Wie auf der Projektskizze zu sehen, werde ich zur Strahlführung zwei Solenoid Magnete einsetzen.
Da später einige Ampere durch die Spulen laufen, fange ich zuerst mit einer Temperatur-Überwachung an. Es werden pro Solenoid jeweils vier Sensoren in die Spule miteingearbeitet und diese werden dann über eine Auswerteeinheit überwacht. Als Steuerung dient mir eine Digitaldoc5+. Diese wird normalerweise in einem PC verbaut, um acht Lüfter-Kanäle über Temperatur zu steuern.
Warum ich mich gerade für die Digitaldoc5+ entschieden habe, hat zwei Gründe: Erstens habe ich so einen bereits bei mir zuhause im Einsatz um die Temperatur bei meinen Hi-Fi Geräten zu überwachen und zweitens bietet diese Steuerung enorme Vorteile, welche andere aus diesem Marktsegment nicht bieten. Jeder Kanal besitzt eine eigene Sollwert Einstellung und dies mit einer Genauigkeit von 0,5°K. Die Sensoren sind sehr Störungsunempfindlich gegen elektrische Einflüsse und die Ausgänge können je nach Bedarf auf PWM- oder Dauer-Signal eingestellt werden. Leider kann man keine Hysterese für die Kanäle einstellen. Das heißt, der Alarm wird gesetzt sobald der Sollwert überschritten wird und zurückgesetzt wenn dieser wieder unterschritten wird.
Ich möchte dieses Verhalten natürlich nicht für die Überwachung haben. Deswegen habe ich noch eine Platine entworfen, die mit in das Gehäuse kommt, welche die Hysterese für den jeweiligen Kanal nachbilden wird und für jeden Solenoid-Magneten einen Alarmausgang besitzt. Dieser wird gesetzt, sobald einer der vier Sensoren eine Sollwertüberschreitung über die Länge der Hysterese hat. Auch bei unterschreiten des Sollwertes wird der Alarmausgang nicht wieder zurückgesetzt. Der Alarmausgang bewirkt das sofortige Stillsetzten der Magnete durch die Abschaltung der Versorgungseinheit. Das Signal wird natürlich auch an die übergeordnete Steuerung weitergeleiten, wo dann auch alle nachfolgenden Schaltstufen abgeschaltet werden. Hier mal der Top- und Bottom-Layer der Platine:
Hier nun das Ergebnis des Layouts:
Die Platine hat einen guten Platz in seinem Gehäuse gefunden und alles fertig montiert sieht dann so aus:
Das komplette System hat seinen Platz im Keller gefunden und läuft genau, wie gedacht.
Hier ein Bild auf dem man sehen kann, wie alles leuchtet. Ich habe dafür eine Übertemperatur-Simulation gestartet.
Nach unterschreiten des Sollwertes, gehen die Sensoranzeigen wieder in ihren Ruhezustand. Der Meldeausgang bleibt trotzdem solange geöffnet, bis beide Solenoid zurückgesetzt wurden.
Die Temperatur-Überwachung ist mit einer Leitung an die Sensor-Bus-Bar (siehe Schaltschrank) angeschlossen.
Wie oben schon erwähnt, werde ich Solenoid-Magnete zur Strahlführung einsetzen. Der Bereich der Elektronenoptik ist ein Bereich für sich und sollte gut durchdacht und vorbereitet sein. Es gibt unzählige Dokumente und Bücher über dieses Thema, wo einem schnell klar wird, welche Faktoren alle eine Rolle spielen. Wer denkt das man hier einfach ein Stück Eisen nimmt und einen Draht ein paarmal darum wickelt und fertigt, dem kann ich sagen: Leider nein!
Zuerst habe ich lange nach einem Netzteil gesucht, welches genug Leistung (40A) abgeben kann und dazu noch über einen Remoteanschluss gesteuert werden kann.
