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Kompressor

Eigentlich wollte ich nur das defekte Aggregat von meinem alten Kompressor austauschen.  Wie das oft bei alten Geräten so ist, fand ich noch einige Mängel mehr, so das ich mich entschloss meinem Kompressor völlig neu aufzubauen.  Der Kompressor ist optimal für Airbrush, Modellbau und kleinere pustarbeiten in der Werkstatt geeignet. Auch zum aufblasen von Reifen, Luftballons ect. kann dieser mit div. Zusatzadapter benutzt werden. Durch Verwendung eines Kühlschrankkompressors ist er flüsterleise. Wer wie ich, sein Bastelzimmer innerhalb der Wohnung hat, weiss dies besonders zu schätzen.

Wer sich überlegt den Kompressor nachzubauen, sollte sich darüber im klaren sein das man das meiste schon in der Bastelkiste haben sollte, ansonsten wird sich der Aufbau nicht lohnen. Man sollte mehrere Besuche auf dem Recyclinghof und Schrottplatz einplanen bis man die wesentlichen Teile zusammen hat. Auch sollte man überlegen ob man den Mechanischen Aufbau "stemmen" kann, da man gleich in mehreren Berufen (Installateur, Tischler,Elektriker, Elektroniker) tätig wird .

Airbrushkompressor

Das Chassis besteht aus Reststücken von beschichteten 19mm Spanplatten. Auf die Schnittkanten habe ich den passenden Umleimer aufgebügelt. Seitlich habe ich die Platten mit  jeweils 3 Spanplattenschrauben pro Kante verschraubt. Die Löcher der Seitenwände habe ich vorgebohrt und versenkt.

Funktion

Natürlich ist die Skizze unten nicht normgerecht .  Die beiden Ventile (Magnetventil und Ventil) denken wir uns vorerst weg, dazu später mehr. 
In der Steuerung (Bild unten / Schaltung) können über 3 Taster und dem LED-Display die 2 Schaltschwellen für den Druck eingegeben werden. In der oberen Schaltschwelle wird der Maximaldruck (max. 7 Bar) eingestellt bei dem der Kompressor abschaltet. In der unteren wird der Druck eingestellt bei dem der Kompressor wieder einschaltet.
Beim Einschalten des Systems wird der Drucksensor 0 Bar messen und den Kühlschrankkompressor einschalten bis der Maximaldruck im Druckluftbehälter erreicht ist. Eine LED zeigt in dieser Zeit an das das Aggregat läuft. Ausserdem wird der momentane Druck andauernd auf dem Display angezeigt. Danach schaltet das Relais das Aggregat ab. Wird nun Druckluft entnommen sinkt der Druck im Luftkessel bis der untere Schaltpunkt unterschritten wird und das Relais das Aggregat wieder einschaltet. Der Druckminderer (mit Wasserabscheider) sorgt dabei für saubere Luft und für gleichmässigen Druck. Hier fungiert der Wasserabscheider als Filter. Er saugt das Gemisch ein und trennt das anfallende Wasser vom gereinigten Luftgemisch. Die in Druckluftsystemen eingebauten Wasserabscheider, arbeiten in einem mechanischen Trennverfahren. Solche technischen Vorrichtungen werden manchmal auch als Sedimenter bezeichnet. Druckminderer werden bei ganz verschiedenen Gelegenheiten eigesetzt. Um einige Beispiele zu nennen: Beim Gerätetauchen, bei der medizinischen Versorgung mit Sauerstoff oder Narkosegas, in Ballonfüllventilen für Helium, beim Fassbierausschank oder beim Betrieb von Heizgeräten oder Gasherden mit Butan- oder Propangasflaschen. Der Druckminderer sorgt dafür, dass, auch wenn unterschiedliche Drücke auf der Eingangsseite sind, der Ausgangsdruck einen bestimmten Wert nicht übersteigt. Der Druckminderer kann im wesentlichen mit einem Spannungsregler verglichen werden. Bauche ich (z.B. für eine Airbrush Pistole) einen konstanten Druck von 2 Bar, sollte sich im Tank immer etwas mehr Druck befinden (min.2,5 Bar) um die 2 Bar aufrecht erhalten zu können.
Das Sicherheitsventil soll das System bei einem Ausfall der Elektronik schützen. Es lässt sich durch lösen der Kontermutter und ein und ausschrauben des Ventils zwischen 3..7 Bar einstellen. Übersteigt der Druck diese Einstellung, wird die Luft einfach über das Ventil abgeblasen. Dadurch wird verhindert das der Druck (z.B. bei einem fest gebranntem Relaiskontakt)  unkontrolliert ansteigt und ein Schlauch platzt.


