Christians Homepage - Atomic Clock System 77 Update

Die Firma Auerswald hat Mitte der 1980er Jahre die Funkuhr ACS-77 als "Renkforce"-Bausatz auf den Markt gebracht. Die Uhr basiert auf einem Z80-Prozessor und viel TTL-Logik. Was sie vor allem auszeichnet ist ein gut lesbares Display mit LED-7-Segment-Anzeigen und ihr Technik-Look.

Ansicht der Funkuhr

Die ACS77

Auf der Suche nach Standby-Verbrauchern im Haushalt bin ich dann irgendwann auch bei dieser schönen alten Funkuhr angekommen:

Originalverbrauch: 10,7 Watt

Jahrespreis damit: 10,7W x 24h x 365d = 93,7kWh (!!!) (x 0,22€/kWh = €20,63/a)

und das seit ca. 25 Jahren. *Schluck*. Ganz schön viel Strom. Und Geld. Zeit, das zu ändern!

Die Resultate der einzelnen "Sanierungsmaßnahmen" mit Angabe der erreichten Betriebskosten/Jahr.
In Summe 65% Reduktion erreicht.

Projektstatus:	abgeschlossen - Maßnahmen 1 und 2 umgesetzt, 3 vertagt
Letzte Änderung Webseite:	12.02.2012 Historische Strompreisdaten hinzu

Energetische Sanierung

Maßnahme 1: Die Stromversorgung austauschen

altes Linearnetzteil der ACS77

Das schon etwas zerlegte Netzteil meiner ACS77 - man beachte die Schwarzfärbung der Leiterplatte...

Neues Schaltnetzteil der ACS77

...und das neue Schaltnetzteil von innen. (Es passt aber mit Gehäuse in die ACS-77.)

Die Stromversorgung meiner ACS-77 war mit einem Transformator, Si-Brückengleichrichter, 2000uF Elko und zwei Längsreglern 7812 + 7805 sehr klassisch aufgebaut. Damit auch leider ziemlich ineffizient, denn die Uhr im Originalzustand nimmt sich im Betrieb 230mA aus der 12V-Versorgung und 270mA aus der 5V-Versorgung. Allein die Verlustwärme der beiden Längsregler hatte bei meiner Uhr die Pertinax-Leiterplatte des Netzteils schon recht schwarz gefärbt...
Der Transformator an sich kommt bei einem Kern EL 54/18,8 auch nur auf rund 67% Wirkungsgrad (siehe z.B. Block Trafo EL 13/ 12).

Abhilfe: Ein günstiges Schaltnetzteil. Meine Wahl fiel auf das AP12UV-01 von ANAM Instruments. Das Netzteil gibt es bei Pollin Elektronik für €1,95, es hat 5V/1A und 12V/0,5A und sollte mit seinem TOP223Y-Schaltregler bei einer Effizienz um 85% liegen (maximal 90% laut Datenblatt). Man kann das Netzteil ohne Kabel direkt in das Gehäuse der Uhr bauen - mit einer 5-poligen Diodenbuchse aber auch als externes Netzteil belassen. Ich habe mich für die Einbauvariante entschieden, damit man nicht irgendwo noch ein extra-Kästchen rumfliegen hat.

Neue Verbrauchsmessung mit AP12UV-01 Schaltnetzteil: 6,4W

Immerhin schon 4,3W und damit 40% weniger Verbrauch - mit einer Jahresersparnis von rund €8,30 rechnet sich das neue Netzteil bereits nach drei Monaten (und reduziert das Brandrisiko wahrscheinlich auch, wenn man sich das alte Netzteil ansieht). Hätte ich das mal eher umgebaut!
Real ist der Wirkungsgrad des AP12UV-01 mit dem Verbrauch der Original-ACS77 von 270mA@5V und 230mA@12V -> 1,35W + 2,76W = 4,11W -> 64%... auch nicht so berauschend, wahrscheinlich da es überdimensioniert ist - im Leerlauf verbraucht es 1,45W. Wenn man den Leerlaufverlust als konstant ansieht, kommt man auf immerhin rd. 82%.

