HowTo: 3D Druck – Ein servogesteuertes 125mm Schmetterlingsventil bauen

Vor kurzem habe ich eine Absauganlage für meinen Lötplatz und die Kammer meines 3D Druckers gebaut.

Die gebaute Absauganlage verfügt über zwei Anschlüsse. Einer saugt mithilfe eines angeschlossenen Schlauchs die Luft aus der 3D Drucker Kammer ab und sorgt so dafür, dass die Luft darin regelmäßig von potentiellen Schadstoffen befreit wird. An dem anderen Anschluss ist ein weiterer Schlauch angeschlossen. Dieser führt zu einem Lötplatz und kann somit als Absauganlage für Lötdampfe genutzt werden.

Damit diese einzelnen Anschlüsse unabhängig voneinander gesteuert werden können war ich auf der Suche nach einer Art steuerbaren Ventil. Leider empfand ich alle kommerziell erhältlichen Angebote als zu teuer oder nicht passend.

Also: selber machen. 🙂

Im folgenden Abschnitt könnt Ihr ein paar Videos meines 3D druckbaren Schmetterlingsventil sehen. Danach folgt die detaillierte Aufbauanleitung inkl. Materialliste.

Einfacher Funktionstest.
Aufbau inkl. Y-Verteiler.
Beispielvideo zur Automation mithilfe einer Wifi-Steckdose.


Sicherheitshinweise

Ich weiß die folgenden Hinweise sind immer irgendwie lästig und wirken unnötig. Aber leider haben schon viele Menschen die es "besser" wussten aus Leichtsinnigkeit Augen, Finger oder anderes verloren bzw. sich verletzt. Im Vergleich dazu ist ein Datenverlust fast nicht der Rede Wert, aber auch diese können echt ärgerlich sein. Deswegen nehmt Euch bitte fünf Minuten Zeit um die Sicherheitshinweise zu lesen. Denn auch das coolste Projekt ist keine Verletzung oder anderen Ärger wert.
https://www.nerdiy.de/sicherheitshinweise/

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Voraussetzungen

Für den Aufbau müsst ihr SMD Lötaufgaben bewältigen. Die folgenden Artikel enthalten Tipps dazu.

Benötigtes Werkzeug:

Benötigtes Material:

In der folgenden Liste findet Ihr alle Teile die Ihr zum Aufbau eines nanoPxls benötigt.


Die benötigten Teile sammeln

Damit es mit dem Bau des Ventils losgehen kann, solltet Ihr zunächst die hier aufgeführten Teile zusammen suchen.

Übersicht der benötigten Bauteile.

Für den Aufbau benötigt Ihr die folgenden Teile:

  • 2x Gehäusering
  • 1x Servo-Halterung
  • 1x Sevo-Arm
  • 1x Ventil-Klappen-Arm
  • 1x Schubstange
  • 1x Ventil-Klappe
  • 1x Ventil-Klappen-Achs-Klemme
  • 2x 603ZZ Kugellager
  • 4x M3 Gewindeeinsatz
  • 8x M3 Mutter
  • 2x M2x12 Senkkopfschraube
  • 2x M2 Mutter
  • 1x M3x50 Senkkopfschraube
  • 1x M3x35 Senkkopfschraube
  • 2x 3mm Unterlegscheibe
  • 8x M3x6 Senkkopfschraube
  • 2x M3x12 Senkkopfschraube
  • 1x SG90 Servo

Weitere Ansicht der benötigten Bauteile.

Weitere Ansicht der benötigten Bauteile.

Die STL-Dateien zum Ausdrucken findet Ihr unter folgendem Link. Falls Ihr einen Fehler beim importieren in Euren Slicer erhaltet solltet Ihr das komplette Repository herunterladen. Beim herunterladen der einzelnen STL-Datei liefert GitHub oft lediglich die HTML Datei zur Vorschau der STL-Datei und nicht die STL-Datei selber.

Infos zum Druck: Ich habe alle Komponenten mit 30% infill und 5 Perimetern aus PLA gedruckt.


Gehäuseringe zusammenschrauben

Das Gehäuse besteht aus zwei 3D gedruckten identischen Ringen. Diese werden zum Aufbau zusammengeschraubt.

Für den Aufbau benötigt Ihr die links dargestellten Teile.

weitere Ansicht der benötigten Schraubenteile.

