Kram

Anzeigetafel für Energieflüsse einer Fotovoltaikanlage mit Batterie, als so 'ne Art Messeprojekt. Um einen sinnlosen Conrad-Laderegler herumgebaut. Mit vielen Digitalanzeigen und einem vollgrafischen Display, welches von einem MSP430 angesteuert wurde.

Schaltpläne und Firmware

4-fach-Schrittmotorsteuerung als Strom fressendes Bipolar-Transistorgrab. Aus dem Jahr 1989, vor dem Mauerfall. 2 Exemplare vorhanden. Mit Parallelport-Eingang und Centronics-Kabel. Waren mal für ein Schrittmotor-Praktikum. Literaturstellen (ISSN: 0173-234X):

• Heft 1/1989 Seite 47 ff.
• Heft 2/1989 Seite 58 ff.
• Heft 3/1989 Seite 44 ff.

Selbst disassemblierter Schaltplan der Vollschritt-Halbschritt-Umkodierungsplatine (konvertiert STEP und DIR in Endstufen-Steuersignale A und B

Im abgesicherten Bereich gibt es die Literaturstellen als PDF. Die im Original dazwischen liegenden Platinenfolien beziehen sich auf andere Platinen des gleichen Heftes. Der Leistungsteil offenbart eine Stromabgabe im Bereich von 1 A pro Motor, die eingesetzten Darlingtontransistorpaare sind nur für 2 A spezifiziert. Das ist nicht allzu üppig und ist für größere Vorhaben ein k.-o.-Kriterium, will sagen: Kann man heutzutage durchaus komplett verschrotten.

Defekt: Die Endstufentransistor-Beine sind in großer Zahl abgebrochen! Reparatur lohnt nicht.
(Dieser Defekt wurde erst 2021 festgestellt.)

Um „mal schnell“ eine schrittmotorgetriebene Spindel auf Trab zu bringen braucht man:

• Einen einstellbaren Taktgenerator
• Eine Schrittmotor-Endstufe
• Ein geeignetes Netzteil (Stromversorgung)

Das alles in einem Gerät war der Wunsch, der erfüllt werden sollte. Kein China-Produkt von Ebay & Co. konnte diesen frommen Wunsch erfüllen. Daher Eigenbau (in ein Altgehäuse eines Drucker-Umschalters).

Geräteansicht
Zweck: 4. Achse
Schaltplan
Verdrahtung
Platinenfoto

Nicht im Schaltplan ist ein Spannungsregler, diesmal mit TPS7A4901 mitsamt Außenbeschaltung. Gegenüber einem 78L05 verträgt dieser bis zu 36 V Eingangsspannung. Ein LP2950-50 täte es auch. Das China-Teil verwendet einen Schaltregler. Vielleicht verursacht ja dieser die Störungen für den A/D-Wandler des Mikrocontrollers. Mal sehen … nee, die 5 V sind aalglatt.

Die Ausgänge STEP und DIR können durch Setzen eines EEPROM-Bits auf A und B (für die direkte Ansteuerung der Endstufen) umprogrammiert werden, damit es zur ELV-Schrittmotorendstufe passt.

Weiterhin gibt es im EEPROM ein Bit zur Aktivierung einer automatischen Reversierung (Drehrichtungsänderung) mit jedem Stopp.

Bedienungsanleitung

Der Frequenzgenerator dient zur Ansteuerung eines einzelnen Schrittmotors (erst mal) ohne Endanschläge, über eine externe Endstufe. Die Anzeige erfolgt in U/min, deren Auflösung ist 1/100 U/min. Drehen des Inkrementalgebers verstellt die Solldrehzahl, je nach Anzeigewert, in Einer-, Zweier- oder Fünferschritten. Gleichzeitiges Drücken und Drehen verstellt die Solldrehzahl, je nach Anzeigewert, in Zehner-, Zwanziger- oder Fünfzigerschritten. Die beeinflusste Stelle wird in der Siebensegmentanzeige etwas heller dargestellt. Ein Drehrichtungswechsel erfolgt durch Drehen über die Null hinweg. Dabei kehrt sich auch die Wirkrichtung des Inkrementalgebers um. Kurzer Druck auf den Inkrementalgeber (ohne zu drehen) startet oder stoppt den Motor mit einer linearen Frequenzrampe. Langer Druck (> 2 s) ermöglicht die Einstellung von EEPROM-Vorgaben (später mal). Während der Motorbewegung zeigt die Anzeige die Istdrehzahl an. Drehen am Inkrementalgeber verstellt den Sollwert, wobei der Istwert stets dem Sollwert folgt (praktisch sofort). Bei stehendem Motor wird die Solldrehzahl blinkend angezeigt.

Anschlüsse der Platine

Im Gegensatz zum Schaltplan hat die Platine 6 statt 5 Schraubklemmen sowie einen zusätzlichen Low-Drop-Längsregler mit einer Eingangsspannungsverträglichkeit bis 30 V (der weg musste: TPS7A4901). Die Klemmen im Foto von links nach rechts:

1. ENA = Low-aktive Endstufen-Freigabe
2. 24P = Stromversorgung über Längsregler — Überschüssige Spannung wird verheizt
3. 5P = Strom aus dem Längsregler, für den Mikrocontroller; Hilfsspannung für Schrittmotor-Endstufe (5 V, max. 50 mA)
4. 00 = Bezugspotenzial, Erde, Masse
5. STEP = Schrittimpuls oder Ausgang A
6. DIR = Richtungsangabe oder Ausgang B

Mit den A- und B-Ausgängen kann ein Inkrementalgeber-Eingang getestet werden. Die Ausgänge sind push-pull und hängen direkt am Mikrocontroller, sind also nicht 24-V-verträglich.

