Allerdings ist es unpraktisch bei unterschiedlichen Geräten die Spannungen zu variieren. Zum Einen befindet sich die Eingangsbuchse am Boden des Gehäuses, was leider beim Einstellen der Spannung zu einem unangenehmen Winkel für die Haltung des Schraubenziehers führt und den Fingern nur wenig Platz lässt. Zum Anderen wird jedes Mal ein Multimeter zur Messung der Spannung benötigt. Ziel der Anpassungen war eine Verbesserung der Handhabung und des Designs.

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Liste der Bauteile:

• 1x Hohlstecker 5,5 x 2,1
• 1x Schraubbuchse 5,5 x 2,1
• 2x Flachkopfschraube M2x6
• 2x Flachkopfschraube M2x4
• 4x Linsensenkkopfschraube M2x10
• 1x Modul LM2587S DC-DC Step Up
• 2x Pico Sicherung 3A 125V / 230V
• 1x Mini Voltmeter Digital mit LED-Anzeige 0,36″  (optional)

Gehäuse Konstruktion des LM2587S Spannungswandler

Die vertikale Stellung der Buchse ergibt sich aus der Gehäuselänge. Da der Stromeingang jetzt auf der Rückseite sein soll, musste das Gehäuse länger gestaltet werden. 12 mm waren ausreichend um die Buchse horizontal einbauen zu können. Durch die Gehäuselänge kann der Schraubenzieher problemlos die Buchse innen anschrauben.

Alternativ hätte man die Buchse auch um 90° drehen können, dadurch wäre die Buchse an der Seite und die Länge des Gehäuses würde gleich bleiben. Allerdings wäre damit der Abstand zur Gegenwand äußerst gering und es würden beim Verschauben Probleme entstehen. Man bräuchte dafür einen abgewinkelten Schraubenzieher oder man bohrt Montagebohrungen in die Seitenwand.

Nun musste die Buchsen Brücke modifiziert werden. Die Brücke würde sonst an den Enden mit der Ecke kollidieren. Die störenden Teile an der Brücke wurden im CAD entfernt. Die Säulenhöhe bleibt dabei bestehen, da die Bodendicke und die Rückwanddicke gleich sind. Der Deckel musste ebenfalls an die Länge angepasst werden und einen Durchbruch oder Fassung für das Mini Voltmeter erhalten.

Das Voltmeter 3631AS-1

Bei der Auswahl des Mini Voltmeters habe ich mich für die Variante „3631AS-1“ entschieden. Dieses Voltmeter sitzt auf einer Platine, die über Laschen mit Bohrungen verfügt, so dass man es am Gehäusedeckel anschrauben kann. Bei diesem Voltmeter sind die Kabel schon mit den korrekten Farben angelötet (für plus rot und für minus schwarz). Um das Voltmeter vor mechanischer Zerstörung zu schützen, habe ich noch einen Rahmen auf den Gehäusedeckel aufgesetzt.

Die Gehäusehöhe muss für den LM2587S Spannungswandler nicht verändert werden, da in der Vorgänger Version schon genügend Platz vorhanden war. Die Arbeit am CAD ist hier definitiv von Vorteil, da der Deckel auch ohne Aussparung für das Voltmeter einfach verlängert werden kann und schon erhält man eine Variante „lang“ für diejenigen, die kein Voltmeter brauchen, aber den Eingang an der Rückseite haben wollen.

Die Bauteile wurden wie immer am 3D-Drucker produziert und anschließend wurde das Gewinde geschnitten (in diesem Fall M2). Das Verlöten ist wie beim Vorgänger sehr einfach und die zwei zusätzlichen Kabel vom Voltmeter werden farbengerecht mit den OUT-Kabeln am Hohlstecker verschraubt.

Einstellung und Justierung des LM2578S Spannungswandler

Nun zum Einstellen bzw. justieren des LM2587S Spannungswandlers. Hier war vorallem die Genauigkeit des Voltmeters interessant. Grundsätzlich sollte die Justierung unter Last erfolgen. Das bedeutet mit einem angeschlossenen Verbraucher (z.B. einem Widerstand). Die Messungen habe ich mehrmals wiederholt und war sehr erstaunt über die Genauigkeit des Mini Voltmeters.

Die maximale Abweichung betrug nicht mehr als 0,04 V und das sogar bei unterschiedlichen Eingangsspannungen. Das Gerät wurde von 4 V bis 32 V ausgiebig getestet. Ich empfehle bei längerer Benutzung nicht mehr als 30V Ausgangsspannung für den Betrieb zu nutzen, da das Voltmeter auf Dauer nicht für höhere Spannungen geeignet ist.

