Es geht hier um die nervigen Badlüfter. Denn meistens sind sie viel zu laut.
Diese gibt es grundsätzlich in zwei Ausführungen:
Der Rauchschutz stützt die Wohnung vor eindringendem gefährlichen Brandrauch oder auch Heißgas falls eine andere Wohnung brennt und die Abgase den Weg durch die Entlüftung nehmen. Dies ist schlicht ein luftbetätigter Blechdeckel, also ein leichtgängiges Rückschlagventil mit einer hinreichend luftdichten Gummidichtung.
Ein vorgefundenes, völlig verschmutztes Exemplar, Baujahr schätzungsweise 2000,
habe ich komplett zerlegt und beim Putzen anscheinend auch die störende
Unwucht beseitigt, die ein lautes Rattergeräusch verursachte.
Auf dem Motor steht: EBM Papst, 230 V, 60 W, 1,5 µF.
Auf der Anschlussplatine befinden sich drei Kondensatoren,
keiner von denen mit 1,5 µF.
Der Motor selbst hat eine Mittelanzapfung und ist so ein
echter Kondensatormotor.
Der Wicklungswiderstand beträgt 330 Ω (Hilfswickung, braun-blau)
sowie 360 Ω (Hauptwicklung, schwarz-blau).
Diese Schaltung bewirkt bei Luftdurchsatz eine reduzierte Drehzahl und halbierte Leistungsaufnahme. Wird der Luftstrom blockiert, etwa durch einen verstopften Filter oder eine schwergängige Rauchgasklappe, tourt der Motor auf die volle Leistung hoch. Ich nehme mal an, das ist bei Meltem patentiert. Leider „funktioniert“ das nur bei frei liegendem Lüfter. Im eingebauten Zustand ist einfach nur das Hochtouren träger, sonst habe ich da keinen hörbaren Vorteil.
Die zugehörige Anlauf- und Nachlaufsteuerung befand sich bei diesem Modell gesondert in der Schalterdose. Das hat Vor- und Nachteile, ist aber auf jeden Fall ungewöhnlich. Da zum Lüfter ein 5-poliges Kabel gelegt wurde (davon nur zwei benutzt), lässt sich dieser prompt durch einen mit dort eingebauter Nachlaufsteuerung ersetzen, der 3-4 Drähte braucht.
Interessant, was Meltem eigentlich bedeutet.
Wer das Luftfilter wie oft kontrolliert bzw. saubermacht wird unterschiedlich geregelt, Vermieter oder Mieter. Ggf. sollte man im Mietvertrag nachsehen.
Triac-Steuerung mit 2 Leistungsstufen, einfach Schwingungspaketsteuerung. Bei Badlicht sofort geringe Drehzahl (für den Stuhlgang mit Absaugung).
Bei warmer Dusch-Warmwasserleitung volle Drehzahl. (Die Warmwasserleitung lässt sich oftmals leicht finden und mit einem billigen Heißleiter „messen“. Das erspart recht gut einen Feuchtesensor.) Die Nachlaufzeit nach dem Duschen ergibt sich aus dem Temperaturabfall der Warmwasserleitung. Daher sollte der Heißleiter möglichst nicht unter einer dicken Isolierung, sondern an einer nackten Stelle der Warmwasserleitung angebracht werden.
Nachlauf mit voller Drehzahl abhängig von der „Nutzungsdauer“ (= Licht).
Zusätzliche Einschaltmöglichkeit zum Wäsche trocknen.
Ein ATtiny13 und etwas Fußvolk reicht dafür.
Das einpulsige Kondensatornetzteil mit C1 = 100 nF liefert nur 3 mA. Entsprechend Strom sparend muss die Mikrocontroller-Schaltung sein. Der Triac T1 wird mit kurzen Impulsen mit > 10 mA gezündet, die von C3 (und C2) geliefert werden. Der mit nur 64 kHz laufende Mikrocontroller trägt mit ≈ 100 µA kaum zur Gesamtstromaufnahme bei. Überschüssiger Strom aus dem „Netzteil“ wird von IC2 in Wärme (max. 15 mW) umgewandelt.