Die Firmware. Beim nächsten Mal kommt als Spannungsregler ein Schaltregler mit MC34063 drauf, denn der Längsregler wird zu heiß und geht in Intervallbetrieb über. Hier habe ich kurzerhand einen China-Tiefsetzsteller „Mini-360“ mit MP2307DN eingesetzt. Um seine maximale Eingangsspannung von 23 V einzuhalten, mit einer alten LED in Reihe.

Einsatzbericht

• Die Drehzahl ist doppelt so hoch wie angezeigt. Kann man an den DIL-Schaltern der Schrittmotorendstufe umstellen.
• Die Tastfunktion des Inkrementalgebers prellt etwas, löst mehrfach aus.

Eine, wenn nicht die Messkarte für LabVIEW-Einsteiger. Kaputt, deshalb erst mal den Schaltplan ausgelesen:

Da ist so einiges kaputt darin, anscheinend auch der Mikrocontroller. Schade. Wie man am Schaltplan erkennt wurde keine Mühe gescheut, die Analogbetriebsspannungen rauscharm hinzubekommen: Nicht etwa mit Festspannungsreglern, sondern mit OPV und Transistor! Ein Lehrstück, wie man's auch selbst tun sollte: Die USB-Spannung hochsetzen und mit guten Längsreglern (nicht Low-Drop, sondern eher High-Drop) auf die gewünschte Speisespannung herunterregeln. Stets sind mehrere Kondensatortypen parallel geschaltet: Elko, X7R/X5R und C0G/NP0 beieinander.

Den Schaltplan habe ich auch als Eagle4-Datei im Archiv, wobei die Netzanzeige durch den Eagle-Betrachter im Browser funktioniert: Hier.

Der ADS7870 wird auch von vergleichbaren Messkarten gern verwendet, gesehen in einer Meilhaus-Messkarte, ebenfalls für USB. Der Chip bietet sich mit seinem SPI-Interface für selbstgemachte Arduino-Lösungen an.

Schrittmotorsteuerung 24 .. 50 V, 1,5 .. 4,5 A

Symptom: Error-LED geht an. Unerwartet hohe (kurze) Stromspitze in manchen Rotorstellungen. Motor mit Vorwiderstand geht, nur 1 Spule betroffen.

Fehlerfindung: Die Platine enthält einen unbeschrifteten Controller-Chip und rundherum konventionelle Hardware, wie LM386 (OPV), LM393 (Komparator), LM371 (Spannungsregler) und IR2101 (Hi- + Lo-Side-Treiber). Sowie weiterhin 3 konventionelle Optokoppler und einen recht aufwändigen DC/DC-Wandler für die Logik. Der Spulenstrom wird von je einem Shunt aus 2 parallel geschalteten Widerständen 0,22 Ω gemessen und dem LM393 zugeführt. Mit einem der beiden Komparatoren wird mit dem analogen Stromsollwert verglichen und der Chopperbetrieb realisiert, mit dem anderen die absolute Obergrenze überwacht. Da herum musste der Fehler liegen. Da die fertige Platine mit einem nichtleitendem Spray überzogen wurde, gestalten sich Messungen schwierig und unhandlich. Daher wurden die Beinchen beider LM393 nachgelötet, um dieses Coating wegzuschmelzen. Danach ging die Schaltung, sodass von einer kalten Lötstelle ausgegangen werden muss. Mit bleihaltigem Zinn halten die Lötstellen weitaus besser.

Für Sicherheitsbananenbuchsen, wenn man (nur) von der Seite aus herankommt. Mit CAD-Datei (SolidEdge) und DXF-Datei, um diesen per Wasserstrahl- oder Laserschnitt aus 2 mm Blech herauszuschneiden. Die beiden Enden erlauben das Ansetzen in 2 verschiedenen Winkeln.

Ein bei Reichelt gekauftes Exemplar gemeinsam mit Crimpzange, LSA-Werkzeug und Tasche. Wie bereits von Reinhard Weiß herausgefunden fehlen einige Inversdioden, wodurch der Tester bspw. bei TAE-Steckern (und entsprechendem Adapter) versagt.

Früher hat man Kabeltester selbst gebastelt, Vorschlag (englisch) und das immerwährende Funktionsprinzip: Mindestens eine weitere Ader muss als Rückleiter über die Inversdioden herhalten.

Nachgelötete Dioden im Mobilteil
Vollständiges Hauptteil
Zweites Exemplar

Der chinesische Sparwahn ging soweit, dass hier im Mobilteil nicht mal mehr eine Bestückungsoption für die Dioden vorgesehen war. Hingegen das Hauptteil war vollständig bestückt.

Gerät: So 'ne Art Dremel, nur billiger und mit weniger, meist unzureichendem Durchzug. Das zugehörige Netzteil liefert pulsierende Gleichspannung, die Thyristorregelsteuerung funktioniert nicht mit geglätteter Gleichspannung aus einem Labornetzteil!

