ft:pedia - fischertechnik Community · von fischertechnik, der TXT, in die Fänge der fischertechnik-Fangemeinde – und hat nicht nur ein Betriebssystem-Upgrade verpasst bekommen,

Herausgegeben vonDirk Fox und Stefan Falk

ISSN 2192-5879

ft:pediaHeft 4/2017

Heft 4/2017 ft:pedia

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Editorial

Die Communities kommen

Dirk Fox, Stefan Falkfischertechnik zählte Anfang der 80er Jahredes vergangenen Jahrtausends zu den Vor-reitern dessen, was wir heute als „Digitali-sierung“ bezeichnen: Für fast jeden derdamals gängigen Home-Computer undspäter auch für die ersten PCs gab es einInterface, mit dem fischertechnik-Modelleangesteuert werden konnten.Über die Jahr(zehnt)e wurden daraus immerleistungsfähigere Controller, die mit demVorläufer von ROBO Pro, einer auch vonKindern leicht erlernbaren grafischen Pro-grammiersprache, oder auch direkt in einerHochsprache programmiert werden konn-ten. Technisch waren diese Controller denMitbewerberlösungen meist deutlich über-legen – und sind das auch heute noch.

Im Wettlauf um den leistungsfähigstenController, der im Internet oder Spielwaren-laden oft stumpf über einen Vergleich dertechnischen Daten entschieden wird, ent-glitten dabei ein wenig die Kosten – sowohldie, die ein Kunde heute für einen TXTController auf den Tisch legen als auch die,die fischertechnik für die Weiterentwick-lung und Pflege des Betriebssystems undder Programmiersprache ROBO Pro auf-wänden muss.Derweil wächst die Bedeutung von Open-Source-Kleinstcontrollern und -Program-mierumgebungen, an deren Weiterentwick-lung oft zigtausend Freiwillige aus der Fan-Gemeinschaft mitwirken. Zu den wichtig-sten Controllern zählen der Arduino (2005),der Raspberry Pi (2012), der BBC micro:bit(2015) und der darauf aufbauende Calliopemini (2017). Als Programmierumgebunghaben Scratch (2007) und die Arduino-IDE

inzwischen eine große Verbreitung erreicht.Und trotz diverser praktischer Nachteile –so sind die Anschlüsse des Arduino nichtkurzschlussfest, und schützende Gehäusemuss man für alle Open-Source-Controllerseparat erwerben (oder selbst entwickeln) –halten diese Controller und Programmier-umgebungen Einzug in immer mehr Haus-halte – und vor allem auch in Schulen.

Zugleich geriet das Controller-“Flagschiff“von fischertechnik, der TXT, in die Fängeder fischertechnik-Fangemeinde – und hatnicht nur ein Betriebssystem-Upgradeverpasst bekommen, sondern kann dankentsprechender Treiberentwicklungen unteranderem mit Python und Blockly pro-grammiert werden. Und nun schleicht sichsogar mit dem ftduino ein kurzschlussfester,fischertechnik-kompatibler Open-Source-Einsteigercontroller in den Markt…Das ist eine Entwicklung, die fischertechnikerfreuen und tatkräftig unterstützen sollte.Denn auf mittlere Sicht wird fischertechniknur dann Terrain in Schulen und Kinder-zimmern zurückerobern können, wenn dieController moderate Preise haben, vieleProgrammiersprachen unterstützen und espassende Treiber und interessante Program-me in großer Vielfalt gibt. Wie man alsHersteller eine solche Entwicklung beför-dert, kann man sich bei anderen Open-Source-Projekten abgucken – mal sehen, obfischertechnik das gelingt.

Beste Grüße, Euer ft:pedia-TeamP.S.: Am einfachsten erreicht ihr uns [email protected] oder über die Ru-brik ft:pedia im Forum der ft-Community.

https://www.youtube.com/watch?v=yL48v5ykO7smailto:[email protected]://forum.ftcommunity.de/

ft:pedia Inhalt • Termine • Hinweise • Impressum

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Inhalt Die Communities kommen ................................................ 2Mini-Modelle (Teil 18): Nurflügler im Formationsflug ........ 4Schweißen und erodieren mit fischertechnik .................... 5Profi-Lights: WS2812B-Vollfarb-Leuchtdioden imfischertechnik-Design ..................................................... 15Geländegängiges Fahrzeug mit 4-Rad-Antrieb .............. 19Elektrische Uhren ........................................................... 24Das Universal-Interface am LPT-Port ............................. 34V. I. P. – Ein I²C-nach-Computing-Interface-Umsetzer (Teil3) .................................................................................... 36

Termine Was? Wann? Wo?Spielwarenmesse 31.01.-

04.02.2018Messe Nürnberg

fischertechnik-Truck 31.05.-02.06.2018

Karlsruhe

3. Karlsruherfischertechnik-Tag

09.06.2018 GartenschuleKarlsruhe

Impressum http://www.ftcommunity.de/ftpediaHerausgeber: Dirk Fox, Ettlinger Straße 12-14,76137 Karlsruhe und Stefan Falk, Siemensstraße 20,76275 EttlingenAutoren: Daniel Canonica, Stefan Falk, Dirk Fox, TillHarbaum, Helmut Jawtusch, Rüdiger Riedel, René Trapp.Copyright: Jede unentgeltliche Verbreitung der unver-änderten und vollständigen Ausgabe sowie einzelnerBeiträge (mit vollständiger Quellenangabe: Autor,Ausgabe, Seitenangabe ft:pedia) ist nicht nur zulässig,sondern ausdrücklich erwünscht. Die Verwertungsrechtealler in ft:pedia veröffentlichten Beiträge liegen bei denjeweiligen Autoren.

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Modell

Mini-Modelle (Teil 18):Nurflügler im Formationsflug

Rüdiger RiedelIn Anlehnung an die Segelflugzeuge Horten H III und H XIII stelle ich hier ein minimalistischesFlugzeug vor.

Abb. 1: Drei Nurflügler im Formationsflug

Abb. 2: Nurflügler von unten

Es besteht aus nur 7 Teilen:

Abb. 4: Die Einzelteile

Abb. 3: Nurflügler zerlegt

Quellen[1] Air and Space Museum Washington

D.C: Horten Ho III f: Segelflugzeugals Nurflügler von 1938.

http://www.bredow-web.de/Air_and_Space/Weltkrieg/Horten_Ho_III/horten_ho_iii.htmlhttp://www.bredow-web.de/Air_and_Space/Weltkrieg/Horten_Ho_III/horten_ho_iii.html

ft:pedia Tipps & Tricks

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Tipps & Tricks

Schweißen und erodieren mit fischertechnik

Rüdiger RiedelIch geb‘s zu, mit Schweißen hat dieser Artikel nichts zu tun, damit will ich nur die Aufmerksam-keit erringen! Denn wer kennt schon das Wort „Funkenerosion“ und weiß, was dahintersteckt?

Metallbearbeitung mit fischertechnik, gehtdas? Ja, das geht tatsächlich! Wer schon malmit Elektromagneten gearbeitet hat, wirdsie bemerkt haben: Die kleinen schwarzenPunkte an Kontaktstellen wie dem Kommu-tator (Stromwender) von Gleichstrom-maschinen [5].

Abb.1: Marken auf der Schwingfeder (31329)

Die Punkte entstehen immer dort, woFunken auftreten.

Erodieren, was ist das?Elektroerosion (Electrical DischargingMachining – EDM) ist ein Bearbeitungsver-fahren zur Herstellung von Matrizen, For-men und hochpräzisen Metallteilen.

Das zu bearbeitende Werkstück (es musselektrisch leitend sein, die Härte spielt aberkeine Rolle) wird in einer nicht leitendenFlüssigkeit bearbeitet, dem so genanntenDielektrikum. Das Werkzeug weist gegen-über dem Werkstück eine Spannung auf undwird so nahe an das zu bearbeitende Bauteilherangeführt, bis es zwischen Werkzeugund Werkstück zu kontinuierlichen kleinenEntladungen kommt und damit zumAbtragen von Material mit Funken; manspricht deshalb auch von Funkenerosion.

Jede Entladung erzeugt werkstückseitigeinen Krater (Materialabtrag) und draht-seitig einen Abbrand (Verschleiß der Werk-zeugelektrode).Es besteht zu keinem Zeitpunkt mechani-scher Kontakt zwischen Elektrode undWerkstück! Der Abstand muss regelungs-technisch im Arbeitsbereich gehaltenwerden.

Erodieren mit ftAnders als in der Industrie erzeugen wir dienötige Spannung durch Abschalten einesElektromagneten (Art.-Nr. 31324, 32363,Topfmagnet 142504 oder China-Topf-magnet von ffm). Es ist das Prinzip derElektromechanischen Klingel. Als Vorlagekann die Elektrisiermaschine aus dem Club-heft 1972-2 dienen [6].

Abb. 2: Erodier-Gerät

Das Gerät in Abb. 2 wird im Ruhezustandso eingestellt, dass zwischen Schwingachseund E-Magnet ein Luftspalt von ca. 2 mmvorhanden ist. Das Werkstück wird an denDraht (Werkzeugelektrode) herangeführt

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und der Abstand der Schwingachse zum E-Magnet auf ca. 1 mm verringert. BeimEinschalten der Betriebsspannung undFließen des entsprechenden Stroms entstehtim E-Magnet ein Magnetfeld. Dadurch wirddie Achse vom E-Magnet angezogen undgleichzeitig der Kontakt zum Werkstückaufgehoben. Der Stromkreis wird unter-brochen und das Magnetfeld brichtzusammen. Dabei induziert es im E-Magneteine Spannung, so dass der Stromfluss einewinzige Zeit lang durch die Luft aufrecht-erhalten wird. Der dabei entstehende Funkeerreicht in einem sehr kleinen VolumenTemperaturen von mehreren Tausend Grad,wodurch kleinste Materialmengen ver-dampft werden. Durch die Federwirkungder Bauplatte 15·60 4Z (38464) schwingtdie Achse zurück, der Kontakt wird wiedergeschlossen und der Vorgang wiederholtsich vielfach in jeder Sekunde. Der elek-trische Anschluss an die Werkzeugachseerfolgt durch Unterklemmen des blankenDrahtendes unter eine der beiden Klemm-hülsen (35980). Da das Werkstück von zwei„Bausteinen 15 Magnet“ (108278) gehaltenwird, kann an einem dieser Bausteine eineAchse von hinten eingeführt werden, dieden anderen Anschluss hält.

Abb. 3: Erodierwerkzeug in Einzelteilen undfertig zusammengesetzt

Für das Werkzeug verwende ich Bindedrahtmit einem Durchmesser von 0,4 mm. In derLiteratur wird Kupferdraht empfohlen, aberden habe ich nicht in ausreichender Härte.Der Draht lässt sich gut mit zwei Klemm-buchsen an der Schwingachse (Achse 60)befestigen. Links in Abb. 3 sieht man denteilweise doppelt gefalteten Draht. Dieser

Teil kommt auf die Achse, die Klemm-buchsen lässt man darüber auf die Achseschnappen.

Abb. 4: Rückseite vom Erodier-Gerät

Die ersten Versuche an einer Spezialklingefür Ceranfelder waren sehr ermutigend,siehe Bilder 4 und 5.

Abb. 5: Die ersten Löcher, Durchmesser etwa0,6 und 0,2 mm

Etwas PhysikUm die Leistungsfähigkeit des Gerätesabschätzen zu können, brauchen wir einpaar Grundlagen.

Stoffgrößen von Eisen:

Spezifische Wärmekapazität: 0,444 kJkg∙K

Schmelzwärme: 268 kJkg

Siedepunkt: 2750°C

Verdampfungswärme: 6260 kJkg



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Energie zum Verdampfen von Eisen:

(0,444 ∙ 2750 + 268 + 6260)Jg

= 7749Jg

Erzeugen eines Loches mit Durchmesserd = 0,6 mm in 0,1 mm dickem Eisen:Die Dicke h der Spezialklinge für Ceran-felder mit einem Gewicht von ca. 1 gberechnet sich aus ihren Abmessungen undder Materialdichte so:

ℎ =1g

5,2cm ∙ 2,2cm ∙ 7,9 gcm3

= 0,011cm ≈ 0,1mmDas Loch umfasst ein Volumen von

≈ 0,03mm3

Die Masse ergibt sich zu

= 7,86g

cm3 ∙ = 0,23mg

Daraus ergibt sich die Verdampfungs-energie:

= 7,749 ∙ 0,23J = 1,8JFür den Energieinhalt einer Induktivitätgilt:

=12 ∙

Die Induktivität L der älteren E-Magnete(31324) ist gleich der Induktivität derneueren Magnete (32363), gemessen überden Wechselstromwiderstand:

≈ 0,09HBei einem Widerstand R = 52 Ω und einerSpannung U = 10 V ist der StromI = 0,19 A und also die Energie

=12 ∙ 0,09 ∙ 0,036J = 1,6mJ

Für den Topfmagnet mit L = 0,06 H,R = 49 Ω bei U = 10 V und also I = 0,20 Aergibt sich:

=12 ∙ 0,06 ∙ 0,04J = 1,2mJ

Annahmen: Die erste brauchbare Dampf-maschine, die zur Entwässerung im Berg-bau eingesetzt wurde, stammt von ThomasNewcomen; sie hatte einen Wirkungsgrad η(eta) von etwa 0,5 % [4]. Da unsereMaschine ebenfalls nicht optimiert ist, wirdals erste Schätzung ein Wirkungsgradη ≈ 0,5 % angenommen. Die Taktrate wirdzu f = 100 Hz geschätzt.

