Elektrostatische Aufladung und was kann man dagegen tun

Im Rahmen des Roboter-Projekts ist ein neues, v=C3=B6llig unerwartetes Problem aufgetaucht: Elektrostatische Aufladung.

Eigentlich h=C3=A4tte ich es ja vorhersehen m=C3=BCssen: Die Laufketten= des Roboters wirken wie ein Van-De-Graaff-Generator und da die Antriebsr=C3=A4der aus Metall, der Rest aber aus Polyamid ist (ist halt ein sehr z=C3=A4hes Material und von den mechanischen Eigenschaften her ideal) l=C3=A4dt sich das Teil sehr schnell bedenklich auf. Beim heutigen Test haben wir uns ein paar dicke Schl=C3=A4ge eingehandelt, als wir die Motoren zwecks Temperaturkontrolle per "Handauflegen" =C3=BCberpr=C3=BCfen wollten (zumindest dieses Problem ist keines mehr, das =C3=9Cbersetzungsverh=C3=A4ltnis stimmt endlich und die Motoren bleiben=

sch=C3=B6n k=C3=BChl).

Nun tut aber eine solche Aufladung der verbauten Elektronik nicht wirklich gut, aber andererseits wird sie sich wohl kaum g=C3=A4nzlich vermeiden lassen.

Daher die Frage: Wie kann ich die Schaltung in einer solchen Umgebung vor Besch=C3=A4digung sch=C3=BCtzen, aber vor allem, wie kann = ich das Entstehen einer Aufladung verhindern, oder zumindest eingrenzen?

Ich hoffe nur, dass nicht schon das Kind in den Brunnen gefallen ist. Soweit ich wei=C3=9F soll die ESD-Empfindlichkeit zur=C3=BCckgehen= , wenn die Bauteile erst mal auf einer Platine sind, aber wie sieht es damit in der Praxis aus? Zwar lagen alle elektronischen Baugruppen auf dem gleichen Potential (gemeinsame Masse, an einem Punkt verbunden) mehr aber noch nicht.

Und angenommen es liegt bereits eine latente Besch=C3=A4digung vor, gibt es eine einfache, aber effektive Methode dies festzustellen ohne die Baugruppen total zerlegen zu m=C3=BCssen?

Wolfgang Draxinger

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Wolfgang Draxinger
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"Wolfgang Draxinger"

Wie beim KFZ auch. Einen nichtisolierten Draht oder leitendes Gummi mit der Masse verbinden und über den Boden schlören lassen. Möglichst weit von den Rädern/Ketten entfernt.

Eine andere Gegenmaßnahme wäre das Mitführen eines schwarzen Loches, in das die Elektronen verschwinden können. Aber das muss man dann gut isolieren, damit nicht _alle_ Elektronen da reinfließen.

Gruß,

Markus Gronotte -

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Markus Gronotte

Stimmt ;-)), und scheibenkleister, Du hast ein Problem!! Nur viele verschiedene Maßnahmen können Dir helfen.

Laufketten aus nicht leitendem Kunststoff sind pöse!!

und da die

Die Materialwahl ist sehr entscheidend für die ESD-Eigenschaften des Systems. Da ist ne Menge zu machen, Sinn und auch Unsinn. Nun, es gibt imho mehrere Möglichkeiten, hier ESD zu erringern:

- nimm jedes zweite Zahnrädchen aus Metall und sieh zu, dasß dieses an die "zentrale Karosse" elektrisch angebunden wird.

- nimm ein Graphitfett und benetze die Oberflächen (Achtung, Staubbindung)

- Laufketten aus einem schwer aufladbaren Material oder mit Metallgewirkung durchsetzt und die Antriebsräder mit Masse verbinden.

Setze Schutzdioden ein, wo immer sinnvoll möglich auch einen "Hochpass" der Ein und Ausgänge gegen Masse. Nimm entsprechend ESD-feste Bauteile an allen E/A´s. Abschirmung und Filter um die Elektronik zu schützen, Elektr. Entkoppelung vom Fahrwerk so gut wie möglich, bis auf die zentrale Masse.

Stimmt genau. Eventueller Ladungsausgleich verteilt sich und wird durch "Kapazitäten" und Widerstände etc. verschleift.

Abschirmung, und Filter helfen auch hier sehr viel weiter.

Wenn eine massive Schädigung aufgetreten ist, wirst Du das in der Regel in der Funktion sehen. Das Auffinden von Vorschädigungen ist real wohl kaum sinnvoll realisierbar.

Markus: "Wie beim KFZ auch. Einen nichtisolierten Draht oder leitendes Gummi mit der Masse verbinden und über den Boden schlören lassen. Möglichst weit von den Rädern/Ketten entfernt."

Sorry, aber das ist imho Blödsinn, denn, wenn der Boden leitfähig wäre, würden die Ketten kein Problem machen.

Markus: "Eine andere Gegenmaßnahme wäre das Mitführen eines schwarzen Loches,in das die Elektronen verschwinden können. Aber das muss man dann gut isolieren, damit nicht _alle_ Elektronen da reinfließen."

