Reflowven

Dit is zo’n projectje waar een deel van de lezers van mijn blog door hen gegeven of verkochte spullen in gaat herkennen 😉

Ik heb een reflow-oventje gebouwd op basis van een klein snackoventje dat ik kreeg van een vriend uit de MakerSpace. Deze blogpost is een soort bouwverslag (dus geen handleiding¹!).

Ik heb de software van Frank Zhao aangepast om te werken met u8glib, zodat ik het display van een 3d printer kon hergebruiken. Verder gebruik ik een Atmega328 ipv Atmega32u4. Het resultaat van de aanpassingen staat hier online.

Het idee van een reflow-oventje is de temperatuur in de oven een bepaald profiel te laten volgen: opwarmen (maar niet te snel), even laten sudderen op een lage temperatuur, en dan vlug tot de temperatuur waar het soldeer smelt, deze piektemperatuur zeer kort aanhouden, en vervolgens vlot maar niet te snel af laten koelen.

De gewone thermostaat van de oven wordt dus vervangen door een wat slimmer zelfgebouwd ding, dat dit profiel kan volgen. Om de temperatuur te regelen moet de temperatuur gemeten worden en moet het verwarmingselement van de oven aan- en uitgezet kunnen worden. En natuurlijk moet het ‘slimme ding’ op de een of andere manier ingesteld/bediend/gestart kunnen worden.

De bediening doe ik met een ‘RepRapDiscount full graphic smart controller’. Dat is een 128×64 LCD displaytje en een rotary encoder (en een SD kaart socket, maar dat gebruik ik niet voor de reflow-oven). Ik had ‘m over van een 3d printer²: het is bedoeld om met RAMPS of andere reprap elektronica te gebruiken, maar natuurlijk ook daarbuiten bruikbaar.

Het aan-en-uitzetten van het verwarmingselement gebeurd via een Solid State Relay (SSR). Hiervoor gebruik ik een QLT power type SSR-1048ZD3 (datasheet). Het zou worst-case, als het constant aan is, ongeveer 5 W ³ verstoken. Ik plaats er een koelblokje op, maar in de praktijk wordt dat nauwelijks warm. (het SSR is een groot deel van de tijd niet aan).

Het meten van de temperatuur gebeurd met een thermokoppel. Hiervoor gebruik ik een AD595 IC en een type K thermokoppel dat als reserve voor multimeters wordt verkocht.

De slimmigheid zit ‘m verder in de eerder gelinkte software.

Bouwen

In eerste instantie was ik van plan het display in de oven in te bouwen, maar in het front is niet genoeg ruimte. Dan maar bovenop:

Het solid-state relais was ik van plan in te bouwen naast de netaansluiting, dus ook daar heb ik een gat in de behuizing gemaakt, om zo het koelblok te monteren. Het relais kan dan op het koelblok zonder dat daar nog ‘ovenbehuizing’ tussen zit.

Ohja: die zwarte sticker is temperatuurgevoelig:

En over temperatuur gesproken: De isolatie van het oventje is… Niet aanwezig.

Dus de ruimte waar ik het display bedacht had, zou ook erg heet worden. Oorspronkelijk zit de thermostaat in het front van de oven naast de ‘verwarmde binnenruimte’ van de oven, en die gebruikt de ontsnappende hitte om zijn regelwerk te kunnen doen.

Maar om in die hitte elektronica in te bouwen geeft problemen. Ik spiek daarvoor bij de prachtige reflow-oven van Stynus: Hij maakt er een soort verlengde limousine van om de elektronica netjes in de oven zelf weg te werken, maar heeft vervolgens last van dat de klokfrequentie van zijn microcontroller door de hoge temperatuur zodanig verloopt dat de seriële verbinding niet meer werkt.

Daarvan lerend heb ik toch maar besloten de elektronica in een aparte behuizing in te bouwen, en niet in de oven zelf. De in de behuizing gemaakte gaten moeten dus weer dichtgemaakt worden. Dat deed ik met plaatjes blik, vastgezet met boutjes en moertjes. Schroefgaatjes op de behuizing plakte ik dicht met temperatuurbestendig aluminiumtape.

