Das Open Source Heizbett

Ich mache hier mal einen neuen Thread auf, nachdem Carbon oder nicht Carbon im Moment nur noch ein Randthema ist. Der vorherige Thread ist hier: [forums.reprap.org] . Eine Zusammenfassung der Erkenntnisse gibt's im Wiki: [reprap.org]

Aus diversen Forenbeiträgen habe ich entnommen, dass die brauchbaren Heizbetten etwa 3.000 - 4.000 W/m² haben. Also habe ich die 3.000 W/m² auf 130 mm x 50 mm herunter gerechnet (ergibt 19,5 Watt) und diese 19,5 Watt auf zwei Platinen verteilt. Verteilt, weil die eventuell Rücken mit Rücken aneinander geklebt werden sollen.

Laut der Formeln im Wiki ergibt das 40 Bahnen zu 2 mm Breite. Äh, ja, bei 5 Volt, sonst werden bei dem kleinen Brett die Bahnen so schmal.



Inclusive zweier Fehler durch falschen G-code. Der Widerstand ist im Rahmen meiner bescheidenen Mess-möglichkeiten mit je 0,7 Ohm korrekt, die Formeln im Wiki scheinen also halbwegs zu stimmen.

Soweit der einfache Teil

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

[www.thingiverse.com]

Datei gibbet schon... und für 12V ausgelegt...

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Mfg
Wolfgang

Aller Anfang war schwer - Wolfstrap

Reprap-fab.org

Erfahrungen kann man leider schlecht weiter geben, die muss man selber machen.

PCB Heatbed Mk1

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Bob Morrison
Wörth am Rhein, Germany
"Luke, use the source!"
BLOG - PHOTOS - Thingiverse

und das V4-variable

http://forums.reprap.org/read.php?35,87089

http://www.thingiverse.com/thing:2172




Edit:

Wenn ein Heizbett z.B. 100W haben soll ergibt das bei 5 Volt 20 A.

Edited 2 time(s). Last edit at 08/08/2011 09:01AM by ado.

*schmunzel*

Dass das Andere schon gemacht haben ist schon klar, doch darum geht's mir hier gar nicht.

Es geht darum, mal etwas Licht in diese Welt von Behauptungen zu bringen. Letztlich gibt es ja eine ganze Reihe Leute, die jeweils ihr Bett für das Beste halten, ohne besondere Begründung. "Funktioniert bei mir" reicht mir da nicht.

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Typisch Traumflug...


Also mal wieder nur stänkern... war schon klar

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Mfg
Wolfgang

Aller Anfang war schwer - Wolfstrap

Reprap-fab.org

Erfahrungen kann man leider schlecht weiter geben, die muss man selber machen.

Traumflug Wrote:
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> *schmunzel*
>
> Dass das Andere schon gemacht haben ist schon
> klar, doch darum geht's mir hier gar nicht.
>
> Es geht darum, mal etwas Licht in diese Welt von
> Behauptungen zu bringen. Letztlich gibt es ja eine
> ganze Reihe Leute, die jeweils ihr Bett für das
> Beste halten, ohne besondere Begründung.
> "Funktioniert bei mir" reicht mir da nicht.

Willst Du das jetzt bauen und ausprobieren?

Das Eine bedingt das Andere, oder? Und vor dem bauen ist es manchmal eine gute Idee zu prüfen ob das, was man als gegeben annimmt, auch stimmt.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Ja, solange man den Praxistest nicht auslässt.

Es zählt der Erfolg.

Der Erfolg ist ja bereits da. Eine Grundlage zu finden ist ein Erfolg.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Na dann ist der Erfolg ja garantiert.

Also ich finde schon interessant zu wissen warum etwas funktioniert.
Nur das es funktioniert reicht nicht wirklich. Wo soll man ansonsten ansetzen um etwas zu verbessern?
Ausprobieren wäre zwar eine legale Lösungsmöglichkeit, aber die wenigsten würden es in der Matematik anwenden durch ausprobieren zu einer Lösung zu kommen. Der Grund ist da ja auch einfach nach zu vollziehen: Die Zeit würde nie reichen eine gute Arbeit ab zu liefern, die möglichkeiten zu der richtigen Lösung zu kommen sind zu Zeitintensiv. Es muss ja schließlich immer die Kontrollrechnung geben

Also Traumflug, mach ruhig weiter mit dem theoretischen Kram, ich les das gerne.

Ich muss nur mal mein englisch verbessern

Heute haben sich ohne zu lügen die Balken gebogen: [reprap.org]

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Mach das Ding man am Rand fest, und dann versuchst du das nochmal. Du kannst das ja nicht einfach auf den Tisch legen, du mußt das ja befestigen. Irgendwo muß die Ausdehnung von dem Kupfer ja hin..