Daraus ergibt sich die Abtragzeit zu für denalten E-Magnet (ft-Nr. 31324):

= ∙ ∙

=1800s

0,8 = 2250s = 38min

Für den Topfmagneten:

= ∙ ∙

=1800s

0,6 = 3000s = 50min

Die Zeiten passen recht gut zu meinenVersuchen. Die Bearbeitungszeit lässt sichdurch Parallelschaltung eines zweiten E-Magneten oder Topfmagneten halbieren.Die Bearbeitungszeit kann weiter verringertwerden durch Erhöhung der Spannung (icharbeite gern mit 16 V [11]).

Weißblech 0,29 mm starkDer Versuch, Aluminiumblech anzubohren,ist misslungen. Der Funke verlöscht nachwenigen Sekunden, weil das entstehendeAluminiumoxid ein guter Isolator ist. Weiß-blech eignet sich aber sehr gut. Das istStahlblech, dessen Oberfläche elektroly-tisch mit Zinn beschichtet wurde.

Der Durchmesser des Arbeitsdrahtes istwieder 0,4 mm.



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Abb. 6: Weißblech – das Loch ist gebohrt,der Draht passt hindurch

Das Loch zu bohren dauert jetzt schon etwa80 Minuten, bis es groß genug ist, denBohrdraht durchzulassen. Drei E-Magnetewurden parallelgeschaltet. Der Schweif inAbb. 6 ist Eisenoxid, kein Ruß.

Abb. 7: Loch auf der Bohrseitenach der Reinigung

Abb. 8: Das Loch auf der Rückseite

FederbronzeEbenfalls sehr gut bearbeiten lässt sichFederbronze.

Der Streifen in Abb. 9 ist 5 mm breit und0,2 mm dick. Als Werkzeug habe ichwieder den Bindedraht mit 0,4 mm Durch-messer verwendet.

Abb.9: Federbronze mit Loch, Mittevergrößert, ganz oben gereinigt


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KupferblechDie Fixierung des Kupferblechs ist mirnicht so gut gelungen, das Resultat siehtman in Abb. 10.

Abb. 10: Kupferblech, 0,6 mm dick

Da der „Erodierapparat“ Schwingungenerzeugt, muss das Werkstück gut befestigtwerden, damit es nicht wandert.Nachdem das Werkstück fixiert war, habeich mehrere Stunden lang „gebohrt“. DasResultat ist enttäuschend.

Abb. 11: Nach mehrstündigem Erodieren...

Die Tiefe beträgt etwa 0,2 mm. Kupferleitet ja nicht nur den Strom sehr gut,sondern auch Wärme, also wird die Wärmeder Funken sehr schnell abgeleitet und führtkaum zur Verdampfung.

FederstahlDer ft-Federstahl von Abb. 1 ist etwa0,15 mm dick und lässt sich problemlosbearbeiten, siehe Abb. 12.

Abb. 12: Ein neues Loch in der Schwingfeder(31329)

Erodieren und GravierenLässt man das Werkzeug nicht an einerStelle arbeiten, sondern zieht das Werk-stück langsam darunter weiter, ergibt sichein Gravur-Effekt.

Abb. 13: Gravur, daneben Eisenoxid-Partikel

Die Gravur in Abb. 13 ist etwa 10 mm lang,sie wurde in 90 Minuten erzeugt mit demTopfmagnet und einem parallelen E-Magnet an 16 V. Die Stromanzeige anmeinem Netzgerät betrug etwa 0,27 A, dasist natürlich ein Mittelwert.

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Abb. 14: Gravur nach der Reinigung

Das Graviergerät (Abb. 15) arbeitet nichtmehr zur Seite hin, sondern nach unten. DasStück Weißblech misst 100 mm ∙ 100 mmund wird seitlich durch vier Bausteine 515x30 (35049) mit aufgesetzten WS 7,5°und darauf E-Magnet-Führungsplatten(32455) spielarm geführt.

Der Vorschub-Mechanismus besteht auseiner Achse 60 in einem Baustein 15 mitBohrung, zwei Seiltrommeln 15 (31016)mit je einem Klemmring Z36 (31020) undeinem kleinen Klemmring links in Abb. 17.

Abb. 16: ¾-Ansicht

Abb. 17: Der Vorschub-Antrieb

An den Seiltrommeln ist je ein BS30, einGelenkwürfel (31426 + 31436), ein BS5,noch ein Gelenkwürfel und daran eineKlemmhülse (35980) befestigt. Ein Neo-dym-Magnet mit 4 mm Durchmesser und10 mm Länge wird von der Klemmhülse

Abb. 15: Das Graviergerät

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gehalten und fixiert diese auf dem Blech.Der Vorschub erfolgt mit der Kante desGelenkwürfels.Diese Konstruktion ist wegen der Magnetenur für Stahl- (Eisen-) Blech geeignet.Angetrieben wird der Vorschub über denKlemmring Z36 einer der Seiltrommeln 15von einer „U-Achse 60 + Zahnrad Z28“(31063). Auf dieser Achse sitzt ein Z10.Die weiteren Getriebestufen bestehen ausdrei Kombinationen Schnecke und Z10sowie einer Kombination Schnecke undZ20.Das Z20 wird von einem Schneckenantrieb20 (32886) oder einer Getriebeschneckebewegt, die auf einem U-Getriebe mitMinimotor sitzen. Den Motor betreibe ichmit etwa 6 V. Ich habe noch eine Diodevorgeschaltet, so dass der Motor nur mit der„richtigen“ Drehrichtung laufen kann; aufAbb. 21 ist sie neben dem Motor erkennbar.

Abb. 19: Die Rückseite

Abb. 20: Eine weitere Ansicht

Nach Fertigstellung der Gravur ziehe ichdie „U-Achse 60 + Zahnrad Z28“ von derSeiltrommel nach oben, damit ich denVorschub zurückstellen kann.

Abb. 18: Blick schräg auf den Antrieb

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Abb. 21: Blick von links

Abb. 22: ¾-Ansicht von links

Der Topfmagnet hängt unter einer Brückeaus BS30, einem BS15 und drei BS5. Derschwingende Teil ist aufgebaut entspre-chend den Abb. 2 bis 4. Den elektrischenAnschluss an das Blech habe ich wieder miteinem Magneten hergestellt, siehe Abb. 21,vorne rechts.

ZusammenfassungMit dem „Werkzeug“ Stahldraht (Binde-draht) lassen sich in Weißblech, in Feder-stahl und in Federbronze Löcher erodieren.In Weißblech lassen sich auch Linieneingravieren.Zur Verkürzung der Bearbeitungszeit habeich mehrere E-Magnete parallelgeschaltet,in den Abb. 15 bis 22 ist es einer auf demgelben BS15. Bei dickerem Blech als0,1 mm und beim Gravieren habe ich außer-dem die Spannung auf etwa 16 V erhöht.Die E-Magnete werden zwar heiß, abernicht unzulässig heiß [10].

NebenreaktionenDie Entstehung von Eisenoxid wurdebereits erwähnt; es ist die Hauptreaktion beiWeißblech bzw. Stahl, da wir das Metallselbst entfernen wollen. Als wichtigsteNebenreaktionen entstehen bei elektrischenEntladungen Ozon = O3, und Stickoxide(hauptsächlich NO2), also giftige Gase.Eine weitere Nebenreaktion ist die Erzeu-gung von Funkwellen, deren Name von denhistorischen Funkensendern stammt.

OzonbildungDie EU hat schon seit längerer Zeit Richt-werte für die Ozonkonzentration festgelegt.Keine Gefahr für die Gesundheit bestehtlaut EU-Richtlinie durch Ozon unter einemGehalt von 110 µg/m³. Ab einem Ein-Stunden-Mittelwert von 180 µg/m³ erfolgtdie Unterrichtung der Bevölkerung, da beidieser Konzentration die Leistungsfähigkeitempfindlicher Menschen bereits beein-trächtigt werden kann. Ab ungefähr200 µg/m³ Ozon können Symptome wieTränenreiz, Schleimhautreizungen inRachen, Hals und Bronchien, Kopf-schmerzen, verstärkter Hustenreiz, Ver-schlechterung der Lungenfunktion auftre-ten. Ab einem Ein-Stunden-Mittelwert von360 µg/m³ werden Warnungen ausgespro-chen, da ab dieser Konzentration Gefahr fürdie menschliche Gesundheit bestehen kann[7].

Der größte Teil des entstandenen Ozonsoxidiert das verdampfte und auch das festeMetall zu Metalloxid (bei Eisen bzw. Stahl:Rost) sowie den Luftstickstoff zu Stick-oxiden. Bei der großtechnischen Ozon-herstellung werden Wirkungsgrade vonetwa 10 % erreicht [7], bei unserem Prozesssicher deutlich weniger. Für die Erzeugungreinen Ozons setze ich etwa 1 % an. Dahiervon der größte Teil bei der Oxidationder heißen Metall- und Luftteilchen auf-gebraucht wird, bleibt möglicherweise alsfreies Ozon ein Zehntel übrig (das scheintmir plausibel, da der typische Ozongeruch


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bei meinen Versuchen nicht wahrnehmbarist). Mancher erinnert sich vielleicht an dieersten Laserdrucker, die hatten einen inten-siven „Ozongeruch“. Allerdings waren das,was man roch, die vom Ozon gebildetenStickoxide. Ozon selbst riecht stechend-scharf bis chlorähnlich [7].Der Energieaufwand zur Ozonherstellungbeträgt [8]:

32 O + 144,44

kJmol → O

Das bedeutet, für 1 mol Ozon = 48 g werdenca. 144 kJ Energie benötigt.

Unsere Apparatur setzt mit drei parallelenE-Magneten und einer Taktrate vonf = 100 Hz eine Energie um von:

= 3 ∙ 100 ∙ 1,6mJs = 1,73

kJh

Somit lässt sich unter Berücksichtigung derWirkungsgrade von 1 % · 10 % folgendeOzonmenge erzeugen:

48g ∙ 1,73kJh ∙

0,001144kJ = 0,58

mgh

Den EU-Grenzwert von 360 µg/m³ in Luft,ab dem Gefahr für die menschliche Gesund-heit bestehen kann, erreichen wir bei einerZimmergröße von 10 m² entsprechend24 m³ Rauminhalt nach knapp 15 Stunden,aber nur bei fehlendem Luftaustausch undvernachlässigtem Ozonzerfall, Ozon istnämlich nicht stabil.

StickoxideDies ist eine Sammelbezeichnung für ver-schiedene Stickstoff-Sauerstoff-Verbin-dungen.

Am Arbeitsplatz sind 950 MikrogrammStickoxide pro Kubikmeter Luft erlaubt(MAK-Wert = Maximale Arbeitsplatz-konzentration [9]). Auf der Straße sind nachWHO und EU-Vorgabe nur 40 Mikro-gramm erlaubt, allerdings als Jahresmittel-wert.

Schlussfolgerung: Da wir uns beim Modell-bau im Allgemeinen am fischertechnik-Arbeitsplatz befinden, nehme ich die950 µg/m³ als Grenzwert an.

Zum Energieaufwand für die Herstellungvon NO2 habe ich nichts Verwertbaresgefunden. Sollte er mit der Herstellung vonOzon vergleichbar sein, gelten auchvergleichbare Ergebnisse.

Was bedeuten diese Erkenntnisse?Halte deine Nase nicht längere Zeit über denFunken und sorge für gutes Lüften!Garantie gebe ich keine: Jeder, der dieExperimente durchführt, macht dies ineigener Verantwortung.

FunkstörungenWer noch ein Koffer- oder Taschenradiobesitzt, weiß es: AM-Empfang (Amplitu-den-Modulation), also Lang-, Mittel- undKurzwellenempfang ist damit in einerWohnung nicht mehr möglich. Das liegt anden Störstrahlungen von PCs (!), so genann-ten Energiesparlampen, vielen LED-Lam-pen, den Stecker-Netzteilen und auch denInduktionsherden.

Unser Gerät verbreitet ebenfalls Funk-störungen im näheren Umfeld von einigenMetern, auch auf FM = UKW. Diese betref-fen zwar nur den Radio-Empfang, lassensich aber wohl grundsätzlich nicht ver-hindern. Das liegt an den Funken, die sichzwar mit einem Kondensator dämpfenlassen, die wir aber für unsere Zweckebenötigen. Durch kompakten Aufbau undkurze Drahtlängen lassen sich die Störun-gen aber vermindern. Insbesondere diebeiden Drähte zur Funkenstrecke sollten sokurz wie möglich sein.Ansonsten ist klar: Gibt es Beschwerden,müssen die Versuche unterbrochen, abge-brochen oder z. B. in den Keller verlegtwerden.


