Timo Schrader & Ruben Kellermann

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1 Timo Schrader & Ruben Kellermann

2 1. Inhaltsverzeichnis 2. LASTENHEFT 3 3. PFLICHTENHEFT 4 4. FUNKTIONSANALYSE: FUNKTION DES NETZTEILS FUNKTION DER REGELSTRECKE 6 5. BEDIENUNGSANLEITUNG / MANUAL 7 6. PROJEKTMANAGEMENT ARBEITSPAKETE PROJEKTABLAUF GANTT-DIAGRAMM 9 7. KOSTENKALKULATION MATERIALKOSTEN: RANDBEDINGUNGEN UMWELTBEDINGUNGEN ROHS WEEE LT-SPICE SIMULATION SCHALTPLAN PRÜF- UND TESTPROTOKOLL ERC LAYOUT DRC AUSGABEDATEN LEITERBILD DATENBLATT (BEISPIEL) BILDER ANHANG 19 2

3 2. Lastenheft Leistung: Analyse, Aufbau und Vermarktung einer Temperatur- Regelstrecke. An einer Regelstrecke wird eine Heizung betrieben. Diese soll automatisch bei 0Grad Wassertemperatur angeschaltet werden und sich bei Beispielsweise 5Grad abschalten. Die Ausschalttemperatur sollte optional über ein Drehrad verändert werden können. Die Schaltung muss in einem wasserdichten Gehäuse sein. Die Vorgehensweise muss geplant werden und mit Hilfe von einem GANTT-Diagramm visualisiert werden. Die ausgewählten Betriebsmittel sind: Betriebsmittel, die den europäischen Standards entsprechen. Auf Betriebssicherheit zu überprüfen. Alle oben genannten Arbeiten sind in den gebildeten Teams mit einem Teamleiter durchzuführen. Die Ergebnisse sind schriftlich zu dokumentieren. Schaltplan und Bauteileliste Layout Funktionsbeschreibung Erstellung der Kosten Aufgewendete Zeit Bedienungsanleitung in Deutsch und in Englisch Teilsimulationen in LT-Spice Prüfprotokoll Qualität: Während der Herstellung und des späteren Betriebs des Netzteils sind die ökonomischen und ökologischen Randbedingungen zu beachten und das Gerät entspricht dem Stand der Technik d.h. den entsprechenden DIN und VDE Vorschriften. Die Beachtung dieser Vorgaben ist im Pflichtenheft zu dokumentieren. Bemerkungen: 3

4 3. Einführung / Auswahl des Projektes Wir haben uns für dieses Projekt entschieden, da wir die Arbeit mit einem Temperatursensor sehr ansprechend und interessant fanden. Die Regelstrecke soll später für eine Teichheizung verwendet werden, um die Wassertemperatur zu regeln. Eine der wichtigsten Anforderungen war das,dass Gehäuse Spritzwasser geschützt ist. 4. Pflichtenheft Projekt: Temperatur-Regelstrecke Zielbestimmung: An einer Regelstrecke wird eine Heizung betrieben. Diese soll automatisch bei 0Grad Wassertemperatur angeschaltet werden und sich bei Beispielsweise 5Grad abschalten. Die Ausschalttemperatur sollte optional über ein Drehrad verändert werden können. Anwendervorgaben: Das Gehäuse muss wasserdicht sein. Produkteigenschaften: Leistungsspezifikation: starre Leiterpaltte IPC-6012 Typ 2:Lps mit metallischen Bohrungen Anforderungsklassen: Klasse 1 ( Gewöhnliche Elektronikprodukte) die Hauptanforderung an die Produkte dieser Klasse ist, dass die fertige Baugruppe funktioniert Technologieklasse: Toleranzklasse A Oberfläche Kupfer Lötstopplack(bleifrei). Leiterplattendicke angepasst 4

