Reinhard Weiß

Geko Anschlusstechnik

Anschlusskabel kaufen oder selber basteln?

• Das von Garmin angebotene Zubehör ist reichlich überteuert. So kostet das einfache Datenkabel für die serielle Schnittstelle ohne jegliche Elektronik um die 31 EUR! Standard SubD9-Kabel kosten aber nur wenig (z.B. bei www.reichelt.de 0,54 EUR) oder nichts (wenn man ein altes serielles Mauskabel findet). Allerdings fehlt da noch der spezielle Garmin-Stecker, den es von Garmin nicht einzeln zu kaufen gibt (warum wohl?). Ganz so trostlos ist es aber nicht, siehe weiter unten.
• Das Powerkabel für die Kfz-Versorgung kostet bei Garmin auch so 31 EUR, hier ist immerhin ein Schaltregler (MC34063) eingebaut (siehe Schaltbild unter www.nomad.ee/micros/etrex.shtml), aber vergleichbare Handy-Adapter kosten nur etwa 15 bis 20 EUR. Gelegentlich kann man solche Kfz-Adapter für Handys im Ausverkauf für z.B. 1 EUR bekommen, die man leicht für das Geko umbauen kann. Man braucht aber auch hier wieder den Geko-Stecker.
• Immerhin gibt es von Garmin auch eine Kombination aus Daten- und Kfz-Power-Kabel für "nur" ca. 44 EUR ("Y-Kabel"). Trotzdem eine Menge Geld, das man sparen könnte, wenn man geschickt vorgeht.
• Wenn man eine andere Spannungsquelle benutzen will (Netzgerät, AkkuPack), kann man sich das Geld für die Garmin-Kabel sowieso sparen und sich ein einfaches Kabel selber bauen. Die Spannung muss dann aber geregelt werden, und man braucht natürlich auch wieder den Geko-Stecker.
• Es gibt auch fertig konfektionierte Kabel anderer Lieferanten, z.B. von Carsten Kurz unter www.gpskabel.de, dort gibt es auch weiters Zubehör zum Basteln von Kabeln und Adaptern zum Geko und anderen Geräten.
• Für einen zum Geko (oder eTrex) passenden losen Stecker gibt es glücklicherweise doch Lieferanten (s.u.), so dass einem Kabel-Eigenbau eigentlich nichts im Wege steht.
• Alle Basteleien sind aber nur für Leute geeignet, die eine ruhige Hand haben und fummelige Arbeit nicht scheuen. Anderenfalls sind selbst Originalkabel wieder preiswert, wenn man die vertane Zeit (oder Ärger durch eigenen Pfusch) berücksichtigt.

Wie kann man sich ein Daten- oder Powerkabel basteln?

• Wenn man die Daten-Kabel selber basteln will, findet man die Anschlussbelegung und eine Beschreibung u.a. unter www.jens-seiler.de/etrex/datenkabel.html für das eTrex, was aber auch beim Geko passt.
• Falls man eine Kfz-Versorgung (oder Speisung von einem Netzteil) selber basteln will, sind die Ausführungen und Beispiele unter www.nomad.ee/micros/etrex.shtml zum Studium empfohlen.

Wie kommt man nun an den Gerätestecker?

• Nachdem es von Garmin keine einzelnen Stecker gibt, haben sich Bastler weltweit mit den unterschiedlichsten Behelfslösungen abgemüht. Eine Auswahl davon sind auf www.pfranc.com/projects/g45contr/emap/diy/index.htm zu sehen.
• Ich hatte mir für die ersten Tests auch einen ganz einfachen Stecker gebastelt. Dazu hatte ich mir eine kleine Plastikkarte (alte Scheckkarte) in passender Größe zugeschnitten, die man in die Halterung schieben kann. Ich habe dann kleine Löcher gebohrt, um einen sehr feinen Kupferdraht (aus einer 1,5 mm² Litze) in Längsrichtung so durchzufädeln, dass er auf der Unterseite direkt auf die Kontaktflächen zu liegen kommt. Das hat funktioniert, ist aber wenig betriebssicher (langfristig Gefahr der Korrosion und möglicherweise zu hohe Reibkräfte, die die Goldschicht bei häufiger Benutzung beschädigen könnten, andererseits undefinierte Andruckkräfte). Es hat mir geholfen, ist aber für eine harten Outdoor-Einsatz wohl nicht robust genug.

improvisierter Stecker, Oberseite (Anschlüsse)	improvisierter Stecker, Unterseite (Kontakte)	Leiterplatten-Steckverbinder mit vergoldeten Kontakten

