Geschwindigkeitscontroller für Ständerbohrmaschine

Das ist meine spektakuläre Ständerbohrmaschine:

Ein uralter Bohrständer samt Bohrmaschine von meinem Opa. Den Schraubstock hab ich mir später mal dazu gekauft, weil sowas zum Einspannen von Werkstücken ganz praktisch ist.

Der Schraubstock wird von einer IKEA JANSJÖ beleuchtet...

...die mithilfe von zwei Kabelbindern gleichzeitig die Zugentlastung für das Netzkabel der Bohrmaschine dient:

An sich funktioniert das Teil auch ganz gut. Aber es gibt ein Problem:

Die Bohrmaschine kennt nur "an" und "aus" und zwei verschiedene Gänge. "Schnell" und "Schneller".
Bohren mit Durchmessern >8mm will ich daran gar nicht erst versuchen, erst recht nicht in dünne Werkstücke.

Die muss gespeedcontrolled werden!

Z. B. mit einem Stelltrafo. Die Maschine aber zum Bohren für 1 Loch mit einem Verlängerungskabel am Trennstelltrafo anzuschließen ist doof. Ich habe zwar noch einen kleinen Stelltrafo rumfliegen, aber der ist für die Bohrmaschine (450 W) ganz leicht unterdimensioniert und trotzdem irgendwie recht groß. Sollte ich doch mal eine andere Bohrmaschine mit mehr Leistung verwenden wollen ist der Trafo definitiv zu schwach.

Außerdem erscheint mir die Lösung zu einfach.

Eine Alternative zum Stelltrafo wäre ein Dimmer. Da eine Bohrmaschine eine induktive Last ist (wie jeder Motor), muss hier ein Phasenanschnittsdimmer verwendet werden, da Phasenabschnittsdimmer beim Abschalten die hohe Induktionsspannung abkriegen und das nicht lange überleben. Die meisten handelsüblichen Dimmer für Glühlampen und LEDs sind ja leider Phasenabschnittsdimmer, weil die einfacher und billiger sind...

Also habe ich ein paar Teile besorgt:

Das ist ein Nockenschalter von eBay, eine Handvoll 470k Potis mit Knöpfen und ein Dimmer von Kemo. Dieser Dimmer ist für max. 2600 VA ausgelegt, also hat noch viiiieeel Luft nach oben. Hier ist der Versuchsaufbau:

Die Bohrmaschine fängt erst ab etwa einer drittel Umdrehung an, sich zu drehen.

Null Kraft hat sie dabei auch noch. Erst ab ca. 1/2 Umdrehung hat sie Power, wobei sie effektiv etwa 73 V bekommt.

Bei Maximalanschlag bekommt sie durch den Dimmer einen Tick weniger als die Netzspannung (rechts):

Macht praktisch keinen Unterschied.

Da ich den halben Potiweg nicht verschwenden will, gibt's zwei Möglichkeiten. Die Bohrmaschine wird umso mehr gedimmt, je größer der Widerstand des Potis ist. Das verwendete Poti hat 470 Kiloohm, wenn der Spaß aber erst nach 1/2 Verfahrweg losgeht darf das Poti nur halb so groß sein, um den gesamten Verfahrweg des Potis auszunutzen. Ich habe aber keine passenden Potis mit 220k. Stattdessen könnte man einfach einen gleich großen Widerstand parallel zum Potentiometer löten, der dessen Wert dann einfach halbiert.

Und wenn man diesen Widerstand ebenfalls als Poti ausführt, kann man den Startpunkt präzise einstellen!

Es hat sich dann herausgestellt, dass etwa 750k (am Drehwinkel geschätzt, nicht nachgemessen) als Parallelwiderstand perfekt sind. Jetzt läuft die Bohrmaschine auch in der untersten Stufe mit brauchbar Power.

Nun muss das Ganze noch in ein Gehäuse verbaut werden. Mit dem Bestellen habe ich aber gewartet, bis die Elektronik fertig ist, damit ich etwa abschätzen kann, wie groß das Gehäuse sein muss.

Das Gehäuse ist 20x12x7,5 cm groß und besteht aus ABS.