Kompressor skizze

Der Luftbehälter

Die größe des Luftbehälters sollte man abhängig von der verwendeten Airbrush wählen. Je grösser die Düse der Sritzpistole ist, desto höher ist auch der Luftverbrauch (Liter/min.).  Als Behälter lässt sich z.B. ein leerer Feuerlöscher oder
Butangasflasche hernehmen. Ich selbst benutze einen 5 Liter Behälter für Kohlensäure der in weniger als 2 Minuten auf 6 Bar aufgeladen ist. Das ist ausreichend für meine Airbrush mit 0,2mm Düse, mit der ich endlos sprühen kann. Ich habe noch eine weitere Airbrush mit 5mm Düse die mehr Luft (Liter/Min.) verbraucht als das Aggregat liefert. Trotzdem kann ich, wenn mein Tank voll ist (6,5 Bar) ca. 2 min ununterbrochen sprühen bis der Druck auf 2,5 Bar abgesunken ist. Das genügt  durchaus, da man eh immer kleine Pausen einlegen muss in denen erneut Druck aufgebaut wird.
Von meinem Kohlensäuretank habe ich die vorhandene Messingarmatur oberhalb des (1/2 Zoll) Gewinde abgesägt. Da vom (Armatur-) Gewinde noch genügend vorhanden war, habe ich darauf einen Schnellkupplungsanschluss geschraubt. Dieser  ersetzt mir auch gleich eine Ablaßschraube, denn wenn sich Kondenswasser im Tank bilden sollte, kann ich diesen mit wenigen Handgriffen lösen und das Wasser entfernen.

 Das MagnetventilMagnetventil

Soll der Kompressor bei einem Gegendruck wieder eingeschaltet werden, kann es passieren, wenn der Pleuel ungünstig steht , dass der Kompressor nicht wieder anlaufen kann. Bei meinem alten Kompressor war das nicht der Fall, dieser schaltete immer bei 3,6 Bar und hatte bei diesem Gegendruck keine Probleme anzulaufen.
Um diesem Problem entgegenzuwirken habe ich ein Magnetventil gleich nach dem Aggregat eingebaut . Gleich nach dem Magnetventil folgt noch ein Rückschlagventil. Hier habe ich ein einfaches Fahrradventil benutzt (danke an Norbert für den Tip) das ich in den Luftschlauch geschoben habe. Zum fixieren  habe ich eine Schlauchschelle benutzt (im Foto links die obere). Mein Magnetventil habe ich aus einem defekten Kaffeeautomaten ausgebaut. Dieses öffnet, wenn an den entsprechenden Kontakten 230V Spannung anliegt und lässt den Druck nach aussen entweichen.  In der Schaltung sorgen dann 2 Relais dafür, das wenn der Maximaldruck erreicht ist  zuerst das Aggregat abgeschaltet wird und danach für eine halbe Sekunde das Ventil geöffnet wird. Danach ist auf der Strecke vom Aggregat bis zum Fahrradventil kein Luftdruck mehr vorhanden und der Kompressor kann ohne Probleme wieder anlaufen. Das Fahrradventil wirkt also im Luftschlauch, wie eine Diode in der Elektronik .
Man kann durch ausprobieren herausfinden, bei welchem Gegendruck das Aggregat noch problemlos einschaltet und sich so die beiden Ventile und ein Relais sparen wenn dieser Druck noch ausreicht. Da ich (nur) einen 5 Liter Tank benutze, habe ich den Druck (gegenüber meinem alten Kompressor) auf 6,5 Bar Max. / 5,5 Bar Min. erhöht .Kompressor Detail1 Da brauche ich die Ventile auf jeden Fall.
Leider kann ich keine komplette Stückliste für den mechanischen Aufbau erstellen, das meiste hängt eh von den verwendeten Teilen die man schon hat ab. Ich bin im wesentlichen mit 3 T-Stücken ausgekommen (1/4 Zoll) die ich dann bei Bedarf auf 1/8 adaptiert habe (Bild rechts kann vergrößert werden). Natürlich könnte man, wenn man sich das zutraut, auch ganz ohne Schlauch auskommen wenn man Kupferrohr benutzt und dieses starr verlötet.

Wichtig ist, daß im Endeffekt alles dicht ist , also bei jedem Gewinde Teflonband oder Hanf & passendes Fett verwenden

Schaltung

Bestückte PlatineDa ich den Drucksensor MPX5700 verwendet habe, musste ein AVR mit A/D Wandler her. Ich habe mich für den ATMega48 entschieden, der mit 8Mhz (interner RC-Oszilator) läuft. Der MPX5700 ist nach Datenblatt mit einem RC-Glied an seinem Ausgang beschaltet und mit ADC3 des Mega48 verbunden.  Sein Messbereich geht von 0 bis 7 Bar (= 0-700 kPa), die Spannung an seinem Ausgang steigt (linear mit dem Druck) zwischen 0,2 - 4,7 Volt. Die 3 Siebensegmentanzeigen (gem. Anode) HD1131R sind auch aus der Bastelkiste. Sie sind Pinkompatibel mit, den bei Reichelt erhältlichen, Kingbright SA 52-11 rt. Diese werden im Multiplexbetrieb von den 3 PNP Transistoren BC557B angesteuert.
Die 3 Taster sind gegen GND geschaltet, es werden die Internen Pullup Widerstände des ATMEGA48 benutzt.
Um nicht unnötig viel 230V Leitungen verdrahten zu müssen, habe ich die beiden Relais für Kühlschrankaggregat und Magnetventil auf der Netzteilplatine untergebracht.

