Turbo-Herd

Ausgangssituation

Meine 1. Lösung

Meine 2. Lösung

Nachtrag 6.7.2005 - Es brennt

Nachtrag 22.10.2006 - Taucht nix wo Strom drin ist

Nachtrag 25.10.2006 - Scheiß Qualitätskontrolle

Nachtrag 12.09.2009 - Herd wieder kaputt

Neues Bedienteil (März 2013)

 

Ausgangssituation

In meiner Küche steht ein toller Herd. Das Besondere sind zwei Halogenkochplatten, mit denen man fast so schnell wie mit Gas kochen kann. Der Backofen hat ein Kernthermometer, welches man in den Braten steckt. Damit kann der Herd piepsen, wenn der Braten fertig ist - und zusätzlich ca. 20min vorher (zum Kartoffeln aufsetzen).  

  So weit so gut. Aber durch die geschickte Bauweise gelangt überkochende Suppe, die über die Vorderkante des Herdes läuft, nicht direkt auf den Fußboden. Vielmehr hangelt sie sich mittels Adhäsion in das Innere des Gerätes, wo sie dann irgendwann doch runtertropft. Bei geeigneter Menge himmelt man damit natürlich die Elektronik. Hab ich selbst probiert.
So sah der Herd mal aus  

Da ich diesen Herd ja eigentlich Klasse finde, wurde er natürlich repariert!  

Meine 1. Lösung

Im Herd befinden sich zwei Module, die etwa so aussehen:  

Irgend so ein Mikrokontroller fragt die Drehschalter ab und steuert LED-Anzeigen und die Herdplatten über ein paar Triacs. Die Relais schalten bei geteilten Platten den zweiten Kreis dazu und können die Halogenbirnen in Reihe schalten um den Einschaltstrom zu begrenzen.  

  Das ganze habe ich funktionell und mechanisch nachempfunden, so dass man von außen gar nicht merkt, dass im Inneren ein Modul gefrickelt ist.

 

Wie man deutlich sieht, klappte der ganze Kram nicht auf Anhieb. Ein paar Fädeldrähte waren dann doch nötig.
Auf der Platine werkelte mal ein PIC-Mikrocontroller , der jetzt aber andere Aufgaben übernehmen muss. Das liegt daran, dass ich das grundsätzliche Problem (die Suppe) nicht beseitigt habe. Auch meine Schaltung war nur bedingt suppentauglich. Bei einer groß angelegten Sauerei hat es dann beide Module gerissen.  

  Das zweite Modul steuert auch den Backofen. Und außerdem die Halogenplatten, die es aber in sich haben. Beim Einschalten ziehen die 84A. Das geht ohne Tricks natürlich auf die Sicherung!
Also hab ich beschlossen, das ganze Problem endgültig zu lösen. Auch suppentechnisch.
 

Meine 2. Lösung

Ich bin an eine Handvoll gebrauchter Leistungshalbleiter (FETs) mit abgekniffenen Beinen gekommen. Die dürfen nun den Strom zu den Platten steuern. Für die Halogenplatten musste ich jeweils 2 nehmen, sonst machen sie richtig lautstark den Deckel auf. Ist übrigens eine prima Sache für Silvester oder als Partyknaller.  

  Der Aufbau ist modular. Die Leistungselektronik auf einer Platine in der Mitte, rechts daneben die Relais für den Backofen und das Haupt-Schütz, ganz links die Gleichrichter.  

Die Steuer-Stromversorgung ist auf einer Zweiten und der intelligente PIC auf der dritten Platine.  

 

Der PIC bekommt über eine RS232 Schnittstelle gesagt, welche Platte er wie stark einschalten soll. Und er meldet Backofen und Kerntemperaturwerte.  

  Die neue Frontblende klammert sich einfach an das Gerippe.  

Gegenüber dem Original ist sie auch wirklich stark vereinfacht:  

Ja, es ist nur noch ein Schalter (aus einem PC-Netzteil) übrig geblieben. Man beachte die Anti-Suppen-Krümmung der Frontblende im oberen Bereich.
Einstellen kann man das Ganze natürlich auch: Das Bediengerät habe ich in die Kranzleiste unter den Oberschränken eingebaut. So kann unser Kleinkind keinen Unfug mit dem Herd anstellen.  

