Mosfet (Heizbett)

Bei einem Mosfet handelt es sich um ein elektronisches Bauteil, welches starke Ströme regeln kann. Es ist ein Transistor, nur eben für deutlich stärkere Leistung ausgelegt.
Die Steuerungseinheit des Anet E10 Druckers verfügt im Inneren bereits über Mosfets, die z.B. die Düse und das Heizbett mit ordentlich Strom versorgen. Jedoch berichten immer wieder Leute, dass diese Mosfets (abgesehen von den "mageren" Kühlkörpern) nicht das Problem darstellen, sondern die Steuerplatine, die diese trägt. Hier wird immer wieder gemunkelt, dass die Leiterbahnen einfach nicht ausreichend dimensioniert sein sollen oder die Lötstellen oft "verbesserungswürdig" wären. Einige Bilder von Bränden der Steuerungen sind auch im Internet im Umlauf.

Tipp:
Wer vorhat, auch die beiden Lüfter im Steuergerät zu tauschen, sollte dies VOR dem Einbau des/der Mosfets tun, da das (erste) Mosfet die Schrauben des ersten Lüfters abdeckt und man dann zuerst das (erste) Mosfet wieder ausbauen müsste. Siehe auch die Modifikation Lüfter im Steuergerät.

Ein Ausweg bieten hier also ein oder zwei Mosfets. Die Mehrheit beschränkt sich auf ein Mosfet für das Heizbett, da hier die meisten Ströme fließen, solange dieses aufgeheizt wird. Die Filamentheizdüse am Druckkopf selbst soll dagegen "nur" ein Drittel bis ein Viertel der Leistung benötigen, die das Heizbett braucht. Beim Heizbett schätzt man bis zu 15A und mehr, bei der Düse 4 bis 5A, was aber auch nicht ohne ist. Die genauen Werte habe ich nicht verifiziert, ich denke, das ist aber auch nicht nötig, da so ein hier für die Beschreibung verwendetes Mosfet bis zu 25A regeln kann.

Angeschlossen und angesteuert wird das Mosfet übrigens an dem Onboard Mosfetausgang (Steuerleitung), der Heizstrom läuft dann direkt vom Netzteil über das Mosfet zum Heizbett.
Hier wird also die Stromversorgung des Heizbetts von der Steuerungsplatine abgetrennt und direkt vom Netzteil des Druckers über das Mosfet versorgt. Die Steuerungsplatine wird so deutlich entlastet.
Analog dazu kann ein zweites Mosfet eben die selbe Aufgabe für die Filamentheizdüse übernehmen, womit dann die Steuerungsplatine dann komplett vom Arbeitsstrom für die Heizungen befreit ist.

Eigentlich hatte ich für das Projekt zwei etwas günstigere, von der Bauart aber etwas bessere (z.B. größerer Kühlkörper) Mosfets vorgesehen, jedoch hatte der einzige Anbieter dieser Bauart mehrere Wochen Lieferzeit, womit ich mich nun doch für die am meisten benutzte Version entschieden habe, die ihren Zweck trotzdem sehr gut erfüllt.

Ob man nun ein oder zwei Mosfets verwendet, bleibt jedem selbst überlassen, auf jeden Fall sollte das Heizbett von der Steuerung getrennt werden. Ich nutze eben ein zweites Mosfet für die Düsenheizung und nutze die Steuerungsplatine nur noch für Steuerungsaufgaben.

Die beiden bestellten und gelieferten Mosfets kamen antistatisch verpackt mit einem zusätzlichen Steuerkabel an, welches den Strom vom Netzteil zum Verbraucher regelt:

2x Mosfets

Die beiden Mosfets kamen leider ohne Berührungsschutz. Da diese aber eh im Steuerungsgehäuse verbaut werden, dürfte das auch ok sein. Dieses sollte man eh nicht offen betreiben oder ohne Deckel am Stromnetz belassen.

Nun wird zuerst das Gehäuse geöffnet, nachdem das Stromkabel und ggf. das USB Kabel entfernt wurde.
Bitte auch nicht vergessen, die SD Karte (sofern vorhanden) aus dem Slot herauszuziehen.