Niet erg handig, maar als ik er geheel niet aan begonnen was had ik nu geen reflow-oven gehad.

De behuizing van de elektronica is een vrij grote aluminium ‘show’ behuizing, die een bepaalde circuitsonliner wellicht bekend zal voorkomen:

De onderschaal van deze behuizing monteerde ik met 4 ‘hex standoffs⁴‘ op de bovenkant van de oven. Zo blijft er ruimte tussen de oven en die behuizing, waardoor de behuizing van de elektronica minder opwarmt.

Aan de bovenschaal van de behuizing monteerde ik het solid state relais, het display, de voeding, etc. De microcontroller (atmega328 – avrdbm328 ⁵) en het thermokoppel-interface IC (AD595) komen er aan de zijkant in.

Om te voorkomen dat de schalen van de behuizing van elkaar geschoven kunnen worden⁶, heb ik 2 extra schroefjes toegevoegd, gebruik makend van de andere kant van de behuizing als boormal om de gaten op de goede plek te krijgen (zie foto’s).

Een plan om de andere zijkant ook uit 1 dicht geheel te laten bestaan door er een plaatje metaal voor te knippen heb ik laten varen: het metaal is erg dun en zou voor hele nare scherpe randjes zorgen.

Deze oven-besturings-elektronica word gevoed met een netadapter. Die bouwde ik in met behulp van wat ‘meccano’ (eigenlijk Merkur, een metrische variant ⁷).

De print van de netadapter heeft namelijk geen schroefgaten om hem een in een andere behuizing dan zijn eigen behuizing te monteren. Hij mag dus zijn eigen behuizing houden, en daar komt wat ‘metrische meccano’ omheen. Het ziet er wellicht gek uit, maar het is voldoende stevig.

De originele thermostaat heb ik uit de oven verwijderd. De bevestigingsschroeven ervan zitten onder de knop. De knop zelf heeft geen bevestigingsschroef, zelfs niet onder het afdekplaatje, maar zat gelijmd.

Ik voegde een thermo-zekering toe van 240 ℃, omdat de oven er origineel geen had. Deze is verbonden met een krimpverbinding ⁸ en niet gesoldeerd.

De timer liet ik zitten.

Dan het thermokoppel in de oven, even proefpassen of ‘t SSR netjes in de behuizing past, en de snoeren doorvoeren door de zijkant van de behuizing.

Daarna kan de oven dicht en de elektronica in de behuizing bovenop bedraad worden. De pin-out heb ik ter latere reparatiehulp op een klein stickertje geschreven en in de behuizing geplakt.

Het netsnoer van de oven loopt bewust buitenom, zodat dit niet in de hitte van de oven zit. De snoeren zijn voorzien van trekontlasting door middel van plaatjes ‘metrische meccano’.

Dan de behuizing dicht, en een stekker aan het snoer zetten. Steeds is de aardedraad wat langer gelaten dan de andere 2. De bedrading is voorzien van adereindehulzen⁹. De aansluitingen op het SSR zijn voorzien van oogjes aan de netspanningskant en vorkjes aan de laagspanningskant ¹⁰.

Bij het bedraden van de elektronica kwam ik er achter dat ik eigenlijk wat meer ruimte tussen de displayprint en de zijkant had hebben willen hebben¹¹, en bij het dichtmaken van de behuizing kwam ik er achter dat ik de gaten voor de snoeren wat verder naar boven had moeten boren. Maar, het past allemaal alsnog¹².

Dan testen en de laatste bugs¹³ in de software gladstrijken, en de reflow-oven (reflowven 😉 ) is klaar!

Ik leg er bij gebruik wel een stuk travertijn vensterbank onder, omdat de bodem uit een enkele laag dun staal is gefabriceerd:

De bodem van de oven kan worden opengeklapt, waarschijnlijk om te oven makkelijker te kunnen schoonmaken. Aan de andere kant van het dunne staal zit het onderste verwarmingselement. De bodem van de oven wordt dus erg heet.

Lezers met oog voor detail zal mogelijk zijn opgevallen¹⁴ dat de knop van het display is vervangen door een ander exemplaar: Het kunststof venster voor het display zat in de weg om de oorspronkelijke (blauwe) knop te kunnen indrukken.

