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Modellbau => Tipps und Tricks => Von Modellbauer zu Modellbauer => Thema gestartet von: Turbo-Georg am 29 September 2017, 10:59:31

Titel: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 29 September 2017, 10:59:31
Ein herzliches Ahoi, nach längerer Pause.

Der, im Beitrag   http://www.forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,22596.60.html beschriebene Turbinen-Antrieb ist ein absolut neuartiger Dampf-Antrieb für Modell-Schiffe.
Sein „revolutionäres“ Konzept mit vier Schnell-Verdampfern erfordert eine recht komplexe Steuerung mit vielfältigen Regelungs- und Überwachungsfunktionen, die nur mit Hilfe eines Mikro-Controllers beherrschbar sind. 
Bei der Inbetriebnahme des Antriebes müssen nicht nur vier Gas-Brenner gezündet werden, sondern darüber hinaus soll beim Manövrieren per Fernsteuerung die Leistung der Turbine, oder der Turbinen durch wiederholtes Ab- und Zuschalten einzelner Brenner geregelt werden.
Das erfordert, wie auch im Falle einer Störung die erneute Zündung einzelner Brenner.
Die Funktion der Brenner, sowie die Gas-Zufuhr, sollen außerdem automatisch überwacht werden und beim Auftreten eines Fehlers (z.B. Verlöschen der Flamme) ein automatischer Wiederstart bzw. die Abschaltung mit Fehlermeldung erfolgen.
Die Brenner liegen innerhalb der Dampf-Erzeugung und sind von außen nur bedingt zugänglich; zu einer elektronischen gesteuerten Brenner-Zündung gibt es demnach keine Alternative.
Ich habe nach einer einfachen, preiswerten und betriebssicheren Lösung unter Verwendung handelsüblicher Bauelemente gesucht.

Liebe Modellbau-Freunde,
auch in der Vergangenheit habe in diesem Forum zu Themen berichtet, die für einige Leser bezüglich  technischem und physikalischem Verständnis eine Herausforderung darstellten.
Ich wurde vom außerordentlichen Interesse überrascht.
Diesmal würde ich mich mit euch auf das Gebiet der angewandten Elektronik begeben. Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob die Ergebnisse meiner Untersuchungen und die Erläuterungen zu meiner Entwicklungsarbeit Interesse finden und ggf. zur Umsetzung eigener Ideen anregen.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: kalli am 29 September 2017, 11:45:34
Lieber Georg,
auch wenn ich mir sicher bin, dass ich niemals ähnliches zu Stande bringen werde, so lese ich als Technik- und Physikinteressierter gerne Deine in einem verständlichen Stil geschriebenen Beiträge. Also bitte weiter schreiben und die Ergebnisse der Untersuchungen einer breiten Leserschaft zugänglich machen top.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 29 September 2017, 11:49:35
Hallo Kalli,
ich freue mich, dass du dich an meine Beiträge erinnerst. Ich werde also in gewohnter Weise berichten.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 29 September 2017, 12:37:17
Liebe Modellbau-Freunde,
ermuntert durch Kalli, ein erster Post zum Appetit machen, oder wie die Angler sagen, … zum Anfüttern.

Bei meinen Recherchen zum Thema, musste ich zwangsläufig auf die Zünd-Einrichtungen von Kfz-Motoren stoßen. Trotz des Vorteils, dass hier die Hochspannung unmittelbar aus der Batterie-Spannung erzeugt wird, scheidet diese Lösung aber aus.
Unabhängig davon, ob die Strom-Unterbrechung in der Primär-Wicklung der Zündspule durch einen mechanischen Kontakt oder wie bei den modernen, elektronischen Zündanlagen durch einen Thyristor erfolgt, die Erzeugung einer Hochspannung in der Sekundär-Wicklung einer Zündspule oder eines Zünd-Transformators erfordert ein sehr großes Übersetzungsverhältnis zwischen den beiden Wicklungen.
Das macht sich nicht nur in Abmessung und Gewicht, sonders wegen der besonderen Einsatzbedingungen im Kfz auch im hohen Strom-Bedarf und im Preis bemerkbar.

Ich bin aber auch auf einen kleinen, preiswerten elektronischen (… kein Piezo!) Gasanzünder gestoßen, der mein Interesse geweckt hat. Ich habe mir für wenige Euro im Internet einige, unter dem Namen „ELECTRIC-GAS-UTILITY-LIGHTER“ von der Firma masterclass® angebotenen Gasanzünder bestellt, ihr Innenleben untersucht (Bild 1) und die Schaltung aufgenommen (Zeichnung 1).
Der Anzünder wird mit einer 1,5 V AA-Batterie betrieben und erzeugt bei Betätigung des Tasters einen kontinuierlichen Funken-Strom.
Der linke Teil der Schaltung ist ein klassischer, so genannter Sperrwandler, er erzeugt in der Sekundärwicklung von Trafo 1 eine Spannung von etwa 100 V, die durch die Diode D1 gleichgerichtet wird. Der Kondensator 0,47 μF wird mit dieser  Gleichspannung aufgeladen. Die Diode D3 und der Widerstand 200 kΩ, im rechten Teil, erzeugen am Gate des Thyristors zyklisch eine Spannung, durch die der Thyristor kurz leitend wird.
Der Kondensator kann sich hierdurch über die Primär-Wicklung von Trafo 2 entladen und induziert in der Sekundär-Wicklung  eine Hochspannung von ca. 6000 V.

Es ist schon erstaunlich, wie klein eine solche Einrichtung gestaltet werden kann.
Leider handelt es sich bei den Transformatoren um miniaturisiert Spezial-Bauteile, die im Handel nicht erhältlich sind. Eine nähere Untersuchung der Schaltung war mir nicht möglich, da meine Muster offensichtlich für längeren Betrieb nicht geeignet waren und sich immer nach kurzer Zeit verabschiedeten.
In den folgenden Beiträgen werde ich über alternative Lösungen berichten.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 30 September 2017, 11:22:58
Eine Zündvorrichtung, die unmittelbar aus einer Batteriespannung von 12 V, eine für einen Funken mit ausreichender Energie erforderliche Hochspannung von mehr als 10.000 V erzeugt, scheidet schon wegen der Größe der erforderlichen Zündspule aus.
Eine Alternative bieten die wesentlichen kleineren und auch preiswerteren Trigger-Transformatoren, wie sie für die Zündung von Xenon-Blitz-Röhren Verwendung finden. Sie werden für verschiedene Betriebsspannungen und unterschiedliche Hochspannungen angeboten. Sie sollten aber vergossen sein, um der Kurzschluss-Gefahr durch Luftfeuchtigkeit vorzubeugen.
Ihre Betriebsspannungen, also die Spannung mit der der empfohlene Trigger-Kondensator geladen wird, bewegen sich zwischen 100 und 400 V =; also Spannungen, die auf einem Schiffsmodell in der Regel nicht zur Verfügung stehen.
Für eine elektronische Zündeinrichtung zum Zünden der Brenner eines „Echt-Dampfers“ müsste die erforderliche Hochspannung aus einer an Bord vorhandenen Batterie erzeugt werden.

Wir kennen aus dem Fachhandel Wechselrichter, mit denen im Auto kleinere Elektro-Geräte oder Ladegeräte mit Betriebsspannungen von 220 V Wechselspannung betrieben werden können. Diese sind im Allgemeinen für unseren Fall zu groß und u.U. auch zu Leistungsstark. Wir benötigen auch keine Sinus förmige Ausgangsspannung von 50 Hz, aber die hierbei verwendeten Wandler sind nicht uninteressant.

 Liebe Modellbau-Freunde,
bekannter Maßen behandele ich ein Thema sehr ausführlich und beleuchte auch das Umfeld bzw. die Hintergründe bis hin zur Theorie, um auch die Modellbauer an ein Thema heran zuführen, die sich sonst weniger damit befassen.
Ich werde mein ursprüngliches Vorhaben, ausführlich über Spannungswandler zu schreiben, vorerst zurück stellen und in erster Linie einen Wandler beschreiben und in einem Laboraufbau testen, der meines Erachtens für unsere Anwendung zum Einsatz kommen könnte.  Der Eigenbau aus handelsüblichen Bauteilen sollte einen guten Kompromiss zwischen Leistungsfähigkeit und Preis darstellen.   
Zum Verständnis der gesamten Problemstellung werde ich am Anfang Aussagen zu den eigentlichen Aufgaben der Turbinensteuerung und seinen verschiedenen diskreten Baugruppen, wie Hochspannungserzeugung, Zündmodule und der Zündsteuerung treffen.
 
Der Beitrag  http://www.forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,22596.msg304862.html#new 
zeigt in der Antwort #65 zwei Zeichnung der Turbine und einen Maßstab zum Größen-Vergleich.
Die vier Zündmodule sollen unmittelbar neben den Brennern montiert werden.

Es geht hier nicht nur um das vergleichsweise einfache Zünden von Gas-Brennern. Das erneute, sichere  Zünden nach dem Abschalten einzelner Brenner zur Regulierung der Turbinen-Leistung ist ein Teil des Manövrierens, das heißt, die Einrichtung muss während der gesamten Fahrzeit in Betrieb sein.

Die Steuerung der Turbine und die Überwachung ihres Betriebes erfolgt mit Hilfe eines Mikro-Controllers. Dieser sollte nicht nur bezahlbar sein, sondern über eine leicht erlernbare Programmier-Oberfläche und eine USB-Schnittstelle verfügen.
Ich denke dabei an Produkt-Familien wie z.B. ARDUINO und RASPBERRY. Sie sind mitunter für wenige Euro zu erwerben und es stehen eine Vielzahl von Hard-, bzw. Software-Applikationen zur Verfügung.
Die Suche im Netz lohnt sich, wie ein entsprechendes Angebot zwei Stück für 11,99 € zeigt (Bild 2).