Bei der Entwicklung der Firmware gab es einige kritische Stellen zu umschiffen:
main()) auf Null setzen lassen,
sondern diese Anweisungen wegoptimiert — entdeckt durch die Kontrolle des Assemblerlistings.
Daher ein Stück Assembler im Hauptprogramm, um die beiden Register zu löschen.
Mit volatile hatte ich bereits anderswo schlechte Erfahrungen gesammelt.
Die Firmware sollte gleichermaßen mit 50 Hz und 60 Hz laufen. Die Netzfrequenz ist dabei die Zeitbasis für alle Verzögerungs-Konstanten (am Anfang des Quelltextes). Daher ist auch keine Oszillator-Kalibrierung erforderlich.
Die Inbetriebnahme sollte mit einem leistungsstarken Trenntrafo oder direkt am PEN-Netz (das ist in Verbindung mit einem typischen erdverbundenen Oszilloskop nur ohne Fehlerstromschalter möglich!) erfolgen, wobei der Fußpunkt des Triacs auf PEN gelegt werden muss. Trenntrafos haben den Nachteil der Verzerrung der Kurvenformen bei Phasenanschnitt. Oszillografisch gesehen bewirkt der Kondensatormotor nur unwesentlich Phasenverschiebung, was die Firmware vereinfacht. Auf Entstörmaßnahmen kann verzichtet werden, weil nur am Nulldurchgang geschaltet wird und die geschaltete Leistung recht gering ist.
Die Schaltschwelle für den Temperatursensor ist in der derzeitigen Firmware auf 50 % festgelegt. Mit einem Heißleiter mit einem Nennwiderstand 220 kΩ (bei 25 °C) kann man für R9 einen Festwiderstand von 100 kΩ einsetzen. Dann liegt die Schaltschwelle recht reproduzierbar bei 40 °C. Heißleiter sind hinreichend engtoleriert.
Wöllte man die Netzfrequenz halbieren (nicht dritteln), bräuchte man, um den Motor gleichspannungsfrei zu halten, eine Brücke aus 4 Triacs, davon zwei Opto-Triacs. Machbar, aber eben aufwändiger.
Einen Ausgang für die Spiegelheizung habe ich erst mal an RESET vorgesehen, aber nicht getestet.
Bei geringer Drehzahl (durch Netzfrequenz-Drittelung) liegt die Leistungsaufnahme bei 25 W. Dabei macht der Motor ein leises, klopfendes Geräusch mit 16⅔ Hz, welches jedoch viel weniger stört als die volle Drehzahl. Also akzeptabel. Bei voller Drehzahl liegt die Leistungsaufnahme bei 55 W. Ohne Motor zeigt das Wattmeter 0,0 W an, an der Gleichstromseite komme ich auf 0,02 W.
Wegen der Nutzung der alten Platine zur fliegenden Verdrahtung ist nun L1 auf der mit N beschrifteten Schraubklemme und umgekehrt. Oder anders ausgedrückt, der Lichtschalter muss zwischen den Klemmen L1' und N liegen. Zwei zusätzliche Klemmen bilden L1" und TEMP, die entsprechend Schaltplan anzuschließen sind. Wird der Heißleiter weggelassen, wird ein „unendlich kaltes“ Wasserrohr detektiert und damit bleibt der Lüfter aus. Das ist völlig okay.
Die Speisespannungsverläufe zeigen, dass der Kondensator C1 weiter verkleinert werden darf; die Schaltung benötigt tatsächlich sehr wenig Strom.
Was noch getestet werden muss:
Zum Betrieb einer Kloschüssel-Besaugung ist es vorteilhaft,
zwischen Raum- und Kloschüsselentlüftung umschalten zu können.
Statt zweier Lüfter bietet es sich an, für PVC-Rohre DN70
servobetätigte Luftklappen zu haben,
die außerdem standardmäßig geschlossen sind.
