Dietrich Steinhof, Berlin

Januar 2002

Bau einer einfachen automatischen CO²-Steuerung

Vorbemerkung

Eine automatische CO²-Steuerung ist ohne weiteres entbehrlich. Es reicht auch aus, die Blasenzahl einmal unter Kontrolle von Titriertests einzustellen und per Zeitschaltuhr die Zufuhr nachts abzuschalten.

Die nachfolgende Anleitung richtet sich an diejenigen, die Lust am Basteln haben, mal wieder was Neues fürs Aquarium bauen wollen oder vielleicht aus irgend einem Grund doch eine automatische Steuerung brauchen.


Warum Eigenbau?

Angesichts der horrenden Preise für Steuerungen zur Regelung der CO²-Düngung machte ich mich auf die Suche nach einer Möglichkeit, so eine Steuerung im Eigenbau herzustellen. Schließlich stieß ich auch auf eine Anleitung, die ich als Ausgangsbasis meiner eigenen Anlage nahm. Auf der Site: "TheKrib" beschrieb Gary Bishop schon 1992 einen Automaten, der mit Hilfe eines einfachen pH-Dauertestes die CO²-Zufuhr regelt (www.thekrib.com/Plants/CO2/co2-pvc.html).

Die Vorteile dieser Methode liegen auf der Hand: Selbst zu bauen, günstig, funktioniert nach der Einlaufphase präzise und im Gegensatz zum digitalen System mit Messelektroden einfach und mühelos zu warten (nur den Dauertest von Zeit zu Zeit erneuern). Die Nachteile – keine Anzeige des pH-Wertes wie bei den kommerziellen Anlagen, die etwas mühevolle Kallibrierung und Schwankungen im Ph-Wert über die Trägheit des Dauertests - sind angesichts der Vorteile hinnehmbar.

Ich regele die CO²-Zufuhr meines Aquariums (112 Liter, Naturaquarium, CO²-Aussenreaktor) nun schon über 4 Monate mit der selbstgebauten Steuerung. Der Ph-Wert schwankt höchstens um 0,1 bis 0,2. Nach der ersten Kalibrierung muss ich nur nach manchen Wasserwechseln etwas nachregeln – hat man schnell raus.


Funktionsweise

Das System funktioniert im Groben so: Ein Röhrchen mit einem Ph-Dauertest wird mit einer grünen Leuchtdiode (LED) permanent beschienen. Auf der der LED gegenüberliegenden Seite des Röhrchens empfängt ein Photowiderstand (LDR) das durchscheinende Licht. Bei hohem Ph-Wert färbt sich der Dauertest grün bis hellgrün – das Licht kann passieren und der LDR hat einen geringen Widerstand. Bei sinkendem Ph-Wert färbt sich der Test in Richtung Blautöne – weniger Licht erreicht der LDR, deren Widerstand steigt.

Abhängig vom Widerstand des LDR´s sorgt dann eine Schaltung dafür, dass ab einem einstellbaren Schwellenwert ein Relais umschaltet und damit die CO²-Zufuhr per Magnetventil ab- oder anschaltet.

 
Der Aufbau der Anlage

Beim Heraussuchen der Einzelteile für die Schaltung (www.thekrib.com/Plants/CO2/co2-pvcschem.gif) stieß ich auf einen Bausatz von CONRAD-Elektronik (Präzisions-Lichtschranke), die genau die beschriebenen Vorgänge regeln kann, sich präziser einstellen lässt, kompakt aufgebaut ist und vom Preis her noch unter der Summe der Einzelteile für die ursprüngliche Schaltung liegt. Also nahm ich den Bausatz und kaufte noch einen Baustein für ein geregeltes Netzteil hinzu. Der Netzteilbaustein hat den Vorteil, dass er mit freien Plätzen zur Bestückung mit einer Leuchtdiode und dem dazugehörigen Widerstand ausgestattet ist. Beim Netzteil als Kontrolllämpchen für den Betrieb gedacht, setze ich die LED als Lichtquelle für den LDR ein.

Ich habe dann Präzisions-Lichtschranke und Netzteil in einem kleinen Gehäuse untergebracht. Im Gehäuse sind ausserdem verkabelt: Der Netzanschluss für das Netzteil, der Anschluss des Magnetventils mit dem Relais und ein 4-adriges Telefonkabel als Ausgang zur "Messsonde".