Symptom: Stotternder Betrieb, manchmal tot. Verdacht auf abgeschliffene Kohlen. Nach Lösen aller 4 Schrauben und Direktspeisung des Motors lief dieser völlig normal. Also Fehler auf der Thyristorplatine. Siehe Fotos.

Gesamtansicht
Platine
Schaltplan
Abgerissener Draht
Detail ganz groß

Reparatur: Um ein Schwingen des Drahtes zu ermöglichen, nicht einfach den Draht anlöten sondern ein Stückchen Draht in einer Schlaufe einfügen und anlöten.

Symptom: Mausetot. Bezeichnung im Innern: HV163-S480125, Daten: Eingang 100..240 V~, Ausgang 48 V= 1,25 A.

Fehlerbild: Durchschlag auf der Platinenunterseite zum Metallgehäuse mit Schmauchspuren. Ungewöhnlich fest sitzende Leiterplatte. Defekte Bauteile: Sicherung, Graetzbrücke, Diode der Hilfsspannungsversorgung, ganz kleine Diode an der Thyristorbeschaltung. Platine metallbedampft (besputtert), sicherheitshalber freikratzen. Schalttransistor OK, Schaltkreis KA3882 = UC3842 anscheinend auch OK.

Seite mit Typenschild
Bestückung
Bodenblech
Leiterseite, geflickt
Heile Platine als Referenz
3D: Isolierfolie mit Abstandshülsen

Ursache: Die Platine saß nicht auf, sondern in den Stehbolzen und damit zu tief, mit zu geringem Abstand zur Bodenplatte. Weiterhin ist so die Kontaktierung der Schutzerde zum Gehäuse nicht sichergestellt (wie man das auch an den Schmauchspuren sieht). Die Befestigungslöcher der Leiterplatte sind zu groß. Äußerlich erkennbar ist diese Fehllage am schief sitzenden Phoenix-Schraubklemmstecker. Serienfehler! Auch eine (bei PC-Netzteilen übliche) Isolierfolie fehlt.

Reparatur: Bei bereits defekten Netzteilen die o.a. Bauteile auswechseln. Inbetriebnahme am Trenstelltrafo, Spannung langsam hochdrehen und alles mit dem Oszilloskop beobachten.
Bei allen Netzteilen Platine abschrauben und mit möglichst dünnen Unterlegscheiben (Zollmaß oder solche für M3) auf die Stehbolzen schrauben. Isolierfolie oder wenigstens Karton zuschneiden und darunterlegen. Oder aus Plast einlagig mit dem 3D-Drucker erstellen. Den Netz-Schraubklemmstecker gerade biegen und das Gehäuse schließen.

Symptom: Mausetot, Akku in Ordnung. Baujahr 2009, Made in Hungary.
Außerem fehlt ein Verschlussclip für den Werkzeugkoffer, sicherlich mal abgebrochen. Das ist ein klarer Fall für den 3D-Drucker. Konstruktions-Quelle in SolidEdge Academic. Aber erst wenn der Akkuschrauber funktioniert.

Geräteansicht
Schaltplan-Auszug und defekte Halbleiter
Platinenfoto
3D-Modell Werkzeugkoffer-Clip

Fehlerbild: Schmauchspuren an der Plexiglasplatte am Fuß und MOSFET Q1 mit „Vulkanausbruch“. Zweiter MOSFET Q2 ebenfalls kaputt; zu dieser Feststellung muss der Abzug gedrückt und der Richtungsumschalter in Mittelstellung gebracht werden (geht nur bei geöffnetem Gehäuse und entferntem Schieberiegel gleichzeitig, sonst mechanische Verriegelung), weil dieser den „oberen“ MOSFET in Ruhestellung überbrückt (= Motorbremse). Der Umschalter des Abzugs, der im ersten Bereich des Drückens umschaltet, wischt gelegentlich, d.h. macht einen Kurzschluss zwischen allen 3 Kontakten, aber dort sind keine Brandspuren zu sehen; der Schalter wurde dazu extra auseinandergenommen; sehr fummelig.

Ursache: Vermutlich Halbleiter-Ermüdung und Überhitzung; der Shunt (Strommesswiderstand) R21 ∥ R22 ist in Ordnung und sollte weiterhin den Maximalstrom überwachen. Vielleicht wurde allzu lange der Abzug nur leicht gedrückt. Die Beschriftung der MOSFETs ist komplett unleserlich. Angeblich NTD4804N (30 V, 113 A, 4 mΩ). Kann aber nicht sein da andere Bauform und 12 Jahre alt.

Reparatur: MOSFETs mit Heißluft auslöten und Ersatz bspw. mit AOD4132 (30 V, 85 A, 4 mΩ, bei Reichelt 0,93 €/Stück, DPAK-Gehäuse = TO252). Oh, da war noch mehr kaputt:

Symptom: Mausetot. Steckernetzteil in Ordnung. Vier sichtbare und eine unter dem Etikett versteckte Sicherheitsschraube ist zu lösen, bevor das Gerät geöffnet werden kann. Da keine gefährlichen Spannungen im Gerät herrschen, sind solche Schrauben nur zum Kundenverdruss — oder halbherziger Spionageabwehr. Sie wurden kurzerhand zu Schlitzschrauben aufgesägt. Die Schraube unter dem Etikett ist die kürzere.

