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All your data logging shield are belong to us
Arduino - eine ganze Welt für Bastler. Auf beiden Seiten des Marktes gleichermaßen.
Es gibt da ja diesen Data Logger Shield, dieses Ding mit dem SD-Karten-Steckplatz, einem Uhren-Schaltkreis und einer Knopfzelle zum Weiterbetrieb desselben. Es gibt sogar nicht nur diesen, sondern mindestens einen Klon, aber eigentlich eher hundert Klone. Das Original war möglicherweise einmal jene Ausgabe von Adafruit, aber die Geschichtsschreibung ist da noch nicht eindeutig.
Jedenfalls allen Shields gemein ist, dass sie zwischen den 5V-Datenleitungen des Arduino und den 3,3V-Leitungen der SD-Karte vermitteln müssen oder müssten. Im Fach spricht man von Pegelwandlung; das haben auch die Kreativen von den Shields erkannt. Es gibt da bessere und schlechere Ideen, ebensolches zu bewirken, aber oft ist ein IC nicht die blödeste aller Optionen. Da kommen etwa TTL/CMOS-Leitungs- und Bustreiber oder einfache Puffer in Frage.
Bei Adafruit besorgts Nummer 4050 aus einer CMOS-Logikfamilie. Der hat einen tollen Move drauf: Man kann ihn mit gleich 3,3V versorgen (so liefert er 3,3V-Signalpegel an seinen Ausgängen in Richtung der SD-Karte) und trotzdem kann er 5V-Signalpegel an seinen Eingängen (vom Arduino kommend) verdauen. Das ist jetzt nicht selbstverständlich, aber dieser hier kann es halt eben.
Dann kamen die Klonkrieger und irgendjemand hat versucht, andere Schaltkreise für die Pegelwandlung zu verwenden. Auf den Klonen finden sich oft Bausteine aus den 74er-Logikfamilien (man würde sie gerne TTL-Logik nennen, aber heute ists ja auch HCMOS): Gerne 74xx125 oder 74xx245 oder vergleichbare. Die Logikfunktion ist garnicht so entscheidend, aber das xx ists. Das 5V-/3,3V-Gemisch ist da auch wieder nicht selbstverständlich. Beispielsweise leisten die LVC- und LVT-Familien (also etwa 74LVT125 und 74LVC125) ähnliches. Überhaupt gibt es heute dutzende Logikfamilien für unterschiedliche Spannungen und Geschwindigkeiten, aber das haben die Kreativen von den Shields leider nicht erkannt.
Auf den meisten Klonen sind HC-Bausteine (oft 74HC125) verbaut: Bei denen darf die Spannung an den Eingängen in aller Regel nicht größer als die Betriebsspannung sein. Und die ist ja 3,3V - wegen der SD-Karte. In der Regel liegt das schon daran, dass die HC-Bausteine Schutzdioden an den Eingängen haben. Liegt trotzdem eine größere Spannung am Eingang an, dann leitet die obere Schutzdiode diese in die niedrigere Betriebsspannung ab.
Bei den fraglichen Shields kann das ganz einfach nachvollzogen werden: Die Spannungsversorgung der SD-Karte dümpelt meistens irgendwo um 4,5V herum, je nach Potenz des Netzteils/USB-Ports und des 3,3V-Spannungsreglers. Die Funktion der SD-Karte reicht dann von geht manchmal über geht nicht bis hin zu geht kaputt.
Kontrollierter Abbrand
Indramat? Kennt das noch jemand? Gesellschaft zur Industrialisierung-Rationalisierung und Automatisierung, gleich um die Ecke, aus Neuwied. Irgendwie schon bedauerlich, aber auch ein sich wiederholendes Muster in der Geschichte, wenn ein Name zerkauft wird und ein technologischer Vorreiter nur noch in Form von Refurbished-Buden in Erscheinung tritt.
Jedenfalls und mittem in den Messe-Vorbereitungen, hat es nun die eine Fräsmaschine gelähmt, in deren Bedienung ich unterwiesen bin: Die Servos der drei Achsen fahren, aber die Spindel läuft nicht an. Manchmal aber dann doch, nur dann bleibt sie (außer durch Not-Aus) nicht mehr stehen. Kurios, aber der Thyristorregler scheint ja grundsätzlich also noch zu funktionieren. Im Fehlerfall ist nur das Summen des Feldreglers zu hören, sonst tut sich nichts, und der Hauptantrieb ist in grober Folge der Existenz und eines sich solcherart benehmenden Feldreglers tatsächlich ein Gleichstrommotor.