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Quellen[1] Was ist Erodieren?[2] Wiki der BBS Winsen: Erodieren.

[3] FEOB GmbH: Was ist Erodieren?[4] Dirk Fox, Thomas Püttmann:

Technikgeschichte mit fischertechnik.dpunkt.verlag, Heidelberg, 2015,S. 163.

[5] Rüdiger Riedel: Funktionsmodellevon Gleich- und Wechselstrom-motoren. ft:pedia 4/2016, S. 52-58.

[6] fischertechnik: Clubheft 1972-2, S.22.

[7] Chemie.de: Ozon.[8] Allgemeine Informationen zu Ozon.

[9] Technische Regeln für Gefahrstoffe:Arbeitsplatzgrenzwerte TRGS 900,S. 42,

[10] Rüdiger Riedel: Der Elektromagnet:Was kann er (vertragen)? ft:pedia4/2016, S. 46-51.

https://www.erodier-talk.de/was-ist-erodieren/http://bs-wiki.de/mediawiki/index.php?title=Erodierenhttp://feob.de/erodieren-einfuehrung.htmlhttps://ftpedia.de/https://www.ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2016-4.pdfhttp://docs.fischertechnikclub.nl/clubheft/clubheft.htmhttp://www.chemie.de/lexikon/Ozon.htmlhttp://www.ak-ozon.de/ozon.htmhttp://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRGS/pdf/TRGS-900.pdf?__blob=publicationFilehttps://ftpedia.de/https://www.ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2016-4.pdf


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Tipps & Tricks

Profi-Lights: WS2812B-Vollfarb-Leuchtdiodenim fischertechnik-Design

Till HarbaumDass bunte Lampen ein fischertechnik-Modell ganz ungemein aufwerten ist keine neueErkenntnis und fischertechnik bot schon sehr früh Lampenfassungen für kleine Glühlampen an,auf die man bunte Plastikkappen stecken konnte. Dieses System wurde viele Jahre erfolgreichbeibehalten und hat sicher so manches Kinderzimmer abends in ein effektvolles Licht getaucht.

Seit kurzem hat fischertechnik auchsogenannte RGB-LEDs im Programm.Einmal mit Spannung versorgt, blinken undflackern diese LEDs selbsttätig in allenFarben des Regenbogens. Für viele Modelleist das sicher ausreichend, aber der Leucht-dioden-Markt bietet noch wesentlichinteressantere Leuchtmittel, die sich mitwenig Aufwand auch stilecht in fischer-technik integrieren lassen. Das Zauberwort,das einem auch den Einkauf auf denüblichen Online-Plattformen erleichtert,lautet WS2812B.

WS2812B-basierte Leuchtdioden sind untervielen Aspekten sehr interessant für Bastel-projekte. Sie sind mit ca. 10 ct pro Leucht-diode äußerst preisgünstig, sie sind mecha-nisch sehr einfach zu montieren und auchdie elektrische Ansteuerung ist äußerstsimpel. Für den etwas schwierigeren Partder korrekten Programmierung gibt es zum

Glück unzählige Bibliotheken undBeispiele im Netz.

Elektrischer AnschlussIm Gegensatz zu den fischertechnik-RGB-LEDs benötigen die WS2812B einenzusätzlichen Controller, der ihnen mitteilt,was sie gerade zu tun haben und in welcherFarbe sie wie hell leuchten sollen. Von sichaus leuchten die WS2812B nicht. Erst wennsie von außen mit entsprechenden Kom-mandos angesteuert werden, beginnen sieihre Arbeit. Durch unterschiedliche Kom-mandos ist so die Farbe und Helligkeit jedereinzelnen Leuchtdiode einstellbar.

Dass der elektrische Anschluss wirklichtrivial ist, zeigt Abb. 1. Es reicht neben der5-Volt-Versorgungsgspannung ein einzigerDatenanschluss an z. B. einem Arduino, umdie WS2812B-Leuchtdioden anzusteuern.Die Leuchtdioden lassen sich dabei kaska-dieren, so dass auch mehrere hundert von

Abb. 1: Anschlussschema


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ihnen lediglich einen Anschluss am Ardu-ino belegen. Ganze Videowände lassen sichso mit einem einzigen einfachen Arduinoansteuern.

Die WS2812B-Leuchtdioden erreichen einebeeindruckende Helligkeit, und schoneinige zig LEDs reichen, um einen Raum zubeleuchten. Die Stromaufnahme pro LEDliegt dabei bei maximal 60 mA, was bei 5 Veiner Leistung von 300 mW entspricht.Nutzt man den Arduino auch zur Strom-versorgung der LEDs, sind so maximal ca.acht LEDs an einem mit maximal 500 mAbelastbaren USB-Port zu betreiben. Willman mehr LEDs betreiben, empfiehlt sichdie Verwendung eines separaten 5 V-Netz-teils. Die maximale Leistung wird nur beimaximal hellem weißen Licht erreicht.Stellt man durch entsprechende Program-mierung des Arduino sicher, dass die maxi-male Helligkeit begrenzt wird oder nie alleLEDs weißes Licht abstrahlen, so kann manggf. auch mehr LEDs am USB betreiben.

Mechanischer AnschlussDie häufigste Darreichungsform vonWS2812B-basierten Leuchtdioden sindlange Klebestreifen, die auf Rollen verkauftwerden (siehe Abb. 2). Der eigentlicheKlebestreifen besteht dabei aus Platinen-material, auf dem die LEDs bereits montiertund fertig verschaltet sind. Man muss alsolediglich an einer Seite das passende Signalin den Streifen einspeisen, um sämtlicheLEDs unabhängig ansteuern zu können.

Es gibt die Streifen mit unterschiedlichdichter LED-Besetzung. Gängig sind 30, 60oder 144 LEDs pro Meter, was auf einenAbstand von 3,33 cm, 1,67 cm oder 0,7 cmhinausläuft. Keiner dieser Werte passt exaktgenug zum fischertechnik-üblichen 15 mm-Raster, so dass sich kein fischertechnik-kompatibler Abstand ergibt, wenn man dieKlebestreifen z. B. einfach der Länge nachauf fischertechnik-Platten klebt. Die Her-steller bieten oft auch an, Streifen nachKundenmaß zu erzeugen; das lohnt sich

aber erst bei größeren Mengen als den hierzu erwartenden.

Abb. 2: Eine Rolle mit LED-Band

Abb. 3: Platinenmatrix

Etwas seltener, aber durchaus gängig, istder Vertrieb der Leuchtdioden auf einersteifen Platinenmatrix wie in Abb. 3 dar-gestellt. In dieser Form sind die LEDs nichtdurchverbunden, sondern jede LED besitztauf der Unterseite sechs Kontaktpunkte: jedrei für den Signaleingang und drei für denSignalausgang zur nächsten LED. DiePlatinen sind zwischen den LEDs eingeritzt,so dass sie sich leicht auseinanderbrechenlassen. Von der Rückseite lassen sie sichdann leicht mit passenden Steckern undBuchsen versehen. Abb. 4 zeigt in derSeitenansicht, wie Stecker und Buchsendann ineinandergreifen. Als Stecker undBuchse eignen sich zum Beispiel „SL1X40W SMD2,54“ und „BL 1X20W 2,54“von Reichelt, die man allerdings jeweils aufdie Länge von drei Anschlüssen kürzenmuss.


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Abb. 4: Seitenansicht

Mit etwas Geschick lässt sich auf dieseWeise ein Abstand von genau 15 mm errei-chen, so dass sich die Leuchtdioden exaktim fischertechnik-Raster zusammensteckenlassen. Das 15 mm-Raster ist aber nur diehalbe Miete. Es fehlt noch eine mechani-sche Verbindung zum fischertechnik-System. Auf den ersten Blick scheinen diegängigen ft-Lampensockel geeignet zu sein.Allerdings müsste man diese stark nach-bearbeiten, um Platz für die Leuchtdiodenmit ihren insgesamt sechs Anschlüssen zuschaffen.

Abb. 5: Sockel

Ich habe deshalb ein 3D-Modell einerkompatiblen Fassung entworfen. Unter [2]findet sich ein sehr einfacher LED-Sockel(siehe Abb. 5), in den sich die WS2812Binklusive der Steckverbinder leicht einkle-ben lassen. Da sich die fischertechnik-Zapfen nicht für den 3D-Druck eignen, hatdiese Variante eine Nut an der Unterseite.Durch Einstecken eines Federnockens lässtsich der Zapfen aber leicht nachrüsten. Aufden Sockel passen die aktuellen Rast-Leucht-Kappen. Für die farbigen LEDsbieten sich die glasklaren Kappen an.

Abb. 6: Bauteile

Das Resultat ist eine WS2812B-LED imfischertechnik-kompatiblem Gehäuse. Ichhabe dem in diesem Beispiel verwendetenArduino-Nano auch gleich ein fischertech-nik-kompatibles Gehäuse verpasst. Auchdas findet sich unter [2], so dass sich amEnde eine optisch sehr „fischertechnisch“anmutende Lösung ergibt.

Abb. 7: Die fertigen Profi-Lights

StromversorgungAls Spannungsquelle eignet sich bei weni-gen LEDs auch der USB-Anschluss desTXT. Sollen mehr LEDs betrieben werdenoder steht kein TXT zur Verfügung, ist dieeinfachste Energiequelle eine billige sogenannte USB-Powerbank, wie sie gerneals Notstromversorgung für Smartphonesverwendet wird.


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ProgrammierungSind Mechanik und Elektrik geklärt, geht esan die Programmierung. Da wir uns hier inder Arduino-Welt bewegen, können wir aufeinen schier unerschöpflichen Fundusfertiger Lösungen zurückgreifen. Besonderseffektreich ist die WS2812FX-Bibliothek,die unter [3] zu finden ist. Der unter demNamen auto_mode_cycle enthaltene Bei-spiel-Sketch bietet einen schnellen Start.Für unser Beispiel müssen dort in den Kopf-zeilen lediglich die Konstanten LED_PINund LED_COUNT abgepasst werden. Fürdas oben abgebildete Verdrahtungsschemaist LED_PIN auf zwei zu setzen undLED_COUNT auf drei, wobei es nichtschadet, wenn man mehr LEDs angibt alstatsächlich angeschlossen sind.Sämtliche LEDs sind vollkommen unab-hängig steuerbar. Wenn man zwischen dieLEDs einfache Verlängerungskabel setzt,kann man sie z. B. auch an den Ecken einesFahrzeugs montieren und sie einzeln weißund rot leuchten sowie gelb und blaublinken lassen. Mit wenig Aufwand ist soein Feuerwehrauto adäquat mit Leuchtenbestückt.Für die Ansteuerung sendet der Arduinoeinen Bitstrom über die einzelne Daten-leitung an die erste LED des Strangs. JedesBit in diesem Datenstrom besteht aus einem1,25 µs langen An-/Aus-Signal, wie inAbb. 8 dargestellt, wobei sich 0- und 1-Bitslediglich durch das Verhältnis der An- undAusphasen unterscheiden. Jeweils 24 Bitspro LED werden übertragen, für jedeGrundfarbe acht. Damit kann jede LED

unabhängig das gesamte Farbspektrum dar-stellen.

Jede LED empfängt die ersten 24 Bits desDatenstroms. Hat sie selbst alle 24 Bitsempfangen, so sendet sie selbst alle verblei-benden Bits an die nächste LED weiter.Dieses Spiel wiederholt sich über alle LEDsder Kette. Auf diese Weise können mehrerehundert LEDs mit einem einzigen Signalbedient werden. Die Signallänge pro LEDbeträgt dabei 30 µs. Um z. B. 100 LEDs mitfrischen Daten zu versorgen, ist dasGesamtsignal 100 · 30 µs = 3 ms lang unddie maximale Aktualisierungsfrequenz liegtbei 1000 / 3 ms = 330 Hz.

FazitWS2812B-LEDs sind ein billiges undunterhaltsames Spielzeug, das sich sehrschön in fischertechnik integrieren lässt.Der geringe Preis lässt Fehlversuche undDefekte leicht verschmerzen. Die brillantleuchtenden LEDs entschädigen für jedenbeim Löten angekokelten Finger, und mitder Leistungsfähigkeit des Arduinos bietensich unzählige Möglichkeiten zum Einsatzder „Profi Lights“.

Quellen[1] Seeed Studio: WS2812B Data Sheet.

[2] Harbaum, Till: fischertechnikcompatible „Profi Lights“ aufThingiverse.

[3] Almdick, Harm: WS2812 FX Libraryfor Arduino and ESP8266 aufGitHub.

