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Automatische Dosierung für den Pool (Teil 3: ph und Redox mit Arduino messen)

Zu einer automatischen Pool-Dosierung fehlten mir noch die Mess-Elektroden und vor allem das, womit ich sie auslesen und die Werte zu FHEM übertragen kann. In FHEM kann dann die ganze Dosierlogik stattfinden und die Dosierpumpen entsprechend geschaltet werden. Das Auslesen von feinen elektrischen Spannungen auf den ph-/Redox-Elektroden ist nicht trivial. Es gibt auf dem Markt kaum fertige Geräte mit Netzanbindung, um ph/ORP-Werte auszulesen. Ich habe mich daher für einen Eigenbau mit Arduino entschieden und in den Wintermonaten wochenlang dran geschraubt.

Arduino-Uno-Clones und passende Erweiterungsmodule dazu bekommt man bei Aliexpress für sehr kleines Geld. Es gibt im Angebot auch ein ph-Verstärker-Modul mit einer BNC-Buchse für ca. 16 USD inkl. Versand, was ich letztendlich auch genommen habe. In diesem Modul werden die paar Millivolt, die eine Sonde produziert, in eine am Arduino-Analogeingang messbare Spannung von 0 bis 5 Volt umgewandelt (Anschlusspin Po). In dem Modul ist vermutlich auch etwas für eine Temperatur-Bereinigung des ph-Wertes verbaut (Pins To und Do). Wie das genau funktioniert, konnte ich jedoch nicht rausfinden. Es gibt auch andere  ph-Module für Arduino, die etwas mehr kosten, z.B. von Atlas Scientific, von Phidgets oder von Dfrobot.  Alle haben ohne weitere Zusätze wahrscheinlich ein Problem: Die fehlende galvanische Trennung. Spätestens sobald man zwei Elektroden an einem Arduino anschließt und im gleichen Wasser hält, liefern sie beide Schrottwerte, da die Ströme zwischen den Elektroden fließen. (Wobei ein Blogger aus Frankreich mit Phidgets-Modulen das irgendwie geschafft hat, ph- und ORP-Elektrode an einem Arduino zu betreiben.)

Ein fertiges Verstärker-Modul mit galvanischer Trennung habe ich nicht gefunden. Es gibt ein-zwei Projekte im Internet, aber nichts lieferbares. Einen Messverstärker selbst zusammenzulöten, erschien mir zu aufwändig, zumal ich nur rudimentäre Kenntnisse der Elektronik habe. Deswegen habe ich die galvanische Trennung so hergestellt, dass ich pro Elektrode einen eigenen Arduino Uno nehme und diesen über einen eigenen linearen Stromwandler auf AMS1117-5.0 Basis und einen isolierenden DC-DC-Wandler mit Strom versorge (ich habe die Murata-Module NME0505SC mit 1 Watt genommen). Somit wird jeder Arduino Uno als Ganzes schon in der Stromversorgung galvanisch entkoppelt. Die Versorgungsspannung muss übrigens auch sehr stabil sein, da sonst die analogen Readings des Arduino, die die Versorgungsspannung als Referenz nehmen, driften. Deswegen ist jeweils ein eigener linearer Regler vorgeschaltet.

Die beiden Arduinos mit Verstärker-Modulen machen bei mir wenig anderes als die analogen Eingänge zu lesen, die Werte zu glätten und mit den eigenen sehr günstigen 433MHz-Radio-Modulen rauszufunken. So bleibt die galvanische Trennung intakt. Eine Temperatur-Kompensation habe ich gar nicht implementiert, denn diese ist im ph-Bereich um 7.0 eh kleiner als jede Messtoleranz. In den Mess-Arduinos habe ich auch die Kalibrierungslogik für die Elektroden einprogrammiert. Für den eigentlichen Kalibrierungsvorgang haben diese Module zwei Taster (für Kalibrierpunkte ph 7.0 und ph 4.0 – man kann natürlich beliebige andere Werte einprogrammieren) bzw. einen Taster (Kalibrierpunkt ORP 465 mV) bekommen. Somit ist die Kalibrierung super einfach: Die Elektrode in die Pufferlösung reinhalten, bis sich der Wert stabilisiert, und einmal drücken. Einen Redox-Verstärker habe ich übrigens mit einer kleinen Modifikation aus einem ph-Verstärker gemacht. Die ph-/ORP-Sonden liefern ja beide Millivolts, nur in etwas unterschiedlichen Ranges.