De ‘nieuwe’ knop (zwart) is een hergebruikte spantangknop¹⁵, die net wat hoger op de as van de encoder is vastgezet. Daardoor is deze wél in te drukken.

Zo. En nou bedenken welke printjes ik ermee wil gaan bakken…

Noodvoeten:

1. Zowel geen bouwhandleiding als geen bedieningshandleiding. ↩︎
2. Eigenlijk: Over van het Mendel90 bouwproject van de MakerSpace ↩︎
3. Het oventje is 800 W, het relais schakelt dus zo’n 3,3 A. De datasheet zegt dat er maximaal 1,6 V over het SSR valt. Er wordt dus 5,3 W in warmte omgezet in het SSR. Warmteweerstand van junctie naar behuizing is gegeven als 2.5 K/W. Uitgaande van een omgevingstemperatuur van 35 graden (naast een oven!) en een Tj-max van 85 graden mag er dus 50 graden over de thermische weerstand vallen, bij die 5,3 W. In totaal mag de warmteweerstand dus 50/5.3 = 9.4 K/W zijn. Aan de 2.5 K/W van junctie naar case kan ik dus nog maximaal ongeveer 7 K/W toevoegen. Het koelblokje dat ik gebruikt heb schat ik op basis van koelblokjes met vergelijkbare afmetingen ergens rond de 5 K/W – het komt uit mijn rommelbak en heeft dus geen datasheet, maar het was ooit een fanloze CPU koeler. Misschien schat ik erg pessimistisch of voert de aluminium behuizing al veel warmte af, want het koelblokje blijft koel. ↩︎
4. Van het type waar het boutje helemaal doorheen gaat, dus meer een soort ‘hele dikke moeren’. ↩︎
5. Pfoei, dat avrdbm328 bordje is uit 2012. Dat is lang geleden! ↩︎
6. Origineel konden beide schalen van de behuizing van elkaar geschoven worden, ook als alle schroeven vastzaten. Dat zal in de originele toepassing van de behuizing wel nodig geweest zijn. ↩︎
7. De gaten zitten op 1 cm grid: https://en.wikipedia.org/wiki/Merkur_(toy).
   Ik heb het ooit cadeau gehad, dus ook dit onderdeel van dit project zou door iemand herkend kunnen worden ;). ↩︎
8. Afkomstig uit een defecte contactgrill die ik ooit van iemand kreeg. Ongeveer het patroon van dit project: gekregen spullen combineren. ↩︎
9. De adereindhulzen zijn niet met die gele tang geperst, maar met een eenvoudige adereindhulzentang die niet op de foto staat: een SINTRON type 207163. Het is een simpel ‘hard knijpen’ type wat pijnlijke handen oplevert als het meerdere hulzen zijn. ↩︎
10. De oogjes en vorkjes zijn dan weer wel met die gele tang aangeperst. ↩︎
11. Had hebben willen hebben -> gewild had. Maar ik houd van spelen met taal en momenteel van dergelijke zinsconstructies met overmatig veel werkwoorden. ↩︎
12. Dit is geen nabouwhandleiding, maar mocht je dit bouwverslag toch als zodanig gebruiken, dan zijn dit dus de leermomentjes. Ook dat je de snoeren door dat zijpaneel moet steken vóór je ze aan een stekker of SSR monteert, maar dat heb ik dit keer in 1 keer goed gedaan. ↩︎
13. Bij afkoelen raakte het ingestelde setpoint onder nul. Wat gevolgen had voor de regeling. Dus die bug is gefixt. ↩︎
14. Als ze niet zijn afgeleid door 1 van de vele andere details in deze blogpost 😉 ↩︎
15. Die misschien ook iemand bekend voorkomt? Dank je wel 🙂 ↩︎

AI-samenvatting: “De auteur heeft een snackoven gebouwd uit temperatuursbestendig aluminiumtape en software, maar dat was niet handig”.

Mens-samenvating: “Ik heb een reflow oven gebouwd uit een snackoventje, met diverse gekregen en gekochte materialen en stevig aangepaste open source software”.