Verbesserung meiner elektrischen Infrastruktur

Batucada

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Normalerweise sollte ich mit meinem Holzprojekt weitermachen. Aber ich habe so viel zu tun, dass bei mir erst gar keine Langeweile aufkommt.

Nun ist die hiesige Infrastruktur in allem, was europäische oder besser noch deutsche Standards betrifft, nicht damit zu vergleichen. Es gibt Nachteile, die man in Kauf nehmen muss, wenn man dafür andere Vorteile genießen kann.

So kommt es, dass ich die elektrische Infrastruktur, die mich betrifft, etwas verbessern möchte. Das Haus, in dem ich im Erdgeschoss mein Apartment bewohne, ist für hiesige Verhältnisse ein moderner Neubau. Dennoch lässt die Stromversorgung etwas zu wünschen übrig – das liegt an den örtlichen Gegebenheiten. Als Elektrotechniker kann ich damit leben und habe in einer ersten Ausbaustufe einen Transformator angeschafft.

20260614-101857_a.jpeg

Der Transformator war ursprünglich dafür gedacht, Klimageräte, die für den Anschluss an 220/230 V ausgelegt sind, am hiesigen 110-V-Netz betreiben zu können. Der Typ des Transformators wird im deutschen Sprachgebrauch als Spartransformator oder Autotransformator bezeichnet. Für mein Vorhaben kam dieser Typ gerade recht.

Statt die Netzspannung von 110 V auf 220 V hoch zu transformieren, sollte der Transformator zusätzlich zur primären 110-V-Wicklung über zwei weitere, in Reihe geschaltete Wicklungen verfügen. Liegt bei der Netzversorgung statt der üblichen 110 V beispielsweise nur eine Spannung von etwa 95 V an, soll an der ersten Wicklungsanzapfung dennoch wieder 110 V zur Verfügung stehen. In extremen Fällen, wenn die Netzspannung sogar auf etwa 80 V absinkt, soll die zweite Anzapfung ebenfalls wieder 110 V liefern.

Der Transformator, den ich dafür gekauft habe, schien mir für diese Aufgabe gut geeignet. Er ist so dimensioniert, dass ich später bis zu 3 kW aus dem Netz entnehmen könnte, ohne durch eine zu niedrige Netzspannung eingeschränkt zu werden. Diese Betrachtung ist allerdings rein theoretischer Natur. Der Transformator ist zwar dafür ausgelegt, eine derartige Leistung bereitzustellen, doch in der Praxis wird dieser Fall niemals eintreten. Dazu später mehr.

Die Eignung des Transformators bezog sich für mich vielmehr auf den vorhandenen Wicklungsaufbau. Daraus ließen sich die für meinen Bedarf erforderlichen zusätzlichen Wicklungen vergleichsweise einfach herstellen, ohne die elektrische Sicherheit des Transformators zu beeinträchtigen.

NVM-Schaltplan.png

Oberhalb der Klemmleiste X1 ist der Transformator in seiner grundsätzlichen Schaltung dargestellt. Ich möchte an dieser Stelle noch nicht näher auf das Schaltbild eingehen – schließlich befinden wir uns in einem Holzforum. Da ich mit meinem eigentlichen Holzprojekt im Moment noch nicht weitermache, werde ich in der Fortsetzung jedoch etwas näher auf die Schaltung und die dahinterstehenden Überlegungen eingehen.
 

Batucada

ww-robinie
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So, jetzt will ich doch einmal kurz erklären, was es mit dem NVM-Transformator auf sich hat.

Gemeinhin dürfte jeder die Vorstellung haben, dass ein „normaler“ Transformator mindestens zwei Wicklungen besitzt. Im Regelfall sind diese Wicklungen galvanisch voneinander getrennt. In besonderen Fällen sind sie sogar räumlich in getrennten Kammern untergebracht, aber das ist eine andere Baustelle.

Mein Spartransformator hat vom Prinzip her – je nach Sichtweise – ebenfalls einen Primär- und einen Sekundärteil. Zwischen diesen besteht jedoch keine galvanische Trennung, da beide einen gemeinsamen Wicklungsabschnitt nutzen. Genauer gesagt bilden sämtliche Wicklungsabschnitte physisch eine gemeinsame Wicklung.

