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50W COB-LED-Scheinwerfer

Im Beitrag Nummer 7 zur Mechthild Fräse war ja dieses Bild zu sehen:

Mechthild CNC Fräse

Und ich habe auch bereits verraten, das es für eine LED-Lampe sein soll.
Also mal näher zu dem Thema. Es sind günstige LED-Treiber ICs entwickelt worden, die recht einfach funktionieren: Man schaltet so viele LED-Chips in reihe, bis man der Netzspannung nahe kommt. Dann muss man nur den Strom für eine LED steuern, also ein paar milliampere. Der Chip macht dann einfach nur in linearer Analogtechnik die Strombegrenzung und erwärmt sich dabei, da ja Spannung abfällt. Das kann man nun beliebig weit technisch optimieren, etwa indem man Parallel- und Reihenschaltung im Takt der Sinuswellen des Wechselstromes abwechselt, oder indem man den Peak zum laden eines Kondensators nutzt um die Leds mit der gespeicherten Energie in der fallenden Flanke der Sinuswelle noch etwas nachleuchten zu lassen.
Oder man macht es so billig wie möglich, und lässt die LEDs einfach mit dem gleichgerichteten Wechselstrom im 100Hz Takt mitflimmern, und nebenbei wird das alles dann auch noch dimmbar.

Diese sehr günstige Technik der Stromregelung für LED-Licht hat uns superbillige COB-Led Panels gebracht, die mit Leistungen im zweistelligen Bereich für wenige Euro erhältlich sind. Das muss natürlich auch einmal ausprobiert werden, und manchmal braucht man es irgendwo mal etwas heller, ohne große Anforderungen an die Qualität der Beleuchtung zu haben. Also so ein 50W LED-Keks geordert.

COB-LED 50W

Der Boden/Rückwand vom Gehäuse ist eingeebnet, das Modul habe ich dann probeweise Aufgeschraubt und ausprobiert. Und festgestellt, dass das Kühlrippengehäuse grenzwertig ist, die Gehäusetemperaturen erreichen bereits mit offener Vorderseite 50..55 grad Celsius.

Und was passiert, wenn das Ding umfällt und auf den Rippen zum liegen kommt, und die Konvektion nicht mehr stattfinden kann. Alles nicht schön, so musste also etwas mehr Aufwand in die Sache investiert werden um dem Gerät eine gewissen Lebensdauer zu ermöglichen.

COB-LED 50W

Zunächst hier noch kurz eine Lösung zum Aufstellen, aus zwei Abschnitten Bandstahl, einer an den Enden U-Förmig gewinkelt für zwei äußere Standfüße, und ein schwenkbarer dritter Fuß, der das Leuchtengehäuse nach hinten abstützt.

COB-LED 50W

Durch einschwenken des beweglichen Teils wird das ganze Platzsparend.

COB-LED 50W

Für das Problem der möglichen Überhitzung habe ich schließlich oben ein Umgehäuse aufgesetzt, welches einen kleinen 40mm Lüfter beherbergt, der immer einen gewissen Luftzug durch die Kühlrippen sicherstellt.
Aus praktischen Erwägungen ist auch ein Schalter für das Licht, und eine Steckdose an Board.

COB-LED 50W

Ein Halterahmen nimmt die Elektronik auf, in diesem Fall besteht die eigentlich nur aus der Stromversorgung für den Lüfter, denn das LED-Modul bringt ja alles für den Betrieb nötige mit. Also fast. Beinahe. Doch dazu gleich mehr.

Komplettiert wird alles mit einer 10 meter langen Anschlussleitung mit angegossenem Stecker, so dass man im Aufstellort flexibel ist, und eine „eingebaute Verlängerung“ dabei ist. Dadurch wird auch klar, was das mit der Steckdose soll.

Doch zurück zur beinahe vollständigen elektrischen Ausstattung. Nach einer Weile fiel nämlich die Schwachstelle der ganze Sache auf: Diese integrierten LED-Treiber sind empfindlich auf Überspannungen. Obwohl am Netzteil ein zusätzlicher Varistor nachgerüstet wurde und die Spannungsversorgung des LED-Panels dort vorbeigeschliffen wird, hat das Abschalten von 3 Leuchtstofflampen mit konventioneller Beschaltung (also Drosseln und altmodischen Leuchstoffröhren) das LED-panel gekillt.

Wie genau es ausgefallen ist kann ich nur mutmaßen, aber vermutlich hat die steile Flanke der Störspannung die Ausregelung durch die LED-Treiberbausteine überfordert und die Led-Chips der LED haben zu viel Strom gesehen. Zumindest wurden mehrere geschädigt, und somit die Reihenschaltungen unterbrochen. Durch die hohe anliegende Spannung hat es noch ein paar mal aufgeblitzt, und die defekten Chips haben sich dann mit schwarzer Verfärbung im Leuchtstoff der weißen LED zu erkennen gegeben. So lange, bis durch die elektrischen Entladungen die Isolation zur Aluminiumplatine beschädigt wurde, und der Fehlerstromschutzschalter dem Spiel ein Ende bereitete.

In der Folge musste ich also ein neues LED-Modul einbauen, und habe ein komplettes C-L-C Entstörfilter nachgerüstet, sowie einen zusätzlichen Varistor direkt an den Lötanschlüssen des LED-Moduls. Seitdem funktioniert das Gerät ohne weitere Ausfälle.

Warum ich das hier soweit ausführe: Man sollte der elektrischen Isolation bei diesen Modulen also nicht allzu weit über den Weg trauen. In jedem Fall empfiehlt es sich, damit zu rechnen das die Rückseite Netzverbindung haben könnte, und entsprechende Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Mein Scheinwerfer ist deshalb als Schutzklasse-1-Gerät aufgebaut, also mit Schutzleiter am Gehäuse. Eine Alternative könnten die neuerdings angeboteten LED-Module mit keramischen Träger sein.