Das Ding hat endlose Dreh/Drück Knöpfe für jede Platte, sowie Timer und Backofentaste.
Durch das Display ist die Bedienung total einfach. Der M16C62-Mikrocontroller nimmt einem da viel Arbeit ab und zeigt alles genau an. So kann man für alles mögliche Timer setzen, den Backofen einstellen und natürlich auch die Leistungsstufen der Platten.  

  Hier ein paar Bildschirmbeispiele. Zuerst der Standardbildschirm: Die Drehknöpfe ändern die Leistungsstufe. Antippen schaltet die Außenkreise um.  

Hintere Platten sind aus. Platte vorne links auf Stufe 14 mit Außenkreis zugeschaltet, vorne rechts auf Stufe 4, Backofen mit Oberhitze+Unterhitze, Backofen hat 22 Grad. Es ist kurz nach halb zwölf.
Tippen auf den rechten kleinen schwarzen Knubbel zeigt die Timer an. Erreichen einer Null, piepst und blinkt es und die Platte geht aus. Die Drehknöpfe addieren/subtrahieren je Schritt 30s. Auch wenn der Timer schon läuft. Dadurch kann man am Knopf drehen und die Zeit läuft trotzdem weiter, da nicht auf z.B. 30s gerundet wird.  

Der linke Knubbel ist für den Backofen. 180 Grad ist der Defaultwert (für Pizza). Die Soll-Kerntemperatur des Fleischspießes ist 80 Grad. Unten rechts kann man sehen, dass kein Timer gesetzt ist. Würde man jetzt die Timer-Taste drücken, käme man in den Zeitschaltuhr-Modus. Dort kann man angeben, wann die Lasagne fertig sein soll und wie lange sie braucht. Den richtigen Startzeitpunkt errechnet sich der Herd dann selbst.  

Um das Turbo-Feeling zu erhöhen übersteuert der Regler erstmal ordentlich. Wenn ich eine Platte höher drehe, wird erstmal volle Leistung draufgegeben und dann langsam zurückgeregelt. Drehe ich die Leistung runter, geht der Strom erst mal ganz weg und kommt dann langsam wieder.  

  Da im Standard-Bild (Leistungsstufen der Platten in den 4 Ecken des Displays) die Mitte so leer aussah, hab ich noch einen DCF-77 Empfänger spendiert, so dass man auch noch eine genaue Uhr hat.  

Das ist natürlich auch für die Zeitschaltuhr unerlässlich, sonst sind am Tag der Zeitumstellung die Brötchen zum falschen Zeitpunkt fertig.  

  Eingeschaltet sieht das dann nach nicht mal 2 Sekunden so aus:  

Leider komm ich nun mit einem handelsüblichen Herd, wie er bei anderen Leuten rumsteht, nur noch mäßig klar. Man gewöhnt sich ziemlich schnell an den Turbo-Herd.




 

Nachtrag 6.7.2005 - Es brennt

Schwarzer Qualm quillt aus dem Herd. Bestialischer Gestank. Schnell den Hauptschalter aus!  

  Was ist passiert? Beim Nudelkochen ist das Salzwasser plötzlich übergekocht und irgendwie da hingekommen, wo es weh tut. Die Brandstelle ist schnell gefunden: Die Relaisplatine für den Backofen ist verkohlt. Ich weiß noch nicht wie, aber die Flüssigkeit ist irgendwie bis da hingekommen und hat dort einen Brand verursacht. Auf den Relais waren noch Pfützen!  

Wasser als Brandbeschleuniger. Wer hätte das gedacht!  

  Der Schaden sieht schlimmer aus als er eigentlich ist.  

Zwei Relais-Gehäuse sind angekokelt, in der Platine ist ein 2Euro-großes Stück verkohlt und zwei Steckschuhe sind hinüber. Also hab ich eine neue Platine geätzt, die heilen Teile portiert und zwei neue Relais spendiert. Vorsichtshalber hab ich nun die Platinen mit Plastik-70 Spray etwas wassergeschützter gemacht.  