5 Lieferumfang : Funktionsbeschreibung Bedienungsanleitung in Englisch und Deutsch Schriftliche Dokumentation sowie Webpage Lastenheft und Pflichtenheft Hannover, Toleranzklassen: 5. Funktionsanalyse: 5.1. Funktion des Netzteils Der Transformator T1 regelt die Spannung von 230V auf 12V. Mit Hilfe der vier Dioden wird immer nur die positive Halbwelle durch gelassen und die negative Halbwelle gesperrt. Der Spannungsregler 7812 regelt nochmal zusätzlich die Spannung auf 12V. Durch den Kondensator C1 (großer Elko) wird die Spannung geglättet und stabilisiert. Die weiteren Kondensatoren verbessern die Glättung zusätzlich noch einmal. 5

6 5.2. Funktion der Regelstrecke Die Temperatur wird bei dieser kleinen Schaltung (12-15V Betriebsspannung) über einen handelsüblichen KTY10 (Temperaturabhängiger Widerstand) erfasst und über ein Relais können dann beim Erreichen einer einstellbaren Temperatur Verbraucher ein- und ausgeschaltet werden. Eine einstellbare Schalt-Schwelle verhindert bei geringen Temperaturschwankungen ein ständiges Ein- und Ausschalten. P1 stellt die Schalt-Temperatur ein und P2 bestimmt die Schalt-Schwelle. Als Herz der Schaltung kommt der sehr günstig erhältliche Operationsverstärker LM741P zum Einsatz. D1 dient nur als Freilaufdiode, um die Schaltung vor Spannungsspitzen zu schützen, die an der Spule des Relais auftreten, wenn dieses schaltet. Die Hysterese vermeidet andauerndes Umschalten, wenn die Temperatur nahe der Schwelle ist. Hervorgerufen durch kleinste Störeinstreuungen. Der Kondensator C2 unterdrückt eventuelle Störungen, die über den Fühler (längere Leitung) eingekoppelt werden. Der Ausgang des 741P kommt nicht auf Null - dort können möglicherweise noch 2-3V übrigbleiben. Der Teiler aus R5 und R6 soll dann die Spannung auf deutlich unter 0.7V teilen. 6

7 6. Bedienungsanleitung / Manual Deutsch : Dies ist die Bedienungsanleitung für die Temperatur Regelstrecke der Projektgruppe Temp. Das Gehäuse ist nicht wasserdicht sondern nur Spritzwasser geschützt (IP54), also stellen Sie sicher, dass der Aufstellungsort vor Überschwemmungen, Hochwasser und direkter Wasserbelastung geschützt ist. Die Regelstrecke wird mit 230V betrieben. Niemals das Gehäuse aufschrauben wenn das Gerät angeschlossen ist! Der Einschaltpunkt der Regelstrecke liegt bei 0 C und der Ausschaltpunkt bei 5 C In den folgenden Schritten wird ihnen erklärt wie die Regelstrecke aufgebaut, angeschlossen und bedient wird. Schritt 1: Schließen Sie ihr gewünschtes Heizelement an die Steckdose an die Steckdose an die aus dem Gehäuse der Regelstrecke geführt wird. Schritt 2: Legen Sie den Temperatursensor in ihr gewünschtes Behältnis. 7

8 Schritt 3: Stecken Sie den Stecker für die Spannungsversorgung der Regelstrecke in eine Steckdose. Wenn Sie den Einschalt und Ausschaltpunkt ändern wollen und keine Kenntnisse der Elektrotechnik besitzen sollten Sie einen Fachmann hinzuziehen. Falls Sie nicht wissen an wen Sie sich wenden sollen schreiben sie uns einfach eine an wir verweisen sie gerne an einen Fachmann in Ihrer Nähe. English : This is the documentation for the temperature control system of the project group "Temp". The case is not waterproof, only water resistant (IP54), so make sure that the area is protected from flooding, high water and direct exposure to water. The controlled system is operating with 230V. Never unscrew the casing when the device is connected! The switch-on of the control system is at 0 C and the switch-off at 5 C The following steps explain you how the controlled system is configured, installed and operated. Step 1: Connect your desired heating element to the socket that is conducted out oft he case. Step 2: Place the temperature sensor in your desired container. Step 3: Insert the connector for the power supply of the controlled system into a power outlet. 8

