Kolloidal-Silber Prototyp 3

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Prototyp3

Kolloidal-Silber-Prototyp 3 (letzte Modifizierung 27.06.2005)

Erneut verbessert. Alles auf einer Platine. Hiermit soll die Entwicklung an diesem Typen vorerst enden.

Jetzt alles auf einer Platine. Auch hier sieht man wieder, wie man sich den Elektrodenhalter machen kann. Bananensteckerbuchsen, Silberelektroden mit Elektronik-Lötzinn anlöten, Schrumpfschlauch über Lötstellen und Buchsenenden, so daß kein Wasser mit den verzinnten Stellen in Berührung kommt..Den Halter aus "zwei" Stück Glasfaserplatine herstellen, in der Mitte mit einer 3 mm Schraube verbunden. So kann man durch Abwinkeln einen kleineren Elektrodenabstand einstellen. Der geringere Elektrodenabstand wäre nur "bei höchster Reinheit" des destillierten Wassers sinnvoll, wenn sich trotz Erhitzung (Aufkochen) nur ein geringer Elektrodenstrom von z.B. 2 mA oder noch weniger einstellt. Das überhaupt festzustellen, erfordert selbstverständlich den Einsatz eines Meßgerätes. (Auf das Thema "Notwendigkeit eines Meßgerätes" wird an anderer Stelle noch eingegangen.)

Bild 1: Prototyp 3

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Bild 2: Platinen-Layout

Bohrlöcher siehe "Bestückung"

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Bild 3: Bestückungs- und Bohrplan

Alle Bohrlöcher: 0,7 mm vorbohren. Aufbohren wie oben.

Bezugsquelle:

Drehschalter, Reichelt-Elektronik Best.-Nr. "DS 2PC".

Druckschalter S1, S2..., Reichelt-Elektronik Best.-Nr. "Taster 3301D".

Spindeltrimmer 100 k, Reichelt-Elektronik Best.-Nr. 64W-100 K.

sonstige Trimmer Bauart "PT 10" oder "RT 10".

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Bild 4: Die Kurzanleitung dazu

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Die einzelnen Baugruppen und Schaltpläne:

Kernstück ist nach wie vor der DC/DC-Wandler, der aus 9 Volt etwa 50 Volt erzeugt. Die hohe Endspannung wird in einem Rechteckschalter in Rechteck-Wechselspannung umgewandelt. (Das muß sein, weil sich sonst galvanisch-ionische Prozesse einstellen, die zu bedenklichen Verunreinigungen des Wassers führen.) Angesteuert wird dieser Schalter von einem Rechteckgenerator mit niederer Frequenz. An den eingetauchten Elektroden sind es dann je nach Reinheit des Wassers und dem daraus resultierenden Strom rund 40 Volt, bei höherem Elektrodenstrom auch weniger.

Weitere Baugruppen sind der Starter und der Timer.

Schaltplan 1: Starter und DC/DC-Wandler kombiniert

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Schaltplan 2: Rechteckgenerator und Rechteckschalter

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Schaltplan 3: Der Timer

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Schaltplan 4: 9V Stromversorgung, Batteriehalter u. externer Anschluß

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Beschreibung

Kolloidal-Silber Prototyp3

07.04.2005

Die Schaltung ist für Betrieb mit 9 Volt Blockbatterie (oder 9 Volt NiMH-Akku) vorgesehen. Aufgabe der Schaltung ist, für die Dauer der am Timer einstellbaren Zeit, an den Elektrodenausgängen A/B eine Rechteckwechselspannung von 40 - 45 Volt bei einer von ca. 1 - 0,1 Hz einstellbaren Frequenz zu liefern. Der Strom ist auf ca.3 mA, alternativ 8 mA begrenzt, je nach Typ der dafür vorgesehenen Transistoren. Die Funktionsgruppen des Schaltplans sind durch Leitungen 1 - 10 verbunden.

Wichtig!