Abb. 8: Signalverlauf

http://www.seeedstudio.com/document/pdf/WS2812B%20Datasheet.pdfhttps://www.thingiverse.com/thing:2586989https://www.thingiverse.com/thing:2586989https://github.com/kitesurfer1404/WS2812FXhttps://github.com/kitesurfer1404/WS2812FX

ft:pedia Modell

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Modell

Geländegängiges Fahrzeug mit 4-Rad-Antrieb

Daniel CanonicaFahrzeuge mit Allradantrieb dienen vielen Zwecken, z. B. in der Landwirtschaft oder aufschwierigen Bergstrecken. Hier wird ein relativ leicht gebautes Modell vorgestellt.

Die Entwicklung des JeepsSchon früh in der Geschichte des Auto-mobils erkannte man, dass man dieAntriebskraft besser nutzen kann, wenn vieroder noch mehr Räder angetrieben werden.Abgesehen von frühen zivilen Nutzungenwaren – wie bei vielen anderen Entwick-lungen – Anforderungen und Beschaffungs-programme des Militärs von großerBedeutung für die Serienfertigung vonstrapazierfähigen Fahrzeugen mit Allrad-antrieb.

Nachdem bereits in den 1930er Jahren ersteEntwürfe verfügbar waren, startete die US-Armee 1940 eine große Ausschreibung fürden späteren „Jeep“ – ein relativ leichtgebautes, geländegängiges Fahrzeug mitVierrad-Antrieb und bis zu 250 kgZuladung. Bis Kriegsende wurden vonverschiedenen Herstellern mehrere 100.000Stück produziert [1].

Abb. 1: Jeep von 1945 [2]

Die militärische Entwicklung ging dannüber verschiedene Zwischenstufen bis zumHMMWV (umgangssprachlich „Humvee“)weiter, als Straßenfahrzeuge wurden vieleModelle bis zum Jeep Cherokee gefertigtund verkauft.

Das Modell mit 4-Rad-AntriebDas Modell entspricht in der Form weit-gehend dem Jeep von 1945 (siehe Abb. 2und 3):

Abb. 2: Das Modell

Die Sitze sind mit Verbindern 45 am seit-lichen Rahmen der Karosserie befestigt,welche sich, wie wir weiter unten sehen, miteinem Handgriff entfernen lässt.Abb. 4 zeigt das Fahrzeug mit hoch-geklappter Karosserie. Die (immer wiedermal nötigen) Wartungsarbeiten werdendadurch enorm erleichtert.


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Abb. 3: Der Innenraum

Die Karosserie ist vorne mit einer Achse mitdem Fahrgestell verbunden (siehe Abb. 5).

Abb. 5: Verbindung Karosserie - Fahrgestell

Die Achse führt durch die beiden BS30 mitLoch, welche die Karosserie halten, und dieunteren Nuten der beiden BS7,5, welche mitder Vorderseite des Fahrgestells verbundensind.Abb. 6 zeigt nochmals die ganze Karosserievon unten. Weil ich anfänglich einenschwächeren Akku verwendet habe, habeich alles sehr leicht gebaut.

Abb. 4: Die Karosserie ist hochgeklappt

ft:pedia Modell

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Abb. 6: Karosserie Unterseite

Der Motor treibt über eine kurze Kette dieAntriebswelle an, welche die Kraft aufbeide Differentiale überträgt (Abb. 7). Derzur Dekoration montierte Schalthebel istsinnigerweise direkt vornedran.

Abb. 7: Antrieb

Ein Wort zum Akku: Um kleine und leichteModelle zu bauen, verwende ich nun einenzweizelligen (2S) LiPo-Akku. Die Nenn-spannung ist 7,4 V, voll aufgeladen gibt eretwa 8,4 V ab und speichert 800 mAh.

Antrieb und LenkungDie folgende Abbildung zeigt das Fahr-gestell von unten mit den beiden Differen-tialgetrieben und der Lenkung.

Abb. 8: Unterseite

Die Abbildungen 9 und 10 zeigen dieDetails der Lenkung und der Vorderrad-aufhängung.

Abb. 9: Lenkung


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Die Lenkung mit der Handkurbel aus denuralten fischertechnik-Kästen sieht etwasimprovisiert aus, sie funktioniert aber rechtgut und spricht schnell an. (Mit dem Servoginge es natürlich ebenso gut, aber meinServo funktioniert nicht mehr einwandfrei.)

Abb. 10: Vorderradaufhängung

Weil die roten Gelenke unter Last immeretwas nachgeben, habe ich am äußerenBS15 einen kleinen Winkelstein ange-bracht. Dadurch ergibt sich ein erwünschterRadsturz (das Rad steht leicht schief). UnterLast oder nach einigen Kollisionen mitMöbeln gleicht sich das wieder aus.

PendelachseUm Hindernisse gut zu überwinden, ist dieHinterachse als sogenannte Pendelachseausgeführt, d. h. sie ist um die Antriebs-welle drehbar gelagert (siehe dazu auchverschiedene interessante Modelle imBilderpool). Abb. 11 zeigt den starkenNiveauausgleich:

Abb. 11: Pendelachse

Die Abbildungen 12 bis 14 zeigen dieLagerung der Pendelachse (von unten)sowie die ausgebaute Pendelachse.

Abb. 12: Pendelachse Lager hinten

Abb. 13: Pendelachse Lager vorne

Abb. 14: Pendelachse ausgebaut

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FazitDank dem Allradantrieb bewegt sich dasAuto recht flink über Boden und Teppichehinweg. Ebenso überwindet es Hindernissemit einigem Anlauf gut. Die Lenkungtendiert aber zum Einsteuern bei Hinder-nissen. Hier wäre eine Lenkung mit derSchneckenmutter (oder eben dem Servo)robuster.

Weil ich über keinen Powermotor verfüge,habe ich bisher keine Tests bezüglich derSteigfähigkeit gemacht. Auch habe ich esweder im Sandkasten noch im Schlammgetestet. Für derartige harte Einsätze sinddie neueren Reifen mit dem guten Profilsicher besser geeignet.

Quellen[1] Wikipedia: Jeep

[2] Wikimedia: Jeep Willys MB 1945(Foto: Pahu)

Abb. 15: Einsatz bei Nacht

https://de.wikipedia.org/wiki/Jeephttps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jeepwillys.jpg


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Grundlagen

Elektrische Uhren

Rüdiger RiedelSowohl in der ft:pedia als auch im Bilderpool der ft:community gibt es großartige und perfektfunktionierende Uhren. Viele davon sind auch noch ausgesprochen dekorativ. Mit diesenVorbildern möchten sich die Uhren dieses Beitrags nicht messen – hier geht es umFunktionsmodelle für einige ganz besondere Uhrenvarianten. Alltagstauglich sind die Modelleüberwiegend nicht; sie sollen in erster Linie das Funktionsprinzip veranschaulichen.

Am einfachsten macht man eine Uhr „elek-trisch“, indem der mechanische Energie-speicher (Federwerk oder Gewichtsantrieb)durch einen Elektromotor ersetzt oder er-gänzt wird. Die früheren Autouhren hattenbeispielsweise ein Federwerk mit geringerGangreserve (ca. eine Minute bei einerVDO-Uhr), das bei Entlastung durch einenElektromagneten wieder gespannt wurde.Bevor ich loslege, vorab noch ein Hinweiszu den unterschiedlichen Definitionen derSchwingungsdauer in Uhrmacherkreisenund in der Physik: Für einen Uhrmacher istdas die Zeit vom einen (z. B. linken) Maxi-malausschlag zum anderen (z. B. rechten)Maximalausschlag eines Pendels oder einerUnruh. In der Physik ist das nur die halbeSchwingungsdauer, hier kommt die Rück-kehr zum Ausgangspunkt hinzu. Das„Sekundenpendel“ (eines Uhrmachers) hatalso eine physikalische Frequenz von 0,5Hz, und entsprechend eine (physikalische)Schwingungsdauer von zwei Sekunden.

Der DrehmomentgeberFür meine Modelle habe ich folgendeAntriebsvariante gewählt: Die Nutzung desDrehmomentes eines E-Motors aus demStillstand heraus. Damit der Motor nichtelektrisch überlastet wird (XS-Motor mitGetriebe), habe ich ein Glühbirnchen vor-geschaltet (9 V, 100 mA, Nr. 37869).Schaltet man nun den Motor ein und hält die

Getriebeachse fest, spürt man das Drehmo-ment, und gleichzeitig leuchtet das Birn-chen hell. Lässt man die Getriebeachse los,läuft der Motor und das Birnchen wirddunkler.

Abb. 1: „Wallingford-Hemmung“ von ThomasPüttmann

Nicht ratsam ist es, z. B. bei der Waag-balken-Hemmung in Abb. 1, 2 die Motor-Getriebeachse direkt mit der Antriebsachsezu verbinden. Die Hemmung dreht dasRäderwerk immer auch ein Stück rück-wärts, wodurch Stöße auf die Getriebeachseund die Zahnräder erfolgen würden.

Ausprobiert habe ich eine Rutschkupplungaus einer Seiltrommel 15 (31016), in dievon einer Seite zur Hälfte die Antriebsachseund von der anderen Seite zur Hälfte dieAbtriebsachse ragen (Abb. 4), sowie eineFlexkupplung aus einem Stück Silikon-

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Pneumatikschlauch und zwei Pneumatik-T-Stücken (31642), siehe Abb. 2.

Ist die Rutschkupplung gut eingestellt, dannüberträgt sie das Drehmoment sehr gleich-mäßig. Die flexible Kupplung in Abb. 2wirkt dagegen stoßweise: Wenn der Motorarbeitet, verdrillt sich der Schlauch etwas,bis das Gegenmoment den Motor zumStillstand zwingt. Der Waagbalken arbeitetweiter, wenn auch ungleichmäßig, dasVerdrillungsmoment wird aufgebraucht bisder Motor wieder anläuft. Der Betrieb istvergleichbar mit der oben erwähnten Auto-uhr, nur braucht das An-Aus des Motorshier keinen Schaltkontakt.

Abb. 2: Drehmoment-Antrieb

Für die Hemmung (engl. escapement) inAbb. 1 hat Thomas Püttmann Winkelsteinebenutzt. Die Einstellung der Stifträder dazuist etwas knifflig. Einfacher ist eine Hem-mung aus einem BS15 und einer Bauplatte30x45 wie in Abb. 2.

Schwingen und UmschlingenEin ungewöhnliches Uhrenkonzept, dasFlying Pendulum (fliegendes Pendel), habeich vor vielen Jahren bei einem Uhrmacherals sein Meisterstück bewundert. Es ist auchals Spielzeug bekannt, z. B. als Slingerdingoder Slinger Machine. Das Video einesfischertechnik-Modells davon findet man

unter [4]. Hierfür eignet sich der Drehmo-ment-Antrieb ebenfalls; zweckmäßig ist dieRutschkupplung.

Abb. 3: Flying Pendulum (youtube)

Ebenso wie der Waagbalken hat dasFliegende Pendel keine Eigenfrequenz, derZeitablauf hängt entscheidend von demAntriebsmoment ab. Der XS-Motor mit U-Getriebe läuft gut mit etwa 6 V Spannung.

Abb. 4: Das fliegende Pendel

In Abb. 4 seht ihr eine vereinfachte Vari-ante: Das Seil wird herumgeschwenkt,windet sich um eine der beiden Stangen,windet sich zurück und wird zur anderenStange geschwenkt. Für eine vollständigeUmdrehung braucht der Antriebsstab etwazehn Sekunden.

In Abb. 3 erfolgt eine zusätzliche Um-schlingung an den beiden herabhängendenStabstücken.


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Die QuarzuhrDas VorbildDie meisten preisgünstigen Quarzuhrennutzen die Frequenz eines Quarzkristallsvon 32768 Hz. Diese wird von Frequenz-teilern 16-mal halbiert, sodass eine Fre-quenz von 0,5 Hz entsteht. In der Endstufewird diese Frequenz so umgeformt, dass derSynchronmotor von einem positiven undeinem negativen Impuls angetrieben wird.Dabei wird ein Lavet-Motor eingesetzt,benannt nach dem französischen Erfinder,dem Ingenieur Marius Lavet (1894-1980).Näher betrachtet habe ich eine einfacheWanduhr für wenige Euro.

Abb. 5: Uhrwerk

Die Batterie in Abb. 5 ist entnommen, siebefindet sich sonst im Fach unten. Mit derschwarzen Rändel links werden die Zeigereingestellt. Das weiße Räderwerk schim-mert durch, ebenso der Antriebsmotor mitseiner großen Kupferspule.

Nach Öffnen der Rückwand und Entfernendes Räderwerkes wird der Antriebsmotorsichtbar. Die Pole sind so geformt, dass derRotor stromlos zwei stabile Positioneneinnimmt, in Abb. 6 ist die zweite Positionhineinkopiert. Ein magnetischer Pol desRotors ist markiert. Erhält die Spule einenpositiven Impuls, springt der Rotor in dieeine Position, erhält sie einen negativenImpuls, dreht der Rotor sich um 180° in dieandere Position.

Abb. 6: Der Lavet-Motor mit zweiverschiedenen Rotorpositionen

Die Drehrichtung ist rechts, sie ist durch dieForm der Stator-Pole vorgegeben, wodurchder Rotor stromlos um etwa 30° gegen dieSymmetrieachse gedreht ist.