Die Messsonde habe ich ähnlich wie in dem Ursprungsartikel beschrieben (www.thekrib.com/Plants/CO2/co2-pvcprobe.gif), mit dem Unterschied, dass ich alles in PVC-Rohren untergebracht habe. Dazu später mehr.

Ich bin auch nur ein Hobbybastler und habe nur geringe Elektronik-Kenntnisse.

Für das Funktionieren und die Sicherheit der Schaltung übernehme ich selbstverständlich keinerlei Haftung oder Garantie, der Bau erfolgt auf eigenes Risiko. Vorsicht beim Arbeiten an elektrischen Stromleitern – das Netzteil der Schaltung wird schließlich mit 230 V betrieben – Lebensgefahr!


Schritt I – Aufbau der Präzisions-Lichtschranke

Dem Bausatz der Lichtschranke von CONRAD liegt eine detaillierte Anleitung zum Aufbau bei. Wer einen Lötkolben hat und ein wenig feinmechanisches Bastelgeschick, hat die Schaltung schnell zusammengelötet. Der Schaltplan mit Aufbauanleitung findet sich auch auf der Homepage von CONRAD (Unter Bausätze / Datenblätter / Datenblatt: 191302-as-de-Praezisions-Lichtschranke.pdf).

In Abweichung zur Anleitung habe ich die beiden Potentiometer für die Hell-/Dunkel-Schwellenwerte durch Präzisionspotentiometer mit Einstellachsen ersetzt. Dadurch sind die Schwellenwerte genauer einzustellen. Ausserdem sind die Miniregler des Bausatzes nur mit dem Schraubenzieher oder ähnlichem einzustellen, was die Justierung mühseliger macht.

Die Präzisionspotentiometer werden mittels einiger Kabelstücke von der Fernmeldeanschlussleitung verbunden.

Der LDR wird erst später verbunden, ebenso die Anschlüsse für das Relais.


Schritt II – Vervollständigung des Netzbausteins

Der Netzbaustein hat freie Lötösen für eine LED und den dazugehörigen Vorwiderstand.

Der Widerstand wird auf der Platine eingelötet, die Lötösen für die LED werden mit Lötstiften bestückt. Dabei auf die Polung der LED achten!


Schritt III – Einbau der Schaltung ins Gehäuse und Verkabelung

Lichtschranke und Netzteil lassen sich zusammen gut in dem Alu-Gehäuse unterbringen.

Neben den Bohrungen für die Platinenbefestigungen sind noch eine Bohrung für die Kabelverschraubung PG7 (Ausgang zur Messsonde), zwei für die PG9 (Netzanschluss und Magnetventil), zwei für die Potentiometer und eine für die Kontroll-LED (der Lichtschranke) vorzunehmen. Ich habe die LED und die beiden Potis auf der Oberseite untergebracht, Netz- und Magnetventilanschluss auf der einen, den Messsondenanschluss auf der anderen Seite.

Nun können die Anschlüsse verkabelt werden:

Vom 4-adrigen Messsondenkabel werden jeweils 2 Leiter mit dem Anschluss des LDR´s auf der Lichtschrankenplatine und der LED auf der Netzteil-Platine verbunden. Merkt euch, welche Farben ihr wo verwendet!

Vom Netzkabel wird der Erdungsleiter mit Hilfe der isolierten Ringöse mit dem Erdungsleiter des Magnetventils zusammengequetscht und durch eine der Platinenbefestigungen mit dem Gehäuse verbunden.

Mit den beiden anderen Leitern wird das Netzteil an den bezeichneten Ausgängen verbunden.

An einem Ausgang wird zusätzlich ein Leiter des Magnetventils verschraubt, der andere wird mit einem Stück Kabel (Stärke wie das Netzkabel!) eine Verbindung zum Ausgang "C" des Relais der Lichtschranke gelegt.

Der andere Leiter des Magnetventils wird mit dem Ausgang "Ö" des Relais verbunden. Damit wird das Magnetventil geschlossen, wenn das Licht der Mess-LED ungehindert den Dauertest passieren kann, der Widerstand des LDR´s gering wird und das Relais anzieht.

Nun kann das Gehäuse geschlossen werden.


