HZC EBKB810K – Benzin, Elektro, 810 kg. Transport im Citroën per Rollstuhl-Hebebühne, dazu Anbaugeräte für Erdbohrer, Schaufel und (zweckentfremdet) Grasschnitt mit Mähbalken. Neuester Stand: druckabhängige Motorregelung per Hydraulikdrucksensor und thermostatgesteuerter Ölkühler-Lüfter – der Lärmpegel ist damit drastisch gesunken.
Der Bagger ist zu schwer und zu sperrig für den Kofferraum – gelöst wird das mit dem alten Citroën-Kastenwagen und dessen RICON-Rollstuhl-Hebebühne. Auf- und Abfahrt erfolgt über Alu-Rampen, gesichert mit Spanngurten.
Das war natürlich nur ein Test auf Privatgelände, ob man diesen Bagger auf der Baustelle mit diesem Fahrzeug bewegen könnte. Selbstverständlich erfolgte der Transport auf andere Weise.
Im Zuge des Umbaus wurden ein Sitzkontaktschalter und ein Not-Aus nachgerüstet, dazu eine Abschaltmöglichkeit für den Sitzkontakt (für Testfälle, in denen man nicht ständig auf- und absitzen kann).
Außerdem wurde ein Frequenzumrichter (FU) eingebaut, der einen sehr geräuscharmen Betrieb ermöglicht. In der Originalversion läuft der Bagger am Drehstromnetz immer mit voller Motordrehzahl – mit entsprechend hohem Stromverbrauch und Geräuschpegel. Ständig wird Hydraulikdruck aufgebaut, der gar nicht abgerufen wird, wenn keine Arbeitsleistung erbracht wird. Das verursacht unnötige Kosten, Lärm und Verschleiß. Mit dem Frequenzumrichter wird das alles drastisch reduziert (siehe Video „Mähbalken im Flüsterbetrieb" auf YouTube bzw. „Ticktack"). Inzwischen regelt der FU sogar vollautomatisch nach dem tatsächlichen Hydraulikdruck – siehe Abschnitt 03.
Ein sehr wichtiger Punkt, der unbedingt nachgerüstet werden sollte – der Importeur hat versichert, dass diese Änderung in der Folgeserie berücksichtigt wird:
In den Stromkreis des Hydrauliklüfters sollte unbedingt eine Leistungsdiode eingeschleift werden (z. B. 20A10 Gleichrichterdiode, 20 A / 1000 V, 500 A / 8 ms Stoßstrom).
Warum: Der Lüfter hat eine recht große Schwungmasse und läuft nach dem Ausschalten der „Zündung" noch mehrere Sekunden nach. In diesem Moment wird der Motor zum Generator und liefert – trotz abgeschaltetem Zündschloss – Spannung in das 12-V-Netz des Baggers zurück. Diese Spannung reicht aus, um das 400-V-Schütz zu halten, und bewirkt damit einen Nachlauf von mehreren Sekunden. Die Diode verhindert diese Rückspeisung zuverlässig.
20A10-Diode, eingeschleift in den Lüfter-Stromkreis (links/Mitte) und als Lagerware (rechts).
Der nächste Ausbauschritt nach dem Frequenzumrichter: ein Hydraulikdrucksensor am Druckausgang der Bucher-Pumpe. Das Sensorsignal geht auf den Analogeingang des Frequenzumrichters – der FU kennt damit jederzeit den tatsächlichen Hydraulikdruck und regelt die Motordrehzahl automatisch druckabhängig: Ohne Lastanforderung läuft der Drehstrommotor nur noch mit niedriger Drehzahl, wird Druck abgerufen (Joystick betätigt, Anbaugerät arbeitet), dreht er selbsttätig hoch.
Das Ergebnis: Der vorher auch im Leerlauf ungeregelt mitlaufende Motor ist praktisch verstummt – der Lärmpegel wurde drastisch reduziert, ebenso Stromverbrauch und Verschleiß. Die Maschine macht nur noch dann Lärm, wenn sie tatsächlich arbeitet.
Mechanisch ist der Sensor über einen selbstgebauten Adapter in die Druckleitung eingebunden. Eine Kupferdichtung mit feiner Drosselbohrung dämpft die Druckspitzen der Zahnradpumpe, damit der Sensor ein sauberes Signal liefert und nicht totgeschüttelt wird. Elektrisch wird der Sensor über einen 7805-Spannungsregler versorgt; das Signal landet – nach fliegendem Testaufbau – inzwischen ordentlich beschriftet auf der FU-Klemmleiste.
