Weller Heizkontrollleuchte HKL Dokumentation

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1 Weller Heizkontrollleuchte HKL Dokumentation _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 1 von 11

2 Inhaltsverzeichnis 1.1. Funktionsbeschreibung 1.2. Grundlagen 1.3. Blockschaltbild 1.4. Schaltungsbeschreibung 1.5. Aufbau 1.6. Abgleich 1.7. Funktionsprüfung 1.8. Technische Daten 2. Stückliste 3. Schaltplan 4. Bestückungsplan (Werte) 5. Bestückungsplan 6. Layout 7. Anschlussbelegung _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 2 von 11

3 1. Funktionsbeschreibung 1.1 Grundlagen Die Lötstation WTCP 51 der Firma Weller arbeitet nach dem Magnastat-Prinzip. Die Lötspitze besitzt eine Kappe, die magnetisch ist. Diese Kappe nennt man auch Magnastat. Über eine Mechanik sorgt der Magnet dafür, dass ein Schalter geschlossen wird. Der Schalter befindet sich in einem Stromkreis, bestehend aus der Sekundärseite eines 24V Trafos und dem Heizelement im Lötkolben. Oberhalb einer bestimmten Temperatur, der Curie- Temperatur, verliert die Kappe Ihre magnetischen Eigenschaften und der Schalter öffnet sich. Der Vorgang ist reversibel. Eine eingeprägte Zahl auf der Kappe der Lötspitze kennzeichnet dessen Einsatztemperatur. So bedeutet eine 5 = 260, eine 6 = 310 C, eine 7 = 370 C und eine 8 = 425 C. Bei bleihaltigem Lötzinn in der Hobbyelektronik wird in der Regel die 370 C Lötspitze verwendet. Unterhalb der Schalttemperatur ist das Heizelement eingeschaltet, oberhalb der Schalttemperatur ist das Heizelement ausgeschaltet. Somit ist ein Regelkreis aufgebaut, der die Lötspitze auf eine konstante Temperatur hält. Das Regelprinzip wird nur von der Firma Weller verwendet und hat sich im Hobbybereich, im Gewerbe und auch in der Industrie bewährt. Ein kleiner Nachteil ist, dass der sogenannte Magnastatschalter gelegentlich seine Funktion verliert. (Bei meiner Station hat das 18 Jahre gedauert!) Am Anfang hilft ein leichtes Klopfen an der Lötspitze, bis zum Schluss der Schalter ganz kaputt ist und kein Klopfen mehr hilft. Interessant wäre hier eine Anzeige, die den Heizvorgang anzeigt. Diese Anzeige wäre für den Anwender auch nützlich, um nach dem Einschalten der Lötstation das Ende des Heizvorgangs zu erkennen, um dann mit dem Lötvorgang beginnen zu können. Im Internet gibt es eine einzige Seite ( die eine Lösung anbietet. Sie arbeitet mit der Detektion des Spannungsabfalls an dem Trafo im Lastfall. Dort muss allerdings eine Justierung erfolgen und die Schaltung kann zerstört werden, wenn man die Einstellung nicht vorsichtig durchführt. Ich habe eine Schaltung entworfen, die in das Gehäuse der Lötstation eingebaut wird und über eine Led den Heizvorgang visualisiert. Dazu wird der über einen Shunt entstehende Spannungsabfall ausgewertet. Es muss kein Trimmer eingestellt werden. Für den Umbau geeignete Lötstationen sind die WTCP-S, WTCP 50 und WTCP 51 von Weller. Von mir umgebaut wurden die WTCP-S und die WTCP Blockschaltbild Ein aus einem Shunt bestehender Stromsensor detektiert den Heizvorgang und erzeugt eine Messspannung. Diese Wechselspannung wird verstärkt, gleichgerichtet, gesiebt und gelangt auf einen Komparator, der eine Leuchtdiode ansteuert. Die Led leuchtet nur, wenn die Heizung eingeschaltet ist. Die Spannungsversorgung der Schaltung erfolgt über den Trafo der Lötstation. Diese Wechselspannung wird gleichgerichtet und gesiebt. Ein nachgeschalteter Regler erzeugt die Betriebsspannung des Heizvorganganzeigers _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 3 von 11

4 1.3 Schaltungsbeschreibung Die Heizpatrone hat einen Widerstand von 12 Ohm. Der Weller Trafo liefert eine effektive Spannung von 24 Volt. Der Strom im Heizbetrieb beläuft sich somit auf 2A eff. Der Spitzenwert beträgt also 2,82A p. Bei einem 33mΩ Widerstand fällt eine Spannung von 93mV p ab. Der LM 358 beinhaltet zwei Operationsverstärker. IC2a ist als Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 100 beschaltet. Er arbeitet mit einer unipolaren Betriebsspannung und verstärkt deshalb nur die positiven Halbwellen. Über D2 wird C4 während der Heizperiode auf ca. 10 Volt aufgeladen. Mit R5 und R6 ist der Schwellenwert des Komparators IC2b auf ca. 2,1 Volt eingestellt. Aus diesem Grund wird die Led bei fließendem Heizstrom angesteuert. Öffnet fnet der Magnastatschalter entlädt sich C4 über R4 mit einer Zeitkonstanten von ca. τ=rc=100ms und die Led wird ausgeschaltet. Der gewählte LM 358 hat eine maximale Offsetspannung von 7mV. Auch das schlechteste Exemplar erzeugt dadurch im Heizstrom-Aus-Zustand stand keine Spannung über 700mV am positiven Komparatoreingang _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 4 von 11

