Laminator-Regelung

Ich habe angefangen, den neuen Conrad-Laminator zu modifizieren. Es gibt mittlerweile einige Bilder vom Gerät. Der auf dieser Seite beschriebene Laminator ist mittlerweile kaputt und nicht mehr erhältlich! Beim neuen Conrad-Laminator wird die gleiche Regelung weiterverwendet.

Es handelt sich hierbei um ein modifiziertes Wärmegerät! Es versteht sich von selbst, dass ein derart modifiziertes Gerät nicht ohne Aufsicht betrieben werden darf! Außerdem führt diese Schaltung Netzspannung, ebenso u. U. wie die metallene Verkleidung der Heizelemente und jedes andere Metallteil. Lebensgefahr! Das bedeutet: Keine Experimente bei geöffnetem Gerät. "Mal schnell was messen" gibt es bei Netzspannung nicht. Trenntrafo ist auch zwingend erfoderlich. Wer nicht erfahren in Sachen Netzspannung ist, sollte die Schaltung nicht nachbauen. Nachbau und Benutzung der Schaltung erfolgt auf eigene Gefahr! Keine Garantie, z.B. für korrekte Funktion oder Einbaumöglichkeiten in den Laminator.

Mitte 2005 laß ich im Web was über die Toner-Bügel-Methode. Stark vereinfacht geht es darum, auf sehr glattes Papier (z.B. Spiegel oder Reichelt-Katalog) mit einem Laserdrucker mit sehr viel Toner das Layout zu drucken. Dieses Blatt Papier legt man dann auf eine kupferkaschierte Platine (nach vorhergehender Reinigung) und bügelt das Layout mit einem handelsüblichen Bügeleisen auf die Platine. Durch das Bügeln, das mit relativ großen -- aber dennoch gleichmäßen -- Anpressdruck minutenlang dauert, wird der Toner noch mal flüssig und wird in die Oberfläche der Platine regelrecht eingebrannt. Das Problem bei diesem Verfahren ist, dass der Anpressdruck über die Zeit nicht gleichmäßig ist und es bei bei ungeübten Anwendern (ich zähle mich jetzt mal dazu) passieren kann, dass in der Mitte mehr Toner eingebrannt wird, als am Rand. Das führt natürlich zu Problemen, dazu zählen: Unterbrochene Leiterbahnen, verbreiterte Leiterbahnen, löchrige Leiterbahnen.

Inspiriert wurde ich durch ein Posting im Forum von mikrocontroller.net. Dort wurde im Laminator einfach ein Widerstand ausgetauscht und damit die Heizung hochgedreht. Das ist zwar sicherlich ein möglicher Lösungsweg (tatsächlich sogar der einfachste), allerdings ist das Gerät für derartig hohe Temperaturen nicht designed. Wenn man Glück hat, kommt man im Fehlerfall mit einem geschmolzenen Gehäuse davon.

Der Nachteil der dortigen Methode ist eben (wie auch einige Poster schrieben), dass nur die Temperatur erhöht wird, die Drehgeschwindigkeit des Motors jedoch unverändert bleibt.

Auf dieser Seite wird ein Laminator (hier C*nrad, Nr. 774192, 19.95 €, nicht mehr erhältlich) so umgebaut, dass sowohl die Heizung als auch die Motordrehzahl regelbar sind.

Die hier vorgestellte Regelung regelt beide Funktionen per Triac. Das hat den Vorteil, dass der Motor in der Drehzahl deutlich heruntergeregelt werden kann. Außerdem habe ich einen "Totmanntaster" vorgesehen. Wird dieser eingebaut, so muß er alle 3 Minuten gedrückt werden, damit die Heizung eingeschaltet bleibt. Unterbleibt die Betätigung, fängt eine LED an zu blinken, um den Nutzer darauf aufmerksam zu machen und dann wird nach kurzer Zeit die Heizung abgeschaltet.

Um mit dem eingebauten NTC die Temperatur der Walzenoberfläche messen zu können, muß man zunächst einmal einige Daten des NTCs kennen, insbesondere den sog. B-Wert.

Die Messungen ergaben einen B-Wert von 4000K.