  Irgendwie hab ich den Verdacht, das Wasser ist zwischen Ceranfeld und Arbeitsplatte durchgekommen und dann genau über der Relaisplatine runtergetropft. Zu sehen ist aber irgendwie nichts. Keine verräterischen Salzkristalle oder so.
Jetzt denke ich über eine Platinenüberdachung nach - Vielleicht sogar mit Regenrinne! Das Fallrohr geht dann bis unter den Unterschrank. Oder es kommt mein Zucker-Wassermelder dran. Mal sehen...  

  Es sollte doch technisch möglich sein, einen Herd wasserüberkochfest zu bekommen!

 

Nachtrag 22.10.2006 - Taucht nix wo Strom drin ist

Im Ofen 3 Hähnchen, auf jeder Platte einen Topf, um Reis, Spargel, Karotten und Möhren zu einem gemeinsamen Essen mit den Nachbarn zu verwandeln. Fünf Minuten vor dem finalen "Piep" - Essen ist fertig - kam dann ein "klack" - im Herd alles dunkel.
Im Keller sah man: Sicherung L1 und L3 des Herdes rausgeflogen. Das taten sie beim erneuten Einschalten des Herdes auch immer wieder mit konstanter Bosheit. Das kann ja nur der Gleichrichter sein. Also flugs das Messgerät raus, den Herd rausgezogen und die Gleichrichter durchgemessen. Alle beide in Ordnung. Häää? Was kann es den sonst noch sein? Wenn die FETs kaputt wären, würden die Platten einfach an bleiben - aber nicht die Sicherungen schmeißen. Nochmal probieren - nochmal blitzt es im Schütz und die Sicherungen sind raus.
Verflixt. Den Herd kannste vergessen, lass uns erstmal was Essen!  

  Nach endloser Sucherei am nächsten Tag stellte sich heraus, das es einen weiteren Thermoschalter im Ceranfeld gibt, den ich bisher nicht kannte. Der schaltet L3 auf den Gehäuseventilator. Schade, dass meine Schaltung den aufgrund des heißen Backofens bereits auf L1 hatte.  

 

  Durch den unerwartet hohen Stromfluss war der Schalter festgebackt und hat auch nach dem Erkalten durchgeschaltet.
Kräftiges klopfen hat das Teil aber wiederbelebt. Der zweite Thermoschalter hinten am Backofen hat es dagegen hinter sich. Keine Ahnung, warum es den auch noch gerissen hat. Jedenfalls geht jetzt der Lüfter nicht mehr aus. Also hab ich den bösen Zahn gezogen und muss ihn bei Gelegenheit mal ersetzen. Die Anschlussisolierungen des Thermoschalters sind beim berühren total zerbröselt. Wird wohl gut warm da hinten...  

  Nach der Reparatur zeigte sich beim Einschalten, dass drei Plattenkreise nun permanent an sind. Grmpf, da ist noch mehr den Bach runter gegangen.  

  Mit dem Makroobjektiv hab ich dann auch ein paar böse Stellen gefunden. Zum einen Gammel am Gatewiderstand:  

Zum anderen hat das herumstehende warme Gerät wohl eine Spinne angelockt, die mir einen zusätzlichen Gate-Widerstand verpasst hat:  

Leider ist der FET dabei gestorben.  

  Hier die Schrottteile dieses Hühnerwahn-Wochenendes:  

Bleibt zuguterletzt noch zu erwähnen, dass man auf 5min Kochzeit verzichten kann, wenn man die Nahrung einfach noch ein wenig im heißen Wasser liegen lässt, während man zwei Gleichrichter durchmisst.
Es hat jedenfalls trotz des Herdausfalls sehr lecker geschmeckt!  

 

 

   

Nachtrag 25.10.2006 - Scheiß Qualitätskontrolle

Ein nigelnagelneuer Thermoschalter sorgt nun dafür, dass der Ventilator schon bei 50° Gehäusetemperatur anspringt. Eigentlich sollte der Püster schon rotieren , wenn man den Backofen einschaltet. Tut er aber nicht.
Also messen.  

  An der Platine kommen 5V Steuerspannung an - puh, der PIC ist noch heile. Aber am Ausgang des Treibers kommt nix an.
Also Treiber-IC defekt. Oder?
Am Treibereingang kommt auch nix an. Häääh? Sollte das eine kalte Lötstelle sein?  

