Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik CNC Fräse: Versorgungsspannung, galvanische Trennung & Sicherheit


von jpf (Gast)


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Hallo zusammen,

mein Bruder kam letztens auf die Idee eine CNC Fräse zu bauen und ich 
bin für Elektronik und Elektrik zuständig ;-)
Da ich bei Arbeiten mit 230V immer gerne noch eine zweite Meinung habe 
und auch noch 1-2 Fragen, stell ich hier mal vor wie ich das umsetzen 
will:

Das Blockschaltbild im Anhang zeigt die komplette Elektronik/Elektrik. 
Alles in dem äußeren blauen Rechteck kommt in ein altes PC (Metall) 
Gehäuse. Alle Kabel in/aus dem Gehäuse werden über Kabelverschraubungen 
mit Knickschutz 
(https://www.reichelt.de/Kabelverschraubungen-Bopla/MBFK-16/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=7738&ARTICLE=71545&OFFSET=16&;) 
geführt. Als Netzteil für die Schrittmotoren wird ein 48V MeanWell 
Netzteil verwendet 
(https://www.reichelt.de/Schaltnetzteile-groesser-500-W/SNT-HRP-600-48/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=108280&GROUPID=7266&artnr=SNT+HRP+600+48&SEARCH=SNT%2BHRP%2B600%2B48). 
Zusätzlich sind noch 12V nötig 
(https://www.reichelt.de/Schaltnetzteile-bis-150-W/SNT-RS-25-12/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=137085&GROUPID=7264&artnr=SNT+RS+25+12&SEARCH=SNT%2BRS%2B25%2B12).

Alle Abzweigungen der L/N/PE Leitungen kommen in eine Abzweigdose 
(https://www.reichelt.de/Installationsmaterial/EL-DOF-AP-85/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=86372&GROUPID=3389&artnr=EL+DOF+AP+85&SEARCH=EL%2BDOF%2BAP) 
und werden mit Wago 221 Klemmen durchgeführt. Das Gehäuse wird direkt 
auf PE gelegt, zusätzlich wird Pe nach außen geführt um die Aluminum 
profile der Mechanik zu erden. Anschluss an die Netzteile und Schukodose 
ist natürlich auch klar.

Als Schrittmotortreiber werden die Leadshine AM882 verwendet. 
Ansteuerung der Motoren ist erstmal über ein Standard Breakout von ebay 
(http://www.ebay.de/itm/5-Achs-CNC-Usb-Breakout-Board-Optischen-Koppler-Schrittmotortreiber-MACH3-TE421-/282043216600?hash=item41ab15f2d8:g:fvoAAOSwmtJXWBJ5)


Dosen: 
https://www.reichelt.de/Installationsmaterial/EL-DOF-AP-85/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=86372&GROUPID=3389&artnr=EL+DOF+AP+85&SEARCH=EL%2BDOF%2BAP
Abzweige: 4x 
https://www.reichelt.de/Luester-Steckklemmen/WAGO-221-415/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=149800&GROUPID=5759&artnr=WAGO+221-415&SEARCH=WAGO%2B221-415
Netzteile: 
https://www.reichelt.de/Schaltnetzteile-groesser-500-W/SNT-HRP-600-48/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=108280&GROUPID=7266&artnr=SNT+HRP+600+48&SEARCH=HRP600-48
           https://www.reichelt.de/Schaltnetzteile-bis-150-W/SNT-RS-25-12/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=137085&GROUPID=7264&artnr=SNT+RS+25+12&SEARCH=SNT%2BRS%2B25%2B12
Endschalter: 
https://www.reichelt.de/Schnappschalter-Endschalter/MAR-1006-1511/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=166853&GROUPID=7599&artnr=MAR+1006.1511&SEARCH=MAR%2B1006.1511
Relais: 
https://www.reichelt.de/Industrierelais/FIN-55-32-9-12V/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=29137&GROUPID=7622&artnr=FIN+55.32.9+12V&SEARCH=FIN%2B55.32.9%2B12V
        https://www.reichelt.de/Relais-Zubehoer/FIN-94-94-3/3/index.html?ACTION=3&LA=446&ARTICLE=62777&GROUPID=7624&artnr=FIN+94.94.3&SEARCH=FIN%2B94.94.3
        Finder 99.02.0.230.09

Schrittmotor: Sanyo Denki 103-H7126-1740
Kabelverschraubung: https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=446&LA=3
Anschlusskabel: https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=446&LA=3
Motorkabel: ÖLFLEX CLASSIC 110
Steckdose Kabel: H07BQ-F 3x1,5 qmm
Schutzerdung: 
https://www.reichelt.de/Schaltschrank-Einzeladern/H07VK-1-5-10GG/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=69506&GROUPID=5374&artnr=H07VK+1%2C5-10GG&SEARCH=%252A

Als Fräse wird fürs erste eine 500W Oberfräse verwendet (Bosch POF 
500A).

So und jetzt die Fragen:
1) Für die Abzweigung der L/N/PE Kabel in der Abzweigdose, denkt ihr da 
ist eine weitere Zugentlastung nötig? Das befindet sich ja alles im 
alten PC Gehäuse und die Kabel werden an der Durchführung ins PC Gehäuse 
entlastet.

2) Die Netzteile verbinden ihre Metallgehäuse mit PE. Zusätzlich 
verwende ich geschirmte Kabel, die Schirmungen werden mit den GNDs der 
Netzteile verbunden (48GND und 12GND). Die Leadshine Motortreiber werden 
die 48GND zusätzlich an ihr Gehäuse führen. Letztendlich werden also 
übers PC Gehäuse die GND Ausgänge der Netzteile mit PE verbunden. Kann 
das Probleme verursachen?