Geräteansicht
Eine fünfte Schraube ist unter dem Etikett
Sicherheits- zu Schlitzschrauben gesägt
Platine mit Mikrocontroller PIC16C58B

Erkenntnis: Keine Versorgungsspannung am Mikrocontroller. Erwartet wird Pin 14 = 5 V, Pin 5 = 0 V (Masse). Stattdessen wurde Kurzschluss zwischen 5 V und Masse festgestellt. Mikrocontroller aus Fassung entfernt: Der Kurzschluss verbleibt auf der Platine.

Reparatur: Normalerweise sucht man nun das Kurzschluss verursachende Bauteil durch Anlegen von 5 V mit ordentlich Strom (bspw. 1 A) und das Absuchen der Platine mit einer Wärmebildkamera. In diesem Fall verschwand der Fehler beim Anlegen der stromergiebigen 5 V aus dem Labornetzgerät, so dass nun kein defektes Bauteil mehr gefunden werden kann; der Fehler ist ausgebrannt.

Beschreibung: Hall-Sensor aus 3 Teilgeräten: Netzteil, Versorgungs- und Anzeigegerät, Handsensor. Aufschrift „Fieldmeter H2, Magnet-Messtechnik, Jürgen Ballanyi e.K.“. Das Sensorelement an der Spitze einer flexiblen Leiterplatte (im Foto im Schutzrohr) ist praktische 0,4 mm dünn, und man kann im Luftspalt großer Motoren die Feldstärke messen. Für moderne und kleinere Motoren ist der Sensor aber immer noch zu dick. Den Hersteller gibt es noch, das Gerät nicht mehr. Ersatz ist nicht einfach greifbar, sieht nach einem kundenspezifischen Sensor aus. Moderne Geräte ähnlicher Bauart aber dickerem Sensor liefert Projekt-Elektronik. Bei fehlenden Gerätepreisangaben muss man allerdings von sündhaften Kosten ausgehen.

Symptom: 10 oder 20 Jahre im Schrank liegend zeigt das Gerät einen riesigen Offsetfehler. Der Hall-Sensor selbst ist augenscheinlich okay, keine Risse oder sonst irgendeine mechanische Überlastung.

Geräteansicht
Schaltplanauszug Netzteil
Schaltplan Handgerät

Reparatur: Nachdem versucht wurde, den Fehler im der (vielleicht asymmetrisch gewordenen) Stromversorgung zu finden, stellte sich schließlich der Sensor selbst als extrem asymmetrisch heraus. Dieser wurde schließlich mit Widerständen im Handgerät symmetriert: Potenziometer angelötet, auf Null abgeglichen, abgelötet, Widerstand gemessen, Festwiderstand eingebaut, das Ganze in 2 Zyklen. Dass sich dadurch ganz sicher die Empfindlichkeit verschlechtert und womöglich die Linearität leidet wurde in Kauf genommen, der wissenschaftliche Mitarbeiter wird mit einem Aufkleber darauf hingewiesen, die Anzeigewerte selbst umzurechnen. Solange es nur um relative Feldstärken geht ist diese Reparatur jedoch ausreichend.

Gedanken: Hall-Sensoren sind prinzipiell ziemlich einfach gestrickt aber ohne spezielle Technik schwer nachbaubar: Man braucht eine Sputteranlage für Halbleiter (geht das?), bspw. auf Flexplatinensubstrat mit vorgefertigten Kontaktflächen. Ob das das Fraunhofer Enas nebenan bewerkstelligen kann, um so Hallsensoren mit 0,1 mm Gesamtdicke herstellen zu können? Deren elektrisch-technische Daten müssen ja gar nicht sensationell toll sein.
Eine andere Quelle von Hall-Sensoren von derzeit unbekannter Dicke besteht in der Schlachtung von Kompensations-Stromwandlern.

2× 100W-Lautsprecher-Verstärker mit TDA7293, Wechselspannungs-Kopplung und Brückengleichrichter. Von Amazon beschafft zur analogen Regelung eines Magnetlagers mit viel Strom. Wirkungsgrad spielt keine Rolle.

Da die Schaltung auf Gleichspannungskopplung sowie Parallelschaltung zweier TDA7293 (Master-Slave-Betrieb) umgestellt werden muss, ist ein exakter Schaltplan sehr hilfreich. Falls also jemand damit basteln will oder reparieren muss, hier ist die Dokumentation, die man den Chinesen nicht aus der Nase ziehen kann.

Geräteansicht
Schaltplan statisch
Schaltplan interaktiv
Bestückung statisch
Bestückung interaktiv

Bei genauerer Betrachtung von Schaltplan und Layout kann ich nur noch 🙈! Keine Sternpunkterdung, macht die Schaltung brummempfindlich. Rätselhafter Kondensator C9/C10 zwischen den Eingängen kann eigentlich nur die Schwingneigung erhöhen. Bei der mitgelieferten geschirmten Zuleitung ist die rote Ader der linke Kanal! Wenn möglich sollte der (für Konvektionskühlung viel zu mickrige) Kühlkörper ohne Isolierzwischenlagen verwendet werden, da die TDA7293 verdammt heiß ♨️ werden können. Dann liegt der Kühlkörper auf negativer Betriebsspannung 50N. Er sollte ohnehin zwangsbelüftet werden.

Siehe auch: Endstufe 6x, Verwendung der TDA7293 in Parallelschaltung in Gleichspannungskopplung und wahlweiser Stromgegenkopplung.

