Wie ist die Klimakammer verschaltet und wie funktioniert diese? 

Die Funktionsweise basiert auf einer geregelten Heiz- und Kühltechnik, die durch einen Mikrocontroller (ESP32) gesteuert wird. Ziel ist es, eine eingestellte Solltemperatur stabil zu halten, auch bei Umgebungseinflüssen oder Wärmeeintrag durch Prüflinge.

Die Kammer besteht aus zwei funktional getrennten Bereichen:

  • einer Heizkammer, in der die Wärmeerzeugung stattfindet,

  • und einer Messkammer, in der der Prüfling – z. B. der ClimateCube – platziert wird.

Diese Trennung erhöht die Sicherheit und gewährleistet eine gleichmäßigere Temperaturverteilung.

Die Temperaturregelung erfolgt durch eine Kombination aus Heizpatrone und PWM-geregeltem Lüfter. Der Lüfter sorgt sowohl für Luftzirkulation als auch für eine aktive Kühlung bei Bedarf. Ein Temperatursensor (GY-21) misst kontinuierlich die aktuelle Temperatur in der Messkammer. Der ESP32 vergleicht diesen Istwert mit dem eingestellten Sollwert und passt die Heizleistung bzw. Lüftersteuerung über einen PID-Regler entsprechend an. Dadurch entsteht ein dynamisches Regelungssystem, das präzise auf Temperaturabweichungen reagiert.

Zur Benutzerinteraktion wurde ein TFT-Display verbaut, das alle relevanten Informationen wie Ist- und Solltemperatur sowie Systemstatus anzeigt. Zwei Taster ermöglichen die einfache manuelle Einstellung der Zieltemperatur direkt an der Kammer.

Die Spannungsversorgung ist gestaffelt aufgebaut:

  • 24 V für die Heizpatrone und Lüfter,

  • 12 V für den PWM-Lüfter,

  • 5 V für den Mikrocontroller und die Logik.

Ein Leitungsschutzschalter sowie die vollständige Trennung von Steuer- und Laststromkreisen sorgen für den sicheren Betrieb der Anlage.

Der gesamte Aufbau wurde in EPLAN dokumentiert. Der nachfolgende Schaltplan bietet einen Überblick über die elektrische Verschaltung und die Anordnung der Komponenten.

Datei: EPLAN der Klimakammer


3D-Druck-Komponenten

Um die Elektronikkomponenten sicher und funktional zu verbauen, wurden mehrere Gehäuseelemente selbst konstruiert und im 3D-Druckverfahren hergestellt. Die Konstruktion erfolgte mit TinkerCAD, das Slicing mit Ultimaker CURA, und der Druck auf schulischen FDM-Druckern.

Folgende Teile wurden gedruckt:

  • Gehäuse für den ESP32 inklusive Hutschienenhalterung

  • Einbaurahmen für das TFT-Display, der gleichzeitig Schutz und stabile Halterung bietet

  • Tasterhalterung, um eine intuitive und feste Bedienoberfläche zu schaffen

Alle Gehäuse wurden passgenau auf die verwendeten Bauteile abgestimmt und lassen sich bei Bedarf schnell austauschen oder anpassen. Der Einsatz des 3D-Drucks ermöglichte eine flexible, kostengünstige und praxisnahe Umsetzung der mechanischen Integration.

Dateien:


Zuletzt geändert: Donnerstag, 26. Juni 2025, 12:37