Mit nem Ionisator ist es auch realistisch machbar, berührungslos die auftretenden elektrostatischen Felder zu eleminieren. Stellt sich die Frage, ob der Robby genug elektrische Energie mit sich rumschleppt, bei Akkubetrieb wird das wohl eher nichts werden.

Grüße Uwe

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uwe wiards

Also die Mechanik des Antriebs ist komplett aus Metall. Die Laufketten sind eigentlich Traktionsriemen, die wir mit einem Profil versehen haben - alten Fahrradmantel in Streifen geschnitten und aufgeklebt; funktioniert erstaunlich gut.

Das Chassis besteht aus Polystyrol. Den Bereich in dem die Elektronik sitzt haben wir mit Graphitlack beschichtet, ca.

20kOhm/cm hat das jetzt. So ist zumindest die Elektronik vor Potentialdifferenzen im Fahrzeug selber gesch=C3=BCtzt.

Die Antriebsachsen sind jetzt alle miteinander elektrisch verbunden, der Kontakt zu dem Graphitlack im inneren erfolgt =C3=BCber die Antriebsachse, die ja zwangsweise auf dem selben Potential wie der Motor liegt. Die Motorgeh=C3=A4use sind nun mit der Masse am zentralen Massepunkt angeschlossen. Die Schirmung* um die Zuleitungen (zwecks Funkentst=C3=B6rung) bis zur Masse der Treiberplatinen werden wir =C3=BCber 10kOhm, parallel zu 10nF mit der Masse der Treiberplatinen verbunden.

Ob's was gebracht hat sehen wir =C3=BCbermorgen, da fahren wir den n=C3=A4chsten Test. Ich baue gerade alle Platinen in jeweils separate Metallgeh=C3=A4use ein.

Die USB-Anschlussplatinen habe ich etwas erweitert: 3,6V Z-Dioden vor den Schutzwiderst=C3=A4nden.

Folgendes Fehlerbild hat mich die letzten Tage fast zum Wahnsinn getrieben: Mangels RS232-Anschl=C3=BCssen muss ich auf einen USB-RS232 Wandler zur=C3=BCckgreifen (Prolific Chipsatz) um mit dem uC des Motorcontrollers zu kommunizieren. Solange die Motoren stillstehen klappt die Kommunikation absolut problemlos und wenn's sein muss stundenlang. Sind die Motoren in Betrieb rei=C3=9Ft der Kontakt zwischen Hauptcomputer und uC ab - witzigerweise sind es aber weder der Hauptcomputer, noch der uC die abst=C3=BCrzen, sondern der USB-RS232 Wandler.

Zieht man diesen vom USB-Port ab und steckt ihn wieder ein klappt die Kommunikation wieder - ein Entladen und Neuladen des Treibermoduls bringt nichts, d.h. es ist wirklich der Wandler der da abst=C3=BCrzt. Was mich nur daran wundert: Der Wandler wird vom Computer mit Strom versorgt, bekommt also extrem sauber gefilterte Spannung. Die USB-Leitung ist geschirmt und auf der anderen Seite sieht er nur die RS232-Leitung zum MAX202 (also etwas mit einer recht hohen Impendanz) und von dort aus zum uC, man kann also behaupten, das Ding liegt zwischen zwei wesentlich empfindlichereren Knautschzonen, wieso st=C3=BCrzt aber keiner der Computer ab, sondern nur so ein "billiger" Wandler?

Ich glaube nicht dass es der USB-Host-Controller ist, der da Probleme macht, sonst w=C3=BCrde doch der wiederangesteckte Wandler nicht erkannt, oder?

  • Es k=C3=B6nnte nat=C3=BCrlich gut sein, das mir da noch Funkst=C3=B6r= ungen einprasseln, da die Zuleitungen zu den Motoren noch nicht geschirmt sind, das holen wir morgen nach.

Wolfgang Draxinger

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Wolfgang Draxinger

Wolfgang Draxinger schrieb:

Ich weiss nicht, ob das hier auch ein Problem sein kann, aber kugelgelagerte Achsen laufen im Idealfall auf einem isolierenden Fettfilm. Daher hatten z.B. Plattenspeicher zumindest früher immer einen Masseschleifer auf der Achse (der manchmal so schön gequietscht hat).

Mathias

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Mathias Weierganz

Wolfgang Draxinger schrieb:

Ich habe hier mit USB-Adaptern in Punkte Funkstörfestigkeit auch eher schlechte Erfahrungen gemacht. Beim Ein-/Ausschalten eines

150VA/230..24V~-Netzteils (ja, Eigenbau ohne viel Hirnschmalz) brach auch regelmäßig die Kommunikation ab. C+R über dem Schalter half nur bedingt, Einpacken des Adapters in Alufolie+provisorischer Anschluss an die Schirmung etwas besser.