Zur Montage solltet Ihr die Ringe nun wie abgebildet aufeinander legen und mithilfe…

… zunächst einer der M3 Schrauben befestigen.

Damit diese nicht wieder heraus fällt, solltet Ihr die Schraube auf der Unterseite mit einer M3 Mutter verschrauben.

Wiederholt dies für alle acht Möglichkeiten zur Verschraubung der beiden Ringe.

Nahansicht einer der eingesetzten M3 Muttern.


Ventil-Klappe einsetzen

Nachdem die Gehäuseringe montiert sind, könnt Ihr die Ventil-Klappe einsetzen.

Damit die Ventil-Klappe drehbar gelagert werden kann, solltet Ihr zunächst die zwei 603ZZ Kugellager einsetzen.

Diese werden dazu jeweils auf der Innenseite der Gehäuseringe in die abgebildeten Aussparrungen eingelegt.

Zur Montage der Ventil-Klappe benötigt Ihr nun die abgebildeten Bauteile.

Steckt zunächst die M3 Schrauben wie abgebildet …

…durch die Ventil-Klappe.

Verschraubt diese dann inkl. der Ventil-Klappen-Klemme mithilfe von zwei M3 Muttern auf der Unterseite der Ventil-Klappe.

Draufsicht auf die verschraubte Ventil-Klappe.

Seitenansicht der Ventil-Klappe mit montierter Ventil-Klappen-Klemme.

Damit später die Achse mithilfe die ventil-Klappe gedreht werden kann, ordentlich verklemmt werden kann, muss nun zunächst ein M3 Gewindeeinsatz in die Ventil-Klappe eingesetzt werden.

Diesen Gewindeeinsatz könnt Ihr mithilfe eines Lötkolbens soweit in die Ventil-Klappe einschmelzen bis dieser…

…bündig in der Ventil-Klappe sitzt.

Nahansicht des bündig eingeschmolzenen M3 Gewindeeinsatzes.


Ventil-Klappen-Arm montieren

Der Ventil-Klappen-Arm ist das Gegenstück zum Servo-Arm. Mit seiner Hilfe wird die Ventil-Klappe später gedreht, sodass das Ventil geschlossen oder geöffnet wird.

Abgebildet seht Ihr die benötigten Bauteile.

Setzt nun zunächst den M3 Gewindeeinsatz wie abgebildet in die Aussparung im Ventil-Klappen-Arm.

Danach könnt Ihr die M3x50 Schraube wie abgebildet in den Ventil-Klappen-Arm einstecken.

Weitere Ansicht des vorbereiteten Ventil-Klappen-Arm.

Weitere Ansicht des vorbereiteten Ventil-Klappen-Arm.

Um nun die eingesteckte M3x50 Schraube im Ventil-Klappen-Arm zu verklemmen müsst Ihr die M3x10 Schraube in den eingeschmolzenen Gewindeeinsatz eindrehen.

Zieht diese so fest an, dass die eingesteckte M3x50 Schraube verklemmt ist, der Gewindeeinsatz sich jedoch nicht heraus drückt.

Den vorbereiteten Ventil-Klappen-Arm könnt Ihr dann wie abgebildet…

… in das zuvor eingesetzte 603ZZ Kugellager einstecken.

Steckt nun die 3mm Unterlegscheibe auf und zieht den Ventil-Klappen-Arm wieder soweit zurück, dass…

…Ihr die M3x50 Schraube in die Ventil-Klappe einstecken könnt.

Damit Ihr die Unterseite der Ventil-Klappe auch drehbar lagern könnt, benötigt Ihr nun…

… eine M3x40 Senkkopfschraube und eine 3mm Unterlegscheibe.

Nahansicht der benötigten M3x30 Senkkopfschraube und 3mm Unterlegscheibe.

Steckt diese nun von der abgebildeten Seite des Gehäuserings durch das 603ZZ Kugellager. Danach solltet Ihr die Schraube durch die 3mm Unterlegscheibe und zum Schluss in die Achse der Ventil-Klappe einstecken.

Fertig aufgebaut sollte Eure Ventil-Klappe nun bereits drehbar im Gehäuse liegen.

Nahansicht der unteren Achsaufhängung.

Nahansicht der oberen Achsaufhängung.

Der Ventil-Klappen-Arm ist bisher noch frei drehbar in die Ventil-Klappe eingesteckt. Dieser wird erst in einem weiteren Schritt fest mit der Ventil-Klappe verklemmt.


