Hallo Leute,
ich möchte hier einmal dokumentieren, wie ich eine Steuerung für einen (noch nicht vorhandenen) Härteofen zusammengebaut habe. Vielleicht interessiert sich der eine oder andere auch für einen solchen Eigenbau. Ich kann im Nachhinein feststellen, daß man - wenn man keine zwei linken Hände hat und ein wenig von Elektrizität versteht - eine solche Steuerung recht einfach und vor allem geldbeutelschonend umsetzen kann. Meine Steuerung hat bisher mit Meßfühler knapp 50 Euro gekostet und wäre derzeit bereits einsatzfähig.
Nachdem ich Werkzeug- und C-Stähle bisher in der Holzkohle gehärtet habe, was auch gelang, bin ich doch ein wenig mehr an der Konsistenz der Ergebnisse interessiert. Dazu hat auch beigetragen, daß ich ganz unterschiedlich Mühe hatte, den Stahl in der Holzkohle auf Temperatur zu bringen. Die letzte Klinge ist gar unabsichtlich differentiell gehärtet, denn sie ist im Bereich des Rückens weicher geblieben, als der Schneidenbereich.
Also schaute ich mich mit der Zeit immer wieder und immer öfter nach einem Härteofen um und je länger ich schaute, desto mehr tendiere ich einmal in Richtung elwektrisch und zwotens in Richtung Eigenbau. Steuerungen sind im Netz ab vielleicht 250 zu bekommen, manche Standalone-Steuerungen kosten gar über 500. Also habe ich nach Teilen gesucht und schließlich im großen Weltkaufhaus eingekauft. Den nachfolgenden Aufbau beschreibe ich daher anhand einer Microcontroller-Steuerung von einem Hersteller namens Inkbird, den das ist es, was mir zugelaufen ist. Die angebotenen Regler werden gerne im Set mit verschiedenen Relais und einem K-Fühler angeboten. In ungelenk übersetztem chinesch ist dann von 400 Grad C die Rede. Das aber bezieht sich auf das beigefügte Thermoelement, das einen Meßbereich bis 400 Grad C hat. Der Controller kann Werte bis etwa 1.300 Grad verarbeiten, also das, was ein entsprechend gebautes K-Thermoelement an sinnvollen Werten abliefern kann. Zum Set bzw vorher schon hatte ich einmal ein Typ-K-Element bis 1.250 Grad C erworben und will das nun anschließen.
Der Kern des Ganzen: Sensor, Regler und Relais
Das Prinzip ist einfach: Der Fühler, ein NiCrNi-Element (Sensor Typ K) übermittelt einen sich entsprechend der Umgebungstemperatur verändernden Widerstandswert. Der Microcontroller nimmt den Wert in einem knappen (idealerweise einstellbaren) Zeitintervall ab, zeigt die gemessene Temperatur auf dem Display an und vergleicht diesen Ist-Wert mit einem voreingesellten Soll-Wert. In einem simplen an-aus-Betrieb gibt der Regler 12 V Gleichstrom auf seinen Signalausgang, bis die gemessene Temperatur den eingestellten Soll-Wert erreicht. Sinkt der gemessene Wert unter den Sollwert, schaltet der Regler den Gleichstrom auf dem Signalausgang wieder ein. (Ich will auf Einzelheiten, wie Hysterese, PID und Fuzzy Logic an dieser Stelle nicht eingehen.) Da der Regler keine Lasten schalten kann, die beim Betrieb eines Härteofens aufgerufen werden - da redet man von einigen Kilowatt - steuert das Ausgangsignal des Reglers ein Relais an, welches das eigentliche Ein- und Ausschalten des Ofens übernimmt. Die Relais, die in diesem Bereich zum EInsatz kommen, sind Halbleiter-Relais (Solid State Relais oder eben SSR), also keine elektromechanischen Schalter.
Der Aufbau ist auch keine Raketenwissenschaft: Da die Microcontroller-Steuerung fertig aufgebaut, in einem Kompakten Gehäuse einschließlich darin enthaltenem Schaltnetzteil daherkommt, beschränkt sich die Arbeit im Grunde im Zusammenbau und Verkabelung der drei Hauptkomponenten: Der Regler kommt an die Stromversorgung, der Sensor an den Regler und der Signalausgang des Reglers wird an den Signal-Eingang des SSR geklemmt. In dem Stromkreis, in dem die Last geschaltet wird, kommen das SSR und die Steckdose in einer Reihe, das war es im Grunde. Ich habe irgendwo in den Weiten des Web so etwas sogar schon fliegend verdrahtet gesehen, die Komponenten lagen herum oder hingen mehr oder weniger an den Strippen.
Das soll nun nicht sein, sondern ein Gehäuse soll sein.
