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Donnerstag, 28. Juli 2016

Fahrstuhlturm für den großen Gründerzeit-Schwibbogen 2017

Was in diesem Jahr nicht geworden ist, soll im kommenden Jahr aber wieder werden - der Bau eines großen Gründerzeit-Schwibbogens mit allem Drum und Dran.

Da ich mich in den letzten Monaten intensiv mit dem Fahrstuhlturm beschäftig habe, war es nun naheliegend den Turm für den nächsten großen Schwibbogen auch gleich mit durchzuziehen. Die Steuerelektronik ist nun fertig. Wie man sieht, ist es nicht die Standardleiterplatte der normalen Fahrstuhltürme. Der Schwibbogen wird wieder einen eingebauten Computer bekommen. Daher konnte ich an der Motorsteuerung den Zeitgeber einsparen. Dafür ist ein Seriell-parallel-Wandler hinzugekommen.

Warum ein Seriell-parallel-Wandler? Der Computer hat nur eine begrenzte Anzahl an steuerbaren Ausgängen. Die Anzahl an Lichtern wird aber immer größer. Im großen Gründerzeit-Schwibbogen vom Nussknackermuseum habe ich die Lichter in sinnvolle Gruppen zusammengelegt, damit ich mit den zur Verfügung stehenden Computerausgängen auskomme. Bei dem neuen Schwibbogen möchte ich diesen Kompromiss nicht mehr eingehen. Mit dem Seriell-parallel-Wandler benötige ich nur drei Ausgänge und kann beliebig viele Lichter anschließen und einzeln ansteuern. Ein großer Vorteil! Schon bei dem Turm wird es mehr Lichter geben als bei dem Standardturm. Die Treiber für alle Lichter des Fahrstuhlturmes sind auch mit auf der Steuerplatine untergebracht.

Die Leiterplatte sieht zwar nicht so professionell aus aber sie funktioniert. Für einen einmaligen Aufbau lohnt sich keine richtige Leiterplatte, da muss es die gute alte Uni-Platine machen.



In den nächsten Tagen wird der ganze Fahrstuhlturm fertig sein. Bilder folgen dann sofort.

Donnerstag, 15. Oktober 2015

Schaustück für die Fischerbaude

Ein neues Schaustück 

für das Hotel "Fischerbaude" in Holzhau


Auf dem Berge in Holzhau sollte noch in diesem Monat ein schöner neuer Gründerzeit-Schwibbogen zu sehen sein. Leider war etwas wenig Zeit diesen Bogen auch wirklich fertig zu stellen, aber sehen Sie selbst:

















Der nächste Versuch wird besser, versprochen!

Dienstag, 3. März 2015

Verstärker und Einbau der Technik

Aufbau des großen Gründerzeit-Schwibbogens, Teil 6



 

Es hat nun eine Weile gedauert, bis ich mich mit dem nächsten Bericht melde. Aber es ist auch viel geworden. Neben der Tontechnik sind nun auch schon der Computer und die Dimmer-Schaltungen fertig aufgebaut und eingebaut.

Der Schwibbogen-Unterbau ist schon ganz schön voll. Aber es ist noch nicht alles drin, was rein muss.





 Aber beginnen wir mit dem Verstärkerbaustein. Einen Verstärker neu zu entwerfen wäre ein wenig übertrieben. Der ist schon tausendmal entwickelt worden und wartet nur darauf nachgebaut zu werden. So habe ich es auch gemacht. Bei reichelt.de habe ich einen 7W-Verstärker-Bausatz (K4001) gefunden für 12V Betriebsspannung und passende 8W-Lautsprecher (VIS FRS 7-4). Beides natürlich zweimal für Stereo. Der Aufbau des Verstärkerbausatzes war sehr einfach und geht mit der Anleitung ohne Schwierigkeiten. Der Aufbau der Schaltung ist auch sehr simpel. Der eigentliche Verstärker ist komplett in einem Leistungstransistorgehäuse untergebracht. Ein wenig Außenbeschaltung dazu und die Betriebsspannung noch einmal geglättet und fertig ist der Verstärker. Zusätzlich braucht man eigentlich nur noch einen Einstellwiderstand als Spannungsteiler für den Toneingang. Den braucht man wirklich, sonst zerreißt der 7W-Verstärker den 8W-Lautsprecher. Viel zu laut! Da fallen einem die Ohren ab.

