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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kugelhahn nicht nur auf und zu, sondern durch Umbau feiner drehen teilweise auf bzw zu mit AVR ATmeg


Autor: Herbert K. (avr-herbi)
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Hallo,
solche Kugelhähne kennt vielleicht jeder aus seiner Heizungs-/Solar- 
Anlage.
Hier ein Exemplar, das elektrisch betätigt werden kann.
Unter der Platine ist ein Motor mit Getriebe. Der Motor dreht sich immer 
nur in eine (!) Richtung. Steht der lange Zeiger auf den 2 
Mikroschaltern ist der Kugelhahn gerade offen. Steht der lange Zeiger 
auf dem 1 Mikroschalter, ist der Kugelhahn gerade zu. Um von einem 
Zustand in den anderen zu kommen, dreht der Zeiger also ein mal 90 Grad, 
das andere mal 270 Grad. So weit die gekaufte Version. Der Motor ist 
230V/50Hz.

Meine Idee/Wunsch:

Die Platine mit den Mikroschaltern raus werfen und ersetzen, so das man 
den Kugelhahn feiner dosieren kann, also zwischen zu - ein wenig auf - 
halb auf - ganz auf. Die Abstufung: je feiner um so besser natürlich.

Eine Steuerung per AVR darin sehe ich nicht das Problem. Die Platine zu 
ersetzen, wäre auch kein Problem.

Hat schon mal jemand so etwas gemacht?

Was mir so in den Sinn gekommen ist, sind folgende Möglichkeiten:

a) Auf einer Kreisbahn Hallsensoren verteilen. Der "Zeiger" kann so vom 
AVR abgefragt werden und der weiß dann, wie die Stellung ist.

b) Eine Scheibe mit Strichcode, der durch Reflexkoppler wie CNY70 (ist 
nur ein wenig groß) vom AVR abgefragt werden kann.

c) dto. ähnlich als Lochscheibe

Vorgabe:
1) Der aktuelle Stand soll jederzeit abgefragt werden können auch nach 
Stromausfall oder Demontage/Montage, ohne das sich das Ventil zuvor 
bewegt hat, um das durch die Bewegungsrichtung festzustellen.

2) Der Motor dreht immer nur in eine Richtung (es halt so ein Motor das 
will ich nicht ändern).

3) Bauhöhe maximal so hoch wie die Mikroschalter (so ca. 10 mm). Da muß 
die Sensorik auf jeden Fall rein. Mikrokontroller/Netzteil kann auch 
extern sein.

Ideen? Manchmal sieht man ja den Wald vor lauter Bäumen nicht....

Vielen Dank schon einmal an Alle.
Gruß Herbert

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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Wie wäre es denn mit einem kräftigen Schrittmotor mit Kalibrierschalter?
Die aktuelle Position ist nach Demontage natürlich weg, aber ist das 
wirklich ein Problem? Für den Stromausfall kann man die Position im RAM 
halten und das per Goldcap puffern oder (die verschließbehaftete 
Variante) im EEPROM abspeichern.

Alternativ einen starken Modellbauservo einsetzen.

Grüße,

Peter

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Ich würde über 2 Stirnräder oder einen kleinen Zahnriemen ein 
keramisches Poti (langlebiger als die 1 EUR-Teile) anbringen. Da weiß 
man auch nach einem Stromausfall, wo der Hahn steht. Man braucht den 
Controller dann auch wirklich nur für eine Verstellung des Hahns 
einzuschalten. Das setzt keine dauerhafte Stromversorgung voraus.

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Knut Ballhause schrieb:
> Ich würde über 2 Stirnräder oder einen kleinen Zahnriemen ein
> keramisches Poti (langlebiger als die 1 EUR-Teile) anbringen. Da weiß

Potentiometrisch nicht schlecht aber 360 Grad Poti sind schwer zu 
bekommen und an der Uebergangsstelle nicht eindeutig.

