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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Heizdraht ( Temperatursteuerung )


Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Hallo,

ich habe ein Projekt begonnen und "dummerweise" irgendwie in der Mitte 
angefangen.

Mein Vorhaben: Acrylglasbiegen

Hierzu habe ich mir einen Aluminiumrahmen aus Profilen angefertigt, eine 
Höhenverstellung sowie Drahtspannung aufgrund der Längenausdehnung wurde 
ebenfalls eingebaut.
Ein Ringkerntrafo mit 2 x 30V 5A dient als Stromlieferant.
Die Temperatur wollte ich mittels Jumo eTRON M Regeln ( hab ich bereits 
gekauft und liegt hier )
Der Fühler liegt direkt am Draht an PT100 bis 600°C.

Die Drahtlänge beträgt 720mm und der Draht erreicht mit 30V und 5A eine 
Temperatur von 430°C. Die Temperatur sollte gut einstellbar sein, ich 
dachte an die Temperaturregelung mittels Jumo, was wohl auch 
funktionieren würde, wenn die Temperatur am Draht nicht so schnell 
abfallen würde, somit würde das Relais im Jumo alle 10 sekunden ein/aus 
Schalten ( Hysterese 30°C ) was mit Sicherheit nicht für lange 
Lebensdauer sprechen wird.
Da ich die Temperatur natürlich Regeln muss, brauche ich eine Lösung, 
welche ich im Moment nicht selbst für mich erstellen kann.
Die Spannung dürfte nicht das Problem sein, nur die Stromstärke von max. 
5 A ist wohl nicht gerade einfach.

Hat hier jemand eine Idee wie ich das ganze machen könnte?
Ich dachte erst an eine Art "Speicher", das nach dem Abfallen von K1 ( 
Relais ) der Draht nicht sofort auskühlt sondern noch für eine gewisse 
Zeit Strom zieht und somit die Temperatur eine weile hält, dann wäre die 
Jumo eTRON M nicht umsonst. Evtl. nimmst sich hier jemand kurz Zeit um 
einen Lösungsvorschlag zu unterbreiten.

Anbei noch Fotos von dem "Gerät" selbst, mir fehlt noch ein 
entsprechendes Gehäuse zum Unterbringen der Elektronik, wobei ich hier 
noch abwarte ;-)

Grüße

Jürgen

Autor: mhh (Gast)
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Mit dem Relais zwischen 2 Stromstärken umschalten.

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Hallo,

danke für Deine Antwort, das wäre wohl eine Möglichkeit, finde ich 
soweit nicht schlecht.
Somit müsste/könnte ich den zweiten Ausgang 30V 5A nutzen, aber auch 
hier müsste ich den Strom senken können?

Jürgen

Autor: magnetus (Gast)
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Jürgen Wiesenbauer schrieb:
> Somit müsste/könnte ich den zweiten Ausgang 30V 5A nutzen, aber auch
> hier müsste ich den Strom senken können?

Die zweite Trafowicklung ist eigentlich nicht notwendig.

Die Quick-and-dirty-Methode wäre einen Widerstand in Reihe zu schalten. 
Der Nachteil wäre allerdings der unnötige Energieverlust und die daraus 
resultierende Notwendigkeit der Verlustwärmeabfuhr (Kühlung des 
Vorwiderstandes).

Effizienter wäre es, die Idee mit dem Relais über bord zu werfen und auf 
MOSFETs umzusatteln. Die Leistungsregelung / -reduzierung ließe sich 
dann bewerkstelligen, indem einach periodisch Vollwellen durchgeschaltet 
werden.

Gruß,
Magnetus

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Hallo Magnetus,

sorry, aber da muss ich nun Nachfragen.
Schaltungstechnisch bin ich nicht so bewandert, daher ging auch gleich 
der erste Versuch schief
:-)

Wie würde das dann Funktionieren und was benötige ich dafür?

Grüße

Jürgen

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Hat noch jemand eine Idee, oder kann kurz Erklären wie das Funktionieren 
würde?

Jürgen

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Nun, für sowas würde ich eine einfache PWM Schaltung nachsetzen. Der 
Jumo gibt nur vor, zwischen welchen 2 Sollwerten diese den Stromausgeben 
soll.
Er schaltet also nicht die 5A, sondern wenige mA.

also z.B. hier im Forum suchen: PWM , MOSFET-Endstufe.

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Hallo,

danke für die Nachricht, PWM hatte ich schon im Kopf, war mir aber nicht 
sicher ob dies die richtige Lösung dafür sein wird, aber anscheinend 
doch.
Einen Bausatz aus dem Onlineshop wird es wohl nicht geben?
Ich mach mich mal auf die Suche durch das Forum...


Grüße Jürgen

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Connrad hatte mal PWM Platine mit Potieinstellung für 9 bis 28V 
Betriebsspannung  im Programm als Bausatz.
Es wären  dann 2 Stück davon sinnvoll.