Die Versorgungsspannung darf 10 Volt nicht übersteigen, da sonst der max. Input von IC2 und IC3 überschritten wird. An Leitung 8 des Systems liegt Minus, an Leitung 5 liegt Plus der 9V Block-Batterie.

Funktionsgruppen der Schaltung sind:

Starter, DC/DC-Wandler, Rechteckgenerator, Rechteckschalter, Timer.

Starter (Schaltbild Blatt 1, oben)

Der Starter hat in erster Linie die Aufgabe, die Schaltung nach Aktivierung auf EIN zu halten, bis die am Timer eingestellte Zeit abgelaufen ist. Danach soll das gesamte System einschließlich Timer abgeschaltet werden, damit keine weitere Entladung der Batterie durch Ruheströme erfolgen kann. Somit ist eine weitere Überwachung durch den Anwender nicht nötig. Es genügt, wenn er das System startet.

Die 9V Batterie liegt an den Leitungen 5/8. Durch Schließen eines Hauptschalters EIN/AUS an 5/6 wird +9V von Batterie kommend auf +9V Versorgungsleitung (6) gegeben und zu allen Baupruppen geführt. Minus liegt über Verpolungsschutz D1 am Starter an und wird nach dem Start von einem N-Channel MOSFET (T1) auf die -9V Versorgungsleitung (7) und alle Funktionsgruppen durchgeschaltet.

IC1 (ICL7665) ist ein hochpräziser Spannungsüberwachungs-Schaltkreis mit interner Referenzspannungsquelle und einer Schaltschwelle von 1,3V. Durch Drücken des Tasters Start (S1) wird Plus über R2 auf Set1 (Pin3) des IC1 gegeben. Damit liegt an Set1 eine Spannung von > 1,3V an. Ausgang Out1 (Pin1) schaltet Minus und Ausgang Hyst1 (Pin2) schaltet Plus durch. LED1 bekommt von Out1 Minus über R4 und zeigt den eingeschalteten Zustand an. (kann durch Entfernen des Jumpers abgeschaltet werden)

Gate T1 bekommt Plus von Hyst1 und schaltet für das gesamte System "Minus von Batterie" (8) auf "Minus 9V Versorgungsleitung" (7).

Damit ist die Stromversorgung zunächst jedoch nur solange eingeschaltet, wie Taster Start (S1) gedrückt wird. (Der Taster sitzt auf der Platine und/oder kann extern an S1/1 u. S1/2 angeschlossen werden.)

DC/DC-Wandler (Schaltbild Blatt 1, unten)

Es handelt sich um eine "Pumpschaltung". IC2 verdoppelt die 9 Volt Batteriespannung auf nahezu 18 Volt. IC3 verdoppelt diese wiederum auf fast 36 Volt und erzeugt zusätzlich etwa Minus 18 Volt gegen Minus/Ground.

Nach dem Schließen des Hauptschalters (wie oben beschrieben) liegt bereits am gesamten System Plus auf Leitung 6 an. Durch Einschalten von Minus bei Drücken des Start-Tasters (siehe oben), liegt wie beschrieben am gesamten System über T1 Minus/Ground auf Leitung 7 an. Der DC-DC Wandler erzeugt nun an Leitungen 9/10 eine Gesamtspannung von annähernd 54V. (im unbelasteten Leerlauf) R7 dient als Schutzwiderstand bei Kurzschlüssen.