5 Die Betriebsspannung für das IC2 wird über einen 12V-Regler erzeugt. Bei den heutigen Preisen lohnt sich hier kein Einsatz einer Zenerdiode mehr. 1.4 Aufbau Wie üblich beginnt man den Aufbau mit der Brücke, den Dioden D1, D2 und den Widerständen R2 bis R7. Für IC2 sollte man eine Fassung verwenden. Danach werden IC1 und die Kondensatoren C1 bis C4 bestückt. Wer es professionell will, versieht R1 mit keramischen Abstandshülsen und lötet ihn dann ein. So entsteht bei dem Leistungsbauteil ein Abstand zur Platine und die Wärmeabfuhr verbessert sich. Bei uns wird der Widerstand jedoch nicht sehr warm. Zuletzt folgt der Steckverbinder K2 für die Led und die Print- Lüsterklemme K1. Bei ihr handelt es sich um eine abgewinkelte Version - beim Verdrahten merkt man, warum diese Version gewählt wurde. Zum Schluss werden vier Abstandsbolzen mit 10 mm Länge und beidseitigen Innengewinde mit Hilfe von vier Schrauben an den Ecken der Platine angeschraubt. Jetzt zerlegt man vorsichtig die Lötstation. Bei der WTCP50-Lötstation hebelt man vorsichtig an zwei Stellen der Rückseite den Deckel ab. Die WTCP-S-Lötstation ist schon schwieriger zu öffnen. Vom Boden aus sind vier Clipse zu erreichen, die das Gehäuse zusammenhalten. Die Kunst besteht nun darin, das Gehäuse so zu öffnen, das nichts abbricht oder noch größere Schäden entstehen. Die nächsten zwei Bilder zeigen die Ausführung und die Position der Clipse _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 5 von 11

6 Wenn man die Frontplatte freigelegt hat, muss ein Kunststoffzapfen entfernt werden. Ein Seitenschneider hilft dabei _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 6 von 11

7 Die Mitte der Frontplatte in Höhe des Netzschalters wird markiert. Dort bohrt man ein Loch und befestigt die Led mit einer passenden Fassung. Die Abstandsbolzen mit der Platine werden mit Zweikomponentenkleber hinter die Frontplatte geklebt. Nach dem Aushärten des Klebers kann man die Verdrahtung in Angriff nehmen. Die Kabel des Steckers K2 werden an die Leuchtdiode gelötet. Die Lötstellen an der Led sollten mit Schrumpfschlauch versehen werden. Ein Kabel des Trafos wird abgelötet und an Klemme 1 von K1 angeschlossen. Ein neues Kabel (min. 1mm²) verbindet den nun freien Anschluss des Trafos mit Klemme 3. An den anderen Anschluss des Trafos wird ebenfalls ein zusätzliches Kabel (1mm²) angelötet und auf Klemme 2 gelegt. Isolierschläuche und Kabelverbinder helfen dabei, dass die Kabel ordentlich innerhalb des Gehäuses liegen. Nach einer abschließenden Kontrolle der bisherigen Arbeiten wird die Lötstation wieder zusammengebaut. 1.5 Abgleich Die Schaltung braucht nicht abgeglichen zu werden _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 7 von 11

8 1.6 Funktionsprüfung Die Überprüfung der Schaltung beschränkt sich auf das Einschalten der Lötstation. Sofort leuchtet die Led auf. Hat die Lötspitze die richtige Temperatur erreicht, hört man das charakteristische Klicken des Magnastatschalters, der die Zufuhr der Energie unterbricht und die Led erlischt. In regelmäßigen Zeitabständen wird jetzt die Led angesteuert. Damit ist die Überprüfung abgeschlossen. 1.7 Technische Daten Spannungsversorgung: Stromaufnahme: Leistungsaufnahme: 24V AC 3,4mA (Led aus), 9,2mA (Led ein) max. 230mW 2. Stückliste St. Name Wert RM Bestell-Nr. Lieferant 1 R1 0R33, 4W 22, Conrad 1 R2 100k 10 Metall100k Reichelt 1 R3 1k 10 Metall1k Reichelt 1 R4 1M 10 Metall1M Reichelt 1 R5 47k 10 Metall47k Reichelt 1 R6 10k 10 Metall10k Reichelt 1 R7 1k5 10 Metall1k Reichelt 1 C1 47µ/63V 3,5 Rad 47/63 Reichelt 1 C2,C3 100n 2,5 Z5U-2,5 100n Reichelt 1 C4 100n / 63V / 20% 5 MKS-2 100n Reichelt 1 D1 1N N4004 Reichelt 1 D2 1N N4148 Reichelt 1 D3 Led grün Ø5mm LED 5mm gn Reichelt 1 IC1 LM358 LM358DIP Reichelt 1 IC2 78L12 µa78l12 Reichelt 1 Montageclip für Led Conrad 1 IC-Sockel 8 pol. GS 8P Reichelt 1 K1 Print-Lüsterklemme 3-pol Conrad 1 K2 Platinen-Steckverb. 2-pol 2,54 PS 25/2G WS Reichelt 1 Platine FR4 1-seitig FEPCU 50x100 Reichelt 4 Distanzbolzen I/I 10mm DI 10mm Reichelt 4 M3x6 4 Muttern M3 Bemerkungen: Für IC1 Sockel verwenden (gedrehte Ausführung) _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 8 von 11

9 3. Schaltplan _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 9 von 11

10 4. Bestückungsplan (Werte) 5. Bestückungsplan 6. Layout _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 10 von 11

11 7. Anschlussbelegung Anschluss Funktion K1-1 Shunt K1-2 AC 24V K1-3 AC Gnd K2-A K2-K Led D3 Anode Led D3 Kathode _HKL_elektor_DOKU I Heizvorgang Anzeiger Seite 11 von 11