Abb. 7: Hinter dem Antriebsmagneten befindetsich auf der Rückseite die Elektronik

Der Rotor ist in Abb. 7 herausgenommenund oben links zu sehen. Im rechten Teil derAbbildung sieht man die Platine und er-kennt den Zylinder, der den Quarz enthält,und links daneben den schwarzen Fleck,unter dem sich die Elektronik verbirgt.

Abb. 8: Der Quarz

Das zeitbestimmende Element ist einQuarzkristall, wegen seiner besonderen

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Form Stimmgabel-Quarz genannt. Durchdiese Form kann er bei kleinen Abmes-sungen mit der relativ niedrigen Frequenzvon 32768 Hz schwingen. Die Schwingun-gen werden von der Elektronik angeregtund vom Quarz stabil gehalten. Die Elek-tronik enthält die Frequenzteiler.Die Endstufe liefert auf einen positivenImpuls nach einer Sekunde einen negativenund nach einer weiteren Sekunde wiedereinen positiven Impuls. Nach jedem Impulshat der Rotor sich um 180° gedreht. DasRäderwerk macht daraus durch Unterset-zung um den Faktor 30 den Sekunden-Antrieb und weiter den Minuten- und denStunden-Antrieb.

Das Quarzuhr-ModellWir beginnen mit der Konstruktion desLavet-Motors.

Abb. 9: Lavet-Motor im Modell

Er besteht aus einem Elektromagneten (Nr.32363 oder 31324), einer Schnecke M1(35977) mit Rastadapter (36227) und darineinem Neodym-Magneten mit 4 mmDurchmesser und 10 mm Länge. Das Ganzewird sehr leichtgängig gelagert in zwei S-Kupplungen 15 (38253) und mit einemKlemmring gegen Verschieben gesichert.Zu der Achse 30 im Vordergrund kommenwir gleich.Zur besseren Darstellung habe ich in denAbb. 10 bis 12 zwei der Stabmagneten ein-gesetzt, die eine Gesamtlänge von 20 mmhaben.

Abb. 10: Stromlos richtet sich derStabmagnet waagerecht aus.

Schieben wir nun eine Achse 30 in dieKlemmhülse 7,5 ein (35980), wird sich derStabmagnet in der stromlosen Positionetwas verdrehen (Abb. 11).

Abb. 11: Ausgangsposition des Rotors

Wird jetzt der Elektromagnet eingeschaltet,dreht sich der Stabmagnet bei richtigerPolung der Spannung um den großenWinkel nach rechts und verharrt nachAbschaltung in der nur scheinbar gleichenPosition wie vorher, aber jetzt sind Nord-und Südpol des Stabmagneten vertauscht.Polt man die Spannung am Elektromag-neten um, erfolgt die nächste Halbdrehungdes Stabmagneten usw.


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Abb. 12: Stromlose Position des Stabmagneten

Abb. 13 zeigt nochmal den betriebsbereitenMotor mit dem kleinen Stabmagneten. ZurFunktionsprobe schaltet man einen Um-schalter zwischen Batterie bzw. Netzgerätund E-Magnet. Auch beim raschen Um-schalten soll der Rotor saubere Drehungenvollführen; die günstigste Stellung derAchse 30 wird durch Versuche ermittelt.

Abb. 13: Der Lavet-Motor ist betriebsbereit

Nun brauchen wir noch das zeitbestim-mende Element, den Stimmgabel-“Quarz“.

Abb. 14: Die Stimmgabel

Wie Abb. 14 zeigt, kämmen zwei Z30 in-einander, so dass die beiden Arme gemein-sam nach innen oder nach außen schwingenkönnen. Als federndes Element erhalten diebeiden I-Streben 120 je einen Stabmagnetenam Ende, mit Riegelscheiben gesichert undso gepolt, dass sie sich abstoßen.

Die Streben sind mit Statik-Adapterlaschen(31674) an je einem Winkelträger 15 (miteinem Zapfen) befestigt. Über einen BS5,einen BS7,5 und einen Strebenadapter(31848) wird das Ganze in eines der dreiLöcher am Umfang des Z30 eingeklinkt. Dader Strebenadapter nicht satt aufliegt, habeich je eine Scheibe (105195) auf die Achseunter den Winkelträger gelegt; eine kleineUnterlegscheibe tut es auch. Das Ganze istauf drei U-Trägern 150 (32854) aufgebaut.

Oben rechts in Abb. 14 sieht man den ver-schiebbaren Reedkontakt (36120 oder36783), unten rechts den ebenfalls ver-schiebbaren Elektromagneten (31324 oder32363, wahrscheinlich geht auch der Topf-magnet). Rechts am E-Magneten befindetsich ein Stabmagnet in einer Klemmhülse7,5. Er ist so gepolt, dass er den schwin-genden Arm abstößt und so die anziehendeWirkung des Eisenkerns vom E-Magnetenaufhebt.Die Schwingungs-Anregung der „Stimm-gabel“ kann wie bei den Gleichstrommoto-ren in [2] erfolgen. Ich habe hier den BTSmart Controller (161944) mit dem Pro-gramm von Abb. 15 und mit dem Reed-Kontakt an I1 sowie dem Magneten an M1benutzt (nach offizieller Auskunft vonfischertechnik, Herrn Haizmann, ist dasohne weitere Maßnahmen zulässig). Ein-stellung M1 auf V = 3, damit wird eineSchwingfrequenz von etwa 3 Hz erreicht.Die Polung des E-Magneten ist so einge-stellt, dass er den Schwingarm abstößt.

Abb. 15: Schwingungs-Anregung

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Wenn wir jetzt noch den Lavet-Motor ein-binden, haben wir die Grundbausteine der„Quarz-“ Uhr zusammen. Dazu wird der E-Magnet des Lavet-Motors an M2 ange-schlossen und das Programm entsprechendAbb. 16 erweitert. Mit zwei Schneckenge-trieben können wir die Drehzahl am ein-fachsten herabsetzen, also z. B. 10:1 • 10:1= 100:1. Damit erreichen wir grob 30Sekunden für eine Umdrehung; für einenSekundenzeiger müssen wir noch einmalhalbieren.

Abb. 16: Betrieb der „Quarz“-Uhr

Statt die Drehzahl zu halbieren können wirauch die Frequenz durch zwei teilen. Dasgeht leicht mit ROBO Pro Light, wie Abb.17 zeigt. Es wird einfach ein Schwingtakteingefügt ohne den Motor anzusteuern.

Abb. 17: Frequenzteilung

Oben rechts in Abb. 18 ist die Antriebs-achse zu sehen mit der Schnecke M1 undRastadapter sowie darin dem Neodym-Magneten.

Abb. 18: Lavet-Motor mit Sekundenzeiger

Die Schnecke treibt eine Rastachse 30 mitKegelzahnrad Z10 (35061) und daran eineRastschnecke (35072), die ein Z10 mit dersenkrechten Sekundenachse antreibt. Allesmuss sehr leichtgängig montiert werden.

Elektromechanische Uhr mitUnruhmotorUnruhmotorVorbild des folgenden Funktionsmodellssind die elektromechanischen Uhren der1960er und ‘70ger Jahre, z. B. von derFirma Junghans. Eine sehr schöne Seite mitdiesen Uhren und deren ausführlicher Funk-tionsbeschreibung von Hartmut Wynenfindet sich in [3].

Abb. 19: Elektrisch angetriebene Unruh

Die vergrößerte und aus zwei Scheibenbestehende Unruh in Abb. 19 trägt Dauer-magnete, die bei der Schwingung über eineSpule geführt werden. Die dabei induzierteSpannung wird von einem Transistor


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verstärkt und setzt den zweiten Teil derSpule so unter Strom, dass die Schwingungangefacht wird. Über das Schaltrad mitSperrklinke (hier nicht zu sehen) wird dieSchwingung in die Drehbewegung umge-setzt, die dann mit dem üblichen Räderwerkdie Zeiger antreibt.

Die fischertechnik-UnruhEine funktionsfähige Unruh mit Hemmungwurde in [1] vorgestellt.Als rückstellendes Element stelle ich hierein Magnetsystem vor, das die sonst üblicheSpiralfeder ersetzt. Diese Unruh kann zueinem Antriebselement erweitert werden.

Abb. 20: Links die Unruh mit magnetischerRückstellung, rechts der Lavet-Motor

Statt Schaltrad mit Sperrklinke verwendeich den magnetisch angetriebenen Lavet-Motor, denn das wechselnde Magnetfeldmuss nicht von einem geschalteten E-Mag-neten kommen, es kann auch durch schwin-gende Dauermagnete erzeugt werden.

Abb. 21: Unruhmotor in Betrieb

Die Unruh besteht aus einem Speichenrad(19317 oder 36916). Hinten in Abb. 22sieht man die „Federmagnete“, es sind vierStück, die von Klemmhülsen 7,5 gehaltenwerden. Die wiederum stecken oben undunten in zwei BS7,5, die auf je eine Speichegeschoben und durch einen Klemmringgesichert werden. Die Magnete werden überden Rand des Speichenrades geschoben,dadurch ist sicherer Halt gewährleistet. Diebeiden oberen Magnetpole sind gleichausgerichtet, die beiden unteren mitumgekehrter Polung ebenfalls.

Abb. 22: Die Unruh

Vorne in Abb. 22 sieht man die Magnete fürden Lavet-Motor-Antrieb. Zunächst werdenzwei gegensätzlich gepolte Magnete inKlemmhülsen in einen BS7,5 gesteckt.Dieser wird senkrecht auf die Speichegeschoben und hinten von einem Klemm-ring gesichert. Um den Polabstand zu ver-größern, werden zwei weitere Magnete aufdie ersten gesetzt und durch Klemmhülsenund BS7,5 gesichert.

Abb. 23: Einbauplatz der Unruh

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Die Unruh wird in der rechten Bohrung desBS15 in Abb. 23 gelagert. Hinten sieht manzwei Magnete, die genauso gepolt sind wiedie „Federmagnete“ der Unruh. Gehaltenwerden sie von einer Klemmhülse in einemWinkelstein (38423), einem BS5 und einemBaustein 5 15x30 (35049).

Abb. 24: Unruh eingebaut

Der Elektromagnet (31324) sitzt verschieb-bar auf einem Baustein 5 15x30. Er ist sogepolt, dass er den Unruh-Magneten abstößtsobald er vom Reed-Kontakt eingeschaltetwird. Zum Schutz des Reed-Kontaktesgegen Überspannungen ist ein Widerstandvon 220 ς parallel zum Elektromagnetengeschaltet [2]. Alternativ kann die Schwin-gungs-Anregung wie weiter oben beschrie-ben vom BT Smart Controller erfolgen,dann entfällt der Widerstand.

Abb. 25: Umwandlung der Schwingung in eineDrehbewegung

Wie beim Quarzuhr-Modell besteht derLavet-Motor aus einer Schnecke M1(35977) mit Rastadapter (36227) und darin

einem Neodym-Magneten. Die Achse 30zur Einstellung der magnetischen Grund-position des Läufers ist hier parallel dichtam Lager angeordnet.

Abb. 26: Rückseite des Lavet-Motors

Die Schnecke M1 treibt eine Rastachse 30mit Kegelzahnrad Z10 (35061) und daraneine Rastschnecke (35072), die wiederumein Z10 mit der senkrechten Sekundenachseantreibt. Alles muss wieder sehr leicht-gängig montiert werden.

JustierungDie Abstimmung zwischen saubererSchwingung der Unruh und ordentlichemArbeiten des Lavet-Motors ist etwas kniff-lig. Deshalb habe ich den Motor auch kom-plett auf einer eigenen Platte aufgebaut; sokann der Abstand zur Unruh in kleinenSchritten angepasst werden.

Zunächst muss aber die Unruh ans Schwin-gen gebracht werden. Dazu benutze ich eineSpannung von etwa 8 V. Wechselweisewerden E-Magnet und Reed-Kontakt ver-schoben, bis die Unruh heftig mit ungefähr3 Hz schwingt. Bringt man jetzt den Magnetdes Lavet-Motors in die Nähe der Unruh-Antriebsmagneten, wird deren Schwingunggedämpft. Bei zu großer Annäherung bleibtsie stehen, bei zu großem Abstand pendeltder Motor ohne sich zu drehen. Das Modellin den obigen Abbildungen hat eineSchwingfrequenz von annähernd 1,7 Hz, sodass durch die Untersetzung 100:1 derSekundenzeiger 50 bis 60 Sekunden füreine Umdrehung braucht.


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SynchronuhrIn der ft:community und in der ft:pediawurden bereits zahlreiche, wunderschöneSynchronuhren vorgestellt, angetriebenvom 50 Hz-Netz. Allen gemeinsam ist dieNotwendigkeit, den Motor von Handanzuwerfen.

