{"id":1627,"date":"2018-03-15T00:21:10","date_gmt":"2018-03-14T22:21:10","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.gafu.de\/?p=1627"},"modified":"2018-03-15T00:21:10","modified_gmt":"2018-03-14T22:21:10","slug":"bauknecht-kuehlschrank-kaputt-erstmal-mikrocontroller-dazu-tun-teil-3","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/blog.gafu.de\/?p=1627","title":{"rendered":"Bauknecht K\u00fchlschrank kaputt. Erstmal Mikrocontroller dazu tun (Teil 3)"},"content":{"rendered":"<p>Seit dem letzten Beitrag hier ist ja schon einige Zeit ins Land gegangen. Also was ist aus dem K\u00fchlschrank denn geworden?<\/p>\n<p>Nun, er lebt wieder.<\/p>\n<p>Am Ende ziehe ich noch ein Fazit mit einem kleinen Schlaglicht auf die Wirtschaftlichkeit des Altger\u00e4tes.<\/p>\n<p>Doch nun zur neuen Hardware. Zun\u00e4chst also einmal zusammengesucht was gebraucht wird. Das Relais aus der provisorischen Steckbrettschaltung hat nun2 Wochen problemlos seinen Dienst verrichtet und scheint dem Anlaufstrom des Kompressormotors gewachsen zu sein, also \u00fcbernehme ich dieses in die endg\u00fcltige Elektronik.<\/p>\n<p><a href=\"\/wp-content\/2018\/03\/kselektronik.jpg\"><img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/2018\/03\/kselektronik-600.jpg\" alt=\"kselektronik\" \/><\/a><\/p>\n<p>Die Stromversorgung soll das Innenleben eines billigen Steckernetzteils \u00fcbernehmen. Das Netzteil hat interessanterweise den Footprint f\u00fcr eine USB-Buchse auf der Platine, daf\u00fcr aber wenig bis gar keine Ma\u00dfnahmen zur Funkentst\u00f6rung. Besonders \u00fcber die Ausgangsleitung in UKW-Antennenl\u00e4nge kann da abgestrahlt werden. Ich r\u00fcste zumindest einen Keramikkondensator nach sowie eine Entst\u00f6rdrossel am Eingang meiner Elektronik, die Leitung wird auch deutlich k\u00fcrzer werden.<!--more--><\/p>\n<p>Das Netzteil hat keinen Grundlastwiderstand und ist deshalb im Leerlauf besonders sparsam, leider erkauft man sich dies mit einem anderen Nachteil: Der Schaltwandler h\u00f6rt bei 5,1V auf zu schwingen, und beginnt beim absenken der Spannung \u00fcber dem Ausgangselko wieder. Moment. Absenken?<\/p>\n<p>Ja genau. Das bedeutet, das bei Belastung die Ausgangsspannung um gut 0,1V sinkt (getestet mit den 100mA &#8222;Last&#8220; der Relaisspule). Und da war doch noch was mit dem Temperaturf\u00fchlern und der Spannungsreferenz. Deshalb muss ich an dieser Stelle mein Vorhaben auf eine Referenzspannungsquelle zu verzichten wohl doch verwerfen, denn sp\u00e4testens wenn der Motor mit dem Relais eingeschaltet wird, w\u00fcrden die Temperaturwerte h\u00fcpfen. Das k\u00f6nnte man zwar Experimentell ermitteln und in der Software Gegenrechnen, aber das verkompliziert die Inbetriebnahme nur unn\u00f6tig.<\/p>\n<p>Deshalb habe ich einen billigen TL431 als einstellbare Spannungsreferenz gew\u00e4hlt. Es ist ein Shunt-Spannungsregler, funktioniert also wie eine Z-Dioden Spannungstabilisierung.<\/p>\n<p>Ein 1,5 Kohm Vorwiderstand begrenzt den Strom, die Ausgangsspannung wird mit einem Elko gepuffert und \u00fcber einen 10k-27k- Spannungsteiler zum Einstellbeinchen zur\u00fcckgef\u00fchrt. Gibt dann ziemlich genau 3,42V Vref. Diese Spannung wird auf den Vref-Pin des Arduino Pro Mini gef\u00fchrt. Bei meinem (es gibt einige abweichende Platinenlayouts) liegt das Signal an einem Keramikkondensator neben dem IC an, auch wenn es nicht auf die Stiftleisten herausgef\u00fchrt ist. Das war dann einfacher zu L\u00f6ten als direkt an den IC. (Es ist der kleine Draht auf der Platine, der im Foto zu sehen ist)<\/p>\n<p>Die Refenzspannung ist so gew\u00e4hlt, das also maximal eine Spannung von 3,42V mit dem ADC gemessen werden kann. Das bedeutet bei 10mV*K dann eine maximal messbare Temperatur von +68 \u00b0C. Das sollte reichen f\u00fcrn K\u00fchlschrank \ud83d\ude42<\/p>\n<p>Eine zus\u00e4tzliche blaue LED zeigt zudem noch an, ob gek\u00fchlt werden soll oder nicht. Es wird einfach das Schaltsignal f\u00fcr das Relais mitverwendet.