Serienmäßig läuft der Lüfter des Ölkühlers immer im Dauerbetrieb – und zieht dabei gerne mal 10 Ampere aus dem 12-V-Netz. Im Benzinbetrieb führt das nebenbei zum schleichenden Entladen der Bordbatterie, und leise ist er auch nicht gerade.
Deshalb bekam der Lüfter – zusätzlich zur oben beschriebenen Sperrdiode gegen den bis zu 5 Sekunden langen Nachlauf im E-Betrieb – einen einstellbaren Thermostaten mit Digitalanzeige. Der Kühlerlüfter schaltet jetzt erst zu, wenn die Öltemperatur 30 °C übersteigt. Bei den meisten kurzen Einsätzen bleibt der Lüfter damit komplett aus: kein unnötiger Stromverbrauch, keine leere Batterie – und zusammen mit der druckabhängigen FU-Regelung nochmals deutlich weniger Lärm.
Die Konsole mit allen neuen Elementen: links das FU-Bedienteil, rechts der Thermostat mit Digitalanzeige (Ist-/Solltemperatur).
Am Heck wurde eine Plattform für Kontergewichte angeschraubt. Bei schweren Anbaugeräten am langen Arm – etwa der Plattengabel, dem Erdbohrer oder dem Halter für den Heckenschneider – bringt zusätzliches Gewicht am Heck spürbar mehr Standsicherheit.
Die Erstbestückung erfolgte standesgemäß mit einem geeichten Kalibriergewicht (Wirkung eher symbolisch, aber die Richtung stimmt). Ernsthaftere Kandidaten stehen schon bereit: ein 50-kg-Handelsgewicht und notfalls der Amboss.
Statt Schaufel hin und wieder ein Erdbohrer am Arm – praktisch für Pfostenlöcher, ohne dass man selbst zum Spaten greifen muss.
Der eigentliche Grund für diese Seite: ein Mähbalken (Messerbalken-Schneidwerk) als Heckenschere am Baggerarm. Geliefert in der Holzkiste, montiert, getestet an einer Hecke – und danach mit dem typischen Grasbeiß-Resultat im „Gebeiß".
Als nächster Schritt nach der analogen Druckregelung: ein ESP32-S3 als vollwertiger Modbus-RTU-Master. Der Mikrocontroller kommuniziert per RS485 mit dem DEWIN-Frequenzumrichter – und macht den FU damit von jedem Browser aus steuerbar: Drehzahl per Slider, Start/Stop per Schaltfläche, Statusanzeige in Echtzeit (Ist-Hz, Motorstrom, Fehlercodes). Erreichbar per WLAN unter bagger-fu.local.
Das komplette Projekt läuft auf einem ESP32-S3-WROOM: WiFi-Accesspoint (eigenes Netz) und WLAN-Station gleichzeitig, Weboberfläche, Telnet-CLI für Diagnosebefehle und Over-the-Air-Updates. Auf dem FU müssen dafür einmalig zwei Parameter gesetzt werden: P0.02 = 2 (Befehlsquelle: Kommunikation) und P0.03 = 6 (Frequenzsollwert: Kommunikation).
Verwendet werden zwei baugleiche RS485-Auto-Flow-Adapter (SP3485-kompatibel, automatische Richtungsumschaltung über 74HC14 ohne DE/RE-Steuerpin). Der erste Adapter verbindet den ESP32 mit dem FU, der zweite dient zum Testen ohne echte Hardware.
Die MCU-Seite des Adapters belegt vier Pins. Reihenfolge auf dem Steckverbinder:
| Adapter-Pin | Ader / Farbe | Gegenstelle (PL2303 / ESP32) | Funktion |
|---|---|---|---|
| GND | ■ schwarz | GND | Masse – gemeinsame Bezugspotenz. |
| VCC | ■ rot | 3,3 V / 5 V | Versorgung des Adapters |
| TXD (Adapter-Eingang) | ■ grün | TX des Masters (ESP32 GPIO 17 / PL2303 TX) | Datensignal → RS485-Bus |
| RXD (Adapter-Ausgang) | ■ weiß | RX des Masters (ESP32 GPIO 16 / PL2303 RX) | Datensignal ← RS485-Bus |
Die Bus-Seite des Adapters führt drei Klemmen zum nächsten Teilnehmer (FU oder zweitem Adapter):
| Klemme | RS485-Bezeichnung | Gegenstelle am FU / zweiten Adapter |
|---|---|---|
| A+ | A / D+ | A+ am FU oder A+ am zweiten Adapter |
| B− | B / D− | B− am FU oder B− am zweiten Adapter |
| GND | Schirm / GND | GND am FU oder GND am zweiten Adapter |
Fliegender Testaufbau: ESP32-S3 (Mitte), RS485-Auto-Flow-Adapter (vorne) und DC/DC-Spannungswandler.