Dadurch vermeidet man Entlüftungseffekte durch Wind und Schornsteinzug
und damit den ungewollten Austausch der Raumluft (= Auskühlung) im Winter
bei Nichtbenutzung des Bades.
CAD-Dateien zum 3D-Drucken (zurzeit noch ohne spezifische Servo-Anpassung), Solid Edge 17.
Die Luftklappe schließt im Winkel von 70° und hat dazu abgeschrägte Kanten. Sie wurde dazu konstruktiv per Wurstschnitt aus einem Zylinder herausgeschnitten. Zur Montage in das Innere des PVC-Rohrs wird ein Draht ⌀ 2 mm sowie eine Schraube M3 benötigt, die eine Klemmung des Drahtes realisiert. Der Draht wird zu einer geeigneten Kurbel für den Servoantrieb gebogen.
Der Servohalter wird von außen an das Rohr mit 2 langen Kabelbindern festgemacht. Sein massiver Aufbau ist für eine magere 10-%-Füllung beim 3D-Druck ausgelegt. Am Flansch wird der Servomotor befestigt. Durch geeignete Auslegung des Kurbelarms und des Pleuels (ebenfalls aus Draht zu biegen) kann der volle 180°-Stellbereich des Servos bis zu seinen Totpunkten ausgenutzt werden. Dadurch genügt der kleinstmögliche Servo auch wenn die Klappe etwas klemmt.
Hat sich als unnötig erwiesen! Die „Parallelschaltung“ der Klo- und der Raumluftabsaugung (in Duschzellen-Nähe) ist völlig ausreichend. Nachnutzung als Umschaltklappe zwischen Küchen- und Bad-Absaugung über einen Zentrallüfter.
Zur Überprüfung der Funktion der Klo-Absaugung legt man ein Zeitungblatt auf die Klobrille und schaltet den Lüfter ein. Das Zeitungspapier muss sich dabei absenken.
Vor die Füße fiel ein neuer ELS-VNC 100 (100 m³/h), der zwar schon viel leiser als der Meltem-Lüfter ist, aber immer noch zu laut und zu dumm. Er hat einen Rauchschutz.
Die Schaltung ist simpel dank eines Mikrocontrollers:
Nun, die Firmware ist mal wieder closed-source und damit die gesamte Schaltung ein Fall für den Elektronikschrott.
Zum Basteln macht sich eine netzgetrennte Lösung mit Arduino-Board besser als die netzverbundene Schaltung mit PIC16F505.
Der Motor im Innern hat 3 Anschlüsse, die alle den gleichen Widerstand zueinander aufweisen. Daher ist ein Drehstrommotor zu vermuten, der bei höherwertigen Ausführungen des gleichen Lüfters vermutlich frequenzgeregelt wird.
Gewünscht ist eine zusätzliche Geruchsabsaugung von der Toilettenschüssel, möglichst gesondert umschaltbar. Das erfordert eine steuerbare Luftklappe an der Saugseite des Lüfters, sinnvollerweise gleich hinter dem Luftfilter.
Bei einem Exemplar mit 100 m³/h fiel 2019 prompt der Mikrocontroller aus.
Als SMD-Typ lohnt sich der Verbleib bei PIC nicht so recht,
da ich eher ein AVR-Fan bin.
Eine Ersatzschaltung mit ATtiny13A wurde an Stelle des DIL-Schalters eingebaut.
Der Schaltplan ergibt sich aus dem Anfang der C++-Datei.
Den habe ich
doch noch in Eagle gezeichnet und eine hypothetische Platine erstellt.
Die Funktionsweise entspricht der Firmware vom Meltem-Lüfter, mit folgenden Änderungen:
Besser als das Original! Aber immer noch verbesserungswürdig. Die Leistungsaufnahme liegt bei 40 W (voll), 30 W (reduziert) und 0,4 W (Standby). Der letztere Wert ist eigentlich zu viel und muss auch vorher schon so gewesen sein.
Wie funktioniert's?