3) Das TE421 Board hat bereits ein Relais, aber ob das wirklich 230V 
schalten kann ist eine andere Frage. Deshalb und weil ich 2-phasig 
schalten will, verwende ich ein zusätzliches Industrierelais. Dafür 
werden die 12V über das Relais des TE421 geschalten:
Ich gehe davon aus, das ein Relais mit 2x Umschalter genutzt werden kann 
um Phase und Nulleiter gleichzeitig zu schalten? Wenn ich ein 10A Relais 
verbaue, muss ich dann zusätzlich eine Sicherung verbauen um 
sicherzustellen, dass das Relais nicht über 10A belastet wird? Wenn ja, 
gibt es geeignete Sicherungshalter mit Schraubklemmen oder ähnlichem? 
Das Relais kommt mit Sockel (und eventuell RC-Modul) in eine weitere 
Abzweigdose.
(Relais wären FIN 55.32.9 12V oder wenn es 16A sein sollte die Finder 
62. Serie für 16A, aber die ist nicht so einfach zu bekommen)

4) Die 12V zum Schalten des 230V Relais sollen auch für die Ansteuerung 
der Endschalter verwendet werden. Diese sind nicht berührungssicher 
verkabelt, gibt es da irgendwelche Sicherheitsbedenken?


5) Habe ich noch etwas wichtiges vergessen? ;-)

von THOR (Gast)


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jpf schrieb:
> 2) Die Netzteile verbinden ihre Metallgehäuse mit PE. Zusätzlich
> verwende ich geschirmte Kabel, die Schirmungen werden mit den GNDs der
> Netzteile verbunden (48GND und 12GND). Die Leadshine Motortreiber werden
> die 48GND zusätzlich an ihr Gehäuse führen. Letztendlich werden also
> übers PC Gehäuse die GND Ausgänge der Netzteile mit PE verbunden. Kann
> das Probleme verursachen?

Es ist nicht gerade schön da eine lose Schraube irgendwo im Gehäuse 
deinen Schutzleiter auftrennt und einen eventuell vorhandenen FI nutzlos 
macht. Aber sonstwie problematisch ist es nicht, nein.

jpf schrieb:
> Ich gehe davon aus, das ein Relais mit 2x Umschalter genutzt werden kann
> um Phase und Nulleiter gleichzeitig zu schalten?

Oder 2x Öffner oder 2x Schließer, je nachdem was du brauchst, ja.

jpf schrieb:
> Wenn ich ein 10A Relais
> verbaue, muss ich dann zusätzlich eine Sicherung verbauen um
> sicherzustellen, dass das Relais nicht über 10A belastet wird?

Kurzfristig (Einschaltströme) können die auch mehr als 10A. Eine 
Schmelzsicherung löst ja auch nicht sofort aus.
Sicherungen schaden generell nicht, aber für diesen speziellen Fall 
brauchst du eher keine.
Um die Frage vollständig zu beantworten: Kauf dir ein Stück Hutschiene 
und pack da normale Schaltautomaten drauf. Die, die man vom 
Sicherungskasten her kennt.

jpf schrieb:
> 4) Die 12V zum Schalten des 230V Relais sollen auch für die Ansteuerung
> der Endschalter verwendet werden. Diese sind nicht berührungssicher
> verkabelt, gibt es da irgendwelche Sicherheitsbedenken?

Die 12V sind nicht berührungssicher? Dann musst du dir über 2 Fälle 
Gedanken machen:
- Jemand wirft ne Schraube gegen und es kommt zu nem Kurzschluss 
zwischen 2 Leitern/von Leiter nach Masse(was passiert dann?)
- 12V wird unterbrochen, was passiert dann

Safe state ist in der Regel, wenn einfach alles stehen bleibt und man 
nach dem Problem suchen kann.
Weniger safe ist, wenn die Fräse über die Endschalter hinaus in die 
mechanische Begrenzung läuft. Danach stimmen meistens die 
Maschinenkonstanten auch nicht mehr so ganz.

Gruß, Sascha

von jpf (Gast)


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Hallo Sascha,

danke für die Antwort.

> Um die Frage vollständig zu beantworten: Kauf dir ein Stück Hutschiene und pack 
da normale Schaltautomaten drauf. Die, die man vom Sicherungskasten her kennt.

Gute Idee, das ist sicher eine bessere Lösung.

> Die 12V sind nicht berührungssicher? Dann musst du dir über 2 Fälle Gedanken 
machen:
> - Jemand wirft ne Schraube gegen und es kommt zu nem Kurzschluss
> zwischen 2 Leitern/von Leiter nach Masse(was passiert dann?)

Das Netzteil hat Kurzschluss und Überlastschutz aber im Detail mache ich 
mir da vielleicht besser noch ein paar mehr Gedanken ;-) Mit nicht 
berührungssicher meinte ich aber eher, dass das eben nur mit 
Kabelschuhen zusammengesteckt wird. Für größere Spannungen wäre mir das 
unsympathisch, aber gegen einfache Kurzschlüsse sollte das auch reichen.

(Ein Kurzschluss von 2 Leitern würde den Endschalter allerdings nutzlos 
machen, das ist sicher auch nicht optimal)

> - 12V wird unterbrochen, was passiert dann
>Safe state ist in der Regel, wenn einfach alles stehen bleibt und man  nach dem 
Problem suchen kann.

Ja, das macht sicher Sinn und so habe ich das auch ausgelegt. Die 
Schalter sind normal geschlossen und in Reihe, sobald der Stromkreis 
irgendwie unterbrochen wird bleibt die Maschine stehen.


mfg, Johannes

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