!! ACHTUNG !!
Ich warne nochmals ausdrücklich davor, dass hier nur Fachleute ans Werk sollten.
Hier geht es im inneren um 230V und über 15A, was im schlimmsten Fall das Ende für Euch bedeuten kann.
Ich übernehme keinerlei Verantwortung, Haftung oder Sonstiges. Alles auf eigenes Risiko.
BITTE wendet Euch lieber an einen erfahrenen Elektriker und/oder Fachmann in diesem Bereich !!

Zuerst sind die 5 rot markierten Schrauben zu entfernen:

Deckelschrauben entfernenDeckel offen

Die anderen 4 Schrauben halten das Netzteil am Boden und müssen daher nicht entfernt werden. Auch die 4 Schrauben für die Standfüße sind eigenständig und können montiert bleiben.

Danach kann die obere Gehäusehälfte einfach weggeklappt werden, die Kabel sind lang genug.

Trotzdem sollte ab hier zusätzlich Vorsicht geboten sein, da sich evtl. noch einige Kondensatoren entladen könnten und wer statisch aufgeladen irgendwelche Bauteile anfasst, kann diese (oder die ganze Elektronik) zerstören !!

Sehr schön sind hier auch die beiden doch sehr lauten Lüfter zu sehen, die man evtl. auch gleich noch tauschen kann. Diesen wird später nochmal eine eigene Beschreibung gewidmet.

 

Zunächst hatte ich überlegt, einen Dualhalter für beide Mosfets zu entwerfen aber im Inneren des Gehäuses ist es ein wenig eng und die Luftzirkulation wäre wohl auch nicht das Wahre gewesen.
Daher habe ich vorerst nur einen Mosfet über eine bereits existierende Lösung integriert. Dieser ist auf jeden Fall ratsam, da er die Steuerplatine vom Heizbett trennt und dadurch enorm von den starken Strömen entlastet.
Der zweite Mosfet soll - laut anderen Druckernutzern - nicht notwendig sein. Ich werde ihn aber später auf jeden Fall noch nachrüsten und hier beschreiben, sobald ich weiß, wohin ich den im Gehäuse platziere.

 

Erster Mosfet für das Heizbett:

Hier hat sich schon jemand Gedanken um, die Befestigung im Inneren der Steuereinheit gemacht und bereits eine Halterung auf Thingiverse.com veröffentlicht:

Mosfet Halter für Anet E10 auf Thingiverse.com

Diesen also zuerst herunterladen und drucken. Der Druck wird bei 20% Füllung mit ca. 1 Stunde Druckzeit in Cura angegeben.
Gedruckt habe ich mit PLA von dasfilament.de, etwas anderes habe ich noch nicht da. Ob hier evtl. ABS oder PETG besser geeignet wäre, kann ich nicht sagen.
ABS soll stabiler sein (aber schwieriger zu verarbeiten), PETG ist so ein Zwischending von PLA und ABS.

Mosfethalter gedrucktMosfethalter gestapelt

Der Druck hat bei mir fast genau eine Stunde gedauert und ich war über die Qualität überrascht, vor allem das erste Layer (Unterseite des Halters) war extrem glatt.
Ein wenig musste ich dann aber doch nacharbeiten (ganz leichtes Stringing und hier und da ein minimaler "Klecks").

Für die Montage habe ich die originalen Filamenthalterschrauben (M4 Inbus) gegen etwas längere M4 Kreuzschlitzschrauben getauscht.

Filamenthalterschrauben getauscht

Auf der linken Seite des Bildes sieht man die originalen M4 Inbusschrauben für den Filamenthalter, der am Deckel festgeschraubt wird.
Hier habe ich etwas längere Schrauben (rechts davon / Kreuzschlitz / auch deswegen besser da Halter schneller an/abbaubar) benutzt, die ich noch aus einem Raspberry Pi VESA Gehäuse übrig hatte.
Darauf kamen dann die beiden Unterlegscheiben (mittlere Reihe) und normale Sechskantmuttern (untere Reihe), die ich mit einer Ratsche mit Verlängerung festgezogen habe.

Das Ganze sieht montiert dann so aus:

Mosfet montiert

Wer etwas Probleme mit der Passgenauigkeit der Löcher des Mosfethalters hat und diesen nur sehr schwer auf die bereits montierten Schrauben des Filamenthalters bekommt, kann diese auch wieder ein wenig rausdrehen und beim Reindrehen den Halter gegen die Löcher drücken, damit sich die Schrauben gleich mit in den Halter drehen. Ansonsten vorsichtig mit etwas Stabilem dem Halter nachhelfen oder die Löcher vergrößern.