• Für eigene Versuche könnte man auch vergoldete Steckerleisten-Pins benutzen, die man aus geeigneten Steckverbindern ausbaut, z.B. aus einer Trägerleiste, die bereits 3,96 mm Kontaktabstand hat ("Leiterplatten-Steckverbinder"): von Reichelt Typ STECKER 12-396, 12-polig (0,77 EUR) oder Typ 24-396, 24-polig (1,10 EUR) bzw. von Conrad 12-polig Nr. 74 06 83-55 (1,59 EUR).
• Alle solche Versuche sind sicher sehr einfallsreich, aber letztlich nicht befriedigend. Daher kann ich nur empfehlen, einige EUR zu investieren und einen professionellen Steckernachbau einzusetzen, z.B. von pfranc.com (e2Plug, Bezugsadressen über pfranc.com/cgi-bin/list), oder von kommerziellen Händlern unter www.haid-services.de (e2Plug) oder Carsten Kurz unter www.gpskabel.de. Solch ein Stecker kostet ca. 6 bis 10 EUR und ist jeder Bastelei überlegen.
  Update 08/2017: Bezug jetzt über http://www.trautenberg.net/, dort gibt es den e2plug nicht mehr, sondern nur noch den eplug.
• Der Stecker e2plug macht einen guten Eindruck, er hat vergoldete Crimp-Kontaktfedern und ist sehr flach. Allerdings muss man beachten, dass einerseits der Kabelmantel nur etwa 3,5 mm Durchmesser haben darf, andererseits das Crimpen so feiner Kontakte schwierig ist, wenn man kein passendes Werkzeug hat oder jemanden kennt, der eins hat (unbedingt zu empfehlen, nicht mit der Zange versuchen). Alternativ kann man mit einer sehr feinen Lötkolbenspitze die Adern anlöten, muss aber auf geringen Lötauftrag achten und dann vorsichtig mit einer Zange etwas zusammendrücken. Wegen dem dünnen Kabel kommen nur Litzen mit 0,14 mm² (x 4) in Frage.

Stecker e2Plug von Pfranc	Mauskabel, zerschnitten (PC-seits)

• Als Kabel ist ein altes Mauskabel zu empfehlen. Wenn es die SubD9-Buchse für die serielle Schnittstelle besitzt, kann man es auch gleich als Datenkabel benutzen ohne zusätzliche Arbeit. Der Außendurchmesser sollte so um 3,5 mm betragen. Ob ein Kabel gut geeignet ist, kann man dann nur ausprobieren, indem man versucht, es in die obere Gehäuseschale einzulegen. Dabei sollte es schon etwas straff gehen. Ich würde empfehlen, zur Verbesserung der Zugentlastung, den Kabelmantel mit PVC-Kleber an den Stecker (nur die eine Seite) anzukleben. Anderenfalls besteht die Gefahr, dass das Kabel eines Tages doch herausreißt, man den Stecker aber kaum noch aufbekommt.
• Der Zusammenbau des e2Plug ist auch etwas heikel, weil es wirklich sehr fummelig ist. Es bewährt sich der immer wieder genannte Trick, mit einer sehr feinen (Steck-)Nadel die durchgesteckten Kontaktfedern vor dem Zusammenbau von der Außenseite des Steckergehäuses zu arretieren. Dann ist das Zusammendrücken der Gehäuseschalen kein Problem und die Kontakte bleiben da wo sie hingehören.

Welche Eigenarten sind bei der Stromversorgung zu beachten?