Allerdings ist die Leistungsfähigkeit solcher „Klein-Computer“ nicht unbegrenzt. Sie sollten daher in erster Linie komplexere Aufgaben, wie z.B. Regelung oder Messwert-Wandlung übernehmen und zu ihrer Entlastung einfache Routine-Aufgaben, wie die Erzeugung der Hochspannung, die Generierung der Zünd-Impulse, deren Verteilung an die Brenner-Adressen, sowie die Dauer der Zünd- oder Neustartversuche an eine Zünd-Steuerung in konventioneller C-MOS-Schaltung übertragen.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: t-geronimo am 30 September 2017, 13:46:09
Hallo Kalli,
ich freue mich, dass du dich an meine Beiträge erinnerst. Ich werde also in gewohnter Weise berichten.

Nun stellst Du Dein Licht aber sehr unter den Scheffel. Es gibt sicher viele, die sich daran erinnern und sich auch daran erfreut haben - auch wenn es durch die Anzahl der erfolgten Kommentare nicht ausreichend ausgedrückt wurde, denn viele werden wie Kalli und ich sicher mit mangelnder Kompetenz, aber aufgeklapptem Mund gelesen und gestaunt haben.  :O/Y

Daher gerne weiter so.  :TU:)

Und das HMA als eventuelle Plattform hatte ich Dir ja auch schon mal angeboten - aber das wird jetzt zu sehr offtopic.  :wink:
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 30 September 2017, 13:49:58
Hallo Thorsten,
das geht ja runter wie Öl. Vielen Dank.
Ich freue mich auf die Reaktionen zu einem Thema, dass mal wieder "ein wenig" aus dem üblichen Rahmen fällt.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 30 September 2017, 18:04:52
Turbinen-Steuerung
Nach Einschalten der Betriebsspannung der Steuerung wird mit dem Kommando ANFAHREN für einige Zeit (Timer) der Dampferzeuger zur Vermeidung von Verpuffung des eventuell angesammelten Gas-Luft-Gemischs durchlüftet (…beide Gruppen-Lüfter 100 %).
Anschließend werden die Lüfter abgeschaltet und beim ersten Brenner mit Zündung EIN und 25 % Gas, ein Zündversuch gestartet.
Meldet der zugehörige Thermofühler, Brenner hat gezündet, wird zur Kühlung der Verdampfer das Speisewasser-Ventil 25 % geöffnet und die Zündung des Brenners abgeschaltet.
Es erfolgt der Zündversuch des zweiten Brenners wie beschrieben. Hat der zweite Brenner gezündet, wird der Lüfter der Gruppe auf 25 % geschaltet (Zwangskonvektion). Nacheinander folgen in gleicher Weise die Brenner der zweiten Gruppe.
Haben alle Brenner gezündet, werden die Speisewasser-Ventile 50 % geöffnet und es folgt eine Anwärm-Phase der Speisewasser-Vorwärmer (Timer). Danach werden die Speisewasser-Ventile wieder auf 25 % gestellt und der Antrieb befindet sich im Zustand „Stand-by“, oder was viel schöner klingt, „Seeklar“.

 Beim Kommando „halbe Kraft“ werden die Gaszufuhr und die Speisewasserzufuhr der ersten Brennergruppe 100 % geöffnet und der entsprechende Gruppen-Lüfter auf 100 % gestellt.
Bei „Volle Kraft“ wird die Gas- und Speisewasserzufuhr der zweiten Brennergruppe ebenfalls 100 % geöffnet und der zweite Gruppen-Lüfter auf 100 % geschaltet.
Kommando „STOP“ drosselt die Luft-, Gas- und Speisewasserzufuhr aller Brenner auf „Stand-by“ (…siehe oben).
Beim nächsten Kommando „halbe Kraft“ wechselt die aktive Brenner-Gruppe.

Betriebszustände.
•   Aus,
•   Ein, betriebsbereit,
•   adressierter Brenner, Zündung EIN und Gaszufuhr 25 % (Anfahren),
•   adressierter Brenner gezündet (Thermofühler–Meldung), Speisewasser 25 %,
•   Zündung AUS
•   Halbe Fahrt, Brenner-Gruppe 1, Gas und Wasser 100 %, Gruppen-Lüfter 100 %,
        (Beim nächsten Kommando halber Fahrt wechseln Gruppe 1 und 2.)
•   Volle Fahrt, Brenner-Gruppe 2, Gas und Wasser 100 %, Gruppen-Lüfter 100 %.
•   STOP, alle Brenner Gas 25 %,  Wasser 25 % (Stand-by).

Betriebs-Störungen
•   Thermofühler-Meldung: Brenner nicht gezündet, (Timeout),   
•   Thermofühler-Meldung: Brenner im Betrieb erloschen.

Störungs-Maßnahmen
•   Gaszufuhr adressierter Einzel-Brenner schließen,
•   Fehlermeldung generieren,
•   Neustart-Versuch,  adressierter Einzel-Brenner (Anfahren).
 
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 01 Oktober 2017, 18:30:33
Wir ihr seht, ist die Aufgabenstellung recht komplex.
Die Steuerung der Brenner-Zündung ist aber nur ein Teil vom Ganzen; man muss Alles im Zusammenhang betrachten. Im Betrieb muss die Turbinen-Drehzahl überwacht und geregelt werden, ebenso überwacht werden müssen, die Temperatur und der Druck des Speisewassers (Zerstäubung), die Abgastemperatur, der Gas-Druck, der Leck-Gas Sensor und letztendlich die Batterie-Spannung. Dabei soll die Einrichtung so klein wie möglich sein, nicht viel kosten, wenig Strom verbrauchen und leicht zu verändern oder zu erweitern.
 
Ich befasse mich seit Monaten mit diesen Themen und habe sie systematisch aufgearbeitet; 
Ich wollte euch nun eine Lösung zu einem sehr spezifischen Problem beschreiben und euch in gewohnter Weise mit auf den Weg von der Aufgabenstellung, über die Entwicklung, entsprechenden Tests bis zur Problemlösung mit nehmen und falls gewünscht, auch wieder die theoretischen Hintergründe beleuchten.

Ich bin im professionellen Umgang mit Elektronik nicht unerfahren, ich habe mich fast mein ganzes Berufsleben damit befasst. Deshalb würde ich Elektronik auch nicht als mein Hobby bezeichnen. Für mich ist sie nur eine Möglichkeit bestimmte Probleme zu lösen.
Hierzu musste ich meinen in die Jahre gekommenen Mess- und Testgeräte-Park modernisieren. Die Bilder 3 und 4 zeigen meinen Elektronik-Laborplatz.

Ihr seht nicht nur ein Zwei-Kanal Digital-Speicher-Oszilloskop mit USB-Schnittstelle, sondern auch einen Zwei-Kanal Arbiträr Signal-Generator; neben den Standard-Signalen Sinus, Rechteck, Dreieck, Sägezahn, Impuls, Treppen-Spannungen u.a.m. kann ich noch zwanzig willkürliche (arbiträre) Signale mit Hilfe einer Software generieren, abspeichern und bei Bedarf abrufen. Dieser Generator verfügt ebenfalls über eine PC-Schnittstelle und kann bei bestimmten Versuchen per Programm ferngesteuert werden.
Neben einem Hand-Multimeter,  seht ihr ein Digitales Tisch-Multimeter; das neben einer Vielzahl von Funktionen, auch über seine PC-Schnittstelle für Langzeit-Beobachtungen zur Erstellung von Mess-Reihen beliebiger Länge benutzt werden kann (Data-Logger). 
Abgerundet wird der Geräte-Park durch einen USB-Acht-Kanal Logic-Analyzer, sowie ein Test-Gerät für Transistoren, Dioden, Induktivitäten, Widerstände und Kondensatoren; es ermittelt nicht nur die physikalischen Werte, sondern auch die Funktion mit automatischer Typ-Erkennung.
Die Spannungsversorgung übernehmen zwei Labor-Netzgeräte für Gleich- und Wechselspannung 0 -30 V, 5 A.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 02 Oktober 2017, 10:26:30
Im Rahmen meiner Untersuchungen wurden zwischendurch immer wieder aus diskreten Bauteilen erstellte und auch etliche  im Handel erhältliche Hochspannungs-Generatoren und Booster-Module, unter den unterschiedlichsten Bedingungen eines Echt-Betriebes auf ihre Eignung getestet.
Die Test-Einrichtung bestand im Wesentlichen aus einem, der vier zum Einsatz kommenden Rothenberger Gasbrenner von 14 mm Ø, eingesetzt in einem Stück Edelstahlrohr 30 mm Ø. 
Die Zusatzluft kam von einem kleinen, von Hand regelbaren Radial-Lüfter. Die Gasmenge wurde ebenfalls von Hand reguliert. Die Elektrode war die Zündkerze mit Kabel eines Piezo-Gasanzünders; sie war allerdings für den späteren Einsatz etwas zu groß.
Zündkerzen für Modell-Motoren habe ich auch ausprobiert. Die sind zwar klein, aber nicht nahe genug am Brenner-Ausgang montierbar.  Erst wenn das Rohr fast mit Gas-Luft-Gemisch gefüllt war, bewirkte die Zündung eine Verpuffung. Das erschien mir aber nicht unbedingt wünschenswert.

In den meisten Fällen war die Hoch-Spannung zwar ausreichend, um eine ansehnliche Funken-Strecke zu überbrücken, die Energie des Funkens reichte aber nicht immer, um unter den verschiedenen Bedingungen (Temperatur, Luft- und Gasmenge, Luftfeuchtigkeit) sicher zu zünden.
Auch der, in einigen Fällen erzeugte „Funken-Regen“ sieht nur spektakulär aus.

