Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Regelung der Stromstärke per Arduino


von Rüdiger B. (rdiger_b)


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Hallo,
als elektronischer Zauberlehrling stehe ich vor einem Problem, bei dem 
ich Hilfe gebrauchen könnte.
Ich möchte simpel ausgedrückt erst einen Draht erwärmen, dann kurz zum 
Glühen bringen. Das alles sollte per Arduino zeitlich steuerbar sein.
Das geplante Arbeitsprinzip weißt Ähnlichkeit mit den E-Zigaretten auf 
und damit habe ich auch schon einen positiven Test durchgeführt. So weit 
ich das als Nichtraucher verstanden habe, ist in der E-Zigarette z.B. 
eine 18650-Zelle verbaut und per Unterdruck beim Saugen wird der 
Glühfaden "gezündet" um das Liquid zu verdampfen. Nun will ich nichts 
verdampfen, sondern erst erwärmen, dann den Draht zum Glühen bringen um 
zu zünden.
Wie schon gesagt, mit so einer modifizierten E-Zigarette hat das 
funktioniert, also erst die Wattzahl (wurde jedenfalls im Display so 
angezeigt, aber es muss doch eigentlich die Stromstärke sein?) hoch 
regeln, das hat den Draht ausreichend erwärmt aber er glühte noch nicht, 
dann sozusagen voller Saft und der Draht glüht.
Wie kann ich diesen Prozess mit einfachen Mittel und einem Arduino 
(Nano) nachbilden?
Der Glühdraht einer E-Zigarette erscheint mir sehr geeignet, der 
"Zündprozess" war sehr gut und auch einfach wiederholbar, auch sind 
diese verflochtenen Drähte nach meinen Recherchen haltbar und 
kostengünstig.
Das alles soll in einem transportablen Gerät eingesetzt werden, also 
erscheint mir die o.g. 18650-Zelle ein guter Ausgangspunkt.
Der Arduino hängt an einer eigenen Stromversorgung, soll auch nicht mit 
der 18650 in Kontakt kommen, die ausschließlich für den Erwärm- und 
Zündvorgang verantwortlich ist. Auch die Programmierung des Arduino ist 
kein Problem, das bekomme anstandslos ich in den Griff.
Gibt es da ein fertiges Modul oder eine einfache Schaltung, die simpel 
genug ist, um einen Laien wie mir den Nachbau zu ermöglichen.
Also am besten ein/zwei digitale Verbindungen vom Arduino zum 
Modul/Schaltung, dann zwei Drähte für den Glühdraht und zwei Drähte für 
18650 -> Modul/Schaltung, das wäre mein Traum.
Bereits vielen Dank für hilfreiche Kommentare und sorry für mein etwas 
eingeschränktes Wissen, ist nicht so ganz mein Fachgebiet.

Herzliche Grüße

: Verschoben durch Moderator
von Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)


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PWM (Pulsweitenmodulation). Jetzt kommt es darauf an, wie dick/dünn dein 
Draht ist bzw. welche thermische Trägheit er hat. Wenn es eher ein 
dünnes "Drähtchen" ist, sollte man die PWM-Frequenz evtl. höher setzten, 
damit da nichts "flackert".

Dafür ist der Arduino ganz gut geeignet, verfügt er doch über eine 
eingebaute Hardware-PWM, die auch voll in die verwendete 
Programmiersprache integriert ist. Du brauchst zwar an dem dafür 
vorgesehenen Pin immer noch einen externen Leistungsverstärker, aber da 
der nur im Schalterbetrieb läuft, kann der deutlich kleiner gebaut sein 
(1 Transistor oder FET) und wird im Idealfall nichtmal handwarm ...

von Stefan F. (Gast)


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Zäume das Pferd nicht von hinten auf. Schiebe den Arduino erst inmal 
ganz weit weg und konzentriere dich auf den Kern der Sache.