Abb. 27: Selbst anlaufender Synchronmotor

Hier stelle ich das Grundprinzip einer selbstanlaufenden Synchronuhr vor. Entschei-dend für die Funktion ist das sehr geringeTrägheitsmoment des Motors, der wie derLavet-Motor (s. o.) aus einer Schnecke M1mit Rastadapter und darin einem Neodym-Magneten besteht sowie einem Elektro-magneten. Statt der Achse 30 wird hier einlose aufgehängter Stabmagnet aus zweiEinzelmagneten in einer Gelenkwürfel-Klaue (31436) verwendet, mit einerKlemmhülse gegen Herunterfallen ge-sichert, siehe den Pfeil in Abb. 27. NachAnschluss an 6 bis 10 V Wechselspannung(z. B. von dem alten fischertechnik-Trans-formator 814 (30173) mit dem seitlichenWechselspannungsausgang) beginnt derRotor zu schwingen und durch Kopplungmit dem losen Magneten kommt es zuchaotischen Ausschlägen, die den Rotorrasch auf die Synchrondrehzahl „springen“lassen. Wegen der beiden Pole des Rotors(Polpaarzahl ist eins) beträgt die Drehzahl3000 U/min. Mit einer vierstufigen Unter-setzung (dreimal Schnecke zu Z10, einmal1:3, ergibt 3000:1) beträgt die Drehzahl amgrauen Zeiger eine Umdrehung pro Minute.

Leider ist die Drehrichtung dabei nichtfestgelegt, sondern zufallsbedingt. Deswe-gen benötigen wir einen mechanischenGleichrichter, der hier aus der Zahnrad-wippe mit den beiden roten Rast-Z20besteht. Je nach Drehrichtung des Rast-Z10greift das rechte oder das linke Z20 in dasZ30 ein, siehe Abb. 28.

Abb. 28: Zahnradwippe

Im linken Teil der Abbildung dreht sichvorne das Rast-Z10 links herum und drücktso das obere Z20 an das Z30. Im rechtenTeil dreht sich das Rast-Z10 rechts herumund drückt das untere Z20 an das Z30,welches sich auf diese Weise immer rechtsherum dreht (siehe auch [7]). Diese Art der„Gleichrichtung“ wurde auch kurzzeitig inden mechanischen Automatik-Uhren ge-nutzt [5], durchgesetzt haben sich aber dieSperrklinken in verschiedenster Form, einBeispiel findet sich in [6].

Magnetische Gleichrichtung derDrehrichtungWie wir bei der elektrischen Unruh gesehenhaben, dreht der Lavet-Motor immer in diegleiche Richtung, unabhängig davon, woherdas antreibende Magnetfeld kommt. Daskönnen wir uns auch hier zunutze machen.Zunächst wird die Drehzahl des Synchron-motors links in Abb. 29 zweimal 10:1untersetzt auf 30 Umdrehungen pro Minute.Damit wird eine Rastachse 30 mitKegelzahnrad Z10 (35061) und eine damitverbundene Rastaufnahmeachse 22,5(130593) und daran ein BS5 angetrieben.

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Abb. 29: Magnetische Gleichrichtung

In dem Baustein befinden sich zwei Stab-magneten in gegenüber liegenden Bohrun-gen, mit gegensätzlicher Polung. Seitlichdavon ist der Lavet-Motor angeordnet mitRastadapter, Stabmagneten und SchneckeM1. Dieser „sieht“ bei Drehung des BS5 einwechselndes Magnetfeld und dreht sichseinerseits mit der konstruktiv festgelegtenDrehrichtung. Diese bestimmt wieder eineAchse 30, befestigt mit zwei Klemm-buchsen in einem BS7,5 und dieser aufeinem BS5 15x30. Die Drehrichtung istdadurch links, auf den Magneten blickend.Die Drehzahl des Lavet-Motors beträgtwieder 30 U/min und wird 10:1 und 3:1untersetzt. Somit dreht sich das Z30 ingenau einer Minute einmal um seine Achse.

Abb. 30: Synchronmotor mit Lavet-Motor

In Abb. 30 ist die Kombination aus Syn-chronmotor und Lavet-Motor aus eineranderen Perspektive zu sehen.Beim Nachbau des Modells muss daraufgeachtet werden, dass alle Schnecke-Zahnrad- und die Zahnrad-Zahnrad-Über-setzungen genügend Luft haben und sehrleichtgängig sind.

Eine besondere Eigenschaft hat die Kon-struktion: Der Synchronmotor ist erstaun-lich laut! Und das liegt nicht an dem rap-pelnden Stabmagneten daneben.

Quellen[1] Dirk Fox, Thomas Püttmann:

Technikgeschichte mit fischertechnik.dpunkt-Verlag, 2015, Seite 63.

[2] Rüdiger Riedel: Funktionsmodellevon Gleich- und Wechselstrom-motoren. ft:pedia 4/2016, S. 52-58.

[3] Hartmut Wynen: Junghans ATO-MatW794.

[4] Video: Slinger machine van fischer-technik, een model van WaltherEigeman.

[5] Gisbert L. Brunner: Die moderneETA-Automatik ... und wasdahintersteckt.

[6] John Davis: The Seiko Diver's 200Meter SKX779.

[7] Thomas Püttmann: Handaufzug-Me-chanismus. ft:pedia 4/2012, S. 22-23.

http://www.ftpedia.de/http://www.hwynen.de/jgh-w794.htmlhttp://www.hwynen.de/jgh-w794.htmlhttps://www.youtube.com/watch?v=mJZCVB06DI8https://www.youtube.com/watch?v=mJZCVB06DI8https://www.youtube.com/watch?v=mJZCVB06DI8https://www.stetefeld-design.de/eta/eta2.htmhttps://www.stetefeld-design.de/eta/eta2.htmhttps://www.stetefeld-design.de/eta/eta2.htmhttp://thepurists.com/watch/features/8ohms/7s26/http://thepurists.com/watch/features/8ohms/7s26/http://www.ftpedia.de/


34

Computing

Das Universal-Interface am LPT-Port

Helmut JawtuschWer noch ein Universal-Interface sein eigen nennt (und über einen PC mit Parallelportverfügt), kann ihm ohne große Klimmzüge sogar unter den aktuellen Windows-Betriebs-systemen neues Leben einhauchen…

Viele fischertechnik-Freunde besitzen nochPCs mit einem echten LPT-Port (Parallel-port). Lässt sich damit noch das alte Univer-sal-Interface (Abb. 1) von fischertechnikauch unter Windows 7 oder Windows 10nutzen? Kann man dann vielleicht sogar denalten fischertechnik-Plotter damit betrei-ben?

Abb. 1: Universal-Interface mit LPT-Anschluss

Die Antwort auf beide Fragen lautet: Ja, esgeht. Man benötigt dazu die folgendenTreiber:

∂ winrt.sys V.3.5.1.2 (6.3.2001) und

∂ umFish.dll V. 1.3.5.12 (5.6.2001)

Beide Treiber können im Download-Bereich der ft:Community im Paketumfish.zip heruntergeladen werden.Die Installation des LPT-Treibers isteinfach:

∂ WinRT.SYS kopieren in das VerzeichnisWindows\System32\Driver

∂ Eintrag in die Registry durch Doppel-klick auf WinRTSYS.REG

∂ Booten

Abb. 2: fischertechnik-Plotter, gesteuert vomUniversal-Interface

Um die Sache interessanter zu machen habeich auf der Basis von umFish.dll denTreiber umfishcount.dll entwickelt, derbereits den Kontrollblock enthält undzusätzlich die folgenden Befehle zurVerfügung stellt:

∂ GetCounter(Nr) bei Verwendung derEingänge 1 bis 4 als Countereingänge; jenach Drehrichtung wird vor oder zurückgezählt;

∂ xStepperV, xStepperZ, yStepperV,yStepperZ zum Betrieb der großenSchrittmotoren des Plotters; ein Para-meter ermöglicht die Anpassung dernötigen Pausen an die Geschwindigkeitdes PCs, um eine gleichmäßige undzügige Bewegung der Schrittmotoren zuerreichen.

http://www.ftcommunity.de/ftComputingFinis/download.htmhttp://www.ftcommunity.de/ftComputingFinis/download.htm

ft:pedia Computing

35

Die übrigen Basis-Befehle sind:∂ OpenInterface(BYTEARRAY

Portname)

∂ CloseInterface()

∂ GetInput(DWORD InputNr)

∂ GetInputs()

∂ ClearMotors()

∂ SetMotors(DWORD MotorStatus)

∂ SetLamp(DWORD LampNr, DWORDOnOff)

∂ SetMotor(DWORD MotorNr, DWORDDirection)

∂ GetAnalog(DWORD AnalogNr)

Da umFish.dll den Master-Slave-Betriebunterstützt, stehen mit einem zweitenParallelinterface weitere vier Motoraus-gänge und zusätzliche acht Tastereingängezur Verfügung. Dann ist auch die Ansteue-rung des Magneten für den Plotter-Stiftmöglich.Außerdem habe ich eine Wrapper-Dateisowie eine Java-Bibliothek entwickelt, sodass auch der Betrieb des UniversalInterfaces unter Java möglich ist.Ich habe kleine Testprogramme in Java undmit Terrapin Logo geschrieben und warerstaunt, wie flott sich der Plotterstiftbewegt. Den Treiber umfishcount.dllund die Beispielprogramme habe ich eben-falls im Download-Bereich der ft:Commu-nity zur Verfügung gestellt.

Ich habe die Implementierung unter Win-dows 7 und Windows 10 (32 bit) getestet.Wer ein 64-bit-System hat, muss auf einerPartition ein 32-bit-System installieren. Miteinem Bootmanager kann man dann einesder Betriebssysteme wählen. Den TreiberWinRT.SYS gibt es leider nur in einer 32-Bit-Version. Bei einigen Windows-Syste-men sind für Java-Programme noch die Sys-temdateien msjava.dll und msvcr110d.dll(in system32) erforderlich, die man aberkostenlos im Netz herunterladen kann. Ich

habe in einen neueren PC (ohne LPT-Port)die Karte Longshine LCS-6320 PCI Exp-ress mit Parallel-Port (Preis: 11 €) einge-setzt und auf einer Partition Windows XP(32-bit) installiert. Nur die Treibersuchewar etwas mühsam. Vor dem Aufruf vonWinRTSYS.reg habe ich in dieser Registrie-rungsdatei in der Zeile „IoPortAddress“=dword:378 die Adresse 378 in die aktuellePortadresse (E050) geändert, die im Geräte-Manager angezeigt wird.

Wegen der 5V/3,3V Problematik verweiseich auf [2]. Dort wird erklärt, wie man durchden Einbau eines 47 kOhm-Widerstandeserreicht, dass das Universal-Interface auchan neueren Parallelports funktioniert, diedie 3,3V-Technik verwenden. Ich habe denWiderstand unten an der Platine angelötet,da dies dort mit einem normalen Lötkolbeneinfacher ist (Abb. 3).

Abb. 3: Einlöten des Widerstands

Zwei Anmerkungen zum Schluss:Die Robo Connect Box (USB-zu-Interface-Adapter) ermöglicht zwar den Anschlusseines Universal-Interfaces, aber sie unter-stützt nicht den Master-Slave-Betrieb.Außerdem ist die Übertragungsgeschwin-digkeit für die Steuerung der Schritt-motoren zu gering. Auch der Einsatz einesUSB-LPT-Adapters ist nicht geeignet, dadies die Geschwindigkeit stark reduziert.

Quellen[1] Helmut Jawtusch: Der alte fischer-

technik-Plotter mit neuen Treibern.ft:pedia 3/2017, S. 53-56.

[2] Ulrich Keller: fischertechnik-Computing-Ecke. NachtHackersHomepage.

https://www.ftcommunity.de/downloads.php?kategorie=Softwarehttp://www.ftpedia.de/http://www.nachthacker.de/FischertechnikComputingEcke.htmlhttp://www.nachthacker.de/FischertechnikComputingEcke.html


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Computing

V. I. P. – Ein I²C-nach-Computing-Interface-Umsetzer (Teil 3)

René TrappInterface-Technik: Die Eingänge, deren Abfrage und ein Wachhund.

Im letzten Teil der Reihe ging es um denLeistungsteil, also die Stromversorgungund die Motorendstufen mitsamt Ansteue-rung [54]. Diesmal kommen die diversenEingänge dran. Und den Wachhundbesuchen wir auch in seiner Hütte. KeineSorge, der will nur spielen, nicht beißen.

Die SchaltereingängeDie Schaltereingänge sind bei allen Inter-faces identisch aufgebaut. Dieser Schal-tungsteil wurde nie verändert – wenn manmal von den ergänzenden LEDs der CVK-Versionen absieht. Die Eingänge E1…E8für die Schalter sind mit jeweils einemWiderstand von 1 kς nach GND geschaltet.Ein offener Eingang wird als ‚0‘ erkannt.Gibt es eine leitende Verbindung zwischeneinem Eingang und der 5 V-Sammelschiene„COM“, wird dieser Eingang als ‚1‘erkannt. Dabei fließt ein Strom von 5 mAdurch die Verbindung über den jeweiligenWiderstand nach GND.