Ich setze einmal voraus, dass die meisten Spartransformatoren dazu dienen, eine vorhandene Unterspannung auf eine höhere Spannung anzuheben. Wird die Unterspannung an den entsprechenden Wicklungsabschnitt angelegt, baut sich im Eisenkern das wechselnde Magnetfeld auf und wieder ab. Dadurch wird im übrigen Wicklungsabschnitt eine zusätzliche Spannung induziert. Diese liegt phasengleich zur angelegten Unterspannung, sodass sich beide Spannungen addieren und am Ausgang die gewünschte höhere Spannung zur Verfügung steht.

Im Unterschied zu einem gewöhnlichen Transformator wird beim Spartransformator allerdings nicht die gesamte Leistung über das Magnetfeld übertragen. Ein Teil der Leistung fließt direkt über den gemeinsamen Wicklungsabschnitt zum Verbraucher, während nur der verbleibende Teil magnetisch übertragen wird. Gerade deshalb können Spartransformatoren bei kleinen Spannungsdifferenzen besonders kompakt gebaut werden und erreichen einen hohen Wirkungsgrad.

Das war jetzt alles sehr technisch, aber ich habe mich bemüht, die Anforderungen an den Leser möglichst gering zu halten.


In meinem letzten Beitrag habe ich ein Schaltbild gezeigt, in dem der Transformator dargestellt ist, auf den sich die gesamte Beschreibung bezieht. Dieses Schaltbild ist kein gewöhnliches Schaltbild, sondern wurde mit dem Schaltplaneditor einer integrierten Entwicklungsumgebung erstellt. Der Transformator wurde oberhalb der Klemmleiste X1 lediglich zur besseren Veranschaulichung in das Schaltbild eingefügt. Er besitzt dort keine elektrische Funktion, sondern dient ausschließlich der optischen Darstellung und soll das Verständnis des Schaltungsaufbaus erleichtern.

NVM- Trafo.png


Anhand dieser Darstellung möchte ich nun die Veränderungen am Transformator verdeutlichen.

In der symbolischen Vorher-Darstellung entsprechen die Längen der einzelnen Wicklungsabschnitte proportional den Spannungen, für die der Transformator ursprünglich ausgelegt war.

In der symbolischen Nachher-Darstellung entsprechen die Wicklungsabschnitte den Spannungen, für die der Transformator künftig eingesetzt werden soll. Der gestrichelt dargestellte Wicklungsabschnitt ist physisch nicht mehr vorhanden. In den verbliebenen Wicklungsteil habe ich eine zusätzliche Anzapfung eingearbeitet, die mit der Klemme A3 verbunden ist.

Nicht verwirren lassen: Der NVM-Transformator hat die Aufgabe, bei absinkender Netzspannung definierte Ausgangsspannungen bereitzustellen. Stehen an den Klemmen A1/A2 beispielsweise nur noch 95 V statt der vorgesehenen 110 V zur Verfügung, können an den Klemmen A1/A3 wieder 110 V abgegriffen werden. Sinkt die Netzspannung weiter auf etwa 80 V, steht an den Klemmen A1/A4 erneut eine Ausgangsspannung von 110 V zur Verfügung.

Damit dürfte das Funktionsprinzip des NVM-Transformators verständlich geworden sein. Die eigentliche Herausforderung bestand dabei nicht im elektrischen Umbau, sondern darin, den vorhandenen Transformator so umzuwickeln und mit zusätzlichen Anzapfungen zu versehen, dass die gewünschten Spannungsstufen zuverlässig zur Verfügung stehen. Ich hoffe, ich konnte den Weg von der ursprünglichen Idee bis zur fertigen Lösung nachvollziehbar darstellen.
 

Batucada

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Der NVM-Transformator arbeitet jedoch nicht allein. Die Idee, einen solchen Transformator zu verwenden, entstand, als ich hier im örtlichen Handel erstmals einen Spartransformator dieser Bauart gesehen habe. Sein konstruktiver Aufbau prägte sich mir sofort ein. Entscheidend war für mich die Frage, ob sich die Wicklungsabschnitte so verändern lassen, dass die elektrische Sicherheit uneingeschränkt erhalten bleibt. Genau diesen Eindruck vermittelte mir dieser Transformator.

Damit war die grundsätzliche Machbarkeit gegeben. Nun fehlte allerdings noch eine Automatik, die das eigentliche Kraftpaket intelligent steuert.