Tastspitzen aus Rouladennadeln bestechen gegenüber jeder normalen Tastspitze durch folgende Vorteile:

• Schön spitz kommt man problemlos durch Oxidschichten und rutscht nicht so schnell ab
• Schön dünn kommt man auch in die Löcher gängiger Kleinsignal-Steckverbinder (D-Sub, USB) und kann auch kleinste SMD-Bauteile und Pads auf Leiterplatten kontaktieren
• Schön lang unisoliert kann man am Schaft mal schnell ein Krokokabel anbringen
• Aus Edelstahl korrosionsfrei darf man's auch mal in Blumenerde oder Essen stecken
• Schön leicht kann man's überall mitnehmen — auch leicht für Diebe …

Gesamtansicht
3D-Modell

Die Handhabung erfordert eine 3D-gedruckte Ummantelung. Mit Schrumpfschlauch allein erwiesen sich diese Tastspitzen als nicht so handhabungsfreundlich. Dazu bedarf es ein paar weiterer Vorkerhungen und Hilfsmittel:

• Schleifbock um die Spitzen ordentlich symmetrisch spitz zu machen (nur West-Rouladennadeln; DDR-Rouladennadeln sind echte Nadeln aus der Nähnadelproduktion)
• Phosphorsäure als Flussmittel zum Weichlöten von Edelstahl
• 3D-Drucker mit rotem und schwarzem PLA

Die gelötete Vorkonstruktion wird in den 3D-Druck eingelegt, indem vor dem Brückenschluss eine Pause ins Druckprogramm eingebaut wird und bei dieser Druckpause das Teil einglegt wird. Das geht so nur mit dünnem Anschlusskabel. Als Knickschutz ist ein „Kabeltrichter“ am Ende der Tastspitze konstruiert. Eine Verschlusskappe als Transportsicherung lässt sich im Bedarfsfall leicht dazudrucken; am besten als Doppelverschluss für beide Spitzen.

Eine 12 Jahre alte Platine mit (damals) 100% gesampelten Bauelementen soll nun endlich Verwendung finden. Damals wurde der Controller mit einem LED-Blinkprogramm via ISP betankt. Nun ist es zweckmäßig einen Arduino-Urlader darauf zu setzen, um das Board kompatibel zum Arduino Mega zu machen. Unter Verwendung eines handelsüblichen USB-TTL-Seriell-Konverters. Glücklicherweise ist da ein 16-MHz-Quarz drauf. Das Flashen geht mit Urlader wesentlich schneller als via ISP! Dazu folgende Vorgehensweise:

• Stromversorgung des Boards mit 5 V herstellen. Dazu befindet sich auf dem Board eine (damals brandneue) USB-Micro-B-Buchse.
• Retten des darauf befindlichen Blinkprogramms als Binärdatei via ISP mittels avrisp2: avrdude -c avrisp2 -p m2560 -U flash:r:m2560.flash:r
• Urlader mit Arduino-Software drauftun:
  • Arduino-Software starten
  • Programmer „avrisp2“ auswählen (automatisch USB) und am ISP angeschlossen lassen
  • Board „Arduino Mega mit ATmega2560“ auswählen
  • „Bootloader flashen“ auswählen: Das löscht den Flash, programmiert einen (mit 8 KByte irrwitzig großen) seriellen Urlader und setzt Fuses und Sperrbits (Lockbits) passend, um den Urlader zu schützen und vollständig Arduino-kompatibel zu sein. (Nur zur Erklärung, denn in der Arduino-Oberfläche sieht man davon nichts.)
• ISP abstecken, das Programmiergerät in die Schublade tun, RxD0, TxD0 (und Reset für später) ausfindig machen und diese Pins zu einem USB-Seriell-Konverter verdrahten. Am Chip sind RxD0 und TxD0 an den Pins 2 und 3. Nicht vergessen, über Kreuz anzuschließen. Der Konverter kann das Board zudem mit 5 V speisen.
• Anstecken, COM-Port ausfindig machen, Test der Funktion: avrdude -c avrisp2 -P /dev/ttyUSB0 -p m2560 -U lock:r:-:r (Linux)
• Wiederherstellung des Blinkprogramms: avrdude -c avrisp2 -P com8 -p m2560 -U -D flash:w:m2560.flash:r (Windows) Das -D war notwendig, weil sonst das (alte?) avrdude beim Versuch, den gesamten Flash zu löschen, ausstieg.
• Zum wiederholten Flashen muss dabei Reset kurz mit GND verbunden werden, oder man sieht dazu eine Arduino-kompatible Reset-Taste vor. Ist beim echten Arduino auch so umständlich. Nach einem alternativen, besseren Urlader habe ich mich nicht umgesehen. Da gibt's besseres, aber nicht für ATmega2560.

Problem: Für das Studenten-Praktikum: Ein Resolver zum Anfassen und Reinschauen, mit 3 Gabelkopplern und Sektorscheibe (2 Sektoren pro Umlauf). Ein Unikat. Draht vom Optokoppler abgerissen. Schwergängig. Unmöglich, zerstörungsfrei zu zerlegen, um an die Leiterseite der Platine zu kommen.

Geräteansicht
Versuchsaufbau
Schrägansicht
3D-Modell

Die anfällige Platinen-Verdrehung wurde mithilfe von 3D-Druckteilen neu konstruiert. Dazu war es erforderlich, den Sektorscheiben-Halter gewaltsam (mit langer M6-Schraube) von der Achse zu ziehen. Dabei wurde ein Tachogenerator „entdeckt“. Da die Montage des Riemens unmöglich erscheint, wurde der (nicht benötigte) Generator unangeschlossen belassen.