Ob's dies Dings heute noch im Vertrieb gibt ... no idea

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Also bei Conrad hab ich alles abgegrast, die haben wohl nichts mehr. Nur 
noch ELV hat so einen Bausatz 0-30V / bis 3,5A für 49€

Mit einem Microcontroller ist dies nicht lösbar? Sowas hätte mich schon 
immer interessiert ;-)

Grüße Jürgen

Autor: blub (Gast)
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Warum nicht eine art Spule mit Eisenkern als Wärmespeicher bauen?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Connrad hatte mal PWM Platine mit Potieinstellung für 9 bis 28V
> Betriebsspannung  im Programm als Bausatz.
Beim Max gibts das noch: 
http://www.pollin.de/shop/dt/MzQ3OTQ2OTk-/Motoren/...
Blöderweise offiziell nur bis 24V...

>>> Die Drahtlänge beträgt 720mm und der Draht erreicht
>>> mit 30V und 5A eine Temperatur von 430°C.
Aber evtl. wäre mit einem anderen Draht auch eine niedrigere Spannung 
möglich.

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Ich verwende "Otto-Normal ) Constantandraht mit 5,65Ohm Widerstand pro 
Meter!
An sowas hab ich ebenfalls schon gedacht, da ich die Temperatur jedoch 
"fast" Stufenlos Regeln wollte ist die Drahtlösung auch nicht das 
richtige.

Ganz schön schwierig, nun weiß ich auch warum die Teile so teuer sind, 
das hat mich eigentlich zum Selbstbau angeregt.

24V ist wohl etwas knapp, der Ringkerntrafo hat 30,8V ( gemessen )!

Autor: Udo R. S. (Gast)
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Wie soll das denn genau funktionieren? Du bist doch nicht mit dem Draht 
direkt am Acrylglas, oder. Heizt der Draht in dem U Profil die umgebende 
Luft und das darüberliegende Acrylglas auf?
Wie funktioniert die Temperaturmessung? Wenn Du dirket am Dragt einen 
PT100/1000 Fühler hast, dann entzieht der Fühler je nach Baugröße dem 
Draht schon eine ganze Menge Wärme, das würde dann aber bedeuten, daß 
der Draht an der Messstelle deutlich kühler ist als an anderen Stellen.

Die Regelung wäre über einen Microcontroller mit PWM kein Problem, aber 
wenn Du keine Ahnung von Elektronik im allgemeinen und Microcontroller 
im speziellen hast ein durchaus ehrgeiziges Erstlingswerk.

Autor: geb (Gast)
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Wieso nimmst du kein Halbleiterrelais und schaltest damit die Trafos auf 
der Primärseite?
Die Temp. messung kannst du auch über den Draht selbst durchführen, wenn 
du Strom und Spannung misst. Der Draht ändert mit der Temperatur seinen 
Widerstand, das kannst du auswerten.
Hab sowas ähnliches mal gebaut, da war aber eine Kupferschiene mit 
10x3mm Querschnitt auf Löttemperatur zu bringen. Ging nach diesem 
Prinzip sehr gut.

Grüße

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Acrylglasbiegen ist keine Hexerei, ich selbst habe ein Nebengewerbe und 
fertige mit meiner Laserschneid/Gravuranlage Frontplatten aus 
Kunststoffen oder auch Aluminium. Hier ist es immer wieder mal nötig 
etwas zu Biegen, da sich nicht nur Acrylglas unter Wärmeeinwirkung 
biegen lässt ist ein solches Biegegerät sehr vielseitig.

Der Heizdraht muss einen gewissen Abstand zum Acrylglas haben und es auf 
ca. 160°C erhitzen! Sind es 180 - 200°C so bekommt man Probleme mit 
Blasen im Material. Sprich der Draht heizt mehr oder weniger die 
Umgebungsluft in dem Aluminiumprofil auf und somit das Acrylglas, je 
weiter der Draht vom Acrylglas nach unten entfernt ist umso mehr Fläche 
wird erwärmt und desto größer der Biegeradius.

Der Fühler wurde an einer Stelle verbaut, über welcher kein Acrylglas 
mehr gebogen wird, quasi Leerstrecke. Mit direkt anliegen habe ich mich 
etwas falsch ausgedrückt, er hat ca. 0,5mm Abstand ;-)

Wie dem auch sei, für mich ist es wichtig das dieses Gerät lauffähig 
ist, somit habe ich auch kein Problem mich vorher mit der Programmierung 
oder dem Weg bis dorthin zu beschäftigen.
Ehrgeiz ist sehr wichtig, ich bin noch Jung ( 25 ) und kann mit 
Sicherheit noch einiges lernen falls nicht, habe ich wenigstens an 
Erfahrung gewonnen, nicht alles ohne Hilfe zu schaffen.

