Allgemein – Hobbyelektroniker

29. November 2020

Travel Mug* Halter für KRUPS* Kaffeemaschine

Unsere Kaffeemaschine verrichtet seit ein paar Jahren ihren Dienst. Schade nur, dass kein großer Becher unter den Auslauf passt. Das Problem gibt es mit vielen Geräten. Für unsere Maschine habe ich es mit einem 3D-Druckteil gelöst:

Wozu?

Ohne Werbung für den Kaffeebecher machen zu wollen; Er ist schon genial. Ein beinahe täglicher Begleiter. Schade nur, dass man den Becher zum Befüllen entweder schräg unter die Maschine halten, oder eine Zwischentasse zum umfüllen benutzen muss. Ein erster Ansatz, einen entsprechenden Halter zu bauen, war eine Abformsilikonlösung. Nicht gerade hübsch und der Schwerpunkt war ungünstig. Daher war es Zeit für eine eigene Konstruktion.

CAD Modellierung

Der Kaffeebecherhalter ist allein mit Paper und Bleistift nicht ganz trivial zu zeichnen. Der Becher muss im korrekten Winkel unter dem Auslass stehen, darf nicht kippen, klemmen, anecken oder überlaufen. Hindernisse sind der Restwasserbehälter sowie der Auslauf oben. Die Form des Bechers ist auch nicht zylindrisch. Zeit für eine CAD Konstruktion.

Ein Rasterpapier und ein möglichst isometrisches Foto (Distanz mit Zoom) helfen sehr gut die Geometrie der Kaffeemaschine in einer Ebene zu erfassen.

Fotographie des Rasters der Schnittebene

Zusammen mit dem rotationssymmetrischen Kaffeebecher ergibt sich die Spielwiese für die Konstruktion. Der runde Fuß muss dabei weit unter den Abtropfbehälter ragen, damit die Halterung während des Befüllens nicht umkippt.

Gedruckter Becherhalter

Zu dem Zeitpunkt hatte ich noch keinen eigenen 3D Drucker, jedoch fand sich im erweiterten Bekanntenkreis ein geeignetes FDM Gerät:

*Travel Mug sowie KRUPS sind Marken oder Handelsbezeichnungen der jeweiligen Hersteller und deren Produkte und haben nichts mit dieser Webseite oder dem Halter zu tun.

1. Januar 200726. November 2019

Platinen ätzen

Erste Möglichkeit: Ätzen mit photolackbeschichteten Platinen

Materialien

Name	Beispiel	Kosten
Platinen	Photobeschichtete Epoxydplatten	ca. 1€ pro dm²
Entwickler	Natriumhydroxyd (NaOH)	ca. 1€ für 20g (ergibt ~2 Liter)
Säure	Amoniumpersulfat oder Natriumpersulfat	ca. 2€ für 100g (ergibt ~800ml)
Lichtschablone	(Laser-) Druckerfolie, Papier, Drucker	ca. 1€ für 3 Folien
Werkzeug	Glasschalen, Säge, Bohrer, Topf	ca. 1€ für 1 mm Bohrer

Arbeitsschritte:

Mit Hilfe einer Software oder ein Grafikprogramm eine Druckvorlage herstellen.
Vorlage auf Klarsichtfolie drucken, ersatzweise auch Papier, das nach dem Drucken eingeölt, oder mit Klarlack nachbehandelt werden muss. Ungewollt lichtdurchlässige Stellen mit einem feinem Filzschreiber ausbessern.
Schutzfolie der zurechtgesägten Platine abziehen und die Belichtungsschablone mit Hilfe einer Glascheibe oder CD-Hülle auf die Platine pressen.
Je nach Platine und Lampenstärke / Belichtungsgerät entsprechend den Vorschriften belichten (z. B. 100 sek mit 500 Watt Halogenlampe)
Licht ausmachen, und die Platine in Entwicklerbad legen und durch Schwenken in Bewegung halten.
Wenn alle Bahnen deutlich zu sehen sich, die Platine mit viel Wasser abspülen. (Keine mechanische Belastung!)
Einen Topf 1 cm hoch mit Wasser füllen. Glasschale mit der Säure darin auf 60 °C erhitzen, und Platine einlegen (ca. 15 min, je nach Platine). Wer eine Ätzmaschine hat, hat es natürlich bequemer.
Ist die Platine fertig, mit sehr viel Wasser abwischen, und die Löcher bohren. Als Löterleichterung den übrigen Photolack mit Alkohol (Spiritus) einfach abwaschen.