Maßnahme 2: Anzeigen tauschen

Segmentvergleich ACS77

Vergleich alte/neue Segmente und neue Vorwiderstände

Thermografie ACS77

Thermografie: die alten Vorwiderstände werden wirklich warm (rd. 71°C), die neuen bleiben kalt
Auch Prozessor, ROM und RAM sowie die Latches sind gut zu sehen.
Die alten HA1105R Segmente kann man gegen pinkompatible moderne hocheffiziente SA39-11SRWA (z.B. bei Reichelt Elektronik) tauschen, wobei man auch die Vorwiderstände deutlich erhöhen muss: Im Original fallen an den 390 Ohm rd. 9,3V ab -> If = 23mA. Bei einem Tastverhältnis von 1:6 gibt das rd. 4mA real, also über den Daumen eine Lichtintensität von rd. 220ucd. (Iv=550ucd bei If=10mA für die HD1105R). Laut Datenblatt ist Vf=1,6V, d.h. 12V-9,3V-1,6V = 1,1V fallen an den Zeilen- und Spaltentreibern ab.
Die SA39-11SRWA haben allerdings mindestens 9000ucd bei If=10mA und Vf=1,8V... also könnte If nur noch rund 6% der 23mA betragen -> 1,4mA. Wenn man etwas heller werden will (= es mit 1,4mA ausprobiert hat...) spendiert man doch besser 3mA:
Am neuen Vorwiderstand müssen also 12V-1,1V-1,8V = 9,1V bei 3mA abfallen ->Rvor=3k3 aus der E12-Reihe, allerdings reichen jetzt 1/4W-Widerstände.
Theoretisch bringt der Segmenttausch noch einmal rund 2,6W Minderverbrauch, also nochmals gut 40% Verbesserung. Mit etwas mehr Aufwand könnte man die Anzeigen auch an die 5V-Versorgung hängen, ich wollte aber nicht mit Fädeldrähten auf der Leiterplatte im Plexiglasgehäuse anfangen...
Die Investition von €7,98 lohnt sich zwar erst nach gut 19 Monaten (abgesehen von dem langwierigen Auslöt-Abenteuer) - das ist zwar lang, aber gemessen an der Zeit, die die Uhr schon gelaufen ist lohnt sich auch das noch, zumal die Anzeige dabei auch wieder etwas heller wird.

Neue Verbrauchsmessung mit SA39-11SRWA 7-Segmentanzeigen: 3,8W

Da passt die Theorie ganz gut - und die Betriebskosten fallen auf €7,32. Aus der 12V-Versorgung werden jetzt nur noch rd. 62mA bezogen.

Maßnahme 3: LS-TTL und NMOS gegen CMOS tauschen

Die bipolaren TTL-Bausteine genehmigen sich nach typ-Datenblattangabe auch in Summe schon rund 100mA - also bei 5V aus dem Schaltnetzteil etwa ein halbes Watt. Ich habe mich erstmal nur auf die größten Beitragsleister, die 4 Latches beschränkt, die sich rund 0,33W genehmigen. Der Tausch gegen Bausteine der HC-Reihe lohnt sich allerdings erst nach mehr als einen Jahr- langfristig ist das aber auch noch okay. Der Prozessor - siehe Thermografie - könnte ebenfalls durch die CMOS-Variante Z84C00-06MHZ ersetzt werden, kostet bei Reichelt allerding €4,85, was sich bei gesparten 0,6 Watt allerdings nur sehr langsam (> 4 Jahre) ammortisiert... Wer noch eine Z80C - CPU in der Schublade hat, sollte sie auf jeden Fall nutzen, bei allen, die die Uhr länger als 4 Jahre nutzen lohnt es sich eigentlich auch.

Messgeräte

Das Leistungsmessgerät KD-302 von Reichelt - ist auch bei Schaltnetzteilen und kleinen Leistungen erstaunlich präzise. Ich habe es mal mit einem "richtigen" Leistungsmessgerät Yokogawa WT 1600 gegengemessen, da machte es eine erstaunlich gute Figur auch bei Standby-Messungen an Schaltnetzteilen. Das KD-302 setzt auf das Single-Phase, Bi-Directional Power/Energy IC CS5460 von Cirrus auf, das die Leistungsberechnung etc. in Hardware ausführt. Anzeige usw. werden von einem Elan-Microcontroller übernommen.
Multimeter im 200mA und 10A-Messbereich
Wärmebildkamera Fluke Ti50FT

Strompreisentwicklung

Strompreisentwicklung 1990 - 2012 der Stadtwerke Bochum (Basistarif) und der Naturstrom AG

Hier mal ein paar historische Daten zur Entwicklung Strompreises von 1990 bis 2012 bei den Stadtwerken Bochum, jeweils im Basistarif bzw. der Grundversorgung.
(Bis 2002 von DM in EUR umgerechnet.)

Tarifdatum  kWh-Preis
01.01.1990  0,1040 €  0,2035 DM
01.10.1994  0,1443 €  0,2823 DM
01.01.1996  0,1323 €  0,2588 DM
01.10.1999  0,1275 €  0,2494 DM
01.01.2001  0,1341 €  0,2622 DM
01.01.2002  0,1400 €   
01.01.2003  0,1449 €   
01.01.2004  0,1530 €   
01.01.2005  0,1621 €   
01.01.2008  0,1831 €   
01.07.2010  0,2024 €   
01.01.2011  0,2123 €   
01.01.2012  0,2337 €

...und das gleiche für die Naturstrom AG 2008-2012:

Tarifdatum  kWh-Preis
01.01.2008  0,1925 €
01.04.2010  0,2125 €
01.05.2011  0,2250 €
01.01.2012  0,2340 €

Copyright © 2011 Christian

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