Autor: Udo R. S. (Gast)
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Halbleiterrelais wäre keine dumme Idee, aber besser sekundär schalten, 
dann muss er nicht an 220V basteln. Jetzt muss er nur schauen ob seine 
Regelung aufmachen kann und statt dem Relais ein (passendes) 
Halbleiterrelais ansteuern kann.
Aber die Temperaturmessung über den Strom ist etwas schwieriger bei 
Konstantan. Das Zeugs heisst nämlich nicht zufällig so :-).

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Ich hatte ohnehin vor alles was ich angehe Sekundär zu erledigen. Ich 
hab Grundkenntnisse aus meiner Ausbildung in Sachen Elektrik, aber eine 
230V Schaltung traue ich mir trotzdem selbst nicht zu und lasse die 
Finger davon!

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Jürgen Wiesenbauer schrieb:
> Wie dem auch sei, für mich ist es wichtig das dieses Gerät lauffähig
>
> ist, somit habe ich auch kein Problem mich vorher mit der Programmierung
>
> oder dem Weg bis dorthin zu beschäftigen.
>

Ok, wenn/falls gar nix mehr geht kontaktier mich per PM, evtl. kann ich 
Dir das gewünschte PWM 2x als Hardware fertig hinstellen. Details können 
wir dann direkt besprechen.

cu,

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Hallo nitraM,

Der Beitrag zu dieser antwort wurde gelöscht!!

diese Idee hatten wir zu Anfang auch, dafür müsste man aber eine 
Wicklung des Trafos
runterregeln, welcher der Grundheizung dient. Ob das ganze in der Praxis 
auch so funktioniert bin ich mir nicht sicher, die Aufheizzeit von 19°C 
auf 300°C beträgt knapp 13 Sekunden, das Abkühlen, bzw der 
Temperaturabfall von 30°C erfolgt in nur 4 Sekunden!

Autor: Nitram L. (nitram)
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Jürgen Wiesenbauer schrieb:
> Hallo nitraM,
>
> Der Beitrag zu dieser antwort wurde gelöscht!!

ja - eigentlich wollte ich ihn noch editieren, aber leider war meine 
Maus schneller - und schwupps war er weg...


Vorschlag:
Eine Wicklung fest an den Heizdraht anklemmen, die zweite über das 
Relais vom Regler...

Um auf vernünftige Temperaturwerte zu kommen besorgst du dir einen 
billigen Dimmer, der auch induktive Lasten kann, und klemmst ihn auf der 
230V Netzseite in die Zuleitung...

PS: eine Diode vor dem Heizdraht reduziert die Heizleistung um 50%


nitraM

Autor: Max M. (xxl)
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Ich hab so etwas ähnliches zum Styropor schneiden entwickelt,
was zwar nicht dasselbe ist, aber so ähnlich.
Allerdings benutze ich keinen Regler sondern einen Spartrafo
der einen großen Trenntrafo (220V/24V/10A)mit Spannung versorgt
wo dann der Draht angeschlossen ist. Mit dem Spartrafo
stelle ich dann soviel Spannung(so etwa 40V) das der Faden
nur leicht rot glüht. Dann geht der Faden, auch wenn er abkühlt,
wie Butter durch das Styropor, so wie ich es will.

Beim Acrylglaserwärmen kommt es besonders darauf an
das der Heizfaden genügend LEISTUNG abgibt. Denkt mal
ans Löten von Leiterplatten, vor allem bei Polygonen.
Da fehlt es dann auch an Leistung wenn die Hitze nicht reicht.
Wenn man auf den heizen Draht mit bekannter Temperatur
die Acrylglasplatte auflegt und die Temperatur knickt
zu stark ein, dann ist die Leistungsabgabe wohl zu gering.
Lösen kann man das dann nur dadurch in dem man einen
dickeren Draht nimmt der mehr Leistung abgeben kann.
Notfalls muss dann auch der Trafo größer sein.
300VA reichen da vielleicht nicht. ich würde es mit
mehr Power versuchen. Ein Spartrafo mit 1000VA
wäre da schon hilfreich.

Autor: Jürgen Wiesenbauer (lf-tec)
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Hallo,

ich habe bereits Acrylglas damit gebogen, im Moment habe ich mit dem 
Leistungsüberschuss zu kämpfen, da 430°C einfach zuviel sind, sprich die 
Oberfläche des Acrylglases wird zu schnell angeheizt und es entstehen 
blasen.

Beim Acrylbiegen ist es wichtig die richtige Temperatur sowie die 
Einwirkdauer zu bestimmen!
Wenn man sich folgendes Gerät ansieht

http://www.ic-produktion.de/

Es ist im Grunde ganz einfach, wenn die Temperatur stimmt!