Ein dritter Arduino Uno empfängt bei mir dann auf 433MHz die ph- bzw. Redox-Werte von den beiden Mess-Arduinos. An der Nummer Drei werden drahtgebunden auch andere Sensoren angeschlossen: für Druck, Temperatur und Durchfluss. Mit einem Ethernet-Shield für Arduino wird hier auch ein minimalistischer Webserver aufgemacht und FHEM kann alle Werte ablesen. Für eine stabile Internet-Verbindung musste ich dem W5100-Chip auf dem Ethernet-Shield die Beine Nr. 64 und 65 durchschneiden. So läuft er fest auf 10 Mbit/Fullduplex und nicht im Auto-Modus, was zumindest mit meiner Fritzbox 7390 oft zu Aussetzern geführt hatte. An diesem dritten Arduino habe ich auch ein I2C 20×4-LCD-Display angeschlossen, wo die Werte permanent visialisiert werden.

Ein großes praktisches Problem schon beim Messen im Glas Wasser war das Rauschen. Vor allem die Schaltnetzteile induzieren Störungen auf die sensiblen Elektroden und hauptsächlich auf ihre Kabel. Die abgelesenen Werte zeigen im Ergebnis eine große Streuung von bis zu einigen Prozent. Ich habe dann per Zufall rausgefunden, dass die Streuung wesentlich geringer ausfällt, wenn man den Minuspol des Gleichstromausgangs vom Netzteil einfach erdet. Zum Befestigen der Komponenten im Gehäuse hat sich eine transparente 2mm-PVC-Platte als sehr praktisch erwiesen. Ein Gehäuse mit transparentem Deckel erspart Ausschnitte für LCD. Bei Fragen zu Details und Verbesserungsvorschlägen immer gern.

Die ersten Experimente mit Arduino und ph-Modul
Die ersten Experimente mit Arduino und ph-Modul
Zwischenstufe: Zwei Arduinos, zwei Elektroden und ihre galvanische Trennung mit DC-DC-Wandlern
Zwei Arduinos, zwei Sonden und galv. Trennung
Vorläufige Endausbaustufe für meinen Auslesecomputer
Vorläufige Endausbaustufe für meinen Auslesecomputer
Messverstärker für ph-Elektrode
Messverstärker für die ph-Elektrode
ph-Arduino mit eigenem Stromregler, Kalibrierbuttons und Funkmodul auf einem Proto-Shield
ph-Arduino mit Zusätzen auf einem Proto-Shield
Arduino mit galvanischer Trennung und PH-Messmodul
Arduino mit Anschluss und  PH-Messmodul
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Den Pool auswintern

Den Pool auszuwinten, war viel einfacher als erwartet. Alle Rohre wieder zusammenschrauben, Eispolster und Stopfen raus, Düsen und Skimmer rein, Pumpe zu, Wasser auffüllen und los geht’s. Anfangs hat die Pumpe irgendwo Luft gesaugt und es kam kein Wasser hoch, nach dem wiederholten Anziehen ging’s dann.

Den Holzrand habe ich mit Hochdruckreiniger gewaschen. Das hat natürlich erstmal noch mehr Dreck in den Pool gespült. Das kam zu all dem, was sich auf dem Boden in den Wintermonaten trotz Abdeckung abgelagert hat. Das Wasser war schmutzig, aber nicht grün. Deswegen habe ich auf die Schockchlorung verzichtet und nur den PH-Wert korrigiert. Dann nach zweimaligem Bodenreinigen, einer Flockungskartusche und einigen Filterrückspülungen ist das Wasser nach nur 3-4 Tagen kristallklar. Der Poolrand hatte kaum Rückstände von der Wasserlinie, die mit einer Bürste und an ganz wenigen Stellen mit einem Radierschwamm schnell beseitigt wurden.

Ernüchternd kam jedoch, dass viele Edelstahl-Schrauben in der Hartholzumrandung nach dem Winter gerissen sind. Vermutlich wurden sie durch die feuchtigkeitsbedingte Holzausweitung abgeschert. Ein mehr oder weniger übliches Problem bei Hartholzterrassen. (Unsere Terrasse am Haus ist aber glücklicherweise nicht betroffen.) Da muss ich wohl einiges neu und etwas ander machen.