Damit der Starter nach Loslassen des Tasters Start (S1) auf Ein gehalten wird, ist eine Haltespannung nötig. Diese Haltespannung direkt der 9 V Stromversorgung zu entnehmen, hätte verschiedene Nachteile, unter anderem Gefahr der Instabilität bei Spannungsabfall und vor allem einen permanenten Ruhestrom über den nötigen Spannungsteiler. Aus diesen Gründen wird eine Haltespannung >9 V als Rückmeldung des eingeschalteten DC/DC-Wandlers über Leitung 11 auf den Starter zurückgeführt. Diese Haltespannung > 9 V wird nicht dem eigentlichen Lastkreis des DC/DC-Wandlers entnommen, weil dessen Spannung große Schwankungen durch die Ausgangsbelastung aufweist, sondern wird mit D7 und C8 gesondert generiert. Sie liegt etwa gleich bleibend bei 16 V. Diese Spannung wird mit der Zenerdiode ZD1 auf ein Niveau von etwa 6 V herabgesetzt und an Set1 mit P1 auf > 1,3 V eingestellt. (C1 dient der Glättung und R1 sorgt für eine saubere Schalthysterese.)

Die Haltespannung >9 V unterliegt jedoch Schwankungen der Batteriespannung und bietet sich somit für eine Unterspannungsabschaltung an. (besonders für den Betrieb mit Akkus in Hinblick auf schädliche Tiefentladungen von Bedeutung)

Der 2. Schaltkreis des IC1 wird aus gleichen Gründen zur Unterspannungswarnung herangezogen. Dieser Schaltkreis liegt mit seinem Spannungsteiler R6/P2 an Plus und mit Minus hinter T1 und ist somit erst nach erfolgtem Start aktiv. An P2 wird der Spannungsabfall eingestellt, bei dem die (Blink-) LED5 von Out2 Minus bekommt und durch Blinken Batterie-Unterspannung anzeigt.

Eine zweckmäßige Einstellung der Spannungsüberwachung zum Schutz von 9V-Akkus wäre z.B.:

Unterspannungswarnung 8,4 Volt

Spannungsabschaltung 8 Volt

Nach Spannungsabschaltung ist Minus-Versorgungsleitung (7) durch T1 wieder von der Batteriespannung getrennt. Es fließt nur ein unbedeutender Ruhestrom von etwa 5 - 10 µA.

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Rechteckgenerator und Rechteckschalter (Schaltbild Blatt 2)

Beim Rechteckgenerator handelt es sich um eine herkömmliche Oszillatorschaltung, die nach dem Start von 9V Batteriespannung versorgt wird. Sie liefert an Leitung 2 ein Rechtecksignal und an Leitung 3 ein dazu invertiertes Signal. LED2 und LED3 zeigen die Wechsel-Funktion an und können durch Entfernen des Jumpers2 abgeschaltet werden. Mit C8 legt man die Frequenz im großen Rahmen fest, mit P3 kann sie weitgehend eingestellt werden. Mehr ist zu dieser Schaltung nicht zu sagen.

Der Rechteckschalter stellt eine Vollbrücke dar und wird vom Rechteckgenerator gesteuert. Leitung 9 hat mit Source T4 und T5 gegenüber Minus/Ground des Steuersignals annähernd 18V Negativ-Potential. Die Zenerdioden ZD2 und ZD3 senken dieses auf das 9V High/Low-Potential der Logik-Ausgänge des IC4 CMOS 4093. Das genügt für die volle Durchsteuerung der N-Channel-Mosfets T4, T5. Diese werden wechselweise angesteuert, die P-Channel Mosfets T2 u. T3 folgen ihnen im Gegentakt. Die zusätzliche Beschaltung an den Gates von T4, T5 soll eine geringe Einschaltverzögerungen bewirken um Kurzschlüsse Plus gegen Minus durch Trägheit beim Entladen der Gates bzw. beim Taktwechsel von T2, T3 zu vermeiden. Die Zenerdioden ZD4, ZD5 halten mit R12, R13 die Gatespannung von T2, T3 unter 20 V. Das Durchschalten der Brücke erfolgt paarweise über Kreuz, so daß an den Ausgängen A/B eine Rechteckwechselspannung von unbelastet annähernd 50 V anliegt.