Mit der Faust-Regel, 1 mm Funken-Strecke gleich 1000 V, lässt sich die Spannung zwar schätzen, aber wenn der Elektroden-Abstand zu groß gewählt wird, steigt die Spannung so hoch, dass es schon in der Sekundär-Wicklung des Zünd-Transformators zum Spannungs-Überschlag kommen kann und die Isolation zerstört wird. Ich habe mit einem etwas fragwürdigen Ergebnis, die Hochspannung mit einem Spannungstester für Weidezäune ermittelt.

Bei den, im Handel erhältlichen Hochspannung-Generatoren wird zwar die Betriebs-Spannung und auch die etwa erzielbare Hochspannung angeben, aber kaum Angaben zum Energie-Inhalt des Funkens gemacht.
 
Bei den Trigger-Trafos für Xenon-Blitzlampen wird in der Regel eine maximale Spannung genannt, sowie eine Empfehlung zur Kapazität des Trigger-Kondensators gegeben; so lässt sich die Ladeenergie E berechnen.
Die Energie reicht offensichtlich für das elektrische Feld zum Auslösen eines Xenon-Blitzes, aber zum Zünden eines Gas-Luft-Gemischs ist sie meisten zu gering.
 
Das Test-Ergebnis: Bei ggf. vier, hintereinander zu zündenden Brennern einer Turbine oder gar acht Brennern bei zwei Turbinen einer Fregatte, erzielten bei einer niedrigen Zündfolge-Frequenz energiereiche  Funken von E > 0,3 mJ (Milijoule) eine höhere Zünd-Sicherheit, als ein Regen energiearmer Funken, trotz hoher Spannung. Voraussetzung ist allerdings, dass die Elektrode direkt an der Brennermündung montiert wird.

Bei einem, aus handelsüblichen Bauteilen erstellten und vergossenem Modul, sowie lediglich einem käuflich erworbenen, genügte so in der Regel ein Funke zur erfolgreichen Zündung
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 02 Oktober 2017, 10:45:44
Eine Lösung mit zentraler Hochspannungs-Erzeugung und ihre Verteilung zu den Zündelektroden der Brenner über „sperrige“ Hochspannungskabel scheiden aus Gründen der Betriebssicherheit aus.

Vergossene Zündmodule, aus diskreten Bauteilen erstellt, oder im Handel erworbene Hochspannungs-Generatoren, ebenfalls vergossen, werden stattdessen in unmittelbarer Nähe zu den Elektroden, an der Turbinen-Rückseite montiert.
Sie sollen so klein wie möglich sein und sich auf ein Minimum an Bauteile beschränken.
Sie werden durch geeignete Kabel über einen Kabelverteiler im Turbinenraum mit der Zündsteuerung und ggf. mit einem Spannungswandler 12 V = / 350 V = verbunden, oder aber bei Verwendung der favorisierten  BQLZR- Booster mit einem Spannungsregler 5 V/3 A (Bild 5).
 
Diese Booster sind mit 20 x 20 x 25 mm eine unschlagbare Alternative; sie zeigten mit ihren sehr energiereichen Funken hervorragende Zünd-Ergebnisse, die allerdings mit einem Strom von ca. 3 A bei 5 V erkauft werden.
Ich werde zuerst nach einer eigenen Lösung auf der Basis von sehr kleinen XENON-Trigger-Transformatoren
 (5 x 8 x 27 mm) suchen. Sie erzeugen mit einem Trigger-Kondensator von 2,2 μF und einer Spannung von 350 V, Funken mit E ≈ 0,4 mJ.
Den Bau des Spannungs-Wandlers muss ich in Kauf nehmen. Ich werde aber auf alle Fälle die Zündsteuerung so auslegen, dass nach einer kleinen Änderung des Ausgangsteils, die Booster über Leistungs-MOSFET mit Spannungs-Impulsen angesteuert werden.

Der Testaufbau der Zündeinrichtung besteht somit vorerst aus:

1 Spannungs-Wandler  12V=/350V=,
1 Steuerteil, (Zünd-Steuerung)
4 Thyristor-Zündmodule.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 02 Oktober 2017, 12:16:41
Testaufbau
Aufgabenstellung der Zündeinrichtung
Ein Spannungs-Wandler erzeugt aus einer Batterie-Spannung von 12 V eine Gleichspannung von  >350 V zum Betrieb der Thyristor-Zündmodule.
Die Zünd-Steuerung generiert die Zünddauer und den Takt der Zündfolge, decodiert die Adressen der Brenner bzw. der Brennergruppen und erzeugt entsprechend der Vorgaben des Turbinen-Steuerprogramms die Steuerimpulse des jeweiligen Zündmoduls; sie überwacht die Brennerfunktion, generiert Störungsmeldungen und übernimmt die Schnell-Abschaltung der  Gaszufuhr.
Die vergossenen Zündmodule werden am Dampf-Erzeuger der Turbine in unmittelbarer Nähe der Brenner montiert. Spannungs- und Wärmefeste Steuerkabel verbinden die Module über einen Kabelverteiler mit dem Steuerteil und leiten ihnen auch die Betriebsspannungen zu.
Mit der Gleichspannung von 350 V werden die Trigger-Kondensatoren der vier Zündmodule aufgeladen. Durch positive Trigger-Impulse an den Gates ihrer Thyristoren werden diese leitend und der Kondensator entlädt sich über die Primärwicklung des (XENON)Trigger-Transformators. Durch das Übersetzungsverhältnis der Wicklungen entsteht an der Sekundärseite ein kräftiger Hochspannungs-Impuls von mehreren tausend Volt.

Über temperaturbeständige  Leitungen sind die Thermofühlern der Flammen-Überwachung ebenfalls am Kabelverteiler angeschlossen und kurze Hochspannungskabel führen zu den Zündelektroden.

Spannungs-Wandler
Nur der Vollständigkeit halber, und wegen des geringen Aufwandes, habe ich auch einen Sperrwandler auf seine Eignung getestet.  Ein solcher Eintakt-Sperrwandler wird im Gas-Anzünder (Bild 1) verwendet.
 
Der Gas-Anzünder zeigt, dass bei optimaler Abstimmung der Bauteile ein recht ordentliches Ergebnis erzielt werden kann. Die Funken-Energie ist mit E = 0,23 mJ vergleichsweise niedrig, aber die hohe Zündfolge führt letztlich zu einer erfolgreichen Zündung.
Bei einem solchen Sperrwandler kommt dem Transformator eine besondere Schlüsselfunktion zu.
Wichtig für die Höhe der erzielbaren Spannung ist nicht nur das Verhältnis zwischen Primär-Wicklung und Sekundär-Wicklung, sondern auch die Windungszahl der Rückkopplung.
 
Das Material für den Transformatorkern eines Spannungswandlers ist so zu wählen, dass sich bei der Impulsfolge-Frequenz möglichst geringe Verluste ergeben.
Ferrite gestatten Arbeitsfrequenzen bis 15 kHz ohne große Verluste. Kerne aus Dynamoblech erlauben Impuls-Frequenzen bis max. 4 kHz.
Bei der erzeugten Spannung wird ein annähernder Rechteck-Verlauf angestrebt, also ein ständiger Wechsel zwischen Stromfluss und Sperrung.
Der höchste Wirkungsgrad ergibt sich bei einem Stromfluß-Verhältnis  T1 : T = 0,6. Dabei sind T1 die Stromfluss-Zeit und T die Periodendauer. Um Idealwerte zu erzielen ist ein bestimmtes Verhältnis zwischen den Windungszahlen erforderlich. Das ungefähre Windungsverhält zeigt z.B. der Transformator eines Sperrwandlers
 5 V=/300 V≈.
Bei Verwendung eines Ferrit-Schalenkernes (23 Ø x 16 mm, 1100 N22), hat w1 = 17 Wd,
w2 = 10 Wd und w3 = 725 Wd.
 
Der Testaufbau entspricht im Prinzip dem Stromlaufplan des Gas-Anzünders (Zeichnung 1). Ich habe den Stromlaufplan zum besseren Verständnis der Funktionen der Transformator-Wicklungen leicht geändert (Zeichnung 2).
Wir erkennen w1 = Primärwicklung, w2 = Rückkopplung und w3 = Sekundärwicklung.
Statt eines pnp-Transistors habe ich einen npn-Typ BC 108C verwendet und die Polarität der Versorgungsspannung getauscht. Die automatische Trigger-Schaltung habe ich durch einen Taster mit Pull-Up-Widerstand ersetzt.
Die Herstellung eines speziellen Transformators war mir in Anbetracht des zu erwartenden ungünstigen Wirkungsgrades zu aufwendig, stattdessen ist der Transformator ein handelsüblicher Print-Trafo
220 V/2 x 6 V.