Projekt CNC-Fräse Mechthild (7-erste Späne, Zubehör)

Nachdem dann im November 2018 die Lackfarbe getrocknet war, und die Elektrik mehr oder weniger vollständig vorhanden war, konnte ich es nicht mehr erwarten die Maschine auszuprobieren.

Nach etwas herumprobieren mit EstlCAM, welches vom Entwickler Christian Knüll freundlicherweise für die Nutzung im Makerspace Erfurt zur Verfügung gestellt wurde, konnten die ersten Späne produziert werden.

Mechthild CNC Fräse

Man sieht im Bild die hellen Oberseiten der viereckrohre, auch hier habe ich dier EP-Spachtel aufgetragen und dann die Oberfläche mit der Maschine plangefräst, um eine ebene Fläche zu erhalten, die exakt parallel zu den Bewegungsachsen der Maschine liegt.

Mechthild CNC Fräse

Nach dem etwas voreiligem Test musste alles wieder saubergemacht werden, da die Silikonfugen noch nicht gezogen waren. Da ich mit der Maschine Metall bearbeiten will, ist eine Flüssigkeitskühlung mit Bohrmilch/KSS vorgesehen, und das soll wieder aufgefangen werden und im Umlauf wieder hochgepumpt werden.
Nachdem das Silikon fest war, ist mir ein Antennenverstärkergehäuse in die Hände gekommen, welches sich als mit seinen Kühlrippen aus Scheinwerfergehäuse anbot. Dazu musste nur eben kurz die eingegossene Trennwand abgetragen werden.

Mechthild CNC Fräse

Das sieht hier im Bild natürlich toll aus, aber mit dem billigen 3-schneidigen HSS-Fräser hat das gar nicht so viel Spaß gemacht. Es ging immer eine Zeit lang ganz gut, und plötzlich gab es Aufbauschneidenbildung und alles musste gestoppt werden.
Ich hatte dann erstmal unfertig aufgegeben, und in der darauffolgenden Woche nochmal einen Versuch unternommen.

Mechthild CNC Fräse

Mit ordentlich zugeben von Kühlschmiermittel funktionierte es dann, wenn auch die Spanplatte darunter vor Ärger über die Dusche aufgequollen ist.

Es muss also der Kühlmittelkreislauf an die Maschine. Daher zusätzlich zur Luftkühlung – ein dritter Kühlmittelschlauch für Kühlschmierstoff. Zur Probe ob alles Dicht ist, habe ich erstmal Leitungswasser eingefüllt.

Mechthild CNC Fräse

Eine kleine 12V Pumpe sorgt für den Umlauf, ob diese geringe Durchflussmenge ausreicht muss sich noch zeigen.

Mechthild CNC Fräse

Zum Auffangen des Kühlmittels läuft es in der Spänewanne wieder nach vorn, durch den eingeklebten Schlauchanschluss hinunter in einen Dauerkaffeefilter mit Edelstahlgewebe, um ggf mitgeschwemmte Späne von der Pumpe fernzuhalten.

Eine alte Weichspülerflasche dient als Reservoir mit Schlauchanschluss für die Pumpe.

Nachdem ich mir überlegt hatte, das die Maschine Mechthild heißen soll, habe ich mit dem Laser zu Hause einen Schriftzug aus grauem Acrylglas ausgeschnitten.

Mechthild CNC Fräse
Dieser wurde dann am Portal angeklebt.

Projekt CNC-Fräse Mechthild (6-Aufbau und Lackieren)

Wie ging es denn weiter mit der Mechthild.
Im Septemer 2018 wurde dann alles komplettiert und probemontiert.

mechthild aufbau

Das heißt, die Kugelgewindespindeln konnten angebracht werden, und Anschraubbleche für die Mutterngehäuse an die bewegten Bauteile angeschweißt werden.

Die Portalwangen werden noch mit Dreiecksblechen mit dem Portalbalken verbunden, womit praktischerweise auf der linken Seite der Motor für die Spindel auf dem Portal eine Befestigungsmöglichkeit erhält. Mangels ausreichender Bohrmaschine habe ich die (30er) Löcher für das Motor-Lagerschild mit vielen kleinen 3mm Bohrungen, Hammer, Meißel und Halbrundfeile in Handarbeit durch die 3mm Stahlbleche geeumelt, was nicht so lustig war.

mechthild aufbau

Die Kreuzplatte wurde zusammengesetzt, da diese durch die oben angeordnete Führung auf dem Portal gewinkelt ausgeführt ist.

mechthild aufbau

Auch auf der langen Bewegungsachse für das Portal wurden die Antriebe fertig eingebaut, die Unterlegbleche sind zum Ausgleich von kleineren Toleranzen vorgesehen und können bei Bedarf gegen dünner oder dickere Bleche ausgetauscht werden.