Die N-Channel Junction Fet T6 und T7 liegen als Strombegrenzung in der Plus-Zuleitung. Bei Verwendung von 2 Stück BF245A erfolgt eine Begrenzung auf ca. 3 mA, beim Typ BF245B auf 8 mA. (Die Reihenschaltung ist nötig, da die zulässige Source/Drain-Spannung je Fet nur 30 Volt beträgt.)

Mit dem Taster Test (S2) darf die Strombegrenzung kurzzeitig überbrückt werden, um höhere Ströme zu erzielen. An S2/21 u. S2/2 kann ein externer Taster angeschlossen werden.

Timer

Es handelt sich um eine Standardschaltung mit dem NE555 (bzw. CMOS-Type). Ein 6-Stufenschalter bietet eine Aus-Stellung als Hauptschalter und 5 verschiedene Timerzeiten. Die Timerzeiten lassen sich durch unterschiedliche Widerstände RT1 bis RT5 weitläufig bis zu 1 Stunde variieren. Mit den vorgeschlagenen Werten ergeben sich Zeiten von 5, 10, 15, 20, 25 Minuten. An P4 ist die exakte Justierung auf die gewünschte Zeit möglich, z.B. 5 Minuten für die 1. Timerstufe. Diese Justierung gilt dann analog auch für die anderen Timerstufen. (bei Verwendung der vorgeschlagenen Werte)

Der Timer wird bei Aktivierung des Starters über Leitung 4 und C12 durch einen negativen Steuerimpuls gestartet und gibt an Ausgang Pin3 Plus an die Kontroll-LED4. (R16 ist Vorwiderstand, Jumper3 gestattet Deaktivierung) Nach Ablauf der eingestellten Zeit geht Timer-Ausgang Pin3 auf Minus und gibt über Leitung 1 einen negativen Steuerimpuls an D6 und Pin7 des IC2 der DC/DC-Wandlerschaltung. Damit wird die Schwingung des IC-internen Oszillators unterbunden, der DC/DC-Wandler wird gestoppt, die Haltespannung >9V bleibt aus und der Starter schaltet das System ab. Danach fließt nur noch der schon genannte Ruhestrom von 5 - 10µA. Das Abschalten vor Ablauf der Zeit kann durch Drücken des Tasters S3 (Reset) oder Zurückstellen des Drehschalters auf Null erfolgen.

Batteriespannungsüberwachung am Starter einstellen:

(z.B. Unterspannungswarnung bei 8,4 Volt, Unterspannungsabschaltung bei 8 Volt)

1.) Alle LED-Jumper setzen. Elektrodenausgang A/B mit 3,3 k-Ohm belasten

2.) 8 Volt an -/+ Batterie-Eingang (oder an -/+ extern) anlegen, Trimmer P1 rechts drehen, Starten (LED1 leuchtet), Trimmer P1 links drehen bis es abschaltet (LED1 aus).

3.) 8,4 Volt anlegen, Trimmer P2 links drehen, Starten, Timmer P2 rechts drehen bis LED2 blinkt.

Platinen-Taster

Die Taster auf der Platine dienen zu Testzwecken, haben jedoch teilweise auch "Brückenfunktion". Entfällt Platinentaster S2 oder S3, sind die gestrichelten Brücken einzulöten. (senkrecht zur Platine)

Zum Bedienen ist lediglich S1 für den Start erforderlich. S2 für den Reset kann nützlich sein. (externe Gehäusetaster S1/S2 werden an den betreffenden Stiften auf der Platine angeschlossen.)

Testwerte (in Klammern die Werte für Timer-IC "CMOS-Type")

Batteriespannung 9V

Stromaufnahme Leerlauf 11,6 mA (8,3 mA)

Spannung an Elektrodenausgang A/B ca. 47 V

Stromaufnahme Ausgang A/B belastet mit 10 k-Ohm 34 mA (30,5 mA)

Spannung an Elektrodenausgang A/B ca. 39 V

Ruhestrom nach Abschalten ca. 10 µA (beide Typen)

Durch Abschalten der LEDs per Jumper können 3 mA Batteriestrom eingespart werden.

