Project: temperatuurregelaar voor soldeerbout

Temperatuurregeling voor soldeerbout

In ons atelier gebruiken wij enkele temperatuurgeregelde soldeerbouten van het merk Weller (type 200W Profi, kop nr. 7). Prima bouten en ze hebben zo’n 15 jaar probleemloos gewerkt. We merkten echter dat de laatste tijd de temperatuur van de soldeerpunt naar beneden ging. De bout vroeg nog steeds 200 Watt als hij “aan” schakelde, maar de aan/uitcyclus waarmee de temperatuur geregeld werd klopte niet meer: de bout was te lang “uit” en koelde daardoor te veel af. We hebben dit gecontroleerd aan de hand van een nieuwe bout van hetzelfde type.

Dat betekent dat óf de kop met ingebouwde temperatuurschakelaar (kop nr 7 die schakelt bij ca 340 °C; koppen met bv nummer 6 schakelen bij een lagere temperatuur) óf de in het handvat geplaatst relais-je defect is. Vaak is dat het schakelelementje in de kop. Daarom maar twee nieuwe koppen nr. 7 besteld à € 50 per stuk. Helaas, het probleem bleef. Dus de bout maar op de operatietafel en uit elkaar gehaald. Waarschijnlijk toch de relaistjes defect; de contactjes kunnen blijven “kleven” waardoor ze niet goed open of dicht gaan. Deze relaistjes kosten ook weer zo’n € 50 per stuk………. Dit vraagt om een andere insteek.

Waarschuwing

De bouw van dit apparaat vraagt om enige kennis en vaardigheden met betrekking tot elektriciteit (230 Volt!!). Wees daarom voorzichtig; 230 V is dodelijk. Als je weinig verstand van dit soort zaken hebt, vraag dat iemand die dat wél heeft het voor je te bouwen, of je te helpen en om alles aan het eind te controleren. Een goedkoop multimetertje (Aliexpress, bouwmarkten, soms Aldi, LIdl of Action) kan goede diensten bewijzen. Betaal hiervoor nooit meer dan zo’n € 15!

Wij geven hier weer hoe wij de regeling gebouwd hebben. Daarmee houdt onze verantwoordelijkheid op. Eenieder is vrij om het na te bouwen, maar wij kunnen geen enkele aansprakelijkheid nemen voor eventuele onjuistheden in deze beschrijving of instaan voor uw veiligheid. Wij hebben e.e.a. zo zorgvuldig mogelijk beschreven. U bent zelf verantwoordelijk voor een veilige bouw van de regeling.

De werking van het magnestat-principe (de temperatuurregeling) van de soldeerbout

De werking is eigenlijk eenvoudig.

De Wellerbout is voorzien van een temperatuurregeling in de vorm van een stift met een ingebouwd magneetje waarvan het magneetveld verdwijnt bij een bepaalde temperatuur (de Curie-temperatuur). Dat magneetje bepaalt de temperatuur waarbij de soldeerbout afschakelt. Door met de magneet de stroomvoorziening naar het verwarmingselement uit te schakelen, ontstaat zo een temperatuurgeregelde soldeerbout. Door deze vernuftige regeling kon het vermogen van het verwarmingselement aanzienlijk groter zijn dan zonder zo’n regeling. Het is nu mogelijk om zowel licht als zwaar soldeer werk uit te voeren. De soldeerkop gaat ook veel langer mee omdat de temperatuur van de bout niet veel te ver oploopt als de bout even niet gebruikt wordt. Het Magnastat-principe heeft ook een aantal nadelen. Eén van de belangrijkste was wel het feit dat het schakelmechanisme na verloop van tijd nog wel eens vast blijft zitten waardoor de bout of niet meer heet werd of juist constant op vol vermogen stond te draaien. In beide gevallen is een tikje met de bout op de werktafel soms voldoende om voor even het schakelmechanisme weer aan het werk te krijgen, maar goed voor het verwarmingselement (en bedrijfszeker) is een dergelijke behandeling natuurlijk niet.

Je ziet het schakelmagneetje in de kop zitten; er staat een cijfer; in ons geval een 7. Die 7 staat voor de temperatuur in honderden graden Fahrenheit (700 °F = 371°C) . Op de foto zie je dat het magneetje slechts zo’n 8 mm lang is.