Druckluftsteuerung - Schaltung

Layout

Die Platine ist einseitig, daher müssen ein paar Brücken in kauf genommen werden.  Diese werden zuerst bestückt.  Danach folgen wie üblich, die nächsthöheren Bauteile, bis die Bestückung komplett ist.

Platine Kompressor Digitalteil

sensor

platine bestücken

Bei der Brücke die unter dem ATMega48-Sockel verläuft, empfiehlt es sich den Sockel mit einer Feile oder einem Sägeblatt etwas zu bearbeiten damit dieser nicht auf der Brücke schaukelt. Der Drucksensor MPX5700 ist zwar auf der Platine eingezeichnet, dennoch habe ich diesen über eine 3polige Steckverbindung und Litze mit der Platine verbunden. Im Bild rechts  sieht man wie ich den Drucksensor nach aussen führe. Zur Befestigung habe ich ein Platinenreststück passend zugeschnitten, gebohrt und M3-Muttern aufgelötet. Auch das Loch in der Mitte ist notwendig, da der Sensor nach hinten eine Öffnung (zum Druckausgleich ?) hat.

Das Netzteil

Wie schon oben erwähnt befinden sich die beiden Relais mit auf der Netzteilplatine. Ansonsten ist es ein normales Festspannungsnetzteil mit Trafo, Brückengleichrichter, Ladeelko und Festspannungsregler 7805.  

Schaltplan Netzteil

Die Kühlfläche des 7805 befindet sich am Rand der Platine, um einen Kühlkörper anzubringen. So ist man nicht auf eine bestimmte Bauform des Kühlkörpers festgelegt.

Netzteil Platine

Die beiden Platinen haben die gleichen Maße und können auch mit Abstandsrollen übereinander montiert werden. Die Platinen werden mit 4 Leitungen untereinander verbunden.  Die Punkte +5A, 0VA, K1B, K2B der Netzteilplatine kommen an die Punkte +5B, 0VB,  K1A, K2A der Digitalplatine.

Verkabelung


Achtung 230V Netzspannung:
Wer hier nicht weiss was er macht, Finger weg von dieser Schaltung !

In der Skizze unten fehlt noch eine Sicherung, diese am besten noch vor dem Netzschalter montieren. Der Wert der Sicherung ist im wesentlichen abhängig vom verwendeten Aggregat. Auf meinem Aggregat steht 0,92A, hier würde ich eine 1,25A Träge wählen. Platz findet die Sicherung sehr schön in einem Einbaustecker für Kaltgeräte.

Skizze 230V

Kompressorsteuerung im Gehäuse

Die 4 Litzen die die beiden Platinen verbinden habe ich wie im Bild oben zu sehen ist, mit PSK-Verbinder steckbar gemacht und kann so die beiden Gehäusehälften bequem trennen. Leider habe ich keine genaue Bezeichnung für das Gehäuse da ich dieses noch "auf Lager" hatte. Man sollte auf jeden Fall ein Gehäuse  mit genügend Platz wählen. Die Aussenmaße  von meinem Gehäuse sind 80x80x150 mm.

Stückliste

Ich hoffe es ist alles dabei :-)

Digitalteil:



R1 10k Widerstand
R2 47R Widerstand
R3-R10 120R Widerstand
R11-R14, R16 1K Widerstand
R15, R17 330R Widerstand
R18 51k Widerstand
C1-C3 100nF Keramik-Kondensator
C8 50pF Keramik-Kondensator
D1-D3 SA 52-11 rt 7-Segment-Anzeige
Dr1 MPX5700 Drucksensor
IC1 ATMega48 Mikrocontroller
Led1, Led2 LED 3mm Leuchtdiode
Q1-Q5 BC557B PNP-Transistor
S1-S3 Taster 3301D Kurzhubtaster Printmontage

Netzteil:



Tr1 Trafo 9V, 500mA Transformator
B1 DIL-Gleichrichter
C4 1000µF/25V Elko RM5
C7 10µF Elko
C5, C6 100nF Keramik-Kondensator
D4, D5 1N4004 Diode
K1, K2 Fin36.11 5V Relais 1x UM, 250V 10A, 5V
IC3 7805 Festspannungsregler, 5V / 1A + Kühlkörper (evtl.Reststück  Alu)
X1 Klemme Schraubklemme 2pol RM10
X2 Klemme Schraubklemme 2pol RM5