Viel Winterdreck auf dem Poolboden
Viel Winterdreck auf dem Poolboden
Der Kater fragt sich wieder, was die große Pfütze hier soll
Der Kater fragt sich wieder, was die große Pfütze soll
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Den Pool winterfest machen (Teil 1)

Dieses Jahr wollen wir den Pool im Winter nicht weiterbetreiben, was durchaus ginge: bei Frost müsste nur die Filterpumpe immer laufen. Also bin ich nach üblicher Anleitung vongegangen: Pool reinigen, schockchloren und dann noch ein paar Stunden noch filtern lassen. Der Poolbauer empfahl mir, das Wasser nur ein paar Zentimeter unter die Skimmer abzusenken, nicht wie sonst üblich unter die Düsen. So braucht man im Frühjahr weniger aufzufüllen. Zum Abpumpen des Wassers habe ich mir eine kleine Tauchpumpe zugelegt, die ich über einen 1 1/4 Zoll Schlauch mit dem Kanalanschluss im Technikhäuschen verschraube. Ich muss wohl auch im Winter regelemäßig schauen, dass der Wasserpegel nicht zu hoch steigt und die Skimmer flutet.

Die drei Düsenöffnungen bleiben bei mir unter Wasser und müssen dicht verschlossen werden, damit die Leitung entleert werden kann.  Die Düsen lassen sich einfach rausschrauben. An ihrer Stelle setzte ich Gummistopfen mit Flügelmutter ein. Die Abdichtung gegen das Innengewinde der Mauerdurchführung ging nicht auf Anhieb 100%ig. Ich musste die Stopfen mehrmals nachziehen, bis es nichts mehr tropfte. Alternativ war ich schon bereit, dort die PVC-Endkappen mit Gewinde einzuschrauben und mit Teflonband abzudichten. Auch die Pumpe, den Chlordosierer und der Filterkessel habe ich entsprechend entleert, jedoch nicht abgebaut.

Die Düsenleitung hat ihre tiefste Stelle im Schacht am Pool und ließ sich sehr einfach entleeren, sobald die Düsen verschlossen waren. Die drei Saugleitungen musste ich jedoch manuell leerpumpen, da gibt’s bei mir keine Entleerungsmöglichkeit an der tiefsten stelle. Ich habe zunächst die Methode mit einem 1/2-Zoll-Gartenschlauch und einer Bohrmaschinenpumpe ausprobiert. Der Anschluss für den Bodensauger ließ sich damit gut leerpumpen.  Bei den Skimmern bin ich daran gescheitert, dass der Gartenschlauch durch zwei 90er-Bögen unter dem Skimmer überhaupt nicht in die Skimmerleitung rein wollte. Deswegen musste ich mir noch einen Nasssauger (1400 Watt, 30 Liter) zulegen. Damit ließen sich alle Leitungen schnell und komfortabel leersaugen. Dann wurden auch die Skimmer mit einem Gummistopfen verschlossen und mit Luftpolsterfolie vollgestopft. Das soll die Gefahr von Frostschäden abwenden, wenn doch irgendwelches Wasser in die Skimmer kommt.

Jetzt fehlen nur noch die schwimmenden Eisdruckpolster. Ihr Nutzen wird kontrovers diskutiert, aber bei einem massiven Becken scheinen sie noch am meisten Sinn zu haben.

Neuanschaffung: Tauchpumpe mit Schlauch und Verschraubung
Tauchpumpe mit Schlauch und Verschraubung
Tauchpumpe saugt Wasser aus dem Becken
Tauchpumpe saugt Wasser aus dem Becken
So ist jetzt der Winterwasserstand
So ist jetzt der Winterwasserstand
Düsen raus, Gummistopfen mit Flügelmutter rein
Düsen raus, Gummistopfen mit Flügelmutter rein
Unter Wasser einschrauben ist kein großer Spaß
Unter Wasser einschrauben ist kein großer Spaß
Filterkesse und Filterpumpe wurden entleert
Filterkesse und Filterpumpe wurden entleert
Der Noname-Nasssauger macht gute Arbeit
Der Noname-Nasssauger macht gute Arbeit
Einfach mit einem Lappen abdichten und reinhalten
Einfach mit einem Lappen abdichten und reinhalten
Stopfen rein und mit Luftpolsterfolie vollstopfen
Stopfen rein und mit Luftpolsterfolie vollstopfen
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Rasen am Pool wiederherstellen