Bei meinem Testaufbau mit Print-Trafo waren die Wicklungen w1 und w2 gleich ( …2 x 6 V !) und damit die Rückkoppelspannung zu hoch um vernünftige Ergebnisse zu erzielen.
Bei einer Versorgungs-Spannungen von >5 V rissen die Schwingungen ab.
Die Arbeitsfrequenz war mit ca. 500 Hz optimiert und es wurde eine Sekundär-Spannung von ≈ 290 V erreicht, aber das Tastverhältnis war zu niedrig und es dauerte entsprechend lange bis der Kondensator aufgeladen war.
Bild 6 zeigt den Testaufbau und Bild 001 den Verlauf von Basis- und Ausgangs-Spannung, sowie einige Messwerte.
Von einem Gegentakt-Wandler erhoffe ich mir bessere Resultate.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 03 Oktober 2017, 10:41:08
Was beim Sperrwandler als Nachteil galt, nämlich die gleiche Windungszahl der beiden Primär-Wicklungen w1 und w2, ist bei einem Gegentakt-Wandler unabdingbar.
Hier kann der preiswerte Print-Trafo seinen Nutzen entfalten. Ein Gegentakt-Wandler hat gegenüber einem optimierten Eintakt-Sperrwandler etwa die doppelte Leistungsausbeute und eine besonders geringe Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Belastung.
Der geringfügige Mehraufwand ist in jedem Fall gerechtfertigt.
Er arbeitet mit zwei Transistoren, denen zwei gegenphasige, symmetrische Rechteckspannungen zugeführt werden, so dass die Transistoren wechselseitig Strom durch die Wicklungen w1 und w2 führen und in Abhängigkeit vom Übersetzungsverhältnis eine Spannung in der Sekundär-Wicklung w3 induziert wird (Bild 002). Die Spannung erreicht im Leerlauf, also ohne Last 620 V (Vmax) und 1,5 kV von Spitze zu Spitze (VPP).

Die steuernde Rechteckspannung wird durch einen astabilen Multivibrator (4047) erzeugt. 
Die Zeichnungen 3 und 4 zeigen den Stromlaufplan des Versuchsaufbaues mit jeweils unterschiedlichen Transistor-Typen.
Bild 003 zeigt die Rechteckspannungen an den Ausgängen Q und /Q des Multivibrators und Bild 004 darüber hinaus die geglättete Ausgangs-Gleichspannung hinter dem Ladekondensator CL.

Zeichnung 3 zeigt einen Gegentakt-Wandler mit Darlington-Transistoren MJH 11017 und einem Transformator mit zwei 9 Volt Wicklungen und Zeichnung 4 mit N-Kanal MOSFET IRF 640 bzw. 840 und einem Transformator mit zwei 6 Volt Wicklungen.
Darlington-Transistoren als Schalter gemäß Zeichnung 3 erbrachten gegenüber MOSFET der Zeichnung 4 keine  wesentlichen Vorteile; lediglich die Anstiegszeiten sind etwas kürzer.
Darlington-Transistoren mögen bei Wechselrichtern mit Sinus-Ausgangsspannung sinnvoll sein, für unsere Anwendung sind sie unnötig groß und teuer.

Der Wandler wird demnach  mit MOSFET IFR 840 (8A, 500V) bzw. IFR 640 (18A, 200V) betrieben.
Wegen des hohen Eingangs-Widerstandes am Gate (Anschluss 1) der MOSFET können die Strom-Begrenzungswiderstände von 1,6 kΩ an den Ausgängen Q und /Q  des 4047 (astabiler Multivibrator) entfallen.
Bei Verwendung  eines Print-Trafos 220V/2x9V 3,2 VA stellt sich eine maximale Ausgangsspannung von ca. 300 V ein.
Ein Trafo 220V/2x6V 3,2 VA bringt durch das größere Übersetzungsverhältnis von Primär- und Sekundär-Wicklung  eine deutlich höhere Ausgangsspannung von >380 V; der Trigger-Kondensator wird schneller aufgeladen. So ergeben sich auch bei schneller Zündfolge noch kräftige Funken.
Die Ausgangsspannung kann im Leerlauf mehr als 400 V annehmen, der Gegentakt-Wandler sollte daher in dieser Konstellation nicht unnötig ohne Last betrieben werden.
Ein Ladekondensator 0,47 μF, 400 V glättet die hohen Spannungsspitzen.  Ein Elko 100 μF, 40V dient der Rückwärtssiebung der 12 V Versorgungs-Spannung. Bild 7 zeigt den Testaufbau 03 erweitert um eine Thyristor-Zündschaltung.
Beim Starten von vier Brennern, wie im Falle der direkt beheizten Modell-Dampfturbine, ist ggf. eine hohe Folge von Zündungen erforderlich. Soll die Funken-Energie nicht zu weit absinken, ist die Verwendung eines Transformators mit einer höheren Leistung zu empfehlen, z.B.  220V/2x6V 5,0 VA.
(Achtung! Die Ausgangsspannung kann bis 500 V ansteigen.)



Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 03 Oktober 2017, 15:44:01
Impulsgenerator und Zündmodul.
In Bild 8 seht ihr den Testaufbau 04. Er besteht aus einem Gegentakt-Wandler mit Feldeffekt-Transitoren  IFR 840, einem Print-Trafo 220V/2x6V 5,0 VA und einem IC 4047 als astabiler Multivibrator gemäß Zeichnung 4, wie oben beschrieben.
Der Testaufbau wurde um ein Thyristor-Zündmodul mit einen Leitungstreiber (4041), sowie einen Timer (NE555) erweitert. Stromlaufplan, (Zeichnung 5).
Die Zündmodule arbeiten mit Thyristor TIC 126N (12A, 800V).
Die Thyristoren werden durch Impulse mit einer Länge von 2 bis 5 ms getriggert.
Der Timer 555 (IC 1) arbeitet als One-Shot-Generator (astabiler Multivibrator). Durch eine fallende Spannungs-Flanke an seinem Anschluss 2 wird am Ausgang (Anschluss 3) ein Impuls generiert, dessen Länge durch das RC-Glied  R3, R4 und C4 bestimmt wird. Mit dem Potentiometer R3 lassen sich Impulslängen zwischen 2 und 10 ms einstellen.
Ein Elko 2,2 μF in der 12 V Zuleitung schützt die Schaltung vor schädlichen Spannungs-Spitzen.
Sollen die Thyristoren periodisch gezündet werden, ist am Anschluss 2 ein entsprechendes Rechteck-Signal von 2 Hz anzulegen.
Im Versuchsaufbau wird dieses Rechteck-Signal durch einen externen Signalgenerator erzeugt. In Bild 005 sehen wir das von außen zugeführte Rechteck-Signal (Kanal 1, gelb) sowie die Zünd-Impulse (Kanal 2, blau).
Die Impulslänge sollte nicht größer sein als 5 ms, denn während ihrer Dauer ist der jeweilige  Thyristor leitend und schließt nach der Entladung des Trigger-Kondensators die Ausgangsspannung quasi über den Strombegrenzungs-Widerstand von 27 kΩ kurz; der Trigger-Kondensator kann sich nicht erneut aufladen und die beteiligten Bauelemente werden besonders belastet.
 Die einzelnen Zündmodule sind durch Dioden 1N4007 (1000 V, 1A) an ihrem 300 V-Anschluss gegeneinander entkoppelt.

Die Zündmodule werden direkt an den Dampferzeugern der Turbine montiert und von der abgesetzten Zündsteuerung über eine Zuleitung von max. 1 m gesteuert. Zum Treiben der Steuerleitung und zur Stromanpassung ist ein 4-fach CMOS-TTL-Puffer 4041 (IC 2) zwischen geschaltet. Die Steuerleitung besteht aus verdrillten Einzeldrähten oder mehradriger Telefonleitung mit statischem Schirm.
Die Leitungsenden werden durch Widerstände von 22 kΩ abgeschlossen; Widerstände von 1,6 kΩ an den Gates der Thyristoren dienen der Strombegrenzung auf 7,5 mA.
Im Versuchsaufbau wird die Steuerleitung durch eine Labor-Leitung (grün) von 1 m Länge simuliert.
Bild 006 zeigt den Verlauf der Spannung an der Anode des Thyristors, sowie den auslösenden Zündimpuls von ≈ 5 ms.
Zum Schutz der (XENON)Trigger-Trafos werden ihren Primärwicklungen Varistoren 300 V parallel geschaltet; darüber hinaus unterdrücken Kondensatoren 10 nF, 500 V ggf. Störfrequenzen. 
Die Trigger-Kondensatoren 2,2 μF sind Metall-Folien-Ausführungen mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 400 V. Betriebssicherer wären teurere Impuls-Kondensatoren  2,2 μF, 630 V (WIMA, Typ FKP1).
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 04 Oktober 2017, 08:22:18
Werden vier Zündmodule nacheinander mit Impulsen 2 Hz, 5 ms getriggert, schwankt die Ausgangsspannung des Gegentakt-Wandlers zwischen 340 V und max. 375 V.
Die Versuche wurden bei einer Betriebsspannung UB = 12 V, einer Wandler-Frequenz von 1,5 kHz und  Funkenstrecken  von 2,5 mm durchgeführt. 
Größere Funkenstrecken  werden auch überbrückt, belasten jedoch den Trigger-Trafo.
Der Betrieb ohne Funkenstrecke oder mit zu großem Elektroden-Abstand führt zum Spannungs-Überschlag innerhalb der Sekundärwicklung des Trigger-Trafos und ggf. zu seiner Zerstörung.