Servo anbringen

Mithilfe des SG90 Servos kann die Ventil-Klappe geöffnet oder geschlossen werden. Im folgenden Abschnitt wird das Servo auf dem Gehäuse montiert.

Dazu benötigt Ihr die folgenden Teile.

  • SG90 Servo
  • 2x 2mm selbstschneidende Schrauben (liegen dem Servo normalerweise bei)

Setzt das Servo zunächst wie abgebildet…

…in die Servo-Halterung ein.

Achtete dabei darauf, dass die Anschlussleitung des Servos dabei nicht beschädigt wird.

Sobald das Servo in der Halterung sitzt könnt Ihr es mit den zwei 2mm Schrauben in der Halterung festschrauben.

Damit die Servo-Halterung mit den Gehäuseringen verschraubt werden kann, müsst Ihr nun noch zwei M3 Gewindeeinsätze…

… in die zwei Aussparungen einsetzen.

Dann könnt Ihr das Servo mit den zwei M3x6 Senkkopfschrauben …

… an den Gehäuseringen anschrauben.

Weitere Ansicht der angeschraubten Servo-Halterung.


Servo-Arm und Schubstange mit dem Ventil-Klappen-Arm verbinden

Mithilfe des Servo-Arms, der Schubstange und des Ventil-Klappen-Arms wird die Drehbewegung des Servos auf die Ventil-Klappe übertragen.

Zum Einbau benötigt Ihr die folgenden Teile.

  • Schubstange
  • 2x M2x12 Senkkopfschraube
  • 2x M2 Mutter
  • Servo-Arm

Weitere Ansicht der benötigten Teile.

Nun könnt Ihr die zuvor eingesetzte M3 Schraube zur Verklemmung der M3x50 Schraube des Ventil-Klappen-Arms fest schrauben. Achtet dabei aber darauf, dass…

…der Ventil-Klappen-Arm im 45° Winkel zur Ventil-Klappe steht. Wenn die Ventil-Klappe geschlossen ist, sollte der Ventil-Klappen-Arm also wie abgebildet stehen.

Nun könnt Ihr die Schubstange mit dem Ventil-Klappen-Arm verschrauben.

Steckt dazu die erste M2x12 Senkkopfschraube durch die Schubstange und den Ventil-Klappen-Arm.

Auf der Unterseite kann die M2x12 Schraube mit einer M2 Mutter verschraubt und die Schubstange somit auf dem Ventil-Klappen-Arm befestigt werden.

Weitere Ansicht der Verschraubung zwischen Schubstange und Ventil-Klappen-Arm.

Sobald die Schubstange mit dem Ventil-Klappen-Arm verbunden ist, könnt Ihr die Gegenseite der Schubstange auch mit dem Servo-Arm verbinden.

Stellt zuvor sicher, dass der Servo-Arm so auf der Servo-Achse aufgesteckt ist, dass das Servo noch genug Drehwinkel in Öffnungsrichtung des Ventils hat. Nur so kann das Ventil später auch mithilfe des Servos geöffnet werden.

Positioniert die Schubstange dazu am Servo-Arm und verschraubt Ihn…

…wie zuvor beim Ventil-Klappen-Arm mit einer M2x12 Schraube und einer M2 Mutter.

Wichtig: Ihr solltet die M2 Mutter unbedingt mit etwas Schraubensicherungslack oder Heißkleber dagegen sichern, dass sie sich von alleine wieder löst.

Sobald Ihr alles fertig aufgebaut habt, könnte Euer Ventil nun so aussehen. 🙂


Fertiger Aufbau

Im folgenden Absatz seht Ihr noch ein paar Bilder vom fertigen Aufbau


Montagemöglichkeiten

Zur Montage des Ventils an einem Stutzen oder zur Verbindung mit einem 125mm Abluftschlauch könnt Ihr die folgenden Möglichkeiten nutzen.

Steckbarer Flansch zum Anschluss eines 125mm Schlauchs

Der folgende Flansch besteht aus zwei Hälften.

Um das Ventil darin zu montieren, solltet Ihr die erste Hälfte an der Montagefläche montieren.

Wichtig ist dann, dass Ihr die Montagefläche im Innendurchmesser des Flansches (im Bild die Acrylglasscheibe) kreisrund herausschneidet. Das ist im Bild leider noch nicht zu sehen.

Weitere Ansicht.

