Widerstand in Reihe zur Spule an MOSFET?

[Nico M. (ganimedo)]

Hallo zusammen,

bitte entschuldigt zunächst das nicht korrekte Symbol für den IRF540N in 
meinem Schaltplan - ich habe auf die Schnelle das passende Symbol nicht 
gefunden. Ich hoffe, Ihr könnt mir weiterhelfen:

Ich habe hier eine Maschine, bei der u.a. ein Elektromagnet als 
Zugmagnet für einen Bowdenzug eingebaut ist. Daten des Elektromagneten 
laut Typenschild: 24V 38W. Leider "zuckt" der Magnet nur noch und zieht 
nicht mehr richtig an. Der Elektromagnet selbst ist in Ordnung: 24V 
Gleichspannung dran und er zieht an. Ich bin dann bei der Fehlersuche 
zur Steuerplatine gelangt und hab' auch scheinbar den Übeltäter gefunden 
- aber ich verstehe die Schaltung nicht. Ich hab' von den beteiligten 
Bauteilen mal einen Schaltplan skizziert.

Kann mir jemand sagen, wofür der Widerstand in Reihe zwischen Drain und 
der Spule gut sein soll? Hat jemand einen Vorschlag, welchen Wert der 
mal gehabt haben könnte?

Leider ist das nämlich genau der Widerstand, beschädigt scheint: Die 
Lötstellen sind ordentlich angeschröggelt; und die Farbringe kann ich 
nicht mehr erkennen. Ich hab' den Widerstand mal auf dem Foto markiert. 
Das Multimeter kommt auf ca. 30 Ω. Die Spule einzeln gemessen hat ca. 16 
Ω (was ja bei 38W an 24V als ohmsche Last betrachtet auch ganz gut 
passt).

Was ich auch nicht verstehe: Der Widerstand sieht für mich so aus, als 
könnte er wohl 1-2 Watt vertragen. Die Spule zieht aber 38W laut 
Typenschild. Der Bowdenzug wird zwar immer nur für ca. 1-2 Sek. gezogen 
und dann gibt's mindestens 10 Sekunden Ruhe; aber ich finde den 
Widerstand doch arg dünn dimensioniert. Oder was übersehe ich hier?


Vielen Dank schon mal für Eure Antworten.

Gruß,
Nico

[HildeK (Gast)]

Nico M. schrieb:

> Das Multimeter kommt auf ca. 30 Ω. Die Spule einzeln gemessen hat ca. 16
> Ω (was ja bei 38W an 24V als ohmsche Last betrachtet auch ganz gut
> passt).

> Was ich auch nicht verstehe: Der Widerstand sieht für mich so aus, als
> könnte er wohl 1-2 Watt vertragen. Die Spule zieht aber 38W laut
> Typenschild.

Der Widerstand wird sicher relativ klein sein, also bei maximal einigen 
wenigen Ohm. Dann ist die Verlustleistung auch entsprechend kleiner.
Es fließen bei 24V/38W etwa 1,6A, ein Widerstand mit 1Ω z.B. muss dann 
nur 2.5W aushalten - keine 38W!

Wozu er gut sein soll? Gute Frage, vielleicht wollte man einfach den 
Zugmagneten mit etwas weniger Strom betreiben und da man nur die 24V 
hatte, war der Widerstand das Mittel der Wahl?

[M. K. (sylaina)]

Würde mich nicht wundern, wenn da auch noch ein Kondensator mit im Spiel 
ist, dann könnte das eine Art Snubber-Netzwerk darstellen dass die 
Abschaltenergie des Magneten, der sicherlich mit einer Spule realisiert 
wurde, auffangen soll sodass sie nicht die restlich Schaltung 
beeinflusst.

[Michael B. (laberkopp)]

Ja, die Schaltung ist merkwürdig, auch daß ein IRF540 direkt von einem 
AT89C51 angesteuert werden soll zeugt von schlechtem Design.

[sv (Gast)]

Und gleichzeitig könnte es sein, daß dessen R-Wert (Ohm) und/oder 
Verlustleistung (W) mangelhaft an die Gegebenheiten angepaßt wurde.
Oder richtig angepaßt, doch danach aus unbekannten Gründen mit zu
hoher Leistung belastet (durch zu hohe Spannung floß zu hoher Strom).
Oder anderes, an das ich gerade nicht denke.


Scheinbar funktioniert es auch an 24VDC ohne den R - aber es mag
Gründe dafür geben, daß es so wie zu sehen gemacht wurde, die nicht
sofort ersichtlich sind.

Wenn Du z.B. die Typbezeichnung (zwecks Datenblatt) des Zugmagneten
beibringst, und die Höhe der Versorgung 24VDC beträgt, kann man genau
das von @Hildek beschriebene Vorgehen erneut/gesichert anwenden, und
sozusagen auf der sicheren (zugleich Strom-sparsamen) Seite bleiben.

