Peltierelemente zum Kühlen von Schrittmotoren verwenden?

Liebe Gemeinde

Ich habe vor kurzem meinen kleinen Drucker (300x300x300 X x Y x Z) komplett mit 3 mm starkem Plexiglas umhaust, um die Bauraumtemperatur zu stabilisieren und für ABS-Drucke auf einem Niveau von etwa 50°C zu halten.
Die Tür habe ich mit einfachen, aushängbaren Scharnieren ausgestattet, sodass bei Bedarf der Bauraum wieder geöffnet werden kann und die Tür nicht im Zimmer stört.



Das Konzept der passiven Bauraumheizung per Druckbett funktioniert gut ... zu gut .
Nach etwa 1 Stunde Druck mit ABS (110°C am Heizbett) ist der komplette Raum oberhalb des Heizbetts merkbar war geworden. Unmittelbar oberhalb des Druckbetts ist die Luft auf etwa 60°C aufgewärmt (diese Temperatur wird mir für das inaktive Hotend angezeigt).

Das Problem bei der Sache ist allerdings, dass sowohl die Extruder- als auch der Y-Achsenstepper sehr heiß werden, sodass man sie kaum anfassen kann. Ich habe daher deren Temperatur auf etwa 80°C geschätzt.
Damit sind die Motoren thermisch am Limit (je nach dem, welches Datenblatt man liest, wird 80 °C als Maximum angegeben).
Daher habe ich mir verschiedene Szenarien zur Kühlung durch den Kopf gehen lassen:

- Wasserkühlung: Eigentlich einfach aufzubauen, allerdings besteht durch die bewegten Bauteile in Kombination mit billigen Kühlkörpern Leckgefahr und da meine Elektronik im Drucker unten verbaut ist, würde ein Wasserschaden sämtliche Platinen grillen.
- Druckluftkühlung: Leckagen wären hier kein Problem. Allerdings braucht man einen Kompressor, der dauerhaft genug Luftvolumen zur Kühlung liefert.

Als beste Alternative kamen mir daher Peltierelemente in den Sinn:


(Link)

Peltierelemente sind kleine Platten, welche Wärmeenergie von einer Plattenseite auf die Andere übertragen. Es wird also eine Seite gekühlt und die andere beheizt.
Ein kleines Peltierelement mit einer Fläche von 40x40 mm kann z.B um die 32W Leistung wegkühlen. Dabei nimmt es aber fast 60W auf, sodass an der der warmen Seite theoretisch 92W weggekühlt werden müssten.
Wenn man kurz nachrechnet, findet man heraus, dass ein normaler 1,8A-Stepper knapp 5,7W Verlustleistung im Stillstand und etwas mehr bei höherer Drehzahl erzeugt, somit würde ein Bruchteil der Kühlleistung reichen.
Wenn ich anstelle der 12 V nur 8 V (3 Elemente in Reihe an 24V) an die Elemente anlege, beträgt die Leistung nur noch 44%, also 14W Kühleistung an der kalten und 41W Heizleistung an der warmen Seite des Peltierelements. Wenn man die Spannung dann auch noch per PWM taktet, kann man die Leistung noch weiter herunter regeln falls nötig.
Die warme Seite kann man dann z.B mit so einem Kühler versehen und herunterkühlen.



In der Theorie wäre das also eine sehr gute und einfache Methode, um die Schrittmotoren schön zu kühlen.

Was haltet ihr von der Idee? Seht ihr noch irgendwo Probleme oder Risiken? Hat jemand Erfahrung mit Peltierelementen?

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Legion 2.3
...
Seht ihr noch irgendwo Probleme oder Risiken? Hat jemand Erfahrung mit Peltierelementen?

... nur aus der Verwendung in Kühlboxen heraus, das sind die Dinger, die mit " ... kann man kühlen oder wärmen ..." beworben werden.

Die Wärme, die man entzieht, muss ja irgendwo hin. Wenn nichts anderes vorgesehen ist, geht sie in den umgebenden Raum, also ins Gehäuse, das dann zusätzlich beheizt wird. Wird man austesten müssen, aber ich denke, dass Ventilatoren zum Regulieren der Umgebungsluft notwendig sind. Ob die Bewegungsluft für die Warmseite der Elemente ausreicht ist auch fraglich, ggf sind die auch aktiv zu kühlen.

Für die Kühlboxen sind solche Elemente (12V-Versionen) definitiv zu schwach, die reichen gerade so, die Termperatur von vorgekühltem Zeugs auf einem mäßigen Niveau zu halten, und das auch nur, wenn man einen Ventilator ins Boxen-Innere einbaut oder lose reinhängt.

H.