Als nächstes wird der Mosfet verkabelt. Hierzu habe ich mir dieses Kabel besorgt und die dazu passenden Kabelösen:

Mosfet Kabel

Da ich im nähren Umfeld (Baumarkt) kein passendes Silikonkabel bekommen habe, wurde es eine "Schlauchleitung 3x 2,5mm2 im Querschnitt pro Ader".
Hier habe ich die äußerste Ummantelung und den Schutzleiter (gelb/grün) entfernt und die auf dem Bild zu sehenden Kabelösen nach Abisolierung der beiden restlichen Adern aufgekrimpt.
Normalerweise sind im Anet E10 offene Kabelösen verbaut, die statt einem geschlossenen Loch zwei flache Stifte haben, die man nach leichter Lösung der Stromklemmen einfach herausziehen oder einstecken kann. Darauf habe ich bewusst verzichtet und die geschlossene Ringversion genommen, da hier etwas mehr Kontaktoberfläche besteht und wenn sich die Klemmschrauben einmal lösen sollten, fallen die Kabel nicht einfach raus (Lebensgefahr !!). Wenn ich eh schon neue Ösen anbringen muss, kann ich gleich die gezeigten nehmen. Diese sind für Kabelquerschnitte von 1,5mm2 bis 2,5mm2 ausgelegt.

Braun gilt dabei wie Rot und Blau eben Schwarz (in der Elektrik ist Braun die Zuleitung und Blau der Nulleiter, also eine Art Masse), das ist wichtig für den weiteren Fortgang !!

Montiert werden die beiden erst einseitig mit Ösen versehenen neuen Kabel zuerst am Netzteil:

Mosfet Netzteil

Normalerweise hätte man den Mosfet auch per Brücke mit dem Steuerboard versorgen und sogar starre Leitungen nehmen können aber auf die paar Zentimeter mehr kommt es nicht an und zudem habe ich so eine Aufteilung des Stroms bereits am Netzteil und muss weniger über die einzelnen Adern fließen lassen, das Hotend (Düse am Druckkopf) muss ja auch noch mit Strom versorgt werden (später / wahlweise über ein zweites Mosfet).

Auf dem obigen Bild am linken Rand sind die beiden neuen Leitungen zu sehen, die zusätzlich hinzugekommen sind. In der rechten Markierung wird das braune Kabel unter das bereits vorhandene rote Kabel gesteckt und weiter links bei der anderen Markierung das blaue Kabel zum vorhandenen schwarzen.
Dabei ist zu beachten: Wenn man zwei Kabelösen zusammen auf einer Klemme verschraubt, müssen diese umgekehrt zueinander an der Klemme verschraubt werden, da sich beim Festziehen sonst die Ösen stark verbiegen und diese drohen abzuknicken. So klemmt man das braune Kabel so an, dass die Öse quasi nach unten zeigt und die vom roten Kabel nach oben. Somit liegen beide Metallteile aneinander und die Kabelauflagen zeigen voneinander weg. Das ist hier auf dem Bild leider nicht so gut zu erkennen. Das rote Kabel ist bewusst oben, da ich zuerst das braune Kabel mit geschlossener Öse nach unten zeigend montiert habe und das rote Kabel mit den beiden Stiften dann einfach dazu stecken konnte. Dies ist einfach eine Arbeitserleichterung.

Sind alle vier Kabel wieder fest, werden die beiden neuen Kabel auf die passende Länge gekürzt, wieder mit Ösen verkrimpt und am Mosfet befestigt:

Mosfet Stromanschluss

Im rot markierten Bereich sieht man die beiden neuen Kabel, die unbedingt richtig gepolt angeschlossen werden müssen. Auf dem Mosfet sind "+" und "-" aufgedruckt. Somit ist Braun an "+" anzuschließen und Blau an "-".

