Kress/AMB Fräsmotor 1050-FME-1 Regelelektronik tauschen

[Chancey (chanceman42069)]

Ich will die interne Reglerplatine an meinem Kress/AMB Fräsmotor (1050 
FME-1) gegen eine externe Reglerplatine tauschen. Ich mag den manuellen 
An-/Aus-Schalter und das starre Anschlußkabel mit Spezialstecker nicht. 
Der tolle 'Sicherheitsschalter' ist bei einem anderen Kress Fräsmotor 
einmal mitten im Betrieb ausgegangen, was ich so noch nie an einem 
Elektrogerät erlebt habe. Kann also weg. Ein billiges, flexibleres 
Anschlußkabel mit Eurostecker, wie an Staubsaugern vergleichbarer 
Leistungsklasse, würde völlig genügen. Der Ersatztreiber sollte neben 
dem obligatorischen Tacho-Eingang auch einen Eingang für ein PWM Signal 
von einem CNC Controller (MESA 7i96S z.B.) besitzen für die automatische 
Drehzahleinstellung.

Leider habe ich bisher nichts fertiges gefunden, das ist das Problem.

Es gab hier im Forum vor einigen Jahren schonmal Überlegungen zu dem 
Thema. Der Nutzer, der hier gepostet hat, hat auch in anderen Foren 
darüber beraten, aber es ist wohl nichts daraus geworden.

Ich habe, auch aus Neugier, beschlossen, erstmal die vorhandene 
Regelelektronik zu untersuchen. Das AMB Marketing behauptet ja 
vollmundig, daß die AMB Fräsmotoren eine ach-so-genaue 'elektronische 
Regelung' verbaut haben, blah, blah, blah, und da war ich natürlich 
gespannt, was sich für tolle Komponenten und Schaltungstricks auf der 
Reglerplatine finden werden.

Erstes Problem war, daß Kress/AMB die Platinen mit irgendeiner grauen 
Vergußmasse zugepappt haben - eine Spezialität deutscher Hersteller. 
Neunzig Prozent meiner Hauselektronik sind sicher rein-chinesisch und 
die Chinesen haben sich diese Unart noch nicht abgeguckt, abgesehen von 
dem obligatorischen 'Reisbrei'. Vergossene Platinen habe ich zuletzt nur 
gehabt von AMB, Velux und Steinbach (elektronisches Vorschaltgerät für 
Pool UV Lampe). Die AMB Vergußmasse ist im Werkszustand elastisch und 
schwer rauszupulen. Nach Erwärmung mit Heißluft (200-300°C) verliert das 
Zeug die Haftung und läßt sich leicht abbröseln. Die netten Fotos mit 
tangentialer Beleuchtung, wo man die Leiterbahnen so schön erkennen 
kann, habe ich in einem tschechischen Forum gefunden bevor ich meine 
Platine gescannt habe.

Nachdem ich die Platine von dem Gelumpe befreit hatte, habe ich den 
anhänglichen Schaltplan gezeichnet. Der Schaltplan ist vorläufig und muß 
noch korrigiert und kommentiert werden. Es geht nur um die Beschaltung, 
nicht die genauen Bauteilbezeichnungen. Insbesondere die Dioden im 
SOD-80/MiniMELF Gehäuse konnte ich nicht eindeutig identifizieren. Es 
gibt keinerlei Bauteilbeschriftung, also muß ich die Dinger noch 
auslöten und prüfen.

Aufgefallen ist mir zunächst, wie sparsam hier mit Filtern und 
Sicherungen umgegangen wurde: kein Snubber Netzwerk am TRIAC, obwohl der 
BTA16 kein 'snubberless' Typ ist, keine Sicherung, kein Varistor, kein 
EMI Filternetzwerk, nur ein X2 Folienkondensator. So eng ist es in dem 
Gehäuse nun auch wieder nicht, daß man nicht noch etwas mehr 
reinbekommen hätte. Oder braucht man das alles gar nicht?

Der Kühlkörper auf dem TRIAC ist auch mehr als winzig.

Die Regelung übernimmt ein PIC12F675.