Optional:



PSK Stecker 3pol
für Drucksensor (Stecker + Leergehäuse + Crimpkontakte)
PSK Stecker 4pol
für Netzteil -> Digitalplatine (Stecker + Leergehäuse + Crimpkontakte)
Netzschalter

Netzstecker
evtl. mit Sicherungseinsatz
Gehäuse
Nach Wahl, + etwas rotes Plexiglas für die Anzeige

Frontfolie

Frontplattenvorschlag

Die Frontfolie wurde wie bei meinen anderen Projekten mit dem Frontdesigner von Abacom  erstellt. Die 3 Siebensegmentanzeigen sind natürlich nur symbolisch abgebildet und werden vor dem aufkleben ausgeschnitten. Die Frontfolie kann auch gleichzeitig als Bohrschablone verwendet werden. Ich habe mit dem Tintenstrahldrucker auf weisser Selbstklebender Folie von Data Becker gedruckt und nach dem trocknen (zur Sicherheit) mit einer durchsichtiger Folie überklebt. Die Taster und LEDs habe ich mit einer Lochzange (für Leder) ausgeknipst. Eine ausführliche Anleitung dazu habe ich hier.

Bedienung

Drückt mal den Taster <SET/OK> wird das Setup eingeleitet und es läuft der Text "SET LO" über das Display. Danach kann man die untere Schaltschwelle einstellen. Das ist der Wert, bei welchem Druck der Kompressor wieder einschalten soll nachdem der Presslufttank vorher schon voll war. Über die Tasten <UP> und <DOWN> kann dieser Wert erhöht oder vermindert werden. Diese beiden Tasten haben eine Repeatfunktion. Durch kurze Tastendrücke, kann man Stufenweise den Wert verändern. Hält man eine dieser Tasten länger gedrückt,  zählt der Wert  schnell hoch bzw. runter. Ist der Wert für die untere Schaltschwelle eingestellt, drückt man erneut <SET/OK> um den Wert zu übernehmen. Nun scrollt der Text "SET HIGH" über das Display. Hier auch wieder mit  <UP> und <DOWN> den Maximaldruck einstellen und mit  <SET/OK> übernehmen. 
Diese Werte werden im Eprom Gespeichert.

Download

Assembler Code, Hex, Platinen im Eagle Format, Frontplatte im Frontdesigner Format

Der Mega48 läuft wie gesagt mit 8MHz intern, deshalb bei einem neuen ATMega48 bei den FuseBits die DIV8 Fuse deaktivieren.

Hier die Einstellungen, wenn man im AVR-Studio direkt programmiert.

AT Mega48 Fuse Bits

Update

Beim arbeiten mit dem Kompressor hatte ich noch einige Ideen, die ich, nachdem ich mir die Firmware nochmals vorgenommen habe, mit diesem Update nachliefere.

  • Um ins Setup zu gelangen, muß die <SET/OK> Taste  ca. 1 Sekunde gehalten werden um nicht versehentlich durch eine kurze Berührung der Taste ins Setup zu springen.
  • Im Setup blinkt nun der Dezimalpunkt der Anzeige.  Damit ist ersichtlich das man sich noch im Setup befindet.
  • Pause. Drückt man (ausserhalb des Setup) auf  <DOWN>, wird das Aggregat ausgeschaltet und über das Display scrollt "PAUSE" als Laufschrift. Ein beliebiger Tastendruck bewirkt eine Rückkehr in die Steuerung. 
  • Ein kurzer Tastendruck auf <UP> schaltet die Hundertstel Bar (die 3.Stelle) auf dem Display Ein/Aus. Diese Einstellung wird (nachdem Setup aufgerufen wurde) Im Eprom mit abgespeichert.
  • Ein langer Tastendruck auf <UP> schaltet das LED-Display ganz ab.  Über das Display scrollt "DISPLAY" als Laufschrift, danach bleibt das Display dunkel. Die Steuerung läuft natürlich weiter.  Ein 2. langer Tastendruck schaltet das Display wieder ein.

Die Pausefunktion ist nützlich, wenn man fast fertig ist und weiss das die Luft im Tank ausreicht um die Arbeit fertigzustellen. Ausserdem kann man durch 2* <Pause> drücken, den Tank vorzeitig wieder auf Max. aufladen, da beim verlassen des Pausemodus die Relaissteuerung in den Auflademodus gefahren wird.

Download Firmware 1.01

Eine weitere Bauanleitung eines Kompressors 

Besonders Interessant finde ich die Füllstandkontrolle mit Silikonschlauch die ich bei meinem Kompressor evtl. noch nachrüsten werde.

Karlssons Kompressor


Viel Spass beim Basteln, Jürgen