• Wenn man sich eine eigene Stromversorgung für das Geko basteln will, z.B. als Netzteil, fürs Kfz (Motorrad/Auto) oder mit externem AkkuPack, muss man sich mit den Eigenarten des Gekos befassen (es gelten hier meist auch die Gesichtspunkte wie beim eTrex).
• Die eingesetzten Batterien (2 Stück) sind vom Typ AAA/Microzelle, was das Gerät sehr handlich zu machen erlaubt (das eTrex und alle anderen Garmin Handgeräte verwenden Mignonzellen, Typ AA). Als Alkali-Primärzellen sollen sie bei "normaler Benutzung" zwischen 7 und 10 Stunden halten. Nun, was ist schon "normal"? Stromfresser sind jedenfalls der (abschaltbare) elektronische Kompass und die Hintergrundbeleuchtung (siehe Tabelle 1). Daher sollte man diese auch möglichst wenig benutzen.
• Das Gerät besitzt intern einen DC/DC-Wandler, der die Batteriespannung hoch setzt. Das ist daran zu erkennen, dass die Stromaufnahme mit fallender Batteriespannung ansteigt(!), vergleiche Tabelle 1.
• Die Stromaufnahme ist daher z.B. bei 2,4 V ca. 35 % höher als bei 3,0 V, bei 2,2 V sind es 48 % und bei 2,0 sogar 63 %. Man tut also gut daran, eine Batterie mit "möglichst hoher" Spannung zu benutzen.
• Das bedeutet, dass bei Verwendung von NiMH-AAA-Akkus neben deren an sich schon geringeren Speicherkapazität auch noch wegen der geringeren Spannungsabgabe die durchschnittliche Stromaufnahme ansteigt und damit die Standzeit wesentlich verkürzt wird. Daher sind Alkali-Batterien eigentlich sinnvoller als NiMH-AAA-Akkus.
• Die Höhe der maximal zulässigen Eingangsspannung am Geko ist nirgendwo dokumentiert. Das Kfz-Netzteil von Garmin liefert 3,1 V. Es ist anzunehmen, dass eine nennenswert höhere Spannung nicht angelegt werden darf. Das gilt sowohl für die Batterie im Batteriefach als auch für von außen angeschlossene Quellen. Allerdings geben neue Alkali-Zellen bis zu 1,6 V ab, so dass zumindest im Leerlauf auch 3,2 V entstehen könnten, die ja auch toleriert werden müssten.
• Die untere mögliche Arbeitsspannung (Abschaltschwelle) liegt so bei etwa 2,0 V (Tabelle 2). Hier habe ich keinen nennenswerten Unterschied zwischen der Menü-Einstellung Alkali und NiMH gefunden. Möglicherweise ist die Vorwarnmeldung unterschiedlich zeitlich verzögert, aber das ist mir nicht aufgefallen.
• Eine ganz wichtige Frage ist, wie hoch muss die von außen angelegte Spannung sein, damit der Strom hieraus gezogen wird und nicht doch aus der eingelegten Batterie? Das Stromversorgungsdesign beim Geko ist da etwas unglücklich. Es reicht nicht aus, wenn die externe Spannung so um 2 bis 3 V hätte, was ja für einen Betrieb reichen würde, und man davon ausgeht, dass dann die Batterie abgeschaltet würde. Das ist nicht der Fall. Tatsächlich ist es so, dass die externe Spannung ziemlich genau mindestens die Höhe der Batteriespannung haben muss, damit kein Strom aus der Batterie fließt. Ich konnte das nicht genau messen (die Übergänge sind wohl wegen der Hysterese ungleichmäßig), es sollten aber so etwa mindestens 0,1 V mehr Spannung am Anschlusstecker zur Verfügung stehen als die Batteriespannung (im Leerlauf) beträgt. Andernfalls wird auch ein Teil des Stroms aus der eingelegten Batterie gezogen, zumindest so lange, bis ihre Spannung entsprechend abgesunken ist.
• Diese Forderung ist bei eingelegten frischen Alkali-Zellen (die bis zu 3,2 V liefern können) also gar nicht erfüllbar. Aber irgendwann sinkt deren Spannung ja auch mal ab ;-). Die vom Kfz-Stecker gelieferten 3,1 V sind also ein Kompromiss, weniger sollte es aber nicht sein.
• Für eine externe Speisung des Geko wäre es also durchaus sinnvoll, wenn man entweder die Batterien heraus nimmt, solange man von außen Spannung zuführt oder gleich über eine Adapterplatine direkt auf die Batteriekontakte im Batteriefach geht. Dies hätte noch den Vorteil, dass etwas weniger Strom benötigt wird (siehe Tabelle 1). Aber das ist andererseits ziemlich unpraktisch, wenn man etwa bei Pausen das Gerät vom Lenker abnehmen möchte, um es am Biertisch zu bedienen. Dann müsste man die externe Versorgung entweder mit abnehmen oder abstecken (wenn eine Steckverbindung verwendet wird).
• Bei der Menüauswahl Alkali oder NiMH sollte man erwarten, dass sie bewirkt, dass bei NiMH-Zellen, die ja immer weniger als Alkali liefern, die Warn- oder Abschaltschwelle niedriger angesetzt würde, um bessere Standzeiten zu haben. Dies ist aber nicht eindeutig der Fall. Es ist sehr diffizil auszumessen, aber bei meinen Messungen war die Geräte-Abschaltung unabhängig von der Einstellung im Menü ziemlich exakt gleich, siehe Tabelle 2.
• An Tabelle 1 ist auch zu erkennen, dass die Stromaufnahme bei Speisung über die Batteriekontakte etwas geringer ist als die bei Zuführung über den Gerätestecker (vermutlich ist dort noch ein zusätzlicher Spannungsabfall, der zu einer geringeren internen Spannung führt).
• Wie groß die mittlere Stromaufnahme im praktischen Betrieb ist, ist eine andere Frage. Je nach Einstellung erfolgt die GPS-Messung nur sekündlich oder seltener. Daher wird der Wert irgendwo zwischen dem Ruhestrom und der Satellitensuche liegen. Wenn der Kompass eingeschaltet ist, erhöht sich der Verbrauch im Stand (wird bei Bewegung deaktiviert). Auch die Beleuchtung sollte man nicht als Ersatz für das Fahrradlicht oder eine Taschenlampe missbrauchen.
• Es ist bemerkenswert, dass der Reststrom bei ausgeschaltetem Gerät beim Gerätestecker wesentlich höher ist als an den Batterieklemmen (Tabelle 1). Trotzdem wird er normalerweise zu vernachlässigen sein.