Die gesamte Mikrocontrollerschaltung ist netzgetrennt mittels Optokoppler und Opto-Triacs. Netztrennung ist für einen Hausbus-Anschluss ohnehin erforderlich. Ich gehe hier vom Typ TP-1 (9600 Baud RZ EIB) aus. Außerdem steht USB zur Verfügung.
Die Steuerung des Motors erfolgt über einen Umrichter Marke Eigenbau
und einem gesonderten netzverbundenen Mikrocontroller.
Die Drehzahlvorgabe erfolgt quasianalog mittels Optokoppler.
Es genügt U/f-Steuerung.
Als Leistungstransistoren dienen gefundene IRFR420A aus defekten Vorschaltgeräten für Leuchtstoffröhren. 3 Ω Einschaltwiderstand sind zwar nicht allzu üppig, 17 nC Gate-Ladung können von einem sparsamen 150-mA-MOSFET-Treiber in 113 ns umgeladen werden. Für einen 40-W-Lüftermotor sollte es reichen: Der Spulenstrom sollte bei 200 mA liegen, der statische Spannungsabfall bei 600 mV und die statische Verlustleistung bei 100 mW. Umschaltverluste fallen sicherlich mehr ins Gewicht. Eine gesonderte Kühlung ist nicht vorgesehen. Auch eine PFC entfällt bei Leistungen unter 75 Watt.
Da der Umrichter mit schwankender Zwischenkreisspannung zurecht kommt, darf der Glättungselko vergleichsweise klein ausfallen. Das verlängert die Ladezeiten, stresst die Diodenbrücke weniger, verringert netzseitige Oberwellen ein wenig, verringert den Einschaltbums und erlaubt eine knapper dimensionierte Sicherung.
Gegen Brückenkurzschluss enthält der Mikrocontroller eine hardware-getriebene Schnellabschaltung („Fault Protection Unit“). Der stromproportionale Spannungswert wird hier dem Analogvergleicher zugeführt. Bei 1,1 V Spannung über R8 wird abgeschaltet, das entspricht 1,1 A, bei 1,2 W Verlustleistung an R8. Richtig ausprogrammiert ist keinerlei Interruptlatenz im Spiel.
Für einen dreiphasigen Mini-Frequenzumrichter ist ein ATtiny261 wie geschaffen. Drei Hi-Lo-Side-MOSFET-Treiber und sechs kleine Hochspannungstransistoren und nur wenig Firmware, fertig ist der künstliche Drehstrom. (Oder ein „Drehstrom“ mit 90° Phasenversatz für echte Kondensatormotoren.) Nachteilig ist, dass der Mikrocontroller an Netzspannung „hängt“, was die Kommunikation erschwert. Die zu generierenden Spannungsverläufe aus der Zwischenkreisspannung sind nicht allzu sinusförmig, wie dort erklärt.
Extra Optokoppler wie in jener Vorlage würden den Aufwand erheblich steigern, auch für die Stromversorgung des Ganzen. Je nach Firmware und Bestückungsvariante erfolgt die Drehzahlvorgabe per Analogwert oder digital-seriell mittels RS-232. Ein weiterer Optokoppler IC9 realisiert den Rückkanal.
Als Hilfsnetzteil ist ein Kondensatornetzteil nahezu ungeeignet, weil nicht stromergiebig genug für die Gate-Ansteuerung. Günstiger ist es, aus einem PC- oder Monitor-Netzteil die Standby-Stromversorgung auszuschlachten. Diese liefert primärseitig 15 V für die Versorgung des Schaltnetzteil-ICs sowie sekundärseitig 5 V (und eine weitere Spannung für den TL494 beim PC). Verzichtet man zunächst auf die Verwendung der Sekundärspannung und schließt den Frequenzumrichter an der Primärseite(!) an, ergeben sich folgende Vorteile und Konsequenzen:
Handy-Netzteile genügen nur dann, wenn sie nicht bloß aus einem Sperrschwinger bestehen, sondern einen IC mit Anlaufschaltung ähnlich UC3842 enthalten. Der Gleichrichter und das Netzfilter muss dann allerdings für den Hauptverbraucher (den Umrichter und den Moter) umdimensioniert werden.