Nachdem dann alles soweit probemontiert war, ging es weiter mit dem Untergestell.
Dazu habe ich die zu Hause gebaute Spanwanne mit nach Erfurt genommen, und sie hat nicht ganz gepasst, sie war ein paar Millimeter zu groß für das Untergestell. Das ließ sich zum Glück noch mit etwas Materialabtrag an der Holzwanne anpassen.

mechthild aufbau

Damit konnten aber die Halter für die Montage der Spänewanne am Untergestell noch angeschweißt werden, und Halter für den Schaltschrank.
Somit war alles grob beisammen, um es wieder auseinander zu bauen, damit die Stahlteile lackiert werden können.

mechthild aufbau

Ich habe zunächst mit dem Untergestell begonnen, und dann am Maschinenrahmen weitergemacht.
Während der Lack vom Untergestell trocknete, konnte ich schon die Lage der Kabelketten am Maschinenrahmen festlegen.

mechthild aufbau

Schlussendlich zieht nun auch der lackierte Maschinenrahmen auf das Untergestell um. Das wegen dem Anstrich abgebaute Portal erleichert es, den Rahmen auf das Untergestell zu heben.

mechthild aufbau

Löt-handtasche für den Außeneinsatz

Immer wenn man etwas löten möchte, und kann es nicht einfach zum Lötplatz bringen, geht das generve los. Man muss das ganze Zubehör zusammensammeln, trägt das wohin, und dann fehlt es doch an irgendwas, was man vergessen hat, das Licht taugt nicht, es gibt nur grobes Werkzeug…

Deshalb wollte ich mir ein Set zusammenstellen für den Einsatz abseits des Lötplatzes.

Daher kurz überlegt, was man am nötigsten braucht.
*den Lötkolben, Temperaturgeregelt.
*Lötzinn und Flussmittel und Abstreifer
*Entlötlitze
*Elektronik-knips
*Spitzzange
*amtliches elektrisches Licht

Für den Komfort noch ein kleiner Lüfter, der einem den Lötrauch davonbläst, damit man das nicht im Gesicht hat.
Und Akkubetrieb.

Für den Akku soll ein 18V Werkzeugakku herhalten, Lidl hat da das günstigste was man kaufen kann, und wo die Akkus einen guten Ruf haben.
Für den Akkusockel kann ich praktischerweise bereits auf eine 3D-Konstruktion zurückgreifen und drucke diese noch mal aus.

Ein paar Schalter sind vorrätig, auch einen 50er Lüfter gibt der Bauteilevorrat noch her. Mit etwas Hirnschmalz komme ich auf die Idee, wie ich das mit dem Licht mache: Ein bewegliches Kühlmittelrohr wird mit einem G4/MR16 Lampensockel verheiratet, und ergibt zusammen mit einer 12V LED-Lampe eine in alle Richtungen verstellbare Beleuchtung. Als Lötkolbenhalter kann eine wieder eine Rohrniete aus einer Einweg-Kabeltrommel dienen.

Drumherum braucht es noch etwas Struktur.
Ein Holzrahmen als Träger wird aus einem übriggebliebenen Stück 10er Sperrholz und einem Stück Kabeltrommel zusammengeschraubt.
Akkulötstation

Mit dem Zwischenstand geht es ins Labor, denn wenn man das amtlich machen will, darf ein Tiefentladeschutz für den Lithium-Akku nicht fehlen, und eine Anzeige die zum Nachladen auffordert ist auch ganz hübsch.
Im Bild ist das Gehäuse für die Schalter und die Befestigung der Lampe bereits erledigt, aber noch nichts angeschlossen. In die Öffnung ganz rechts soll die Akkuanzeige mit 3 Leds.

Der Lötkolben besteht aus einem Handgriff für T12 Lötspitzen mit integrierter Elektronik.

Akkulötstation

Als Einzelstück habe ich die Elektronik nur auf Lochraster aufgebaut, und Bauteile bunt gemischt in allen Bauformen, je nachdem was der Vorrat so hergegeben hat. Für die Überwachung der Akkuspannung habe ich mir den ICL7665, der hat invertierte Schaltausgänge um sich eine Hysterese in die Schaltschwelle zu basteln, und braucht sehr sehr wenig Strom. Hält aber leider die 20V vom Akku nicht aus, deshalb ist noch ein LM2936 Längsregler vorgeschaltet, der ebenfalls einen sehr kleinen Ruhestrom besitzt. Größte Verbraucher in dieser Schaltung werden also die Status-LEDs sein.

Akkulötstation

Die Akkuüberwachung geht an, sobald ein schalter „am Pluspol“ betätigt wird, und schaltet dann über den Mosfet noch den Minuspol vom Akku zu, wenn die Akkuspannung ausreichend ist.
Die beiden winzigen grünen Platinchen sind DC/DC-Wandler auf 12V für LED-Licht und Lüfter.

Akkulötstation

Für den Lötkolben habe ich mir einen ausschwenkbaren Halter ausgedacht, im CAD konstruiert und mit dem 3D-Drucker hergestellt. In diesen wird ein Stück der Rohrniete eingeschoben als wärmebeständige Lotkolbenablage. Ein kleiner Neodym-Magnet hält ihn im hochgeklappten Zustand oben fest.
Der Lüfter soll mit einem Kugelgelenk frei schwenkbar werden.

Nach längerer Pause von diesem Projekt ging es jetzt doch langsam zum Abschluss über, zur Vervollständigung habe ich noch ein kleines billiges Digitalmultimeter dazugelegt, und angefangen das Zubehör mit allerlei Haltern am Holzgerüst zu befestigen.

Akkulötstation

Jetzt fehlen also nur noch die kleine Zangen, die ich dabei haben wollte.
Der 3D-Drucker liefert einen passenden Werkzeughalter, von ebay gibts das billigste Set an feinmechanischen Zangen. Die waren sogar erstaunlich brauchbar, nur eine hatte zu Anfangs noch etwas geklemmt. Den kleinen Saitenschneider habe ich nachgeschliffen, der schneidet nun auch dünne Litzen.

Akkulötstation

Damit hat das im Spätsommer begonnene Projekt nun auch dieses Jahr noch einen Abschluss gefunden.