[sv (Gast)]

Nachtrag: Die Verschaltung noch mal zu prüfen, wäre wünschenswert.

[Sven S. (schrecklicher_sven)]

Der Widerstand hat(te) 0,39 Ohm, und dient zur Strommessung zwecks 
Kurzschluss-Strombegrenzung.

[Klaus (Gast)]

HildeK schrieb:
> Wozu er gut sein soll? Gute Frage, vielleicht wollte man einfach den
> Zugmagneten mit etwas weniger Strom betreiben und da man nur die 24V
> hatte, war der Widerstand das Mittel der Wahl?

Früher hat man unipolare Schrittmotore auch mit Vorwiderstand und 
höherer als der Nennspannung betrieben. Das hatte den Sinn, der 
langsamen Stromänderung durch die Induktivität entgegenzuwirken. Eine 
Art Konstantstromquelle für Arme. Das könnte bei einem Zugmagnet 
ebenfalls Sinn machen um die Haftreibung am Anfang zu überwinden.

MfG Klaus

[Nico M. (ganimedo)]

Also erstmal vielen Dank für die zahlreichen konstruktiven Kommentare. 
Ich wollte im Eingangs-Posting nicht so weit ausholen - aber für alle, 
die es interessiert:

Es handelt sich um eine automatische Umreifungsmaschine, die bei meinem 
Brötchengeber steht. Sieht ungefähr aus, wie das Ding auf dem 
beigefügten Foto. In dem Bogen liegt ein Kunststoff-Band in einer 
Schlaufe bereit, welches von unten "eingeschossen" wurde. Sobald man 
auslöst, wird das Band zurückgezogen und in der Mitte der Tischfläche 
von unten mit einer Heizzunge verschweißt. Der Zugmagnet betätigt über 
den Bowdenzug eine Art "Kralle", die beim zurückziehen das Band strafft. 
Über ein Poti sagt man dem µC vorher, wie lange der Zugmagnet auslösen 
soll und somit, wie straff das Band gezogen werden soll.

Der ganze Umreifungsvorgang dauert so ca. 3-4 Sekunden zzgl. Zeit für 
das erneute "Einschießen" des Bandes. Man kann - wenn man sehr schnell 
ist - alle 5-6 Sekunden ein neues Band um das Paket schießen. Und jedes 
mal wird der Zugmagnet für ca. 1-2 Sekunden ausgelöst.

Die Maschine dürfte um die 10 Jahre alt sein und der Widerstand hat bis 
jetzt gehalten. (Wobei wir immer nur 3-6 Bänder nacheinander herum 
schießen, bevor das nächste Paket durchgeschoben wird. Sind also längere 
Pausen dabei.)

Ich guck gern morgen früh nochmal, ob auf dem Zugmagneten noch irgendwo 
ein ernsthaftes Typenschild ist. Ich hatte nur einen großen Aufkleber 
gefunden, auf dem "24V 38W" stand - und nicht mehr.

@Klaus: Die Idee mit der "Haftreibung am Anfang" könnte richtig sein: 
Die o.g. "Kralle" sitzt an einer Art "Arm", der beim Auslösen das Band 
zurück zieht. Wenn sich der "Arm" in Ruhestellung befindet, kann die 
"Kralle" nicht vollständig angezogen werden, weil sie vor den Anschlag 
des Arms drückt.
Vielleicht wird der Zugmagnet schon ausgelöst, bevor der "Arm" sich in 
Bewegung gesetzt hat, und man will hier wirklich mit dem Widerstand den 
Strom auf billige Art und Weise begrenzen.

Hat jemand einen Vorschlag für die Werte? Ich dachte so an 3,9 Ohm 
einsetzen und sehen, ob der Zugmagnet ausreichend stark zieht? Wie viel 
Leistung muss er dann abkönnen? Wenn die Magnetspule gut 16 Ohm hat und 
der Widerstand 3,9 Ohm, dann haben wir insgesamt ca. 20 Ohm. Bei 24V 
fleßen dann 1,2A und die Spannung teilt sich in 19,2V an der Spule und 
4,8V am Widerstand, richtig? Dann würde der Widerstand mit 4,8V * 1,2A = 
5,76W belastet werden? Dann sollte ein Widerstand mit 5W ja reichen - 
wird ja immer nur für 1-2 Sekunden belastet und darf dann wieder 
abkühlen.

Gruß,
Nico

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Nico M. schrieb:
> Kann mir jemand sagen, wofür der Widerstand in Reihe zwischen Drain und
> der Spule gut sein soll?

Das wird wohl ein sogenannter Sicherungswiderstand sein. Das ist im 
Prinzip ein Widerstand, der sich bei Überlastung wie eine 
Schmelzsicherung verhält. Er wird hochohmig, ohne dabei (wie ein 
normaler Widerstand) in Flammen aufzugehen.