Zum Anschluss der Steuerelektronik (wahrscheinlich ein Arduino oder ein Raspberry) bietet sich der „Missbrauch“ einer USB-A-Buchse an wie bei einem Ladegerät, mit folgender Anschlussbelegung:
Damit würde ein echtes USB-Device den Zustand SE1 „sehen“, genauso wie beim Anschluss an ein USB-Ladegerät mit verbundenem D+ und D–. (Das SE1 kommt bei Ladegeräten durch den Pullup-Widerstand an D+ (Full-Speed) bzw. D– (Low-Speed) zustande.) Ein Eigenbau-USB-Device kann das erkennen, um dann eine RS-232-Kommunikation zu versuchen und den Umrichter zu erkennen. Natives USB über eine Potenzialbarriere (hier Optokoppler) wäre dagegen unverhältnismäßig aufwändig, daher dieser „Missbrauch“.
Überlegenswert wäre hier auch der direkte Anschluss an den Hausbus. Die RZ-Kodierung macht der ATtiny261 „mit links“, da ohnehin das RS-232-Protokoll per Software gemacht werden muss.
Folgende Sensorik steht dem Steuer-Controller zur Verfügung:
Nur im Extremfall soll der Lüfter in voller Leistung laufen, wenn Licht eingeschaltet ist, nämlich bei gefährlich hoher Feuchte. Ist das Licht aus, ist es egal, wie laut der Lüfter ist. Ohne Feuchte springt der Lüfter nur an, wenn ein Signal vom Klo kommt, dann bei geschlossener Ansaugklappe. Die Ansaugklappe bleibt beständig geschlossen, um Rohrschall von anderen Etagen unhörbar zu machen, wenn der Lüfter gar nicht läuft.
Wer ein Haus hat (mit Einzelesse ist gemeint), sollte den Lüfter weit weg vom Bad gleich unter's Dach platzieren! Denn Distanz ist der beste Schallschutz. Der Luft ist es egal, wo der Lüfter sitzt, es geht hier nicht um Vakuumpumpen (die möglichst nahe am Rezipienten sitzen müssen). Notfalls lassen sich die Stromleitungen auch gleich mit im Rohr verlegen.
Für Luftschall, der sich längs des Rohres zum Bad hin ausbreitet gibt es sog. Telefonieschalldämpfer und Rohrschalldämpfer. Diese kann man aus Streckmetall und Mineralwolle auch selber basteln: Aus Streckmetall (noch besser: Dachrinnen-Laubschutz aus Plast) formt man sich ein Innenrohr, um das eine Lage Mineralfilz (Glaswolle) gewickelt wird. Das Ganze steckt man in ein passendes Hüllrohr aus PVC, an dessen Enden Übergangsstücke für geringere Durchmesser angeschlossen werden können oder auch nicht. Je dicker und flauschiger (lockerer) die Mineralwolleschicht, desto besser der Schallschutz. 2..5 cm Dicke erscheinen sinnvoll. Das Innenrohr dient nur dazu, dass sich der Luftkanal nicht von selbst aus abfallenden Glaswollestückchen zusetzt — oder die Glaswolle nach und nach ins Freie abgepumpt wird. Ist der Filz genügend eigenstabil, kann das Innenrohr auch ganz entfallen. Die durchgezogene Luft sollte hinreichend sauber sein, um nicht die Mineralwoll-Oberfläche zu verdrecken oder gar zu verkleistern. Daher sollte im Bad und muss in der Küche ein auswaschbares Schmutzfilter vorgesetzt sein.
Um den Lüfter bedarfsgerecht zuzuschalten gibt es verschiedene Ansätze. Für die Zuschaltung beim Duschen ist die Temperaturmessung auf der Heißwasserleitung zur Dusche der beste Ansatz. Damit wird Feuchtebelastung sicher vermieden.
