Magic-Sarah's MoBa-Blog

(Fertig: 12.06.2013) Baubericht: Mini-Box

Hallo zu einem weiteren Baubericht…

Zum Betrieb einer Digitalen Modellbahn benötigt man eine Digital-Zentrale. Auf dem Markt gibt es verschiedene, fertige Produkte, welche durchaus ihre Berechtigung haben, aber eben auch ihren Preis. Da ich jedoch nicht diesen Umfang an Funktionen benötige und auch meinen Geldbeutel schonen will, kommt nur eine Selbstbau-Zentrale in Frage – die Mini-Box.

Nachdem ich gesucht habe, welche Digital-Zentrale zu mir passt, bin ich auf die Mini-Box gestossen. Sie war/ist eine Eigenentwicklung mit dem Ziel, die wichtigsten Punkte aus dem DCC-Protokoll zu verwenden, aber auch eine günstige Lösung zu sein. Mittlerweile gibt es kaum noch Bausätze zu finden, weil sehr viele Anwender doch höhere Ansprüche haben, welche eine Professionellere Zentrale erfordern. Für mich aber reicht der Funktionsumfang und so bin ich nun dabei, meine Mini-Box zu bauen. Da ich früher eine Ausbildung im Bereich der Elektronik habe, kommt mir das hier zu Hilfe, denn ein wenig Ahnung sollte man schon haben. Aber auch für Laien ist es nicht so schwer, wenn man sich an ein paar Regeln hält.

Es hat ein wenig gedauert, bis ich jemand aus dem Fremo gefunden habe, der noch einen Bausatz hat. Daher erst einmal vielen Dank an Adriaan aus den Niederlanden, welcher mir hier geholfen hat.

Hier nun eine Übersicht der Teile, welche in dem Bausatz beilagen. Was leider fehlt, und dafür dieser Beitrag gedacht ist, ist eine Bauanleitung. Letztlich wird meine Ausgangslage durch den Schaltplan gebildet, so das ich anhand diesem den Bau beschrieben möchte. Neben einer Bauanleitung fehlen noch ein paar Kleinteile und Zubehör. Dieses habe ich, nachdem ich mir einen Überblick verschafft habe, bei diversen Elektronikanbietern bestellt. Neben einem Gehäuse war auch eine passenden Tastatur nötige. Leicht war es nicht, ein Gehäuse zu finden und nach einem Fehlkauf habe ich ein größeres besorgt. Das rote Gehäuse ist das zu kleine Gehäuse, man sieht, das die Platine nicht reinpasst. Der Größenvergleich zeigt, dass das schwarze Gehäuse passt. Aber schaut selbst:

Gehaeuse-klein-1
Gehaeuse-klein-2
Gehaeuse-vergleich
Gehause-gross-1
Gehaeuse-gross-2
Gehaeuse-gross-3
Gehaeuse-gross-Bedienteile
Gehaeuse-gross-4

Die Bauanleitung werde ich Schritt-für-Schritt hier zeigen, es werden also einige Bilder zu sehen sein. Bei Besonderheiten werde ich kurz drauf eingehen. Aber fangen wir nun an mit dem berühmten Schritt – dem ersten Schritt.

Vorbereitung – Das Gehäuse:

Bevor es nun losgeht mit der Platine, habe ich das Gehäuse bearbeitet. Wie oben auf dem Bild zusehen ist, möchte ich das Display und die Tastatur auf der oberen Gehäuseschale anbringen. Dazu muss ich zwei Aussparungen machen. Zum einen für das Display selbst, da es von unten angebracht wird. Und zum zweiten brauche ich für das Anschlusskabel der Tastatur einen Durchbruch, um es in das Gehäuse zu führen:

Gehaeuse-oben

Ausserdem brauche ich auch noch Aussparungen für die Anschlüsse wie Loconet und den Stromanschluss. Für den Stromanschluss habe ich mich für einen Stecker entschieden, so das ich ohne weiteres die Minibox später weglegen kann, ohne das ich das Gehäuse aufmachen muss und das Stromkabel abklemmen. Was ich jetzt noch nicht habe, ist der Anschluß für das Progammiergleis, bzw. der Gleisanschluß selbst. Das Programmiergleis kommt später mit einem passenden Stecker und der Gleisanschluss wird ausgelassen, da ich gleich via Loconet über den Spaxbooster gehen werde.