Grüße

Jürgen

Autor: Udo R. S. (Gast)
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Wenn Du mit Deinem Temperaturregler prinzipiell zufrieden bist.
Kannst Du den aufschrauben und herausfinden wie das Relais von der 
Regelung angesteuert wird?
Wenn ja dann könntest Du das Relais mit so etwas ersetzen (ist 
überdimensioniert, macht ja aber nix.)
http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=444;GROUP=C38...
Das ist ein Halbleiterrelais (verschleißfrei) das muss allerdings mit 
einer richtig gepolten Gleichspannung von 5 - 30V angesteuert werden, 
aber wahrscheinlich hat Deine Regelung 12 oder 15 oder 24V intern
Mit dem Halbleiterrelais kannst Du Deine 5 oder auch 10A 30V Wechel 
locker schalten.

Wenn Du dann eine bessere Regelung willst und Zeit und Willen zum Lernen 
mitbringst, dann arbeite Dich in Microontroller ein, kauf Dir eine 
Basisausstattung zum Basteln, Bringe eine LED zum Blinken, steuere ein 
einfaches Display an, Erfasse eine Temperatur über einen PT 100/1000, 
baue eine PWM um eine LED zu dimmen, dann versuch das gleiche mit einer 
12V HalogenLampe. Und wenn das alles klappt, dann kannst Du dir auch 
eine eigene Regelung für Deinen Heizdraht bauen.

Wenn die Regelung genauer werden soll und Du weniger zeit und Muße hast, 
nimm das Angebot von Andrew Taylor an und frage ihn was er dafür will.

Autor: Sebastian (Gast)
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Ich habe gerade eine Schaltung entworfen, die den Innenwiderstand eines 
Heizelementes als Sensor benutzt!

Dazu fließt aus einer Konstantstromquelle (LM317) ein Messstrom ständig 
durch den Draht.
Über dem Draht wird die Messspannung abgegriffen und per ADC gemessen.
Eine PWM überbrückt die Konstantstromquelle mit einem High-Side-Switch 
mit der vollen Betriebsspannung.
Ist die PWM low, wird gemessen, ist sie High wird geheizt.
Die Regelung macht der µC.
Meine PWM Frequuenz liegt bei ca. 0,5...2 Hz, das ist für eine Heizung 
schnell genug

100% PWM sind nicht möglich, da dann keine Messung mehr erfolgen kann.

Wie gut das mit einem Konstantandraht funktioniert zeigt sein 
Temperaturkoeffizient. Mein Heizelement hat eine ausgeprägte PTC 
Charakteristik.

Autor: Udo R. S. (Gast)
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Der Temperturkoeffizient von Konstantan liegt bei 20°C bei etwa 0,00001, 
zum Vergleich der von Platin (PT100, PT1000) ca bei 0,003.
Du wirst also etwas Probleme haben bei Konstantandraht deine Regelung 
sauber zum arbeiten zu bringen.
Wie oben schon mal gesagt das Zeugs heist nicht ohne Grund Konstantan!

Autor: Max M. (xxl)
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@Jürgen Wiesenbauer
>Beim Acrylbiegen ist es wichtig die richtige Temperatur sowie die
>Einwirkdauer zu bestimmen!
>Wenn man sich folgendes Gerät ansieht

>Es ist im Grunde ganz einfach, wenn die Temperatur stimmt!
...und du einen Timer hättest(haste von der Definition vergessen)

Na, die Temperatur zu bestimmen sollte doch nicht so schwer sein.
Einfach mal den Hersteller fragen was der empfiehlt oder mit 50°
anfangen, Arcrylplatte drauf und jeweils um 10° steigend nach ca.
5Min. sehen wie sich das Material verhält, bzw. das sich noch
keine Blasen bilden. Ich glaube das passiert wenn das Material
überhitzt ist. Wenn man einen brauchbaren Punkt gefunden hat die
Temperatur wieder etwas reduzieren und dann braucht man nur noch
einen Timer(kann auch eine Eieruhr sein) mit der man die optimale
Erhitzungsdauer ermittelt und los gehts.

Autor: Bernd Funk (metallfunk)
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Mal was grundsätzliches zum Acrylbiegen:

Die Aufheiztemperatur darf nicht zu hoch sein, also messen.

Das Material ist ein schlechter Wärmeleiter, also muss es
lang erwärmt werden, bevor der Biegevorgang startet.

Da gibt es jetzt zwei Möglichkeiten:
Entweder Probieren, und mit einem Timer die Zeit einstellen
bis auch die andere Seite heiß genug ist, oder
die Oberflächentemperatur der vom Heizdraht abgewandten
Seite messen.

Die zweite Variante hätte den Vorteil, das die Material-
dicke keinen Einfluss hätte.

Das Problem sind Mikrorisse, die bei falscher Temperatur entstehen,
und manchmal erst nach Monaten sichtbar werden.

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