Schritt IV – Bau der Messsonde



Die Messsonde ist komplett in 25mm-PVC-Rohren untergebracht. Es ist also kein extra Gehäuse erforderlich (wie noch beim Ausgangsmodell: (www.thekrib.com/Plants/CO2/co2-pvcholder.gif).


Zunächst werden die beiden 90°-Winkel mit einem kleinen Stück PVC-Rohr ohne Zwischenraum miteinander verklebt.

An einer Seite des entstandenen U-Stücks wird ein Stück PVC-Rohr eingeklebt, dessen Länge sich nach der Höhe des Wasserstandes unterhalb des Beckenrandes richtet. Das Rohrende sollte ein Stück weit unter der Wasseroberfläche sein (wegen zeitweilig geringerem Wasserstand durch Verdunstung)

An der anderen Seite wird ebenfalls ein Stück PVC-Rohr eingeklebt, dieses aber deutlich kürzer. Die Länge dieses Rohrstückes richtet sich nach der Größe des Dauertestbehälters, den ihr auftreiben könnt. Ich habe ein Verkaufsfläschchen für Kontaktlinsen aus transparentem Kunststoff bekommen, welches perfekt als Dauertestbehälter geeignet ist.

Aus dem Deckel des Kunststofffläschchens muss zunächst ein möglichst großes Loch geschnitten werden – So groß, dass der Deckel noch nicht instabil wird und noch sicher auf das Fläschchen geschraubt werden kann. Der Kontaktlinsenbehälter hat eine Dichtung aus Silikon, in die natürlich auch ein entsprechend großes Loch geschnitten werden muss.

Als nächstes wird der Deckel des Kunststofffläschchens so in das kurze Rohrende geklebt, dass bei eingeschraubtem Fläschchen die PVC-Klebekappe über das kurze Rohrende geschoben bündig mit dem PVC-Winkel abschließt. Hier müsst ihr ein wenig mit der Einklebtiefe und der Länge des kurzen Rohrstückes probieren, bis ihr die passende Länge herausgefunden habt (bei mir steht das kurze Rohrende ca. 0,5 cm über den PVC-Winkel hinaus, dann hält die Klebekappe aufgesteckt sicher und lässt sich aber auch leicht aufstecken und abziehen)

Nun werden in die PVC-Klebekappe zwei genau gegenüberliegende Löcher gebohrt, in die die grüne LED und der LDR geklebt werden.

Von der Kabelverschraubung mit Zugentlastung PG7 wird das Gewinde bis zur eingegossenen Kontermutter mit dem Teppichmesser abgeschnitten. Dann wird die Kabelverschraubung auf das hintere Ende der PVC-Klebekappe geklebt.
Nach Trocknen des Klebers werden an zwei Seiten der Kabelverschraubung (auf Höhe der LED und des LDR´s) kleine Löcher gebohrt, durch die jeweils 2 Litzen der Fernmeldeanschlussleitung passen.

Jetzt kann die Fernmeldeanschlussleitung ca. 10 cm von der äußeren Isolation befreit werden und in die Kabelverschraubung eingeführt werden. Während des Einführens sind die jeweils für LED und LDR vorgesehenen Litzenpaare durch die gebohrten Löcher zu führen.

Zum Schluss sind noch LED und LDR mit den Litzen zu verbinden, die Lötstellen zu isolieren (Schrumpfschlauch) und die Rückseiten von LED und LDR mit schwarzer Farbe gegen Licht von außen abzuschirmen.


Schritt V – Einrichtung und Kallibrierung

Spätestens jetzt solltet ihr das fertige Gerät testen. Das Magnetventil muss sich öffnen, wenn ihr den LDR mit dem Finger verdunkelt, und sich schliessen, wenn das Licht der LED ungehindert passieren kann.

Mit Hilfe des Klemmsaugers wird die Messsonde nun im Aquarium angebracht. Die CO²-Zufuhr muss natürlich über das Magnetventil mit dem Reaktor verbunden sein.

Jetzt könnt ihr das Kunststofffläschchen wie einen CO²-Dauertest mit Aquarienwasser und Indikatorflüssigkeit füllen, mit der Dichtung in das PVC-Rohr schrauben und die PVC-Klebekappe darüber schieben.