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Mfg
Wolfgang

Aller Anfang war schwer - Wolfstrap

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Erfahrungen kann man leider schlecht weiter geben, die muss man selber machen.

OMG

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Hallo Traumflug,
die Durchbiegung ist ja noch viel größer als ich das erwartet habe. Wie willst Du denn damit drucken? Wenn Du erst die Mendel Originalgröße von 230x230mm erreichst kannst Du mit der doppelten Durchbiegung rechenen, dann wird das alles so krumm, dass Du gleich auf das Heizen verzichten kanst.
Ich habe übrigens sehr große Bedenken bei Deinem Ansatz durch beidseitiges Erwärmen die Durchbiegung zu reduzieren. Wir haben das früher bei unseren Maschinen auch gemacht, haben aber erkannt, dass es anders besser funktioniert und wesentlich preiswerter ist (hat aber mit dem Drucken nichts zu tun). Gibt es eigendlich einen Grund dafür nicht gleich zweiseitige Platienen zu benutzen?
Also, wenn Du die Rückseite beheizt, dann wird die Wärme anders Abgestrahl als an der Oberseite, dadurch erreichst Du unterschiedliche Temperaturen, obwol Du beide Seiten die gleiche Heizleistung besitzen. Es ist dabei übrigens egal ob Du die Unterseite isolierst oder nicht, weil die Oberseite ihre Wärmeabstrahlung durch den Druckprozess verändert. Du benötigst also zwei getrennte Temperaturregelkreise, um die Durchbiegung in den Griff zu bekommen.
Aber was aus meiner sicht ein wirkliches KO-Kriterium ist, ist der Energieverbrauch, der ist bei diesem Ansatz doppelt so hoch wie erforderlich und ist nur schwer vermittelbar. Das schließ dann auch wieder den Kreis zu unseren Maschinen, das die neue Generation nur ein bruchteil des Materials, der Ersatzeile und der Arbeit erforderten, wurden die Maschinen deutlich preiswerter, da die Kunden obendrein sofort erkannt haben das die Energiekosten geringer wurden, stiegen die Umsatzzahlen um ein vielfaches.

Gruß Philipp

... mit dem Kupfer auf der Platte hast du bei starker Erwärmung im Prinzip das gleiche wie bei einem Bimetall-Element - das Kupfer hat einen anderen Ausdehnungskoeffizienten als das GFK, so daß sich das Sandwich durchbiegt.

Die Durchbiegung kannst du nur durch zusätzliche Versteifung oder Ausgleich des 'Bimetall-Effekts' verhindern ...

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Viktor
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Zu keinem Zeitpunkt habe ich behauptet, dass ich mit diesem Mini-Brettchen drucken will.

Wenn man unerwünschte Effekte kompensieren will muss man eben erst mal gucken, wie und wie stark dieser unerwünschte Effekt überhaupt auftritt. Am besten mit möglichst exakten Messwerten in einem nachvollziehbaren Experiment. Planlos herum zu basteln überlasse ich Anderen.

Das "Du verstehst nichts" und "ich habe Bedenken" habe ich jetzt verstanden. Wurde mir ja oft genug zur Kenntnis gegeben. Vielen Dank dafür.

Quote

der Energieverbrauch, der ist bei diesem Ansatz doppelt so hoch wie erforderlich und ist nur schwer vermittelbar

Da spricht der Ingenieur? Ein sich nicht verbiegendes Brett hat auf beiden Seiten die gleiche Temperatur und da ist es für den Energieverbrauch völlig gleich, ob diese Temperatur auf einer oder auf beiden Seiten eingebracht wird. Ausgenommen davon ist natürlich ein Material oder Composite, das keine Wärmedehnung aufweist. Doch das wäre ja dann angeblich ach so kompliziert herzustellen.

Das mit dem Bimetall ist übrigens eine gute Idee. Kupfer (16,5*10^-6/K) hat gegenüber dem Phenolharz (20 - 40*10^-6/K) zwar einen eher geringeren Ausdehnungskoeffizienten, wodurch der Effekt umgekehrt auftreten müsste, doch dieser Umkehr-Effekt lässt sich ja möglicherweise mit einem anderen Material darunter ausreichend verstärken. Zum Beispiel mit Polyester (80*10^-6/K).

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

... ich vermute mal, daß der 'Bimetall-Effekt' nicht zwischen dem Kupfer und dem Harz, sondern eher zwischen Kupfer und den eingebetteten Glasfasern stattfindet und das Harz nur die Fasern als kompakter, elastischer Verbund in Form hält.