9 If you want to change the switch on and switch off and do not have knowledge of electrical engineering you should consult an expert. If you do not know who to contact, send us an at We refer you an expert in your area. 7. Projektmanagement 7.1. Arbeitspakete Lastenheft Pflichtenheft Projektmanagement Kostenkalkulation Gehäusezeichnung Schaltplan Layout Prüfprotokoll Ausgabedaten Reflexion 7.2. Projektablauf Gantt- Diagramm 9

10 8. Kostenkalkulation 8.1. Materialkosten: Regelstrecke Bestellnummer Beschreibung Anzahl Preis in / Stück Kondensator 100µF 1 0, Kondensator 100nF 2 0, Potentiometer 5kΩ 1 0, Potentiometer 250kΩ 1 0, Widerstand 6,2kΩ Widerstand 3,9kΩ 1 0, Widerstand 2,2kΩ 1 0, Widerstand 5,6kΩ 2 0, Widerstand 2,7kΩ 1 0, Widerstand 47kΩ 1 0, Widerstand 22kΩ 1 0, Widerstand 4,7kΩ 1 0,1??? KTY KTY , LT , Diode 1N , LED 1 0,08 10

11 Transistor BC , Relais 1 1, Gehäuse IP ,08 Gesamtbetrag Regelstrecke: 30,67 Netzteil Bestellnummer Beschreibung Anzahl Preis in / Stück Kondensator 2200µF 1 1, Kondensator 100nF 2 0, Kondensator 10µF 1 0, Spannungsregler LM , Diode 1N , U1 Transformator 1 2,97 Gesamtbetrag Netzteil: 5,21 Sonstiges Bestellnummer Beschreibung Anzahl Preis in / Stück Schukostecker 1 5, Schukokupplung 1 6,79 Gesamtbetrag sonstiges: 12,28 Zuastz für Team Miniatur - Taster 1 1,07 Gesamtbetrag Insgesamt: 48,16 9. Randbedingungen 9.1. Umweltbedingungen RoHs RoHS (Restriction of (the use of certain) hazardous substances: Beschränkung (der Verwendung bestimmter) gefährlicher Stoffe) bezeichnet 11

12 Feinstaubbelastung beim Bohren / Feilen / Fräsen von FR4 Material Eine Absaugung des Feinstaubes muss gewährleistet sein Dampfentwicklung beim Lötvorgang / Lötstopplack / Ätzvorgang Den Lötstopplack nicht in geschlossenen Räumen verwenden Umweltbelastung durch Ätzmittel Fehlerhafte Bestückung von Bauteilen kann zu Explosionen und Dampfentwicklung führen WEEE WEEE (Waste of Electrical and Electronic Equipment): Elektro- und Elektronikgeräte-Abfall Muss gesondert entsorgt werden Intakte Bauteile können wiederverwendet werden Batterien müssen zu einer Sammelstelle gebracht 10. LT- Spice Simulation 11. Schaltplan 12

13 vorgegebener Schaltplan aus dem Internet Schmatic-Design (Netzteil und Regelstrecke Prüf- und Testprotokoll Widerstand P1 Messschritt bei 0Grad Spannung Pin 2 Spannung Pin 3 Spannung Pin 6 Notiz 13

14 1 0 Ohm 3,50 V 2,68 V 0,5 V Relais nicht geschaltet 2 1 k Ohm 3,16V 2,68 V 0,5 V Relais nicht geschaltet 3 2 k Ohm 2,87 V 2,68 V 0,5 V Relais nicht geschaltet 4 3k Ohm 2,65 V 2,95 V 11 V Relais hat geschaltet 5 4k Ohm 2,45 V 2,95 V 11 V Relais hat geschaltet 6 5k Ohm 2,31 V 2,95 V 11 V Relais hat geschaltet Messschritt Widerstand Spannung Spannung Spannung Notiz bei 10Grad P1 Pin 2 Pin 3 Pin Ohm 3,50 V 2,85 V 0,5 V Relais nicht geschaltet 2 1 k Ohm 3,15 V 2,85 V 0,5 V Relais nicht geschaltet 3 2 k Ohm 2,90 V 3,15 V 11 V Relais hat geschaltet 4 3k Ohm 2,66 V 3,15 V 11 V Relais hat geschaltet 5 4k Ohm 2,46 V 3,15 V 11 V Relais hat geschaltet 6 5k Ohm 2,30 V 3,15 V 11 V Relais hat geschaltet P2 = 0 Ohm ERC 14