De opzet van de nieuwe regeling

Uitgangspunt is dat de regeling:

1. goedkoop is
2. nauwkeurig is
3. op verschillende temperaturen in te stellen is
4. gemakkelijk (na) te bouwen is
5. voor iedere soldeerbout geschikt is.

Ad 1

We gaan uit van een kant en klare temperatuurregelaar die werkt met een thermokoppel. Dit thermokoppel (een heel klein bolletje van twee aan elkaar gelaste draden van twee verschillende metalen, voorzien van twee aansluitdraden) schroeven we vast aan de kop van de soldeerbout. Het thermokoppel levert een heel klein spanningkje dat toeneemt als de warmte toeneemt. Door dat spanninkje te meten weet je de temperatuur van het thermokoppel, en dus van de punt van je soldeerbout. De kant-en-klare temperatuurregelaar leest dat kleine spanninkje van het thermokoppel, zorgt dat dat spanninkje omgezet wordt in graden celcius en zet die temperatuur in het bovenste deel van het display (rode getal; zie foto). We gebruiken een kant-en-klare temperatuurregelaar die we kopen bij Aliexpress in China voor een paar euro.

Ad 2

De kant-en-klare temperatuurregelaar voert een berekening op de gemeten spanning van het thermokoppel uit. Je hebt verschillende soorten thermokoppel die elk bij een graad temperatuurverhoging een andere spanning afgeven, die bovendien niet evenredig is met de gemeten temperatuur. De regelaar zorgt er voor dat je netjes de juiste temperatuur in het display ziet. De nauwkeurigheid is hoog: in ons geval ca. 0,2 °C!

Ad 3

In het onderste deel van het display (groene cijfers) kun je de gewenste temperatuur instellen met een nauwkeurigheid van 1 graad, lopend van 0-400° (dit laatste  is betrekkelijk; soms is de regelaar afgesteld op een maximale temperatuur van 400° omdat het bijgeleverde thermokoppel tot maximaal 400 graden gaat. Echter: alle C100’s gaan tot 999 graden. De maximale temperatuur is eenvoudig in te stellen)

Ad 4

Het aantal onderdelen is beperkt: een thermokoppel, een regelaar, een schakelrelais voor de stroom naar de soldeerbout toe, een inbouw-stopcontact, een inbouw-stopcontactje voor de stekker van het thermokoppel, een aan-uit-schakelaar, een zekeringhouder, een trekontlasting voor het snoer, snoer + stekker, en een aluminium kastje (zelfbouw). Verder wat klein materiaal: draad, schuifstekkertjes en/of een (werkende! 🙂 soldeerbout, schroefjes, e.d. We gebruiken een zgn. solid state relais: een kant-en-klaar electronisch relais dat eenvoudig aan te sluiten is én goedkoop is én veel stroom kan schakelen. Deze kopen we ook weer bij Aliexpress in China voor een paar euro.

Ad 5

Je kunt ieder type soldeerbout gebruiken. Als de soldeerbout een (niet- of slechtwerkende) temperatuurregeling heeft, dan moet deze uitgeschakeld worden. Omzeil deze temperatuurregeling door de bout even open te maken en het schakelrelaitje dat de stroom aan- en uitzet door te verbinden, zodat het verwarmingselement van je bout steeds stroom heeft. Hoe dit moet is per bout verschillend. Bij de Weller magnastat kun je het temperatuur-schakelgedeelte uit het handvat halen door de 4 schroeven op de bout los te draaien en het binnenwerk te verwijderen. Je ziet dan een klein relaistje. Verbindt de contacten van dit relaistje met elkaar. Zo heeft het verwarmingselement continu stroom.