@Herbert:
Das ist ein Synchronmotor mit Getriebe.
Das bedeutet, dass die Stellzeit sehr konstant ist.
Du koenntest also auf "zu" fahren und von dort aus den Motor eine 
bestimmte Zeit bestromt lassen.
Die Gesamtzeit kannst Du auch jedesmal, wenn Du ueber "auf" kommst, 
nachrechnen und ggf. im uC korrigieren.

Die Genauigkeit duerfte dann schon auf wenige Grad kommen.

Das bedeutet dann keinerlei HW-Aenderung, Du musst nur die drei Schalter 
auslesen und das kannst Du mit einem Analogeingang machen.

Gruss

Michael

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Michael Roek-ramirez schrieb:
> Potentiometrisch nicht schlecht aber 360 Grad Poti sind schwer zu
> bekommen und an der Uebergangsstelle nicht eindeutig.

Deshalb die Übersetzung mit Stirnrädern oder Zahnriemen, so dass bei 
einer kompletten Umdrehung des Kugelhahns maximal nur der zulässige Weg 
des Potis an seiner Achse zurückgelegt wird.

Autor: Bernd (Gast)
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Hallo

Nimm Einen Schrittmotor mit einem Initialiesierungsendschalter in der Zu 
-Stellung. Nach einschalten der Versorgungsspannung fährst du ihn zum 
Initialiesieren zu. Hat der Motor 200 Schritte für die Umdrehung ist der 
Hahn nach 50 Takten auf. Diese 50 Schritte hast du dann als Stufen.
Wenn das nicht reicht nimm microschritte.

Gruss Bernd

Autor: Herbert K. (avr-herbi)
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Hallo,
eine Idee, die ich über Nacht hatte, sind in Reed Kontakte, die, wie 
Sonnenstrahlen um die Achse angeordnet sind. Auf dem "Zeiger" wird ein 
kleiner Magnet mit Schrumpfschlauch festgemacht.

Danke schon mal an die anderen Vorschläge.
Schreibt ruhig noch Eure Ideen weiter. Ich habe noch nichts entschieden.

Am wenigsten Aufwand ist sicher die Idee von "mexman". Die hatte ich 
auch. Hat aber den Nachteil, das ich nach Stromausfall die Position 
nicht habe. Dann müsste man das mal 360 Grad durchfahren, um sicher zu 
wissen, welcher Zustand es ist, bzw. den letzten Zustand speichern im 
Eeprom oder so.

Die Idee mit dem Poti hat auch etwas, allerdings bin ich nicht so von 
mechanischen Umbauten begeistert.

Gruß Herbert

Autor: Wayne (Gast)
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Hast du dir schon mal Gedanken über den Kugelkopf bezüglich Kavitation 
gemacht? Die mögen es eigentlich nicht, wenn sie nur halb geöffnet 
werden.

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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> die Übersetzung mit Stirnrädern oder Zahnriemen, so dass bei
> einer kompletten Umdrehung des Kugelhahns maximal nur der zulässige Weg
> des Potis an seiner Achse zurückgelegt wird.

Du hast aber schoon gelesen, dass der Motor immer nur in einer Richtung 
weiterdreht, oder?


Gruss

Michael

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Hallo Herbert,

> Am wenigsten Aufwand ist sicher die Idee von "mexman". Die hatte ich
> auch. Hat aber den Nachteil, das ich nach Stromausfall die Position
> nicht habe. Dann müsste man das mal 360 Grad durchfahren, um sicher zu
> wissen, welcher Zustand es ist, bzw. den letzten Zustand speichern im
> Eeprom oder so.

Ja, das ist generell der Unterschied zwischen Inkrementaler und 
Absoluter Position.

Musst Du abschaetzen.
Mir waere das deshalb sympathisch, weil eben keine HW-Aenderung 
notwendig waere.
Und wie es aussieht, ist ja nicht gefordert, immer auf dem kuerzesten 
Weg zwischen den Positionen zu fahren, bzw. ein Ueberfahren einer 
unerwuenschen Position kann akzeptiert werden, deshalb darf der Motor ja 
in einer RIchtung weiterfahren..... wischnell dreht das Teil eigentlich?

Schaetze mal ca. 1 RPM?