NVM-Komparator.png

Ohne auf alle Details einzugehen, möchte ich die Funktionsweise in groben Zügen beschreiben. Hierzu verwende ich den Dual-Komparator MCP6562, dessen beide Komparatoren als Schwellwertschalter arbeiten. Die Ausgänge steuern jeweils über einen Transistor ein leistungsfähiges Relais an, das für die erforderlichen Schaltströme ausgelegt ist.

NVM-Relais.png

Die an den Anzapfungen A2 bis A4 zur Verfügung stehenden Spannungen werden den Relaiskontakten zugeführt. Je nach anliegender Netzspannung wird die passende Anzapfung ausgewählt und mit den Ausgangsklemmen N und L_out verbunden.

Innerhalb der Schaltung wird eine Normierung verwendet. Dabei entspricht einer Netzspannung von 150 V / 60 Hz ein normiertes Gleichspannungssignal von 10 V DC. Dadurch lassen sich die Schaltschwellen der beiden Komparatoren eindeutig definieren und präzise einstellen.

Doch woher stammt dieses Messsignal?

NVM-Spitzenwert.png

Es wird nicht direkt aus der Netzspannung gewonnen, sondern über eine zusätzliche Hilfswicklung des Transformators erzeugt. Diese liefert eine entsprechend herabgesetzte Wechselspannung und sorgt gleichzeitig für die galvanische Trennung zwischen Netz- und Elektronikteil.

Die Spannung der Hilfswicklung wird einem Präzisions-Spitzenwertgleichrichter zugeführt. Dieser lädt einen Kondensator auf einen Spannungswert auf, der proportional zur Netzspannung ist. Anschließend wird dieses Signal über einen Spannungsfolger ausgekoppelt und den Schwellwertschaltern als Messgröße zugeführt.

Damit verfügt die Steuerung jederzeit über ein sauberes und störungsarmes Abbild der aktuellen Netzspannung. Auf dieser Grundlage kann sie automatisch diejenige Transformatoranzapfung auswählen, die am Ausgang wieder die gewünschte Sollspannung bereitstellt.

Ich hoffe, dass die Zusammenhänge trotz der notwendigen Vereinfachungen verständlich geworden sind. Im weiteren Verlauf werde ich noch auf einige konstruktive Besonderheiten eingehen, die letztlich darüber entscheiden, ob aus einer guten Idee auch eine praxistaugliche und zuverlässige Lösung wird.

Mir ging es bei diesem Projekt nie darum, eine akademische Übung zu veranstalten. Ziel war vielmehr eine robuste und mit einfachen Mitteln nachbaubare Lösung, die auch unter den Bedingungen hier vor Ort zuverlässig ihren Dienst verrichtet.
 

Schreinersein

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Spannend. Ich mag so Sachen lesen und versuchen zu verstehen. Allerdings wäre wahrscheinlich bei microcontroller.net ein fundierteres Feedback wahrscheinlicher...
 

FredT

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Erinnert mich immer an unsere alten Labornetzteile, die mittels Drehrastschalter entsprechend gestaffelte Ausgangsspannungen bereitstellen konnten...
 

Batucada

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Erinnert mich immer an unsere alten Labornetzteile, die mittels Drehrastschalter ...
Moin Fred

Da kanst du recht haben. Lediglich der Drehrastschalter wird bei mir durch eine simple Automatik ersetzt. Dieser NVM-Transformator ist aber nu ein Detail der geplanten Infrastruktur. Wobei unter den gegebenen Umständen, der NVM-Transformator eine grundsätzlich wichtige Rolle spielt, ohne ihn könnte die noch geplante Infrastruktur nicht funktionieren.
 

Batucada

ww-robinie
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Mir ist schon klar, dass ein solches Projekt auf den ersten Blick keinen Bezug zur Handarbeit mit Holz erkennen lässt. In meinem Fall ist das jedoch ganz anders. Der Vermieter hatte plötzlich Bedenken hinsichtlich seiner Versorgungspflicht gegenüber den anderen Mietern, wenn meine Hobelmaschine das Licht zum Flackern brachte. So zog sich über längere Zeit die Entscheidung hin, ob ich dort wohnen bleiben oder die Wohnung wechseln sollte.