Wenn das Harz den Hauptteil der mechanischen Eigenschaften bestimmen würde, wären GFK-Platten nicht so steif.

Und da Kupfer sich bei Erwärmung stärker ausdehnt, als Glas, biegt sich's eben nach Oben.

Ein zusätzlicher Biegevektor könnte auch innerhalb der Platte auftreten, da eine Seite heißer ist als die andere ...

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Viktor
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Hallo Traumflug,
jetzt fühl Dich doch nicht gleich angegriffen, ich finde es ja bemerkenswert, dass Du hier die von uns nur theoretisch durchdachten physikalischen Effekte experimentell nach weist. Aber es ist ja nicht so, dass wir unsere Systeme nicht auch berechnet und getestet haben. Als Maschinenbauingenieur sind mir viele Zusammenhänge selbstverständlich, so dass ich nicht darüber nachdenken muss, sondern gleich eine Bewertung durchführen kann, das führt dann oft zu Missverständnissen. Meine Erkenntnis ist, dass man nie Aufgeben darf, und dem Gegen über mit Geduld und Respekt begegnen muss, sonst Funktioniert eine interdisziplinäre Kooperation nicht.

Ich würde bei einem PCB-Heizbett mir nach dem ich die Leiterbanlänge berechnet habe, die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe ansehen. Es gibt billige Phenolharz Leiterplatten und teure GFK-Leiterplatten. Die Phenolharz-Leiterplatten sind in der Elektronik dafür verschrieen, dass durch die großen Wärmespannungen des Plattenmaterials sich sogenannte kalte Lötstellen entwickeln. Dieses Material erscheint also auf den ersten Blick als nicht geeignet.
Im nächsten Schritt muss man sich einmal die Wärmedehnungsformeln ansehen:

Delta L = alpha * L1* Delta t Delta L = Längenänderung
alpha = Wärmeausdehnungskoeffitient
L1 = Ausgangalänge
Delta t = Temperaturdifersenz

Dort steckt das L1 drin, das bedeutet die Dehnung ist um so größer je länger ein Bauteil ist. Rechnet man nun die Dehnungsdifferenz zwischen Kupfer und Trägermaterial aus, findet sich der gleiche Effekt.

Delta Lcu - Delta Ltr = (alphaCu – alphaCu) * L1*Delta t

Wenn man diese Formel sieht fällt auf, das L1 der einzige Parameter ist an dem man drehen kann um die Spannungen zu reduzieren. Als Konstrukteur wird man nun zuerst hingehen und schauen wie ich möglichst kurze und krumme Leiterbahnen bauen kann, ohne dass der Ferigungsaufwand zu groß wird. Das schon nämlich die Athäsion zwischen Träger und Kupfer und erhöht die Lebenserwartung.
Also mein erster Verbesserungsvorschlag, dreh deine Meandern um 90 °, deine Heizplatte wird es Dir durch eine größere Lebenserwartung danken.

Wenn Du mal die Lust am experimentieren verlierst oder es Dir zu teuer wird, empfehle ich die das Software Paket „CAE-Linux“, diese „Feeware“ enthält alles was zur Berechnung solcher Systeme erforderlich ist. Als FEM-Tool ist Salome Meca eingebunden, damit haben die Franzosen ihre AKW berechnet. Du kannst damit von der statischen und thermischen Spannungsanalyse bis zur CFD-Analyse nahe zu alles berechnen was den Drucker ausmacht.

Gruß
Philipp

Quote

Meine Erkenntnis ist, dass man nie Aufgeben darf

Diese Erkenntnis wird dann hier auch bis zum Exzess strapaziert. Kein Posting von mir, das nicht binnen Minuten mit irgendwelchem Geschwurbel belegt wird. Irgendwer hat da den RSS-Reader auf 30 Sekunden eingestellt und schreibt ohne zu hinzugucken.

Bislang verwende ich hier ausschliesslich die "billigen" Hartpapier-Leiterplatten, gerade weil sie ohne Glasfasern sind. Wegen des Fräserverschleisses.

Drehen der Bahnen nutzt auch nichts, denn wenn das mal ein brauchbares Heizbett wird, dann ist das annähernd quadratisch. Ausserdem würde das voraussetzen, dass sich das Kupfer gegenüber Phenolharz verschieben kann, sonst hätte man eben 20x 5% des Effekts gegenüber 1x 100%. In dem Bereich würde ich bestenfalls Effekte im 1%-Bereich erwarten.

