Real Time Clock Ersatzakku

Leider ist an dem Gerät der Tragegriff abgerissen.

Eigentlich wollte ich nur das defekte Gehäuse reparieren, bei dieser Gelegenheit dann den Speicherakku des Real Time Clock ersetzt.

Die Bilder zeigen die beschädigte hintere Ecke und weitere Risse nachdem der Tragegriff abgekracht ist. Der Riss am Kunststoff am Trägerbereich des Griffes war schon lange sichtbar, ich selbst hatte es nicht mehr damit getragen, war aber auch lustlos es vorsorglich zu verstärken, selbst schuld. Wie es so kam hat es jemand anderes, der das nicht wußte von A nach B getragen und der Griff ist dabei ausgerissen und dabei das Scope heruntergefallen, glücklicherweise hat es den Sturz funktional überlebt.

Beim Ausreißen des Griffes und beim Sturz sind am Gehäuse Unmegen von Rissen entstanden, man steht vor der Frage "Wo bekommt man ein neues Gehäuse her?" - keine Chance - Das stumpfe Zusammenkleben der Seitenteile ist nur eine dürftige Lösung, das hält nur begrenzt. Es ist leider ein Mangel an vielen Kunststoffen generell, dass deren Haltbarkeit manchmal ihre Grenzen zeigt, das Oszilloskop wurde 1997 gebaut, der Kunststoff damit 20 Jahre alt und hat an Weichmacher verloren, es hat auch einige Tage der Wärme und Kälte gesehen.

Das Oszilloskop hätte mit intaktem Gehäuse einen derzeitigen Gebrauchtwert von ca. 350 Euro, Fortschmeissen geht gar nicht, verschenken nein, schon zu oft gemacht. Mit defektem Gehäuse verkaufen, das will dann keiner haben oder wenn nur zu Mond-Tiefstpreisen. Es ist messtechnisch ein zuverlässiges Gerät und elektrisch in gutem Zustand, ohne eingebrannte Röhre - folglich behält man das Gerät und versucht es halbwegs ordentlich zu retten.

Selbstverständlich könnte man sich jetzt dünne verstärkende Bleche im Innern zurechtschneiden, deren Dicke wäre innen gerade noch machbar. Im Moment aber keine geeigneten Bleche vorhanden, die Blechschere auch nicht, das Werk dafür ist zu groß, außerdem wären die Risskanten außen dann immer noch sichtbar.

In solchen Fällen, nimmt man das was gerade da ist - dünnes Pappel Holz, kinderleicht zu sägen und schleifen, dazu noch eine herrliche feinporige Oberfläche. Außen aufkleben deckt die Risse ab, und wenn die Oberfläche nett gestaltet ist, sieht es vielleicht schick aus. Für die feinporige Pappel bietet sich Schellack an

Der mitdenkende Leser erkennt sofort den Sinn dieser Hölzer. Sie werden an den gerissenen Stellen aufgeklebt um die Flächen des Kunststoff zu verstärken.

Über die Gestaltung der Oberflächen darf man geteilter Meinung sein. Auf das hellste Pappel "pur" - im Moment kein Interesse - man besinnt sich wieder der Möglichkeiten der nächsten Umgebung.

Der Bunsenbrenner flämmt das Holz an den Kanten an. Beim Anfackeln entsteht als Oberfläche eine Kohlenstoffhaltige Oberfläche, Ruß, dieser unter Schellack vergraben ergibt ein herrliches Schwarz. Zudem ist Ruß bei normalen Temperaturen ziemlich widerwärtig gesinnt Verbindungen mit anderen Substanzen einzugehen - etwas vornehmer ausgedrückt, Ruß ist gegenüber vielen Substanzen inert, daher ein möglicher Lackuntergrund und dazu noch aufsaugend - geeignet.

Das "Braun" auf dem Holz, das ist einfach nur weniger stark verkohlt. Warum Blau? - da es farblich zu bestimmten Stellen am Oszilloskop passt. Getreu dem Motto was gerade in unmittelbarer Nähe ist, findet hier königsblaue Tinte ihre Anwendung. Das Königsblau ist eine schön Farben und als Tinte effektiv in der Wirkung, im Wasser gelöst kann wenig Tinte große Wassermengen färben.

Poliert und danach glattgeschliffen. Auf dem kleinen feinporigen Pappelholz gelang das während einem einzigen Tag, wobei der Schellack nur so dick wie gerade nötig aufgetragen wurde aus Zeitspargünden. Eine mühselige Flickerei.

Ersatz der Speicherbatterie

Das Gerät verfügt über einen 2.4V Akku auf der CPU Karte. Im ausgeschalteten Gerätezustand versorgt dieser den CMOS Serial Real-Time Clock mit integriertem RAM. Der Real-Time Clock 68HC68 stellt die Systemzeit, im RAM des Baustein ist die Geräte Seriennummer abgespeichert.