Specificatie en bestelling van de onderdelen

1. temperatuurregelaar van het type REX-C100. Er zijn vele onder-types van de C100, die je slechts kunt onderscheiden van het label op de C100 zelf. Belangrijk is dat de C100:
   1. beschikt over “Auto-tuning”. Dat is een instelling die je regelaar automatisch zó inregelt dat je eindtemperatuur (je ingestelde temperatuur) zo snel en nauwkeurig mogelijk bereikt wordt, zonder “overshoot” of “undershoot” (bij het bereiken van de eindtemperatuur schakelt de regelaar af, maar het verwarmingselement is nog heet en maakt de temperatuur aan de tip van de bout tijdelijk heter dan de bedoeling is (overshoot). Als de regelaar het verwarmingselement weer aanschakelt als de tip van de bout te koud wordt, duurt het een tijdje voordat het nog koude verwarmingselement van de bout de bout-tip weer op temperatuur heeft gebracht (undershoot). Daarom mijn advies: koop een C100 zoals hier aangegeven. Zo’n C100 koop je meestal in een setje met daarin een solid state relais (bijna altijd de FOTEC SSR 40-DA, die 230V bij 40 Ampère, mits gekoeld, kan verwerken), een K-type thermokoppel (maar we kopen toch een andere) en soms een aluminium koellichaam voor het solid state relais (dit laatste heb je voor de soldeerboutregeling niet nodig). Dit alles voor de prijs van € 12, met gratis verzending!
2. solid state relais. Zie bij 1
3. thermokoppel type K. De aansluitdraden moeten lang genoeg zijn, liefst de lengte van je soldeerbout-snoer. Een thermokoppel met een oogje eraan heeft de voorkeur (komt nog terug)
4. een opbouw-stopcontact
5. een stekkertje en chassisdeel voor het thermokoppel
6. een aan-uitschakelaar, liefst dubbelpolig (zodat beide stroomdraden uit het lichtnet afgeschakeld worden)
7. schuifstekkertjes voor de schakelaar (of de draden direct aan de schakelaar solderen)
8. een aluminium of metalen kastje. Omdat het solid state relais direct op de metalen bodem van het kastje is geschroefd dient dit meteen als extra koelplaat.
9. 3-aderig snoer en stekker met randaarde
10. plastic dopjes voor onder het kastje
11. kleine zelftappende schroefjes (ik gebruik 3,5 x 16 mm) om het deksel op het onderstuk van het kastje vast te zetten
12. enkele M4 of M5-boutjes met moeren, o.a. om het opbouwstopcontact en het solid state relais vast te zetten.