Nun ist bei den Interfaces 30565 und 30567im weiteren Signalpfad zum Computernoch ein Inverter vorhanden. Speziell beidiesen Interfaces wird der offene Eingangals ‚1‘ gelesen, der geschlossene Schalterdagegen als ‚0‘.

Ist anstelle eines Schalters beispielsweiseein Fototransistor angeschlossen, so wirdder Wechsel von ‚0‘ und ‚1‘ irgendwozwischen 30 % und 70 % der Betriebs-spannung stattfinden. Genau lässt sich das

nicht vorhersagen, da die Schaltschwellendes Schieberegisters nicht auf einen der-artigen Analogbetrieb optimiert sind [55].

Abb. 25: Beschaltung der Schaltereingänge

Im Gegensatz zu den vollmundigen Aus-sagen in der Begleit-Literatur, z. B. [56],sind die Eingänge allerdings nicht gegeneine Überspannung oberhalb 5V geschützt.Es ist zwar richtig, dass ICs aus der CMOS-Familie 4000 (IC2) im Betriebsspannungs-bereich von 3 V bis 15 V arbeiten und dahermit 9 V an einem Eingang durchauszurechtkommen können. Trotzdem werdenSchäden auftreten, wenn die Eingangs-spannung die Betriebsspannung um mehrals 0,5 V übersteigt (siehe AbsoluteMaximum Ratings im Datenblatt des 4014

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[55]). Um den Mechanismus zu verstehen,muss man sich die Schutzschaltungen derICs gegen statische Aufladung anschauen.In CMOS-ICs sind MOSFETs enthalten.Diese reagieren sehr empfindlich aufSpannungen über 20 V zwischen ihrenGate- und Source-Anschlüssen. Es kommtbei Überspannung zur Zerstörung der Isola-tionsschicht zwischen Gate und dem Kanal.Daher sind überall entsprechende Schutz-strukturen an den Außenanschlüssen derICs angebracht. Abb. 26 zeigt das Prinzip.Tritt am Anschluss „In“ eine Spannung überder Betriebsspannung VDD auf, so werdendie beiden oberen Dioden leitend. DieDiode hinter dem Widerstand wird wenigerStrom führen als ihre Schwester davor. Istdie Spannung niedriger als das Potential anVSS, übernehmen die beiden unterenDioden die gegengleiche Aufgabe. DieAbleitung statischer Elektrizität gelingt soohne besondere Maßnahmen und erleichtertdie Handhabung der ICs. VSS ist übrigensim Interface mit GND identisch.

Abb. 26: CMOS-Schutzschaltung [57]

Handelt es sich bei der Überspannungs-quelle aber um ein leistungsfähiges Netz-teil, so wird über diese Schutzstruktur einStrom vom Eingang „In“ zur VDD-Leitungabfließen. Im Interface ist diese mit demSpannungsregler 7805 verbunden und führt5 V. Der Spannungsregler ist nicht dafürgebaut, eine zu hohe Spannung am Ausgangzu reduzieren. Die Spannung auf der 5 V-

Versorgung wird also durch diesen Strom ineinen Eingang „hochgehoben“. Nunvertragen die verwendeten ICs zwar eineBetriebsspannung bis zu 15 V, aber derfließende hohe Dauerstrom zerstörtzuverlässig die Schutzdiode im 4014. DerEingang wird dauerhaft auf ‚1‘ zurück-gelesen.

Weiterhin sind alle Ausgänge zum Compu-ter nun ebenfalls überversorgt und geben als‚1‘ ihre volle, und in diesem Fall überhöhte,Betriebsspannung an den Computer ab. DieICs im Computer vertragen das keinesfallsund der Computer nimmt Schaden.Der schädliche Effekt auf den angeschlos-senen Computer ist der gleiche, wenn ver-sehentlich COM mit der Netzteilspannungverbunden wird.Durch eine derartige „Misshandlung“ kannauch der 7805 Schaden leiden und seineRegelfunktion für die 5 V verlieren. Meistkommt dann dauerhaft die volle Netz-teilspannung auf die 5 V-Versorgung. Auchhier wird der angeschlossene Computerbeschädigt.

Bei der Verkabelung jedes Modells istdaher immer besonders sorgfältig zuarbeiten.Bei den CVK-Versionen sind für die Schal-tereingänge noch LEDs zur Statusanzeigevorgesehen. Um die an den Eingängenangeschlossenen Schalter bzw. ent-sprechende Elektronik nicht anders zubelasten als ohne LEDs, sind eigeneTreiberstufen dafür vorgesehen (Abb. 27).

Jede LED wird von einem Gatterausgangangesteuert. Sie leuchtet, wenn der Eingangper Schalter mit der Sammelschiene COMverbunden ist. Vorwiderstände sindentbehrlich, da der jeweilige Gatterausgangnur einen begrenzten Strom abgibt. LautDatenblatt darf er 12 mA nicht über-schreiten [58], [59].


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Abb. 27: LEDs für die Schaltereingänge

Das Schieberegister für dieSchalterDas IC2 vom Typ 4014 setzt ein paralleleingelesenes Datenwort (ein Byte,D7…D0) in einen seriellen Datenstrom um.Es ist damit das Gegenstück zu IC4, dem4094 der Motorsteuerung.In Teil 1 haben wir schon gesehen, dass fürdiese Übertragung lediglich die 3 LeitungenCLOCK, DATA-IN und LOAD-IN benö-tigt werden. Die Schaltung zeigt Abb. 28.

Abb. 28: Schieberegister 4014 für dieSchaltereingänge

Im Handbuch zum 67319 [32] (und in denanderen Handbüchern auch) ist der serielleAblauf wie folgt angegeben:

Abb. 29: Serielles Protokoll derSchaltereingänge [32]

Im Ruhezustand liegen CLOCK auf ‚1‘,LOAD-IN auf ‚0‘ und der Pegel an DATA-IN ist im Ruhezustand uninteressant.Die Übertragung beginnt mit einer fallen-den Flanke auf CLOCK. Bereits kurz zuvor,zeitgleich oder unmittelbar danach wirdLOAD-IN auf ‚1‘ geschaltet. Mit dernächsten steigenden Flanke an CLOCKwird das parallele Datenwort von den Ein-gängen P1 bis P8 ins Schieberegister über-nommen. Die Pegel von P6…P8 stehenunmittelbar an den Ausgängen Q6 bis Q8an. Die IC-Ausgänge Q6 und Q7 werden imInterface nicht benutzt. LOAD-IN wird nunwieder auf ‚0‘ gesetzt um die gewünschteSchiebefunktion zu erhalten. Das Einlesendes Bits von DATA-IN in den Computerrundet die Aktion ab.Der Zyklus aus fallender Flanke aufCLOCK, steigender Flanke auf CLOCKund rücklesen eines Bits auf DATA-INwiederholt sich für jedes weitere Bit.Ist das letzte Bit abgeholt, wurde das Bytezum Computer übertragen.Es ergibt sich der Impulszug gemäßAbb. 30:

Abb. 30: Schöneres Protokoll derSchaltereingänge

Diese Sequenz ist ein kleines bisschenanders als die Sequenz aus dem Handbuch(dort sind nämlich 9 Taktimpulse für dengleichen Ablauf dargestellt), entspricht aberden Anforderungen des 4014 [55].Der Eingang DATA-IN* wird mit demAusgang DATA-IN eines eventuell ange-schlossenen Slave-Interfaces verbunden.

LOAD-IN wird zeitgleich an alle Slavesverteilt. Daher übernehmen alle Eingängeder Slave-Kette auch gleichzeitig die anlie-genden Pegel. Auf diese Art ist sicher-gestellt, dass alle Eingangspegel vom exaktgleichen Abtastzeitpunkt stammen.

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Bei den Interfaces 30565 und 30567 istzusätzlich noch ein Inverter in die Daten-leitung geschaltet. Die Schalterzustände ‚1‘und ‚0‘ sind daher beim Auslesenvertauscht. Im Kapitel über die Analog-eingänge wird auf diese Eigenheit nähereingegangen.

Schieberegister im Slave-BetriebWie das mit der seriellen Kommunikationim Slave-Betrieb funktioniert, hat DirkUffmann in der ft:pedia 2/2014 ausführlichdargestellt [4]. Der interessierte Leser seidaher auf diese Publikation verwiesen.

Auf den Hund gekommenHeutzutage als Watchdog, früher auch alsTotmann-Schaltung bezeichnet, ist es dieAufgabe dieses Schaltungsteils, unkontrol-liert laufende Motoren abzuschalten.

Ohne den Watchdog wäre es möglich, einenSchaltbefehl an die Motoren zu senden, dasProgramm zu beenden und die Motoren aufdiese Art einfach weiterlaufen zu lassen, bisirgendetwas an einen Anschlag fährt,Getriebe überlastet werden oder sonstigeunerwünschten Dinge passieren. AuchProgrammabstürze werden so abgefangen.

Es gibt heutzutage sehr hochentwickelteMöglichkeiten, zu erkennen, ob einProgrammzugriff eine gezielte Aktiondarstellt. Der damaligen einfachen Technikangemessen wird lediglich die generelleAktivität auf der Taktleitung CLOCK über-wacht. Läuft das Programm ordnungs-gemäß, werden die Schieberegister regel-mäßig bedient. Läuft das Programm nicht,bleiben auch die Taktimpulse für dieSchieberegister aus, so die Überlegung.Die Schaltung des Watchdog, Abb. 31,sieht zunächst unübersichtlich aus, ist aberdoch recht einfach zu verstehen. IC6A, eineHälfte eines MC3456, entspricht demNE556 und noch ganz vielen weiteren ICs,die alle unter dem Oberbegriff 556 zusam-mengefasst werden können. Der 556 ist

nichts anderes als zwei der legendärenTimer 555 in einem Gehäuse [60]. DieGeschichte der Entwicklung dieses Schalt-kreises und noch einiges mehr ist vomDesigner selbst in seinem Buch beschrieben[61]. Zurück zur Schaltung.

Abb. 31: Watchdog

Zunächst entspricht die Kernschaltung ausIC6A, C3 und R22 der bekannten Schaltungder monostabilen Kippstufe des 555. ImRuhezustand liegt der Ausgang Q auf ‚0‘;LED1 ist aus. Am Eingang TR (TRigger)liegt eine Spannung oberhalb 1/3 derBetriebsspannung, da über R19 dieserKnoten an 5 V liegt. Am Eingang THR(THRreshold) liegen nahezu 0 V an, derAusgang DIS (DIScharge) ist nach GNDdurchgeschaltet und hält den KondensatorC3 entladen. Das Flipflop im IC ist zurück-gesetzt und die Leitung CLOCK liegt auf‚1‘. Beide Seiten von C8 sind daher auf 5 Vgelegt, dieser Kondensator ist entladen.Ebenso liegt die Leitung disable WD auf ‚1‘und gibt das Flipflop frei.


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C12 entkoppelt den internen Referenz-knoten und hat keine weitere Funktion.

R30 simuliert eine ‚1‘ auf CLOCK, wennkein Computer angeschlossen ist.

C8 überträgt nun jede Flanke auf CLOCKan den Eingang TR. Mit der ersten fallendenFlanke fällt die Spannung am Eingang TR(Trigger) unter 1/3 der Betriebsspannungund das Flipflop in IC6A wird gesetzt. DerAusgang DIS wird hochohmig und C3 wirdüber R22 aufgeladen. Gleichzeitig schaltetder Ausgang Q auf ‚1‘, LED1 leuchtet unddie Motoren werden freigegeben.

Passiert nun nichts weiter, erreicht dieSpannung am Kondensator C3, und damitauch am Eingang THR, nach etwa 1/2 s dieSchaltschwelle bei etwa 2/3 der Betriebs-spannung. Dadurch wird das Flipflopwieder in den Ruhezustand zurückversetzt,LED1 verlischt und die Motorausgängeschalten ab. DIS schaltet wieder durch undentlädt C3.Über Transistor T12 jedoch entlädt jedefallende Flanke von CLOCK auch denKondensator C3 und die Zeit bis zumErreichen der THR-Schwelle verlängertsich entsprechend.

Der Fachmann spricht hier von einem‚retriggerbaren Monoflop‘.

Liegt die Leitung disable WD auf ‚0‘, wirdunverzüglich das Flipflop in den Ruhe-zustand zurückgesetzt, LED1 verlöscht unddie Motoren werden abgeschaltet.

Abb. 32 zeigt prinzipiell den Ablauf.

Abb. 32: Watchdog-Signale

Ohne C8 würde eine dauerhafte ‚0‘ anCLOCK direkt auf TR wirken und denWatchdog unmittelbar nach Ablauf der Zeitsofort wieder starten. Ein Programmabsturz

kann solch einen statischen Zustand durch-aus bewirken. C8 wird sich in dem Fallinnerhalb einer sehr kurzen Zeit aufladen,so dass am Eingang TR die ‚1‘ anliegtobwohl CLOCK (noch) auf ‚0‘ steht. Sowird verhindert, dass eine Dauer-‚0‘ aufCLOCK die Motoren weiterlaufen lässt.In Abb. 33 ist dieses Verhalten skizziert,allerdings sind die Zeiten nicht maßstäblichdargestellt.