Hier nun das bearbeitete Seitenteil:

Gehaeuse-rueckseite

Das war eine ganz schöne Arbeit, die ich mal wieder in Rosenheim gemacht habe. Bei dem Ausfräsen des Gehäusedeckels und des Seitenteils hatte ich hilfe vom Olaf, der die Fräse bedient hatte. Den letzten Feinschliff gebe ich dem Seitenteil dann später, wenn ich die Platine fertig gelötet habe. Die Ausschnitte werden nach der fertigen Platine ausgerichtet. Dazu weiter unten mehr.

Hier mal eine kleine Stellprobe, wie es später aussehen soll (die Platine ist hier schon getrennt und auf den Abstandshülsen montiert):

vorschau

Schritt 1 – Überprüfen der Bauteile auf Vollständigkeit:

Auch wenn der erste Blick mir zeigte, das alles vorhanden ist, so sollte man denn dennoch schauen, ob wirklich alles da ist. Eine Liste zum Abhaken ist hier von Vorteil. Glücklicherweise habe ich vom Adriaan eine Liste bekommen, welche aus dem Leiterplattenprogramm generiert wurde. Wobei diese alles andere als Übersichtlich ist. Aber als Ausgangsbasis durchaus zu gebrauchen. Also dann mal her mit dem Stift und hier ein Häkchen und dort ein Häkchen *gggg*. Hier nun eine Übersicht über die Bauteile. Das obere Bild zeigt den Bausatz, so wie er geliefert wurde, das untere Bild ist das Material, welches ich noch extra besorgt habe:

Material 1
Material 2

Schritt 2 – Trennen der Leiterplatte:

Die Leiterplatte ist so gestaltet, das die Anzeige, welche auf einer separaten Platine vorgesehen ist, noch mit der großen Platine verbunden ist. Je nach persönlicher Vorliebe kann man diese Leiterplatte der Anzeige so lassen oder aber trennen und entsprechend seinem Gehäuse anbringen. Ich habe mich dazu entschlossen, sie abzutrennen, da ich die Anzeige an meinem Gehäuse oben über der Tastatur haben möchte. Da es bereits eine „Sollbruchstelle“ gibt, ist das Teilen sehr einfach. Einfach, aber vorsichtig abbiegen und damit abbrechen. Hier ein Bild vor der Trennung und ein Bild nach der Trennung:

Platte-1
Platte-2

Schritt 3 – Klein Anfangen:

Okay, die ganze Armee ist vollzählig angetreten, also geht es los mit dem Löten. Anfangen werde ich mit den Widerständen und den Dioden. Warum? Nun, es sind die flachsten Bauteile und diese werden zuerst eingebaut. Zuerst nehme ich mir die Widerstände vor, denn hier müssen wir erst einmal schauen, welcher Widerstand mit welchem Wert wo hin muss.

Für den Laien, der noch nie sich mit Widerständen auseinander gesetzt hat, wird das hier die erste Herausforderung werden – wie lese ich den Wert ab. Wenn wir uns die Widerstände einmal näher anschauen, dann sehen wir farbliche Ringe aufgedruckt. Und hier sehen wir auch den Code, wie wir einen Wert ermitteln können. Da es auch für mich nicht so einfach ist, aus dem Stehgreif die Werte abzulesen, habe ich mir eine Tabelle gemacht, wo ich die Widerstände aufliste:

Wert Ring 1 Ring 2 Ring 3 Toleranz
10 Ohm braun schwarz schwarz gold
12 Ohm braun rot schwarz gold
100 Ohm braun schwarz braun gold
360 Ohm orange blau braun gold
4,7 kOhm gelb violett rot gold
10 kOhm braun schwarz orange gold
27 kOhm rot violet orange gold
39 kOhm orange weis orange gold
47 kOhm gelb violet orange gold
100 kOhm braun schwarz gelb gold
120 kOhm braun rot gelb gold
150 kOhm braun grün gelb gold
240 kOhm rot gelb gelb gold
2,2 MOhm rot rot grün gold

Wie ihr auf dem Bild sehen könnt, habe ich die Widerstände mit den Farbringen aufgelistet. Beim Einbau brauch nicht darauf geachtet werden, in welcher Richtung ein Widerstand eingelötet werden muss – es ist egal. Okay, hier nun das Ergebnis der ersten Lötaktion:

20130502_204159

Die Varistoren, das sind die runden Widerstände, werde ich später einbauen. Der Grund liegt in der Größe der Bauteile. Ich werde ihn zusammen mit dem Resonator einbauen.