De bouw van de regeling

1. Het kastje (zelf van aluminium, 1,5 mm dik gemaakt) bestaat uit twee delen: de onderkant en de voor- en achterkant, en de bovenkant met beide zijwanden. In de onderkant worden stroken van 10 mm naar binnen gebogen (bij voorkeur met een buigbankje; anders in een flinke bankschroef o.i.d.) om onderkant en bovenkant met elkaar te kunnen verbinden.
2. Houdt rekening met de dikte van je plaat als je gaat buigen en pas, afhankelijk van de dikte van je plaat, de plaats van de vouw-stippellijnen aan. De vouwranden van 10 mm mogen na het vouwen niet buiten de voor- en achterkant uitkomen, anders past de bovenkant niet meer!
3. Maak vóór het vouwen alle openingen aan in het aluminium. De getekende gaten zijn globaal: pas ze aan op de afmetingen van de onderdelen die jíj gebruikt. Bestel dus eerst alle onderdelen voordat je de gaten gaat aanbrengen en maak hiervan een tekening. Deze breng je over op het aluminium. De gaten kun je maken door middel van boren, (decoupeer)zagen met zaagblad voor non-ferrometaal, vijlen, enz.
4. Ik heb in de achterwand, ter hoogte van het midden van de aansluitzijde van de REX-regelaar, een gat doorsnede 10 mm gemaakt. Nu kan ik met een schroevendraaier door deze opening de draden voor de REX-regelaar vastzetten 🙂
5. Het gat ∅ 18 mm dient voor een zekeringhouder (schroef deze in het gat vast), het gat ∅ 15 mm voor een trekontlasting voor het snoer. Pas deze maten aan aan je eigen onderdelen!
6. het solid-state relais zet je met 2 schroeven vast op de bodem waar voldoende ruimte is. Zorg ervoor dat aan de kanten waar de aansluitcontacten van het relais zitten wat ruimte is t.o.v. de andere onderdelen.
7. Zet alle onderdelen vast in de aluminium voor- en achterkant. De REX-regelaar zet je vast met de meegeleverde vierkante huls die je aan de binnenkant er op schuift en aandrukt tegen het aluminium. Het klikt zichzelf dan vast.
8. Bedrading:
   1. breng het snoer (3 x 1,5 mm2) met randaarde-stekker aan door de trekontlasting en maak direct na de trekontlasting de drie draden bloot (ze moeten tot de overzijde/voorkant reiken). De bruine draad gaat eerst naar één contact van de zekeringhouder. Dan van het andere contact van de zekeringhouder naar de dubbelpolige aan-uitschakelaar.
   2. De blauwe draad gaat direct naar de dubbelpolige aan-uitschakelaar (zorg dat je het juiste contact op de schakelaar hebt!
   3. De aarde-draad (geel-groen) maak je vast aan de aluminium grondplaat (gaatje boren, schroef met moer erin, oogje (liefst met een krimpstekkertje eraan); schroef /moer nog niet vastdraaien.
   4. Verbindt een draad (ik heb een restant stuk snoer genomen en daar de drie draden uitgetrokken) – al dan niet voorzien van een krimpstekkertje – met bovenstaande aarde-schroef (nu de moer goed vastdraaien!) en verbindt de andere kant van de draad met het aarde-contact van het stopcontact.
   5. Verbindt een nieuwe blauwe draad aan de ene kant met de aan-uitschakelaar (het ongebruikte contact tegenover de blauwe draad die er al zit), en aan de andere kant met één van de overgebleven contacten van het stopcontact (welke van de twee maakt niet uit).
   6. Verbindt een nieuwe bruine draad aan de ene kant met het contact van de aan-uitschakelaar (het ongebruikte contact tegenover de bruine draad die er al zit) met één van beide contacten van het solid-state relais (aan de kant met opdruk “24-380 VAC” of “100-240 VAC”, dat kan verschillen; welk contact maakt niet uit.
   7. Verbindt een nieuwe bruine draad aan de ene kant met het contact van het solid state relais (aan de kant met opdruk “24-380 VAC”; het nog vrije contact) en verbindt de andere kant aan het overgebleven vrije contact van het stopcontact.
   8. De regelaar REX C100 moet ook netspanning (230V) hebben. Maak een extra blauwe draad vast aan de aan-uitschakelaar (vastmaken aan het contact met de blauwe draad die al naar het stopcontact liep) en sluit de andere kant aan op pin 1 van de REX C100 (goed kijken op de achterkant: er recht op kijkend zie je dat er nummers op gedrukt zijn). Maak tevens een extra bruine draad vast aan de aan-uitschakelaar (vastmaken aan het contact met de bruine draad die al naar het solid state relais liep) en sluit de andere kant aan op pin 2 van de REX C100.
   9. Sluit een nieuwe draad (kleur niet belangrijk) aan op de “–“ van het solid state relais (de kant waar INPUT 3-32 VDC staat; hier staan een “–” en een “+”) en verbindt de andere kant van de draad met contact 5 van het solid state relais (hier staat meestal “SSR” oftewel Solid State Relais).
   10. Sluit een nieuwe draad (kleur niet belangrijk) aan op de “+” van het solid state relais (de kant waar INPUT 3-32 VDC staat) en verbindt de andere kant van de draad met contact 4 van het solid state relais.
   11. Het netspanningsgedeelte (waar dus 230V op staat: voorzichtig!!) is nu gereed.
   12. Nu moeten we het thermokoppel (dwz het stekkerdoosje waar straks de stekker van de thermokoppeldraad naar de soldeerbout in gaat; hier staat een “+” op en een “–“) nog verbinden met de REX C100. Verbindt een draad (soort niet belangrijk, maar gebruik voor beide draden voor de “+” en de “–” precies dezelfde soort draad en van dezelfde lengte!!) met de “+” van het stekkerdoosje met het “+”-contact van de REX C100 (contact nr. 10). Verbindt de “–” van het stekkerdoosje met het “–“-contact van de REX C100 (contact nr. 9).
   13. Controleer nu alle verbindingen nog een keer. Je kunt hiervoor een goedkope multimeter gebruiken (Aliexpress, of soms ook Action), stand “weerstand meten” / “Ohm”  / “R”, of “Ω”.