Projekt CNC-Fräse Mechthild (5-Spanwanne)

Von einem Arbeitskollegen habe ich eine „gut abgelagerte“, etwas krumme, an den kanten leicht angeschimmelte Sperrholzplatte bekommen.

Das kam gerade recht zum Fräsenprojekt, denn ich wollte eine Auffangwanne für Späne und Kühlmittel bauen.
Nach dem Absägen der gammeligen Ränder ging es ans Anzeichnen und Zuschneiden.
Spanwanne bauen

Ich habe mich für eine schräge Fläche und eine gerade Wanne am anderen Ende entschieden, wo sich die Flüssigkeit sammeln und ablaufen kann.

Spanwanne bauen

Die Fügeverbindungen stelle ich mit 2k-epoxidharz her.

Spanwanne bauen

Auch die gesamte Oberfläche wird mit Epoxidharz durchtränkt, was das Becken wasserfest macht.

Spanwanne bauen

An der tiefsten Stelle wird eine mehrstufige Bohrung eingebracht und ein Schlauchanschluss für den Ablauf mit weiterem Epoxidharz eingeklebt.

Spanwanne bauen

Zur Verstärkung habe ich noch zwei beim Zuschnitt übrig gebliebene Streifen unten aufgeklebt.

Projekt CNC-Fräse Mechthild (4-Portal, Kreuzplatte und Z-Achse)

Portal schweißen

Nachdem also der Rahmen geschweißt war, und die Laufschienen befestigt, ging es zum Aufbau des Portals. Mir ist jetzt nichts klügeres eingefallen als die Portalwangen einfach aus Rohrabschnitten aufzustapeln, und diese Ringsherum mit 8 Schweißpunkten zusammenzuhalten. Das Portal ebenso als Stapel aus hohlen Stahlprofilen.
Ich habe vorher gerechnet wie schwer das wird, und das Portal daraufhin optimiert das es möglichst noch mit 2 Personen anzuheben geht, nachdem die Z-Achse abgebaut ist. Also die bewegte Masse wird dank Hohlprofilen mit Fräsmotor und Z-Achse ungefähr bei 65-75 Kg liegen, das Portal nicht ganz 50 Kg. Es handelt sich also um einen Leichtbau. 🙂

Portal schweißen

Ein Scherenwagenheber und eine Vielzahl Holzklötze und Abschnitte als Zulagen hilft enorm beim Positionieren der Bauteile.
Das im ersten Bild ganz oben scheinbar überzählige Blech wird nun auf der Rückseite der Kreuzplatte angeschweißt, um die Laufwagen der oberen Laufschiene zu tragen.

Oben zwischen Portalwangen und Portalbalken schweiße ich dann noch Dreiecke aus 3mm Blech ein.


Das wars erstmal zum Rahmen, irgendwie hab ich nochmal andere Dinge über die Kreuzplatte und Z-Achse geschrieben, und danach gemerkt, dass das im ersten Teil eigentlich schon mal Thema war.

Aber vielleicht wills trotzdem einer lesen, der kann ja hier weiter machen.

Weiterlesen

Projekt CNC-Fräse Mechthild (3-Schweißarbeiten Gestell und Rahmen)

Nach dem Bestellen der elektrischen Komponenten und dem vorbereiten der Schaltschrankverkabelung ging es dann an den mechanischen Aufbau. Das war 2018.

Zunächst habe ich mir einige Gedanken darum gemacht, wie ich mit den mir zur Verfügung stehenden begrenzten Mitteln überhaupt zu einem brauchbaren Ergebnis komme.
Die Rahmenkonstruktion soll aus Viereck- und Quadrat-Stahlrohren entstehen und verschweißt werden. Das bedeutet unweigerlich, das hier erhebliche Ungenauigkeiten durch den Verzug des Materials nach dem Schweißen entstehen. Der professionelle Weg wäre hier, den Rahmen aus Material mit größerer Wandstärke herzustellen, dann den gesamten Rahmen in einem großen Ofen Spannungsarm zu glühen, und nachher auf einer entsprechend großen Fräse die Oberflächen zur Bauteilmontage planzufräsen. Es gibt Firmen die das machen können, aber das sprengt mein Budget für diese Maschine um Größenordnungen. Deshalb muss ich sehen, wie ich ohne diese Dinge klar komme.

Zunächst brauche ich also eine ebene Fläche, um den Aufbau der Maschine darauf durchzuführen. Außerdem muss sie glatt genug sein, um mit Meßwerkzeugen gegen die Fläche messen zu können. Und kosten darf es natürlich auch (fast) nichts, und transportabel muss es auch sein. Im Prinzip scheitert es an dieser Stelle schon, die Maschinenbauer unter den Lesern haben ja bereits beim Schweißverzug die Hände über dem Kopf zusammengeschlagen, es kann also nur noch schlimmer werden.

Ich habe mir einen Tisch mit einer geschliffenen und polierten Granitplatte gebraucht gekauft, und werde darauf den Aufbau vornehmen. Wie gerade die Platte ist kann ich nicht wirklich messen, also hoffe ich das es so halbwegs hinkommt. Der Tisch wird mit Hausmitteln so gut es geht „ins Wasser“ gebracht.

Darauf entsteht nun zunächst das Untergestell und der Maschinenrahmen.
Untergestell schweißen
Da ich das weitgehend alleine gemacht habe, habe ich zum halten der Profile große Schweißmagneten „33Kg“ gekauft. Damit lassen sich die Teile grob Winklig an der stelle Fixieren bevor sie mit Heftschweißungen befestigt und nochmal ausgerichtet werden.