Es wäre cool gewesen, wenn man die Firmware auslesen könnte, um etwas zu 
lernen, aber Kress/AMB hat es nicht gereicht, die Platine zu vergießen, 
die Lock Bits sind natürlich auch alle gesetzt. Sowas regt mich 
regelrecht auf. Wenn ich dazu komme, schleife ich das Gehäuse auf und 
setze die Lock Bits mit einer UV Lampe zurück. Andrerseits - ein 
chinesischer Hersteller hätte gleich einen IC ohne Beschriftung verbaut, 
da ist das hier schon Luxus. =^p

Ich verstehe die Schaltung nicht vollständig:

1. Was machen R13,R14,D4,D5,C8,R12 an PIC Pin 3?

2. R2, R3, R4,R8, C2, D2 an PIC Pin 4 gehören wohl zur 
Nulldurchgangserkennung (ZCD). Was macht D2? Schutz?

3. Q1,C11,R16,L1,C10,D6,R15,C9 an PIC Pin 5 gehören zur 
Tacho-Kontrollschleife. Wozu dienen D6 und C10?

Abgesehen davon: was ist von so einem Aufbau zu halten? Ein TRIAC 
Phasenanschnittscontroller mit Induktivgeber (Magnetring + Tachospule) 
in der Kontrollschleife, NTC und Drehpoti - ist das denn zeitgemäß? Seit 
20 Jahren oder so habe ich PC Lüfter mit mit Hall Effekt Sensor als 
Drehzahlgeber. Auf mich wirkt das ganze Design primitiv und altbacken. 
Für so eine Platine will AMB aktuell knapp 60€ haben. Gut, daß die ab 
Werk vergossen werden, damit man ja nichts reparieren kann. Aber gut, 
AMB bietet ja für deutlich mehr Geld auch noch andere Steuerungen an, 
vielleicht sind die ja besser/aufwendiger aufgebaut.

In diesem Forum lese ich schon seit über 10 Jahren still mit. Ich habe 
erst heute zum ersten Mal selbst etwas gepostet, weil mich der launige 
Ton und das Gemotze mancher Leute hier total abturnen. Nur so am Rande.

So und nun schon vorab recht schönen Dank für qualifizierte Meinungen 
und bitte, bitte immer schön sprechen und nett zueinander sein!

[Michael B. (laberkopp)]

Chancey schrieb:
> Was machen R13,R14,D4,D5,C8,R12 an PIC Pin 3?

Erkennen, ob S1 geöffnet wurde.

> R2, R3, R4,R8, C2, D2 an PIC Pin 4 gehören wohl zur
> Nulldurchgangserkennung (ZCD). Was macht D2? Schutz?

Ja, unbedingt notig sonst schaltet er in high voltage programming. MCLR 
pin zu verwenden ist klug, der hat keine Diode nach VCC.

> Q1,C11,R16,L1,C10,D6,R15,C9 an PIC Pin 5 gehören zur
> Tacho-Kontrollschleife. Wozu dienen D6 und C10?

Legen ein Potential von VCC-0.7V fest und stabilisieren es, genau an der 
Schaltgrenze des PNP.

Chancey schrieb:
> was ist von so einem Aufbau zu halten?

Klug und gut gebaut.

Chancey schrieb:
> eine Spezialität deutscher Hersteller

Ja, geplante Obsoleszenz durch Unreparierbarkeit. Alle Achtung dass du 
sie freigelegt hast.

[Chancey (chanceman42069)]

Michael B. schrieb:
> Chancey schrieb:
>> Was machen R13,R14,D4,D5,C8,R12 an PIC Pin 3?
>
> Erkennen, ob S1 geöffnet wurde.

Hm, meinst Du wirklich? Wie geht das, wenn der PIC bei geöffnetem 
Schalter gar nicht läuft? Und wenn er laufen würde - was ändert sich 
denn, wenn der Schalter öffnet/schließt an der Stelle?

>> R2, R3, R4,R8, C2, D2 an PIC Pin 4 gehören wohl zur
>> Nulldurchgangserkennung (ZCD). Was macht D2? Schutz?
>
> Ja, unbedingt notig sonst schaltet er in high voltage programming. MCLR
> pin zu verwenden ist klug, der hat keine Diode nach VCC.

