elektrische Steuerung entwerfen

[realJonasKK]

Hallo Zusammen,
ich stehe aktuell vor einer kleinen Herausforderung.

Im Rahmen eines Projekts benötige ich eine serienreife elektrische Steuerung für einen 12 V E-Motor.

Der Sinn dieses Posts ist es nicht, dass ich hier eine fertige Lösung präsentiert zu bekommen, sondern will ich mir vielmehr eine Einschätzung zu dieser Thematik holen. Mein Problem, ich kenne mich nur sehr oberflächlich mit Elektronik aus.

Nun meine Frage, gibt es eventuell sinnvolle Literatur, der ich mich annehmen kann? Stand jemand mal vor einer ähnlichen Aufgabenstellung?

Ich hatte mir das so vorgestellt, in ein Gehäuse führt ein 230 V Netzkabel und im Gehäuse befindet sich dann ein Gleichrichter, eine Platine mit der Steuerung, ein Poti (für die Geschwindigkeit) und ein Thermoelement für den Motor. Sofern alles bereit ist, wird es vom TÜV abgenommen.


Viele Teile gibt es fertig zu kaufen, natürlich bevorzuge ich diese Lösung.


Viele Grüße und einen schönen Sonntag!

 

[Mr.Ditschy]

Gibt's es da nicht ähnliches als Trafo für Modellbau!?

 

[MSG]

Fertiges Schaltnetzteil, das zum Motor passt und ein fertigen PWM-Regler für den Motor.
Wenn du einen Übertemperaturschutz nimmst, der die Motorspannung abschaltet, dürfte das am einfachsten sein. Mit Thermoelement wirds Komplizierter.

Viele Teile gibt es fertig zu kaufen, natürlich bevorzuge ich diese Lösung.

Da ist das Problem halt, dass du da eine langfristige Verfügbarkeit haben musst, sonst ist u.U. deine TÜV-Abnahme hinfällig wenn da andere Komponenten zum Einsatz kommen.

 

[realJonasKK]

Das hört sich Vernünftig an.

Das mit der Verfügbarkeit ist so eine Sache. Am liebsten würde ich etwas mehr ausgeben und wissen, dass es in Deutschland einen Ansprechpartner gibt. Meine Vermutung ist, dass gar nicht jedes elektrische Bauteil, welches aus hiesigen Shops erworben werden kann, verbaut werden darf.

 

[powersupply]

Hi
Also bei wenig fachlicher Kenntnis ist ein selbst gebautes Gerät, das mit 230V versorgt werden soll, und eine Netzanschlussleitung besitzt das Falscheste was Du tun kannst!
Da gibt es zig Normen zu beachten, Du brauchst Zertifikate nach GS und CE und was weisich noch alles...
Versorge das Gerät über ein Steckernetzteil mit 12V Buchse. Fertig ist dein VE und GS. Das entbindet dich zwar nicht von der Pflicht deinen Vorlieferanten sorgfältig auszusuchen, aber bezüglich dem oben genannten bist Du damit aus dem Schneider.
Was soll der regel-, oder ist es nur die Anforderung, steuerbare (Hochleistungs-)Motor denn antreiben?
Der Temperatursensor scheint mir, bei 12V etwas überzogen...

PS

 

[realJonasKK]

Danke für die Antwort.

Also selbst gebautes Gerät trifft es nicht ganz dafür ist es schon etwas professioneller

Die Idee mit dem Steckernetzteil ist nicht schlecht, es müssten jedoch schon so 40 Watt sein.

Der Motor soll einen Drahtvorschub antreiben, ähnlich dem eines Schweißgerätes. Was die Temperatur betrifft, so befindet sich alles in einem Blechgehäuse und ich will nicht riskieren, dass die Wicklung sich mal auflöst (gerade wenn der Motor durch zu hohen Anpressdruck und Gegendruck überbelastet wird).

Viele Grüße

 

[Dev]

Eine serienreife (!) Steuerung ist etwas vollkommen anderes als ein funktionierender Prototyp. Da kann durchaus noch mal ein Jahr (oder mehr) Arbeit zwischen liegen.
Bei Netzspannung kommen dann tatsächlich noch einige Anforderungen dazu.