Die Lötstellen sehen prima aus, die Leiterbahnen sind richtig fett und weisen keine Risse auf.  

  Also die Kamera mit Makro raus und als Mikroskop benutzt.  

  Und nicht schlecht gestaunt!
Was man mit bloßem Auge nicht erkennt, wird auf dem Foto völlig klar:  

Die Leiterbahn endet einen zehntel Millimeter vor dem IC. Das ist doch glatt ein Fehler im Layout! Und der ist seit dem Brand nicht aufgefallen. Der Lüfter kann also mit dieser Platine noch nie softwaregesteuert eingeschaltet worden sein.  

  Jetzt ist klar, warum der hintere Bimetallschalter abgeraucht ist: der hat die 400V/16A zwischen L1 und L3 abgekriegt!  

  Einen Tropfen Lötzinn spendiert und der Fehler war behoben.  

  Nun kann ich endlich wieder beruhigt schlafen, denn ich weiß: dem Herd wird nicht zu heiß!  

 

 

   

Nachtrag 12.09.2009 - Herd wieder kaputt

Diesmal ging die Gehäusekühlung nicht mehr aus - der Lüfter lief ständig.  

  Einfache Ursache: der 50° Bimetallschalter an der Gehäuserückwand klemmte und wurde ersetzt. Ist ja nicht das erste Mal - aber nun sind meine Vorräte an 50° Bimetallschaltern erschöpft.
Wo ich den Herd schon mal raus hatte, habe ich gleich eine längst überfällige Erweiterung eingebaut: Die Betriebsled!  

Jetzt kann man deutlich sehen, wenn man vergessen hat, den Herd abzuschalten - was nahezu täglich passiert ist.  

  Die 3mm Led ist einfach mit Sekundenkleber befestigt (auf dem Foto kaum zu sehen), der Vorwiderstand steckt im Schrumpfschlauch  

Angeschlossen ist das Teil an den 5V der Controllerplatine.  

Jetzt ist der Unterscheid zwischen "Herd noch an" und "Herd aus" auch ohne Brille erkennbar:  

 

 

 

Neues Bedienteil (März 2013)

Inzwischen sind ein paar Jahre vergangen (wir haben März 2013) und ein Drehgeber hat einen blöden Wackelkontakt so dass man die Platte nur noch hoch-, aber nicht runterdrehen kann. Also habe ich das Ding ausgebaut und repariert. Beim nachlöten habe ich irgendwie den Prozessor geschrottet und deshalb musste ich hastig ein nagelneues Bediengerät entwickeln (Der Quellcode des Alten ist auf einer defekten Fetsplatte).  

  Das grundsätzliche Design blieb, aber jetzt läuft das Ding auf Basis eines Atmel-Prozessors (ATmega324) mit nagelneuer Software und einem echt tollen OLED-Display. So sieht das neue Bediengerät aus (das gelb leuchtende oben in der Kranzleiste):  

Die Platine ist ein absoluter Schnellschuss: Schaltplan in Protel reingehackt, Teile platziert und die Leiterbahnen komplett dem Autorouter überlassen (hat der eigentlich erstaunlich anständig gemacht - in 3 Sekunden). Dann ausgedruckt, geätzt bestückt und mit provisorischer Software ausgestattet - meine Frau wollte halt wieder kochen. Die Kinder fanden zwar die zwei Tage Dönermann und Pizzeria toll, aber es geht halt nicht immer nach den Kindern.  

  Ein Blick auf die alte (oben) und die neue (unten) Platine:  

Der Schaltplan dazu (im Archiv am Seitenende in besserer Auflösung)  

Mit dem neuen Display:  

Die Taster sitzen auf einer Huckepack-Platine, die mit Power-Knete befestigt ist.  

  Das Display ist nun auch verschraubt:  

Das Display hat den Vorteil sich auch stark von oben oder von der Seite gut ablesen zu lassen.  

Der Funkuhrempfänger hat jetzt ein Gehäuse:  

Das unter der Kranzleiste verschwindet und kaum auffällt:  

Einmal kurz Einschalten der hinteren rechten Platte als Video (das Mikrofon hatte ich direkt am Drehgeber)
Ich finde es extrem beeindruckend, wie schnell die Platte heiß und wieder kalt wird. Das ist nahe am Gasherd!  