Der Deckel wurde gleich mit Bohrungen versehen:

Rein kommen da auf jeden Fall das Poti zum Einstellen der Geschwindigkeit und der An-Aus-Schalter sowie eine grüne Betriebs-LED. Auch soll da ein Taster rein und ein Display, welches die aktuelle Drehzahl und den Motorstrom anzeigt. Der Taster dient dann dazu, das Display zu bedienen. Wie genau hab ich mir noch nicht überlegt, aber das kommt später.

Sieht doch ganz gut aus so, oder?

Jetzt aber muss ich mich erst mal entscheiden:

Will ich eine LED-7-Segment-Anzeige oder ein LCD?

Eine 7-Segment-Anzeige ist besser lesbar, aber auch nur, wenn sie hell genug ist. Sie kann keine Einheiten anzeigen (wie soll U/min oder rpm dargestellt werden? Ein M ist mit 7 Segmenten nicht darstellbar).
Ein LCD kann auch ganz gut lesbar sein, wenn der Kontrast gut eingestellt ist. Allerdings sind die Zeichen recht klein. Aber es kann jeder erdenkliche Buchstabe inklusive Sonderzeichen angezeigt werden und mehrere Messwerte können gleichzeitig auf dem Display stehen. Außerdem kann man ein Balkendiagramm a la Analoganzeige darstellen. Man hat mit einem LCD einfach mehr Anzeigemöglichkeiten, aber irgendwie ist das auch Overkill.

Da ich mich nicht entscheiden kann, hab ich die Anzeige erst mal weggelassen.

So sieht es vorerst im Gehäuse aus: 

Das Zuleitungskabel stammt von einer Steckdosenleiste, deren Schalter gebrochen war. Das war das Kabel mit dem größten Querschnitt, den ich gefunden hab - ich wollte 1,5 mm² nehmen, hab aber nur 0,75er gefunden. Das Kabel hat 1 mm², das muss erst mal langen und tut es für die 450W Bohrmaschine bei Weitem auch.

Die Zuleitung geht ohne Umwege direkt an den Hauptschalter, sodass im Aus-Zustand sowohl Phase als auch Neutralleiter getrennt sind. Letzterer geht danach zur Steckdose, während die Phase erst durch den Dimmer und danach zur Steckdose geht. Die grünen Leitungen gehen zum Poti.

Die linke Kabelverschraubung ist für den später noch folgenden Drehzahlsensor.

Der Dimmer passte mit den Löchern in der Befestigungs- und Kühllasche perfekt in die Befestigungspunkte im Gehäuse und wurde mit M3-Schrauben fixiert, die mit dem Gewinde gut fest sitzen. Die Abstandshalter aus Plastik "adaptieren" die Schrauben an die zu großen 4mm-Löcher. Diese werden normalerweise zur Befestigung von TO-220-Gehäusen auf Kühlkörpern verwendet und isolieren die Schraube elektrisch von der Metallfahne des Gehäuses.

Da das Poti einen Parallelwiderstand bekommt, habe ich überlegt, einen Festwiderstand anzulöten. Der eingestellte Wert ist auch nahe an einem der E12-Reihe (820 kOhm), da bietet es sich an, einen passenden Widerstand zu nehmen.

Ach egal, ich löt einfach das eine Poti an das andere Poti.

So kann ich beim Einsatz einer anderen Bohrmaschine oder überhaupt eines anderen Verbrauchers den Startpunkt anpassen. Das kleine Poti ist einfach an das große gelötet und geheißklebert:

An der Wand montiert sieht das nun so aus:

Die rechts unten abgehende Zuleitung ist einfach in der Steckdose angeschlossen, wo die Bohrmaschine vorher drin war. Die Bohrmaschine kommt mit dem Kabel in die blaue Schukodose links. Taster und LED sind noch ohne Funktion (ich war zu faul, die LED anzuschließen, und in der Regel schaltet man die Bohrmaschine nach dem Bohrvorgang aus, sodass eine Ein-LED eigentlich unnötig ist).

Wenn ich das Display und einen Umdrehungssensor einbaue, schließe ich auch Taster und LED an, aber das muss fürs Erste erst mal warten.