Pelletiere Elemente sind KEINE Kühler sondern nur sogenannte Wärmepumpen,sie führen die Wärme nur per elektrischer Leistung von warm nach kalt, im Endergebnis musst du nachher nicht nur die Wärme vom zu kühlenden Objekt (Hotend o.ä.) loswerden sondern auch noch die zusätzliche wärme die das Element selber produziert . Kannst du gut HIER nachlesen. Auch eine Kühlung mit dem Element ist nicht ohne Risiko, Stichwort "Kondenswasser" das dir auch ziemlich die Elektronik zerlegen kann

"Druckluftkühlung" braucht auch nicht wirklich "Druck" viele verwenden dafür Membranpumpen aus der Aquaristik und die produzieren nicht wirklich viel druck.

Am effektivsten dürfte tatsächlich die Wasserkühlung sein. Macht allerdings auch nur dann sinn wenn der Druckraum geschlossen ist, offener Druckraum da reicht dann ne Luftkühlung( aber da schadet ne Wasserkühlung auch nicht).

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Wer freundlich zu mir ist zu dem bin auch ich freundlich. Wer Schreibfehler findet darf sie gerne behalten / Geeetech Prusa I3 ProX extended / Repetierhost / Mattercontroll / Slic3r

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kleinerDrache
Pelletiere Elemente sind KEINE Kühler sondern nur sogenannte Wärmepumpen,sie führen die Wärme nur per elektrischer Leistung von warm nach kalt, im Endergebnis musst du nachher nicht nur die Wärme vom zu kühlenden Objekt (Hotend o.ä.) loswerden sondern auch noch die zusätzliche wärme die das Element selber produziert . Kannst du gut HIER nachlesen. Auch eine Kühlung mit dem Element ist nicht ohne Risiko, Stichwort "Kondenswasser" das dir auch ziemlich die Elektronik zerlegen kann

"Druckluftkühlung" braucht auch nicht wirklich "Druck" viele verwenden dafür Membranpumpen aus der Aquaristik und die produzieren nicht wirklich viel druck.

Am effektivsten dürfte tatsächlich die Wasserkühlung sein. Macht allerdings auch nur dann sinn wenn der Druckraum geschlossen ist, offener Druckraum da reicht dann ne Luftkühlung( aber da schadet ne Wasserkühlung auch nicht).

So eine kleine Aquariumspumpe habe ich auch schon mal in den Händen gehabt. Wahrscheinlich meinst du sowas.



Die Luftleistung ist ziemlich bescheiden, ich weiß nicht, ob das zur Kühlung ausreicht. Zudem müsste ich hierfür einen passenden Kühlkörper mit Druckluftanschlüssen und feinen Kühlrippen fräsen lassen, damit möglichst viel Wärme übertragen wird.

Ich habe natürlich vor, dass Peltierelement auf der warmen Seite zu kühlen, wie bereits geschrieben mit kleinem Alukühlkörper und Lüfter. Die Wärmeenergie kann schließlich nicht vernichtet, sondern nur bewegt werden.
Ich denke nicht, dass ich mir wegen Kondenswasser Sorgen machen muss. Dazu müsste ich die Motoren ja schon auf eine Temperatur nahe Null abkühlen, was die Peltierelemente wohl kaum schaffen werden.

Das geht eigentlich relativ schnell *gg* mit dem Runterfrosten gerade an den Motoren die ja nicht sooooooooo heiss werden *gg*

Ich meinte SO eine Pumpe, wird im Aquarium oft verwendet um z.B. einfache Filter anzutreiben oder einen Sprudelstein mit Luft zu versorgen. Und 250l/h sind schon ne Hausnummer

1-mal bearbeitet. Zuletzt am 11.05.17 15:56.

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kleinerDrache
Das geht eigentlich relativ schnell *gg* mit dem Runterfrosten gerade an den Motoren die ja nicht sooooooooo heiss werden *gg*

Ich meinte SO eine Pumpe, wird im Aquarium oft verwendet um z.B. einfache Filter anzutreiben oder einen Sprudelstein mit Luft zu versorgen. Und 250l/h sind schon ne Hausnummer

Was er sagt

Ich kühle be meine aktuellen Prototypen mit Druckluft und völlig problemlos. Ich verwende zwar eine etwas größere Pumnpe als de rkleine Darche sie velinkt hat, aber ich benutze sie auch für zwei Hotends gleichzeitig. Es braucht nicht viel Druck, es reichen schon weniger als 500 mBar, das ist etwas mehr als man selber mit der Lunge erreicht.
Peltierelemente haben viele Tücken, wie oben aufgeführt, es kann aber funktionieren. Meine bevorzugte Wahl sind sie nicht. Evtl reicht dir schon ein Kühlkörper auf dem Motor und etwas Zirkulation im Druckraum.

---

[www.bonkers.de]
[merlin-hotend.de]
[www.hackerspace-ffm.de]