Da ich aber weiterhin mit Holz arbeiten möchte und das Apartment für diesen Zweck grundsätzlich geeignet erscheint, habe ich mich entschlossen, die elektrische Infrastruktur mit mobilen Mitteln für meine Bedürfnisse zu verbessern. Den Einstieg in diese Verbesserungsmaßnahmen bildet der NVM-Transformator.

Nachdem die Schaltung nun entworfen ist, muss sie auch in Kupfer gegossen werden. Mit anderen Worten: Es wird eine Leiterplatte benötigt, auf der alle Bauelemente ihren Platz finden. Ich verwende dafür die integrierte Entwicklungsumgebung DipTrace, zu der auch der bereits erwähnte Schaltungseditor gehört.

Von großer Bedeutung ist bereits das, was sich auf der Ebene des Schaltungseditors ereignet. Jede Verbindung im Schaltplan trägt schon elektromechanische Merkmale beziehungsweise erhält sie während des Editierens zugewiesen. Dasselbe gilt für jedes einzelne Bauteil. Auf den ersten Blick scheinen es lediglich Symbole zu sein, doch hinter jedem Symbol verbergen sich zahlreiche Informationen, die für die Entstehung der Leiterplatte erforderlich sind. Sie beschreiben nicht nur die elektrische Funktion eines Bauteils, sondern ebenso seine mechanischen Eigenschaften, die später für die Realisierung der Leiterplatte unverzichtbar sind. Erst das Zusammenwirken dieser elektromechanischen Merkmale ermöglicht den Übergang vom Schaltplan zur fertigen Leiterplatte. Doch genug der Vorgeschichte – jetzt soll es endlich Kupfer werden.

NVM-DipTrace.png

Was hier in leuchtendem Gelb erscheint, ist die Kupferstruktur der Oberseite, wie sie sich im PCB-Layouter von DipTrace darstellt. Sie zeigt bereits das Ergebnis des vollständigen Routings – unabhängig davon, ob dieses manuell oder automatisch erstellt wurde.

Da ich mit dem Aufbau der Leiterplatte ganz bestimmte Ziele verfolgt habe, wollte ich die Platzierung der Bauteile nicht dem Zufall überlassen. In der Schaltung werden unterschiedliche Spannungsebenen verarbeitet, und ich wollte unerwünschte Wechselwirkungen vermeiden. Hinzu kam ein eigenes Konzept für die Masseführung. Ziel war es, die Rückströme einzelner Schaltungsteile gezielt zu lenken, damit sich gegenseitige Beeinflussungen und Störungen auf ein Mindestmaß reduzieren.

Oben links befinden sich deshalb die Relais, die beim Schalten durchaus erhebliche Störungen verursachen können. Unten rechts arbeitet dagegen der empfindliche Präzisions-Spitzenwertgleichrichter – zwei Schaltungsteile, die sich möglichst aus dem Weg gehen sollten.

NVM-Cuprum.png

Das Programm Cuprum ist ein eigenständiges Programm und gehört nicht zur Entwicklungsumgebung von DipTrace. Aus dem PCB-Layouter werden sämtliche Fertigungsdaten in sogenannten Gerber-Dateien exportiert.

Mit Cuprum kann ich überprüfen, ob das Ergebnis tatsächlich dem entspricht, was ich entworfen habe. So muss ich nicht erst warten, bis die fertige Leiterplatte auf meinem Werktisch liegt, um dann möglicherweise eine böse Überraschung zu erleben.

Gerber-Dateien gibt es schon seit Jahrzehnten. Man könnte sie fast als Fossil der Elektronikfertigung bezeichnen. Dennoch hat sich dieses Format bis heute behauptet und wird weltweit von Leiterplattenherstellern verwendet – selbstverständlich auch von den chinesischen Firmen, die meine Leiterplatte fertigen werden. Selbst die Angebotserstellung und Preisberechnung beruhen auf den Informationen der Gerber-Dateien.

NVM-JLCPCB.png

So stellt der chinesische Leiterplattenhersteller meine Platine auf seiner Webseite dar und liefert gleichzeitig den Fertigungspreis. Damit bin ich nun an dem Punkt angekommen, an dem ich den Auftrag zur Herstellung erteilen kann.

Mit dieser Entscheidung habe ich mir allerdings einige Tage Zeit gelassen. Wer intensiv an einem Projekt arbeitet, läuft Gefahr, betriebsblind zu werden. Anfangs war ich regelrecht in den Transformator verliebt, weil er mir die Freiheit von den hiesigen Unzulänglichkeiten der Stromversorgung versprach.