Oha, gute Beobachtung, habe ich bisher übersehen!

Und nun die Preisfrage: wieso ist es nützlich, daß der MCLR Pin nur eine 
Schutzdiode nach Masse hat? Wie hängt das mit der 
Nulldurchgangserkennung zusammen?

Ich habe in einem anderen Forum gelesen, daß auf irgendeine clevere 
Weise die interne Schutzdiode zur Nulldurchgangserkennung genutzt werden 
kann, leider ohne Erläuterung. Wie könnte das gehen? Alle mir bekannten 
Methoden zur Nulldurchgangserkennung sind mit einem gewissen Aufwand 
verbunden (extra Peripherie/extra Baustein/extra Schaltung), daß dazu 
zwei Widerstände und ein Mikrocontroller Pin genügen, wußte ich nicht.

Obwohl ich hier die Schaltungsdetails besprechen will, möchte ich 
eigentlich keine eigene Regelung entwerfen. Falls jemand etwas dazu 
erläutern will, würde mich gleichwohl interessieren, wo bei so einer 
Regelung der Knackpunkt liegt. Was die Abfrage und Verarbeitung von 
Sensordaten angeht, habe ich keine Fragen, aber wie sieht das mit der 
Regelschleife Drehzahl-Phasenanschnittswinkel aus? Wird einfach solange 
aufgeregelt bis die Drehzahl wieder auf den Soll-Wert ansteigt oder 
macht die Firmware auf dem Mikrocontroller noch mehr? Ein popeliger 
PIC12F675 ist ja eigentlich nicht für viel zu gebrauchen, das Teil ist 
lahm und hat keinen Speicher, groß mit Rechnen ist da nicht.

[Thomas R. (thomasr)]

Leute, bitte nicht gleich losschlagen nur weil er den Konturenstecker 
mit Eurostecker verwechselt hat. Kann man ja auch lieb erklären? Und für 
die Schaltungsanalyse nebensächlich.

[Michael B. (laberkopp)]

Chancey schrieb:
> Wie geht das, wenn der PIC bei geöffnetem Schalter gar nicht läuft

Er läuft noch, der Elko versorgt ihn während der Motor bremst.

Chancey schrieb:
> Wie hängt das mit der Nulldurchgangserkennung zusammen?

Keine störenden Querströme über diese Diode weil sie ja nicht vorhanden 
ist. Auch wenn über diesen Pin schon 5V anliegen, VCC aber noch nicht 
aufgebaut ist also fast 0 ist.

Chancey schrieb:
> aber wie sieht das mit der Regelschleife Drehzahl-Phasenanschnittswinkel
> aus?

PID mit zum Motor passenden P  I und D Werten

[Mani W. (e-doc)]

Karl schrieb im Beitrag #8023693:
> W(ack!)eldackel gut gebellt. Noch ein Stöckchen, hoch das Röckchen?

Karl schrieb im Beitrag #8023697:
> Innovation ist kontroverse Entwicklung. Stasimorphose ist Stillstand.

Du bist sicher der neue Forumsidiot!

[Chancey (chanceman42069)]

Thomas R. schrieb:
> Leute, bitte nicht gleich losschlagen nur weil er den Konturenstecker
> mit Eurostecker verwechselt hat. Kann man ja auch lieb erklären? Und für
> die Schaltungsanalyse nebensächlich.

Ich habe eigentlich gar nichts verwechselt, aber offenbar gibt meine 
Formulierung Anlaß zu Mißverständnissen. Ich habe jedenfalls kein 
Problem, einen Eurostecker von einem Konturstecker/Schukostecker zu 
unterscheiden. Allerdings wird mich mein Gedächtnis im Stich gelassen 
haben, denn an einem Staubsauger habe ich vermutlich keinen Eurostecker 
gesehen.