Bei einem Dauertest von 1 Stunde wurden keine nennenswerten Erwärmungen festgestellt.
Es ist jedoch empfehlenswert  die MOSFET des Gegentaktwandlers, besonders aber die Thyristoren der Zündmodule mit Kühlkörpern zu versehen oder mit einer Glimmerscheibe Isoliert, auf einer Metallfläche zu montieren.
Die Stromaufnahme des Versuchsaufbaues beträgt  bei 12 V ca. 120 mA, Spitzen max. 220 mA.
Die Schaltung funktioniert auch mit UB = 9 V (Ausgangsspannung ca. 290 V), die Zündfunken sind dann bei gleicher Zündfolge weniger kräftig.
 Bei UB = 6 V (Ausgangsspannung  > 220 V) dauert die Aufladung eines Trigger-Kondensators entsprechend länger und erlaubt nur Zündfolgezeiten von etwa 3 Sekunden.
Diese Zeit ist günstigsten Falls bei einer einzelnen Funkenstrecke und Auslösung von Hand akzeptabel.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 04 Oktober 2017, 17:13:48
Zündsteuerung
Blockschaltbild
Anhand des Blockschaltbildes (Zeichnung 6) werden die Funktionen der wichtigsten Komponenten von links nach rechts beschrieben.
Für die Zündsteuerung wurde C-MOS-Technologie gewählt; sie kann demnach mit Versorgungsspannungen von 5 bis 15 V betrieben werden.
Wir sehen links einen der beiden Decoder eines integrierten C-MOS-Schaltkreises 4555 (…im Folgenden als IC’s bezeichnet).  Das IC1 (4555) besteht aus zwei so genannten 1- zu 4-Decodern.
Der erste Decoder hat die Aufgabe, den aus zwei Bit bestehende  Code der Turbinen-Betriebsart  in vier verschiedene  Steuersignale umzuwandeln.

                                                              Betriebsart-Code (2 Bit)
                          Gruppe 0:  Einzel-Brenner (adressierbar)      Code 00,   DEC1 Q0 
                          Gruppe 1:  Brenner 1 und 2                         Code 01,   DEC1 Q1
                          Gruppe 2:  Brenner 3 und 4                         Code 10,   DEC1 Q2
                          Gruppe 3:  Alle Brenner                               Code  11,  DEC1 Q3.

Im Testaufbau wird dieser Code mit einem 2 Bit-DIL-Schalter (S1) gebildet; im realen Betrieb wird der Betriebsart-Code durch den Mikro-Controller der Turbinensteuerung bereit gestellt.
Die Steuersignale an den Ausgängen Q1 und Q2 des Decoders 1 werden IC3 (4027) und das Signal vom Ausgang Q0 dem IC5 (4019)  zugeführt.
 IC 4027 besteht aus zwei so genannten J-K-Flip-Flops (kurz FF genannt). Diese beiden FF sind zu einem synchronen, binären Ring-Zähler zusammen geschaltet (Zeichnung 7).

Neben den jeweiligen Steuereingängen J und K verfügen die FF‘s über weitere Steuereingänge R (Reset) und S (Set) mit denen ihr Verhalten ebenfalls beeinflusst werden kann.

In der Betriebsart Gruppe 3  „Alle Brenner“, Code 11, hat das Signal am Ausgang Q3 des Decoders keine steuernde Funktion. So bildet der Ringzähler an den Ausgängen D1 und D2 der FF’s, im Takt fortlaufend die 2-Bit Adress-Codes der Brenner 1 bis 4. Diese Betriebsart kommt im realen Turbinenbetrieb nicht vor, sie dient lediglich dem Funktionstest.
Der Takt an den Eingängen C (Clock) der beiden FF’s mit einer Frequenz von 0,66 Hz wird durch  IC4, einem Timer 4047 erzeugt.
Liegt an den Eingängen B und A des Decoders 1 der Code  01, also Betriebsart „Gruppe 1“ an, so wird sein Ausgang Q1 „high“, bildet also eine logische 1 am Steuereingang R2 des zweiten FF, hierdurch wird dessen Ausgang D2 ständig auf „low“, also 0 gesetzt; der Ringzähler erzeugt nur noch fortlaufend die Adress-Codes der Brenner 1 und 2.
Ähnlich verhält es sich beim Code 10 der Betriebsart „Gruppe 2“, Ausgang Q2 wird „high“, und setzt über den Steuereingang  S2 den Ausgang D2 auf ständig „high“ (1); es werden nur die Adress-Codes der Brenner 3 und 4 erzeugt (Zeichnung 7a). 
In der Betriebsart „Gruppe 0“, Code 00 (Einzel-Brenner) wird Ausgang Q0 des Decoders 1 „high“ (1); er ist mit dem Steuereingang  Kb und über einen Inverter mit Steuereingang Ka des IC5 (4019) verbunden. Beim IC 4019 handelt es sich um ein umschaltbares 4-Bit Gate.
Wir nehmen in unserem Fall davon nur jeweils zwei Bit in Anspruch.

Wird durch das Steuersignal der Eingang Kb „high“ (1) und über einen Inverter des IC2 der Steuereingang Ka gleichzeitig „low“, also 0, schaltet das IC die vom Ringzähler kommenden Adress-Signale an seinen Eingängen A1 und A2 ab und schaltet stattdessen die, am DIL-Schalter (S2) eingestellte Brenner-Adresse der Eingänge B1 und B2 auf seine Ausgänge D1 und D2.
Im realen Betrieb wird die Adresse eines Einzel-Brenners ebenfalls vom Mikro-Controller der Turbinensteuerung erzeugt.
Das IC2 (4069) verfügt über sechs unabhängige Inverter, die an verschiedenen Stellen der Zündsteuerung zum  Signal-Invertieren Verwendung finden.

       Brenner-Adressen (2 Bit)
Brenner 1:      00
Brenner 2:      01
Brenner 3:      10
Brenner 4:      11

An den Ausgängen D1 und D2 des Gates IC5 liegen in Abhängigkeit von der Betriebsart die 2-Bit-Adressen der Brenner an. Im zweiten Decoder des IC1 (4555) werden die Adressen decodiert und die Zündimpulse  über die Ausgänge Q0 bis Q3 den einzelnen Brennern zu geleitet. Die Zündimpulse  werden im zweiten Timer des IC6 erzeugt und über einen Inverter (IC2) dem Steuereingang /E (Enable) zugeführt.
Die Zündfolge-Frequenz von 2 Hz wird im ersten der beiden Timer des IC6 (NE556) erzeugt und im zweiten Timer, als astabiler Multivibrator geschaltet (One-Shot-Generator), in Impulse von ca. 3 ms umgewandelt.
An die Ausgänge E, G, K und M des IC7 (4041) werden über eine max. 1 m lange Steuerleitung die vier Zündmodule angeschlossenen. IC7 dient als Leitungstreiber, sowie der Pegel-Anpassung.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 05 Oktober 2017, 12:42:24
Testaufbau
Auf einem ausreichend großem Breadboard, auch  Steckboard oder einfach Experimentierboard genannt
(hier 2390 Kontakte) folgt der Aufbau dem Stromlaufplan (Zeichnung  8 ).
Das Board sollte über drei Reihen für integrierte Schaltkreise in Dual-Inline-Bauweise (DIL) und zur Vereinfachung der Verkabelung über entsprechende, parallel laufende Reihen für die Versorgungsspannung verfügen.
Die u.U. mehreren Versorgungsspannung  werden über seitlich liegende  Steck-und Klemmanschlüsse für Labor-Leitungen mit 4 mm Bananenstecker zugeführt.
Die Spannungsversorgung erfolgt durch  Labor-Netzgeräte.

Zuerst positionieren wir die IC’s gemäß Stromlaufplan. Der Stromlaufplan ist weitgehend Leitungsweg optimiert und folgt in der Anordnung der Bauelemente nicht unbedingt dem Blockschaltbild, das dem besseren Verständnis der einzelnen Funktionen dienen soll.
Wir positionieren demnach  IC4, IC6 und IC2 in der unteren Reihe und lassen zwischen ihnen einigen Raum für die diskreten Bauelemente, wie Einstell-Potentiometer, Widerstände, Kondensatoren und Dioden (siehe Bild 9).
Bei den Einstell-Potentiometern empfehlen sich stehende Präzisions-Spindelpotentiometer  mit 25 Gängen und oben liegender Einstell-Schraube. Bei den verwendeten Widerständen ist eine Leistung von 0,25 W ausreichend, die Kondensatoren sind in der Regel in Metall-Folien-Ausführung  für Spannungen von 60 oder 100 V.
In der mittleren Reihe positionieren wir IC3, IC5, IC1 und IC7. Zwischen IC5 und IC1 legen wir die DIL-Schalter S2 und S1. Im Allgemeinen genügt zwischen den IC’s ein Abstand von einer Kontakt-Reihe, da hier bis auf die Pull-Down-Widerstände der DIL-Schalter und des Leitungstreibers (IC7) keine diskreten Bauelemente zum Einsatz kommen. Zwischen den DIL-Schaltern sollte allerding ausreichen Raum zur Bedienung bleiben.
Bei den Verbindungsleitungen handelt es sich um verschieden farbige Breadboard-Jumper mit beidseitigen Steckern (Male to Male) in drei Längen. Sie sind, wie das Breadborard für kleines Geld z.B. bei Amazon erhältlich.  Zumindest die kurzen Verbindungen zwischen den Anschlüssen der IC’s werden durch gebogene Brücken aus blankem Schaltdraht gefertigt.
Die obere Reihe bleibt der späteren Unterbringung der vier Zündmodule vorbehalten.

Damit wir nicht den Überblick verlieren oder das fragile Gebilde wieder zerstören, verdrahten wir die einzelnen IC’s nacheinander. Nach der Verdrahtung verbinden wir sie mit den entsprechenden Testeinrichtungen (z.B. Speicher-Oszillograph) und schließen sie provisorische an die Versorgungsspannung an. 
Wir überprüfen ihre Funktion und stellen ggf. die geforderten Werte ein.  Nach erfolgreicher Funktionsprüfung trennen wir die Versorgungsspannung und fahren mit der Verdrahtung des nächsten IC fort; wir verbinden es ggf. mit den vorherigen IC’s und prüfen ihr Zusammenspiel,  usw. usw.

