Strommessender Unterputz-Schaltaktor

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Florian
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Strommessender Unterputz-Schaltaktor

Beitrag von Florian »

Ich wurde gebeten, doch mal über dieses unvollendete Projekte zu berichten:

Einen zweikanaligen, strommessenden Schaltaktor für den Einbau in Unterputzdosen. Er basiert auf dem Konzept des strommessenden 6-kanaligen Schaltaktor für Schaltschrankeinbau.

Noch eines vorweg: Ich habe dieses Konzept schon vor einiger Zeit aufgrund diverser Probleme auf Eis gelegt.
cs-up 2.jpg
Der 3D-Aufbau ist zum großen Teil in FreeCAD modelliert worden:
3DModell_KNX-UP.png
Auf den Bildern lassen sich die wichtigsten (und größten) Elektronikkomponenten gut erkennen: Das Modul besteht aus 3 Platinen, die übereinander gestapelt sind und durch verschiedene Pfostenleisten verbunden sind.

Ganz oben befindet sich die Controller-Platine mit KNX-Verbinder, Induktivität und Elko aus der Controller-Spannungsversorgung. Der Programmiertaster ist durch ein Loch im Deckel erreichbar, durch ein weiteres Loch kann man die Programmier-LED sehen.

Eine Platine darunter trägt die Relais-Ansteuerung, die Stromtrafos, Stromsignalverstärkung und -multiplexing. Eine Zugentlastung wird ebenfalls mit dieser Platine verschraubt. Der Speicherelko für die Ansteuerung der bistabilen Relais ragt durch ein Loch in der Controller-Platine darüber.

Ganz unten befindet sich die Relais-Platine, die aus Platzgründen kleine bistabile Relais ADW1212H von Panasonic trägt. Diese sind klein, können trotzdem 16A schalten und vertragen große Einschaltströme.

Ein Sicherheitsaspekt ist eine eingeplante Thermosicherung zwischen den beiden Relais, die im Falle eines Falles die Zuleitung zu den beiden Relais unterbricht. (Hier nicht sichtbar.)

Das Gehäuse ist full custom und so ausgelegt, dass es in tiefe Unterputzdosen und Kaiser Elektronikdosen passt. Bei Einsatz einer normalen, tiefen UP-Dose benötigt man direkt daneben eine weitere Dose, in dieser wird die eigentliche Netzspannungsverkabelung durchgeführt. Das ist notwendig aus Platzgründen - die Klemmen würden nicht mehr in die Dose mit dem Aktor passen und auch aus Sicherheitsgründen. So kann man die Klemmen für Netzspannung sauber von denen der KNX-Leitungen trennen.

Jetzt kommt sicherlich die Frage, warum das Ganze auf Eis liegt:
  • Nun, der Aufbau ist sehr fitzelig, beispielsweise ist das Durchfädeln der Kabel durch die Stromwandler eine Sache für sich (die Biegeradien sind im Endeffekt die erlaubten Mindestbiegeradien). Ebenso das Verdrahten der Thermosicherung (eine Crimpverbindung auf der einen Seite, auf der anderen Seite mit nur wenig mehr Drahtlänge in die Platine einlöten.). Das passt in den vorhandenen Platz hinein, aber nur gerade eben so. Auch müssen die Stromwandler auf der Platine verklebt werden, ansonsten könnten sie durch die Kräfte der umwickelten Kabel abreißen.
  • Ich habe gerade die Zahl nicht vorliegen, aber der Preis für den Aktor ist durchaus hoch. Die ganze allgemeine Aktorelektronik verteilt sich nur auf 2 Kanäle, die Relais und auch die Thermosicherung sind keine Schnäppchen.
  • Der bisher geplante Rastmechanismus für die beiden Gehäusehälften funktioniert so nicht. FDM gedruckt brechen die Rasthaken einfach ab, außerdem ist das zu unpräzise.
  • Wenn man wirklich die notwendigen Kriechstrecken einhalten will, muss zwischen Relaisplatine und der darüber eine passend zugeschnittene Isolierfolie sein
  • Die sichere Netztrennung basiert auf den zusätzlich aufgezogenen, sehr flexiblen Silikonschläuchen. Und inzwischen weiß ich, dass Silikon so nah an Relais keine gute Idee ist.
Der Aktor hat natürlich auch seine guten Seiten:
  • Das Konzept erlaubt eine saubere Trennung von KNX-Busleitungen und Netzspannung
  • Der maximale Stromverbrauch an KNX ist niedrig, etwas niedriger als beim 6 kanaligen strommessenden Schaltaktor.
  • Die Messgenauigkeit ist trotz beengtem Aufbau gut.
  • Elektrisch funktioniert der Prototyp wie geplant (es ist allerdings für die Thermosicherung nur ein mechanischer Dummy verbaut)
Zwischendurch habe ich auch mal überlegt, am Aktor noch einen Steckverbinder für Digital Ein-/Ausgänge zu integrieren. Das würde die Kosten auf mehr Funktionalität verteilen (und wäre in manchen Situationen sehr nützlich). Wegen der Platzfrage habe ich das dann aber wieder vertagt.
Mirko
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Re: Strommessender Unterputz-Schaltaktor

Beitrag von Mirko »

Hi Florian,
sehr schönes Projekt!

Vielleicht helfen kleine Abstriche beim Anspruch (ich mag das eigentlich auch nicht ;-) ), einer praktikableren Lösung näher zu kommen:
  • Strommessung über Widerstände (gibt es als SMD) mit China-IC
  • Kleinere Relais mit Nulldurchgangsschaltung
  • Erst einmal nur ein Kanal?
Schau Dir mal an, wie Shelly das beim Shelly plus 2PM macht. Der ist extrem klein.
Florian
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Re: Strommessender Unterputz-Schaltaktor

Beitrag von Florian »

Die ganzen Aktoren mit Funkschnittstelle haben es da deutlich einfacher: Die Strommessung kann einfach ohne Netztrennung geschehen. Bei einem KNX-Aktor kommt dann sichere galvanische Trennung und Energieversorgung der isolierten Seite dazu. Da hat der Stromwandler als Übertrager seinen Vorteil: Er ist gleichzeitig die Netztrennung.
Mit nur einem Kanal wird es natürlich einfacher, aber die Kosten je Kanal sind schlechter. Und ich denke, den zweiten Kanal kann man in vielen Fällen sinnvoll nutzen, selbst wenn man damit irgendwas ein paar Meter weiter versorgt.
Mirko
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Re: Strommessender Unterputz-Schaltaktor

Beitrag von Mirko »

Hi Florian,
hier vielleicht eine Alternative für die Stromwandler. Günstig, klein und auf der 230V Seite ordentlich vergossen.
Leider nur 64 Stück verfügbar. gehen gut weg ;-)
https://www.pollin.de/p/zettler-stromwa ... -15-250592

Die Alternative mit den China-Meetering-ICs + seriellem ISO-Chip + DC/DC Wandler könnte aber ähnlich klein werden.
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