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:
——————————
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€
==============================
21,48€
Logik:
——————————
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€
==============================
3,40€
Anzeige:
——————————
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€
==============================
30,68€
Sonstiges:
——————————
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€
==============================
28,80€
==============================
==============================
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:
-
- dav
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!
Hallo Kondensatorschaden,
gibt es eine Liste der Bauteile für das Netzteil?
Lg
Hannes
Hab’s schlichtweg vergessen zu kopieren. Ist jetzt drin 🙂
Okay Dankeschön 🙂
dann kann ich jetzt ja bestellen und Nachbauen 😀
hey ich habe jetzt bestimmt lange genug versucht die platinen ordentlich zu ätzen stell mich aber anscheinend zu dumm an 😀 wäre es möglich das du mir die EAGLE Dateien zukommen lässt damit ich die platinen „professionell“ herstellen lassen kann? natürlich nur für mich und nicht zum verkauf!
Hallo.
Wie du schon erwähnt macht der aufbau auf Lochraster keinen sinn.
Besteht die möglichkeit das du mir die Platinen ätzen kanst natürlich gegen bezahlung?
Viele Grüße Daniel
@Daniel Albrecht: Du kannst die Platinen auch bei einem Dienstleister fertigen lassen.
Kenne auch günstige in China. Einfach antworten bei Interesse…
Interesse wäre hier auch
Hallo,
ich kann Platinen ätzen. Gegen Aufpreis auch mit Lötstopplaminat. Kannst einfach antworten wenn du Interesse hast.
Ich belichte Platinen, daher bekomme ich sehr ordentliche Ergebnisse
preis für alle platinen der uhr?
Hi Kondensatorschaden,
ich verfolge ihren Blog und YouTube Kanal schon seid Jahren und freue mich das ich hier auch mal was mit Nixis sehe, schön das sie nicht aussterben wollen….. die Meilensteine der Elektrik
Hallo
Ich habe gerade durch Zufall das video gesehen und kannte diese Röhren vorher gar nicht.
Fakt Ist: das muss ich nachbauen!
Eine Frage habe ich aber, und zwar ob es viel Aufwand ist wenn man noch zwei Röhren einbaut die die Sekunden anzeigen?
Weiter so!
So ging es mir auch, ich hatte solche Uhren vor Jahren schon mal gesehen, und letztes Jahr dann wieder entdeckt 🙂
Der Sekundentakt ist ja ohnehin vorhanden, es müssen dann lediglich zwei weitere Treiber und die Röhren integriert werden, das ist nicht so viel Mehraufwand.
Also muss ich nur den Sekundentakt abgreifen und zwei weiter Treiber so verbinden wie die von den Minuten korrekt?
Wo wird eigentlich der Stundentakt abgenommen, ich Blick durch bis zum minutentakt:-D
Ist der Trafo jetzt zweimal von 230V auf 9V oder wie im video 1x von 230V auf 9V und 1x von 230V auf 15V?
Und wenn man zweimal den 230V/9V Trafo hat würde dann nicht nur ein Trafo reichen?
Weil der zweite Trafo aus den 9V doch wieder 230V macht.
Und die 230V könnte man doch vor dem ersten Trafo abgreifen.
Oder verstehe ich da was nicht?
Nein, weil man den 2.Trafo mit der 230 Volt Seite an die 9 Volt hängt und dadurch ergeben sich dann ~180 Volt. Wenn du den 2.Trafo mit der 9 Volt Seite an die 9 Volt hängst, dann ergibt es wieder 230 Volt.
Hallo Timo
Er beschreibt doch aber das der 15V Trafo nicht genügend zündspannung lieferte und hat anstatt dessen einen 9V Trafo genommen.
Ich hab mir einen 15V und zwei 9V Trafos gekauft.
Wenn ich die zwei 9V Trafos verbinde komme ich aber auch auf 210V.
Gruß
Tobbes
Hallo
Ich habe die Uhr soweit zusammen, muss nur noch die Nixie röhren einlöten und die Platinen dafür zersägen.
Ich hab versuchshalber nur eine Röhre eingelötet aber es tut sich nichts, egal in welchem Steckplatz.
Müssen ALLE Röhren verbaut sein damit es funktioniert?
Gruß
Daniel
Das einfädeln der Röhrenbeinchen in die Platine, wird erheblich einfacher wenn man das erste Beinchen so kurz abkneift wie man es haben möchte und die folgenden Beinchen jeweils ein bis zwei Millimeter länger lässt als das vorher gehende!
Hallo
Habe eine Frage, verlaufen die Leiterbahnen auf allenPlatinen nur einseitig mit einigen Drahtbrücken auf der Oberseite?
Ja, zweiseitig habe ich noch nicht hergestellt, daher immer nur onelayer.
Hallo
Vielen Dank für die tolle Anleitung.
Bin dabei diese ein bisschen angepasst für meine Nixie Clock zu übernehmen.
Betreffend dem ersten Trafo und der Leerlaufspannung habe ich aber eine Frage.
Ich möchte den Arduino mit den 9 Volt des ersten Trafos speisen, aber im Leerlauf gibt der mit etwas mehr als 13 Volt. Kann ich da einfach einen 220k Widerstand einsetzen um satte 9 Volt des Trafos zu erhalten wie am Ausgang für die Nixie Clock oder funktioniert das da nicht?
Viele Grüsse
Lukas
Hallo Lukas,
freut mich dass ich dich hier ein bisschen inspirieren kann 🙂
Zu deiner Frage: Ein einfacher Vorwiderstand funktionier aus mehreren Gründen nicht. Selbst in einer idealen Welt wäre der Spannungsunterschied so hoch, dass dir der Widerstand abbrennen würde, oder du einen Hochlastwiderstand brauchen würdest, um diesem Problem zu entgegnen. In der Relität ist der Widerstand zudem vom Laststrom des Arduinos abhängig, und die Stromaufnahme ist ja nicht immer konstant, was sich dann wieder in der Spannung auswirken würde.
Du brauchst einen Festspannungsregeler (LM7809) oder als effizientere Variante einen Step-down-Regler, die erzeugen die eine saubere, konstante Ausgangsspannung. Wahrscheinlich ist der 7809 für dich gut geeignet, der lässt sich leicht integrieren.
VG
Servus Simon,
du hast mich inspiriert selbst eine Nixieuhr zu bauen. Ich habe mich entschieden, das ganze auf Lochrasterplatine aufzubauen. Heute wollte ich die Takterzeugung fertigstellen.
Bei der Kontrolle aller Verbindungen fiel mir ein Fehler auf, diesen habe ich mich deinem Layout in blau, Negativ zum Ätzen in schwarz, dem Schaltplan und dem Foto deiner fertig geätzten Platinen verglichen.
Dabei ist mir aufgefallen, dass diese sich voneinander unterscheiden, was die Verbindungen an IC11 Pin 10 und 11 und die Verbindung von IC11 Pin 2 zu IC9 betrifft.
Wäre der Schaltplan und somit auch das blaue Layout richtig würde es ja bedeuten, dass das Negativ und deine geätzte Platine fehlerhaft sind.
Auch wenn dieses Projekt bei dir schon länger zurück liegt würde ich mich über eine Rückmeldung bezüglich der richtigen Verdrahtung freuen, damit auch ich meine Nixieuhr fertigstellen kann.
LG Florian
Hi Florian, ich werd das prüfen, bekommst demnächst Post von mir!