Du willst einen Draht zum Glühen bringen. Dafür brauchst du Energie. Wie 
viel, hängt vom Draht und seiner kühlenden Umgebung ab.

Also finde jetzt heraus, wie viel Spannung und Strom notwendig ist, um 
deinen Draht in angemessener Zeit zum Glühen zu bringen.

Nächster Schritt: Woran kann man erkennen, dass er glüht? Vielleicht am 
Licht? Dafür brauchst du einen passenden Sensor.

Nächster Schritt: Besorge Stromquelle und einen ausreichend starken 
Transistor, um den Draht anzusteuern. Achtung: Kalt fließt mehr Strom, 
als warm.

Den Transistor kannst du dann mit dem Arduino (analogWrite) ansteuern.

von Rüdiger B. (rdiger_b)


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Das mit dem Glühen hat schon ganz gut bei dem Test mit der umgebauten 
E-Zigarette funktioniert, war ähnlich wie so dieses Gerät 
(https://www.powercigs.net/obs-cube-mtl-kit, da kann man Ohm und Watt im 
Display erkennen). Auch das "Vorheizen" war bei reduzierter Wattzahl 
(Draht glüht noch nicht, aber wird warm) sehr zufriedenstellend machbar.
Draht ist so etwas wie 
https://www.powercigs.net/nickeldraht-clapton-ni80-superfine-mtl-1.5-2.0, 
ohne hier Werbung machen zu wollen.... :-)
Erkennen ob es glüht oder nicht ist erst einmal zweitrangig. Der Arduino 
übernimmt noch andere Aufgaben bei dem geplanten Gerät und er das auch 
anstandslos tut, nur diese Funktion, sozusagen auf Knopfdruck und 
zeitgesteuert (Vorglüh- und Zünddauer, nicht als Timer) soll noch 
hinzukommen.
Ein einfaches Relais oder Transistor kann das nicht leisten, denn ich 
habe ja zwei verschiedene Stromstärken auf dem Glühdraht.
Wenn ich mir die technische Beschreibung dieser E-Zigaretten anschaue, 
dann steht da:
Akku: 2 18650er Akkus (nicht im Lieferumfang enthalten)
Leistung: maximale Ausgangsleistung 219 Watt
möglicher Widerstandsbereich: 0,1 bis 2,5 Ohm im VW Modus | 0,5 bis 2,0 
Ohm im TC Modus

Und genau diesen Widerstandsbereich möchte ich per Arduino steuern, aber 
wie??? (Unabhängig davon  was auch immer VW oder TC Modus ist)

von Stefan F. (Gast)


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Rüdiger B. schrieb:
> Erkennen ob es glüht oder nicht ist erst einmal zweitrangig.

Sicher? Denn kurz nach "glühen" kommt "durchbrennen".

> Ein einfaches Relais oder Transistor kann das nicht leisten, denn ich
> habe ja zwei verschiedene Stromstärken auf dem Glühdraht.

Transistoren kann mit unterschiedlich breiten Impulsen ansteuern, um die 
Leistung zu variieren. Das ist PWM, dafür ist bei Arduino die Funktion 
analogWrite() gedacht. Siehe https://www.arduino.cc/en/tutorial/PWM

> Und genau diesen Widerstandsbereich möchte ich per Arduino steuern, aber wie???

http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%202.pdf

Kapitel 2.2.2 und 3.4.2

von Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)


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Rüdiger B. schrieb:

> Ein einfaches Relais oder Transistor kann das nicht leisten, denn ich
> habe ja zwei verschiedene Stromstärken auf dem Glühdraht.

Sorry, mir scheint, du hast das Prinzip "PWM" nicht verstanden. Ein 
Relais kann das tatsächlich nur schlecht, eher nicht leisten. Ein 
passend dimensionierter "einfacher" Transistor an einem Arduino-Pin mit 
der richtigen Ansteuerung dagegen sehr wohl.

von Joachim B. (jar)


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Stefan F. schrieb:
> Sicher? Denn kurz nach "glühen" kommt "durchbrennen".

nicht zwangsläufig
Beitrag "Re: PC1500 Antiker Rechner im freien Fall :)"

der brannte auch nach Stunden nicht durch bei 1200°C, alles eine Frage 
der Dimensionierung.