Dieses nette Netzteil ist es dann geworden. Hier nur die Eckdaten: 0-15V und 0-40A! und die sogar stabil. Damit meine ich, dass es das Netzteil wirklich nicht interessiert ob die vollen 600 Watt abgegeben werden. Das Teil wird nicht mal warm ;-) Unter dem Netzteil entsteht gerade die Steuereinheit. Ich will hier über einen I-Regler den Strom in einer bestimmten Zeitbasis hochfahren. Den I-Regler baue ich aus OPVs. Gleichzeitig sitzen in dem Kasten zwei Shunt Widerstände, die ich mit einem INA169 von Texas Instruments auswerten möchte. Dazu bediene ich mich diversen Instrumentenverstärkern und Komperatoren, die ich auch wieder mit OPVs aufbauen werde. Die Leiterplatte dazu muss ich noch entwickeln, herstellen und bestücken.
Leider besitzt das Netzteil einen großen Nachteil. Beim Hochregeln des Stroms, ändert sich immer leicht der Spannungswert und verfälscht mir so die Strommessung. Deswegen habe ich zwei 0,5F Kondensatoren zum Puffern angebaut. Nun arbeitet das Netzteil wie es soll.
Die Magneten haben 375 Windungen auf sechs Lagen verteilt. Als Draht ist eine 2,5mm² starre Einzelader zum Einsatz gekommen. Pro Magnet habe ich fast exakt 100m verbraucht. Damit beim Wickeln die Lagen nicht zur Seite wegrutschen, habe ich auf das Rohr jeweils zwei Kunststoffringe mit UHU-Endfest geklebt. Der Kleber kann bei Aushärtung 300kg/cm² halten!
Nun ging das fröhliche wickeln los. Jeder der dies selber einmal machen möchte, dem kann ich nur eins ans Herz legen: Niemals den Draht loslassen. Das gesamte System verhält sich wie eine Feder, und man kann dann erst einmal wieder einige Windungen abwickeln ;-)
Beim Wickeln habe ich auch direkt die Temperatursensoren mit eingebaut. Den ersten habe ich direkt auf das Strahlrohr montiert und dann jede zweite Lage einen. Auf dem nächsten Bild erkennt man, wo die Sensoren in die Wicklungen eingelassen sind.
So sah dann der erste Magnet aus.
Nach dem ersten Testlauf zeigte sich aber ein sehr schwerwiegendes Problem. Einer der Sensoren arbeitete nicht richtig bzw. überhaupt nicht. Ich hatte zwar vor dem montieren alle Sensoren geprüft, aber wie sich später zeigte, war eine Lötstelle gebrochen. Dies beschriebe ich aber unter dem Punkt „Schwierigkeiten“ genauer. Nachdem das Problem behoben war, ging es an den zweiten. Hierzu habe ich auch wieder zuerst die Kunststoffringe angeklebt.
Da der Kleber 24h zum Aushärten benötigte, habe ich die Ringe immer mit Isolierband fixiert, damit sich nichts verschiebt. Der zweite Magnet ist vom Aufbau genau wie der erste. Das fertige Ergebnis sieht dann so aus.
Die Temperatursensoren sind hier noch provisorisch mit Lüsterklemmen angeschlossen, da zu diesem Zeitpunkt die Tests mit den Magneten noch nicht abgeschlossen sind.
Die gesamte Stromaufnahme liegt bei ca. 37A. Das Netzteil arbeite wie gewünscht und lässt sich von diesem Strom überhaupt nicht beeindrucken.
Die Kerntemperatur der Magneten liegt bei ca. 60°C, wobei ich hier noch etwas mit der Spannung rumexperimentieren möchte, damit die Gesamtleistung nicht so hoch ist. Das Netzteil arbeitet nämlich wunderbar als konstante Spannung Quelle.
Nachdem alle Teste erfolgreich abgeschlossen waren, habe ich die Sensorleitungen noch schön mit Steckverbindern versehen und alles etwas ordentlicher verlegt.