Auf- und eingebaut sehen die beiden Verstärker so aus:




Eine böse Überraschung gab es beim Anschluss der Verstärker an den Computer dann doch noch. Vom Ton war nicht viel zu hören, nur lautes Brummen. Was war da los? Zuvor habe ich den Tonausgang immer mit Kopfhörern oder PC-Boxen getestet. Problemlos! Die Verstärker im Versuchsaufbau haben auch funktioniert. Alles zusammen im Schwibbogen eingebaut funktionierte nicht. Was nun? Nach einer Stunde der Suche bin ich dahinter gekommen. Der Ton-Ausgang des Computers ist ein schwebender Ausgang, d.h., er liegt nicht auf Masse. Beim Versuchsaufbau hatte ich Computer und Verstärker an zwei verschiedenen Netzteilen angeschlossen. Nun im eingebauten Zustand hingen beide Komponenten an dem gleichen Netzteil und hatten die gleiche Masse. Irgendwo kommt es da zur Rückkopplung und zum Schwingen. Einige Versuche mit unterschiedlichen Eingangswiderständen Masseschlusskondensatoren usw. waren erfolglos. Die einfachste und schnellste Lösung ist ein separates Netzteil für die Verstärker.




Deshalb sind hier nun auch zwei Trafos zu sehen. Der größere für die Licht- und Computertechnik und der kleinere für die Verstärker.

Noch eine kleine Unannehmlichkeit sollte an dieser Stelle nicht verschwiegen werden. Der Computer schaltet bei nicht verwenden des Tonausganges diesen kurz. Die Eingänge der Verstärker sind daher auch kurzgeschlossen und die Lautsprecher völlig ruhig. Wird der Ton-Ausgang genutzt, dann wird er vom Computer deutlich hörbar zugeschaltet. Das ist eine unangenehme Eigenschaft des Raspberry-Computers, die man in vielen Foren im Internet nachlesen kann. Es gibt zwar eine Softwarelösung, die den Ton-Ausgang ständig aktiv hält, aber dann stört mich der zweite Effekt meiner Tontechnik. Ein leichtes Rauschen ist im Hintergrund immer zu hören. Das ist bedingt, durch die einfache und nicht abgeschirmte Technik und die Nähe zu dem hochfrequenten Computer. Mit einigem Mehraufwand könnte man das sicherlich in den Griff bekommen, aber den treibe ich hier nicht. Für meine Zwecke reicht das so, wie es ist. Man kann natürlich auch sagen, mit Technik um 1900 ging es eben nicht besser. Eine gute Ausrede war schon immer Gold wert!

Die Lautsprecher habe ich rechts und links in die Schubkästen eingebaut. Ein kleines Bedienpult hat auch noch Platz gefunden.

Da ich einmal so schön in Schwung war, habe ich auch gleich noch die acht Dimmer-Platinen eingebaut und verdrahtet. Drei Schritte waren dazu nötig. Zum Ersten brauchen alle Platinen einen 12V-Anschluß, zum Zweiten ein Eingangssignal und zum Dritten müssen die Ausgangssignale angeschlossen werden. Die Eingänge der Platinen sind alle zu der Klemmleiste über dem Computer geführt und die Ausgänge für die oberen Aufbauten des Schwibbogens habe ich auf Schnittstellenplatinen geführt.





 
 Diese sind im Moment noch lose am oberen Rand zu sehen. Die Platinen werden später von unten an die Grundplatte des Schwibbogens geschraubt. Der dunkelbraune Stecker mit der Kabelverbindung führt zu den Dimmer-Platinen. Oberer Schwibbogen-Aufbau und Schwibbogen-Unterbau können über diesen Stecker getrennt werden. Die vielen kleinen Stecker sind schon für die vielen LEDs des Schwibbogens ausgezählt. Für jede LED gibt es einen Stecker. Damit kann ich später auch den Schwibbogen-Aufbau zerlegen, ohne löten zu müssen.

Ganz wichtig bei solch einem Aufbau ist die Dokumentation und die Beschriftung der Verbindungen und Leitungen. Der Mehraufwand spart später viel Zeit.







Nun ist es an der Zeit, die obere Platte vorzubereiten. Viele Bohrungen müssen gesetzt werden, aber wohin. Um das zu entscheiden, muss ich zunächst die Säulen und den Fahrstuhlturm herstellen. Die Teile kann ich dann auf der Platte anordnen und die Bohrungen festlegen. 

zum Teil 7, Aufbau des Fahrstuhlturmes


Zu den Holzbausätzen im Shop

 


Samstag, 14. Februar 2015

Und nun ein wenig Schaltungstechnik

aber ganz einfach, versprochen!