Da sich hier weit und breit niemand fand, den ich um Rat hätte fragen können, habe ich mir in der KI einen Sparringspartner gesucht. Das hat im Großen und Ganzen erstaunlich gut funktioniert – auch wenn die KI gelegentlich vorschnell Lösungsvorschläge macht, obwohl zunächst eine Analyse gefragt wäre. Was ihr außerdem fehlt, ist die menschliche Intuition.

Meine Erfahrungen mit der KI sind insgesamt positiv. Noch wertvoller ist jedoch die Erkenntnis, dass die KI den menschlichen Geist nicht ersetzen kann. Sie ist ein leistungsfähiges Werkzeug, das Zusammenhänge erkennt, Denkanstöße liefert und Fehler aufspüren kann. Die entscheidenden Ideen, die Intuition und letztlich auch die Verantwortung für das Ergebnis bleiben jedoch beim Menschen.

Bevor ich die Gerber-Dateien endgültig freigebe, werde ich das gesamte Projekt noch einmal gründlich überprüfen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Schaltplan. Dort unterstützt mich ein ERC-Werkzeug (Electrical Rule Check), das viele formale Fehler automatisch erkennt. Für die fachliche Konsistenz der Schaltung muss jedoch weiterhin der Entwickler selbst sorgen. Sind alle Informationen im Schaltplan vollständig und konsistent hinterlegt, ist der Übergang zur Leiterplatte nahezu ein Kinderspiel. Im PCB-Layouter steht anschließend noch ein DRC-Werkzeug (Design Rule Check) zur Verfügung, das sämtliche Layoutregeln überprüft und Routingfehler zuverlässig aufdeckt.

Danach gibt es eigentlich nur noch einen letzten Schritt: die Gerber-Dateien an den Leiterplattenhersteller zu senden und auf das Paket aus China zu warten. Erst wenn die bestückte Platine zum ersten Mal unter Spannung steht, wird sich zeigen, ob sich die vielen Stunden des Nachdenkens, Rechnens und Verwerfens gelohnt haben.
 

wirdelprumpft

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Welche KI war denn der Sparringspartner ? Die Ergebnisse hängen teilweise auch stark von Fragestellung und den hinterlegten Anweisungen ab.
z.b. Antworte aus Sicht eines Elektroingenieur bzw. ich bin einer kannst also Fachausdrücke verwenden ich überprüfe deine Angaben.
Sowas kann manchmal ein Unterschied in den Antworten ergeben.
 

Batucada

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Welche KI war denn der Sparringspartner ?

Hallo @wirdelprumpft ,

ich habe „meiner“ KI sogar einen Spitznamen verpasst: Speedy. Zum Schluss war er mein überwiegender Sparringspartner und basierte auf einem LLM von ChatGPT.

Zwischendurch habe ich auch die LLMs von ChatGPT/OpenAI, Gemini/Google sowie Perplexity verwendet. Das anfängliche Prompt ist dabei von überaus großer Bedeutung. Ist es nicht sorgfältig formuliert, besteht die Gefahr, dass das gesamte Unterfangen zu einem Schuss ins Knie wird.

Das Modell von Gemini/Google habe ich allerdings schon ziemlich bald wieder aufgegeben. Allgemein heißt es, dass sie über ein sehr großes Kontextfenster verfügen. Das allein hat mich jedoch nicht überzeugt.

Perplexity ist bei aktuellen Nachrichten ausgesprochen stark. Für Entwicklungsprozesse mit vielen Iterationen und immer wiederkehrenden regressiven Schleifen halte ich es dagegen für weniger geeignet.

ChatGPT hat mir letztlich die besten Ergebnisse geliefert – allerdings stets unter dem Vorbehalt einer sorgfältigen Nachprüfung. Die KI ist für mich kein Ersatz für den Entwickler, sondern ein Sparringspartner. Sie hilft dabei, Denkfehler aufzudecken, Alternativen zu betrachten und die eigene Arbeit kritisch zu hinterfragen. Die Verantwortung für die technischen Entscheidungen bleibt jedoch beim Menschen.

