Mehr ist besser – die Elektronik ist nun auf 24 V umgestellt

Da ich nun die RAPPS128 Schrittmotortreiber bei mir eingebaut habe und diese Treiber keine (einfache) separate Spannungsverorgung für die Schrittmotoren haben, habe ich endlich mal meine gesamte Elektronik für den 3D Drucker von 12 V auf 24 V umgestellt. Einfach so mehr Spannung anlegen darf mannatürlich nicht. Als erstes wäre da der Arduino DUE, der über die Eingangsspannung des RADDS mit Strom versorgt wird. 24 V ist für den Arduino DUE zuviel. Laut Datenblatt soll man im Dauerbetrieb nicht über 12 V gehen. Der Entwickler des RADDS schlägt vor, die Diode D1, über die der DUE die Spannung bekommt, durch 3 Zenerdioden mit jeweils 4 V zu ersetzen. Ja, kann man machen, aber wirklich schön ist das nicht. Ich habe die Diode D1 nun einfach durch einen Schaltregler ersetzt. Dieser wandelt die 24 V des RADDS in 9 V für den DUE um. Das funktioniert wunderbar und es ist sogar weniger Lötarbeit als 3 Zenerdioden einzulöten.

RADDS 1.1 mit Schaltregler-Erweiterung
RADDS 1.1 mit Schaltregler-Erweiterung (auf dem Bild sind die RAPS128 noch nicht zu sehen)

Zum Einsatz kommt hier ein kleiner Schaltregler von Traco Power. Diese sind nicht ganz billig. Jedoch hatte ich den noch von meinem Microslicer übrig.

Als nächstes machen die Lüfter dann noch Probleme. Meine Lüfter sind für 12 V ausgelegt. Zum Glück sind die Lüfter recht robust und könnten sogar eine Zeit lang an 24 V betrieben werden. Nur leidet dann die Lebensdauer der Lüfter extrem (Verschleiß der Lager und Überhitzung der Elektronik). Mein Hotend-Lüfter wird mit einer PWM-Steuerung angesprochen. In der Firmware (Repetier Firmware) kann man einstellen, wie hoch die maximale Einschaltdauer des PWM-Signals sein soll. Ich habe den Wert von 255 (Maximum) auf 120 runtergesetzt. Eigentlich wäre ein Wert um die 70 richtiger gewesen, denn bei verdoppelter (Gleich-)Spannung (12 V auf 24 V), verdoppelt sich auch der Strom durch einen (ohmschen) Verbraucher und sich somit die Leitung quadratisch erhöht. P = U x I;  I = U / R => P = U² / R. Statt 255 durch 2 zu teilen, müsste man durch 4 (2²) teilen, um auf die gleiche mittlere Leistung des PWM-Signals zu kommen. Der Lüfter fängt bei max PWM 60 nur an zu pfeifen, bei 120 ist der Lüfter immer noch schön ruhig.

Als Letztes ist da noch mein Hotend selber, bzw dessen Heizelement. Dieses ist für 12 V ausgelegt. Da dieses Heizelement nur ein einfacher Widerstand ist, ist diesem erst einmal die Spannung egal, die an ihm anliegt. An 12 V hat das Heizelement eine Leistung von ca 60 W. Der Widerstand beträgt somit grob 0,5 Ohm. Wird die Spannung nun verdoppelt, hat das Heizelement eine Leistung von ca 244 Watt. Das ist mehr, als mein großes Heizbett an 24 V hat. Das kleine Heizelement am Hotend wird mit dieser Leitung sehr schnell, sehr heiß. Versehentlich hatte ich das PWM-Siganl nicht gedrosselt. Das Heizelement war innerhalb weniger Sekunden auf über 380°C aufgeheizt. Ist ja super, nur 1 oder 2 Sekunden warten, bis das Hotend die benötigte Drucktemperatur erreicht hat 🙂 Nur leider schafft es die Regelung nicht, diese große Leistung zu bändigen. Also muss auch hier der maximale PWM Wert gesenkt werden. Nach einigem Rumtesten habe ich den Wert dann von 255 auf 40 gesenkt. Bei diesem Wert ist die Temepraturregelung nun stabil genug, um wieder drucken zu können.

Info: Ab RADDS Version 1.2 ist schon ein Schaltregler verbaut und man kann den DUE ohne eigenen Schaltregler über das RADDS mit 24 V versorgen.