Der Akku wird bei eingeschaltetem Gerät konstant mit kleinem Strom aufgeladen über einen Spannungsteiler, der an einer konstanten Spannung angeschlossen ist. Vor dem Akku ist zusätzlich noch eine Diode verbaut, die im ausgeschalteten Zustand verhindert, dass sich der Akku über den Spannungsteiler wieder entlädt. Gespeist ist der Spannungsteiler aus VCC=5V (nicht nachgemessen), dann ergibt sich rechnerisch ca. 3V an dem Akku.

Im eingeschalteten Zustand konnte ich am original Akku eine steigende Spannung auf ca. 2.8V messen nach vielen Stunden des Ladens, dann fällt sie nach ein paar Tagen herunter bis auf etwa 2.4V. Der Spannungsteiler ist im Bereich von mehren Kiloohm, geringer Ladestrom, macht ja auch Sinn. Der Real-Time Clock benötigt im Schlafzustand ein paar µA.

Die genaue Schaltung und die originale Akkubezeichnung ist aus dem Service Manual entnehmbar, anhand der Bilder läßt sich die Geräte Serie erkennen. Um eine spezifische Geräte Beschreibung geht es in diesem Bericht nicht, da sich die Sache mit einem Real Time Clock Ersatz bei vielen Geräten stellt.

Verbaut war noch der erste Akku, so langsam das Gefühl, dass er nach 20 Jahren an Kapazität verloren hat, was zu schnellerem Entleeren führt. Benutzt man das Gerät öfters, stellt selbst ein schwach gewordener Akku kein Problem dar, da er öfters automatisch aufgeladen wird. Bei diesem Gerät ist jedoch abzusehen, dass es nicht mehr so oft genutzt wird, dass heißt lange Stillstandszeiten sind wahrscheinlich, dass liegt nicht an mangelndem Interesse am Gerät - nein - sondern daran dass eine ausreichende Anzahl an Oszilloskopen zur Verfügung steht und das jeweils benutzte Gerät öfters gewechselt wird - ich arbeite selten stets mit dem gleichen Oszilloskop.

Einen neuen baugleichen Akku zu besorgen war mir aus Beschaffungsgründen zu viel Arbeit, zum Ausbau des alten Akkus, der auf der Oberseite verschweißt ist habe ich momentan nicht die geringste Lust. Hinzu kommt, man muss für diese Arbeit auch die CPU Leiterplatte ausbauen, den unteren (noch defekten, instabilen) Deckel ausbauen. Das nächste was zu beachten ist, während des Akkutausch fällt die Spannung am Real-Time Clock aus, die Uhr neu zu stellen wäre kein Problem, aber die gespeicherte Seriennummer wäre wahrscheinlich auch weg (kann sein der Speicher hält eine Weile durch Restladung, weiß es nicht und möchte es auch nicht testen). Das Neueingeben der Seriennummer ist auch wieder Aktion mit irgendeiner Software was ich an dem Gerät noch nie gemacht habe. Alternativ könnte man über eine Diode gespeist den Real-Time Clock während des Akku Tausch aus einer Fremdspannung zu speisen. Alles in Summe keine Lust darauf.

Machen wir den Akku Austausch diesmal anders:

Der Kenner weiß anhand des Fotos sofort über restlos alle Details Bescheid.

Den anderen Lesern möchte ich ein bisschen helfen:

Zwei sehr gute Micro AAA NiMh 1.2V Akkus mit geringster Selbstentladung und hoher Zuverlässigkeit.
Lötzinn mit einem Schmelzpunkt von nur +79°C, bestehend aus Indium 25%, Wismut 57%, Zinn 17% in dieser Zusammensetzung RoHs-konform. Der Vorteil von diesem Lötzinn liegt auf der Hand, damit lassen sich mit nur vergleichsweise geringem thermischen Stress Drähte an dem Akku anlöten. Selbstverständlich war ich auch zu müde dazu mir die AAA Versionen mit angeschweißter Lötfahne zu kaufen, geht aber auch so. Wer die gleiche Aktion mittels Standard Lötzinn PbSn oder gar bleifreiem SAC, Sn pur durchführt schädigt den Akku, da er hierzu Temperaturen von fast 300°C fahren müsste, absolutes Gift für den Akku, gefährlich.
Woher bekommt man solch ein Lot, z.B. in Auktionshäusern - Preis Größenordnung ca. 300 Euro/kg als Gebrauchtware, Neupreise noch höher. Kauft mal echtes Indium Lot in USA beim Händler, ein kurzes Stück kostet xxx Euro. In Deutschland ist solche Ware schwer erhältlich, kaum ein Unternehmen hat es, viele kennen es gar nicht. In USA Auktion viel häufiger zu finden.
Lötbarkeit sehr gut in Verbindung mit Flussmittel (aufgetragen mit Wattestäbchen).
Ein weiterer Vorteil, was würde passieren wenn der Akku aus irgendwelchen Gründen auch immer, heiß werden würde? Ganz einfach das Lötzinn schmilzt und durch die Federkraft im Draht wird der Anschlussdraht seinen Kontakt an den Akku verlieren und der Stromfluß wäre unterbrochen. Standard Lötzinn oder ein Schweißkontakte kennen diesen Vorteil nicht, da deren Ablösetemperatur viel zu hoch ist. Angelötet ist der Kontakt selbstverständlich mit versilberter Teflonlitze.
die Kunststoff Ummantelung des Akkus zeigte sich beim 79°C Lötvorgang davon vollkommen unbeeindruckt, bei normalem Lot wird sie schon weich und verformt sich,