Schritt 5: Entwickelte Platine

Schritt 7: Geätzte Platine

Zweite Möglichkeit: Photomaske mit Edding

Dritte Möglichkeit: Fräsen

Name	Beispiel	Kosten
Platinenmaterial	Kupferbeschichtete Epoxydplatte	ca- 1 € pro dm²
Werkzeug	Säge, Bohrer, Minifräser	ca. 1 € für Bohrer, 5 € für Minifräser

Am besten die Leiterbahnen mit Bleistift vorzeichnen und dann mit ruhiger Hand mit einem Graviergerät die Leiterbahnen möglichst sauber herausfräsen. Am besten einen kugelförmigen Kopf verwenden.

Hierbei ist zu sagen: Übung macht den Meister 😉 Ein Beispiel findet ihr: (Danke an Jan H.)

Beispiel einer gefrästen Platine, zur Verfügung gestellt von Jan H.

1. Januar 200726. November 2019

Löttechnik

Das Prinzip ist einfach: Im Lötkolben wird ein Stück Metall (Lötspitze) erhitzt, die nach einer Aufwärmzeit ca.300°C (je nach Lötkolben und Heizleistung) erreicht. Durch das Berühren der Spitze mit dem leicht schmelzbaren Löt erhitzt sich dieses und überzieht die Spitze mit einer dünnen Schicht. Nun kann man das flüssige Lötzinn unter Flussmitteleinsatz auf ein anderes Metall bringen. Nach Abkühlen des Lötzinns ergibt sich eine feste Verbindung zwischen Lötzinn und dem Metall.

Das Lötzinn

Lötzinn ist nicht gleich Lötzinn. Es besteht meist aus einer Mischung von hauptsächlich Blei (Pb) und Zinn (Sn). Hierzu kommen je nach Verwendungszweck dann noch andere Metalle wie Kupfer, Silber, Cadmium usw.. Je nach Mischung wird ändern sich die Eigenschaften wie:

Schmelzpunkt
Viskosität im geschmolzenen Zustand
Duktilität
Härte
Elektrischer Widerstand

Das Lötzinn

Schmelzpunkt
Viskosität im geschmolzenen Zustand
Duktilität
Härte
Elektrischer Widerstand

Je nach Art Ist in der Mitte des Lötzinns eine Spur mit Flussmittel vorhanden.

Der Lötkolben

Bei den Lötkolben ist eigentlich nicht viel zu sagen:
Es gibt praktisch 2 Bereiche, die Gas- und die Elektrolötkolben. Gasbrenner (egal welche Größe) sind für Arbeiten an der Platine ungeeignet, da bei den auftretenden Temperaturen die Platine und Bauteile zerstört werden können. Zu empfehlen am besten eine Lötstation mit einstellbarer Leistung bzw. Temperatur, oder ein einfacher Lötkolben mit 8 – max.15 Watt Leistung.

Das Flussmittel

Hat die Aufgabe, eine Oxidation des erhitzen Metalls zu verhindern, da an solchen Stellen das Lötzinn keine feste Verbindung herstellen kann.
Es gibt Lötwasser und Lötfett, wobei Lötfett eigentlich ganz praktisch ist, da es haftet , und nur dann schmilzt und Wirkung zeigt, sobald der Lötvorgang gestartet, und das Metall erhitzt wird.
Jedoch werden viele Flussmittel auf Platinen nicht eingesetzt, da z. B. das Saure Lötfett bei der großer Hitze die 35 µm starke Kupferschicht beschädigen oder auf Dauer durchfressen kann. Geeignet ist dagegen Kolophonium oder spezielle Pasten.

Lötspitze

Die Lötspitze besteht aus diversen Metallen, die sich leicht mit dem Lötzinn verbinden, einigermaßen oxidationsbeständig sind und sich leicht reinigen lassen. Ein einfacher Eisen- oder sogar Stahlnagel sind ein sehr schlechter Ersatz.

Löten auf Platine

Saubere Lötstellen auf Platinen zu erhalten erfordert etwas Geschick und ein klein wenig Erfahrung. Man drückt mit einer dünnen oder eckig, aber kleinen Lötspitze mäßig kurz auf die zu lötende Stelle, damit sich diese erhitzt, und bringt sofort das Lötzinn hinzu. Falls die Lötstelle heiß genug war, zerfließt das Lötzinn sofort, und ergibt eine optimale Lötstelle (siehe Grafik).
Falls die Lötstelle nicht auf Temperatur war, muss solange der Lötkolben angedrückt werden, bis das Zinn gut verflossen ist.
Geschieht das nicht innerhalb der folgenden 5 Sekunden, da z. B. die Lötstelle oxidiert, oder der Lötkolben zu kalt ist, muss 20 sec. gewartet werden, damit sich das Bauteil abkühlen kann um keinen Schaden zu nehmen. Danach kann ein zweiter Versuch erfolgen. Die Lötspitze mit neuem Lötzinn dünn zu überziehen kann hilfreich sein, da auch das Lötzinn oxidieren, bzw. Verunreinigungen aufweißen kann.

Falsch

Auch falsch

Richtig