen können, wenn es mal notwendig sein sollte. Mit einer Scheibe davor die bündig mit der Gehäusekante ist, wäre da sicherlich einfacher zu reinigen. Das muss so zu sagen mit einem Quast zu reinigen sein. :S

Aber logo funktioniert der kleine Mosfet.

Das Diagramm zeigt die safe operating area. Vds ist bei einem durchgeschalteten Mosfet nahe 0 V.
Wenn Du den Mosfet durchgeschaltet hast, gelten die knapp 8 Ampere laut Diagramm.


Um noch einmal auf den MOSFET zurück zu kommen. Wenn ich in Fig. 1 meinen Arbeitspunkt bei 5V eintrage (Ansteuerspannung 2,5V), dann kommt nicht 0V raus für den durchgeschalteten Zustand in Sättigung. Wenn Du Ron für den Punkt ausrechnest, dann sind das 0,125 Ohm. Also weit entfernt von 22 mOhm. Die ganzen Diagramme beziehen sich aber nur auf kurze Single-Pulse von 60µs, um die Eigenerwärmung außen vor zu lassen. Bei DC sieht das alles viel schlechter aus. Die Restspannung an DS mal dem Strom ergibt die Verlustleistung, die am MOSFET abfällt. Erhöht man die Temperatur auf 100°C kommt aus Fig. 4 noch ein Faktor von 1,4 für die Erhöhung des Ron raus. In Fig. 8 ist die Zeitangabe nicht die Flankensteilheit der Impulsflanke sondern die Pulsdauer des Ein-Zustands an sich. Man geht dabei von hinreichend steilen Flanken aus. Dann sieht man auch wie die auf 8,3A als max. Strom gekommen sind. Das ist nämlich der maximale DC Strom. Damit der Chip nicht abfackelt, darf Uds nur noch 0,2V sein. Dann kommt man auf 1,66W was nahe an der max zulässigen Verlustleistung von 2W liegt. Ich wäre immer noch skeptisch ob das funktioniert, da man die Verlustleistung nicht aus dem IC bekommt. Das könnte knapp werden bei 1A und hoher Umgebungstemperatur.

Norbert

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Donnerstag, 24. Oktober 2019, 10:37

Genau so hatte ich mir das vorgestellt. Ich wollte keine Lötpaste unter der LED verwenden und von hinten das Lot durch erhitzen durchlaufen lassen.


@norbert-walter:

Genau das habe ich ja hier aber gemacht: Lötpaste unter dem Bauteil verwendet. Ich habe das in der Vergangenheit auch schon
probiert, Lot durchlaufen lassen. Das läuft dann zwar gerne in die Löcher - aber nicht weiter zum Bauteil. Das verhindert
der Kapillareffekt ziemlich gut. Du siehst ja an meinen Bildern, dass das Zinn nicht wirklich durchgelaufen ist.

Die Luft aus dem Bohrungen muss auch irgendwo hin. Das geht nur Richtung Bauteil, wenn Du von der Rückseite Zinn einbringst.
Damit muss die Luft unter dem Lötpad seitlich entweichen - wenn dort bereits flüssiges Zinn ist, hast Du am Schluss Luftblasen
unter dem Pad, das ist Gift für die Wärmeableitung.

Du könntest evtl. die Löcher von der Bestückungsseite zuerst gut füllen, dann die LED bestücken und dann noch einmal von
unten alles erwärmen. Schön ist das aber trotzdem nicht.

Ideal ist das Verfüllen und Überkupfern der Durchkontaktierungen. So mache ich das bei Serienplatinen. Das Bild zeigt die
Rückseite, die nicht zusätzlich geschliffen wurde. Auf der Bestückungsseite ist die Fläche natürlich plan geschliffen und man
sieht keinerlei Bohrungen mehr. (ich habe leider keine unbestückte Platine mehr hier)

Die Hobbyvariante ist, die Löcher nicht zu verfüllen und die Zinnmenge nicht kontrollieren zu können. Meiner Erfahrung nach
funktioniert das aber trotzdem sehr gut. Die geeignete Löttechnik, also Paste aufbringen und von der "richtigen" Seite zu löten
ist dabei Voraussetzung. Damit kann man wenigstens die Temperatur und das Entweichen der Luft gut kontrollieren.

Das ist nur meine Erfahrung, vielleicht funktioniert Deine Idee ja auch zufriedenstellend. Die Platinen in China sind ja nicht
so teuer, dass man nicht mal etwas ausprobieren könnte. :)

Viele Grüße,
Christian
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Donnerstag, 24. Oktober 2019, 16:40

So, die Platinen sind jetzt bestellt und sollten am 01.11. ankommen. Bin mal gespannt. Bauteile sind auch bestellt und sollten rechtzeitig da sein.

Norbert

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96

Donnerstag, 24. Oktober 2019, 17:04

Glückwunsch!

Jetzt muss Du nur noch den DHL überreden, am Feiertag zu Dir zu kommen! :D

Ein Deckslicht mit Bewegungssensor fehlt mir auch noch und eine Kamera
wollte ich auch schon immer im Mast haben. Ich bin sehr gespannt.

Grüße,
Christian
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Montag, 28. Oktober 2019, 10:11

Die Platinen sind fertig und gehen heute in den Versandt. Spätestens nächste Woche sind die bei mir.

Norbert

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Freitag, 1. November 2019, 19:20

Kurzer Zwischenstand:

Die Platinen sind in Deutschland. Aufgrund des Feiertages in NRW bekomme ich die erst am Montag. Bin schon echt gespannt, ob alles passt. Ich werde dann eine Platiene zusammenlöten und testen. Bericht folgt.

Norbert

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Sonntag, 3. November 2019, 16:34

Habe heute Nacht noch einmal das Gehäuse neu ausgedruckt. Jetzt sind alle Änderungen enthalten. Bin schon gespannt, ob morgen die Platine passt.

Norbert
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Montag, 4. November 2019, 16:19

Die Platinen sind angekommen und passen perfekt. jetzt muss nur noch die Schaltung funktionieren. Das werde ich die Tage testen.

Auf jeden Fall möchte ich den Abstandssensor auf der Boot 2020 ausstellen. Bis dahin wird es rudimentär funktionieren, wennauch noch nicht alle Software-Features funktionieren werden. das ist dann was für den Winter.

Norbert
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