Wichtig ist natürlich der Übergangswiderstand, denn jede zusätzliche Steckverbindung reduziert die Spannung. Daraus folgt:

• Unnötige Steckverbindungen vermeiden
• Spannung immer an der letzten Verbindung messen

Sicherheitsaspekt

Die Sicherheit sollte auch nicht außer Acht gelassen werden, da der Step-up im Gegensatz zum Step-down einen offenen Schaltkreis hat, sollte dieser mit einer Sicherung versehen werden! An meinem Step-up habe ich nachträglich (leider auf den Fotos nicht zu sehen) sowohl an der Eingangsspannung, als auch an der Ausgangsspannung ein träges Pico mit 3A am Pluspol angebracht. Damit steht der Benutzung also nichts mehr im Wege!

Dateien herunterladen:

• STL Dateien für den 3D Drucker (mit Voltmeter)
• STL Dateien für den 3D Drucker (Langversion ohne Voltmeter)

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Das könnte Dich aus interessieren: Step-up Modul DC-DC LM2587S Aufwärtswandler

Liste der Bauteile:

• 1 x Hohlstecker 5,5 x 2,1
• 1 x Schraubbuchse 5,5 x 2,1
• 2 x Flachkopfschraube M2x6
• 4 x Linsensenkkopfschraube M2x10
• 1 x Modul LM2596S DC-DC Step Down

Umsetzung des LM2596S Abwärtswandler

Für den Abwährtswandler fiehl die Wahl auf den DSN2596, weil das Modul günstig und sehr weit verbreitet ist. Einen derartigen Schaltregler selbst zu entwickeln bräuchte unverhältnismäßig viel Zeit und Geld. Darüberhinaus kostet der DSN2596 nur den Bruchteil des Preises der Einzelteile  eines selbstentwickelten Schaltreglers.

Man muss jedoch aufpassen, einige Händler verkaufen DSN2596 Module die nicht halten was sie versprechen. Entscheidend ist, dass die Schaltfrequenz des LM2596 nicht unter 150kHz liegen darf. Wer ein Oszilloskop besitzt kann zum Prüfen die Ripple-Spannung am Pin-2 messen. Der Eingangsspannungsbereich liegt normalerweise zwischen 4 und 35 Volt und die Ausgangsspannung zwischen 1,5 und 30 Volt.

Der Ausgangsstrom liegt bei 2A ohne Kühlung und 3A mit Kühlung. Ein Kühlkörper sollte definitiv verwendet werden und direkt auf dem LM2596 platziert werden! Bei mehr als 2A Ausgangsstrom bevorzuge ich einen XL4015, dies ist aber nur selten der Fall, da die 2A meistens ausreichen. Wie immer sollte die Eingangsspannung mindestens 1 Volt höher sein als die Ausgangsspannung!

Die Effizienz des Moduls hängt überwiegend davon ab wie groß der Unterschied zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung ist. Das bedeutet je höher die Differenz ist, desto ineffizienter ist das Modul.

Konstruktion des Gehäuses

Das Gehäuse für das Step-Down Modul wurde analog zum Gehäuse des LM2587S entwickelt. Die einzigen Unterschiede sind die Befestigungsbohrungen für das Modul und die Position der Bohrung am Deckel zum Einstellen der Spannung via Potentiometer. Wer interessiert ist wie ein solches Gehäuse konstruiert wird und was es dabei zu beachten gibt, kann im Artikel über den LM2587S mehr darüber erfahren. 

Aus der folgenden Explosionszeichnung geht hervor wie das Gehäuse zusammengebaut wird. Es müssen hierfür nicht die normalen Schrauben verwendet werden. Die Kernbohrungen für das Gewinde M2 sind auch für Schneidschrauben geeignet. Wer eine Abneigung gegen Gewindeschneiden besitzt oder keinen Gewindebohrer M2 zur Verfügung hat, kann auch auf andere Schrauben zurückgreifen.

Download Dateien

• STL Dateien für den LM2596S Abwärtswandler
• STL Dateien für den LM2596 Abwärtswandler

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Liste der Bauteile:

• 1 x Hohlstecker 5,5 x 2,1
• 1 x Schraubbuchse 5,5 x 2,1
• 2 x Flachkopfschraube M2x6
• 4 x Linsensenkkopfschraube M2x10
• 1 x Modul LM2587S DC-DC Step Up

Umsetzung des LM2587S Aufwärtswandler

Ein Step-up Modul wird benötigt. Ich habe mich für ein LM2587S DC-DC Step-up Modul entschieden, da ich dieses bereits zu Hause hatte. Des weiteren wird ein Stecker für die Buchse am Akku und eine Buchse für die Stromzufuhr von dem antiken 24V Netzteil benötigt. Dazu noch etwas Kabel, Schrauben und ein Gehäuse um die Elektronik zu schützen.  Alle Teile können einfach bestellt werden, bis auf das Gehäuse. Das wird im CAD designt. Hierfür müssen die Teile die in das Gehäuse kommen zuerst vermessen werden, da die offiziellen Dokumentationen und Zeichnungen der Teile oft fehlerhaft oder gar nicht vorhanden sind!