Der Adapter hat auf MCU-Seite einen TXD-Eingang (geht an den Sendertreiber des RS485-Chips) und einen RXD-Ausgang (kommt vom Empfänger). Diese beiden müssen zur Gegenstelle gekreuzt angeschlossen werden:
Adapter TXD ← Master TX (Adapter empfängt, was der Master sendet)
Adapter RXD → Master RX (Master empfängt, was der Adapter aus dem Bus gelesen hat)
Werden TXD und RXD 1:1 (nicht gekreuzt) verbunden, sendet der Master zwar Daten in den Bus, liest aber nichts zurück – jeder Loopback- und Modbus-Test gibt Null Bytes. Das Symptom sieht nach einem Defekt aus, ist aber nur falsche Verdrahtung. Abhilfe: grüne und weiße Ader tauschen.
Vor dem Anschluss an den Frequenzumrichter lassen sich beide Adapter allein mit zwei USB-UART-Adaptern (z. B. PL2303) testen. A+ mit A+, B− mit B−, GND mit GND verbinden, dann:
USB0 gesendet
[USB1] empfangen: b'HELLO_FROM_USB0\n'
USB1 gesendet
[USB0] empfangen: b'HELLO_FROM_USB1\n'
Bleibt eine Seite stumm: TXD/RXD-Verdrahtung an einem der beiden Adapter prüfen.
Wenn der Loopback-Test funktioniert, kann ein Adapter direkt an den ESP32 (UART2, GPIO 16/17) und der zweite weiterhin an den USB-Adapter angeschlossen werden. Der Bus verbindet beide wie gehabt (A+↔A+, B−↔B−, GND↔GND). Als Gegenstelle läuft auf dem PC ein Modbus-RTU-Slave-Simulator:
Der Simulator zeigt jeden empfangenen Request und jede gesendete Antwort. Typische Ausgabe während der ESP32 polt:
Während der Simulator läuft zeigt status im Telnet die simulierten Werte:
Wird der Simulator beendet, wechselt der Status nach spätestens einem Poll-Intervall (500 ms) auf Modbus: FEHLER – Timeout. Das beweist, dass Hin- und Rückweg des RS485-Busses vollständig funktionieren.
Sind beide Richtungen mit dem Simulator bestätigt, kann Adapter 1 an den DEWIN-FU. Die RS485-Klemmen befinden sich auf der Steuerklemmenleiste des FU, typisch bezeichnet als RS+ / A und RS− / B, plus Schirm- / GND-Klemme.
Einmalig am FU zwei Parameter setzen (Bedienteil oder Parametriersoftware):
| Parameter | Wert | Bedeutung |
|---|---|---|
| P0.02 | 2 | Befehlsquelle: Kommunikation (RS485) |
| P0.03 | 6 | Frequenzsollwert: Kommunikation (RS485) |
Danach status im Telnet. Antwortet der FU, erscheint Modbus: OK mit echten Ist-Werten.
Beim ersten Anschluss des echten FU antwortet status im Telnet sofort:
Das Webinterface liefert denselben Stand über den JSON-Endpunkt:
Das Webinterface selbst (http://bagger-fu.local) zeigt alle Werte live — vorausgesetzt, der Browser führt JavaScript aus. Textbrowser (lynx, wget) zeigen nur das HTML-Gerüst mit ---Platzhaltern, weil die Werte erst per fetch() nachgeladen werden.
Der FU akzeptiert Modbus-Lesebefehle (unabhängig von P0.02) und antwortet korrekt — deshalb zeigt das Interface sofort „Modbus: OK". Schreibbefehle (Start, Stop, Frequenz) werden jedoch stillschweigend ignoriert, solange die Befehlsquelle am FU noch auf „Tastatur" oder „Klemme" steht.
Symptom: START-Klick im Browser oder start im Telnet liefern kein Modbus-Fehler, aber der Motor dreht sich nicht.
Lösung: am FU-Bedienteil P0.02 = 2 (Befehlsquelle: Kommunikation) und P0.03 = 6 (Frequenzsollwert: Kommunikation) setzen. Danach funktionieren Start, Stop und Frequenzvorgabe per Modbus.
Das Register 0x2102 (Soll-Hz, Rücklesen) gibt den zuletzt aktiv ausgegebenen Sollwert zurück. Wird per Modbus ein neuer Sollwert geschrieben (freq 10.0), bestätigt der FU den Write mit OK — aber status zeigt weiterhin den alten Wert (z. B. 3,2 Hz), bis der Motor tatsächlich läuft. Das ist normales FU-Verhalten, kein Fehler.