Gruss

Michael

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Wayne schrieb:
> Hast du dir schon mal Gedanken über den Kugelkopf bezüglich Kavitation
> gemacht? Die mögen es eigentlich nicht, wenn sie nur halb geöffnet
> werden.

Hallo Wayne,

das kommt natuerlich darauf an, in welcher Betriebsart, mit welchem 
Medium, Druck, Temperatur unser Freund Herbert arbeitet.
Ich verwende das aber seit Jahren zur Durchflusssteuerung der 
Heizungszirkulation und das Ventil sieht noch prima aus und es gibt auch 
keine feststellbaren "Dreck"effekte.

Das Teil, was er da einsetzt sieht ja auch nicht gerade gebastelt aus, 
so dass ich denke, wir koennen uns hier auf seine Hauptfrage 
konzentrieren.

Michael



Ach ja.....hoffentlich erlischt die Betriebserlaubnis nicht und alles 
ist legal ;-)

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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> Hier ein Exemplar, das elektrisch betätigt werden kann.


Wo kann ich so ein Teil bekommen?


Gruss

Michael

Autor: Dieter S. (dolivo)
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>Hast du dir schon mal Gedanken über den Kugelkopf bezüglich Kavitation
>gemacht? Die mögen es eigentlich nicht, wenn sie nur halb geöffnet
>werden.
Ein Kugelhahn ist definitiv kein Regelventil. Natürlich kann man damit 
auch irgendetwas stellen, aber die Kennlinie ist kaum reproduzierbar. 
Freude (oder wie man jetzt sagt: Spaß) wirst Du damit nicht haben.
Gruß Dolivo

Autor: avrherbi (Gast)
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Hallo,

wie Michael Roek-ramirez (mexman) möchte ich das in der Heizungsanlage 
einsetzten.

Heißt, die Kugelhähne sind da schon eingelötet. Jetzt ist die Steuerung 
dran.
Eingebaut habe ich die in den verschiedenen Vorläufen (Heizung / 
Wärmepumpe).

Beim Kessel soll es nur auf/zu gehen. Ist notwendig, da die 
ausgeschaltete Pumpe doch eine Zirkulation zuläßt.
Beim Wärmetauscher der Wärmepumpe war meine Idee, damit den Durchfluß 
ein wenig zu beeinflussen. Ansonsten zu, wenn Kessel in Betrieb.

Soweit habe ich hoffentlich Bedenken über die Anwendung ausgeräumt.
Die gesamte bisherige Heizungsregelung ist selbstgebaut und funktioniert 
schon seit vielen Jahren.

Sicher ist ein Kugelhahn nicht zwangsläufig gedacht, um exakte Mengen 
"durchzulassen". Muß es in meinem Falle wohl auch nicht. Im ESBE 3-Wege 
Mischer ist aber auch nichts anderes drin (Vielleicht andere 
Materialien/Dichtungen/Toleranzen), außer das bei der "Kugel" die 
Öffnung anders gestaltet ist.

"Wo kann man so ein Teil bekommen?" -> Die habe ich vor einigen Jahren 
mal gekauft. Ich schaue mal nach, ob ich noch finde wo.

Gruß Herbert

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Michael Roek-ramirez schrieb:
> Du hast aber schoon gelesen, dass der Motor immer nur in einer Richtung
> weiterdreht, oder?

Ähem... nein. Dann geht ein Poti natürlich nicht. Was noch geht, ist ein 
Magnet, der auf die Welle geklebt wird und 4 Magnetfeldsensoren in 
90°-Anordnung. Aus der Differenz der Sensorsignale ist die Position des 
Hahns eindeutig erkennbar. Auch nach einem Stromausfall. Die Sensoren 
müßten einmalig geeicht werden.

Recht neu sind diese Teile auf dem Markt, die natürlich auch eingesetzt 
werden könnten: 
http://www.austriamicrosystems.com/eng/content/dow...

Autor: Andreas (Gast)
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Ich hab so was schon mal 'from scratch' gemacht, d.h. zwei manuelle 
Kugelventile mit je zwei Reedschaltern und Getriebemotoren als 
Wärmemischer für die Gartendusche ;-) zu steuern.