Jetzt kamen (hoffentlich) die letzten Erdarbeiten rund um den Pool: die verbleibenden 30 cm Höhe wurden mit Mutterboden aufgefüllt und die Hecke wieder geschlossen. Gut, dass ich die Holzumrandung von drei Seiten machen konnte, bevor der Mutterboden zurückkam. Sonst müsste man bei diesem verregneten Sommer ständig im Dreck wühlen. Glücklicherweise hatten wir jetzt drei Tage regenfrei, so dass ich wieder unzählige Schubkarren Erde (ca. 7 m³ ≈ 150 Schubkarren) relativ dreckfrei aufschütten konnte. Dummerweise spritzen stärkere Regen jetzt um so mehr Schmutz in den Pool. Wenn der Rasen wieder gewachsen ist, erledigt sich hoffentlich das Problem. Bis dahin muss ich wohl häufiger sauber machen.

Der angelieferte Mutterboden war von extrem schlechter Qualität. Sehr viele Steine und Lehmbrocken. Es war eine Drecksarbeit, das alles zu trennen. Wir haben auch oben mit 480l Blumenerde veredelt. Jetzt säen wir darin den Rasen aus. Die ganze aufgeschüttete Fläche wird sich in den nächsten Jahren noch sicherlich setzen, da wir auf der ganzen Höhe von 150 cm keinerlei Verdichtungstechnik (außer Wassergeben) angewendet haben. Also werden wir noch was an Erde dazuschütten oder, wenn der ausgesähte Rasen nichts wird, dann doch noch im Frühjahr Rollrasen drüber verlegen.

Der 30 cm breite Holzrand steht bei uns nur 5-7 cm über dem Rasen (so das evtl. später kein Rasenroboter mit dem Poolroboter ausgehen kann). Der Pool wird also nahtlos in die Rasenfläche integriert. Stein- oder Betonflächen im Garten passen bei uns definitiv nicht ins Konzept. Eigene Erfahrung zeigt, dass selbst beim höchsten Wasserstand im Pool, den die eingebauten Skimmer vertragen können (ca. 143 cm), schwappt erst mit einer riesigen Arschbombe eine signifikante Menge Poolwasser über den Holzrand. Außerdem behauptet man, dass das richtig chlorierte Poolwasser für den Rasen gar nicht schädlich ist.

Auch die fünf Kirschlorbeer-Heckensträucher wurden nach ihrem viermonatigen Exil hinter dem Zaun, das sie dank Regenwetter relativ gut überlebt haben, wieder eingesetzt und wachsen hoffentlich munter weiter. Unmittelbar in der Hecke finden jetzt auch die orangenen Belüftungsrohre für den GSA-Schacht ihre Mündung. Unter der kleinen künftigen Terrasse, die den Schacht überdecken soll, habe ich Kiessand bis an den Rand aufgeschüttet. Auch hier ist mit starken Setzungen zu rechnen, so dass ich die Terrasse im nächsten Jahr wohl wieder aufrichten muss. Insgesamt sieht der Garten fast schon wieder in Ordnung aus. 🙂

Mutterboden: Schubkarre nach Schubkarre
Mutterboden: Schubkarre nach Schubkarre
Dann planiert und Blumenerde drauf
Dann planiert und Blumenerde drauf
Die Hecke wieder hergestellt
Die Hecke ist wieder hergestellt
Die Poolfläche vor 4 Monaten...
Die Poolfläche vor 4 Monaten…
... und heute: ein großer Unterschied?
… und heute: ein großer Unterschied?

 

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Der Poolrohbau wird fertig

Diese Woche wurde der Rohbau für den Pool langsam fertig. Die letzte Reihe wurde dank U-Steinen, die dreifach mit 10mm-Betoneisen ausgelegt und betoniert wurden, zum Ringanker. Draußen wurde ein Schacht mit Belüftungsrohren für die künftige Gegenstromanlage angebaut. Und auf der Innenseite wurde eine Treppe gemauert. Das ist laut unserem Poolbauer auch fast das wichtigste am Pool, dass man sich im Wasser hinsetzen kann. Verbaut wurden für die Wände und Treppe insg. 466 Betonsteine, 100 U-Steine, 72 lfm Betoneisen, 66 Sack Zementmörtel und 45 Sack Estrichbeton!

