Die elektronische Seite von DAMPFI12
DAMPFI12 ist ein Viertaktmotor und verlangt nach einer Zündanlage. Nebenbei besitzt er eine Wasserkühlung mit geregeltem Lüfter und separater elektrischer Wasserpumpe. Die entsprechenden Schaltungen sollen hier vorgestellt werden.
Im Grunde genommen ist die Schaltung keine große Sache. Um die Darstellung zu erleichtern werde ich sie in Baugruppen durchgehen.
Ursprünglich war nur eine Zündanlage vorgesehen. Da die geplante Zahnradpumpe für die Kühlung nicht funktionieren wollte, entschloss ich mich eine eigene Kühlmittelpumpe auf Basis eines Motors aus einer ausgedienten Zahnbürste zu bauen. Auch der Lüfter des Kühlers (aus einem PC) wollte mit Strom versorgt werden. Alle drei Verbraucher verlangten unterschiedliche Spannungen. Der Lüfter 12V, die Zündung 9V und die Pumpe 2,4V.
Zur Lösung des Problemchens wählte ich ein vorhandenes Netzteil, welches 12V Gleichspannung bei 1A liefert. Der Lüfter war damit schon mal zufrieden.
Die Betriebsspannung der Zündung von 9V regelte ich mit einem Spannungsregler herunter. Hier die Schaltung dazu.
Der LM350 lag bei mir in der Bauteilkiste. Im Netz gibts genügend Schaltungsvorschläge, und der gewählte Schaltplan funktioniert einwandfrei. Statt des Widerstandes R2 (1,5k Ohm) kann ein Potentionmeter verwendet werden, was die Ausgangsspannung variabel macht. Die Berechnung und später die Simulation ergaben für den Wert R2 mit 1,5kOhm eine Ausgangsspannung von 9V. Und auch die tatsächlich gemessene Ausgangsspannung entspricht diesem Wert. Somit ist nun auch die Zündung zufrieden.
Für die Pumpe benötigte ich nun eine Ausgangsspannung von 2,4V. Die beschriebe Spannungsregelung führt dazu, dass die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung in Wärmeenergie umgewandelt wird – der Regler wird heiß, und der Wirkungsgrad leidet darunter. Das spielt für meine Anwendung aber eine untergeordnete Rolle.
Für die neuerliche Herabsetzung der Spannung hätte ich nun einen zweite, gleich aufgebaute Schaltung wählen können. Aber eine kleine Herausforderung sollte schon noch sein. Also entschloss ich selbst einen Regler nach oben dargestellten Prinzip aufzubauen. Herausgekommen ist diese Schaltung.
Da eine hochgenaue Spannungsregelung nicht notwendig war, war ich mit dem Ergebnis hoch zufrieden. Die Funktionsweise ist ähnlich der des Ics LM350, nur dass hier das Ganze selbstgestrickt ist.
Die Spannungsversorgung wäre damit gelöst. Ich wollte eine Betriebsanzeige und eine WarnLED für zu niedrige Zündspannung verwirklichen, und baute folgende Schaltung ein.
Die erste LED ist grün und wird mit einem Vorwiderstand betrieben – sie zeigt an, dass die Zündanlage unter Spannung steht. Die zweite LED ist rot und und wird durch einen gesperrten Transistor am leuchten gehindert. Der zweite Transistor an der Baisis des ersten wird durch den Spannungsteiler R3/R4 bei 9V offen gehalten. Somit Sperrt Transistor Q1. Sinkt die Spannung nun unter 8V, so sperrt der Transistor Q2 und steuert Q1 durch. Die LED rot leuchtet auf – eigentlich ganz einfach.
Der nächste Teil der Schaltung ist die Lüftersteuerung. Hier soll der Lüfter erst nach erreichen einer wählbaren Betriebstemperatur anlaufen. Aus einer alten Leiterplatte entnahm ich einen seltam kreisrunden Widerstand, der seinen Wert bei Temperaturanstieg änderte. Darauf basierend entwarf ich folgende Schaltung.
Der mosFET IRFZ44N dient als Schalter und wird über einen Schmitttrigger bestehend aus den Widerständen rund um die Transistoren Q1 und Q2 angesteuert. Der Schmitttrigger wird auch Schwellwertschalter genannt und besitzt eine Differenz zwischen Einschalt- und Ausschaltsspannung (Hysterese). Diese ist wichtig, da sonst die Schaltung schnell hin und herschalten würde. Der Spannungsteiler mit den Widerständen R6 R7 R8 liefert die Schaltspannung. R6 ist dabei ein Potentiometer, mit dem die Schaltschwelle und somit die Temperatur wählen.
Und nun zur Zündschaltung. Hier unterteile ich in Spannungserzeugung, und Zündimpulssteuerung.
Die notwendige Zündspannung wird mit einem Timer NE555, welcher eine Rechteckspannung liefert, dem mosFET M1 (IRF540) und einer Spule mit ca. 200uH erzeugt. Dieser Step-Up-Konverter liefert eine pulsierende Spannung von mehreren 100V. Über eine Kondensator C6 wird diese Spannung ausgekoppelt und mit den Dioden und C5 gespeichert. Nun ist eine Spannungsbegrenzung notwendig, um zu verhindern, dass sich die Spannung zu hoch aufläd. Hier kommt wieder ein Schmitttrigger zum Einsatz. Der Spannungsteiler R12 / R13 bestimmt die Schaltschwelle. R13 kann als Potentiometer ausgeführt werden, damit die Spannung einstellbar wird. Der Schmitttrigger steuert den Transistor Q3 an, welcher den NE555 anhält.
Die Steuerung des Zündimpulses erfolgt über einen Thyristor und eine Gabellichtschranke. Eine Steuerscheibe gibt die Lichtschranke an einer Lücke frei, wodurch der Fototransistor durchschaltet, und in weiterer Folge der Tyristor zündet. Die Spulen im roten Kreis stellen einen Zeilentrafo dar, welcher die ca 270V in 8kV umwandelt und an der Zündkerze (als R17) dargestellt den Zündfunken erzeugt.
Abschließend darf ich feststellen, dass die Elektronikbastelei unheimlich Spass macht, und das Ergebnis sehr viel Freude bereitet.
Ich kann jedem nur empfehlen, sich bei Interesse nicht abhalten zu lassen, im Netz nach den Grundlagen zu suchen, und mit dem Löten anzufangen. Der Aufwand ist geringer als man zunächst vermutet.