Aufbau des großen Gründerzeit-Schwibbogens, Teil 5


 

Ein paar Lichteffekte müssen schon sein. Licht ein und ausschalten kann schließlich jeder.  Auch hier gilt wieder: "Viele Wege führen nach Rom". Ich beschreibe hier nur, wie ich es aufgebaut habe, ohne eine Bewertung, ob es besser, schlechter, teurer, billiger oder auch ganz anders gehen würde.

Die ersten LEDs sind ja schon eingebaut und ich habe im vorigen Kapitel schon angedeutet, dass die Beleuchtung langsam und in gewissen Abständen ein und ausgeschaltet werden soll. Dazu ist ein wenig Elektronik erforderlich. Ich habe mir über die Weihnachtsfeiertage eine kleine Schaltung entworfen, die ich vielfach in diesem Schwibbogen einsetzen werde. Sie ist wirklich ganz einfach und wer schon mal ein wenig mit Elektronik zu tun hatte, kann sie ohne Weiteres nachbauen.

Zunächst aber ein paar Gedanken zu dem Gesamtkonzept. Viele Bereiche des Schwibbogens sollen effektvoll beleuchtet werden. Dabei soll aber nicht einfach alles Licht an oder aus sein, sondern es soll ein Programm ablaufen. Zu dem Programm sollen auch Musik und das gesprochene Wort gehören. Leider machen die Lohnkosten es heut zutage unmöglich, zur Steuerung des Schwibbogens eine diensteifrige Person abzustellen. Daher müssen wir auf allerlei Technik zurückgreifen.

Ich habe mich für dieses Projekt für einen Raspberry-Pi-Minicomputer als Steuereinheit entschieden. Der Raspberry ist ein kompletter Computer im Checkkartenformat. Alles drauf, was man so braucht. CPU, RAM-Speicher, USB, Grafikkarte, Audioanschluss, Netzwerk und vor allem 26 frei belegbare Pins. Das Ganze gibt es für einen Preis von 39 Euro. Eigentlich unschlagbar. Über den Minicomputer selbst werde ich mich hier nicht weiter auslassen. Da gibt es genügend Literatur, die das Gerät beschreibt. Einen Hinweis nur. Das ist ein Computer wie jeder andere, d.h. Betriebssystem (Linux) installieren, Treiber aus dem Internet ziehen, Einrichten des Systems und dann noch ein wenig in alter DOS-Manier programmieren. Das sind die Dinge, die einem bei der Arbeit mit solch einem Minicomputer erwarten. Aber auch da keine Angst, wie gesagt es gibt wirklich gute Literatur darüber.

Was für meinen Schwibbogen interessant ist, sind vor allem die frei belegbaren Pins. Die Pins kann man programmtechnisch als Ein- oder Ausgang definieren. An einen Ausgang kann man eine LED direkt anschließen und betreiben. Das ist für einen Schaltausgang schon beachtlich. 26 Ausgänge, an die ich 26 LEDs hängen kann. Das ist nicht schlecht, aber für den großen Gründerzeit-Schwibbogen viel zu wenig. Zum Zweiten sind es trotz alledem Schaltausgänge an die nicht direkt ein Verbraucher gehört.

Die logische Schlussfolgerung ist ein Hardware-Treiber zwischen den Verbrauchern und der Steuereinheit. Im Grunde sprechen wir von kleinen simplen Verstärkern. Aber wenn man nun einmal Leiterplatten und elektronische Bauteile anfassen  muss, dann kann man auch gleich noch etwas mehr herausholen.

So ist die folgende Schaltung entstanden:






Sieht auch wieder schlimmer aus, als es eigentlich ist. Ich versuche, die Schaltung und ihre Eigenschaften zu erklären. Die Schaltung besteht aus drei Teilen, die durch die senkrechten gestrichelten Linien getrennt sind.

Im linken Teil ist durch den 1K-Widerstand und den Eingangstransistor ein hochohmiger Eingang entstanden. Der Wert wird dabei auf  "hochohmig" gelegt. Hochohmig heißt, dass der Ausgang vom Computer nur wenig belastet wird. In unserem Fall benötigt ein Eingangssignal maximal 3 mA. Ich kann also an einen Ausgang des Raspberry bis zu 6 von diesen Eingängen parallel anschließen. Der Eingang ist aber auch für viele andere Signalgeber gut zu verwenden. Dazu muss man wissen, wo die Schaltpegel liegen. Der Pegel "LOW" ist gegeben, wenn ein Signal kleiner 0,5 V anliegen oder der Eingang offen ist. Der Pegel "HIGHT" ist gegeben, wenn eine Spannung von 2-12 anliegen. Wenn man nur mit einem einfachen Schaltkontakt arbeiten möchte, dann würde dieser Schalter zwischen 12V- und dem Eingang geklemmt werden und die Schaltung würde funktionieren. Der Eingangstransistor negiert das Eingangssignal. Man kann auch sagen, wenn am Eingang ein positives Signal angelegt wird, dann gehen hinten die Lichter aus. 

