[How2] Nixieuhr

Nachdem die Videoserie nun schon seit ein paar Tagen online ist, kommt nun der lang ersehnte Blogbeitrag zur Nixieuhr.

Nixie-Technik

Nixieröhren kamen Anfang der 60er Jahre auf und wurden zur Anzeige in Messgeräten, Rechnern und Fahrstühlen eingesetzt, bis sie in den 80er Jahren von den 7-Segmentanzeigen abgelöst wurden – die fast alles besser machen.
Die Röhren funktionieren ähnlich einer Neonröhre, das Aussehen haben sie von Glühlampen übernommen. Im Prinzip sind Nixieröhren simple Gasentladungslampen: In einem mit Edelgas, meist Neon, gefühltem Glaskolben befinden sich Kathoden und Anoden. Wird eine erhöhte Wechselspannung angelegt (80V-250V), beginnt das Edelgas um die Kathode, in diesem Fall die Zahlen, zu glimmen. Die Anode ist als Netz, Gitter oder Matrix vor und hinter den Zahlen aufgestellt.  Zum Betrieb braucht es eine von der Röhre abhängige Startspannung, in meinem Fall 160-180V. Natürlich kann man die Kathoden direkt bestromen und so die Zahlen zum Leuchten bringen, zur Realisierung einer Uhr oder einer sinnvollen Anzeige braucht es jedoch noch einen Treiberbaustein.

Benötigtes Material

Die Nixieuhr ist auf jeden Fall eines der aufwendigsten und teuersten Elektronikprojekte geworden, die ich bislang umgesetzt habe – soviel vorweg.
Neben den Nixieröhren, die nicht mehr hergestellt werden (gleiches gilt für die Treiber), es ist ansonsten die schiere Anzahl an an benötigen Bauteilen, die den Preis nach oben schiebt.

Netzteil:
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Trafo 9V (2x) 7,69€
Sicherungshalter 0,28€
B40D Gleichrichter 0,32€
Elko 470µF 0,46€
7805 0,29€
Gold-Cap 3,45€
Elko 0,1µF 0,06€
Elko 0,33µF 0,06€
1N4007 (6x) 0,66€
Elko 10µF 350V 0,33€
Widerstand 220k 1W 0,19€
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21,48€

Logik:
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C4521 0,42€
Quarz 4,194304MHz 0,29€
Widerstand 2,2KOhm 0,13€
Widerstand 4,7MOhm 0,11€
Kondensator 68pF 0,23€
Kondensator 22pF 0,04€
HC4017 (2x) 0,90€
Widerstand 1k (2x) 0,22€
C4071 0,29€
C4081 0,32€
Kondensator 100nF (3x) 0,12€
Widerstand 10kOhm (3x) 0,33€
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3,40€

Anzeige:
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Röhren IN-14 (4x) 19,50€
Glimmlampen (2x) 1,08€
Treiber DM7441 10,00€
HC4518 (2x) 0,84€
Widerstand 18k 0,5W (4x) 0,40€
Poti 100k 1W 1,79€
Widerstand 33kOhm 0,13€
MPSA42 0,15€
LEDs (4x) 0,71€
Widerstand 100Ohm SMD 0,08€
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30,68€

Sonstiges:
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Stift&Buchsenleiste 3,50€
Schalter(2x) 2,00€
Taster (3x) 2,00€
Platine 6,30€
Holz 8,00€
Schrauben/Muttern 4,00€
Standfüße 1,00€
Anschlusskabel 2,00€
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28,80€

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Total 88,36€

Dazu muss noch gesagt werden, dass die Röhren gebraucht waren und ich schon 3 von 4 Treibern in einer meiner unzähligen Tüten gefunden habe. Auch etliches anderes Material war vorhanden, die Liste dient also eher so dem Vergleich, wenn man gar nichts da hat und wirklich bei Null anfangen muss. Plant 100€ für die Uhr ein, und noch mal 10 Stunden Arbeit, dann kommt man dem Traum der eigenen Nixieuhr entschieden näher 😉

Ätzen der Platinen

Auf Grund der hohe Komplexität der Platinen ist ein Aufbau mit Lochrasterplatinen nicht sinnvoll möglich – Fräsen oder Ätzen sind die Verfahren der Wahl, auch outgesourct möglich. Wie immer ist die eigene Nutzung möglich, eine kommerzielle Verwendung untersagt. Entstanden sind meine Platinen in einer der neueren Anschaffung, dem Ätzgerät 1. Wie schon in meinen anderen Video zur Platinenherstellung gezeigt, entstehen so die Platinen – nur eben nicht mehr horizontal sondern ab jetzt in der Vertikalen.