Warum brauchst du eine Abnahme durch den TÜV? Und nach welchen Normen soll die Abnahme erfolgen?
Der TÜV testet von Gift in Kinderspielzeug bis zur Standfestigkeit von Staudämmen alles mögliche. Nach welchen Normen und Kriterien getestet werden soll, musst du aber als Kunde vorgeben.
Möchtest du z.B. eine Bewertung der elektromagnetischen Verträglichkeit? Wenn ja: A-Kurve oder B-Kurve für die Abstrahlung? ESD mit welchen Pegeln? Dazu ist es z.B. relevant, ob das Produkt nur im industriellen Umfeld eingesetzt wird, oder auch in Wohngebieten.
Der TÜV kann auch beraten, aber da kann man ganz schön bei auf die Nase fallen. Besser ist es, Ihnen klar zu sagen, was zu testen ist. Dazu muss man aber wissen, was man braucht.
Soll das Produkt am Ende ein CE-Zeichen gemäß Selbstdeklaration durch den Hersteller tragen, oder soll ein CE-Zeichen durch eine sogenannte "benannte Stelle" (akkreditiertes Prüflabor, also z.B. TÜV) vergeben werden?

Der technische Anteil ist dann für jemanden, der etwas Ahnung hat, schon fast Kleinkram. So wie das klingt, braucht es eine Spannungsversorgung und einen PWM-Dimmer und dazu noch die ein oder andere Schutzschaltung.

Was für ein Motor soll den angetrieben werden? Ein ganz normaler Motor für Gleichspannung mit Bürsten? Wurde der Motor schon ausgewählt?

Der mechanische Teil könnte fast komplexer als die Elektronik werden, sofern es kein Gehäuse aus dem Katalog wird.

So wie du die Frage stellst, behaupte ich aber: Du suchst keine Literatur, sondern einen externen Dienstleister, der nach deinen Anforderungen entwickelt und testet.

Sind die ganzen übrigen regulatorischen Themen wie z.B. WEEE und RoHS bekannt?

Einen Drahtvorschub findet man doch mit Sicherheit auch fertig. Was ist denn das besondere an deinem Projekt, dass es eine Eigenentwicklung werden muss und keine käufliche Lösung passt?

Stand jemand mal vor einer ähnlichen Aufgabenstellung?

Ja, regelmäßig. Meist aber für deutlich kompliziertere Projekte.

 

[powersupply]

Wenn von TÜV die Rede ist kann durchaus eine Anwendung für ein mit einem Fahrzeug in Verbindung stehendes bzw einzubauendes Gerät angedacht sein.
Da gibt es Foren in denen bei diesem Verdacht ganz schnell der Thread geschlossen ist...

PS

 

[Dev]

Das würde mich bei der Frage wundern - insbesondere wegen der genannten 230 V.
PKW sind zwar das erste, woran die meisten Leute beim Wort TÜV denken, aber es ist nur ein sehr kleiner Bruchteil dessen, was der TÜV noch alles macht.
Schauen wir mal, was da noch kommt.

 

[realJonasKK]

Seitdem das Projekt angefangen hat, sind ca. 6 Monate vergangen. Das Projekt soll in ca. 12 Monaten vollendet werden. Eine geeignete Prüfstelle wird allein schon aus rechtlichen Gründen hinzugezogen. Bei der Beurteilung wird dann definitiv eine Beratung hinzugezogen.

Es handelt sich in der Tat um etwas ähnliches wie einen Drahtvorschub, jedoch kann ich keine weiteren Details nennen.

Der mechanische Teil, so komplex wie er ist, ist für mich ein wesentlich simplere Aufgabe, einfach weil ich aus dem Bereich komme.

Der TÜV macht doch alles mögliche, u. a. sogar Staudämme.

Ja, regelmäßig. Meist aber für deutlich kompliziertere Projekte.

Darf ich Fragen um welche Projekte es sich hanelt?

 

[Dev]

Darf ich Fragen um welche Projekte es sich hanelt?

Medizintechnik.

Es handelt sich in der Tat um etwas ähnliches wie einen Drahtvorschub, jedoch kann ich keine weiteren Details nennen.