Im mittleren Teil der Schaltung ist eine Zeitverzögerung eingebaut. Das gegebene Signal vom Eingang muss erst einmal den Kondensator aufladen, bis die Transistorschwellspannung für den Endverstärker erreicht ist und dieser das Signal weiter geben kann. Das braucht Zeit! Die Ladezeit wird immer durch die Kombination von Widerstand und Kondensator bestimmt. Der Kondensator ist klar, da gibt es nur einen. Der Widerstand wird hier durch ein ganzes Widerstandsnetzwerk gebildet. Das ist notwendig, weil auch bestimmte Spannungswerte an bestimmten Stellen benötigt werden. Vereinfacht kann man sagen, dass die Widerstände R2, R8 und R7 für die Aufladezeit verantwortlich sind und die Widerstände R3, R9 und R7 für die Endladezeit. R7 kommt in beiden Ladezeiten vor. Deshalb habe ich diesen zu einem Einstellwiderstand gemacht. Damit kann die Ladezeit in gewissen Bereichen eingestellt werden. Soll die Schaltzeit grob verstellt werden, dann muss man mit dem Kondensator experimentieren. Lässt man den Kondensator ganz weg hat man einen Verstärker ohne Schaltverzögerung.

Im linken Teil der Schaltung kommt nun der eigentliche Verstärker. Das Besondere an ihm ist die eingebaute Strombegrenzung. T4 ist der Endverstärker-Transistor. Ich habe hier den gleichen kleinen Schalttransistor wie bei T1 und T3 verwendet, weil das für meine Leuchtdioden vollkommen ausreichend ist. Wenn man mit der Schaltung Glühlampen betreiben will, kann man diesen ohne Weiteres gegen einen größeren Transistor austauschen. Die Strombegrenzung wird durch den Transistor T1 realisiert. Warum eine Strombegrenzung? LEDs sind eigentlich unverwüstlich, solange man sie strommäßig nicht überlastet. Der wichtigste Parameter einer LED ist der maximale Strom. Ein üblicher Wert für Standard-LEDs ist dabei 20mA. Ich habe die Schaltung für einen Ausgangsstrom von 2-15mA ausgelegt. Wie geschieht das nun. Eigentlich auch ganz einfach. Der Strom, der über die extern angeschlossenen LEDs fließt, fließt auch über die Widerstandskette R1/R5. Die Basisströme der Transistoren vernachlässigen wie dabei einmal. Dieser Strom ruft einen Spannungsabfall über die Widerstände hervor. Wird der Spannungsabfall über R1/R5 größer als 0,7V (die Durchbruchspannung eines Silizium-Halbleiter-Überganges) dann beginnt T1 zu öffnen. Daraus folgt der Kollektor-Emitter-Widerstand von T1 wird geringer und zieht die Basisspannung von T3 gegen Masse. Daraus folgt wiederum, dass der Kollektor-Emitter-Widerstand von T3 größer wird. Ein größerer Widerstand bremst den Strom der durch die LEDs und die Widerstände R1/R5 fließt. Das Ganze nennt man einen Regelkreis. Den Strom stellt man dabei über die Widerstände R1/R5 ein. Dabei kommt die gute alte Widerstandsformel zum Einsatz.

R=U/I (Widerstand = Spannung / Strom)

Die interessante Spannung ist die oben erwähnten 0,7 V der gewünschte Strom geht von 2 -15mA. Daraus ergeben sich Widerstandswerte von 35 Ohm bis 350 Ohm. In der technischen Auslegung habe ich einen Festwiderstand von 39 Ohm und einen Einstellwiderstand von 250 Ohm gewählt. Mit dem Einstellwiderstand kann man nun den gewünschten Strom einstellen und somit die Endhelligkeit der LEDs festlegen.

Haben Sie alles verstanden? Wenn nicht dann noch einmal in ganz einfachen Worten:

Es funktioniert!