Im Moment liegt mir aber ein anderer Stein auf dem Bauch: [forums.reprap.org]

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Hallo Traumflug,

20 x 5% sind immer noch 5% im Einzelfall, das ist für eine Schubspannung ein riesen Unterschied. Aber ich befürchte diese Rechnung werden wir noch einmal erläutern müssen.
Also durch die kürzeren Leiterbahnen sinkt die Spannung in der Verbindungsstelle zwischen Kupfer und Trägermaterial da man aber wesentlich mehr Bahnen hat ist die gesamt Kraft also Spannung x Querschnitt gleich groß. Ich unterscheide hier zwischen einer lokalen Sicht auch die einzelne grade Leiterbahn und die globale Schit auf die gesamt Fläche. Natürlich ist die Durchbiegung nicht von der Länge der einzelnen Bahn abhängig, aber die Belastung der Verbindung zwischen Trägermaterial und Kupfer ist erheblich.

Was verstehst Du unter Geschwurbel?

Gruß Philipp

Hallo,

durch eine andere Führung der Leiterbahnen sollte man erreichen können, dass die Ausdehnung in X- und Y-Richtung gleichmäßiger wird.
Ich würde mal eine Leiterbahnführung in der Art versuchen:

Hilbert-Kurve

Klaus

Hallo fks,
das ist ja genau der richtige Weg, Damit hat man immer nur ganz kurze gerade Leiterbahnen und das Leben wird leichter. Die Durchbiegung der Platte wird aber wahrscheinlich nicht besser, dazu würde man schon eine Doppelseitige Platine bauen müssen. Beide Seiten zu beheizen ist aber aus energetischen Gründen absurt. Dann lieber viele kleine Platinen bauen und verkoppeln. Die werden sich nur sehr wenig ausdehnen und verbiegen.
Gruß
Philipp

Ich sehe schon. Ihr geht in erster Näherung davon aus, dass sich nur das Kupfer erwärmt, das Phenolharz aber kühl, oder zumindest kühler bleibt. Man braucht also eine weiche Schicht zwischen Leiterbahn und Substrat, um eine Verformung zuzulassen.

Nun, dann müsste man wohl die Rillen zwischen den Leiterbahnen möglichst tief und nicht möglichst flach ausführen. Derzeit sind das 0,2 mm, so wenig wie möglich.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Kann man eigentlich zwei PC-Netzteile in Reihe schalten, um das Heizbett mit 24 Volt zu betreiben?
Ich habe zwei ältere hier rumliegen. Jedes für sich allein reicht nicht aus.

Die Frage ist, ob bei den Netzteilen die Abschirmung sauber von der Masse getrennt ist. Die Gehäuse der beiden Netzteile wird man ggf. voneinander isolieren müssen. Ob die auch eine gemeinsame Masse über den Schutzleiter des Netzkabels bekommen - nun, das wird man ausprobieren müssen.

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Generation 7 Electronics	Teacup Firmware	RepRap DIY

Wenn ich ein Relais an den Ausgang der Ramps für das Heatbed klemme, müsste ich die 24 Volt doch schalten können, oder macht mir PWM da einen Strich durch die Rechnung?

Reilais mit PWM ist nicht klug, mit bang/bang Steuerung sollte es gehen - mit PID nicht. Du kannst die 24V auch so schalten. Wenn Du Deine Ramps auf 24V hängst, Einenn Leiter vom Pluspol des Netzteils direkt in das Heizbett, den Minuspol vom Heizbett an den Minuspol des Heizbettmosfet (D8 glaube ich). Das funktioniert und ist auch in der Wiki als eine Möglichkeit genannt. Ansonsten mach dir einen kleine Tochterplatint, mit einem gekühlten mosfet und schalte die über den D8.
[reprap.org]
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Wenn Du die Diode eingelötet hast, die den mega über die RAMPS mit strom versorgt solltest du das bleiben lassen, da viele Megas keine 24V vertragen

... es ist immer besser, einen MOSFET oder ein Halbleiterrlais (was ja ebenfalls ein MOSFET ist), zu nehmen, da mechanische Relais mit der Zeit zum 'Verkleben' neigen, so daß eine Temperaturregelung mit Relais manchmal einfach nicht mehr ausgeht!

In meinen beiden letzten Anstellungen ist jeweils ein Temperaturofen 'durchgegangen' und hat trotz digitalem Abschalten einfach durchgeheizt, bis die Elektronik zu heiß wurde.

Bei der ersten Firma wurde der Ofen getauscht, bei der jetzigen haben wir noch eine zusätzliche einstellbare Temperatursicherung eingebaut, die bei Überschreiten der voreingestellten Temperatur den Strom kappt ... und vor ein paar Wochen wurde noch ein neuer Ofen bestellt, der sowas schon mit drin hat ...

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Viktor
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