Zum Löten dann eine Lötstation mit geregelter Temperatur, hier eingestellt auf 110°C in der Lötspitze, erfahrungsgemäß liegt die Temperatur am schmelzenden Lot etwas darunter. so ab etwa 100°C ging die Lötung fließend leicht.

Wer möchte kann zusätzlich noch eine Lötstation verwenden, welche die Lötung mit Schutzgas (Stickstoff) umspült um die Lötbarkeit und Qualität nochmals zu verbessern. Positiv hinzu kommt das aufgetragene Flußmittel, ganz normales SMD Flußmittel, kann sein dass es sogar spezielles Flußmittel für solche Lote gibt, möglich.

Das ist schon eine ziemliche Show an Equipment nur um zwei Drähte anzulöten? - ja das stimmt - der geübte Dilettant richtet sich nun mal vernünftig ein, wenn andere es nicht tun (wenn ausreichende finanzielle Mittel vorhanden sind) dann interessiert mich deren Jammern nicht über deren aufkommende technische Probleme.

Die Auswahl an verschiedenen Lötspitzen lässt stets die richtige Wärmemenge auf die Lötstelle fließen. Das Mikroskop kontrolliert den Lötvorgang. Das Schleifpapier oder eine Feile ist nötig um die Nickelschicht auf den Akkukontakten zu entfernen, darauf lötet sich nicht gut bis gar nicht.

Um es anzumerken: jeder Akku Hersteller wird diese Methode den Akku zu kontaktieren, verbieten und als unzulässig deklarieren - zu Recht - da dieses Anlöten sehr schwierig ist, Spezialequipment erfordert und ein gewisses Restrisiko auf Defekte und Gefahr vorhanden bleibt. Deswegen hat das gezeigte hier rein privaten Charakter. Wiederholen Sie das hier gezeigte bitte nicht, privat habe ich die Freiheit das gezeigte hier zu tun.

Ich fordere niemanden auf Akkus genauso zu kontaktieren wie in der gezeigten Methode, tun Sie das bitte nicht, sondern verwenden Sie Akkus mit angeschweißten Lötfahnen, die sind leicht erhältlich. Noch viel besser, gleich einen originalen Ersatzakku.

Verwenden Sie bitte keinen Lithium-Ionen Akku für solche Zwecke, sollte dieser aus irgendwelchen Gründen auch immer überladen werden, gast der zunächst heftig aus und kann leicht mit einer großen Flamme explodieren. Lithium-Ionen Akkus niemals ohne geeignete Schutzelektronik betreiben, ich meine das wirklich ernst.

Bauen wir ein kleines Häuschen für den Akku aus zurechtgesägten kupferkaschierten Leiterplatten.

Beim Sägen den Staub des Epoxydharz absaugen und Atemschutzmaske tragen, der Staub gesägt mittels Diamantblatt ist sehr fein, er besteht aus Glas und Kunststoffen. Die menschliche Lunge ist evolutionstechnisch nicht dafür ausgelegt mit solch chemisch stabilen Substanzen die erst wenige Jahrzehnte bekannt sind umzugehen oder diese leicht wieder abzubauen. Dieser Staub ist definitiv Lungenschädlich.

Die Akkus und der gesamte Innenraum des Gehäuse sind umklebt mit temperaturfestem, hochisolierendem Kapton Klebeband. Beim Abkleben des Akkus ist zu beachten, dass der Pluspol nicht direkt seitlich abgeklebt wird, sondern das er Luft hat, am Pluspol liegt das Sicherheitsgasentladungsventil des Akkus, dieses sollte im Fall eines Überlastfall frei ohne Hindernis die Überdruckgase ausblasen können.