Untergestell schweißen
Möglicherweise muss ich hier später zur Verstärkung noch Dreiecke an den Beinen einschweißen, das entscheide ich dann ganz zum Schluss. Zunächst bleibt es erst einmal so, an das Untergestell werden dann im weiteren Aufbau noch verschiedene Halterungen angebracht.

Nun folgt der Aufbau des Maschinenbettes.
Rahmen schweißen
Ich habe nicht alle Zwischenschritte fotografiert, und schweißen kann ich eigentlich auch nicht, aber was soll schon schiefgehen.

Rahmen schweißen
Zum Zusammenbraten der Rohre muss ein Elektrodenhandschweißgerät der Baumarkt-klasse herhalten. Das Konzept zur Minimierung des Schweißverzugs ist, keine großen Nähte zu machen sondern alles mit einigen kleinen Punktschweißungen zusammenzuhalten.
Ich habe zwei einzelne Rahmen geschweißt, diese dann aufgedoppelt und nachher mit dem Aluminium-Vierkantstrangprofil als Unterlage die Streben eingebaut.
Nach dem Abkühlen war der gesamte Rahmen um ca 2mm verzogen.

Rahmen schweißen
Nun kommen wir zum Ausgleich des Schweißverzugs. Dazu habe ich mir folgendes ausgedacht: Die Laufschienen werden mit dem Laufwägen auf der hoffentlich ebenen Tischplatte ausgerichtet und in ein Bett aus Epoxidharzspachtel eingedrückt, welches dann in diesem Zustand aushärtet. Danach habe ich die Befestigungslöcher durch das harte Epoxy in die Stahlrohre gebohrt und Gewinde für die Befestigungsschrauben gebohrt. So hoffe ich, das die Laufschienen nicht durch den krummen Maschinenrahmen beim anschrauben verzogen werden.
Aber Achtung: Diese „unterstützten Wellen“ sind schon ab Werk krumm zusammengeschraubt. Hier muss man also zunächst alle Schrauben des Aluminiumtrageprofils lösen und auf einer ebenen Fläche ausrichten und dann alle Schrauben schrittweise und „über Kreuz“ Stück für Stück anziehen, und zwischendurch die Geradheit der der Welle kontrollieren, um diese ersteinmal gerade zu bekommen.

Rahmen schweißen
Nach dem gleichen Verfahren mit der Epoxy-Spachtelmasse als zwischenlage wird die Laufschiene auf der anderen Seite befestigt, wobei die Ebenheit wieder von der Tischplatte abgenommen wird. Hier kommt allerdings noch ein zweites geometrisches Problem hinzu, und das ist die Parallelität der beiden Schienen. Damit die stimmt, muss zudem noch der Abstand der beiden Laufschienen an jeder Stelle exakt gleich sein.
Dazu habe ich mir ein Hilfswerkzeug angefertigt, welches mit einem Laufwagen auf der anderen Seite verschraubt ist und mit einer Kugelgelagerten Rolle auf dem Rahmen fährt und gegen den Laufwagen auf der auszurichtenden Schiene mit einer Meßuhr misst. Gegen die Schiene ist schwer zu messen da diese ja eine runde Oberfläche hat, und der Laufwagen dreht sich auch noch ein Stück weit um die Schiene, was die Sache zusätzlich noch erschwert. Ich habe dazu die laufwagen auf der Tischplatte aufliegen gehabt und im wechsel gegen den vorderen und hinteren Laufwagen gemessen, bis ich soweit zufrieden war, denn viel Zeit bleibt einem dazu nicht, da das Epoxy in der Zwischenzeit aushärtet.

Projekt CNC-Fräse Mechthild (2 Schaltschrank)

Weiter gehts hier mit der CNC-Fräse.

Nachdem im Teil 1 schon zur Einleitung vorgegriffen wurde, hier also was nach 2017 so passiert ist.
Es ging dann weiter mit dem Schaltschrank.

In diesem (doch etwas sehr knapp bemessenen) Schaltschrank soll die ganze Steuerung verschwinden.
Zunächst ein paar vorbereitende Dinge nachdem ungefähr klar wurde, wie die Lage der Bauteile auf der Montageplatte sein wird. Die Elektronik wird etwas Abwärme erzeugen, also braucht es da etwas Luftdurchsatz. Zwei 120mm Lüfter passen in die Seitenwand, die dafür Ausschnitte bekommt.

Lüfterlöcher

Als Versorgungstechniker nervt es mich total, das man in Schaltschränken in dunklen Kellergängen oft nicht gescheit sehen kann. Deshalb kommt da gleich erstmal eine Schaltschrankbeleuchtung aus LED-Klebeband rein.

Schaltschrankbeleuchtung

Die Schrittmotortreiber werden mit 24V betrieben, die Lüfter brauchen 12 (es gibt 24V Lüfter, sind aber deutlich teurer), daher sorgt eine kleine Elektronik für die Erzeugung von 12V für Lüfter und Beleuchtung, mit dem Aktivierungssignal für die Schrittmotorendstufen wird per Transistor die Lüftung zusammen mit dem Schrittmotoren eingeschaltet. Bei Stillstand der Maschine gehen die Lüfter aus und saugen so hoffentlich weniger Staub ins Gehäuse.
zusatzelektronik

Der 3D-Drucker macht sich auch hier wieder einmal Nützlich, denn die ganzen Halterungen für die kleine Zusatzplatine, für die Parallelport-Karte, für das Netzteil und oben auch für die Klemmleisten ermöglichen einen kompakten Aufbau.
3D gedruckte Halter