Gehäuse Konstruktion

Beim Konstruieren des Gehäuses treten weitere Fragen auf wie:

• Soll das Gehäuse direkt an den Akku gesteckt werden oder soll ein Kabel dazwischen sein?
• Soll die Stecker Buchse im Gehäuse oder auch durch ein Kabel ans Netzteil verbunden sein?
• Benötige ich ggf. einen Lüfter (aktiv) oder genügen Lüftungsschlitze (passiv)?
• Soll die Justierung der Spannung ohne öffnen des Gehäuses möglich sein?
• Wie groß soll das Gehäuse sein?
• Usw…

Meine Variante war keine Kabel außerhalb des Gehäuses zu platzieren und keinen Lüfter zu verwenden. Die Größe meines Gehäuses sollte ca. gleich einer kleinen Powerbank mit einen 18650 Akku sein. Die Platine soll dabei im Gehäuse auf Säulen stehen. Das hat den Vorteil, dass die Luft besser durchströmen kann und die Länge des Gewindes länger wird. Übrigens ein M2 Gewinde sollte ausreichen da keine großen Kräfte auftreten. Das M2 Gewinde  lässt sich nur schlecht 3D drucken, so dass ich es mit einem Gewindebohrer geschnitten habe.

An den Seiten im Innenraum des Gehäuses habe ich genug Platz für die Verkabelung gelassen. Insgesamt werden nur 4 Kabel benötigt. Bei der Buchse die den Stecker vom Netzteil aufnimmt verwende ich eine sogenannte Brücke die wie die Platine auf Säulen steht. In diesem Fall ist die Höhe der Brücken Säulen genauso hoch wie die Säulen der Platine. Mit den Ausbuchtungen an der Brücke reguliere ich konstruktiv wie weit die Buchse im Gehäuse steht.

Die Schwierigkeit besteht darin die richtige Mittelposition zu finden, da die Stecker nicht alle gleich lang sind. Die Längen der Stecker unterscheiden sich teilweise bis zu 2mm! Setzt man die Buchse zu tief in das Gehäuse kann bei einem kurzen Stecker der Haltemechanismus nicht greifen und das Kabel samt Stecker gleitet wieder aus der Buchse. Steht aber die Buchse aus dem Gehäuse kann sie beschädigt werden oder verkratzt ggf. die Oberfläche auf dem das Gehäuse liegt. Nach meiner Erfahrung sollte die Buchse zwischen 0,5 und 0,75mm im Gehäuse versenkt werden. So habe ich es auch umgesetzt.

Für den Stecker zum Akku meines Staubsaugers verwende ich einen handelsüblichen gummierten Schraubstecker. Die Herausforderung war diesen Stecker mit Führungen im Gehäuse zu Platzieren und mit dem Deckel nach unten zu pressen, sodass der Stecker hält und nicht wackelt! Für die Verschraubung des Deckels habe ich ebenfalls Gewinde Bohrungen mit M2 Gewinden geplant.

Meine drei Bauteile wurden im CAD konstruiert und danach 3D gedruckt. Die Verlötung der elektronischen Komponenten ist vergleichsweise einfach, da auf dem Modul IN/OUT bereits aufgedruckt ist. Bei der Buchse verwechsle ich leider öfters Plus und Minus, deshalb habe ich eine Illustration eingefügt. Meistens ist hier außen Minus und innen Plus. 

Messung der Spannung des LM2587S Aufwärtswandler

Nach dem erfolgreichen Zusammenbau wird der Auwärtswandler LM2587S getestet und eingestellt, um die richtige Spannung (26V) zum Laden des Akkus zu erreichen. Zum Messen verwendet man einfach ein handelsübliches Multimeter. Am besten zum Justieren der Messkabel die Kabel in einer Buchse mit Verschraubungen arrettieren. Anschließend das alte Netzteil anstecken (23,5V Ausgangsspannung) und durch die Bohrung mit einem kleinen Schlitzschraubendreher die Schraube am Potenziometer gegen den Uhrzeigersinn drehen und immer ein Auge auf die Anzeige werfen. Man muss einige Umdrehungen an der Schraube tätigen um ein Ergebnis an der Anzeige zu sehen. Ist die gewünschte Spannung erreicht sollte man min. 15 Minuten warten und nochmals nachjustieren. Meistens geht die Spannung nach längerer Zeit um 0,3V-0,6V nach oben. Wird nichts heiß aber leicht warm und es entstehen keine unangenehmen Gerüche von verbranntem Kunststoff sollte alles in bester Ordnung sein.

Dieses Step-up Modul LM2587S könnt ihr verwenden für:

• Eingangsspannung 3V-30V
• Ausgangsspannung 4V-35V
• Ausgangsstrom max.5A

LM2587S Aufwärtswandler Bemerkung:

• Die Ausgangsspannung sollte immer 1V höher sein als die Eingangsspannung
• Die Eingangsspannung sollte nie mehr als 30V betragen
• Der Eingangsstrom sollte reichlich höher als der Ausgangsstrom sein

Download Dateien

• STL Dateien für LM2587S

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