Am Ende hatten wir ein paar Reststeine und Paletten, jede Menge Dreck und Müll im Poolbecken. Wegen dem starken Regen der vergangenen Tage stand das alles noch unter Wasser. Es war keine besonders tolle Arbeit, alles darauszuholen und zu sortieren. Aber am Ende des Tages sah der Pool schon wie ein Pool aus.

Der Ringanker geht oben rum
Der Ringanker geht oben rum und wird betoniert
Hinten wird ein Schacht für GSA angebaut
Hinten wird ein Schacht für GSA angebaut
Die Treppe wird gemauert
Die Treppe wird gemauert mit Löchern nach oben
Becken fertig, aber mit viel Dreck und Wasser
Becken fertig, aber mit viel Dreck und Wasser
Unser Pool nach den ersten Aufräumarbeiten
Unser Pool nach den ersten Aufräumarbeiten
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Die Bodenplatte für den Pool entsteht

Ganz egal welcher Pool, ein wesentlicher Aufwandstreiber ist immer die Bodenplatte. In unserem Fall reicht laut Poolbauer eine 15 cm starke, einfach bewehrte Bodenplatte. Sie soll nur möglichst glatt abgezogen werden, da sie nach der Folienauskleidung direkt den Poolboden bildet. Verputzt wird nichts, höchstens gespachtelt. Die erste große Panne: Die Baugrube war stellenweise nicht tief genug. Und das ist uns erst nach der Einschalung aufgefallen. Die Erdarbeiter mussten schnell anrücken und ein paar Zentimeter Füllkies wieder rauskratzen.

Zahlreiche Telefonate mit dem Baustoffhändler und eine Vor-Ort-Besichtigung vom Betonwerk haben uns die Betonpumpe erspart, da der Betonwagen direkt an die Baugrube ranfahren konnte und durfte. Sonst müsste man zu den 560 EUR für die 6,5 m³ Betonlieferung noch mindestens genausoviel für die 32er-Betonpumpe rechnen. So war ich mit der sogenannten Rohrentladung günstig davongekommen. Drei Tage Aushärtungszeit sind schnell um. Glücklicherweise, ohne dass der Kater mit dem frischen Beton in Berührung kam. 🙂 Und gestern kam die zweite große Panne: Die meisten gelieferten Betonsteine für den Rohbau sind im falschen Format (36,5 x 24 cm statt 24 x 36,5 cm, das heißt: Nut und Feder an der falschen Seite)  und wurden direkt wieder mitgenommen. Jetzt warten wir wieder auf die neue Steinlieferung, bevor es richtig losgehen kann. Die restlichen Baustoffe liegen schon auf der Bodenplatte.

Einschaltung und Bewehrung der Bodenplatte
Einschaltung und Bewehrung
Die Bodenplatte frisch gegossen
Die Bodenplatte frisch gegossen
Die ersten Baustoffe liegen schon bereit
Die ersten Baustoffe liegen schon bereit

 

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Der Poolbau geht los: Erdarbeiten

Nach jahrelangem Überlegen legen wir dieses Jahr mit dem Pool los. Wir haben uns für eine hochqualitative langlebige Lösung entschieden: Es soll ein massiver gemauerter Pool 4×8 m mit 1,5-mm-Folienauskleidung werden. Dieses Jahr gibt’s wahrscheinlich die letzte Möglichkeit, unser Grundstück von hinten anzufahren (über den künftigen Spielplatz), so dass die Erdarbeiten ohne größere Schäden im Garten durchgeführt werden können. Ein Teil der Hecke musste temporär umgesetzt werden und schon kommt sogar der große Bagger rein. Das riesiege Erdloch in der Rasenfläche sieht schon sehr befremdlich aus, aber wo geholbelt wird… Verfüllen werde ich dann wohl manuell mit der Schubkarre (puh!), sonst kann man den Rasen danach komplett erneuern. Drainage wurde übrigens keine gebraucht, da wir eine verdichtete 20cm Kiessohle eingebaut haben und an einer Stelle hat sie Anschluss an den sandigen Unterboden. Das Regenwasser soll insofern abfließen können. So kritisch wie beim Keller ist es außerdem auch nicht.

Die Baugrube für den Pool ist abgesteckt
Die Baugrube für den Pool ist abgesteckt
Bagger drin: Jetzt gibt's kein Zurück mehr
Bagger drin: Jetzt gibt’s kein Zurück mehr
Neue Sichten auf unser Haus: die Poolgrube
Neue Sichten auf unser Haus: die Poolgrube
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