Wie markiert man Tastspitzen für 4-Kanal-Oszilloskope, möglichst systemübergreifend? Gibt es einen Quasistandard bei den Marken Hameg/R&S, Rigol, Owon, Tektronix und LeCroy? Wie wählt man Vorgaben für eigene (Windows-)Programme?

Die Farben habe ich Bildern aus dem Web entnommen und so geschätzt. Dabei ergibt sich eine „Gleichschaltung“ zwischen den Herstellern (v.a. die ersten beiden Kanäle betreffend) wobei alles aus den USA (wen wundert's!) stärker abweicht. Und bei den ganz billigen Chinesen bricht Chaos aus. IMHO ungünstig ist die Farbwahl bei Rigol (2× blau), günstiger erscheint für Kanal 4 ein Grünton. Ich vermute, das ist für Rot-Grün-Farbenblinde gemacht. Clever ist Orange für Kanal 3 (bei Owon), um sich Rot für Warnungen und Fehler auf dem Oszibild freizuhalten.

Die Moral von der Geschicht: Auch 2023 scheint Hameg den (Farb-)Ton anzugeben und dient am ehesten als Referenz für Oszilloskop-Software und Tastkopf-Markierung. Alle(?) Oszilloskope verzichten auf die Darstellung vor weißem Hintergrund, so dass generell „dark theme“ angeraten ist.

Nervig sind alle Arten von (gebrauchten) Sortimentkästen, bei denen einzelne Behälter fehlen. Ein Fall für den 3D-Druck, um keine hässlichen Löcher zu hinterlassen.

SMD-Amphoren⚓

Zur Erweiterung von Sortiments­kästen werden passende SMD-Aufbewahrungs­boxen benötigt. Da sie nur in Schaumstoff sicher stehen, habe ich sie wie die griechisch-römischen Vorbilder Amphoren (lies: Amfóren) genannt, auch wenn ihnen die zwei Henkel fehlen. Ein Fall für den 3D-Drucker, transparentes PLA und Spiral­vasen­modus. Die Passung (Behälter+Deckel) ist für den Průša MK3 erprobt, deshalb sind im Archiv auch die beiden gcode-Dateien. Die Druck­zeit liegt bei 5 Minuten (Amphore) bzw. 1 Minute (Deckel). Leider lassen sich beim Spiral­vasen­modus (wichtig für Transparenz!) nicht mehrere Amphoren und Deckel auf dem Druck­bett platzieren¹, und so muss man beim Druck ständig dabei sein und hinter­einander­weg arbeiten.

Erweiterter Sortiments­kasten
Beide Behälter im Vergleich, mit 0603 gefüllt
3D-Modell
3D: Amphore
3D: Deckel

Für die Nach­fertigung der quadra­tischen Aus­schnitte in Pappe und Schaum­stoff wird ein Skalpell (so eins) benötigt. Cutter­messer mit Abbrech­klingen haben dafür eine zu breite Klinge, man kommt damit nicht in die Tiefe.

1. Warum eigentlich nicht? Die Exemplare, die nicht so hoch sind, um an der X-Führung anzustoßen, müssten ja nur weit genug auf dem Druckbett auseinander stehen, damit der Druckkopf nicht aneckt.

Schütten für Drehturm⚓

Im Internet finde ich statt Schütte den Begriff „Sichtlagerbox“. Aber dieser meint zumeist intranspa­rente Kistchen für Schrauben, die stapelbar und vorn zugänglich sind. Hier geht es um die transpa­renten Schub­fächer, die man in Auf­bewahrungs­magazine einschiebt und entnehmbar sind.

Beim Drehturm handelt es sich genau um diesen (266,30 €), zusammen mit 12× jenem (85,55 €), also richtig viel Kohle (1292,90 €). Trennwände extra. Ersatz-Schub­fächer gibt's nicht (bei Reichelt) zu kaufen.

Beide Schubfächer im Vergleich
3D-Modell

Im Gegensatz zum Original wurde der Griff abgeschrägt und auf das Schriftfeld verzichtet, um das Teil ohne Stützen drucken zu können. An den quadratischen Löchern wird die Stützstruktur vorn abgesägt. So kommt der haptische Griff in die gleiche Höhe wie beim Original.

Problem: Hochhaltung der Lupe ungenügend. Gestänge kann nicht zur Reparatur auseinandergenommen werden, daher Anbau einer Hochhaltefeder, ca. 50 N, 4 cm Arbeitsweg. Ginge auch mit einer entsprechenden Gasdruckfeder für Küchenschränke.

Anbau mit Feder
3D-Modell

Lösung: Da die Quadratrohre nicht angebohrt werden können (oben Kabel, unten Federmechanismus) mussten geeignete Klammern her. Die beiden Rohre haben unterschiedliche Abmessungen, dadurch 2 leicht unterschiedliche Exemplare.

Problem: Crimpzange aus China, angeblich passend für JST-Kontakte passt nicht, würde Federkontakt und Rastnase verbiegen. Crimpform mit 7 mm zu „lang“.

Modifikation
Schliffbild

Lösung: Da Crimpformen gehärtet sind bietet sich nur das Schleifen zur Bearbeitung an. Geht am ruhig laufenden Schleif­bock auch von Hand.