Nachdem nun weitgehend alles komplett ist, habe ich dann mal die Motoren auf dem Tisch angeschlossen und einen Motorhalter für den Z-Achsen Motor gedruckt, den Motor montiert und das Zusammenspiel aus Hardware und LinuxCNC-Steuerung eingerichtet. Dabei konnten dann auch erste Fahrversuche mit dem Schrittmotor und der Z-Achse gemacht werden um abzuschätzen welche Fahrgeschwindigkeiten und Beschleunigungen möglich sein werden. Die Maschine wird aufgrund des Aufbaus schon ein paar Zentner wiegen. Den Probeaufbau auf dem Tisch kann man im ersten Bild des ersten Beitrags sehen.

alles im Kasten

Nun ist erstmal alles im Kasten, zum Abschluss des Schaltschranks habe ich noch eine Kabelabfangung für die obere Kabeleinführung entworfen und mit meinem 3D-Drucker gedruckt, und die ersten Leitungen vorbereitet für den späteren Anschluss an der Maschine.

alles im Kasten

Die Klemmen haben eine transparente Isolierabdeckung (die hier im Bild noch nicht aufgesteckt ist), und das Loch bekommt natürlich auch noch einen Deckel mit kleinen Kabelauslässen.

Damit ist die Steuerung soweit komplett vorbereitet.

Projekt CNC-Fräse Mechthild (1)

Ich war in letzter Zeit ja etwas nachlässig hier mit meinen Berichten.

Daher gibts jetzt eine kleine Rückschau zu meinem Langzeitprojekt CNC-Fräse.
Eigentlich auch, weil ich beim sichten der Fotos eins gefunden habe, was heute genau 1 Jahr alt ist.

cnc elektronik test

Los gings natürlich schon viel früher, denn so ein Projekt bindet man sich ja nicht einfach mal so ans Bein.
Das mit dem 3D-Druck hat man ja auch irgendwann mal durchgespielt, und nach einem Intermezzo mit dem K40 Laser, der seitdem ab und an bei Bedarf seine Dienste tut, muss man seine Möglichkeiten ja auch weiterentwickeln.

Manchmal könnte man einfach besser ein Bauteil als Metall gebrauchen. Hitzebeständigkeit, Abriebfestigkeit, da gibts bei den Kunststoffen ja Grenzen. Additive Fertigung bei Metall ist (2019) noch ziemlich kostspielig, käuflich zu erwerbende CNC-Fräsen die mehr als nur Holz verarbeiten können allerdings auch.

Geil wär das aber trotzdem schon, also entstand so langsam ein Plan, und eine Abbildung davon im CAD, wie das denn aussehen könnte. Ich wollte etwas stabiles. Und selberbauen muss auch, und schon auch weil Leute meinen, das man das nicht einfach aus stahlrohren zusammenschweißen kann, schon allein deshalb müsste man das eigentlich so machen.

Am Ende hatte das lange Zeit zum reifen, sowas überstürzt man ja nicht.
Stahl ist zwar schwerer als Aluminium, aber auch Fester. Wenn man da Leichtbau mit Hohlprofilen macht, dann nimmt sich das am Gewicht vs. Stabilität doch gar nicht viel. Irgendwie muss das ja auch groß sein nachher, sonst nervt das, weil man natürlich gleich mit dem nächstbesten Teil 1cm mehr Verfahrweg braucht als die gerade gebaute Maschine fahren kann.

Und dann könnte das nicht viel kosten, also lotet man so langsam aus, welche Bauteile man verwenden könnte, und summiert die Komponenten in einer Tabelle auf, und kommt beim unvollständigen Überschlagen gleich auf einen vierstelligen Betrag.

20er unterstütze Wellen

Mit tagelangem suchen und Preise vergleichen ergoss sich dann Woche für Woche ein Strom aus kleinen und großen, leichten und schweren Paketen mit Bauteilen, Leitungen, Metallteilen und sammelte sich an.

Fräsmotor

Aus November 2017 stammt das Foto mit dem Fräsmotor.

Aus Kostengründen kommt also die übliche „China Frässpindel“ in der 1,5KW ausführung, einfache 4Nm Schrittmotoren, billigste TB6600 Motorendstufen und eine Parallelportkarte, 20mm Rundführungen mit Unterstützungsprofil zum Einsatz, zumindestens habe ich aber bei den Antrieben richtige Kugelgewindespindeln und Festlager/Loslager Lagerböcke besorgt.
Als Steuerung muss ein ausgemustertes Mainboard mit einem etwas altbackenen Intel Atom D510 quadcore Prozessor herhalten, das wurde woanders beim aufrüsten frei. Das schicke kleine Gehäuse hatte ich für ein Projekt angeschafft aber dieses nie umgesetzt. Die Maschinensteuerung soll LinuxCNC übernehmen.

Über den Jahreswechsel hab ich dann schon mal angefangen etwas handfesteres vorzubereiten. Ich habe 10mm Stahlplatten bestellt für die Z-Achse und schon mal ein paar Bohrungen gemacht.

Stahlplatte

Die vielen Löcher und Gewinde machen doch ganz schön die Dreck und Arbeit, und am Ende ist das manuelle Arbeiten nicht immer so Präzise wie man sich das erhofft hatte.

Stahlplatte

Ohne die Späne und mit den Schrauben sieht das doch schon ganz manierlich aus.
Das auf dem Foto ist eine vom zwei Platten, mit den Führungen und Antriebsspindel und Fräsmotor sieht das dann (später, im Sommer 2018 mit dann montiertem Schrittmotor) so aus:
Stahlplatte

Das war es dann erst einmal für den ersten Teil über die Teile für das Fräsenprojekt im Jahr 2017.