Wir beginnen also mit der Verdrahtung des IC4 (4047). IC 4047 arbeitet hier als astabiler Multivibrator (Rechteck-Signal-Generator).
Das Ausgangssignal ist symmetrisch mit einem Tastverhältnis von 50% und liegt an den Ausgängen Q (10) bzw. /Q (11) an.
Die Ausgangsfrequenz von 0,66 Hz wird durch die Zeitkomponenten C = 3,3 μF und R = 250 kΩ bestimmt.
R ist als einstellbares Trimm-Potentiometer ausgelegt. Wir schließen den Oszillographen (Zeitbasis 500 ms/T) an Anschluss 10 des IC an, verbinden die Schaltung durch einen Jumper mit der Versorgungs-Spannung und stellen möglichst genau 666,6 mHz ein (Bild 006).
Wir trennen die Versorgungs-Spannung und verdrahten das IC6 (NE556). Das IC NE556 ist ein Zweifach-Timer.
Der erste Timer arbeitet im Oszillator-Betrieb. Seine Frequenz von 2 Hz und das Impuls-Pausenverhältnis von etwa 2 : 1 werden von den Widerständen 100 kΩ , 150 kΩ, sowie dem Trimm-Potentiometer 200 kΩ und dem Kondensator 1,5 μF bestimmt (Bild 007).
Der zweite Timer arbeitet als One-Shot-Generator (astabiler Multivibrator) und erzeugt durch den Widerstand 10 kΩ, das Trimm-Potentiometer 100 kΩ und den Kondensator 82 nF, Impulse von ca. 3 ms.
Der One-Shot-Generator wird durch die fallenden Flanken des invertierten (IC2) Ausgangssignals  von Timer 1 über ein Differenzier-Glied (22 nF, 10 kΩ) getriggert (Anschluss 8 ).
 
Das Bild 008 zeigt die, mit dem Poti 200 kΩ eingestellte Frequenz von 2 Hz (Anschluss 5) auf dem Kanal 1 (gelb) invertiert und die, mit dem Poti 100 kΩ eingestellten Impulse (Anschluss 9)  auf Kanal 2 (blau). In der Klammer die jeweiligen Anschlusspunkte der Tastköpfe des Oszillographen.

Zum Invertieren des Ausgangssignals von Timer 1 haben wir das IC2 (4069) bereits teilverdrahtet und mit der Versorgungsspannung verbunden.

Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 06 Oktober 2017, 10:01:18
Bevor wir mit der Verdrahtung der IC’s der mittleren Reihe beginnen, montieren wir die vier Pull-Down-Widerstände und Schaltdrahtbrücken an den beiden DIL-Schaltern S1 und S2.
Die Funktion von IC3 (4027) wurde bereits bei der Erläuterung des Blockschaltbildes beschrieben. Um seine Funktion zu testen muss allerdings  der erste Decoder von IC1 (4555) und der DIL-Schalter S1 vorverdrahtet werden.
Die Frequenz des Rechteck-Signals am Ausgang D1 des Ringzählers hat unabhängig von der eingestellten Betriebsart 333,3 mHz, also die halbe Taktfrequenz. Die Breite der Rechteck-Halbwellen bildet mit ihrer Länge von 1,50 Sekunden die Zünd-Zeit pro Brenner (Bild 009).
Wie Bild 009 ebenfalls verdeutlicht, werden in der Zünd-Zeit von 1,5 s (Kanal 2, blau) drei Zünd-Impulse generiert (Kanal 1, gelb); sie sollen möglichst gleichmäßig über die Zeit verteilt sein.
Hierzu ist ein Gleichlauf  (Synchronlauf) der Taktfrequenz von 0,66 Hz und der Zündfolge-Frequenz von 2 Hz erforderlich.
Aus der fallenden Flanke der Taktfrequenz (IC4, Anschluss 10) generieren wir mit Hilfe des Differenzier-Gliedes C = 10 nF und R = 1MΩ einen negativen Synchronisier-Impuls; Diode D unterdrückt die positiven Impulse (Bild 010).
Um diesen Gleichlauf zu verdeutlichen,  habe Ich ein Raster über das Display gelegt (Bild 011).
Die Synchronisier-Impulse werden dem Reset-Eingang (Anschluss 4) des ersten Timers von IC6 (NE556) zugeführt; sie setzen den Timer im Takt von 1,5 s (Zünd-Zeit-Zyklus) zurück.
Durch ggf. leichtes Nachtrimmen der Frequenzen wird sichergestellt, dass der Synchronisier-Impuls noch kurz vor einer fallenden Flanke der Zündfolge-Frequenz wirksam wird; triggert er zu früh, geht das Signal wieder auf „high“ zurück und es entsteht durch Austastung ein störender Impuls, triggert er zu spät, trifft er auf den Signal- Zustand „low“ und bleibt ohne Wirkung. Die richtige Einstellung mit perfekter Synchronisation zeigt Bild 012.
Die Verdrahtung der restlichen IC’s dürfte keine Probleme bereiten und es sind keine weiteren Einstellungen erforderlich.
Nach Beendigung der Verdrahtungs-Arbeit wird die Zündsteuerung auf korrekte Funktion der verschiedenen Betriebsarten, sowie die Einstellung der Brenneradressen bei der Betriebsart Gruppe 0 „Einzel-Brenner“ geprüft. Die Bilder 013a bis 016b zeigen einige Oszillogramme zur End-Kontrolle der Zünd-Steuerung.
Die Stromaufnahme bei 12 V Betriebsspannung beträgt < 30 mA.

Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 06 Oktober 2017, 10:04:02
Bild 013a,     Betriebsart    Gruppe 3:   „Alle Brenner“          Code  11,  DEC1 Q3.
Bild 013b,     … wie oben, jedoch bei Betrieb mit Versorgungsspannung 5 V.
Bild 014,       Betriebsart    Gruppe 2:   „Brenner 3 und 4“    Code 10,   DEC1 Q2.
Bild 015,       Betriebsart    Gruppe 1:  „Brenner 1 und 2“     Code 01,   DEC1 Q1.
Bild 016a/b,  Betriebsart    Gruppe 0:  „Einzel Brenner“        Code 00,   DEC1 Q0.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 06 Oktober 2017, 13:27:07
Zum Abschluss des ersten Teils dieses Betrags noch eine Anmerkung zu den Oszillogrammen.
Sie wurden mit einem Digitalen Zwei-Kanal Speicher Oszilloskop 50 MHz erstellt. Ich habe es bereits bei der Beschreibung meines Elektronik-Labor-Platzes erwähnt.
Dieses Oszilloskop ist über USB mit meinem PC verbunden und ich kann die übermittelten Oszillogramme oder Videos mit einem Bild- bzw. Video-Bearbeitungsprogramm bearbeiten und kommentieren.
Es ist zweifellos von großem Vorteil, die Form und den zeitlichen Verlauf elektronischer Signale und alle notwendigen Messwerte in Real-Zeit darzustellen und bei Einstellarbeiten die Veränderung unmittelbar zu beobachten.
Mir ist klar, dass die meisten Modellbauer weder über einen eigenen Oszillographen verfügen noch die Möglichkeit haben, einen zu nutzen. Wer die Investition von einigen hundert Euro scheut, dem bieten sich allerding  äußerst zweckmäßige Alternativen.
 Ohne nennenswerte Einschränkungen bei den technischen Leistungsmerkmalen bieten sich die wesentlich preiswerteren USB-Oszilloscope an. Sie sind ab etwa 60,- € zu haben (z.B. Hantek 6022BE bei Amazon) und werden mit dem vorhandenen PC verbunden. Ihre Software gestattet eine recht komfortabel Bedienung über die Tastatur bzw. Maus.
Ist das Budget noch schmaler, sollte man aber mindestens ca. 15,- € für einen 8-Kanal-Logic-Analyzer investieren (Amazon); er wird ebenfalls über eine USB-Schnittstelle mit dem PC verbunden.
Die erforderliche Software (Saleae 1.2.14) kann kostenlos herunter geladen werden. Die bis zu acht digitalen oder analogen Signale werden zwar nicht in Echtzeit dargestellt, sondern der Signal-Verlauf eines festlegbaren Zeitraums wird gespeichert und zur Analyse bzw. zum Messen auf dem Bildschirm dargestellt.
Bild 10 zeigt das Experimentier-Board mit dem Analyzer und seinen Signal-Anschlüssen, 
Bild 17a/b einen Screen-Shot der Bildschirm-Darstellung im Original und als Negativ, mit einigen Hinweisen zum Messen.

Über den Testaufbau 06 (…wie 05, jedoch mit vier Zündmodulen.) berichte ich zu einem späteren Zeitpunkt; außerdem ist ein Video geplant.

Bis bald!
Euer Turbo-Georg
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 16 Januar 2018, 12:07:21
Liebe Modellbaufreunde,
ich bin in der Zwischenzeit hinsichtlich der elektronischen Steuerung einer direkt geheizten Modell-Dampfturbine keineswegs untätig gewesen.
Ich habe für den oben beschriebenen Gegentaktwandler, sowie die Zündsteuerung   Leiterkarten-Layouts entworfen, davon Filme für die Belichtung erstellt, die belichteten Leiterkarten geätzt, zugeschnitten, gebohrt und mit Schutzlack versehen. Danach die fertigen Platinen mit Bauelementen bestückt, ihre Funktion getestet, die vorgegebenen Werte eingestellt und in Schutzgehäuse (IP65) eingebaut. Bild 11 zeigt diese Einbauten.

Hier nun die Beschreibung der Arbeiten im Einzelnen.

