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Unsere Weide hat weder einen festen Strom- noch einen Wasseranschluß. Das bedeutet, wir müssen sowohl mit dem Strom, als auch mit dem vorhandenen Wasser haushalten. Besonders im Winter ist das nicht ganz einfach. Früher ist uns bei den Minusgraden öfter die Wanne, die als Tränke dient, eingefroren. Daraufhin haben wir die Wanne eingehaust, isoliert und unter der Wanne einen Raum geschaffen, in den wir bei Bedarf Grablichter (lange Brennzeit, günstig) stellen können. Durch die Wärme der Flamme in Verbindung mit der Isolierung bleibt das Wasser so in der Regel eisfrei oder es bildet sich nur eine sehr dünne Haut, die die Pferde locker wegschubbern können.

Ein anderes Problem ist dieses Jahr aufgetreten. Das Wasser für unsere Pferde stammt aus dem Bach. Ich habe eine kleine Tauchpumpe installiert, die über einen isolierten Gartenschlauch das Wasser in die Wanne laufen lässt. Schaltet die Pumpe aus, so entleert sich der Schlauch vollständig in den Fluß zurück, so dass im Schlauch kein Eispfropfen gebildet werden kann. Der Bach friert aufgrund der Flußgeschwindigkeit nicht zu,  so dass die Pumpe selbst auch Eisfrei bleibt.

Dieses Jahr hatten wir aber so kalte Nächte, dass die einzige Schwachstelle, der Punkt, wo die Wassersäule im Schlauch eben mit dem Wasserstand im Fluß ist, zu gefroren ist. Da steht das Wasser im Schlauch.

Eine Lösung mußte her.

Die Lösung

Den Schlauch von außen heizen bringt nicht viel, da der Schlauch aus Kunststoff besteht. Bis da die Wärme durch kommt, kann es dauern. Der Hauptteil der Energie würde auch verloren gehen. Aus dem Grund habe ich eine Lösung vorgezogen, bei der der Heizdraht im Schlauch verlegt ist. Der Heizdraht taut das eventuell gebildete Eis nur bei Bedarf auf, was den Energiebedarf niedrig hält.

Beim Conrad Elektronik bin ich fündig geworden. Das dort erhältliche Heizkabel hat eine Länge von 8m und eine Leistung von 120W bei 12V.

Ich habe gleich einmal einen Test gemacht. Dazu habe ich einen Eiswürfel mit einer Bohrung versehen, das Heizkabel durchgefädelt, das ganze noch einmal mit Kältespray herunter gekühlt und dann mit Strom den Eiswürfel weg getaut:

Schön zu sehen ist der Plateau-Bereich von 0°C kaltem Eis zu 0°C kaltem Wasser, der durch die Schmelzwärme entsteht.

 

Um den Komfort groß zu halten, ist am Heizdraht ein NTC-Widerstand als Temperatursensor befestigt.

Der hat gleich mehrere Aufgaben:

Wird der Schalter für die Pumpe betätigt, startet ein Mikroprozessor (Arduino) und misst die Temperatur durch den NTC. Ist es unter 5°C, schaltet der Mikroprozessor die Schlauchheizung ein und stellt einen Timer. Die Temperatur des NTC steigt durch die Schlauchheizung stetig an. Gleichzeitig läuft die Pumpe. Befindet sich kein Eis im Schlauch, fließt kaltes Wasser durch den Schlauch und kühlt den NTC. Dieses Muster erkennt der Mikroprozessor, und schaltet die Heizung ab. Befindet sich ein Pfropfen Eis im Schlauch, fließt kein Wasser und die Heizung heizt, bis der Pfropfen so weit abgeschmolzen ist, das die Pumpe Wasser förder kann. Auch hier erkennt der Mikroprozessor durch die Kühlung des NTC den Zustand und schaltet die Heizung wieder aus. 

Der NTC ist also gleichzeitig Temperatursensor und Wasserflußsensor.

Im Frühjahr/Sommer/Herbst startet der Mikroprozessor, mißt die Temperatur und schaltet keine Heizung ein. Die Benutzerin bekommt von dem Ganzen gar nichts mit.

Hier noch einmal ein Test zu dem Thema:

Ist die Pumpe defekt, erkennt das der Mikroprozessor durch den Timer. Nach dem Ablauf einer Zeit (2 Minuten) schaltet er die Heizung ab, da etwas nicht stimmen kann.

Hier einmal ein früher Plan, wie das Heizkabel verlegt werden sollte: 

Der Schaltplan ist recht simpel. Leider hat sich wieder einmal Bewahrheitet, dass die Stromversorgung der Arduinos nicht besonders viel "Last" vertragen (insbesondere wenn es sich um China-Arduinos handelt).

Bei dem Aufbau sind mir zwei Arduinos abgeraucht, weil sie den 12V in Verbindung mit einem NTC, einer Low-Current-LED und dem Fet nicht gewachsen waren. Da auf der Weide die "12V" ehrer ein 11V bis 15V sind (je nach Ladezustand des Akkus und dem Sonnenstand), habe ich einen TO-220 7805 spendiert - überdimensioniert, aber funktional.

 Rückwirkend würde ich, wie eingezeichnet den R3 mit 22k bemessen. Derzeit habe ich 10k drin. Das Murata-Tool für NTCs empfiehlt zumindest für den Temperaturbereich das:

Die roten Linien sind die für R3=10k, die blauen für R3=22k. Es bringt noch einmal etwas mehr Genauigkeit ohne zusätzliche Kosten.

Auf das Löten des NTCs bin ich schon etwas stolz:

Er sollte robust sein, aber nicht zu groß. Aus dem Grund ist es ein 0603er NTC mit 10k, der an zwei "Klingeldrähte" so angelötet ist.

Das ganze habe ich nur noch einmal wegen der elektrischen Isolation in PU-Lack getaucht und dann an das Heizkabel geklebt. Ein Schrumpfschlauch erhöht die mechanische Robustheit.

Die Klingeldrähte werden stufenweise verdickt bis auf 0,5qmm.

Diese Schaltung ist ab jetzt bei uns auf der Weide im Einsatz. Im Frühjahr ist noch einmal ein Upgrade mit Bluetooth geplant, zu Diagnosezwecken.