Ein guter Bekannter hat mich auf das Prinzip gebracht, der ein ähnliches 
System für Frostschutzzwecke in der Wasserzuleitung einer Berghütte 
einsetzt.

Beide Systeme sind seit Jahren im Einsatz (Regeleinsatz bei meinem ist 
3x pro Woche) und funktioniert ganz gut.

Nachdem die Getriebemotoren seeehr langsam laufen, kann man recht gut 
über die Zeitkonstante steuern. Den Anschlag ermittelt man sich einmalig 
beim Einschalten, bzw. korrigiert ihn, falls man mal in die Endstellung 
fährt.

Zusätzlich könnte man über ein Reedrelais auf der Schnecke (ich hab ein 
Schneckengetriebe), sogar noch die Umdrehungen ermitteln, aber das wäre 
zu oversized.

Sogar eine Regelung ist denkbar, nachdem im Einsatz bei einem Mischer 
die Temperatur gemessen werden könnte. Steht zwar auf meiner Todo-Liste, 
ist aber noch nicht realisiert.

Autor: Bankswitch operator from hell (Gast)
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Michael Roek-ramirez schrieb:
> Potentiometrisch nicht schlecht aber 360 Grad Poti sind schwer zu
> bekommen und an der Uebergangsstelle nicht eindeutig.

Ein 10Gang Wendelpoti wär da eine mögliche Lösung.

Wenn du Durchfluss regeln willst ist auch  (Differenz)Druckmessung 
möglich.

Autor: Weingut Pfalz (weinbauer)
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hmmm ... was spricht gegen ne PWM?
Ne Heizung ist ja eh ne träge Geschichte und "Verschmiereffekte" in den 
Leitungen wird's eh geben, warum nicht PWM auf/zu ?

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Sucht hier mal nach "Winkelsensor" oder bei den üblichen Verdächtigen 
nach "Incrementalencoder" oder  "incrementale Drehgeber" oder "Absolute 
Drehgeber".
Man muss das Rad nicht immer nochmal neu erfinden.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Fhutdhb Ufzjjuz schrieb:
> hmmm ... was spricht gegen ne PWM?
> Ne Heizung ist ja eh ne träge Geschichte und "Verschmiereffekte" in den
> Leitungen wird's eh geben, warum nicht PWM auf/zu ?

Der Sinn einer Durchflussregelung bei Heizungen/Sonnenkollektoren ist 
die Optimierung des Wirkungsgrades.
Das erreichst Du nicht indem du ständig den Durchfluss von Max auf 0 
schaltest. Zumal Dein Ventil durch ständiges stellen auf die 
Maximalwerte massig Energie frisst und außerdem viel schneller 
verschleisst!

Autor: avrherbi (Gast)
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@Knut Ballhause (travelrec)
Hallo,
Danke für den Link zum AS5030. Ich wußte nicht das es so was gibt. Auch 
darüber werde ich mal nachdenken. Da ergeben sich vielleicht noch für 
ganz andere Dinge Ideen.
Gruß Herbert

Autor: Frank B. (frank501)
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Fhutdhb Ufzjjuz schrieb:
> hmmm ... was spricht gegen ne PWM?

Bei einem solchen Kugelhahn alleine schon die Verstellgeschwindigkeit 
die meistens über einer Minute für 90° liegt.


Zum Hauptproblem könnte ich noch eine Scheibe mit Graycode ins Feld 
werfen, die mit Reflexlichtschranken abgetastet wird.
Da der Kugelhahn ja 360° läuft und alle 180° die Stellung (auf/zu) 
widerholt wird, sollten 5 oder 6 Bit eigentlich reichen. Damit könnte 
man dann sogar die Kennlinie nach einigen Messungen begradigen.

Frank

Autor: Spess53 (Gast)
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Hi

>hmmm ... was spricht gegen ne PWM?

Bei einem 230V Synchronmotor (siehe Bild) ?

MfG Spess

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