Arduino Nano Punktschweißgerät: DIY Präzisions-Schweißsteuerung

Komponenten und Zubehör

Arduino Nano R3 – Das Gehirn!	×1
Alphanumerisches LCD, 20×4 – Benutzeroberfläche	×1
DS3231 RTC	×1
Drehencoder mit Taster – Zur Steuerung des gesamten Systems	×1
Jumper-Kabel (generisch) – Für Verbindungen	×1
Taster (Schweißknopf)	×1
10-kΩ-Widerstand – Für den Taster	×1

Apps und Online-Dienste

• Arduino IDE
• EasyEDA (PCB-Designer – wähle den, der dir am besten passt)

Über dieses Projekt

In diesem Projekt versuchen mein Vater und ich, unser eigenes Punktschweißgerät zu verbessern, das wir vor etwa zwei Jahren begonnen haben. Es ist vielleicht kein heißes Thema auf dieser Website, aber wir hatten Spaß beim Bauen und haben viel gelernt. Wir hoffen, du auch.

Was ich in diesem Projekt abdecke

Ich werde nur den Arduino-Teil des Schweißgeräts behandeln, der einfach ist und seine Aufgabe recht gut erfüllt, sowie einige grundlegende Spezifikationen des Schweißgeräts selbst geben. Es gibt viele Tutorials auf YouTube und in Elektronik-Foren, die den Bauprozess eines Schweißgeräts abdecken – so haben wir es auch gelernt.

Was ist ein Punktschweißgerät?

Es ist ein Gerät, das einen großen Strom an einen kleinen Punkt zwischen Metallen zwingt, wodurch diese schmelzen und durch die entstehende Wärme miteinander verbunden werden. Dieser Prozess dauert nur wenige Millisekunden (abhängig von den zu verbindenden Metallen) und erfordert, dass das Gerät hochleistungsfähig ist – das ist das Hauptmerkmal eines Punktschweißgeräts: Hohe Leistung in sehr kurzer Zeit bereitzustellen.

Um diesen Strom zu liefern, werden Kupferlegierungs-Elektroden verwendet.

Wie entscheidet man, wie lange dieser Prozess dauert?

Meiner Meinung nach gibt es keinen Standard bei der Schweißzeit. Mein Vater und ich nutzen nur unsere Erfahrung, um zu entscheiden, wie viele Millisekunden für eine gute Schweißung ausreichen, obwohl diese Zeit leicht berechnet werden kann, gegeben die Leistung des Schweißgeräts und die Dicke der zu verbindenden Metalle.

Komponenten / Grundlegende Spezifikationen

Wir verwenden 4× 1,5-kW-Transformatoren, um die benötigte Leistung für unsere Schweißungen bereitzustellen, was uns eine theoretische Leistung von 6 kW gibt. Diese Transformatoren stammen aus LKW-Batterieladegeräten. Um sie für unser Schweißgerät nutzbar zu machen, müssen wir ihre Sekundärwicklungen entfernen, zwei Windungen Schweißkabel (CH01N2-D) hinzufügen und alle Transformatoren parallel schalten. Sie müssen dieselbe Phase teilen, andernfalls wäre der Stromkreis kurzgeschlossen. Das Schweißgerät hat zwei Schweißmethoden:

• Die klassischen Kupferelektroden (linke Seite von Bild 1).
• Die „Spinnenzähne“: Ein Aufsatz zum Schweißen von Batterien, der mit Druckluft funktioniert (rechte Seite von Bild 1).

Die Steuerplatine

Wie in Bild 2 zu sehen, ist unser Board sehr übersichtlich:

• Der Arduino Nano nimmt die zentrale Position und den meisten Platz auf dem Board ein.
• Wir verwenden ein DS3231 Real-Time Clock Modul, um Datum/Uhrzeit anzuzeigen und für Timing-Zwecke zu nutzen. (Bibliothek: Link)
• Wir verwenden ein 20×4 LCD-Display, das mehr Informationen darstellen kann als das häufiger verwendete 16×2 LCD (wir haben tatsächlich das in unserem vorherigen Build verwendet, siehe zweites YouTube-Video am Ende der Projektbeschreibung). Hier ist der Link zum Download der Bibliothek: Link. Ich verwende Version 1.3.5 in diesem Projekt.
• Zur Menünavigation nutzen wir einen Drehencoder, der viel Platz und Komplexität spart.
• Last but not least haben wir den Schweißknopf mit seinem 10-kΩ-Widerstand.

Der Ausgang des Nano kann dann verwendet werden, um ein Solid-State-Relais anzusteuern, das wiederum den Rest des Schweißgeräts steuert.

Wie in Bild 1 zu sehen, ist der Schaltkreis in einem Gehäuse verbaut. Wir müssen ihn nicht modifizieren, wir bedienen nur den Drehencoder und den Taster.

Das Programm

Das Programm ist sehr einfach und ehrlich gesagt wurde ein kleiner Teil nur geschrieben, um einige ästhetische Änderungen zu korrigieren, die die visuelle Attraktivität des Programms beeinträchtigten.

Wie im Video erklärt (Timestamp: 03:03 - 04:57), sieht man beim Einschalten des Nano die Standardwerte. Um diese Werte zu ändern, muss man in den „Options-Modus“ wechseln. Dazu muss man den Taster des Drehencoders 2 Sekunden lang drücken (das kann man im Quellcode auf beliebige Dauer ändern). Sobald man das tut, erscheint ein „!“ in der oberen rechten Ecke des LCD und verschwindet automatisch, sobald man den Options-Modus betritt.

Ab jetzt kann man jeden benötigten Wert mit dem Drehencoder bearbeiten. Wenn man mit den eingegebenen Werten zufrieden ist, drückt man den Drehencoder wieder 2 Sekunden lang und ist bereit zum Schweißen.

YouTube-Video

Im oben verlinkten Video erhältst du weitere Infos zum Schweißgerät und siehst es in Aktion.

Alter Build

Im unten verlinkten Video haben wir die ältere Version unseres Punktschweißgeräts getestet, die weniger Leistung hatte und einige Funktionen des aktuellen Builds vermissen ließ. Es ist trotzdem sehenswert, wenn du mehr sehen möchtest, da wir Tipps zum Schweißen geben.

(HINWEIS: Der Ton ist auf Griechisch, aber es gibt auch englische Untertitel.)

DANKE

Danke, dass du dir die Zeit genommen hast, unsere Kreation anzuschauen. Wir hatten Spaß beim Bauen und hoffen, du hattest auch Spaß beim Zuschauen. Ein großes Dankeschön an PCBWay für das Sponsoring der Platinen. Das war eine große Hilfe. Vergiss nicht, Fragen zu stellen, falls du welche hast, und schau dir meine anderen Projekte an. Einen schönen Tag noch!

Code

Projekt-Repository

Programm herunterladen und auf deinen Arduino-Board hochladen. Gerber-Datei auch hochgeladen, falls du das Board selbst bestellen möchtest.
https://github.com/SauROnmiKE/Master_Welder

Schaltplan

Ersetze die LED durch deinen gewünschten Ausgang und nutze ihn wie du möchtest.