Lass mich raten: Statt des Schweißdrahts wird ein Corona-Teststäbchen in die Nase geschoben? Da ist die Steuerung einfach: Volle Spannung auf den Motor geben und warten, bis der Blockierstrom erreicht wird: Dann ist das Stäbchen tief genug drin und du kannst in den Rückwärtsgang wechseln.

 

[realJonasKK]

naja, nicht ganz

 

[Senkblei]

Ohne nähere Angaben zum Projekt ist es unmöglich wirklich relevant zu antworten. Da spielen Losgrössen, Anwendungsbereich, Kosten, usw. eine wesentliche Rolle. Evtl. ist auch Brushless eine Option, da eigentlich DC für wirklich seriöse Anwendungen heutzutage nicht mehr als zeitgemäss betrachtet wird, und allgemein alle Antriebe die nicht Kollektorlos sind, mit Ausnahme von Spezialanwendungen und sehr grossen (oft MS) Motoren (auf Industrie bezogen, nicht Consumerprodukte wie Elektrowerkzeug).

Für kleinere Losgrössen nimmt man am besten was ab Stange was die Leistungselektronik betrifft und integriert es selbst in ein Gehäuse. Ob man dann gesamthaft betrachtet mit einem Bastelmurks oder einer MIL-Spec-würdigen Lösung endet hängt vom Know-How und dem zulässigen Preis ab.

Technisch ist es vermutlich Kindergarten-Niveau trivia, nur bringt Fachliteratur nichts, erstens gibt es AFAIK keine praxisbezogene Fachbücher und zweitens ist dabei die Praxiserfahrung massgebend. Sogar frisch diplomierte Ingenieure spielen zuerst man auf Sandkastenniveau sofern nicht vor dem Studium einiges an Hands-On.Praxis erworben haben. Zudem ist die Entwicklung der Technologie so rasant, dass das Gelernte eh nicht aktuell ist. Wichtig sind gewisse Grundlagen und Vorgehensweisen wie man Lösungen erarbeitet (usw.). Darüber findet man massenhaft schön formulierten Blablakram mit dem ich nix anfangen kann.


Update:
Da im medizinischen Bereich wird der Papierkram umso komplexer. Da dort alles so teuer ist, kann man wohl die elektrotechnische Beratung auch in Auftrag geben. Für mich ist das Thema somit erledigt.

 

[realJonasKK]

Vielen Dank für die Antwort.

Die Losgröße wird bei ca. 100 liegen, daher müssen die Komponenten möglichst preiswert eingekauft werden. Anders als eventuell vermutet, handelt es NICHT um ein Produkt im medizinischen Bereich, sondern wirklich nur um einen Drahtvorschub für ein Schweißgerät (mit einer Besonderheit).

Ich suche aktuell nach einem IP 44 Netzstecker mit 48 V, wobei ich gerne 40-50 W haben möchte. Eventuell kennt jemand ein brauchbares Gerät?

Ich habe das hier im 12 V Bereich gefunden: Paulmann »Outdoor Plug & Shine Power Supply Schwarz Kunststoff« Trafo (IP44 230/24V DC 21W) online kaufen | OTTO

Viele Grüße

 

[Dev]

Ich suche aktuell nach einem IP 44 Netzstecker mit 48 V, wobei ich gerne 40-50 W haben möchte.

Anfangs hieß es, du hättest einen 12 V Motor. Hat sich das geändert?
IP44 ist für Steckernetzteile eher seltsam. Denn die passen auch in ein Verlängerungskabel und wenn das falsch herum auf dem Boden liegt, dann läuft Wasser in die Kupplung. Es gibt Kupplungen und Stecker mit Dichtlippen, die im gesteckten Zustand IP44 erfüllen. An Steckernetzteilen ist das eher ungewöhnlich und schränkt dich auf eine sehr kleine Anzahl an Outdoor-Netzteilen ein, wie du sicher auch schon gemerkt hast.