Für den Entwurf der Platinen-Layouts wurde das CAD-Programm KiCad verwendet; es steht im Internet kostenlos zum Download zur Verfügung. 
  http://kicad-pcb.org/download/

Das, auf dem WxWidgets-Framework basierende CAD-Suite zum Erstellen elektronischer Schaltpläne und Leiterplatinen mit bis zu 16 Ebenen, besteht aus vier einzelnen Tools:
Eeschema zum Bearbeiten von Schaltplänen,
Pcbnew zum Bearbeiten des Layouts für Leiterplatinen,
Gerbview zum Austausch von Daten im Gerber-Format und Cvpcb,
 sowie einem Grundmodul mit integrierter Projektverwaltung (Kicad).

Zuerst werden die Stromlaufpläne gemäß der o.a. Zeichnungen 4 und 8 in ein von KiCad lesbares Format gebracht. Hierzu verwendet man den Schaltplaneditor Eeschema mit seiner umfangreichen Bauteil-Bibliothek. Mit einem Bibliothek-Editor können vorhandene Bauteile bearbeitet oder neue Bauteile erstellt werden.
Vorher muss jedoch ein neuer Projektordner eröffnet werden. Unter dem Namen des Projektes werden alle zukünftig erstellten KiCad-Dateien abgelegt.

Die Bilder 12 und 13 zeigen die KiCad-Schaltpläne des Gegentaktwandlers und der Zündsteuerung. Nach Fertigstellung des jeweiligen Schaltplans werden ggf. automatisch alle Bauteile durchnummeriert und ein Check bezüglich der Einhaltung der elektrischen Regeln durchgeführt.
Ist alles in Ordnung, werden durch Aufrufen des Moduls CvPcb den Schaltplansymbolen  entsprechende Footprint-Layouts (Leiterbild, Bestückungsplan, ggf. Beschriftung usw.) zugeordnet. Durch NET wird eine Netzliste erstellt, die alle elektrischen Verbindungen beschreibt.
Nach dem Start des Leiterkarten-Designers wird die aktuelle Netzliste eingelesen. Auf dem Designer-Bord erscheinen die Footprints aller Bauteile als Cluster (Bündel bzw. Traube).
Zum besseren Überblick werden die Bauteile zuerst auf dem Bord vereinzelt und danach eine erste räumliche Zuordnung vorgenommen. Durch dünne Netzlinien werden die Verbindungen zwischen den Bauteilen dargestellt, sie unterstützen eine optimale Platzierung bzw. erleichtern das Routing (Verlegen der Leiterbahnen).

Mit den Mitteln des Modellbauers werden vermutlich Platinen-Layouts mit lediglich einer Leiterbahnebene (Layer) zu realisieren sein. Schwer oder nicht zu routende Verbindungen können allerdings beim Entwurf auf weitere Layer verlagert werden. Sie werden später durch Drahtbrücken auf der Löt- bzw. Bestückungsseite nachgebildet.
Bild 14 zeigt das vergleichsweise einfache Platinen-Layout des Gegentaktwandlers mit den Leiterbahnen und den Footprints der Bauteile.
Wie ihr seht, können Breite und Abstand der Leiterbahnen entsprechend der Stromstärke und der Spannung ebenso über die Design-Regeln festgelegt werden, wie die Größe der Löt-Pads und deren Bohrungen.
KiCad unterstützt auch eine 3D-Darstellung der bestückten Platinen. Die Bibliothek verfügt allerdings nicht für sämtliche Bauteile über entsprechende Darstellungen und beschränkt sich dann auf die Abbildung der Footprints. Bild 15 zeigt die 3D-Darstellung der Platine des Gegentaktwandlers daher nur teilweise bestückt.
In Bild 16 seht ihr die Druckvorlage für den Belichtungs-Film.

Falls Interesse besteht, würde ich auch gerne für Neueinsteiger in einem der nächsten Beiträge mit einem kleinen Tutoriell auf die Entwicklung von Leiterkarten mit KiCad eingehen.

In Kürze mehr. 
 
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 18 Januar 2018, 14:50:06
Wie uns der Stromlaufplan der Zündsteuerung im Bild 13 verrät, ist hier der Entwicklungsaufwand im Gegensatz zum Gegentaktwandler deutlich höher.

Um sich die Arbeit später etwas zu erleichtern, sollte man bereits bei der Erstellung des KiCad-Stromlaufplans versuchen, die Schaltplansymbole so anzuordnen, dass sich möglichst kurze Verbindungen mit möglichst wenig Überkreuzungen ergeben; das gilt besonders für Bauteile mit vielen Anschlüssen, wie z.B. IC’s.
Das verbessert nicht nur die Übersichtlichkeit, sondern dient auch der ersten Orientierung bei der Bauteilanordnung auf dem Bord des Leiterkarten- Designers.

In der Bauteil-Bibliothek des Schaltplan-Editors Eeschema sind auch ähnliche Bauteile nicht unbedingt in gleicher Weise und in gleicher Form dargestellt.
Vergleicht hierzu die Darstellung des IC 1 (4047) im Stromlaufplan Bild 12 mit der Darstellung des IC 4 im Stromlaufplan Bild 13, ebenfalls ein 4047.

Ich habe mit dem Bibliothek-Editor die Darstellung aller IC’s des Stromlaufplans Bild 12 auf ihre natürlichen Form als DIL14 oder DIL16 (Dual In-Line, deutsch: zweireihiges Gehäuse) vereinheitlicht.
Die Anschlüsse der Versorgungsspannung (VDD = Plus, und VSS = Minus) sind wegen der Übersichtlichkeit verdeckt und werden später zum Routing automatisch in die Netzliste übernommen.
Bild 17 zeigt das Platinen-Layout der Zündsteuerung komplett mit allen Lagen und allen Elementen, Bild 17a den KiCad-Bestückungsplan und Bild 18 die entsprechende 3D-Darstellung.
Ihr seht, dass die Anordnung der IC’s in etwa mit der Anordnung des Stromlaufplans Bild 13 übereinstimmt; bis auf die Ausnahme, dass die Positionen von IC 2 und IC 6 in der unteren Reihe zur Erleichterung der Leiterbahnführung getauscht wurden.
Diese weitgehende Übereinstimmung der Positionen erleichtert die Funktionsprüfung bzw. die Fehlersuch an Hand des Stromlaufplans erheblich.
Zwischen den IC-Reihen und zum Teil auch zwischen den IC’s der unteren Reihe wurden die diskreten Bauteile angeordnet;  in der Regel mit mehrfacher Positionsänderungen zur Optimierung des Routings.

Bei Platinen mit einer Ebene (Layer), also aus einseitig Kupfer kaschiertem Material hergestellt, wird durch die Zuführungen der Versorgungsspannung (VDD und VSS) zu den einzelnen IC’s, aber auch zu einigen diskreten Bauteilen,  das kreuzungsfreie Verlegen der Leiterbahnen (Routen) zusätzlich erschwert oder gar unmöglich.
Es ist daher empfehlenswert, diese Zuleitungen auf der Bestückungsseite durch handelsübliche Stromschienen oder einfache Drahtbrücken aus Schaltdraht nachzubilden (Bild 17b). Damit auch diese Verbindungen in die Netzliste aufgenommen werden können, sind hierzu im Schaltplan entsprechende Draht-Lötpunkte mit ihren Anschlüssen vorzusehen (Bild 13, rechts).
In Bild 19 sehen wir diese, in der Bauteil-Bibliothek des Schaltplan-Editors Eeschema als „wire-pads“ bezeichneten Lötpunkte mit ihren Verbindungen im Layout der Leiterbahnen.

Um diese Verbindungen auf dem Bord des Leiterkarten-Designers  routen zu können, verlegen wir sie „pro forma“ auf die rückseitige Kupferlage der Platine (B.Cu); im Layout 2 (Bild 17) als dicke, weiße Linien zu erkennen.
Auf dem gleichen Layer werden auch einige andere, schwer zu routende Verbindungen verlegt (… dünne, weiße Linien).
Ähnlich verhält es sich mit den „pro forma“-Verbindungen auf den zwei internen Lagen (In1.Cu und In2.Cu), sie sind zur besseren Unterscheidung als dünne Linien in Grün und Magenta dargestellt. Alle durch dünne Linien (Weiß, Grün und Magenta) dargestellten Verbindungen werden auf der Lötseite später durch Drahtbrücken aus dünnem Fädeldraht gebildet (Bild 19a).
   
 Fädeldraht?   https://www.reichelt.de/reicheltpedia/index.php/F%C3%A4delstift

Mit der Plot-Funktion des Leiterkarten-Designers Pcbnew können verschiedene Ausgabeformate der Fertigungs-Dateien gewählt werden. Uns genügt das Leiterbahn-Layout der ersten Lage mit den Pads und ihren Bohrlöchern.
Wir wählen:
Plotformat PDF,
Bohrlochmarkierung klein,
Skalierung 1 : 1
 und markieren die Lage F.Cu.

Nach dem Kommando Plotten wird in der KiCad-Projekt-Übersicht eine PDF-Datei erstellt
Diese Datei kann man nach dem Aufruf ausdrucken oder als Screen-Shot in PAINT einfügen (Bild 20) und mit  einem Bild-Bearbeitungsprogramm als Filmvorlage bearbeiten (Bild 21).

Bild 22 zeigt die bestückte Platine zur Funktionsprüfung auf dem Prüfstand. Wir erkennen die roten und blauen Drahtbrücken der Versorgungsspannung.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: s142 am 18 Januar 2018, 23:24:53
Tach auch Georg

Wie immer verstehe ich nicht mal die Hälfte. :MLL:
Macht aber auch nichts. :MLL:
Ich habe noch Kontakt  zu den Dampfmaschinenbauern ( Franz Winter)
Es macht immer wieder Spass. :MG:

Beste Grüsse
>Chris
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 19 Januar 2018, 12:23:30
Hallo, mein lieber Chris,
schön, mal wieder von dir zu hören. Ich hoffe dir geht es gut.