Weiter geht es mit den Dioden. Hier ist es schon etwas anspruchsvoller. Zum einen müssen wir schauen, das wir die richtige Diode nehmen. Hier schaut man auf die Diode selbst und wird den Wert ablesen können. Was auch auffällt ist ein schwarzer Ring, der auf der einen Seite zu sehen ist. Dieser ist Wichtig, denn er zeigt an, wo die Kathode liegt. Andernfalls sperrt die Diode in die falsche Richtung und die Schaltung funktioniert nicht, oder noch schlimmer, sie kann zerstört werden, wenn ein Strom falsch fließt. Also heißt es „Augen auf“. Hier nun das Ergebnis nach den Dioden:

20130502_210702

4 Schritt – Resonator:

Nun kommt der Resonator oder auch Schwinger genannt dran. Er ist blau und ist dafür zuständig, das die Zentrale im richtigen Takt arbeitet. Er hat drei Beine und kann beliebig eingebaut werden, da in der Mitte die gemeinsame Masse ist. Hier der Stand nach dem Einbau des Resonators und der Varistoren:

20130502_212246

5 Schritt – Gleichrichter:

Der Gleichrichter ist ein kleines, runden Ding. Hier schaut man auf den Aufdruck und entsprechend dem Bestückungsdruck wird dieser eingesetzt und soweit es geht nach unten geschoben, so das er auf der Platine aufliegt. So sieht es nach dem Gleichrichtereinbau aus:

20130502_212835

6 Schritt – Fassungen:

Ich hatte mir überlegt, ob ich zuerst die Fassungen oder die Kondensatoren einbauen soll. Meine Wahl viel auf die Fassungen. Letztlich ist hier der Vorteil gegenüber den Kondensatoren, das diese eine einheitliche Höhe haben. Der Vorteil bei den Fassungen ist, das diese wie die späteren IC’s eingesetzt werden, also ist die Lage der „Kerbe“ wichtig. Durch den Bestückungsdruck sieht man, wo die Kerbe liegt und wie man die Fassung einbaut. Für den Optokoppler gibt es leider keine eigene Fassung, so das ich eine Buchsenleiste genommen und getrennt habe. Eigentlich muss man nicht eine Fassung für den Optokoppler vorsehen, aber man weiss ja nicht was kommt und so lässt er sich einfacher wechseln.

Der Treiberbaustein für das Display, welcher auch auf der kleines Displayplatine sich befindet, bekommt auch eine Fassung. Dieser Baustein ist der einzige Baustein, der „von unten“ montiert wird. Das Problem, was zu klären ist, wie wird dieser Treiberbaustein eingesetzt? Es ist nämlich kein Bestückungsdruck dafür vorhanden. Dazu muss ich ein Blick in den Plan werden und anhand einiger Anschlüsse die Lage ermitteln. So richtig schlau wurde ich aus dem Plan aber nicht, also habe ich eine eMail an Adriaan geschickt und nun habe ich auch meine Antwort.

Gleich mit den Fassungen werden auch die beiden „Pinheads“, die Steckerleisten für die Tastatur und das Display eingelötet. Hier gibt es nicht viel zu beachten. So sieht es aus mit den Fassungen und den Pinheads:

20130502_223924

7 Schritt – Kondensatoren:

Bei den Kondensatoren unterscheidet man zwischen ungepolten und gepolten Kondensatoren. Die Ausrichtung bei ungepolten Kondensatoren ist egal, aber bei den gepolten Kondensatoren ist unbedingt darauf zu achten, wie die Polung erfolgt. Ansonsten kann ein „Elko – gepolter Kondensator“ einfach mal explodieren. Bei den Elko’s steht im Regelfall der Wert drauf und auch eine Markierung zeigt, wo Plus und Minus ist. Bei den ungepolten ist es schon schwieriger, den Wert zu finden. Auch hier erfolgt eine Codierung des Wertes. So sieht es mit den Kondensatoren aus:

20130502_230929

8 Schritt – Halbleiter:

Mit Halbleiter sind die Spannungsregler wie auch die Transistoren gemeint. Beim Einbau gilt es zu beachten, das der Lötvorgang zügig erfolgt, ansonsten kann durch die hohe Temperatur das Bauteil zerstört werden. Fangen wir mit den drei Transistoren an. Bevor dieser in die Bohrlöcher passt, habe ich das mittlere Bein ein wenig nach vorne gebogen. Hier die Transistoren:

20130510_083915

Bei den Spannungsreglern haben wir zwei Ausführungen. Die eine Ausführung sieht aus wie die Transistoren und werden auch so eingebaut. Bei den beiden anderen Spannungsreglern kommt noch ein Kühlkörper hinzu. Ich habe mich dazu entschlossen, die beiden Spannungsregler so lang wie möglich zu lassen. Da ich noch nicht weis, welche Wärmeentwicklung mich hier erwartet und ich auch noch nicht weis, wie ich später dann die Kühlkörper anbringe, lasse ich mir so alle Optionen offen. So sieht es nun nach dem Einlöten der Spannungsregler aus:

20130510_084523

9 Schritt – der Rest:

So, fast haben wir es geschafft. Was fehlt noch? Nun, da wäre zum einen der Sicherungshalter, dann die beiden Loconet-Buchsen, das Display, die Anschlüsse für die Stecker und der Treiberbaustein für das Display.