<\/p>\n<p>Nachdem wie im Bild oben zu sehen die beiden Platinen und das Relais feststehen, braucht es nun ein Geh\u00e4use. Da man nat\u00fcrlich Angst hat beim Saubermachen im K\u00fchlschrank die Elektronik zu w\u00e4ssern sollte sie nicht im Inneren unterkommen, sondern au\u00dfen. Am besten an einer Stelle, wo man zur Kontrolle leicht hin kommt, und die blinkenden Lichter sehen kann. St\u00f6ren soll es freilich auch nicht, also am besten hinten oben.<\/p>\n<p>Da st\u00f6rt es nat\u00fcrlich den Abstrom der warmen Luft vom Verfl\u00fcssiger, deshalb gibts hier eine Speziall\u00f6sung, die ein paar mal dar\u00fcber schlafen gebraucht hat bis ich mit der Idee zufrieden war.<\/p>\n<p><a href=\"\/wp-content\/2018\/03\/kselektronikgehaeuse.jpg\"><img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/2018\/03\/kselektronikgehaeuse-600.jpg\" alt=\"kselektronik\" \/><\/a><\/p>\n<p>Das ganze dann aus dem Kopf ins CAD gebracht.<br \/>\nWer wissen will wie man diese bl\u00f6de Form mit dem 3d-Drucker gedruckt bekommen soll&#8230; das ist eigentlich ganz einfach und mit sehr wenig St\u00fctzstruktur m\u00f6glich, wenn man es in der Mitte durchteilt.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/2018\/03\/kseg-druckvorschau.jpg\" alt=\"kselektronik\" \/><\/p>\n<p>In der Druckvorschau kann man es sehen. Die Seitenfl\u00e4chen liegen auf, in der Mitte werden die beiden Teile dann zusammengef\u00fcgt. Ich habe sie aus ABS gedruckt und mit Aceton-ABS-Gemisch kaltverschwei\u00dft, dann geschliffen und mit wei\u00dfem Lack \u00fcberlackiert, um die raue Oberfl\u00e4che der Druckteile glatt und abwischbar zu machen.<\/p>\n<p>Die im CAD-Bild sichtbaren Klammern halten das Geh\u00e4use hinten am L\u00fcftungsgitter fest, was ziemlich gut funktioniert.<\/p>\n<p>Insgesamt h\u00e4tte also alles glatt gehen k\u00f6nnen, die Hardwarekonfiguration und die Firmware lief ja schon mit Ausnahme der Referenzspannungsquelle erfolgreich im Prototyp. Doch irgendwie ging die fertige Schaltung nicht zu programmieren, obwohl die blinkende LED auf dem Arduino die Aktivit\u00e4t des Bootloaders vorspiegelte. Es gab Timeout beim Programmierversuch.<\/p>\n<p>Also bevor das alles wieder zerpfl\u00fcckt werden muss um den Mikrocontroller auszutauschen erst mal versuchen den Bootloader neu auf den Chip zu schreiben, dazu einfach den Programmer auf den Programmieranschlus&#8230; Der Pro Mini hat nicht nur kein USB, der hat auch keinen Programmieranschluss. Autsch.<\/p>\n<p>Ganz so schlimm war es dann doch nicht, konnte ich doch Equipment zum Einsatz bringen welches f\u00fcr ein anderes Bastelprojekt mit \u00e4hnlicher Problemstellung hergestellt wurde:<\/p>\n<p><a href=\"\/wp-content\/2018\/03\/programmieradapter.jpg\"><img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/2018\/03\/programmieradapter-600.jpg\" alt=\"kselektronik\" \/><\/a><\/p>\n<p>Nach dem Reparieren des Bootloaders spielte dann die ganze Sache wie sie sollte, die Referenzspannung wurde nachgemessen und betrug 3,43V und entsprach ziemlich genau dem berechneten Wert von 3,42V. Entsprechend konnte das Mapping der ADC-Rohwerte auf die Temperaturen im Arduino Sketch angepasst werden, damit die F\u00fchler genau gehen.