Oben drüber sind die beiden Kabel vom Heizbett zu sehen, welche ich zuvor von der Steuerungsplatine gelöst und am Mosfet wieder befestigt habe. Dabei musste ich das gesamte Heizbettkabel ein wenig aus dem Gehäuse ziehen, da sonst die beiden Adern nicht bis zum Mosfet gereicht haben. Dies hat zwar Auswirkungen auf das Thermistorkabel vom Heizbett (zu kurz) aber besser letzteres verlängern als die beiden Stromleitungen (siehe weiter unten).
Die Polung vom Heizbettkabel sollte eigentlich egal sein, jedoch sollte man trotzdem umpolen, wenn die Heizbett LED beim Heizen nicht leuchtet.

Vor dem roten Kabelanschluss befindet sich noch die kleine Steuerleitung, die am anderen Ende genau an die Stelle kommt, wo vorher die beiden Heizbettkabel montiert waren:

Mosfet Steuerung

Im wieder rot markierten Bereich war zuvor das Heizbett angeklemmt. Hier befindet sich nun die Steuerleitung vom Mosfet. Die Steuerplatinge gibt nun nur noch das Signal an den Mosfet, anstatt auch den ganzen Strom zu liefern.
Manche Umbauer berichteten, dass man hier auf Polung der Steuerleitung achten soll, da manche Mosfets polungsgesteuert sind. Richtig angeschlossen ist es, wenn die beiden auf dem Mosfet befindlichen LEDs beim Heizen des Heizbetts leuchten.

Leider gibt es durch die Position des Mosfets ein Problem:

Thermistorkabel ist zu kurz

Das Thermistorkabel vom Heizbett ist wenige Zentimeter zu kurz. Dies muss nun verlängert werden. Das kommt (wie weiter oben beschrieben) vom etwas Herausziehen des gesamten Heizbettkabels, da sonst die Stromanschusskabel zu kurz gewesen wären und sich das Thermistorkabel leichter verlängern lässt.
(Bessere Ansicht in der Vergrößerung.)

Nun kann man entweder das Kabel ein paar Zentimeter vor dem Stecker trennen und ein Stück dazwischen löten oder die einfachere Variante wählen, eine fertige Verlängerung besorgen.
Ich habe mich für letztere Variante entschieden, da dies die einfachere sein dürfte und ohne Lötkolben auskommt:

Steuerungskabel Verlängerung

Bei diesem Kabel handelt es sich um eine sogenanntes JST XH 3-Pin Stecker/Buchse Verlängerungskabel. Es gibt auch die Stecker/Buchse einzeln oder der Stecker mit Kabel und die Buchse einzeln.
Das Kabel hat, wie auf dem Bild zu sehen, alle drei Adern verbunden, was aber nicht weiter stört, die mittlere Ader ist einfach unbelegt und diese extra entfernen, ist nicht nötig.

Nachdem das Steuerungskabel für den ersten Mosfet verlängert wurde, habe ich mit weiteren Kabelbindern etwas Ordnung in die ganze Geschichte gebracht und darauf geachtet, dass alle Kabel Abstand zum Mosfet haben. Auch wenn dieser nicht ganz so heiß werden sollte, ist trotzdem jeglicher Abstand sinnvoll. Auch sollte man - sofern möglich - sämtliche Datenleitungen weiter weg von den Stromleitungen verlegen.

Verlängerungskabel montiert

Wenn das Verlängerungskabel - wie bei mir - etwas zu lang sein sollte, kann man den zu langen Teil in einer Schleife verlegen (siehe Bild).
Auf dem Bild ist die Verlängerung mit zwei roten Markierungen sehr gut zu erkennen.

Bei einem kurzen Test (Vorsicht bei offenem Gehäuse !!) sollte am Mosfet dauerhaft die rote LED aufleuchten, beim Heizen des Heizbetts die benachbarte blaue LED.
Danach kann das Gehäuse wieder geschlossen werden, falls keine weiteren Modifikationen durchgeführt werden und bitte darauf achten, dass keine Kabel eingeklemmt werden.

Hier endet der Teil mit dem Einbau und der Verkabelung des ersten Mosfets für das Heizbett.
Den Teil für das zweite Mosfet (Heizdüse) reiche ich nach, sobald ich für dieses einen Platz und eine Befestigungslösung gefunden habe.

 

Hier geht es zurück zur Modifikationsübersicht.

 

 

 

 

Wird bald fortgesetzt ....

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