15 12. Layout DRC 15

16 Ausgabedaten Leiterbild +1 +1XZ1-1 -1XZ1 C1 C1XZ1 C1XZ2 C2 C2XZ1 C2XZ2 C3 C3XZ1 C3XZ2 C4 C4XZ1 C4XZ2 C5 C5XZ1 C5XZ2 C6 C6XZ1 C6XZ2 C7 C7XZ1 C7XZ2 D1 D1XZ1 D1XZ2 D2 D2XZ1 D2XZ2 D3 D3XZ1 D3XZ2 D4 D4XZ1 D4XZ2 D5 D5XZ1 D5XZ2 IC1 IC1XZ1 IC1XZ2 IC1XZ3 IC1XZ4 IC1XZ5 IC1XZ6 IC1XZ7 IC1XZ8 LM1 LM1XZ1 LM1XZ2 LM1XZ3 P1 P1XZ1 P1XZ2 Q1 Q1XZ1 Q1XZ2 Q1XZ3 R1 R1XZ1 R1XZ2 R1XZ3 R2 R2XZ1 R2XZ2 R3 R3XZ1 R3XZ2 R4 R4XZ1 R4XZ2 R5 R5XZ1 R5XZ2 R6 R6XZ1 R6XZ2 R7 R7XZ1 R7XZ2 R8 R8XZ1 R8XZ2 R8XZ3 R9 R9XZ1 R9XZ2 R10 R10XZ1 R10XZ2 R11 R11XZ1 R11XZ2 REL1 REL1XZ1 REL1XZ2 REL1XZ3 REL1XZ4 T1 T1XZ1 T1XZ2 T1XZ3 T1XZ4 X1 X1XZ1 X1XZ2

17 14. Datenblatt (Beispiel) 1N N4007, 1N , EM513, EM516, EM518 Version Type Ø 2.6 ± Ø 0.77 ±0.07 Dimensions - Maße [mm] 1N N4007, 1N , EM513, EM516, EM518 Silicon Rectifier Diodes Silizium-Gleichrichterdioden Nominal current Nennstrom Repetitive peak reverse voltage Periodische Spitzensperrspannung Plastic case Kunststoffgehäuse Weight approx. Gewicht ca. Plastic material has UL classification 94V-0 Gehäusematerial UL94V-0 klassifiziert Standard packaging taped in ammo pack Standard Lieferform gegurtet in Ammo-Pack 1 A V DO-41 DO-204AL 0.4 g Maximum ratings Type Typ Repetitive peak reverse voltage Periodische Spitzensperrspannung V RRM [V] Grenzwerte Surge peak reverse voltage Stoßspitzensperrspannung V RSM [V] 1N N N N N N N N EM EM EM Max. average forward rectified current, R-load Dauergrenzstrom in Einwegschaltung mit R-Last Repetitive peak forward current Periodischer Spitzenstrom Peak forward surge current, 50/60 Hz half sine-wave Stoßstrom für eine 50/60 Hz Sinus-Halbwelle T A = 75 C T A = 100 C I FAV 1 A 1 ) 0.8 A 1 ) f > 15 Hz I FRM 10 A 1 ) T A = 25 C I FSM 50/55 A Rating for fusing Grenzlastintegral, t < 10 ms T A = 25 C i 2 t 12.5 A 2 s Junction temperature Sperrschichttemperatur Storage temperature Lagerungstemperatur T j T S C C 1 Valid, if leads are kept at ambient temperature at a distance of 10 mm from case Diotec Semiconductor AG

18 BFE2A11_tim_rub Temperatur - Regelstrecke Bilder 18

19 16. Anhang 19