Nach dem Setzen von P0.02 = 2 und P0.03 = 6 funktionieren Start, Stop und Frequenzvorgabe per Modbus — getestet vom Handy über das Webinterface. Das Webinterface zeigt Ist-Frequenz, Motorstrom, Zustand und Fehlercode in Echtzeit:
Webinterface http://bagger-fu.local — alle Werte werden per JavaScript alle 500 ms live aktualisiert.
Mit P0.03 = 6 ist Modbus die einzige Frequenzquelle — der Poti am FU-Panel hat keinen Einfluss mehr, egal wie weit er aufgedreht ist. Das ist gewollt: die Drehzahlregelung übernimmt der ESP32 vollautomatisch anhand des Hydraulikdrucks.
Rückfall auf Handregelung am Panel: P0.03 und P0.02 am FU-Bedienteil auf die vorherigen Werte zurücksetzen. Modbus-Befehle werden dann ignoriert, der Poti ist wieder aktiv.
Da mit P0.03 = 6 der Panel-Poti des FU nicht mehr nutzbar ist, sind für eine künftige Handregelung zwei Erweiterungen geplant:
| Maßnahme | Beschreibung |
|---|---|
| Ext. Poti → ESP32 ADC | Ein zusätzlicher Potentiometer (z. B. 10 kΩ zwischen 3,3 V und GND, Schleifer auf einen ADC-Pin des ESP32) erlaubt manuelle Frequenzvorgabe. Der ESP32 liest den ADC-Wert und schreibt ihn als Modbus-Sollwert — der Poti „steuert" den FU also über den Umweg des ESP32. |
| AVI-Eingang FU → ESP32 ADC | Der AVI-Klemmenanschluss des FU (0–10 V Analogeingang, bisher für den Panel-Poti) kann parallel auf einen ESP32-ADC-Pin geführt werden (Spannungsteiler auf 0–3,3 V). So lässt sich z. B. ein vorhandener externer Poti oder ein Analogsignal gleichzeitig vom FU und vom ESP32 auslesen — nützlich für Diagnosezwecke oder als Fallback-Steuerung. |
Damit ergibt sich ein flexibler Betriebsmodus: Normalbetrieb druckgeregelt durch den ESP32, manueller Eingriff jederzeit per Poti-Schleifer — ohne am FU einen Parameter umstellen zu müssen.
Das Webinterface läuft direkt auf dem ESP32 — kein Cloud-Dienst, keine App, kein Login. Jeder Browser im gleichen WLAN (oder über den eigenen Access Point des ESP32) kommt drauf. Die Messwerte werden alle 500 ms per JavaScript aktualisiert.
Drei Betriebsmodi sind per Segmentschalter umschaltbar — der ESP32 schreibt dabei P0.02 und P0.03 des FU direkt per Modbus um:
| Modus | P0.02 | P0.03 | Start/Stop | Frequenz |
|---|---|---|---|---|
| Modbus | 2 – Kommunikation | 6 – Kommunikation | Web-Button | Web-Slider |
| Druck | 0 – Bedienteil | 4 – AVI mit P2.xx-Kennlinie | Panel-Taster | Drucksensor/AVI automatisch |
| Panel | 0 – Bedienteil | 4 – AVI mit P2.xx-Kennlinie | Panel-Taster | Bedienteil (Monitoring) |
Im Druck-Modus übernimmt der Drucksensor die Drehzahlregelung vollautomatisch (Load-Sensing, s. Abschnitt 03) — der Start-Taster am FU-Bedienteil bleibt aktiv, der Web-Slider ist gesperrt. Das Webinterface zeigt weiterhin alle Messwerte live.
Da der Drehstrommotor nun u. U. mit sehr niedriger Drehzahl läuft, dreht auch der auf der Achse sitzende Lüfterflügel langsamer — daher will ich nun erst mal sehen, welche Temperatur dann so erreicht wird.
Dafür kommt ein einfacher digitaler Thermostat mit NTC-Fühler zum Einsatz: Istwert (PV) und eingestellter Grenzwert (SV) sind direkt ablesbar. Im Testaufbau läuft der Regler bereits gemeinsam mit dem ESP32-Steuermodul und dem DC/DC-Wandler im Schaltschrank.
Die Videos werden erst nach Klick geladen – vorher baut diese Seite keinerlei Verbindung zu YouTube auf (eingebunden wird dann die datenschutzfreundlichere Variante youtube-nocookie.com).
Kurzer Eindruck in Bewegung. Sehr langsamer und leiser Probelauf mit Frequenzumrichter...
Probelauf mit Frequenzumrichter und lastabhängiger Steuerung.
Hybridbagger mit ausgemusterter Heckenschere als Anbaugerät zum Freischneiden von Baustellenbewuchs.