Het thermokoppel en de soldeerbout

Nu het regelkastje gereed is kunnen we ons richten op de soldeerbout en het thermokoppel op de kop van de soldeerbout. Zorg ervoor dat een eventuele temperatuurregeling in de soldeerbout (bv de Weller profi 200W) uitgeschakeld wordt. Zie hiervoor punt 5 bij de uitgangspunten.

Thermokoppels heb je in allerlei soorten en maten en voor vele toepassingen. Wij gaan een thermokoppel type “K” gebruiken. Deze bestaat uit twee draden, één van Nickel-Chromium en één van Nickel-Alumel. Dit zijn speciale metaallegeringen. Deze twee draden worden aan één eind samengelast tot een klein bolletje van 1-2 mm doorsnede. Bij verwarming ontstaat er over dit bolletje, in beide draden, een heel klein potentiaalverschil van enkele milivolts (1-duizendste volt). In de tabel hieronder ziet u bij welke temperatuur welk spanninkje ontstaat (en gemeten wordt door onze regelaar). Deze spanning wordt gemeten ten opzichte van een 0-punt of referentiepunt, omdat we alleen spanningsverschillen kunnen meten. Dat referentiepunt heeft ook een bepaalde temperatuur, de referentietemperatuur. In het algemeen is dat de temperatuur van de aansluiting op onze REX-100. In de tabel hieronder ziet u dat als referentietemperatuur (“Ref junction 0°C”) van het meettoestel 0 °C is genomen. 

Het type thermokoppel “K” is het meest gebruikte type thermokoppel, ook in glasovens bijvoorbeeld. Het is goedkoop, nauwkeurig, betrouwbaar, en het heeft een breed temperatuurbereik tot zo’n 1100 °C continu. Voor kortere tijd zijn zelfs hogere temperaturen mogelijk.

Voor de geinteresseerden: de nauwkeurigheid is (de grootste afwijking van de beide afwijkingen telt): Standaard: +/- 2.2C of +/- 0,75%. Je kunt ook nóg nauwkeuriger types krijgen; deze hebben dan een afwijking van +/- 1,1 °C of 0.4%, net welke groter is. Als u meer over thermokoppels wilt weten: kijk op de website van bv. TC Direct. Zij bieden een gratis handboek aan met uitleg over (de werking van) thermokoppels. Dit is een geweldig naslagwerk over hoe thermokoppels werken, welke types er zijn, waar de op moet letten bij het werken met thermokoppels, enz. Zo is het van groot belang dat je de juiste type verbindingsdraden kiest om je thermokoppel met je meetapparaat te verbinden (“compensatiedraden”). Echter, voor onze regelaar (het kastje) hoeven we hier -naast de opmerkingen die in de beschrijving staan- geen rekening te houden. Dat geldt wél voor de verbinding van het thermokoppel op de soldeerbout-kop met het kastje! Lees verder!

Wij hebben voor dit  project een type K-thermokoppel uit China laten komen (Aliexpress). Het is een type met het thermokoppel in een metalen hulsje, en met een lang verbindingssnoer eraan. Dat verbindingssnoer bestaat uit twee speciale draden (“compensatiedraden”) die precies gelijke eigenschappen hebben. Deze draden zijn ommanteld (in ons geval) met een flexibele RVS mantel ter bescherming. Zoek op Aliexpress naar “thermocouple k type probe washer” en je vind allerhande goedkope thermokoppels met aansluitoogje. Wij kiezen altijd voor “free shipping” bij het hier bestellen (bij kopen van meer dan één stuks betaal je vaak een kleine vergoeding voor verzenden). Boven de (ongeveer) € 21 per pakketje kán het voorkomen dat je invoerrechten en BTW moet betalen. Je kunt dan beter de bestelling in twee keer doen.

We boren in de kop van onze soldeerbout een gaatje en tappen daar een stukje schroefraad in (voor M5-boutje: voorboren met een boortje 4,2 mm; voor M6-boutje: voorboren met 5 mm boortje). Schroefdraad-tapsetjes met zijn heel goedkoop in bouwmarkten te vinden. Hoe je draad moet tappen: even kijken op YouTube.