Aber zugegeben mit einer dünnen Ader aus Litze habe ich am 
Eisenbahntrafo als 12-jähriger immer schnell durchgebrannt, reichte aber 
um Pfennigschwärmer Raketen zu starten.

von Tom (Gast)


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>Sicher? Denn kurz nach "glühen" kommt "durchbrennen".

So ein Unsinn, kann man auch so einstellen, dass es gerade glüht, aber 
nicht unbedingt weißglühend. Mit einem "Sensor" Licht messen... wenn 
dann kann man Widerstand ermitteln etc

von Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)


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Joachim B. schrieb:

> Aber zugegeben mit einer dünnen Ader aus Litze habe ich am
> Eisenbahntrafo als 12-jähriger immer schnell durchgebrannt, reichte aber
> um Pfennigschwärmer Raketen zu starten.

Das ist ganz sicher auch abhängig vom Material.

Kupfer hat - im Gegensatz zu speziellen Heizdraht-Legierungen - keinen 
sonderlich hohen Schmelzpunkt, eine hohe Affinität zu Sauerstoff 
("brennt" also tatsächlich) und der negative Temp.-Koeffizient ist auch 
nicht besonders hoch ausgeprägt. Letzterer schützt spezielle Legierungen 
ebenfalls deutlich besser ...

von MaWin (Gast)


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Bald ist wieder Silvester. Jedes Jahr dieselbe Leier. An statt dass die 
Kinder fertige Zünder an fertigen, betriebssicheren Zündmaschinen 
verwenden machen sie sich dann lächerlich wenn der Knoof gedrückt wird 
und beim Gebastel nix passiert.

von Joachim B. (jar)


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Frank E. schrieb:
> Kupfer hat - im Gegensatz zu speziellen Heizdraht-Legierungen - keinen
> sonderlich hohen Schmelzpunkt, eine hohe Affinität zu Sauerstoff
> ("brennt" also tatsächlich) und der negative Temp.-Koeffizient ist auch
> nicht besonders hoch ausgeprägt.

stimmt selbst bei 30cm 1,5mm² massiv reichten wenige Sekunden mit 174A, 
so fein konnte man gar nicht den Strom einstellen das er länger 
durchhielt.

von Mani W. (e-doc)


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Rüdiger B. schrieb:
> Wie schon gesagt, mit so einer modifizierten E-Zigarette hat das
> funktioniert, also erst die Wattzahl (wurde jedenfalls im Display so
> angezeigt, aber es muss doch eigentlich die Stromstärke sein?) hoch
> regeln, das hat den Draht ausreichend erwärmt aber er glühte noch nicht,
> dann sozusagen voller Saft und der Draht glüht.
> Wie kann ich diesen Prozess mit einfachen Mittel und einem Arduino
> (Nano) nachbilden?

Gar nicht, wenn Du keine Ahnung vom Thermoverhalten des Drahtes hast
und auch keine Ahnung von Spannung, Strom, Leistung...

Daher kannst Du mit Deinem Arduino spielen was Du willst...

von sid (Gast)


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Naja garnicht stimmt nu nicht..
konstantandraht kann man kaufen (zB aus'm proxxon zubehör für den 
styroporschneider..)
da schneidet man sich eine definierte Länge zurecht

ein Leistungstransistor und bisserl was an Kleinkram
reicht schon um das Dingen via PWM kontrolliert zu heizen.

das Regelprinzp bei der E-Fluppe ist nur minimal anders,
die eingestellte Wattzahl wird hier aber in aler Regel durch Begrenzung 
der Stromstärke geregelt.
Das schont nämlich die Batterie ...
man möchte ja nicht unbedingt einen kurzgeschlossenen LiIon Akku in der 
Hand halten ;)
(denk dran eine 30+Ampere feste 18650 zu kaufen dafür)