Klüpfel/Holzhammer

Weil angeblich die normalen eisernen (Schlosser-)Hammer die Holzhefte von Holzbearbeitungswerkzeugen wie Stechbeiteln schneller verschleißen lassen als hölzere Hammer, will ich einen Holzhammer bauen.

Ein Reststück eines alten Balkens ist bei einer Baustelle übrig geblieben. Zwei Holzkeile aus Buchenholz geben härtere Schlagflächen und werden einfach ein Balkenstück aufgeleimt.

Holzhammer

Fehlt noch ein Handgriff. Hier ist nach einiger Zeit der Gummipömpel hart geworden und der Gummi beim Versuch das Ding nochmal zu benutzen großflächig zerbrochen, so dass der Holzstiel übrig blieb. Somit sind alle benötigten Bauteile komplett 🙂

Holzhammer

Die Schlagflächen sind traditionell mit tierischem Leim/Perlleim/Glutinleim angeleimt, der Stiel ist durch vorsichtiges abhobeln mit dem Handhobel so angepasst, das er ordentlich straff ins Bohrloch passt, und dann eingeklebt und eingeschlagen worden. Eine kleine 2mm Entlastungsbohrung durch den Holzklotz sorgt dafür, das beim Einschlagen des Stiels die Luft und der überschüssige Leim austreten kann, da der ganz leicht konisch zugearbeitete Stiel nach außen hin Luftdicht abschließt.

Holzhammer

Zum Abschluss habe ich einen Platz an der Werkzeugwand geschaffen und einen Wandhalter für den Hammer ausgedruckt.

Lidl Plasmaschneider PPS 40 A1

Zur zeit gibts bei Lidl im Online-shop erstaunlich billig einen Plasmaschneider.
Leider ohne Angabe, welchen Zündmechanismus dieser besitzt.

plasmaschneider

Es gibt: HF-Zündung, HV/Hochspanungszündung und „Kontaktzündung“ (also keine Zündhilfe).

Ich habe so ein Gerät bestellt und das Handbuch konsultiert, und darin steht wie auch im Onlineshop nichts darüber was wirklich Klarheit zu dieser Frage bringen würde.

Daher habe ich das Gerät kurzhand aufgeschraubt und nachgesehen.
Das kleine Gerät ist relativ kompakt aufgebaut.
plasmaschneider

plasmaschneider

plasmaschneider

Da schließlich habe ich es entdeckt:
plasmaschneider

Es ist ein Hochspannungstrafo eingebaut, es gibt also einen Pilotlichtbogen per Hochspannungszündung.
Das Vorhandensein einer Zündeinrichtung ist wichtig wenn man damit einen CNC-Plasmaschneider bauen will, und erleichtert auch die Handbedienung ungemein.

Staubsaugeradapter Bosch Exzenterschleifer PEX 270A

Vor ein paar Jahren habe ich mir den Exzenterschleifer Bosch PEX 270A gekauft. Das ist ein Gerät der „Heimwerkerklasse“, da ich jedoch nicht viel mit Holz mache sollte dieser ausreichen.

Bei dem Gerät ist ein Staubfilter zum Auffangen des Schleifstaubs im Lieferumfang. Der Staub soll dabei durch die Löcher im Schleifpapierblatt abgesaugt werden, und mit dem Luftstrom in den Staubfangbehälter geblasen werden. Das funktioniert so „mittel“.

Den aufgefangenen Holzstaub kann man gut gebrauchen, um Holzkitt selbst herzustellen. Dazu vermischt man den Holzstaub mit einem Bindemittel, z.B. Knochenleim oder Schellack, notfalls mit Holzkaltleim (PVA-Weissleim). Der Kaltleim ist bei manchen Holzsorten kritisch, da die enthaltene Essigsäure das Holz im Holzkitt verfärben kann.

Wenn man statt Holz einmal Farbe schleift, z.B. Acryl-Dispersionsfarbe, dann setzt sich der Farbstaub gemeinerweise auch in den Klettverschluss zwischen Schleifteller und Schleifpapier, und lockert die Verbindung so dass das Schleifpapier sich vom Schleifteller lösen kann. Es hat eine Weile gedauert bis ich erkannte, was die Ursache dieses Problems ist.

Nach „Anschließen“ des Staubsaugerschlauches mit Gewebeklebeband an den Filteranschluss der Maschine funktionierte alles wie es sollte. Man müsste also bei schwierigen Materialien, oder wenn man besonders staubfrei arbeiten möchte, einen Staubsaugerschlauch anstecken können. Außerdem ist der kleine Staubfangbehälter sehr klein und muss deshalb häufig geleert werden.

Dazu braucht es einen Adapter, der leider nicht im Lieferumfang der Maschine ist.

exzenterschleifer-staubsaugeradapter

Bosch bietet einen Anschlussadapter an, mit dem universell Filterbeutel oder Staubsauger angeschlossen werden können. Das Handbuch bildet den Adapter zwar ab, außer einem Hinweis das dieser nicht zum Lieferumfang gehört steht dazu nichts weiter.

Vermutlich handelt es sich um diesen Adapter: https://www.amazon.de/dp/B000R5I6LI

Dieser hat eine sehr kleine Öffnung (25mm Innendurchmesser) so das ein haushaltsüblicher Staubsaugerschlauch nur mit Hilfe eines weiteren Adapters oder eines dünnem 19mm Maschinensaugschlauches angeschlossen werden kann. So wenig Querschnitt ist natürlich auch nicht gerade förderlich für gute Absaugergebnisse.