  An der Software habe ich einiges überarbeitet. So wird jetzt die Zeit wann der nächste Timer abläuft in der unteren Zeile angezeigt. In das Timer-Menü kommt man bei den rechten Platten auch durch Druck auf den Drehgeber (bei den linken wird beim drücken der Außenkreis zugeschaltet). Die Temperaturwerte werden gefiltert und mit einem selbst definierten Grad-Celsius Zeichen angezeigt. Für das bischen Bedienung sind inzwischen 2500 Zeilen Code zusammen gekommen. Was das Ding kann stelle ich hier mal in einer kurzen Bedinungsanleitung vor:  

 

 

  1. Hauptebene  

In den 4 Ecken werden die Leistungsstufen der Platten angezeigt (hier alle aus). Unten in der Mitte die Uhrzeit. Wenn vorhanden wird hier alternativ die aktuelle Kerntemperatur oder die Zeit bis der nächste Timer abläuft angezeigt. Die obere Zeile zeigt bei eingeschaltetem Ofen die gewählte Heizart und die Ist-Temperatur.
Der kleine Punkt am linken Rand blinkt bei DCF77-Empfang im Sekundentakt.  

  Durch drehen eines Knopfes nach rechts wird die Platte eingeschaltet. Hier: vorne links auf Stufe 14 (Maximum):  

Drücken auf einen der linken Knöpfe schaltet die Außenkreise der Platten hinzu - gekennzeichnet durch ein Plus-Zeichen.
Hinten links:  

Und die vorne links:  

 

 

 

  2. Ofen  

  Mit dem linken Taster kommt man in die Ofen-Ebene.  

Mit den 4 Drehgebern stellt man nun die Ofentemperatur, die Heizart und bei Bedarf die End-Kerntemperatur und die Dauer (Timer) ein.  

  Hier 180°C Umluft mit 45 Minuten Timer (ich habe offenbar 11 Sekunden zum knipsen gebraucht)  

Hier diverse Heizarten:
Um=Umluft, Uh=Unterhitze, Oh=Oberhitze, Grill=Selbsterklärend, -AUS- auch.  

 

  Die Kerntemperatur wird mit einem Spieß-Thermometer gemessen. Unglaublich praktisch, wenn man mal einen Braten macht.  

Auf dem unscharfen Foto soll man das Thermometer unten auf dem Rost liegend sehen.  

 

 

  3. Timer  

  Mit dem rechten Taster oder Druck auf einen der rechten Drehgeber kommt man in die Timer-Ebene und kann für jede Platte einen Timer einstellen:  

In der Hauptebene wird bei mindestens einem aktivem Timer die Zeit des als nächstes ablaufenden Timers angezeigt:  

Wie man sieht hat der Ofen mittels Umluft bereits auf 34°C aufgeheizt und in 64 Sekunden wird es piepsen und flackern.  

  Ist der Timer abgelaufen wird die Platte abgeschaltet, ein Piepsen setzt ein und das Display flackert an der Stelle der grade abgeschalteten Platte. Zum Flackern wird das Display für die entsprechende Platte periodisch auf "alle Pixel hell" geschaltet  

Das Piepsen beginnt mit einem tiefen Ton, der jede Sekunde höher wird und nach 2 Minuten sein Maximum erreicht. Der anfänglich tiefe Ton ist sehr dezent. Aber das gibt sich! Beim Ansteigen des Tones durchläuft man diverse Resonanzen, die den Ton im ganzen Haus hörbar machen. Man kann den Herd also nicht versehentlich überhören.  

  Wenn ich abends mal ein frisch lackiertes Brett bei 50° noch für 'ne halbe Stunde warm halten will, ist so ein Lärm natürlich störend. Dann muss ich bloß länger als 2s auf die Timer-Taste drücken und der Herd bleibt leise.  

Oder wieder laut:  

 

  Für den Backofen habe ich auch noch eine Schaltuhr spendiert. Man erreicht sie im Ofen-Menü über die Timer-Taste.  