Diese Strombegrenzung hat einen weiteren Vorteil. Ich spare mir den sonst unentbehrlichen Vorwiderstand der LED. Der Regelbereich am Ausgang beträgt ungefähr 9V. Das eröffnet mir noch eine weitere Möglichkeit. Eine Standard-LED in Rot oder Gelb hat eine Nennspannung von ungefähr 2V. Das heißt, ich kann von diesen LEDs bis zu vier Stück in Reihe schalten und mit einer dieser Schaltungen betreiben. Weiße und blaue LEDs haben eine Nennspannung von ungefähr 4V. Von diesen könnte man 2 Stück in Reihe schalten.

Ein Hinweis noch zu guter Letzt. LEDs werden nie ohne Vorwiderstand parallel geschaltet. Der Grund ist recht einfach. Halbleiterübergänge sind nie identisch. Kleine Unterschiede können bewirken, dass der ganze Strom über eine LED fließt und damit die eine LED dunkel bleibt und die andere kaputt geht.

Zusammenfassend kann man sagen, dass die hier vorgestellte Schaltung aus einem einfachen Schaltsignal ein gedimmtes Signal macht und die Anzahl der anschließbaren LEDs an den verwendeten Minicomputer um den Faktor 24 erhöht. An jede Schaltung können 4 LEDs angeschlossen werden, von jeder Schaltung können 6 Stück an einen Ausgang des Minicomputers geschalten werden und 26 Ausgänge stehen zur Verfügung. Das ergibt eine maximale Anzahl von 624 LEDs. Aber so viele werden es dann doch nicht werden.

Für die, die sich an einem Nachbau versuchen möchten, noch einige Worte zur technischen Umsetzung. Ich habe die Schaltung auf einer Unileiterplatte mit Leiterstreifen aufgebaut. Dabei habe ich die Bauteile so angeordnet, dass ich die Leiterstreifen nur an einer Stelle (rote Markierung) auftrennen musste. Die folgende Abbildung zeigt den Belegungsplan von der Bauteilseite.




Auf meinen Leiterplatten habe ich immer 6 solcher Schaltungen vereint.




Für die Verbindung zur Außenwelt habe ich Steckkontakte mit eingelötet.




Zur einfachen Bestückung habe ich mir den Belegungsplan gleich auf die Leiterplatte graviert.


Die Leiterbahnen müssen bis auf wenige Ausnahmen (+ und -) zwischen den Schaltungen gekappt werden. Ich habe dazu einen 3mm-Bohrer verwendet.




Noch mal einen Blick auf die Rückseite.

Die Bauteile habe ich von www.reichelt.de bezogen. Da es immer müßig ist alles rauszusuchen hier noch eine Bauteilliste:




Der Text ist länger geworden als gedacht. Ich will hoffen es interessiert doch jemanden und vielleicht wird es ja auch mal nachgebaut.

Zum Schluss noch ein kleines Video um die Schaltung auch mal in Aktion zu sehen. Hier sind 6 von den Schaltungen zusammengeschaltet und jede Schaltung hat vier LEDs. Alle 24 Dioden des Adventskalenders werden mit einem Schaltausgang des Minicomputers bedient. Die Einstellungen der Schaltungen sind so gewählt, dass die mittleren Fächer zu erst angehen und bei voller Beleuchtung heller sind als die äußeren Fächer.




Inzwischen ist nun auch das Material für die Tontechnik eingetroffen. Das wird das Thema für das folgende Kapitel sein.

zu Teil 6, die Tontechnik

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Montag, 2. Februar 2015

Schaustück - Weinkeller

Aufbau des großen Gründerzeit-Schwibbogens, Teil 3

He, es ist ein Weinkeller geworden!

Gleich vorweg. Es gibt diesmal nur Bilder vom fertigen Weinkeller. Er ist frei improvisiert und stückchenweise entstanden. Ein Teil aufgebaut und wieder eingerissen, bis ich schließlich mit dem Ergebnis zufrieden war und er auch die Zensur meiner Frau bestanden hat.


Und hier nun das Ergebnis:



Entstanden ist eine Kammer, wie eine Theaterkulisse. Die Querwände haben den Vorteil, dass die ganze Konstruktion stabiler wird und wenn man von vorn reinschaut, mehr Tiefe erzeugt wird. Zudem kann man für jeden Bereich eine gezielte indirekte Beleuchtung einbauen.



Man genieße auch die Blicke von oben. Später kann man nur noch von vorn reinschauen. 














Im nächsten Bauabschnitt werde ich die bisher entstandenen Bauteile beleuchten und die Gelegenheit nutzen den ersten Teil der Beleuchtungstechnik zu erklären. Da geht es dann frisch und fröhlich in den Bereich des Elektronikbastelns.


zu Teil 4, Lichteinbau und Verdrahtung im Unterbau

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