Daher habe ich mich ans CAD gesetzt und einen Adapter gezeichnet, der direkt von dem flachen Anschluss am Gerät auf gewöhnlichen Staubsaugerschlauch übergeht.

exzenterschleifer-staubsaugeradapter

Wie beim originalen Staubfangbehälter wird der Adapter oben durch eine Klaue am Gerätehandgriff und durch Clips an der Maschine gehalten.

exzenterschleifer-staubsaugeradapter

Dabei habe ich die Clips einzeln erstellt und nachträglich an den Adapter geklebt, wodurch sich das Bauteil einfacher im 3D-Druck-Verfahren herstellen lässt.

exzenterschleifer-staubsaugeradapter

Die angeklebten Clips haben sich nicht als die Ideallösung erwiesen, mit dem Heissluftlötgerät habe ich sie noch etwas straffer hingebogen, jetzt halten sie zwar besser, aber öffnen sich dafür nicht mehr von selbst beim Anstecken des Adapters. Funktion ist aber grundsätzlich gegeben, daher bleibt das jetzt so.

exzenterschleifer-staubsaugeradapter

Wer sich das Ding ausdrucken möchte findet hier die Dateien:
exzenterschleifer-staubsaugeradapter.zip [1M] freecad 0.17 Konstruktion und 3D-Hüllenmodell.

Kleine Werkstatthelfer: Kolophoniumflaschenhalter

Wer als Flussmittel zum Löten flüssiges Kolophonium (aufgelöst mit Alkohol) verwendet, dem ist das Fläschchen vermutlich schon einmal umgekippt, mit all der ganzen klebrigen Sauerei die dabei entsteht.

Bewährt hat es sich, den Schwerpunkt der Flasche tieferzulegen 🙂

Flussmittelflaschenfuß

Erstmal bekommt die kleine Flasche einen breiteren Fuß, so dass sie nicht mehr so leicht umfällt.
Der Trick mit dem tiefen Schwerpunkt befindet sich auf der Unterseite:

Flussmittelflaschenfuß

In den Fuß ist eine große Stahlscheibe eingelassen, diese ist 3-4mm dick. Mit diesem Gewicht steht die Flasche immer solide. Seit über einem Jahr kein Flussmittelunfall mehr 🙂

Bauteile Drehregal

Was schon ewig auf meiner Liste steht: Der Sortimentskästen-Drehturm.

Das liegt zeitlich noch vor dem Beitrag über das Ivar-Regalsystem.

Hier einfach mal eine Bilderstrecke, auch wenn manche etwas farbstichig sind kann man doch das relevante darauf erkennen.

Sortimentskastendrehturm
Es waren von einem alten Kleiderschrank der schon etwas seiner Standfestigkeit eingebüßt hatte einige Spanplatten übrig geblieben. Daraus soll nun neues entstehen. Es beginnt mit dieser Grundplatte (aus zwei zusammengeschraubten Einlegeböden).

Sortimentskastendrehturm

In die Mitte kommt ein kleines „Tischbein“. Damit ist dieses Teil fertig.

Sortimentskastendrehturm

Diese Platte hatte die beiden äußeren Löcher bereits, sie werden zwar nicht gebraucht, stören aber auch nicht. Der Mittelpunkt wird ermittelt und ein Loch ausgesägt welches etwas größer als das Tischbein auf der Grundplatte ist. Vor dem Aussägen wird ein Kreis aufgezeichnet.

Sortimentskastendrehturm

Auf dem Kreis werden Bockrollen aufgeschraubt. Wenn man genau hinsieht, gibts dort noch weitere Linien: Dort werden Platten, die passend aus den alten Seitenwänden und Schranktüren ausgesägt werden, mit der Rückseite der Platte verschraubt.

Sortimentskastendrehturm

Obendrauf kommt noch ein Deckel, aus einem ehemaligen Einlegeboden.

Sortimentskastendrehturm

Jetzt noch die restlichen Rollen anschrauben, die Löcher dafür waren ja bereits im oberen Bild vorhanden.

Sortimentskastendrehturm

An das Loch in der Mitte der Platte wird ordentlich Schmierfett geschmiert. Nun können die beiden Teile zusammengestellt werden.

Sortimentskastendrehturm

Jetzt noch mehr Sortimentskästen anschrauben.

Sortimentskastendrehturm

Damit ist das Lager für Elektronische Bauelemente fertig zum einräumen.

Staubsaugeranschluss Ferm FBF1050E Oberfräse

Ich habe bei ebay eine gebrauchte Oberfräse erworben.

Es handelt sich um die Ferm FBF1050E. Am Fuß der Fräse ist ein kleiner Stutzen für die Absaugung vorhanden, jedoch passt hier nicht ein ganz normaler Staubsaugerschlauch drauf, weil der Stutzen ein kleineres Maß hat.
Außerdem geht es ziemlich eng her mit dem Motorgehäuse.

Ich weiß nicht ob im Original ein Adapter beiliegt da ich die Maschine ohne Zubehör bekommen habe, ich habe das Problem mit einem neu konstruierten Adapterteil gelöst.

Die Abflachung auf einer Seite gibt gerade genug Raum, damit der Fräsmotor auf maximale Tiefe eingestellt werden kann. Beide Enden sind leicht konisch, so dass der Adapter und der Saugschlauch ordentlich fest sitzen.

Das Druckteil passt ganz genau wie vorgesehen.

Bei diesem Teil hatte FreeCad sich etwas komisch, deshalb ist die Konstruktion in zwei Dateien (eine mit dem inneren „Luftkanal“, eine mit der Hülle)
Die Exportierte Hüllenmodell-Datei war leider auch erst nach Reparatur des Mesh zu gebrauchen, ich habe die reparierte Datei ins Zip gelegt, mit Slic3r ging das damit schließlich problemlos.

Staubsaugeranschluss ZIP [1MB]