Der Deckel vom Gehäuse hat einen Spalt von ca. 0,5mm damit im Falle eines Überdruck auslösenden Akkus die Gase leicht entweichen können und sich kein Gegendruck zum Akku Innern bilden kann. Der Deckel ist auch nur an zwei Stellen verlötet, so dass er jederzeit leicht geöffnet werden kann.

Gelötet ist das Gehäuse mit Bleifrei SAC100 Lot, der Lötkolben schafft die erhöhte Temperatur problemlos, das Lot hat wenig Flussmittelreste, deren spätere Entfernung leichter ist verglichen zum verbleiten Lot - hat alles seine Vor- und Nachteile.

Der Widerstand ist 1kOhm und begrenzt für den Fall einer defekten Ansteuer- Speise Elektronik den maximal möglichen Lade- und Entladestrom auf sehr geringe Werte. Außerdem läßt sich der Shunt leicht für Prüfzwecke nutzen, mit dem Millivoltmeter lassen sich Rückschlüsse auf Lade- und Entladestrom schließen.

Die Anschlussklemme erleichtert den Einbau und erlaubt gleichzeitig einfache Spannungsprüfung. Das kleine verklebte Hölzchen festigt die Klemme zusätzlich.

Das Holz ist der Träger vom Kupfergehäuse, das Holz ist mit Kraftkleber flächig auf der Metallplatte verklebt. So muss in der Bodenplatte nichts gebohrt und Späne abgesaugt werden, das Gehäuse ist jederzeit entfernbar. Die Schrauben haben keinen elektrischen Kontakt zum Metallboden, das Kupfergehäuse selbst ist jedoch an den Minuspol des Akkus angeschlossen. Die Anschlussdrähte sind versilberte Kupferlitze Teflon isoliert.

Der Gehäusedeckel ist mit 400er und 2000er Schleifpapier geschliffen und anschließend mit Schellack überpinselt, der Lack verfließt sehr gut auf der glatten Metalloberfläche. Der Akku hat nun eine Kapazität von 750mAh, der alte Akku hatte im Neuzustand 250mAh.

Was hier noch fehlt auf dem Foto, ist eine mechanische Sicherung der Lötstellen an der Leiterplatte und an den Klemmen, damit der Draht nicht abbricht. Ein paar Tropfen Silikonmasse o.ä. zur Fixierung wäre eine Möglichkeit.

Der Akku wird hier nicht gemäß einem Ladeverfahren der Hersteller geladen, das weiß ich - ich habe mich schon davon distanziert, dass niemand dies nachmachen soll, was hier gezeigt ist.

Jedoch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Fehlers mit einer gefährlichen Überladung oder Entladung ist deutlich gemindert durch den 1kOhm Vorwiderstand. Hinzu kommt die Quelle selbst liegt im Bereich von >1kOhm Spannungsteiler an 5 Volt Vcc, der dann am Spannungsteiler Ausgang nur max. 3 Volt an den Akku liefert, (messen konnte ich max. nur 2,8V-2.85V). Gegen Entladung zurück in die Ladeschaltung blockiert eine Diode. Für ein mögliches gefährliches Aufheizen fehlt die nötige Speiseenergie und das Gerät müsste über sehr viele Tage hinweg eingeschaltet bleiben um überhaupt lange Laden zu können.

750mAh bei maximal möglichem Ladestrom von 1mA, entspräche das 750 Stunden - Gerät müsste 31 Tage konstant eingeschaltet sein für eine Volladung, unwahrscheinlich. Eingebaut wurde der Akku vollgeladen und wird die nächsten Tage beobachtet.

Was passiert bei fast vollem Akku?, die NiMh Ladeschlusspannung steigt auf ca. 1,4 Volt an, somit 2,8V in Summe. In diesem Fall stehen dann zwei Brückenschaltungen mit 2,8V gegenüber 2,8V verbunden über den 1kOhm Quer-Widerstand, dieser verhindert sofort weiteren Ladestrom. Wenn eine Überladung stattfinden könnte, dann allerhöchstens mit einer Überladung im µA-Bereich.

Was geschieht wenn die Ladeschaltung defekt geht?, der Akku kann keine Energie zurück in die Ladeschaltung liefern, da durch eine verpolte Diode blockiert. Im schlimmsten Fall eines kurzgeschlossenen Akkus ist der Kurzschlussstrom begrenzt auf 2,8V/1kOhm=2,8mA.

Das sind alles einfachste Berechnungen, jedoch wer immer einen Akku egal wo verbaut, darf das nicht tun ohne die grundlegenden Überlegungen zu Kurzschluss, Überlastfall und Überladung durchgeführt zu haben. Es zu tun ist einfach, es zu vergessen geschieht schnell.

Technische Berichte Impressum