Dann könnt Ihr das Ventil montieren…

…und die zweite Hälfte des Flansches ansetzen und mit der Montagefläche verschrauben.

Montage mithilfe eines Flansch

Die folgende Montagemöglichkeit eignet sich um sowohl 125mm Schläuche als auch das oben aufgebaute Schmetterlingsventil zu montieren.

Dazu solltet Ihr den gezeigten Flansch zunächst auf der Fläche montieren an der das Ventil angebracht werden soll.

Dann müsst Ihr die beiden Klemmringe vorbereiten indem Ihr ca. 5mm dicken Dichtstoff in den Klemmring einklebt.

Legt die erste Hälfte des vorbereiteten Klemmring dann um den Kragen des Flansch…

… setzt das Ventil auf und verklemmt es mit der zweiten Hälfte des Klemmrings.

Den Klemmring-Hälften könnt Ihr dann mit zwei M3 Schrauben miteinander verschrauben.

Weitere Ansicht der auf geklemmten Klemmring-Hälften ohne Ventil.


Servo-Controller PCB zur Ansteuerung

Zur Ansteuerung des Ventils habe ich mir eine Platine gefertigt, welche bis zu 16 Servos bzw. Ventile ansteuern kann. Programmiert mit der ESPEasy-Firmware und entsprechend konfiguriert, können die Servos so auch über MQTT Postings angesteuert und auch automatisiert werden.

Die Anleitung zum Aufbau der Platine werde ich demnächst auch online stellen und hier verlinken. Bis dahin könnt Ihr die Möglichkeit aus dem nächsten Absatz zur Ansteuerung nutzen.


ESPEasy-Konfiguration zur Ansteuerung

Eine weitere Möglichkeit zur Ansteuerung der Ventil-Servos könnt Ihr mithilfe eines PCA9685 Breakout Board realisieren. Ist dieses über den I2C Bus mit einem Mikrocontroller (zum Beispiel der Wemos D1 Mini bzw. ESP8266) verbunden, kann der Mikrocontroller mithilfe des PCA9685 Breakout Boards die Servos kontrollieren.

Dazu ist in dem Artikel ESPEasy – PCA9685 PWM Port Erweiterung an den ESP8266 anschließen und ansteuern beschrieben wie Ihr ein PCA9685 Breakout Board an einen Wemos D1 Mini anschließt und mithilfe der Firmware ESPEasy korrekt konfiguriert.

Ein paar weitere Infos zur Ansteuerung von Servos mithilfe des PCA9685 Breakout Boards findet Ihr weiterhin in dem Artikel ESPEasy – Einen PCA9685 zur Ansteuerung von Servos nutzen.


NodeRed Flow zur Ansteuerung

Falls Ihr wie oben beschrieben einen Controller benutzt der mit der ESPEasy Firmware bestückt ist, könnt Ihr den nachfolgenden Flow als ersten Start zur Ansteuerung der Servos nutzen.

Den Flow findet Ihr unter folgendem Link. Tipps wie Ihr einen Flow in Eure NodeRed Instanz importiert findet ihr im Artikel NodeRed – Node-Code importieren und exportieren

Damit dieser Flow in Eurer Installation funktioniert, müsst Ihr natürlich noch das MQTT Topic auf den Namen Eurer ESPEasy Instanz anpassen.


Lötrauch Absaugschlauch inkl. Trichter selber bauen

In dem Artikel 3D Druck – Lötrauch Absaugschlauch inkl. Trichter selber bauen habe ich eine Möglichkeit beschrieben wie man sich aus ein paar Standard Abluftschläuchen und ein paar 3D gedruckten Teilen einen Löt-Absaugschlauch bauen kann. Alle Infos und benötigten Materialien findet Ihr in dem verlinkten Artikel.


Ich hoffe bei euch hat alles wie beschrieben funktioniert. Falls nicht oder ihr Fragen oder Anregungen habt lasst es mich in den Kommentaren bitte wissen. Ich trage dies dann ggf. in den Artikel nach.
Auch Ideen für neue Projekte sind immer gerne willkommen. 🙂

Fab

P.S. Viele dieser Projekte - besonders die Hardwareprojekte - kosten viel Zeit und Geld. Natürlich mache ich das weil ich Spaß daran habe, aber wenn Du es cool findest, dass ich die Infos dazu mit Euch teile, würde ich mich über eine kleine Spende an die Kaffeekasse freuen. 🙂

Buy Me a Coffee at ko-fi.com

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