Bei allen Messungen ist zu beachten, dass schon geringe Spannungsabfälle (z.B. vom Strommesser) nennenswerte Stromänderungen hervorrufen, so dass dieser Einfluss berücksichtigt werden muss (100 mV Abfall entsprechen so etwa 6 % höherem Strom).

Ähnliche Messungen zum eTrex siehe http://home.wtal.de/noegs/etrex-span.htm von Carsten Kurz.

Wie kann man sich eine externe Stromversorgung basteln?

• Nachdem es unbefriedigend ist, dass man unterwegs immer mit einem umständlichen Batteriewechsel rechnen muss (der Lenkerhalter stört und das Öffnen des Batteriefachs ist unpraktisch), oder dass man gar auf längeren Radtouren immer eine handvoll Microzellen dabei haben muss, liegt es nahe, eine andere Spannungsquelle zu benutzen.
• Mögliche Lösungen hierfür sind vielfältig, es könnten kapazitätsstarke Monozellen adaptiert werden oder wiederaufladbare AkkuPacks. Micro-Akkuzellen für das Batteriefach sind zwar verfügbar, aber haben noch eine zu geringe Kapazität (bis 1000 mAh). Sie können auch nicht zum Laden im Gerät belassen werden.
• Bei Verwendung von Akkus oder Batterien müssen mehrere Zellen in Reihe geschaltet werden. Um den zur Verfügung stehenden Spannungsbereich bei 3 oder 4 AkkuZellen einzuhalten, muss dann die Spannung stabilisiert werden (Linearregler oder Schaltregler), was einige Kenntnisse der Elektronik voraussetzt. Hier ist geringer Ruhestrom bzw. hoher Wirkungsgrad wichtig.
• Bei allen Lösungen hierzu muss ich ganz klar sagen: Wenn jemand keine ruhige Hand hat und fummelige Bastelarbeiten scheut, sollte bei den auswechselbaren Alkali-Microzellen für das Batteriefach bleiben. Sie sind soweit problemlos und kosten bei Aldi und Lidl nur 50 ct je Austauschsatz. Dadurch erspart man sich viel Arbeit. Wer jedoch optimalere Konzepte anstrebt, für den kann ich meine Lösung empfehlen.

• Meine Entwicklungsziele waren:
  • mit leistungsstarken und universell einsetzbaren Mignonzellen auszukommen
  • die höchstmögliche Standzeit zu erzielen (d.h. möglichst hohe Spannung über lange Zeit)
  • die Nachladeabstände möglichst hoch zu halten, und Akkuwechsel unterwegs zu vermeiden
  • als Reserve noch Batterien im Gerät zu halten, falls der Akku schlapp macht, mit Umschaltung, ohne das Batteriefach öffnen zu müssen (wird ja behindert durch die Lenkerhalterung)
  • keinen separaten Ausschalter zu benötigen, d.h. geringster Eigenstrombedarf
  • möglichst geringe Leistungsverluste durch den Regler
  • AkkuPack und Geko trennbar über Stecker, d.h. auch getrennt verwendbar
  • einfache Beschaffung der Teile ("handelsüblich")
  • gleichzeitig eine Adaption zu schaffen für ein Datenkabel (z.B. zum mobilen Anschluss eines PDA)
• Die Lösung bei mir sieht so aus, dass ich 4 Mignonzellen mit 2300 mAh (AA) zusammenschalte, die Spannung mit einem Linearregler stabilisiere und die Schaltung und das AkkuPack in einer Handy-Tasche verstaue. Zu den Details.
• Update 08/2017: Als Nachfolger dieser Lösung habe ich die etwas kompaktere Ausführung mit Speisung über USB (5 V)-Akkus hier beschrieben (Projekte 17/2011 und 08/2011)

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© Reinhard Weiß 2013 - letzte Änderung: 12.10.2021 19:44 / 1