Ganz zum Schluss wird’s noch mal mühselig: Mit Hilfe der beiden Potentiometer sind nun die Schwellenwerte einzustellen, bei denen das Relais anzieht und abfällt. Eine einfache Beschreibung zur Einstellung beider Potentiometer kann ich nicht anbieten - hier hilft nur: Anhand eines feinstufigen pH-Tests (Titriertest) einstellen – warten – nochmal testen – nachjustieren – warten – nochmal messen – nachjustieren – warten – usw. usf...... (kann schon zwei, drei Tage dauern, bis man den Dreh raus hat....)

Für die Ersteinstellung hat sich als günstig herausgestellt, beide Potentiometer etwa auf die mittige Position einzustellen und dann im Verlaufe des Testens beide parallel zu verstellen.

Zu beachten ist, dass die Messsonde sehr träge auf die Veränderungen des pH-Werts im Wasser reagiert (da ja wie ein pH-Dauertest aufgebaut). Von daher sollte zwischen der Einstellung und dem nächsten Test eine gute Weile vergehen, bevor nachreguliert wird.

Viel Spass beim Bauen!

Tabelle: Bauteilliste

 

Anz.	Bauteil	woher	Bestellnr.	ca. Preis	Bemerkung
Steuerungseinheit
1	Präzisions-Lichtschranke	CONRAD	19 13 02-88	21,80 DM	Bausatz
1	Stab. Modul-Netzteil 12V/85mA	CONRAD	19 54 13-88	19,95 DM	fertig aufgebaut
1	Aluminium-Kleingehäuse	CONRAD	52 00 80-88	8,50 DM	102*44*72mm (B*H*T)
2	Befestigungssatz	CONRAD	52 53 83-88	3,20 DM	für isolierte Platinenmontage im Gehäuse
1	LED 250 mcd, grün	CONRAD	18 33 93-88	0,95 DM	für die Messsonde
1	Widerstand 470 Ohm	CONRAD	40 32 10-88	0,19 DM	als Vorwiderstand für LED
2	Präzisions-Potentiometer 100kOhm	CONRAD	42 42 00-88	15,10 DM	als Austausch für die dem Bausatz beigefügten Miniatur-Regler
1	Konfektionierte Zuleitung	CONRAD	60 92 50-88	4,50 DM	als Netzanschluss
2	Kabelverschraubung mit Zugentlastung PG 9	CONRAD	52 71 30-88	3,00 DM	für Netzkabel und Magnetventilkabel
2 mtr.	Fernmeldeanschlussleitung YX 0,14	CONRAD	60 59 80-88	3,00 DM	als Anschluss für LED und Photowiderstand
2	Kabelverschraubung mit Zugentlastung PG 7	CONRAD	52 71 06-88	2,80 DM	Verbindung Gehäuse; Messsonde
1	Fassung für 3 mm-LED´s	CONRAD	18 59 06-88	0,22 DM	für LED der Präzisionslichtschranke
1	isolierte Ringöse	CONRAD	73 29 74-88	0,28 DM	Erdung des Gehäuses durch Netzanschluss
	Stecker für Lötstifte	CONRAD		3,00 DM
	Schrumpfschlauch	CONRAD		3,00 DM	zur Isolation der einzelnen Anschlüsse im Gehäuse
Kosten der Steuerung				89,49 DM	ca.
Messsonde
2	PVC-Winkel 90°, 25mm	Zoohandel		3,90 DM	beidseitig Klebemuffe
1	PVC-Klebekappe, 25mm	Zoohandel		1,95 DM	mit Klebemuffe
20 cm	PVC-Druckrohr, grau	Zoohandel		(geschenkt)
	Klemmsauger 25mm	Zoohandel		4,00 DM	Befestigung der Messsonde im Aquarium
1	Plastikdöschen mit Schraubverschluss	Optiker		(geschenkt)	Aufbewahrungsdose für Kontaktlinsen (O=2cm, H=2,9cm)
1	PVC-Kleber	Zoohandel		10,95 DM
Kosten der Messsonde				20,80 DM	ca.
Magnetventil
1	Magnetventil	ZAJAC	CO 16	79,95 DM	für An- und Abschaltung der CO²-Zufuhr
Kosten des Magnetventils				79,95 DM
Kosten für die gesamte automatische CO²-Steuerung				190,24 DM	ca.

 

Neuerdings die Preise etwa durch 2 dann hat man Euro ;-)