Notes

Auch wenn er einige kleine Fehler enthält veröffentliche ich den Schaltplan schon mal hier. Bekannte Fehler von Schaltplan und Platinenlayout sind:

• Gleichrichterbrücke falschrum eingezeichnet. Als Ergebnis muss die Gleichrichterbrücke auf der Unterseite montiert werden, was sich sogar als vorteilhaft gegenüber die Montage auf der Platinenoberseite herausgestellt hat.
• Bei den eingesetzten Triacs vom Typ TIC226N mussten die Pins MT1 und MT2 (d.h. Pin 1 und Pin 2) vertauscht werden. Stellt jedoch kein besonderes Problem dar, allerdings sollte man an hitzebeständigen Isolierschlauch für einen der beiden Pins denken!
• Im Schaltplan ist für den Snubber des Motor-Triacs ein Wert von 68nF eingetragen. Dies ist ein zu hoher Wert, der Motor bleibt nicht stehen. Während der Entwicklung habe ich als Reaktanz eine 60W-Glühlampe parallel zum Motor geschaltet; eine entgültige Lösung steht noch aus.

• Schaltplan als PDF
• Platinen Layout als PDF
• Source-Code der Firmware des Laminators
• fertig compiliertes HEX File

Um einen besseren Durchlauf der Platine zu gewährleisten, wurde die Heizungs-/Walzeneinheit mit insgesamt 8 (d.h. bei jeder Schraube 2) Beilagscheiben für M4-Schrauben leicht angehoben. Vom Gehäuse wird im Betrieb nur die untere Hälfte verwendet, die ursprünglich vorhandene obere Gehäusehälfte wird nur mehr als Staubschutz für die Lagerung verwendet.

Damit man die fürs Toner-Laminieren nötigen Temperaturen überhaupt erreichen kann, muß die Temperatursicherung des Laminators vom Heizkörper gelöst werden. Ansonsten würde die Sicherung den Heizkörper abschalten, sobald sie 181°C erreicht. Dazu einfach die Schraube vom Bügel rausdrehen. Die Bilder sollten eigentlich selbsterklärend sein! Es ist unbedingt sicherzustellen, dass der im zweiten Bild beiseite geschobene Isolierschlauch nach Zusammenbau des Gerätes alle freiliegenden stromführenden Teile der Heizkörperzuleitung sicher verdeckt!

Wenn der Laminator nach dem Umbau das erste Mal in Betrieb genommen wird, nicht gleich auf maximale Temperatur gehen. Mein Laminator hat beim ersten Einschalten bei 150°C angefangen leicht zu rauchen (so ähnlich wie ein Lötkolben). Die 150°C habe ich etwa eine Stunde gehalten und habe dann die Temperatur um zehn Grad nach oben erhöht. Dies habe ich so oft durchgeführt, bis ich bei 190°C angelangt war. Diese Walzentemperatur hält der Laminator durch, ohne zu rauchen! Bei einer Walzentemperatur von 200°C fängt das Plastik der Heizkörperhalterungen an zu rauchen. Es ist also nicht sinnvoll, höher als 200°C zu gehen.

Die Fuses des ATmega8 Controllers habe ich entsprechend dem Screenshot eingestellt. Der Screenshot wurde mit Ponyprog2000 auf Linux gemacht.

Files:

Bilder

	Der Laminator im Originalzustand. Man sieht die doch relativ einfache Schaltung zur Temperaturregelung, im wesentlichen bestehend aus einem LM393 und einem Triac.
	Der Phasendetektor meiner Schaltung funktioniert ...
	Meine eigene Schaltung im Profil aufgenommen. Man erkennt von links nach rechts zunächst den Leistungsteil im wesentlichen bestehend aus den Triacs und den Snubbern, dannach den Netztrafo für die Mikrocontrollerschaltung. Unter dem Transformator sind die beiden Opto-Triacs eingebaut, so dass eine klare und ausreichende Trennlinie zwischen Netzspannung und Mikrocontrollerschaltung vorhanden ist. Auf der unteren Platine befindet sich dann noch der Gleichrichter, der Spannungsregler und der Phasendetektor (ganz rechts in SMD). Auf der oberen Platine ist die uC-Schaltung mit RS232-Verbindung zum PC um einen AtMega8 herum aufgebaut.
	Meine eigene Schaltung von oben. Hier nur der Leistungsteil (links) und rechts vom Trafo die Spannungsregelung und auf der Unterseite der Phasendetektor, d.h. die Steuerungsplatine (mit SMD-Bestückung) ist noch nicht aufgesetzt.
	Der fertig modifizierte Laminator von oben. Der Netzschalter wurde entfernt. Zu sehen sind noch die STK200 ISP-Hardware und -- von einem temperaturbeständigen Schlauch umgeben -- die RS232 Verbindung des Laminators.

Links:

• http://thomaspfeifer.net/laminator_temperatur_regelung.htm
• Gutes Tutorial zum SMD Löten

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