Deutlich schwieriger ist Geruchsbelastung (typischerweise von der Toilette) im Voraus zu detektieren! Daher gibt es verschiedene Arten von Klo-Detektoren, die möglichst unsichtbar sind und ohne Kabel zum Toilettensitz auskommen.
Dafür eignet sich ein preiswerter Magnetfeldsensor SM351LT. Mit einem Magneten im Klodeckel reicht eine Annäherung auf 3 cm, also brauchbar durch Fliesen hindurch. Reedkontakte sind hierfür schlicht zu unempfindlich.
Seine Anschlussbelegung erschließt sich nicht aus dem Datenblatt, sondern wurde durch Probieren herausgefunden:
| Ansicht von oben | Anschluss | Funktion | Kommentar |
|---|---|---|---|
| 1 | GND | Bezugspotenzial | |
| 2 | Ausgang | H = kein Magnetfeld L = Magnetfeld vorhanden | |
| 3 | Betriebsspannung | +1,8 … +5,5 V |
Die optimale Ausrichtung von (stabförmigem) Magnet und Sensor für maximale Reichweite ist axial. Daher wurden dünne Drähte einseitig weggehend an das SOT23-Gehäuse angelötet und der Chip vertikal in ein kleines Loch der Installationsvorwand (Gipsfaserplatte Fermacell) oberflächennah versenkt.
Als Magnet dient ein kleiner würfelförmiger Neodym-Magnet mit ca. 4 mm Kantenlänge. Magnete aus alten Festplatten (Voice-Coil-Magnet) haben für diesen Anwendungsfall einen ungünstigen Feldverlauf.
Wie alle magnetbasierenden Lösungen ergeben sich Probleme durch das „überraschende“ Magnetfeld:
Ein engwinkliger PIR-Sensor an der Decke löst das Problem der Präsenzerkennung recht zuverlässig. Leider ist das nicht unsichtbar, und im angegebenen Fall wurde diese Version verworfen. PIR geht IMHO nicht durch Fliesen.
Im Fall Struppen (Bad mit Fenster) ist ein einfacher PIR-Sensor neben dem Klodeckel angebracht, so wie man den von AliExpress bekommt. Gegenüber solchen für reguläre 68-mm-Unterputzdosen benötigt dieser nur ein 20 mm großes Loch und sieht dadurch einigermaßen dezent aus. Ideal wenn die Installationswand von hinten zugänglich ist. Er muss relativ unempfindlich reagieren: Nur Personen in unmittelbarer Nähe (< 50 cm) sollten den Sensor auslösen.
Erprobungswürdig wäre, ob ein Mikrowellen-Detektor durch Fliesen hindurch wirkt, bzw. ob die Empfindlichkeit dann immer noch ausreicht.
Eine sitzende Person zu detektieren ist sicherlich der zweckmäßigste Fall, insbesondere dann, wenn eine Absaugung für die Toilettenschüssel vorhanden ist. Entsprechende Wandhalter gibt es inzwischen von Geberit u.ä.
Da der Zustand der Klobrille keinen Einfluss hat, eigent sich diese Version auch im Fremdenverkehr mit darauf hockenden Ausländern aus dem Süden und Nahost. (Was bei Haus- und Wohnungsbesitzern hierzulande wenig beliebt ist.)
A: Aus China gibt es preiswerte Kodeschlösser (!) mit 10 Transpondern (elektronischen Schlüsseln) dazu. Dies wäre ein Ansatz, um Basteleien zu minimieren. Nachteilig ist, dass der Funkempfänger sehr nahe an den Sender gebracht werden muss.
B: Ein möglichst kleiner Funkschalter für Lampen (auch aus China) müsste so frisiert werden, dass er lange „Tastendrücke“ problemlos übersteht, etwa mittels Differenzierglied. Die Distanz zwischen Sender und Empfänger ist nahezu beliebig.
Eins von beiden muss erst mal erprobt werden.