> Hat jemand einen Vorschlag, welchen Wert der
> mal gehabt haben könnte?

Mach halt mal ein scharfes, korrekt belichtetes Bild. Tip: der 
Widerstand muß scharf und korrekt belichtet sein.

> Leider ist das nämlich genau der Widerstand, beschädigt scheint: Die
> Lötstellen sind ordentlich angeschröggelt; und die Farbringe kann ich
> nicht mehr erkennen.

In meinen Augen sieht der Widerstand ganz normal aus. Er hat halt einen 
roten Grundkörper. Die Bauform ist für ungefähr 1W gut. Mit deinen 1.5A 
kommt man dann auf ca. 0.39Ω (der Wert wurde schon genannt). Die 
gemessenen 30Ω wären in jedem Fall zu viel. Wenn alle Stricke reißen, 
bau eine Drahtbrücke statt des Widerstands rein.

[Wolfgang (Gast)]

M. K. schrieb:
> Würde mich nicht wundern, wenn da auch noch ein Kondensator mit im Spiel
> ist, dann könnte das eine Art Snubber-Netzwerk darstellen dass ...

... bei richtiger Dimensionierung die Diode überflüssig machen würde.

[ek13 (Gast)]

Axel S. schrieb:
> Wenn alle Stricke reißen, bau eine Drahtbrücke statt des Widerstands
> rein.

Oder eine Sicherung 2A F

[Nico M. (ganimedo)]

Danke für eure Antworten. Ich komme mal den Wünschen nach weiteren Fotos 
nach...
Den Widerstand bekomme ich einfach nicht besser fotografiert - aber es 
liegt auch nicht an der Kamera, sondern die Ringe sehen alle nur noch 
grau aus.
Das Typenschild vom Magnet lässt vermuten, dass die Maschine noch 
deutlich älter ist als 10 Jahre.
Auf dem Foto von der Platine habe ich mal die Leiterbahnen und die 
Position von MOSFET, Widerstand und Freilaufdiode sowie die Leiterbahnen 
markiert. (Die Zuleitung der Masse an Source liegt auf der anderen 
Seite.)

Axel S. schrieb:
> Mit deinen 1.5A kommt man dann auf ca. 0.39Ω (der Wert wurde schon genannt)

Ja, der Wert wurde genannt - allerdings im Zusammenhang mit 
Strommessung. Und da tatsächlich keine weiteren Bauteile beteiligt sind 
(auch kein Kondensator, wie M. K. vermutete), dürfte eine Strommessung 
ausscheiden.

Die Funktion "Sicherung" erscheint mir auch sinnvoll - denn da zwischen 
µC und Gate kein Widerstand sitzt, würde ein Kurzschluss des MOSFET 
eventuell auf den µC durchschlagen und den mit wegreißen.

Ich werd' heute abend mal zum Elektronik-Laden fahren und sehen, was die 
so an niederohmigen 1W-Widerständen haben. Falls die nix brauchbares 
haben, komme ich auf den Vorschlag von ek13 zurück und setze einen 
Sicherungshalter ein.


Gruß,
Nico

[Sven S. (schrecklicher_sven)]

Auf dem neuen Foto erkenne ich jetzt diese Farben, siehe Bild.
Der Widerstandswert beträgt also 1,8 Ohm.
Es wäre sicher besser, den neuen Widerstand mit mehr Abstand zur Platine 
einzubauen.

[Elektrofurz (Gast)]

Sven S. schrieb:
> Der Widerstandswert beträgt also 1,8 Ohm.

Eher 18 Ohm!

[Sven S. (schrecklicher_sven)]

Elektrofurz schrieb:
> Eher 18 Ohm!

Stimmt, was bin ich manchmal unkonzentriert.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Elektrofurz schrieb:
> Sven S. schrieb:
>> Der Widerstandswert beträgt also 1,8 Ohm.
>
> Eher 18 Ohm!

Keiner dieser Werte paßt zum Rest der Schaltung. Wenn der Zugmagnet für 
24V ausgelegt ist und die Schaltung mit 24V versorgt wird, dann kann man 
18Ω gewiß nicht brauchen (damit lägen dann weniger als 12V am Magneten 
an).

Und auch mit 1.8Ω paßt das nicht. Wenn der Magnet (gemessene) 16Ω 
Wicklungswiderstand hat, ergibt sich mit 1.8Ω eine Verlustleistung von 
3.2W am Widerstand. Das kann diese Bauform nicht ableiten. Der 
Grundkörper dürfte geschätzt 10mm lang sein, das reicht zwar für 1W, 
aber nie im Leben für über 3W. Ein elektrisch dafür passender 4W 
Widerstand ist gut 15mm lang und knapp doppelt so dick.

Wenn im Gerät Platz ist, würde ich die Variante mit einer flinken 2A 
Schmelzsicherung befürworten.