Als nächstes habe ich den Sicherungshalter eingelötet. Das ist nicht schwer und geht schnell von der Hand. Dann waren die Loconet-Buchsen dran. Das war nicht so einfach, wie es zunächst aussah. Es gab zwei kleine Probleme, die sich aber mit einer Feile und Schleifpapier lösen ließen. Zunächst waren die Löcher für die Haltebuchse der Loconet-Buchsen zu klein, so das diese nicht einrasten wolten. Hier ein wenig mit der Feile die Löcher erweitert und siehe da, es passt. Das andere Problem waren die Kragen an den beiden Buchsen. Wenn man beide Buchsen an einander packt, kommen diese sich in die Quere und verkannten. Hier musste der Kragen ein wenig abgeschliffen werden und dann passt es perfekt. Hier nun nach dem Löten:

20130514_065706

Aber nicht nur die Loconet-Buchsen brauchten eine Nachbearbeitung, sondern auch die Buchsen für die Gleisanschlüsse. Auch hier ist der Kragen zu groß und dank meines Dremel’s ging es auch recht schnell mit dem Abschleifen. Danach das ganze gelötet und so sieht es aus:

20130514_073428

Kommen wir zum Display. Hier haben wir zwei Besonderheiten. Die eine habe ich oben schon angesprochen, das der Treiberbaustein „von unten“ angebracht werden muss. Da wir aber bereits eine Fassung auf der Unterseite der Displayplatine angebracht haben, brauchen wir uns hier keine Gedanken mehr machen. Die andere Besonderheit ist das Display selbst. An sich kann man ohne weiteres das Display direkt aufbringen, was ich aber nicht machen werde. Da ich ja das Display im oberen Bereich des Gehäuses anbringen will und dazu Abstandshalter verwende, richte ich das Display direkt daran aus. Das bedeutet für mich, das ich die Displayplatine erstmal provisorisch befestigen werden.

Zuvor befestige ich aber den Rahmen für das Display am Gehäuse. Dazu nehme ich Sekundenkleber. Da Kleber am besten hält, wenn die Flächen vorher sauber gemacht wurden, habe ich zuerst mit Isopropanol das Gehäuse und den Rahmen gereinigt und dann den Kleber aufgetragen. Hier muss man aber aufpassen, sich den Kleber nicht auf die Haut aufzutragen. Sollte das passieren, sofort mit Wasser und Seife reinigen. Okay, hier nun der eingesetzte Rahmen:

20130514_065539

Nun positioniere ich die Displayplatine von unten direkt unter den Rahmen und befestige ihn mit Sekundenkleber. Zuvor habe ich hier die Abstandshalter angebracht, so das ich diese an das Gehäuse ankleben kann. Es ist ein wenig kniffelig, damit es gerade wird. Aber mit ein wenig Geduld geht alles. Auch wenn es Sekundenkleber heißt, so sollte man hier einige Zeit warten, bis der Kleber fertig abgebunden ist. Je länger man wartet, desto trockener ist es.

Nachdem ich es nun einen Tag lang habe trocknen lassen, war es soweit und ich konnte mir das Ergebnis ansehen. Soweit hat es gepasst und das Display ist gerade geworden:

20130514_065924

10 Schritt – Korrektur:

Als ich die Minibox beim Adriaan bestellt hatte, hat er mir auch von einem kleinen Fehler im Layout berichtet. Der eine Spannungsregler hatte eine andere Anschlußbelegung als im Layout vorgesehen. So mussten zum einen eine Unterbrechung einbaut werden und zum anderen brauchte es zwei Brücken. Hier der Stand dazu:

20130514_082133

11 Schritt – Endspurt:

Okay, das Ende ist nahe und ich bin auch fast fertig. Zwei Dinge fehlten noch, die ich mal eben schnell gemacht habe. Zum einen brauchte ich ein Kabel für das Display und dann habe ich auch den Stromstecker verbunden. Hier kann man das Ergebnis sehen:

20130514_113253

der Test:

Nun ist der Punkt gekommen, wo ich fertig war und der erste Test beginnen konnte. Zuerst habe ich die Digital-Bausteine noch nicht eingesetzt, sondern die Platine direkt mit Strom versorgt. Da ich nicht wusste, ob alles passt oder ob ich ein Fehler gemacht hatte.