Mit den linken Drehgebern verstellt man die Stunden, mit den rechten die Minuten. Hier mal 44 Minuten Backen und der Kram soll um halb eins fertig sein.  

Der Herd rechnet sich die Einschaltzeit (11:46) natürlich selber aus.  

  Es gibt auch noch ein Service-Menü, in dem die Rohwerte der Temperaturfühler angezeigt werden. Man erreicht es durch gleichzeitiges Drücken der rechten Drehgeber und verläßt es mit der Timer-Taste.  

 

Die Entwicklung des Bediengerätes war natürlich wieder ein Abenteuer. Das lag haupsächlich am Display und ein wenig am Prozessor. Sowas hakeliges wie dieses OLED-Display ist mir noch nicht untergekommen. Ich schätze dass ich den Prozessor bestimmt 300 mal geflashed habe bis ich das Ding richtig am laufen hatte.
Letztlich lag es nicht am Timing sondern am fehlerhaften und veralteten Datenblatt (das dem Display ausgedruckt beilag). Der Standard-Zeichensatz hat kein Grad-Zeichen. Aber man kann ja auf einen anderen Zeichensatz umschalten. Im Western-European Zeichensatz ist das Zeichen nämlich drin. Bloß fehlte in meinem Datenblatt der Hinweis, dass genau dieser Zeichensatz im von mir benutzten 4-Bit Modus nicht zur Verfügung steht. Deshalb blieb das Display bei mir schwarz.
Ein weiterer Fallstrick: der Prozessor hat per default eine JTAG-Schnittstelle aktiviert, so dass einige Leitungen Sonderfunktionen haben. Das waren natürlich die Leitungen zum Display. Per Fuse-Bits muss man den Kram erst abschalten.
Die Abfrage des Busy-Bits vom Display habe ich im 4-Bit Modus nicht hinbekommen und deshalb großzügige Zeitverzögerungen spendiert. Weil ich gerne ein Grad-Zeichen haben wollte, habe ich halt die Fähigkeit des Displays genutzt, selbst bis zu 8 Zeichen zu definieren. Schade dass auch hier ein Fehler im Datenblatt ist. Ich empfehle dringend das MSB (Bit7) bei der Zeichendefinition zu setzen - sonst bleibt wieder alles dunkel. Genau analysiert habe ich es nicht, aber "x=don't care" sind die oberen 3 Bits bei der Zeichendefinition definitiv nicht. Macht man alles richtig, kriegt man so ein feines Grad-Celsius Zeichen:  

 

  Als der Tastendruck eines Drehgebers ums verrecken nicht erkannt wurde habe ich die über 600 Seiten Datenblatt des Prozessors stundenlang nach Sonderfunktionen (vergleichbar zu dem JTAG-Krempel) durchsucht aber nix gefunden. Letztendlich war wirklich der Prozessor schrott und lieferte immer eine 0 beim auslesen des Portpins. Nachdem ich einen neuen Chip besorgt und eingesetzt habe lief alles einwandfrei. Was bin ich froh, dass ich die gesockelte 40-Pin-DIL Version statt der SMD-Version verbaut habe.  

  Stundenlang habe ich dann die Kennlinien von Ofentemperatur und Kernthermometer neu aufgenommen und in die Software gehackt. Blöderweise habe ich auch den aktuellen Quellcode für den Prozessor im Herd nicht mehr und mußte nun ausprobieren, welche Kommandos welche Relais vom Backofen schalten. Da hat sich gerächt, dass ich mir vor Jahren für den Umluftmotor eine knifflige Sonderlösung habe einfallen lassen. Um das System auszuknobeln habe ich wieder ein paar frustige Stunden vor dem Herd verbracht.  

  Damit das nicht nochmal passiert veröffentliche ich mal schnell den ganzen Kram:

Schaltplan, Platine und Software zum Download: herd2013.zip

Änderungen:
Über den Piezo-Lautsprecher gehört ein Widerstand zwischen 1K und 4K7.
Bei Verwendung des DCF-77 Empfängers von Conrad (der 5V verträgt) müssen die Z-Dioden am DCF-77 Interface entfallen, R1 durch eine Drahtbrücke ersetzt werden und R3 muss auch entfallen.