Ich würde eigentlich Abstand nehmen von E-Zigaretten
und stattdessen eines dieser elektrischen "glühfaden" Feuerzeuge als 
Basis benutzen.
zum einen sind die deutlich billiger,
kommen mit der passenden ultrabanal Leistungsschaltung
und zu guter letzt ist die Heizwicklung explizit ausgelegt
dafür zu glühen ;)
(was bei der E-Fluppe wirklich unerwünscht wäre.. verschmorte Watte 
schmeckt eben nach brennendem Autoreifen ;))

Den Taster an der Seite ersetzt Du dann direkt oder indirekt (je nach 
schaltung des Feuerzeugs) mit dem PWM Pin des Arduino und schon solltest 
Du das Dingen langsam aufheizen können oder eben glühen lassen.

von Rüdiger B. (rdiger_b)


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MaWin schrieb:
> Bald ist wieder Silvester. Jedes Jahr dieselbe Leier. An statt dass die
> Kinder fertige Zünder an fertigen, betriebssicheren Zündmaschinen
> verwenden machen sie sich dann lächerlich wenn der Knoof gedrückt wird
> und beim Gebastel nix passiert.

Ich finde es schade das bei einer sachlich fundierten Frage von einem 
Laien an Experten anscheinend immer wieder solche Texte zu lesen sind. 
Ich bin mehr als glücklich, das es Menschen gibt, die weit mehr Kenntnis 
von der Materie als ich haben, die mir hier helfen.
(Ab)Wertende Aussagen ohne auch nur den Hauch von Ahnung über den 
Hintergrund der Frage zu kennen, wie diese oben, beleuchten deutlich ein 
grundsätzliches Problem unserer Informationsgesellschaft, wo jeder 
seinen Senf zu Dingen absondern darf, ob wahr oder unwahr, sind weder 
hilfreich noch sinnvoll, aber erhellen schon ein wenig die nicht sehr 
positiven Charaktereigenschaften des dazugehörigen Schreibers.

Ich möchte noch einmal ausdrücklich allen denen danken, die mir hier mit 
Ideen und Vorschlägen weiter helfen und auch fachlich fundiert mir den 
Spiegel meines Nichtwissens vorhalten.

Warum man sich manchmal mit Dingen beschäftigen muss, die so weit von 
dem jeweiligen Wissenshorizont entfernt sind, kann ja vielfältige Gründe 
haben, aber Wissen zu erwerben oder zu erweitern sollte nie Gegenstand 
von Hohn, Spott oder abwertenden Äußerungen sein.

von Rüdiger B. (rdiger_b)


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Danke für den Hinweis PWM, damit hatte ich mich in Bezug Arduino 
tatsächlich noch nie befasst und auch das mit den Leistungstransistoren 
ist mir schon noch neu.
So habe ich dann für die Weihnachtszeit genug Dinge zum Nachdenken.

Es ist auch nicht so, das ich letztendlich ein Feuerzeug auseinander 
nehmen möchte oder eine E-Zigarette als Basis verwenden kann, sondern 
das alles soll als eigenständige Bastelei für einen Prototypen her 
halten.

Und wer jetzt die Frage stellt, warum bastelt dieser Mensch an solchen 
Dingen herum, wenn er doch anscheinend keine Ahnung von der Sache hat... 
das Schicksal führt einen manchmal auf Wege, die man besser nicht 
beschreiten sollte, aber die sich dann als Einbahnstraßen ohne Rückweg 
und Notausgang erweisen. Der Eingang zu dieser Einbahnstraße ist 
verführerisch, aber dann kommt ein ständig wachsendes Gefälle und der 
Untergrund wird immer rutschiger.

von Stefan F. (Gast)


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Rüdiger, worum geht es? Wenn dein Projekt so super geheim ist, dann 
diskutiert man nicht öffentlich darüber.