Da es im Schaltschrank unverdächtig riecht und zumindest die übrige Klapperschaltung erwartungsgemäß klappt, scheint der Regler sich andererart gehemmt zu fühlen, namentlich durch Melde-, Freigabe- und Sollwertsignale, die ihrerseits der Heidenhain-CNC-Steuerung entspringen.
Der Verdacht erhärtet sich recht bald, denn auf der Platine des Reglers wohnen zwei Relais für Meldekontakte, und ein Kontakt für die Stillstand-Meldung ist der Messung nach mittelohmig. Konsequenterweise weiß die Steuerung also machmal nicht so recht, ob die Spindel steht oder nicht. Gefühlvolles Herumgeklopfe auf dem Relais macht den Kontakt zumindest für den Moment wieder niederohmig und alles läuft wie gewollt.
Das passiert also, wenn man elektromechanische Kontakte mit sehr geringem (Signal-)Strom betreibt: Nichts. Langfristig aber schon, denn ohne Strom bleibt auch die Selbstreinigung der Kontakte aus. Also flugs etwas Strom hineinkonstruiert in Form eines RC-Gliedes; 3,3kOhm liefern etwa 8mA bei 24 Volt, der Kondensator sorgt für eine milde Stromspitze im Schaltmoment. Letzteres trägt der Lebensdauer eines Kontaktes zwar nicht bedingungslos zu, aber das Relais ist 35 Jahre alt und wenn es zulasten einer verminderten Restlebensdauer die nächste Weile dafür sicher schaltet, ist das zweckmäßig. Bis dahin ist Ersatz organisiert.
Wirklich, wir reparieren alles.
Diesmal nicht bohren, sondern sägen. Und zwar einmal in kreisender Bewegung und einmal mehr in reziprokierender Dynamik.
Im zunächst benannten Sachverhalt geht es um eine Mafell-Handkreissäge aus dem vorigen Jahrhundert und Jahrtausend, die zu einer Tischkreissäge umfunktioniert wurde. Die Lüsterklemme deswegen, in Tateinheit mit verzinnten Aderenden. Das defekte Bauteil ist ein Entstörkondensator, und zwar ein kombinierter XY-Kondensator. Das ist wichtig, insbesondere das Y, da es einen Kondensator mit verstärkter Isolation bezeichnet. Diese ist notwendig, da das (elektrich leitende) Gehäuse der Maschine über diesen Kondensator mit Phase und Neutralleiter verbunden wird.
Mit X ist die zweite Hälfte der Kombination gemeint, nämlich der Kondensator zwischen Phase und Neutralleiter. Ein Kurzschluss ist hier nicht mehr unmittelbar lebensgefährlich, aber der Kondensator sollte zwecks Vermeidung von Rauch und Feuer ein absehbares Ausfallverhalten haben.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass solche Entstörbauteile einmal ausfallen. Ersatz gibt es in guter Qualität und gänzlich kompatibel zum Beispiel von Miflex.
Der zweite Patient ist eine Bosch(Blau-)Stichsäge, Typ GST150. Diese wollte zwar anlaufen, aber dann nicht mehr weiterlaufen.
Ein Bisschen intuitives Herumpfriemeln lenkte die Aufmerksamkeit des Ingenieurs dann auf einen rosaroten Widerstand auf dem Drehzahlregler. Um die Klebepampe herum lassen scharf umsäumte, bräunliche Flecken auf Rost schließen - der Widerstand scheint aber nicht sonderlich warm zu werden, denn dann wären die bräunlichen Flecken auslaufend und nicht scharf umsäumt. Die Messung mit dem Multimeter bestätigt alsbald den Verdacht: Anstelle von rot-violett-orange hat der Widerstand nix. Wobei rot-violett-orange eigentlich 27kOhm wären (das weiß man doch), und nix definitiv zu viel ist.
Nachdem also und schließlich der 10-Cent-teure Widerstand auf der 37,52-Euro-teuren (Ersatzteil: 1607233560) Platine ausgewechselt ist, sägt die Maschine wieder tadellos. Wahnsinn.