<\/p>\n<p>Zur Kontrolle gabs wieder das vorher am Prototypen angesteckte Display, und so musste nun das ganze Geraffel am K\u00fchlschrank vom Prototyp auf die endg\u00fcltige Elektronik umgeklemmt werden. Das war bis auf kleinere Anpassungen an der Relaishalterung einfaches Umstecken. Die Leitungen sind mit Kipphebel-Wagoklemmen im unteren Geh\u00e4useteil an die Leitungen aus dem Schaltkasten des K\u00fchlschranks geklemmt.<\/p>\n<p><a href=\"\/wp-content\/2018\/03\/kselgehaeuse-hardware.jpg\"><img decoding=\"async\" src=\"\/wp-content\/2018\/03\/kselgehaeuse-hardware-600.jpg\" alt=\"kselektronik\" \/><\/a><\/p>\n<p>Das lief alles nach Plan. Nach einem Probelauf \u00fcber Nacht war ich zufrieden und habe vorn noch eine ausgelaserte Plexiglasscheibe auf das Geh\u00e4use geschraubt.<\/p>\n<p>Jetzt nochmal zur angek\u00fcndigten <strong>Wirtschaftlichkeitsbetrachtung<\/strong>.<\/p>\n<p>Das die Reparatur auf diese Art nicht einer wirtschaftlichen Betrachtung standhalten kann ist klar. Der effektive Weg w\u00e4re gewesen, das richtige Ersatzthermostat zu finden und den K\u00fchlschrank im Originalzustand zu belassen. Aber was h\u00e4tte man dabei gelernt?<\/p>\n<p>Also gehen wir weiter zum Energieverbrauch. Der K\u00fchlschrank stammt aus dem Anfang der 1990er Jahre und d\u00fcrfte jetzt 25 jahre alt sein. Die Hausger\u00e4teindustrie empfiehlt \u00fcberall, Ger\u00e4te mit einem alter von 15 Jahren oder mehr gegen neue Energieffizientere Ger\u00e4te auszutauschen.<br \/>\nAlso habe ich einmal nachgepr\u00fcft, wieviel Energie mein K\u00fchlschrank denn so umsetzt.<\/p>\n<p>Eine Messung mit einem Zwischenstecker ergab einen Spitzenstrom von 235W (Anlaufstrom), 80W wenn der Kompressor l\u00e4uft und 5 watt bei cosPhi 1,00 wenn der Kompressor nicht l\u00e4uft. Offenbar ist im K\u00fchlschrank noch eine kleine elektrische Heizung eingebaut, ich vermute unter der T\u00fcrdichtung des Gefrierfachs, damit diese nicht festfrieren kann. (Nat\u00fcrlich auf der Seite, wo die T\u00fcrdichtung an das Fach angelegt wird, nicht in der T\u00fcr)<\/p>\n<p>\u00dcber 24h wird 0,8 kWh elektrische Arbeit verrichtet. Das entspricht 290 kwh*a, also ca. 80 Euro Energiekosten pro Jahr (bei 28cent pro kWh). Ein neuer K\u00fchlschrank (A+++) mit ***Gefrierfach wird mit 100kWh*a angegeben, das w\u00e4ren 28 Euro pro Jahr. Man k\u00f6nnte also 50 Euro Energiekosten einsparen, muss aber in den k\u00fchleren Monaten daf\u00fcr etwas mehr W\u00e4rme \u00fcber die Geb\u00e4udeheizung aufbringen. Bleiben vielleicht 40 Euro Einsparung im Jahr.<\/p>\n<p>Ein neuer A+++ K\u00fchlschrank kostet ~300 Euro, die Anschaffung amortisiert sich also in meinem Fall erst nach ca 7,5 Jahren. Der Zeitraum ist l\u00e4nger als erwartet, dennoch ist es auf lange Sicht auf die Gesamtkosten tats\u00e4chlich wirtschaftlicher das Ger\u00e4t auszutauschen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Seit dem letzten Beitrag hier ist ja schon einige Zeit ins Land gegangen. Also was ist aus dem K\u00fchlschrank denn geworden? Nun, er lebt wieder. Am Ende ziehe ich noch ein Fazit mit einem kleinen Schlaglicht auf die Wirtschaftlichkeit des Altger\u00e4tes. Doch nun zur neuen Hardware. 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