Mit freundlichem Gruß

Jan

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Jan Kandziora

Wolfgang Draxinger :

Das Übel an der Wurzel packen: Sind die Motoren denn entstört? (100nF parallel, 10uH Drossel in Reihe)

Ansonsten:

Im USB-Modul: von der USB-Masse zur RS232-Masse einen dicken Draht drüberlegen (am besten direkt von Gehäuse zu Gehäuse gelötet). Den Schirm vom RS232-Kabel auf den SUB-D Stecker aussen auflöten.

Leg ne separate dicke Masseverbindung vom PC zum Robot.

Dann kannste auch mal versuchen, die Kabel vor und hinter dem Prolific je einmal durch einen Ferritkern zu schleifen.

Am besten ist aber ne galvanisch Trennung auf RS232-Seite. Lässt sich mit ein paar schnellen Optokopplern i.A. problemlos aufbauen.

M.

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Matthias Weingart

rt?

Die Motoren sind mehr oder weniger entst=C3=B6rt.

^ ^ | |

+----||---+ 100nF | | +-||-+-||-+ 2x 47nF | _|_ | | | +---(M)---+

use

Bringt das nicht nur dann was, wenn man Fehler in der Daten=C3=BCbertragung hat, weil irgend ein M=C3=BCll in die Datenleitun= gen reinpfeift? =20

Seit wann gibt es kabellose dicke Masseverbindungen? Das Teil wird kabellos per WLAN gesteuert. Und im Bot selber h=C3=A4ngen alle Komponenten sowieso an dem selben dicken Massestrang.

Sieht im Betrieb so aus:

Ich dachte ja eigentlich schon daran, das mit RS422 zu machen, wobei das aber bei den Leitungsl=C3=A4ngen von max. 30cm irgendwie =C3=BCbertrieben erscheint. CAN-Bus war auch schon in der =C3=9Cberlegu= ng, ist es mir aber angesichts des Aufwandes irgendwie nicht wert.

Am liebsten w=C3=A4re mir ja eine Art I2C, aber mit differentieller Signalisierung.

Wolfgang Draxinger

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Wolfgang Draxinger

Hallo Wolfgang,

Da gehoert aber zumindest noch eine Gleichtaktdrossel rein.

Oder einfache LWL, IR und so. Dann ist Ruhe im Karton. Dschen kennt sich mit sowas wohl gut aus:

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Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com
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Joerg

yepp, optische Entkopplung würde ich auch empfehlen. Alles andere ist letzlich deutlich aufwendiger. Ich versteh schon, daß es Mist ist, wenn etwas halbwegs funktionierendes gegen eine andere Lösung ausgetauscht werden soll ;-)). Do it ;-)).

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uwe wiards

Wolfgang Draxinger :

Es geht darum, den Störstrom (der ja das USB-Modul zum Absturz bringt) definiert um das Modul drumrumzuleiten. Wenn der dann also vom Chassis über den RS232 Schirm direkt auf den USB-Schirm und dann am PC auf dessen Chassis geht, dann ist das besser, als wenn er die Signaldrähte dazu benutzt. Leg auch noch 100Ohm in Serie der RS232-Leitungen, dann will der Störstrom da nicht lang :-).

Hä? Ich blick da nich durch. Ich denke Du hast den Robot per USB/RS232 an den PC angeschlossen?

M.

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Matthias Weingart

Im Robot steckt ein WRAP Computermodul und selbiges bietet USB - und einen RS232, der aber f=C3=BCr die serielle Konsole von Linux drauf geht. Im MiniPCI steckt eine WLAN-Karte.

Sp=C3=A4ter kommt noch ein Toradex Colibri zur Auswertung der Sensordaten dazu, wird an den Ethernet-Port angeschlossen.

Wolfgang Draxinger

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Wolfgang Draxinger

Wolfgang Draxinger :

Achso, dann isses klar. Dann ersetz einfach in meiner Beschreibung "PC" mit "WRAP". Die Seriendrossel würde ich aber doch noch in die Motorleitung tun (am besten bifilar wie Jörg schrub).

M.

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Matthias Weingart

Hallo Matthias, Hallo Wolfgang,

Bifilar braucht sie nicht gross zu sein. Am besten auch noch je eine Ferritperle pro Motorleitung, einzeln. Aber einen Klecks weichen Kleber draufmachen, sonst rappeln sie sich kaputt.

Falls keine bifilare Drossel zur Hand: Kern aus kleinem Schaltnetzteil schlachten, Wicklungspaket mit spitzem Seitenschneider (oder Nagelschere, wenn Frau nicht zusieht ...) herausprokeln, dann zwei Draehte ausreichenden Durchmessers so oft wie moeglich da durchziehen.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Joerg schrieb:

Bifilare Drossel, mir graust ;-)

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mfg hdw
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Horst-D.Winzler

Hallo Horst-Dieter,

Ein Sprachpatzer? Falls ja, bitte anrueffeln und korrigieren ;-)

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Gruesse, Joerg

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Joerg

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