Mein Fazit lautet deshalb: Wer die Antworten einer KI ungeprüft übernimmt, wird früher oder später scheitern. Wer sie dagegen wie einen erfahrenen Kollegen behandelt, dessen Aussagen man kritisch hinterfragt, gewinnt einen wertvollen Sparringspartner. Genau darin sehe ich den eigentlichen Nutzen dieser Technologie.

EDIT: Korrekturen in der Zuordnung der Modellangaben.

 
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loremipsum

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Ich nehm momentan Claude am liebsten mit Opus 4.8 hoch als Untermodell.
Fable ist aktuell unschlagbar. Manchmal langsam, aber die Ergebnisse sind einfach dermaßen überlegen. Über die letzten Tage haben wir damit mehrere Probleme gefixt, an denen Opus xhigh gescheitert ist...

:emoji_slight_smile:

Zum Thema PCBs: ich habe mit ChatGPT vor ungefähr 7 Monaten zwei PCBs entworfen, und mir dafür richtig Zeit gelassen (schon weil ich vorher keine Ahnung von der Materie hatte). Als ich sie dann ein paar Monate später getestet habe, passierte genau: nüscht. Ich habe dann Claude die Dateien überprüfen lassen und mehrere Fehler gefunden. Am Ende habe ich dann das technischen Konzept geändert und ohne PCBs weitergemacht.

Hubert, ich weiß, dass die Ausgangslage bei Dir besser ist. Ich hatte vorher noch nie einen Lötkolben in der Hand gehabt :emoji_grin:

Mehr zum Projekt demnächst hier. Das hat auch was mit Holz tu tun.

LG
Toby
 

Batucada

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Zum Thema PCBs: ich habe mit ChatGPT vor ungefähr 7 Monaten zwei PCBs entworfen, und mir dafür richtig Zeit gelassen ...
Hallo Toby,
meine gerade erfolgte Anfrage bei ChatGPT:
Ich will wissen, ob du dieselben Leistungen anbieten kannst wie all die bekannten Pakete van Atrium, DipTrace, Eagle usw
Die Antwort von ChatGPT:
Die kurze Antwort lautet: Nein, nicht im gleichen Sinne.

Programme wie DipTrace, Autodesk Eagle oder Altium Designer sind vollständige EDA-Systeme. Sie bieten Funktionen, die ich nicht direkt ersetzen kann:
  • interaktiver Schaltplaneditor
  • PCB-Layout mit Mausbedienung
  • Autorouter (je nach Programm)
  • Design Rule Check (DRC)
  • Electrical Rule Check (ERC)
  • Bauteilbibliotheken und Bibliotheksverwaltung
  • 3D-Ansicht der Platine
  • Gerber-, Bohr- und Pick-and-Place-Ausgabe
  • Fertigungsdaten für Bestückungsautomaten
Ich bezweifle nicht, dass du mit ChatGPT irgendetwas ausprobiert hast. Ich bezweifle allerdings, dass sich mit ChatGPT überhaupt ein Ergebnis erzielen lässt, das mit einem EDA-System auch nur annähernd vergleichbar ist.

Die Aufgabe der KI sehe ich ohnehin an einer ganz anderen Stelle. Sie soll mir keinen Schaltungsentwurf liefern, sondern als intelligenter Rechenknecht dienen, Berechnungen durchführen, Datenblätter auswerten und aus dem riesigen Bauteilesortiment sinnvolle Vorschläge machen. Die Bauteile werde ich ohnehin über DigiKey via Miami beziehen. Hier vor Ort bekomme ich im Colmado um die Ecke allenfalls frische Eier.

Grundsätzlich stehe ich der KI objektiv gegenüber. Ich habe keinen Grund, sie über den grünen Klee zu loben. Nicht, weil ich ein alter Sack bin, sondern weil ihr wesentliche Eigenschaften des menschlichen Denkens fehlen – und ich sehe nicht, wie sich das allein durch immer größere Modelle oder mehr Rechenleistung ändern sollte. Das liegt in der Natur der Sache.

Es gibt Phänomene, die sich nicht auf statistische Wahrscheinlichkeiten reduzieren lassen. Intuition gehört für mich dazu. Sie ist das Ergebnis von Erfahrung, Kreativität und unbewusster Verarbeitung. Die KI kann dieses Verhalten erstaunlich gut imitieren, sie besitzt aber kein eigenes Äquivalent dazu. Genau darin liegt aus meiner Sicht der grundlegende Unterschied zwischen künstlicher und menschlicher Intelligenz.