Worauf ich mit meiner Anmerkung über Eurostecker-Kabel hinaus wollte: 
Kress/AMB bietet die Fräsmotoren mit festem oder mit abnehmbarem 
Anschlußkabel mit 'Quick Verschluß' an (ähnlich IEC 60320 mit 
Arretierung). Netzseitig ist immer ein Konturstecker/Schukostecker dran. 
Obwohl die Fräsmotoren einen Stahl-Flansch haben für eine 
Eurohals-Aufnahme, ist nirgendwo ein PE-Leiter angeschlossen. Meines 
Wissens nach müssen Elektrogeräte, die Netzspannung führen und an denen 
der Benutzer leitfähige Teile berühren kann, per PE-Leiter gesichert 
sein. Vermutlich ist das hier praktisch nicht machbar. Diese Fräsmotoren 
sind aber wohl auch nicht als Handwerkzeuge vorgesehen. Für die 
Verwendung in einer CNC Fräse brauche ich kein 'Quick Verschluß' Kabel. 
Das Kabel ist ziemlich dick und würde mir nur unnötig die Schleppkette 
verstopfen, der große Biegeradius stört. Da kein PE-Leiter angeschlossen 
ist, würde ein einfaches zwei-adriges Kabel wie an einem billigen 
Staubsauger ähnlicher Leistungsklasse genügen. Ein Eurostecker und das 
zugehörige Kabel hätte natürlich nicht die nötige Strombelastbarkeit für 
einen Fräsmotor mit über 1000W.

[Chancey (chanceman42069)]

Ich habe mal zwei Ersatzschaltbilder für die Nulldurchgangserkennung und 
die Drehzahlerkennung gezeichnet und in LTSpice simuliert.

Die vorliegende Methode der Nulldurchgangserkennung basiert auf der 
Verwendung der internen ESD Schutzdioden des GPIO Pins. Mit ausreichend 
groß dimensionierten Widerständen kann der Pin direkt mit Netzspannung 
verbunden werden. Am Eingang wird ein Rechtecksignal im Takt der 
Netzfrequenz erzeugt, wobei die Spannung auf VDD+0,6 und VSS-0,6V 
begrenzt wird. Da in der Kress/AMB Schaltungsvariante GP3/MCLR verwendet 
wird, und der MCLR Pin keine interne Schutzdiode nach VDD besitzt, muß 
die Spannungshöhe dort durch eine externe Diode begrenzt werden, in 
diesem Fall eine Zenerdiode (vermutlich 5V).

Wieso wird dort eigentlich GP3/MCLR genutzt? Hier die Antwort.

Die Schaltung beruht offenbar auf einem Vorschlag aus einer 30 Jahre 
alten Microchip Application Note, und zwar AN521 von 1997. Diese 
Application Note wurde neben anderen in der Zwischenzeit zurückgezogen 
und es wird im allgemeinen davon abgeraten, auf diese primitive Weise 
eine Nulldurchgangserkennung umzusetzen. Näheres dazu gibt es im 
Microchip Technical Bulletin TB3013 von 2008, wo genau erklärt wird, 
wieso der Schaltungsvorschlag in AN521 nicht (mehr) in Betracht gezogen 
werden sollte für neue Entwürfe. Soweit ich sehe, besteht der 
wesentliche Grund hierbei, abgesehen von der direkten Beschaltung des 
Pins mit Netzspannung, in der hohen Durchlaßspannung der internen P-N 
Dioden in Verbindung mit Pass-Gates zu analoger Peripherie (ADC). Der 
P-MOSFET der internen Pass-Gates beginnt bereits ab VDD+0,4 V zu leiten, 
was zu Sekundäreffekten führt (sieh TB3013). Eine Möglichkeit, dem 
vorzugreifen, besteht darin, die analoge Peripherie abzuschalten oder 
einen rein-digitalen Pin als Eingang zu wählen. Deshalb erfolgt in der 
Kress/AMB Schaltungsvariante die Nulldurchgangserkennung an GP3/MCLR 
(woraus man auch schließen kann, daß die Kress/AMB Entwickler sicher 
über mögliche Probleme bewußt waren). Allerdings müssen laut TB3013 
externe Schottky-Dioden verwendet werden anstatt der internen P-N 
Dioden, wenn diese Methode unbedingt umgesetzt werden soll. Soweit ich 
sehe, hat Kress/AMB das nicht getan und verstößt damit gegen Microchips 
Spezifikationen und Anwendungsempfehlungen.