Nach dem Aufbügeln und dem Entfernen des Toners geht es ab ins Ätzbad. Ich habe diesmal die einzelnen Zustände im Bad festgehalten. Es sieht schon faszinierend aus: Zunächst passiert minutenlang gar nichts, dann plötzlich geht es los und das Kupfer löst sich binnen weniger Minuten an den gewünschten Stellen. Das Ergebnis kann sich sehen lassen, drei fertig entwickelte Platinen, hier noch gerade vor dem überziehen mit Schutzlack.

Aufbau der Platinen

Aufgebaut ist die Uhr in zwei Ebenen. Weil die Printtrafos recht hoch bauen sind sie im hinteren Teil angeordnet, während die Takterzeugung und die Anzeigelogik übereinander sitzen. Ganz on Top gibt es eine weitere geätzte Platine, die die Nixieröhren auf das Rastermaß adaptiert. So kann man die Röhren später leicht austauschen, anpassen oder die einzelnen Gruppen leicht untersuchen.

Die Höhenverstellung ist über M4er Schrauben realisiert, sodass ich die Höhe zum Holzgehäuse besser einstellen konnte. Gehäusebau ist nicht so mein Ding, da wird immer nur ein Minimum an Aufwand betrieben 😀

Die fertige Nixieuhr

Bilder sagen mehr als tausend Worte:

Was schiefgegangen ist,

(und was ich das nächste Mal anders machen würde):

Auch wenn soweit richtig ausgelegt, lieferte das Netzteil nicht genug Spannung um die Röhren zu zünden. Hier musste ich den zweiten Trafo(15V) gegen einen kleineren(9V) Austauschen, um die Zündspannung zu erhöhen. Ist natürlich etwas lästig, gerade weil die Beine sehr weit auseinander sein und so gerade in die Bohrungen der Platine passen.

Auch entwickelt das Netzteil eine gewisse Abwärme. Das Holzgehäuse ist natürlich prima isolierend, sodass keine Abwärme entweichen kann. Die Hitzeentwicklung ließ sich sogar mit dem Oszilloskop messen, da die Abweichung pro Takt größer wurde. Hier haben vier Bohrungen im Gehäuse schon brauchbare Abhilfe geschaffen, sodass jetzt ausreichend Luft zirkulieren kann.

Dateien, Layouts, Schaltpläne.

 

Der erste Schaltplan ist das Netzteil, der zweite die Takterzeugung und der letzte umfasst die Anzeigelogik.

Wie voll die Platinen sind, lässt das Bestückungslayout erkennen:

Die Layouts gibt es mal wieder unten in den Downloads. Wie immer gilt: Herunterladen und selber nachbauen ist umsonst, eine kommerzielle Nutzung oder Weitergabe ohne Quellenangabe ist untersagt. Wer die Dateien herunterlädt, erklärt sich damit einverstanden. Wer dennoch kommerzielles Interesse hat, oder die Dateien im Sinne des Bildungsauftrages nutzen möchte, möge sich per Email bei mir melden. [info@kondensatorschaden.de].

Bei Fragen oder Anmerkungen, immer her damit, am liebsten in die Kommentare 🙂

Nachbau von Dominik W.

Tataaaaaa: der erste Glückliche ist mit ein bisschen Starthilfe auch im Besitz einer schönen Nixieuhr. Dominik hat die Platinen gestapelt und ein schickes Holzgehäuse drum herum gebastelt, dazu noch Füße und Distanzstücke aus Messing – sieht toll aus, hat fast schon Steampunk-Charme. Das ganze ist (wie man sieht) auf Lochraster und nicht wie bei mir fertigen Platinen aufgebaut, man sieht, es geht also wenn man möchte 🙂
Alles in allem: toll geworden, starkes Projekt, viel Spaß mit der Uhr!