Garmin GPS III

von Franz-Manfred Schüngel
 
Memory Battery (Kosten: ca. 10 Euro)
Am Anfang nervte nur die Meldung "Memory Battery Power Low" beim Anschalten, aber irgendwann waren auch all meine Daten und Einstellungen weg :-( Da der übliche Ladevorgang - im Diagnosemodus (Enter-Taste beim Einschalten gedrückt halten) das Gerät ein paar Tage am Netzgerät hängen lassen - bei mir nicht mehr geholfen hat, war klar, dass die Batterie hin ist. Garmin repariert das nicht, sondern bot mir für 100 Euro (plus Märchensteuer plus Versand) ein neues III+ im Austausch gegen mein Gerät an. Da das im Rahmen der ebay-Preise liegt und ich kein Interesse hab, auf ein im Prinzip veraltetes Gerät mit Schwarzweiss-Display Detailkarten aufzuladen, hab ich lieber meins selber repariert.

The black-and-white screen of death ...
Die Memory Battery ist eine Vanadiumpentoxid-Lithium-Knopfzelle von Panasonic, Typ VL1220, 3 V, 7 mAh. Durchmesser 12.5 mm, Dicke 2 mm. Gute Erfahrungen beim Kauf habe ich mit abcde.de gemacht (ca 6 Euro mit Versand, Stand 2005). Dort sind auch die passenden Datenblätter verlinkt.

Der Austausch ist nicht sehr schwer, gewisse Fertigkeiten (insbesondere Löten) sollten allerdings vorhanden sein. Die Vorgehensweise ist wie folgt:

  • Daten sichern. Bei der Aktion gehen garantiert alle Einstellungen sowie gespeicherte Waypoints, Routen und Tracks verloren. 
  • Die Batterien herausnehmen und die Antenne abnehmen (nach unten drehen und abziehen).
  • Mit einem gescheiten Kreuzschlitzschraubenzieher an der Gehäuserückseite die sechs Schrauben herausdrehen und möglichst nicht verlieren.
  • Die Gehäusehälften trennen.
  • Den Stecker auf der Platine herausziehen, wodurch sich die Hälften besser aufklappen lassen (das Antennenkabel ist verlötet). Die Memory Battery sitzt neben dem Stecker.
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  • Die Polung der Memory Battery merken und die Lötfahnen möglichst weit oben abkneifen.
  • Die neue Batterie - richtig gepolt - an den alten Lötfahnen festlöten.
  • Alles wieder zusammensetzen, alles neu einstellen, Daten neu hochladen.

    • Wer aufgepasst hat, merkt, dass ein klein wenig Pfusch im Spiel ist. Korrekterweise müsste man die alte Batterie aus der Platine aus- und die neue einlöten. Dazu muss man jedoch die Platine komplett ausbauen, sowie an einer Multilayerplatine in der Nähe empfindlicher Chips herumlöten. Mir ist das zu heikel, ich habe daher die neue Batterie an den alten Lötfahnen angelötet.
     
    Akkupack (Kosten: ca. 25 Euro)
     
    Ein weiteres Problem ist die Auslegung des Batteriefachs: Einfache Spiralfedern drücken auf die Batteriepole, auf einer Seite auch auf den Pluspol. Wenn die Federn ausleiern, insbesondere wenn die Feder am Pluspol sich aufweitet, ist kein sicherer Kontakt mehr gegeben. Gefördert wird dies durch Fahrten auf Schotter, oder wenn das Gerät gelegentlich mal runterfällt. Ist der Kontakt nicht oder nur schwach da, wird natürlich die Memory Battery belastet, was das oben behandelte Problem noch verschärft (oder vielleicht auch kausal verursacht). Zur provisorischen Beseitigung des Problems kann man ein paar Unterlegscheiben zwischenlegen, eine gescheite Reparatur ist wegen des unzugänglichen Batteriefachs kaum möglich.

    Dauerhafte Abhilfe ist möglich durch den festen Einbau eines Akkupacks aus Zellen mit Lötfahnen. Diese Beschreibung bezieht sich ausschliesslich auf die Verwendung von NiMH-Akkus, ich würde auch keine anderen verwenden. Sie bezieht sich weiterhin auf das Garmin GPS III, sollte allerdings für die II/II+/III+ und V-Geräte genauso anwendbar sein.