Momentan sieht es so aus, also ob du das Wissen anderer abgreifen 
willst, um dich daran zu bereichern. Das ist nicht der Sinn des Forums.

Befriedige wenigstens unsere Neugier. Eine gut gefütterte Bestie ist 
zahmer.

von Rüdiger B. (rdiger_b)


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Ach so, also das war nie meine Absicht. Entschuldigung.

Das ist für einen transportablen Ethanolbrenner (ist übrigens 
mittlerweile patentrechtlich geschützt, und ich bin NICHT der 
Patentinhaber, sondern nur der "Skalve", dem man aufgrund seiner 
IT-Vergangenheit diese Aufgabe zugeschustert hat).

Das Vorglühen soll erst das Ethanol erwärmen und gasförmig machen, dann 
soll der gleiche Draht halt glühen und das Ethanol zünden. Man kann 
natürlich über Sinn und Zweck und Sicherheit einer solchen Anlage breit 
diskutieren, aber s.o. unter Sklave!

Wie gesagt, das Erwärmen und Zünden mittels einer zweckenfremdeten 
E-Zigarette und deren Glühdraht hat sehr gute Ergebnisse gezeigt, nur 
soll natürlich keine E-Zigarette da eingebaut werden, sondern etwas 
vergleichbares mittels dem schon vorhandenen Arduino per Knopfdruck 
durch geführt werden, wobei der obige Glühdraht natürlich eine sinnvolle 
Option ist, denn er scheint seiner Aufgabe ja gewachsen, ist gängige und 
leicht beschaffbare Technologie und kostengünstig.

Der Arduino Nano (auch gängig, leicht beschaffbar und kostengünstig) hat 
schon andere Aufgaben wie Lagekontrolle und ggf. Löschen der Flamme, 
aber ist damit eigentlich nicht ausgelastet, also kein Problem diesen 
Zündmechanismus auch noch abzuhandeln. Der Arduino kann im Bedarfsfall 
auch die Flamme überwachen via eines IR Flammensensor (LM393 KY-026) 
wobei das nicht so einfach war, da die liebe Sonne da manch einen 
Streich gespielt hat. Aber über ein innen geschwärztes Röhrchen mit 
direktem "Blick" auf die Flamme war die Sonne aus dem Spiel und der 
Sensor weit genug von der heißen Flamme weg. Nur so zur Info.

Ich hoffe das klärt es ein wenig, spezielle Details über den 
eigentlichen Brennvorgang kenne ich nicht und (s.o. Patent) darf ich 
vermutlich hier auch nicht verbreiten. Ansonsten teile ich natürlich 
gerne mein geringes Wissen.

von Stefan F. (Gast)


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Rüdiger B. schrieb:
> Der Arduino kann im Bedarfsfall
> auch die Flamme überwachen via eines IR Flammensensor (LM393 KY-026)
> wobei das nicht so einfach war, da die liebe Sonne da manch einen
> Streich gespielt hat. Aber über ein innen geschwärztes Röhrchen mit
> direktem "Blick" auf die Flamme war die Sonne aus dem Spiel und der
> Sensor weit genug von der heißen Flamme weg. Nur so zur Info.

Informiere dich mal, wie Gasheizungen erkennen, ob die Flamme an ist. 
Die machen das irgendwie mit einer Sonde, die nur einen Draht als 
Anschluss hat. Das funktioniert sehr zuverlässig.

von Rüdiger B. (rdiger_b)


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Stefan F. schrieb:
 Informiere dich mal, wie Gasheizungen erkennen, ob die Flamme an ist.
> Die machen das irgendwie mit einer Sonde, die nur einen Draht als
> Anschluss hat. Das funktioniert sehr zuverlässig.

Stimmt, das macht die Ionisationselektrode, leider benötigt die eine 
Wechselspannung von ca. 50 Volt UND kostet meistens so ab 30 Euro das 
Stück.

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