Strom LED1 ca. 1 mA

Strom LED2 u. LED3 (zusammen) ca. 1 mA

Strom LED4 ca. 1 mA

Stromversorgung

Die Schaltung ist empfindlich gegen Überspannungen. Die maximale Eingangsspannung darf 10 Volt betragen. LED6 blinkt bei falschem Einlegen der 9V Batterie.

Bei Anschluß eines externen 9V-Netzteils (nur stabilisierte Netzteile zulässig) ist es sinnvoll, eine eventuell eingelegte Batterie zu entfernen. Anderenfalls würde sich die Batterie trotz angeschlossenem Netzteil entladen, solange ihre Spannung (gering) über der des Netzteils liegt.

Strombegrenzung/Testen der Wasserreinheit

Der Ausgangsstrom an den Elektroden ist begrenzt. Bei Verwendung der Typen BF245A auf 3 - 4 mA, bei Verwendung von BF245B auf ca. 8 mA. Der ideale Elektrodenstrom beträgt 3 - 6 mA. Er ergibt sich von allein bei guter Wasserreinheit und verändert sich während der Anwendung nicht wesentlich (außer einem leichten Anstieg).

Bei Betätigen des Tasters S2 wird die Strombegrenzung überbrückt. Hierbei kann der Strom auf ca. 16 mA ansteigen. Dies ist kurzzeitig zulässig, um die Wasserreinheit vor der Anwendung zu testen. (Gleichstrom mA-Meßgerät erforderlich)

Das Wasser muß kurz vor der Messung auf Siedepunkt gebracht werden (so wie vor jeder Anwendung). Die Elektroden müssen bis zur Markierung eingetaucht sein. Eine (beliebige) Zeit muß am Drehschalter eingestellt sein. Der Taster S2 muß gedrückt werden.

Steigt der Strom beim Drücken von S2 deutlich an, z.B. auf 10 mA oder mehr, handelt es sich um Leitungswasserqualität und ist ungeeignet. (Noch weniger geeignet/höherer Strom wäre Mineralwasser.)

Elektrodenabstand

Der normale Elektrodenabstand soll 35 mm betragen. Bei sehr reinem destillierten Wasser kann es sein, daß sich bei der Anwendung ein Strom von nur 2 mA oder weniger ergibt. Dann dürfen die Elektroden enger gestellt werden (falls der Elektrodenhalter verstellbar ist).

Auf den Elektroden bildet sich ein grauer Belag, der leicht mit Papier abzuwischen ist.

Anwendung

Destilliertes Wasser auf Siedepunkt erhitzen. Dazu am besten die Elektroden in ein 200 ml Trink-Glas stellen und destilliertes Wasser bis zur Elektrodenmarkierung auffüllen. Dann das Glas (ohne die Elektroden) in eine Mikrowelle stellen bis es siedet. Danach direkt heiß zur Herstellung verwenden. (Eventuell das Glas noch einmal kurz und heftig auf eine Tischplatte aufstoßen, damit sich Gasblasen vom Boden lösen.)

Elektroden ins Glas stellen. Den Drehschalter auf die gewünschte Einschaltzeit stellen. Den Taster S1 mindestens 2 Sekunden lang drücken, eventuell wiederholen, bis LED1, LED2 und LED4 aufleuchten und eingeschaltet bleiben. Nach einigen Sekunden wechselt sich LED2 mit LED3 ab und zeigt damit die Funktion der Umpolung des Elektrodenstroms an.

Nach Ablauf der eingestellten Zeit schaltet sich das System selbst ab. Alle LEDs erlöschen.

Auch wenn man den Drehschalter in dieser Stellung beläßt, ist der Ruhestrom unbedeutend gering. (5 - 10µA) Bei längerer Abschaltzeit sollte der Drehschalter jedoch auf Stellung Null gestellt werden.

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