Nein, es ist nichts explodiert. Also habe ich den Treiberbaustein für das Display eingesetzt und angeschlossen. Auch dieser Test verlief ohne Probleme, also auf zur letzten Runde. Ich habe aller Bausteine eingesetzt und dann war es soweit – das Display zeigte „run“. Aber schaut selbst:

20130514_104625_14

Bereit für den Betrieb….. Nein, leider doch nicht….

Fehlersuche:

Nachdem der erste Test so erfolgversprechend war, so unerfreulicher war er dann im Betriebsaufbau. Eigentlich wollte ich die Minibox mal eben an meinen kleinen Testkreis anschließen, den Fredl drangehängt und dann mit der Lok ne Runde drehen. Aber nicht, soweit bin ich nicht gekommen.

Was ist passiert? Nun, als ich den Fredl angeschlossen hatte, blinke er und wollte aus diesem Modus nicht mehr raus. Dieser Modus dient der Selbstdiagnose des Fredl’s und der Initialisierung an der Zentrale. Aber das klappte nicht so wie es sollte. Ich weis aber, das der Handregler in Ordnung ist, denn ich hatte ihn letztes Jahr in Rosenheim erfolgreich eingesetzt.

Also geht die Fehlersuche los. Dazu werde ich dann schreiben, wenn ich mehr weis. Also bis bald dann…

Fehler gefunden:

Kaum hatte ich vorhin den Blog aktuallisiert, kam auch schon eine Nachricht aus den Niederlanden. Adriaan hatte geschrieben und mir noch einmal in Erinnerung gerufen, das nicht nur auf der Unterseite eine Leiterbahn geändert werden muss, sondern auch der eine Spannungsregler umgepolt. Heißt also für mich, den IC 8 auslöten und mit anderer Anordnung der Anschlussbeine wieder einlöten. Gesagt – getan und siehe da, es funktioniert. Sofort nach dem Einstecken des FREDl’s wurde dieser erkannt und das blinken hörte auf. Also schnell meine mini Teststrecke aufgebaut und angeschlossen, meine Lok aufgegleist und es funktioniert wie ein Länderspiel.

Hier nun einen lieben Dank an Adriaan, der mir schnell bei dem Fehler geholfen hat.

Fertig:

So ihr lieben. Es ist ja nun schon eine Zeit her, das ich geschrieben habe und ich möchte euch nicht vorenthalten, wie es nun aussieht – ich habe Fertig.

Nachdem ich nun noch einen kleinen Tastaturadapter gebastelt habe und auch die Tastatur aufgeklebt, konnte ich die Kiste dich machen. Und so sieht es nun aus:

20130612_155845
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Ausprobiert habe ich es natürlich auch schon und was soll ich sagen, es läuft. Testweise habe ich einen Spaxbooster angeschlossen und ein Gleis mit zwei Anschlüssen versehen, den Fredi angestöpselt und eine Lok drauf – und sie läuft und sie läuft und sie läuft…..

Mein Fazit:

Alles in allem hat es Spaß gemacht, auch wenn es lange gedauert hat. Zunächst einmal brauche ich einen Bausatz, was nicht so leicht zu finden war. Mittlerweile wird im FREMO auf kommerzielle Zentralen gesetzt und so hat kaum noch jemand wirklich Bedarf an einer einfachen und selbst zu montierenden Zentrale. Aber durch Glück meldete sich Adriaan und so konnte ich mir noch ein Bausatz sichern. Da ich mir im Vorfeld schon weitere Gedanken gemacht hatte, was ich noch an Teile brauche, konnte ich schon diese Besorgen. Okay, alles habe ich nicht auf Anhieb gefunden, bzw. daran gedacht. Aber im Laufe des Zusammenbaus wurde es komplett. Ein bisschen Geduld und vor allem ein Zugang zu schwererem Gerät (Fräse) ist schon notwendig, um das Projekt abzuschließen.

Wenn ich wieder eine Zentrale bräuchte, würde ich wieder eine Mini-Box beschaffen und zusammen bauen.

Eine Reaktion zu “(Fertig: 12.06.2013) Baubericht: Mini-Box”

  1. Adriaan Bodewits

    Hallo sarah,

    Ein schöner und deutlicher Beitrag, ganz schon komisch mein eigener Name zu sehen.
    Viel Freude beim Bauen.

    GruBe Adriaan

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