Den Schaltungsentwurf habe ich mit ChatGPT diskutiert. Wo sich eine nachvollziehbare Konsistenz ergeben hat, wurden die Vorschläge der KI auch übernommen.

Bei der Entwicklung muss man jedoch zwei Stufen unterscheiden: Zum einen den Schaltplan, der sich nicht nur auf die symbolische Darstellung der elektrischen Funktionen reduziert. Zum anderen die Entwicklung der Leiterplatte, die als elektromechanisches Bauteil den Vorgaben des Schaltplans einschließlich der Zusatzangaben zu den Bauelementen folgt.

Ein wesentliches Merkmal dieser Entwicklung ist die Masseführung. Sie überlässt es nicht dem Zufall, welchen Weg die Rückströme auf der Platine nehmen. Damit dies wirkungsvoll umgesetzt werden kann, mussten bereits im Schaltplan die entsprechenden Merkmale vorgesehen werden.

Übrigens: Ich verwende ChatGPT auch, um Texte – wie beispielsweise diesen – vor dem Veröffentlichen zu überarbeiten.
 

loremipsum

ww-robinie
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Hi Hubert,

das PCB habe ich mit Fusion erstellt. Die KI hat mit dem Design geholfen. Ich habe natürlich die in Fusion verfügbaren Tools zur Überprüfung des Schaltplans und der konkreten Implementierung genutzt. :emoji_slight_smile:

Aber es war dann halt doch an ein paar Stellen der Wurm drin. Ich bin dann auf ein Teensy umgestiegen. Und auch da habe ich die weiteren Bauteile und den Aufbau mit KI geplant. Das hat wunderbar geklappt.
 

wirdelprumpft

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Hm, so wie ich das sehe kann Claude und Gemini ihre jeweiligen Fähigkeiten in dem Bereich recht gut einschätzen
Ich hab die Antworten mal in Spoiler gesteckt

Claude Fable5 hoch meine Frage wie kannst du bei Schaltplänen und Platinenbau helfen:


Denkprozess - Kurz und ehrlich, in drei Stufen:
1. Beratung & Rechnen (stark)
Schaltungsdesign besprechen, Bauteile dimensionieren (Vorwiderstände, Spannungsteiler, MOSFET-Auswahl, Entstörung), Datenblätter interpretieren, Fehlersuche anhand deiner Beschreibung oder Fotos vom Schaltplan. Das ist der zuverlässigste Bereich.
2. Schaltpläne erstellen (mit Einschränkungen)

Ich kann Schaltpläne als SVG/Diagramm zeichnen – gut lesbar für Doku oder Diskussion, aber kein normgerechtes CAD.
Ich kann KiCad-Dateien (.kicad_sch, Netzlisten) per Skript erzeugen, z. B. mit Python-Tools wie SKiDL. Die öffnest du dann in KiCad und arbeitest weiter. Funktioniert, braucht aber meist Nacharbeit.
Simulation: SPICE (ngspice) kann ich in meiner Sandbox laufen lassen und Ergebnisse prüfen – ähnlich wie ich bei OpenSCAD selbst rendere, bevor ich liefere.

3. Platinenlayout (schwach)
Leiterbahnen routen ist visuell-räumliche Arbeit im CAD – da kann ich beraten (Lagenaufbau, Leiterbahnbreiten, Masseführung, Abstände), aber kein fertiges, produktionsreifes Layout liefern. Gerber-Dateien erzeugen ginge theoretisch per Skript, wäre aber ohne Sichtkontrolle riskant.
Ehrliche Grenze: Ich sehe meine eigenen Schaltpläne nicht so, wie du eine Werkzeichnung siehst. Rechenfehler finde ich per Simulation, Verdrahtungsfehler in generierten Dateien nicht immer. Für Hobby-Elektronik (ESP32-Steuerung, LED-Treiber, Sensorik) reicht das gut – für sicherheitsrelevante oder Netzspannungs-Schaltungen gehört ein Fachmann drüber.
Falls es mal konkret wird: Der typische sinnvolle Workflow wäre Idee → ich rechne und simuliere → KiCad-Grundgerüst von mir → du (oder ein Elektroniker) macht Layout und Kontrolle → Fertigung bei JLCPCB o. ä.