    In das Batteriefach passen vier Mignonzellen (AA), deshalb liegt es nahe, auch solche zu verwenden. Der Vorteil liegt in der maximalen Laufzeit mit Akkus aufgrund der hohen Kapazität. Hierzu lötet man jeweils zwei Zellen zusammen und isoliert die Verbindungsstelle dünn mit Klebeband. An den Pluspol des einen Zellenpaars und den Minuspol des anderen lötet man ein Kabel in einer sinnhaften Farbe.
    In das Ende des Batteriefachs wird von innen ein Loch gebohrt und die Kabel werden durchgezogen. Das geht am einfachsten, indem man ein anderes Kabel in der Gegenrichtung durchschiebt, die beiden Kabel dranklebt und das ganze zurückfädelt. Dann werden die Akkupaare unter Beachtung der Polarität in das GPS eingeführt, wobei man die Kabel leicht auf Zug hält. Wenn sie drin sind, werden die Kontakte auf der Seite des Batteriefachdeckels verlötet.
    Die Kabel werden an die Kontakte des Batteriefachs polrichtig angelötet. Man kann sie im Prinzip kürzen, da aber der Platz für die Kabel reicht, würde ich sie so lang lassen, dass man den Akkupack gegebenfalls wieder herausnehmen kann, ohne neue Kabel verwenden zu müssen. Als Batterietyp kann man im Setup-Menu (2x "Menu" drücken) des GPS "NiCad" einstellen. Die Ladezustandsanzeige des GPS III beruht auf Messung der Batteriespannung. Leider verläuft die Spannungskurve bei zunehmender Entladung von nickelbasierten Batteriezellen sehr flach, darüber hinaus hängt die Spannung von Hersteller und Alter der Zellen, Temperatur usw. ab, sodass die Ladezustandsanzeige nur als grober Anhaltswert taugt. 

    Verwendet man alternativ kleinere Akkus wie Microzellen (AAA) oder spezielle Zellen, die den gleichen Durchmesser haben wie Mignon, aber etwas kürzer sind (2/3 Migonon), muss man mit etwas geringerer Kapazität leben. Dafür hat man den Vorteil, dass im Batteriefach noch Platz für ein wenig Elektronik oder zumindest die Bedienelemente - Schalter zum Laden oder Ladebuchse - bleibt. Man kann diese hinter dem Batteriefachdeckel platzieren. So muss man keine Löcher in das Gehäuse bohren, der Spritzwasserschutz bleibt erhalten und man kann den Umbau ggfs. vollständig rückgängig machen. Ein netter Nebeneffekt ist das geringere Gewicht, wodurch die Halterung beim Schotterfahren weniger belastet wird. 

    Soll zum Laden der Akkus eine Ladebuchse verwendet werden, wird diese einfach parallel an den Akkupack angeschlossen. Man sollte eine Buchse mit Unterbrecherkontakt verwenden, sodass der Akku vom GPS beim Laden abgeklemmt wird, da ansonsten das GPS durch die höhere Spannung beschädigt werden kann. Nachteile sind, dass man ein externes Ladegerät benötigt, und das während des Ladevorgangs die Memory Battery belastet wird. Ich habe diese Version nicht weiter verfolgt.

    Die Alternative besteht in der Integration der Ladeelektronik in das GPS-Gerät. Eine einfache Konstantstromquelle wird an den externen Anschluss des GPS angeschlossen, über einen Umschalter kann man denn Akku zwischen Versorgung des Gerätes und Ladung hin- und herschalten. Diese Schaltung hat zwei Nachteile: Mangels Endabschaltung kann man die Akkus überladen, und wenn der Schalter auf "Laden" steht, ohne dass extern Strom anliegt, sind die Akkus abgeschaltet und man belastet die Memory Battery. Zur besseren Kontrolle des Ladevorgangs kann man eine Ladekontrollleuchte einbauen. Um ein Abschalten der Akkus zu verhindern, kann man sie über ein Relais schalten, welches abfällt, wenn die externe Spannung wegfällt. So ist die Spannungsversorgung des GPS jederzeit sichergestellt. Ich weiss nicht, ob es ein Relais gibt, was klein genug für den Einbau ist; ich kann - wenn man das so aufbauen möchte - nur die einfachere Version ohne Relais und Verwendung von 2/3-Mignon-Zellen empfehlen, da es bei Einbau von AAA-Zellen auch schon extrem eng zugeht. 
    Die Ladeelektronik kann einfach aufgebaut werden: Basis ist der Festspannungsregler LM117, der sich hervorragend als Konstantstromquelle missbrauchen lässt. Die Widerstandswerte können der Tabelle entnommen werden; da es bei den Reglern jedoch Fertigungstoleranzen geben kann, ist es besser, den Ladestrom nachzumessen. Die Ladekontroll-LED (mit R2) ist optional, jedoch sehr zu empfehlen. Der Widerstand R2 ist auf übliche, rote LEDs mit einem Strom von 20 mA ausgelegt. Da es sich um eine Konstantstromquelle handelt, muss die Eingangsspannung (12 V) nicht genau eingehalten werden. Um die Akkus zu laden, muss sie jedoch höher als die Akkuspannung plus Spannungsverluste im Regler und R2 sein; andererseits führen höhere Spannungen (und höhere Ströme) zu mehr Verlust im Regler. Wird dieser sehr heiss, muss man ihn kühlen, was aus Platzgründen schwierig ist. Die angegebenen Ladeströme (10% der Kapazität) ergeben eine Ladezeit von rund 14 h bei voll entladenen Akkus.
     