Abb. 33: Watchdog bei CLOCK = ‚0‘

Auch der Watchdog ist bei allen Interfacesgleich aufgebaut und wurde nie verändert.Es gibt allerdings in der Umbauanleitungdes Herrn Merkert einen Hinweis auf eineÄnderung an C8 [14]. Demnach könnte eseinige Exemplare der Interfaces mit C8 =1 nF anstelle 4,7 nF geben.Auf eine Besonderheit sei hier noch hin-gewiesen: Wird von der Schutzschaltungder diskreten Endstufen ein verbotenerZustand erkannt, so wird der Watchdogüber die Leitung disable WD sofort aus-gelöst. enable Motors geht daraufhin auf ‚0‘und sperrt die Motorausgänge. Dadurchverschwindet aber auch der verboteneZustand und die Schutzschaltung gibt denWD wieder frei. Die nächste fallendeFlanke auf CLOCK startet den Watchdog,die Motorausgänge werden wieder frei-geben, haben aber noch den verbotenenZustand gespeichert, die Schutzschaltungschaltet den Watchdog und damit dieMotorausgänge sofort wieder ab. JedesMal, wenn die Ausgänge des 4094 nieder-ohmig werden, schalten auch die diskretenMotorendstufen auf Kurzschluss und es gibteine Stromspitze, die so lange dauert, bisder Watchdog erneut auf die Not-abschaltung reagiert.

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Dieses Spiel wiederholt sich mit jederfallenden Flanke auf CLOCK, bis ein neuesBitmuster ohne verbotenen Zustand in IC4gespeichert wird. Der Watchdog kann dannallerdings erst mit der nächsten fallendenCLOCK-Flanke erneut starten und dieMotoren endlich freigeben.

Die AnalogeingängeWenn man mal vom Interface für den Apple(30563) absieht, wird auch für die Abfrageder Potis an den Analogeingängen EX undEY jeweils eine Hälfte eines 556 in derbeschriebenen monostabilen Applikationverwendet. Die Schaltung darf diesmalallerdings ein bisschen einfacher sein.

Im Handbuch zum 67319 ist diese Über-sicht für die Signale der analogen Eingängeangegeben:

Abb. 34: Analoge Eingabe [32]

Man sieht in Abb. 34 schon, dass es dreiunterschiedliche Verfahren gibt, dieverschiedenen Computern zugeordnetwerden. Dabei ist die Liste der Computeretwas zu kurz und ältere Modelle wie derAcorn B sind gar nicht mehr aufgeführt.Außerdem verwenden einige Commodore-Modelle das Schema „Drucker“.

30563Fangen wir mal mit dem 30563 für denApple II an. Beim Apple II sind dieMonoflops schon im Computer integriert,und so sind im Interface 30563 nur die Zeit-glieder vorhanden, an die die Potisangeschlossen sind. Die Knoten POTI_Xund POTI_Y sind direkt mit dem Innen-leben des Apple verbunden.

Der Ablauf ist an sich der gleiche wie mitdem 556, aber im Computer selbst ver-

borgen. Das entsprechende Steuer-programm wird daher diese internen I/O-Anschlüsse bedienen, um die Widerstands-werte zu ermitteln.

Gibt es eine Überspannung auf einen derEingänge EX oder EY, kann aus dem Appleganz schnell ein Bratapfel werden.

Abb. 35: Analogeingänge bei Apple II

30561Beim nächsten Interface, dem 30561 für dieCommodore CBM 4xxx / CBM 8xxx undvermutlich auch den VC20, und auch allenweiteren Interfaces kommt IC7 hinzu. Auchhier ist es eine Hälfte eines 556 in derApplikation als monostabile Kippstufe. DieFunktion beider Kanäle für EX und EY istgleich, so dass anhand EX die Funktionerklärt wird, siehe Abb. 36.

Abb. 36: Analogeingang-Prinzip

Von der Beschreibung des Watchdog ist dieFunktion eines monostabilen Multivibratorsbereits bekannt, hier sind allerdings keineZusätze für den Retrigger oder die Sperregegen Dauer-‚0‘ auf der LeitungTRIGGER-X nötig. Daher ist die Schaltungauf das nötige Minimum reduziert.C14 puffert den internen Referenzknoten.


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Am Eingang TRIGGER-X liegt im Ruhe-zustand eine ‚1‘, Der Ausgang PULSE liegtauf ‚0‘ und der Kondensator C6 wird viaDIS entladen. Durch R16 und dasangeschlossene Poti fließt ein Strom von biszu 10 mA.

Das Computerprogramm zieht nun gezieltund für einige wenige Mikrosekunden denEingang TRIGGER-X auf ‚0‘. Dies wiede-rum löst das Monoflop aus, der AusgangPULSE geht auf ‚1‘, DIS wird hochohmig(das entspricht einem geöffneten Schalter)und C6 wird über R16 plus das Poti auf-geladen. Dabei bestimmt der Widerstanddes Potis zusammen mit R16 die Zeitdauer,bis die Spannung am Pin THR die kritischeSchwelle erreicht und das Monoflopablaufen lässt. PULSE geht wieder auf ‚0‘und der Kondensator wird über DIS wiederentladen. Das Computerprogramm misstdie Zeitdauer während der PULSE auf ‚1‘liegt. Der Startzeitpunkt liegt dabei in derHand des Programmierers.

Für drei ausgewählte Potistellungenergeben sich diese typischen Zeitdauern:

Poti-Widerstand

/ kΩ

Pulsdauer/ µs

0 240

2,5 1530

5 2820

Tab. 5: Typische Impulsdauern 30561

Bedingt durch Bauteiltoleranzen weichendie tatsächlich erzeugten Pulslängen vonden angegebenen Werten ab.

Ist an EX nichts angeschlossen, fließt keinLadestrom zu C6. Lediglich die Leckströmeaus IC7B laden C6 sehr langsam auf und dererzeugte Impuls dauert extrem lange. Daherwird in der Anleitung empfohlen,unbenutzte Analogeingänge immer miteiner Drahtbrücke (oder zumindest einem

Widerstand nicht höher als 5 kΩ) mit COMzu verbinden.

Für das Poti an EY gibt es eine identischeSchaltung mit der zweiten Hälfte von IC7.Um nun aber nicht für jedes Poti eineneigenen Impulseingang am Computer zubelegen, teilen sich die beiden Monoflopseine gemeinsame Rückleitung. Diekomplette Schaltung ist in Abb. 37 dar-gestellt.Die Sammelleitung zum Computer hat jenach Unterlagen unterschiedliche Namen.MMV_PULSES wird einheitlich für dieweiteren Beschreibungen verwendet.

Abb. 37: Beide Analogeingänge

Weil die Ausgänge Q des verwendeten 556sowohl ‚0‘ als auch ‚1‘ niederohmigtreiben, kommt es bei unterschiedlichenAusgangspegeln zu einem Kurzschluss. Derwird dadurch vermieden, dass jeweils eineDiode (D22, D23) in Reihe zum Ausgangliegt. Dadurch kann nur eine ‚1‘ vom jewei-ligen Ausgang Q aktiv zur Sammelschienegereicht werden. Liegt der Ausgang auf ‚0‘

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ist er von der Sammelschiene entkoppelt.Liegen alle Ausgänge Q auf ‚0‘ sorgt R11dafür, dass die SammelschieneMMV_PULSES ebenfalls die ‚0‘ führt.

Diese Schaltung der Ausgänge auf dieSammelschiene gemäß Abb. 38 nennt sichWired-OR.

Abb. 38: Wired-OR

Die dazu gehörende logische Verknüpfungist in Tab. 6 aufgeführt.

Alternativ kann natürlich auch ein ‚echtes‘OR-Gatter Verwendung finden; in denInterfaces mit diskreten Motorendstufen istdie Sammelschiene mittels eines 4071entsprechend gebaut.

A B Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Tab. 6: OR-Kombinatorik

Es dürfte sofort klar sein, dass durch dieOR-Verknüpfung immer nur ein Monoflopaktiv sein kann. Über den Programmablaufist jedoch ebenso klar definiert welches derbeiden Monoflops ausgelöst wurde undgerade die Pulsdauer bestimmt.

30564Die nächste Erweiterung kommt mit demInterface 30564 für den Acorn B. Die nochfreie Hälfte des IC6, IC6B, ist als Rechteck-

Oszillator verschaltet, Abb. 39. DieseSchaltung wird auch als astabile Kippstufebezeichnet.

Abb. 39: Astabile Kippstufe

C11 puffert den internen Referenzknoten anCV (Control Voltage).Mit einer ‚0‘ auf der LeitungMMV_PULSES wird der Oszillator überden Eingang R (Reset) angehalten. DerAusgang Q liegt auf ‚0‘ und Ausgang DISentlädt den Kondensator C7 über R12 nachGND. Beide Eingänge TR und THR liegendamit unterhalb der Schaltschwelle bei 1/3der Betriebsspannung.Sobald MMV_PULSES auf ‚1‘ springt, istder Oszillator freigegeben. Weil TR unterder Schaltschwelle liegt, springt das Flip-flop im 556 um; Q geht auf ‚1‘, DIS wirdhochohmig, C7 lädt sich über die Reihen-schaltung R12 und R17 auf. Erreicht dieSpannung über C7, und damit der Steuer-eingang THR, 2/3 der Betriebsspannung,schaltet das Flipflop zurück. Q geht auf ‚0‘,DIS schaltet wieder auf GND durch, und C7entlädt sich, allerdings nur über R12. Unter-schreitet die Spannung die Schaltschwellevon TR, beginnt der Zyklus erneut. Dieerzeugten Impulse stoppen sofort, wennMMV_PULSES wieder auf ‚0‘ wechselt.


44

Wegen des Schaltverhaltens ist der ersteerzeugte Impuls etwas länger. Nominal liegtdie Frequenz der abgegebenen Impulse beietwa 85 kHz, ist aber von den Bauteil-toleranzen abhängig. Abb. 40 skizziert dieAbläufe in der Schaltung.

Abb. 40: Astabile Kippstufe Spannungsverläufe

Abhängig von der Zeitdauer des ‚1‘-Impul-ses auf MMV_PULSES werden nun unter-schiedlich viele Taktimpulse auf derLeitung COUNT-IN2 abgegeben. DasComputerprogramm, eventuell unterstütztvon einem Hardware-Zähler, muss nunnicht die Zeitdauer der Impulse ausmessen,sondern es zählt die Anzahl der ankommen-den Taktimpulse. Je höher der Widerstands-wert des Potis ist, umso mehr Taktimpulsewerden erzeugt. Tabelle Tab. 7 zeigttypische Werte, die wegen der Bauteil-toleranzen allerdings auch abweichenkönnen.

Poti-Widerstand

/ kΩ

Impuls-anzahl

0 20

2,5 130

5 240

Tab. 7: Typische Impulsanzahlen

Je nach benutztem Dokument wird der Aus-gang COUNT-IN2 auch als COUNT_INoder Z2 bezeichnet. Die Funktion ist jeweilsidentisch.

30562Beim Interface 30562 sind alle dieseSchaltungsteile auch vorhanden, es funktio-niert also prinzipiell wie das Interface fürden Acorn B. Zusätzlich ist allerdings nocheine Baugruppe vorhanden, die die erzeug-ten Zählimpulse Z2 über ein AND-Gatter

und einen Transistor invertiert weiterreicht.Abb. 41 zeigt die Schaltung.

Abb. 41: Erzeugung Z1

Liegt an einem der Eingänge von IC3A,LOAD-IN oder Z2, eine ‚0‘ so ist auch amAusgang des Gatters eine ‚0‘ zu sehen undder Transistor sperrt. Z1 wird durch R18 zur‚1‘ hochgezogen. Nur wenn LOAD-IN auf‚1‘ liegt, kommen die Zählimpulse auf Z2auch zum Ausgang des Gatters durch.Immer wenn an Z2 eine ‚1‘ liegt, ist Z1 auf‚0‘ und umgekehrt. Der Transistor machtaus dem AND-Gatter ein NAND-Gatter.Die entsprechenden Tabellen wurden schonin Teil 2 der Reihe vorgestellt (Tab. 3,Tab. 4) [54].Es ist nicht unbedingt die feine Art, dieBasis des Transistors direkt mit dem Gatter-ausgang anzusteuern, weil dann ein sehrhoher Basisstrom fließt. Der Kollektor-strom wird normalerweise durch R18 aufeinen geringeren Wert begrenzt, und einderart hoher Basisstrom erscheint völligunnötig.Der Sinn und Zweck dieser Schaltung liegtim Dunkeln. Gemäß den Handbüchern wirdLOAD-IN nur zu Beginn des seriellenTransfers kurz auf ‚1‘ gelegt und steht sonstimmer auf ‚0‘. Wegen dieser ‚0‘ kommenallerdings keine Impulse auf Z1 durch, diePotistellungen können so nicht erfasstwerden. Eventuell wird bei den Program-men der Commodore-Computer LOAD-INhier gezielt manipuliert um die Impulse zumComputer sperren zu können.

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