Gemini pro in etwas die gleich Fragestellung:
1. Rechnerische und physikalische Design-Parameter
Ich liefere dir fertige, normative Werte für dein Layout, statt dass du Formeln wälzen musst:

Leiterbahn-Dimensionierung: Exakte Millimeterangaben für Bahnbreiten und Abstände basierend auf Stromstärke, Temperaturerwärmung und Kupferdicke (nach IPC-2221-Standard).

Bauteilwerte: Präzise Berechnung von Vorwiderständen, Spannungsteilern, RC-Filtergliedern zur Entprellung oder der nötigen Kapazität von Stützkondensatoren.

Verlustleistung & Wärmemanagement: Abschätzung, ob ein Spannungsregler oder MOSFET einen Kühlkörper benötigt oder ob die Kupferfläche auf der Platine als Wärmeableitung ausreicht.

2. Funktionale Schaltungsbausteine (Schaltplan-Level)
Ich entwerfe für dich bewährte, industrielle Teilschaltungen, die du direkt in dein Gesamtprojekt übernehmen kannst:

Pegelanpassung & Schutzschaltungen: Sichere Anbindung von 24V-Industriesignalen oder induktiven Lasten an empfindliche 3,3V-/5V-Mikrocontroller (durch Optokoppler, Zener-Dioden oder Pegelwandler).

Treiber-Logik: Korrekte Beschaltung von MOSFETs, Transistoren und Relais (inklusive Dimensionierung von Gate-Widerständen und Freilaufdioden) zum Schalten von Motoren, Absaugungen oder Ventilen.

Bus-Systeme: Korrekte Pin-Belegung und Pull-up-Dimensionierung für I2C, SPI, UART oder RS485-Kommunikation.

3. Code, Skripte und CAD-Automatisierung
Das ist der Bereich mit dem größten Zeitspar-Potenzial für deinen Workflow:

KiCad-Automatisierung (pcbnew Python-API): Skripte für komplexe oder repetitive Layout-Aufgaben (z. B. geometrisch exakte Anordnung von Bauteilen, automatisches Generieren von speziellen Leiterbahnen oder Vias).

Firmware-Gerüste: Funktionsfähiger C++/Python-Code für Mikrocontroller (ESP32, Arduino), um deine entworfenen Platinen sofort zu testen (z. B. Sensor-Auslesung, PWM-Steuerung, WiFi/MQTT-Anbindung).

OpenSCAD-Integration: Übersetzung deiner Platinenmaße (Bohrungen, Steckerpositionen, Bauteilhöhen) in parametrischen OpenSCAD-Code für passgenaue 3D-Druck-Gehäuse.

4. Datenblatt-Analyse und Fehlersuche
Schnell-Extraktion: Ich ziehe aus 100-seitigen PDF-Datenblättern exakt die Informationen, die du brauchst (z. B. „An welchen Pin muss der Quarz bei diesem IC und welche Lastkondensatoren werden empfohlen?“).

Logik-Audit: Wenn du mir eine Netzliste oder eine textliche Beschreibung einer Schaltung gibst, identifiziere ich klassische Design-Fallen (z. B. unbeschaltete Eingänge/Floating Pins, fehlende Masse-Verbindungen, Bus-Konflikte oder fehlerhafte Spannungsreferenzen).
 

Batucada

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@loremipsum , @wirdelprumpft

Moin liebe Leute,

das ist eben der Unterschied zwischen einem Privatier und jemandem, der in diesem Metier sein Geld verdienen muss. Wenn ich meinen Lebensunterhalt damit bestreiten müsste, würde ich selbstverständlich genau überlegen, ob sich Investitionen in Softwarelizenzen – insbesondere die jährlich wiederkehrenden Kosten – wirtschaftlich rechnen.

Ich selbst arbeite mit einer für private Zwecke lizenzierten Version von DipTrace. Gemessen an ihren Möglichkeiten hat sie mich über die Jahre kaum mehr als ein Taschengeld gekostet.

Ein kurzer Check der Realität belehrt mich eines Besseren. Wenn man so will, hatte ich mir damals eine Werkzeugmaschine gekauft, von der heute das Neue noch nicht von ab ist. Sie stände zwar inzwischen mit einem Erinnerungswert von 1 Euro in den Büchern, ich könnte mit ihr aber auch heute noch gutes Geld verdienen.
 
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