    Akkukapazität  Laufzeit ca. R1 (Ohm)  R2 (Ohm) Ladestrom (mA)
    600 mAh 4 h 21 33 60 
    1200 mAh 8 h 10 17 120 
    1800 mAh 12 h 7 11 180
    x mAh x/150 h 12500/x 20000/x x/10
     
    Man kann den Aufwand noch weiter verringern, indem man auf den Umschalter verzichtet und die Ladeelektronik fest einbaut. Die Handhabung wird damit idiotensicher, man hat immer die Batteriespannung anliegen und beim Anschluss einer externen Spannung werden die Akkus automatisch geladen. Um ein Überladen zu verhindern, darf man allerdings nur mit einem sehr geringen Strom laden (trickle charging), den die Akkus auch in vollem Zustand verdauen. Dieser Ladestrom liegt bei NiMH-Akkus bei etwa 1/20 der Kapazität, sodass eine Vollladung etwa 30 Stunden dauert. Die Ladeelektronik muss mangels Schalter allerdings nicht zugänglich sein, sodass man das ganze Batteriefach für Mignonzellen verwenden kann. Es sollte bei dieser Version aber unbedingt ein Akkupack mit Lötfahnen fest eingebaut sein; wenn die Ladeelektronik in der beschriebenen Form installiert ist, darf der Akku nicht entfernt werden, da sonst der Batterieanschluss des GPS mit zu hoher Spannung (der Versorgungsspannung am externen Anschluss) versorgt wird. Die Ladeschaltung entspricht der obigen, wobei LED und Umschalter weggelassen werden. Der Widerstand R1 muss so angepasst werden, dass nur der halbe Ladestrom fliesst, was dem doppelten Widerstandswert entspricht. Weiterhin sollte man noch eine Diode einplanen, um zu verhindern, dass Strom rückwärts durch den LM117 fliesst, was dieser möglicherweise schlecht verdaut und ausserdem den Akku entladen kann. Die Diode kann auch zwischen Pluspol und LM117 geschaltet werden. 
    Zur Bestimmung des Widerstandes R1 in Ohm teilt man 25000 durch die Akkukapazität in mAh, man landet bei rund 10-20 Ohm für Mignonzellen. Messen des Ladestroms empfiehlt sich. Hierzu muss der Platinenstecker eingesteckt werden, da sonst die Masseanschlüsse der externen Stromversorgung und des Batteriefachs keine Verbindung haben. Die Schaltung passt gut in die Gehäuseecke neben der Anschlussbuchse - auf der anderen Seite der Buchse ist zwar scheinbar noch mehr Platz, der wird aber von Elkos auf der Gegenseite gebraucht. Ich habe den LM117 direkt an den Pluspol der Anschlussbuchse gelötet und die einzelnen Bauteile mit Schrumpfschlauch isoliert. Am Schluss kam noch eine Klebefolie über das Ganze. Von der Schaltung führt dann ein drittes Kabel an den Pluspol des Akkupacks.
     
    Mein GPS bekam Akkus mit 2300 mAh, damit müsste das GPS auf Akku rund 15 Stunden durchhalten. Dazu gabs die trickle charge-Schaltung mit R1 = 10 Ohm und einem Ladestrom von 126.7 mA (ein wenig zu viel). Beim Laden wird die Ecke, in der die Elektonik sitzt, fühlbar warm, das Innere des Gerätes erwärmt sich beim Laden über Nacht auf 27 °C. Bei wesentlich höheren Strömen sollte man sich daher was für die Kühlung des LM117 überlegen

    Noch ein Tipp: Hält man beim Einschalten des GPS III die Enter-Taste gedrückt, landet man im Diagnose-Modus. Dabei werden interne sowie externe Spannung sowie die interne Temperatur angezeigt. 
     
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    (c) 2005 Franz-Manfred Schüngel