Grüß bei nächster Gelegenheit den Franz von mir.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 20 Januar 2018, 12:56:07
Für die Funktionstests bzw. die Einstellarbeiten mit dem Oszillographen wurden im Schaltplan und somit auch auf der Platine vier feste Testpunkte (TP1 bis TP4) vorgesehen; hier werden 1-polige Stiftleisten eingelötet oder besser die 38 mm langen Einzelstifte von Stapelleisten.  Diese werden entsprechend zugeschnitten und die langen Enden mit einer kleinen Rundzange zu Ösen gebogen. So können die Klemmen der Tastköpfe nicht abrutschen.
Zur Signalverfolgung werden die Spitzen der Tastkopfe direkt auf die Kontakte der IC’s aufgesetzt.
Mit den Einstellern P1 bis P3 (Potentiometer) werden die, im Schaltplan an den zugehörigen Testpunkten TP1 bis TP3 genannten Werte eingestellt.

P1, Taktfrequenz 666,6 mHz (TP1),
P2, Zündfolgefrequenz 2Hz   (TP2),
P3, Zündimpulslänge 3 ms     (TP3).

Am TP4 kann die Zündzeit  1,5 s = 333,3 mHz abgegriffen werden.

Auch mit einiger Erfahrung und entsprechendem Spezialwerkzeug bleibt es schwierig defekte IC’s wieder auszulöten. Es besteht die Gefahr, dass dabei durch längere Hitzeeinwirkung die Platine zerstört wird, da sich die winzigen Lötpunkte oder die dünnen Leiterbahnen von der Platine ablösen. Eine Reparatur, z.B. mit Fädeldraht ist dann recht schwierig oder gar unmöglich. 
Bild 22 zeigt die IC’s auf eingelöteten Sockeln, diese gestatten deren schnellen und problemlosen Austausch.

Zum vorläufigen Abschluss noch ein paar Tipps zu Herstellung von Leiterkarten.

Für den Neueinsteiger oder wenn nur Hin und Wieder kleinere Platinen benötigt werden, genügt ein Einsteigerset zum Platinen entwickeln für gut € 10.-; es enthält alles was man für den Anfang benötigt.
https://www.reichelt.de/Aetzmittel-Entwickler/ENTWICKLUNGSSET/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=44573&GROUPID=7788&artnr=ENTWICKLUNGSSET&SEARCH=%252A

Es beinhaltet eine gut verständliche Gebrauchsanweisung und auch entsprechende Sicherheitshinweise.
Die darin genannten Hinweise zur Belichtung des Basismaterials gehen aber entweder von einer UV-Belichtung durch geeignete Lampen aus oder sie empfehlen Sonnenlicht bzw. normale Leuchtmittel.
Auf die Sonne zu warten erscheint mir gerade heute vergeblich. Die Verwendung normaler Leuchtmittel ist auch ziemlich ungeeignet; denn es dauert recht lange und das Ergebnis ist oft fragwürdig.
Wer die Investition von etwa € 200,- für ein kleineres Belichtungsgerät aus dem Fachhandel scheut, dem empfehle ich einen UV-Nageltrockner mit vier UV-Lampen von 9 W.

https://www.amazon.de/samLIKE-nagellampe-Lampe-Trockner-Manik%C3%BCre/dp/B078R1GXYQ/ref=sr_1_44?ie=UTF8&qid=1516377831&sr=8-44&keywords=uv+nageltrockner+lampe

Ich habe für € 10,- Versandkosten frei einen Nageltrockner bestellt und getestet (Bild 23); mit den Ergebnissen bin ich sehr zufrieden (siehe Bild 24).

Der Nageltrockner verfügt über einen eingebauten Timer mit 120 Sekunden Laufzeit. Zwei Timer-Abläufe von insgesamt 240 Sekunden reichen für die Belichtung des Basismaterials völlig aus. Eine Belichtung von etwa 220 Sekunden hat sich als ideal herausgestellt. Allerdings mit einer Einschränkung.

Die ausziehbare Bodenplatte hat eine Fläche 140 x 150 mm.
Diese Fläche stünde theoretisch zur Belichtung zur Verfügung, aber bei den seitlich angebrachten zwei UV-Röhren ist der Abstand zum Objekt zu gering und die Randbereiche der Platte werden überbelichtet.
Ich empfehle die seitlichen Lampen teilweise abzudecken (schwarzes Klebeband) oder nur den mittleren Bereich von 140 x 80 mm zu nutzen.
Aber bei € 10,- kein allzu großer Nachteil; dafür bekommt man sonst nur eine einzelne UV-Röhre.

Die Filmvorlagen für meine Platinen kennt ihr bereits (Bild 16 und Bild 21).
Diese Vorlagen werden mit einem Laser-Drucker auf handelsüblicher Kopierfolie gespiegelt ausgedruckt.
Gespiegelt deshalb, damit die Druckseite mit dem Toner auf der Fotoschicht des Objektes aufliegt; das verbessert das Ergebnis.
Drüber hinaus sollte nach der Entnahme aus dem Drucker der Toner durch ein- oder zweimaliges Besprühen mit so genannten „Vernetzer„ auf der Druckseite verdichtet werden (… im Fachhandel erhältlich).
 
Der „Film“ wird wie gesagt mit der Druckseite auf die Fotoschicht aufgelegt und mit einer nicht zu leichten Glasscheibe (aus Bilderrahmen 10 x 15 cm) abgedeckt.
Nach dem Belichten wird wie in der Anleitung beschrieben weiter verfahren.
Titel: Re: Elektronische Gas-Brenner Zündung
Beitrag von: Turbo-Georg am 20 Januar 2018, 19:40:02
Demnächst muss ich noch den zentralen Kabelverteiler konstruieren.

In ihm werden alle Leitungen zur Turbine und von der Turbine zusammen gefasst  und zu den Ein- bzw. Ausgabe-Pins des Mikrocontrollers oder entsprechenden Interfaces, der Zündsteuerung sowie der Stromversorgung geleitet.
Er beinhaltet auch die Optokoppler zur Potentialtrennung aller Zu- und Ableitungen.

Eine sehr wichtige Komponente fehlt allerding in der Aufzählung.
Die Steuer-Elektronik für die Speisewasser-Versorgung der Dampferzeugung.

Bekanntlich wird das Speisewasser durch Düsen in den Verdampfern zerstäubt.
Die physikalischen Voraussetzungen für eine Zerstäubung und somit auch einer erfolgreichen, spontanen Filmverdampfung an den erhitzten Innenflächen der Verdampfer bewegen sich in sehr engen Grenzen.
Die Bedingungen innerhalb der Verdampfer hängen aber von den jeweiligen Betriebszuständen während des Hochfahrens der Turbine oder auch während des Manövrierens mittel Fernsteuerung ab.
Beim Hochfahren oder Manövrieren wird die Leistung der Turbine durch Änderung der Massenströme Wasser, Gas und Luft oder dem Ab- und Zuschalten einzelner Verdampfer gesteuert.
Die damit verbundenen Aufgaben von Regelung und Messwert-Erfassung sind äußerst komplex. Eine einfache Veränderung des Wasserdrucks durch eine steuerbare Speisepumpe genügt den Anforderungen ebenso wenig, wie eine Regulierung der Gas- und Luftmenge.

Meine ursprüngliche Idee einer individuellen Steuerung der einzelnen Düsen, wie bei der Common-Rail-Technik in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, scheitert an der Verfügbarkeit entsprechend kleiner Druckregel-Ventile. 
https://de.wikipedia.org/wiki/Common-Rail-Einspritzung

Steuerbare Ventile mit Solenoid-Antrieb scheiden wegen ihrer Größe, dem hohen Stromverbrauch und der begrenzten Lebensdauer bei 20 bis 40 Schaltintervallen pro Sekunde von Vornherein aus.
Entsprechende kleine Ventile mit Piezo-Antrieb, wie die der Fahrzeugtechnik, wären am geeignetsten, stehen aber nicht zur Verfügung.

Mein nächstes Projekt ist also die Überarbeitung der Speisewasser-Zerstäubung einer „Direkt geheizten Modell-Dampfturbine".

Ich strebe, ähnlich der Common-Rail-Technologie, zwar eine individuelle Steuerung der einzelnen Düsen an. Hierzu werde ich statt einzelner Magnetventile jedoch Piezo-Elektrische Diaphragma-Pumpen aus der Medizintechnik (25 x 25 mm) verwenden (Bild 25).
Sie werden durch Mikro-Prozessoren gesteuert und erlauben den Wasserdruck und die Wassermenge an die unterschiedlichen Betriebs-Bedingungen in den Verdampfern beim Anfahren, beim Wiederstart oder im Drosselbetrieb anzupassen.

Die Fördermenge von 5 bis 25 ml/min und der Wasser-Druck von 10 bis 50 kPa werden durch die Betriebsspannung und die Taktfrequenz beeinflusst.
Die Takt-Frequenzen von 20 bis 60 Hz und die Betriebsspannungen von ca. 200 bis 250 V werden vom Mikro-Prozessor über PWM-Signale (Puls-Weiten-Modulation)gesteuert.
Die PWM-Signale werden in einer PPL-Schaltung (Phase-Locket-Loup) entsprechend umgewandelt.
Diese, etwas komplizierte Schaltung zu entwickel, ist meine nächste Aufgabe.
Ich betreibe zurzeit eine Machbarkeitsstudie und stehe mit Herstellern solcher, noch recht teuren  High-Tech-Komponenten in Verbindung.

Ich werde zur gegebenen Zeit über die Ergebnisse berichten.

Also, bis bald!