Problem: Den in der Forschung sehr beliebten ADAQ4001 (differenzieller A/D-Wandler 16 Bit, 1-2 MSa/s, SPI-Ausgang, PGA und Hochpräzisionswiderstände am Eingang, Einzelpreis bei Mouser 32,50 €) gibt's nur im bastler­unfreund­lichen BGA-Gehäuse mit 0,8 mm Pitch. Platine bei Würth-Elektronik fertigen lassen, hat sich beim Auflegen auf Heiz­platte (250 °C) delaminiert.

Hinweis von Dr. André: Alles schon mal erfolgreich erledigt. Genau derselbe Schaltkreis. Vor 2-3 Jahren. In meinem Beisein! Ich erinnere mich nicht daran. Folgende Tipps:

• Platine HAL-verzinnt ist besser als vergoldet. Selbermachen: Zinn mit breiter, geradeso genügend heißer Lötkolbenspitze und reichlich Kolofonium-Flussmittel auf den Pads verteilen, dann waschen. Speziell beim gebrauchten BGA nicht mit Entlötlitze plan machen sondern die gleichmäßig hohen Wölbungen stehen lassen.
• Kugeln am gebrauchten BGA durch Schleifen auf Papier einebnen.
• Flussmittel: Kolofonium in Spiritus aufpinseln, auf die Platine und die eingeebneten Kugeln, Schaltkreis aufsetzen und festtrocknen lassen. Sehr dünn, das genügt.
• Unterhitze Heizplatte nur 200 °C. Bei der sehr empfindlichen Würth-Platine noch weniger, die hat schon wieder unangenehm geknackt.
• Oberhitze 360 °C aus Heißluft­station und darüberföhnen. Das BGA senkt sich ab. Das kann man deutlich auch ohne Lupe sehen. (IMHO ging das bei 360 °C noch zu schnell, ich würde beim nächsten Mal 320..340 °C probieren.)

Was tun bei schief abgesenktem BGA? Keinesfalls mit dem Schrauben­dreher draufstupsen, die bloße Hand hat zu wenig Kontrolle! Idee: Ein gabel­förmiges Werkzeug aus einem Blechstreifen oder einem alten Schrauben­dreher fertigen. Eine (lange) Zinke auf die Platine neben das BGA an der hohen Ecke aufsetzen und mit der anderen (kurzen) Zinke das BGA durch Hebel­bewegung andrücken und beobachten.

Schaltregler-Chip (QFN mit PowerPAD) tauschen: Bei Maximilians C2000-Platine (Mouser 595-TMDSCNCD28388D, Controller TMS320F28388) war auf 3P3 und 5P ein Kurzschluss. Nach Auslöten diverser Drosseln kreiste sich dieser am Doppel-Tiefsetzsteller ein, Typ TPS62420DRC. Der Verdacht bestätigte sich mit einer Wärmebildkamera, um defekte Kondensatoren auszuschließen. Schließlich war zum Auslöten dieses Schaltkreises die maximale Temperatur von 480 °C sechs(!) Minuten auf das IC-Gehäuse zu ballern, bis der sich löste. Ersatz einbauen dann mit 450 °C (niedriger schmelzende SMD-Lötpaste) und 5 Minuten. Die Leiterplatte und das PowerPAD zieht die Wärme brutal weg, und deshalb ergeben sich derart frappierende Lötzeiten.

Problem: Der vorhandene Wärmetauscher (zur Abführung von Prozesswärme in die zentrale Kälteversorgung der TU Chemnitz) enthält zwar zwei Sekundärkreise, von denen jedoch per Drehschalter nur einer von beiden aktiviert werden kann. Die Werkstatt stellt sich mal wieder quer, wenn es darum geht, den Schalter und die beiden Leuchten durch andere Mechaniken zu ersetzen, hier 2× Eaton 216944 (weiß) oder Eaton 216952 (blau).

Als möglicher Grund wurde die maximale Wärmeleistung verdächtigt, die ins Kältenetz eingespeist werden darf.

Lösung: Vorhandene Wippschalter mit getrennt herausgeführter LED (vier- oder fünfpolig, letztere sind mit Um- oder Wechsel­schalter) sind eher selten und stets für 19-mm-Löcher, falls rund. Kein Problem für einen Adapter aus einem 3D-Drucker, wenn der nicht gerade spinnt. Das Eaton-Schaltschrank-Geraffel ist ja nicht gerade billig.

CAD-Daten

Siehe auch: Stöpsel für das 22-mm-Loch, was nun zuviel ist.

Anmerkung: Mit einem Leuchtschalter mit drei Anschlüssen (die häufigste Bauform) muss man die Polarität der LED herausfinden. Ist die Katode einzeln herausgeführt (hier stets der Fall, passend für Fahrzeugelektrik), braucht man in diesem Fall nur die Relaisausgänge (igitt!) der Siemens-Logo-Steuerung auf Masse statt auf 24 V umzuklemmen. Ob Vorwiderstände erforderlich sind muss man von Fall zu Fall herausfinden. Nachteil: Man muss den Schaltplan ändern, also die Dokumentation nachführen. Diese Lösung ist jederzeit rückbaubar.
Achtung: Einige solcher Schalter schalten die LED (mit einem gesonderten Schaltkontakt) mit aus. Damit lässt sich die Kombination „Schalter aus aber LED ein“ nicht anzeigen. Wäre hier egal gewesen. Zudem muss man bei allen dreipoligen Leuchtschaltern aufpassen, welcher Anschluss an Dauer-Plus und welcher an Geschaltet-Plus geht.