"40-50 W" ist eine seltsame Angabe. Entweder es reichen 40 W oder du brauchst 50 W. Auch bei einer Serie von 100 Stück kauft man nicht nach geschätzten Werten irgendwelche Teile, sondern misst die Leistungsaufnahme der Schaltung und legt dafür passend das Netzteil aus.
Das Netzteil wird also erst ausgewählt, wenn die restliche Schaltung als Prototyp gut funktioniert und man die Leistungsaufnahme in allen Betriebspunkten (insbesondere Anlaufen des Motors) gemessen hat.

Welcher Motor kommt zum Einsatz? Hast du ein Datenblatt für den Motor?

 

[realJonasKK]

Ich bin aktuell in der Phase des Simulierens und erwarte die Angaben zum benötigten Drehmoment gegen Freitag. Das Getriebe kann ich nicht nur auf Drehmoment auslegen, da ich auf einen definierten Wellenabstand kommen muss. Jetzt kann ich natürlich auch über mehrere Zahnräder gehen, aber diese erhöhen die Kosten massiv. Nach meinen Berechnungen benötige ich einen untersetzten Motor mit einem Drehzahlband von 0-432 U/min. Wobei ich den Motor auch nach dem Gesichtspunkt Drehmoment bei geringer Drehzahl auswählen muss.

Die 40 bis 50 W sind eine grobe Schätzung für den Motor. Ich denke aber, dass dieser Bereich ebenfalls für das Netzteil hinkommt. Selbstverständlich werde ich erst mein System auslegen und dann das Netzteil auswählen, jedoch habe ich bei dieser bescheidenen Auswahl kaum die Möglichkeit wählerisch zu sein und will am Ende nicht erleben, dass ich kein passendes Netzteil finden kann.

Das mit dem 12 V Motor hat sich geändert, da sich abzeichnen lässt, dass die Stromstärke zu groß werden würde. Aktuell bin ich auf dem Pfad 24 V Motor. Ich habe mich nach 48 V erkundigt, weil ich dann davon ausgehe, dass ich auch ein 24 V Netzstecker finden werde.

Es gibt Kupplungen und Stecker mit Dichtlippen, die im gesteckten Zustand IP44 erfüllen. An Steckernetzteilen ist das eher ungewöhnlich und schränkt dich auf eine sehr kleine Anzahl an Outdoor-Netzteilen ein, wie du sicher auch schon gemerkt hast.

Das ist das Kernproblem.

Viele Grüße

 

[Senkblei]

Für Fachleute mit entsprechender Praxiserfahrung eigentlich eine Kindergartenaufgabe, für kommerzielle Anwendungen sollten IMO jedoch entsprechend Aufräge erteilt werden, anstelle einfach auf kostenloses Forum-Know-How zurückzugreifen.

Zudem spielen oft kleine Einzelheiten eine nicht unbedingt sofort ersichtliche Rolle, so dass eine optimale Lösung nur möglich ist, wenn man die Anwendung genauer kennt. Steckverbinder gibt es tausende, den richtigen auswählen ist eine halbe Kunst da erfahrungsgemäss Steckverbinder eine klassische Problemquelle darstellen und dies sogar bei millionenteuren Maschinen und Anlagen. Ferner reichen Katalog- sowie Datenblattangaben alleinig nicht aus, da muss man die Produkte kennen.

 

[realJonasKK]

Ich habe mich heute nochmal der Suche angenommen und bin auf ein interessantes Produkt gestoßen:

Netzgerät Wassedicht 60W 24V 2.5A IP67

Auch das Thema Konformität und Sicherheit bin ich durchgegangen, aber wurde im Grunde nur bestätigt; der TÜV wird beratend zur Seite stehen.


Nun nochmal zu dem Trafo. Eigentlich fand ich die Idee gut, den Trafo außerhalb der Maschine zu haben und ein "sicheres" Kabel zur Maschine zu führen. Jedoch konnte ich keine passenden Objekte zum Kauf finden (entweder war die Kupplung, ich kann nicht genug nachbestellen, oder die Anforderungen waren schlicht nicht erfüllt).

Das oben gezeigte Netzteil entspricht genau meinen Vorgaben (60 Watt Spitze ; 48 Watt Dauerlast). Dennoch will ich mir hier eine Meinung einholen.

Ist das so einfach wie ich mir das vorstelle, oder sieht jemand ein Problem, welches ich vergessen habe?


Viele Grüße und einen schönen Sonntag!