Konsequent auf enges Budget geplant: Das Gehäuse aus einem Stück alte Dunstabzugshaube und einer Mdf-Platte als Rückwand.
In die Rücksteite kommt die Steckdose, denn die Steuerung soll universell einsetzbar sein
Vorne kommt die Öffnung für den Regler hinein, seitlich die Bohrungen, an die von innen das Relais samt Kühlkörper geschraubt wird. Im letzten Bild habe ich den Regler einmal eingesteckt, um zu sehen, wie es aussieht.
Naja und dann: Ready to rumble. Die verwendeten Kabel sind überwiegend Teile einer Garten- Verlängerungsschnur, die jedes Jahr beim Heckenschneiden von meiner Frau um unterschiedliche Längen gekürzt wird. Diese Reste hebe ich auf, und verwende sie. Es ist Kupferlitze schätzungsweise 2,5 mm hoch 2.
Der PID-Regler mit Anschlüssen: Auf schwarz und rot schaltet der Regler 12 V = an und aus. Blau und Braun ist die Stromversorgung, dank integriertem Schaltnetzteil 230 VAC, also ans Netz. Zart grün (+) und weiß (-) ist der Sensor. Der Laie ahnt es, der Fachmann weiß es: Wenn man so anklemmt, müssen die Kabel den Weg des Controllers gehen, also durch das Fenster im Gehäuse. Ich verrate sicher kein Geheimnis, wenn ich feststelle, daß ich das bei einem Kontakt vergessen hatte und ihn wieder abschrauben mußte. Bei allen Kontakten vergessen hatte ich den Einbaurahmen, der den Regler von innen umschließend gegen die Wandung zieht und so befestigt. Also mußten alle Klemmen noch einmal ab. Danach konnte ich feststellen, daß der Einbaurahmen nicht über die Kontakte ging, weil die zu weit überstehen. Also mußten sie noch einmal ab.
Aber schließlich war alles an Ort und Stelle .....
... und funktioniert. Mit Wasserglas und Körpertemperatur habe ich die Lampe auf dem Tisch an- und ausgeschaltet. Später habe ich den Toaster ausgeschaltet.
Das Grät verihielt sich äußerst gutmütig: K-Sensoren waren als Sensortyp voreingestellt, so daß nervige Fehlermeldungen unterblieben. Als Sollwert sind 50 Grad eingestellt gewesen. Das ist nicht zu viel und nicht zu wenig, würde ich sagen. Nicht zu kalt und nicht zu heiß. Schön war auch, zu sehen, daß der Sensor sofort sinnvolle Werte lieferte. 19,4 Grad, ein nicht geeichtes Thermometer zeigte etwas über 18,5 an. Das ist völlig Ok, so lange man damit keine Bakterienkulturen züchten oder Bier brauen will.
Das, was oben so wirr aussieht, ist folgendes:
Das Gerät ist nicht fertig. Es soll noch folgendes kommen:
1. Kaltgerätebuchse für den Netzanschluss
2. Die Kontakte für den Sensor sollen auf die Rückseite geführt werden, vielleicht mit 3,5 mm Klinke
3. zwei Schalter auf die Vorderseite für Steckdose und das Gerät
Bei einem Ofen ohne Türkontakt kann es bei einer solchen Steuerung sein, daß die Phase AUCH BEI AUSGESCHALTETEM OFEN auf dem Kanthaldraht anliegt, oder auch nicht, je nachdem, wie man den Stecker einsteckt. Das ist vor allem bei Öfen mit offenliegenden Heizwendeln kritisch. Dessen muß man sich bewußt sein.
Allgemeiner Hinweis: Der Schutzleiter am Gehäuse ist bei Geräten mit Blechgehäuse eine Art Lebensversicherung. Wenn durch einen Defekt die Phase auf das Gehäuse gelangt, kann sie wiederstandslos abfließen und einen Kurzschluss verursachen. Andernfalls läge sie auf dem Gehäuse an und das ist potentiell lebensbedrohend. Wechselstrom kann ab einer Spannung von 50 V in den Körper eindringen und Kammerflimmern verursachen. Man sollte also wissen, was man tut.
So, ich hoffe, daß ich Euch mit meinem Übereifer nicht gelangweilt habe. Wie es jetzt weitergeht, weiß ich noch nicht. Entweder baue ich einen Ofen oder - wahrscheinlicher - hole ich mir einen billigen alten und ungeregelten Efco-Ofen, klein und leicht aus der Bucht. Letzthin hatte ich einen Efco 180 L in Aussicht genommen, befüchte aber, daß er asbestverseucht ist, weil er vor dem Asbestverbot gebaut wurde. Das ist ein anderes Thema.