Typ: Großformat-Zeigerinstrument mit der Anzeigefläche eines A5-Blatts „RMS-Meter, Effektivertmesser, SO5127-1G“. Hersteller „LN“.
Messbereiche: Spannung 3 V .. 1 kV, Strom: 0,1 A .. 30 A (beides nur 3 Dekaden)
Umschalter AC↔AC+DC, AV↔RMS; Polaritätsanzeige; Anzeige elend träge
Stromversorgung mit Netzspannung 230V~, konventionellem Printtrafo primärseitig geschaltet, ±15 V

Symptom: Undefinierbarer Zeigerausschlag. Angeblich unzerstörbar, aber geht nicht richtig. Im Innern eine verwirrend komplizierte Schaltung rund um einen billigen Drehschalter 1×12.

Analyse: Da bleibt nichts anderes übrig als den Schaltplan zu „disassemblieren“. Hier das Ergebnis:

• Eagle4-Quelldatei
• Schaltplan als Vektorgrafik
• Etwaiges Board-Layout und Bestückung
• Implementationsstudie Analogmultimeter: Spannung und Strom über 3 Dekaden, mit ±5 V und Analogsignalschaltern statt Wackelkontakte
• Stromverlauf bei Digitalmultimetern als möglicher Ideengeber insbesondere für eine linear anzeigende Widerstandsmessung

Reparatur: Als erstes war die Spannungsanzeige nicht richtig und ließ sich durch Betätigen der Kippschalter (!) ändern. Aber es war der Drehschalter S1 die Ursache ständiger Wackelkontakte! Qualität aus England. Ausgelötet, geöffnet, geputzt, mit DDR-Kontaktspray eingesprüht, zusammengebaut, eingelötet.
Weiterhin zeigte sich in jedem Strommessbereich eine negative Fehlerspannung, die das Drehspulinstrument zum Rechtsanschlag brachte. Ursache war Schwingen am Ausgang des chopperstabilisierten OPV IC1 = TC7650, welches den Nachverstärker IC2 = TL081 durcheinanderbringt. Dieser generiert dann die negative Spannung, und IC1 scheint in Latch-Up zu gehen. IC1 durch TLC2652 ersetzt (alle ICs außer IC7 auf Sockel) verschwand der Latch-Up, aber immer noch deutliche Ausgangswechselspannung, die bei Gleichstrom zu einem erhöhten Effektivwert führt. Schließlich IC1 durch OP07 ersetzt ist alles in Ordnung. Pfeif' auf Chopperstabilisierung wenn ein offsetarmer OPV genügt! Verwunderlich ist die unterschiedliche(!) Bestückung der Z-Dioden D1 und D2. Womöglich liegt da der Hase im Pfeffer. Dazu braucht es allerdings ein Vergleichsgerät um festzustellen, ob es sich um eine versehentliche Fehlbestückung handelt. Denn sowohl ICL7650 als auch TC7650 als auch TLC2652 werden so mit zu hoher Speisespannung gequält. Weiterhin sind C4 und C5 zu groß.
Schließlich wurde das irreführende Anschlusskabel mit Schukostecker durch eins mit Eurostecker ersetzt. Denn der Schutzleiter wird nicht benötigt und ist im Innern nicht angeschlossen.
Last not least gibt es nun auf der Rückseite den Vermerk „P = 4,5 W“. Ein Schluckspecht! Vermutlich taugt der Trafo nichts.

Feststellung: Die Schaltung ist viel zu kompliziert und zudem noch sehr fehleranfällig. Messspannungen werden zu oft heruntergeteilt und wieder verstärkt. Und wenn man schon diesen fürchterlichen Lorlin-Schalter nehmen muss, dann noch wenigstens mit Analogsignalschaltern oder guten Relais im Signalpfad. Ganz schlecht ist die Einbeziehung zweier OPVs (IC1 und I2) in eine Rückkopplung! Ein schwerer Konstruktionsfehler. Die Herstellerfirma sollte sich nach einem anderen Chefkonstrukteur umsehen. ±15 V als Stromversorgung ist auch schon ziemlich old-school. Ich hätte wohl 9 V (±4,5 V) oder noch weniger genommen, um auch mal Batterien nutzen zu können.

Problem: Gekaufter Drehmomentsensor auf Messwelle mit gebastelter Stromversorgung und Verstärkerschaltung als „Brettschaltung“ im wahrsten Sinne des Wortes. Eingestaubt — und fällt so durch die alljährliche Prüfung elektrischer Betriebsmittel.

Gedacht und getan:

• Überprüfen der Funktion und ggf. Reparatur der vorhandenen Schaltung: Außer Offsetabgleich keine Änderung.
• Design eines geeigneten Gehäuses — meiner Meinung nach ist Schutzklasse II am besten für Messtechnik: Komplett als 3D-Druck in nur 2 Teilen.
• Konstruktion der Anordnung der Anschlüsse für das Gerät: Eine Frage der Konstruktion, hier SolidEdge 17.
• Gerät aufbauen und prüfen (Funktion und elektrische Sicherheit): Funktioniert so, und solange das Gehäuse nicht aufplatzt ist die Schutzisolation perfekt.

Geräteansicht
Extra Schutztrennwand
Vorgefundene Kabelage
3D: Gehäuse