Nulldurchgangserkennung scheint ja ein Dauerbrenner im Forum zu sein und 
es gibt sogar einen Artikel dazu auf dieser Seite 
(https://www.mikrocontroller.net/articles/230V). Dort findet sich auch 
weiterhin ein Verweis auf AN521, obschon die Methode nicht empfohlen 
wird.

Die Methode nach AN521 zur Nulldurchgangserkennung mag clever aussehen, 
aber aus meiner Sicht ist sie nur etwas für Sparfüchse und harte Jungs. 
Im Microchip Forum selbst können sich dafür vor allem noch Leute aus 
Entwicklungsländern begeistern, während alle anderen davon dringend 
abraten.

Das Ersatzschaltbild für den Tachogenerator weicht von der 
Originalschaltung natürlich deutlich ab. Ich wüßte nicht, wie man sonst 
in LTSpice wechselnde Magnetfelder simulieren könnte. Die genauen Werte 
von C2 und C3 sind mir nicht bekannt bisher. Mir fällt gerade auf, daß 
ich die Umdrehungszahl hier noch durch 60 hätten Teilen müssen, die 
Frequenz ist also viel zu hoch in der Simulation. Ist aber egal. Soweit 
ich das verstehe, hängt die Basis Q1 (mittelbar) über D6 an 5V, Q1 
sperrt also im Ruhezustand. Wenn sich der Magnetring an der Achse des 
Motors dreht, induziert das wechselnde Magnetfeld in L1 periodisch eine 
negative Spannung, Q1 schaltet durch, D6 sperrt. So entsteht dann an 
GP2/AN2 das Tachosignal. In meinem Bild ist es eine Rechteckspannung, 
aber mit veränderten Parametern (Frequenz, Werte C2, C3) entsteht eher 
eine Sägezahnspannung.

Die Beschaltung an GP3/AN3 kapiere ich immer noch nicht. Wozu ist das 
gut?

[Michael B. (laberkopp)]

Chancey schrieb:
> Meines Wissens nach müssen Elektrogeräte, die Netzspannung führen und an
> denen der Benutzer leitfähige Teile berühren kann, per PE-Leiter
> gesichert sein

Nein, die Teile müssen nur doppelt isoliert sein von 
netzspannungsführenden Teilen.

Da bei Bohrmaschinen der Kopf dreht, ist er sowieso nicht erdbar 
"gelb/grünes Kabel dranschraubbar".

[Chancey (chanceman42069)]

Hier noch eine LTSpice Simulation einer Ersatzschaltung für die 
Beschaltung an Pin GP4/AN3. Den genauen Wert von C1 kenne ich nicht. 
Wenn hiermit das Anliegen von Netzspannung erkannt werden soll - wozu 
ist das überhaupt nötig?

@laberkopp

Danke für die Erläuterungen. Ich sollte mal nachlesen, wie das genau ist 
mit Bohrmaschinen und Fräsmotoren. Stimmt natürlich, Bohrfutter usf. 
kann man ja eh nicht an den Schutzleiter hängen.

OK, ich greife mal auf, was Du oben gesagt hast. Der PIC wird nach dem 
Abschalten/Öffnen von S1 über C1 (gemeint ist der Schaltplan für den 
gesamten Controller) weiter versorgt während der Motor bremst. Und was 
soll er noch unbedingt tun, während der Motor bremst?

[Roland D. (roland_d284)]

Moin,

Michael B. schrieb:
>> Meines Wissens nach müssen Elektrogeräte, die Netzspannung führen und an
>> denen der Benutzer leitfähige Teile berühren kann, per PE-Leiter
>> gesichert sein
>
> Nein, die Teile müssen nur doppelt isoliert sein von
> netzspannungsführenden Teilen.
>
> Da bei Bohrmaschinen der Kopf dreht, ist er sowieso nicht erdbar
> "gelb/grünes Kabel dranschraubbar".

Dazu mal kurz off-topic:

Wenn gewisse Metall-Gehäuseteile jedoch gar nicht von Kabeln mit 
Netzspannung berührt werden können, weil die Kabel im Gerät nicht lang 
genug sind, müssen diese Gehäuseteile dann auch auf PE gelegt werden 
oder reicht der Abstand als Sicherheit aus?

Gruß, Roland