We bevestigen dus de ene kant (het oogje) met een (liefst RVS) boutje op de kop van de soldeerbout (mag een goedkoop type zijn, tenminste 200 Watt, met een geschikte kop voor glas in lood). Aan de andere kant knippen we beide aansluitstekkertjes eraf, maken een eindje draad bloot, en schroeven dit aan ons gele thermokoppel-stekkertje. Denk hierbij om de “+” en de “-” !). We zijn zelf nog op zoek naar een kunststof mantel die om tegelijk het netsnoer van de soldeerbout én de draad van het thermokoppel past, zodat je niet twee draden hebt lopen van je soldeerbout naar je regelkastje. Zodra we iets vinden melden we dit op deze pagina onder het hoofdje: “Aanpassingen“.

En nu: er mee werken!

We sluiten de stekker van de soldeerbout (stekker met randaarde! Je bout moet geaard zijn) aan op het stopcontact van het kastje. Verder sluiten we het stekkertje van het thermokoppel aan op het stopcontactje voor het thermokoppel op het kastje. Zet nu de aan-uit-schakelaar op “uit” en doe de geaarde stekker van het kastje in het stopcontact. Druk op de aan-uit-schakelaar. Als het goed is laat het display nu even zien hoe hij is ingesteld: INP van input, uitlezing in graden Celcius, thermokoppel type K (voorgesteld als een soort Y, zie de foto hieronder. Vervolgens toont het scherm onderin (groen) de ingestelde temperatuur, en bovenin (rood) de gemeten temperatuur op de soldeerbout.Nu stel je de gewenste temperatuur van je bout in: stel 375 graden. Druk nu kort (!) op de linker toets (“Set”) en de drie linkse getallen gaan knipperen; het meest rechtse getal knippert niet. Dit getal kun je nu  wijzigen met de toetsen “⇑” en “⇓”. Ben je klaar, dan druk je op “⇐” om het volgende getal te kunnen wijzigen. Net zo lang tot in het onderste display “375” staat: je gewenste temperatuur. Druk dan weer kort op “Set” en de temperatuur staat ingesteld.

Je kunt de regeling “leren” zo snel en accuraat mogelijk naar je ingestelde temperatuur te gaan. Zonder de leerstand te gebruiken wil de temperatuur, als de eindtemperatuut (bijna) bereikt is, doorschieten (“overshoot”) en daarna iets te laag worden (“undershoot”). De regelaar stopt bij het bereiken van de ingestelde temperatuur wel de stroom naar de soldeerbout, maar het verwarmingselement in de bout is nog steeds heet en draagt z’n warmte nog steeds over naar de punt. Daardoor wordt de bout net te heet. Na een tijdje is de ingestelde temperatuur stabiel.

Het “leren” stel je éénmalig in, en geldt slechts voor een vaste temperatuurinstelling. Druk langdurig op de knop “Set” op je display. Je ziet nu een lettercode in het display. Druk hierna steeds kort op “Set”, tot je de letters “ARU” ziet (eigenlijk staat hier, met wat fantasie, “ATU”, oftewel “auto-tuning”. In het andere display staat een getal, “0”. Zet dit getal met de “⇑”-toets op “1” en druk weer op de “Set”-knop. Nu staat het leren, of autotuning aan. Nu gaat de soldeerbout naar de ingestelde temperatuur. Het lampje “ATU” op het display is aan, ten teken dat leren is ingegaan. Laat de bout (zonder hem te gebruiken) geruime tijd aan, net zolang tot het lampje uit is. Een volgende keer zal de bout snel en precies direct naar de ingestelde temperatuur gaan!

Wil je later een andere temperatuur instellen, dan zul je zien dat je bout nu weer over- en undershoot gaat vertonen, tenzij je voor deze temperatuurinstelling weer de leerstand inschakeld. Hij onthoudt echter alleen de laatst ingestelde leer-temperatuur!

De gehele handleiding van de REX-100 vind je HIER

Heb je vragen, opmerkingen en dergelijke, geef je reactie aub hieronder. Als wij veranderingen of verbeteringen toepassen, zullen we deze hier publiceren.

SUCCES met bouwen!!