{"id":7346,"date":"2022-04-06T21:52:46","date_gmt":"2022-04-06T20:52:46","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/?p=7346"},"modified":"2022-04-08T07:51:23","modified_gmt":"2022-04-08T06:51:23","slug":"eigenbau-nixiuhr","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.fh-kaernten.at\/ingmarsretro\/2022\/04\/06\/eigenbau-nixiuhr\/","title":{"rendered":"Eigenbau Nixiuhr"},"content":{"rendered":"
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Das in den letzten Jahren das Thema Retro immer mehr zum Trend wurde, ist auch mir nicht entgangen. Auch der „Industrial“- und „Steam“-Style hat in vielen Haushalten Einzug gehalten.  Man(n) stellt sich wieder viele Dinge ins Regal, die die robuste Technik und das Aussehen der vergangen Jahrzehnte repr\u00e4sentieren. So flackern LED-Leuchtmittel in den R\u00e4umen, die optisch den Gl\u00fchbirnen der Gr\u00fcnderzeit nachempfunden wurden. Die Messing Lampenfassungen werden von einem mit Stoffgeflecht ummanteltem Kabel gehalten. Anstelle der Kohle- oder Wolframgl\u00fchf\u00e4den in den Birnen arbeitet modernes LED-Filament. Thematisch diesem Stil entsprechend, sind beispielsweise auch mechanische Uhren und elektrische Uhren mit Leuchtanzeigen aller Art wieder gefragt. Passend zu diesem Trend, habe ich in \u00e4lteren Blogbeitr\u00e4gen schon \u00fcber die VFD-Uhren berichtet. (VFD = VaccumFLuoreszenzDisplay) Diese Anzeigetechnologie verwendete man zum Beispiel bis Ende der 90iger Jahre noch h\u00e4ufig in Videorecordern, HiFi Ger\u00e4ten und diversen Radioweckern. Danach war die LED und LCD Technologie Standard. Heute halten \u00fcberall die kleinen OLEDs Einzug. Im Rahmen des Retro Revivals werden VFD\u00b4s in Form von Einzelziffer-Anzeiger\u00f6hren zu Uhren zusammengebaut. Diese Uhren gibt es als Fertigger\u00e4te oder auch als Baus\u00e4tze (grother.de).  Da diese Anzeiger\u00f6hren mittlerweile nicht mehr hergestellt werden und nur Altbest\u00e4nde (new old stock) verf\u00fcgbar sind, steigen auch die Preise. Aber es geht preislich noch schlimmer – eine technische Entwicklung aus den 1920er Jahren ist eine Anzeigetechnologie nach dem Prinzip der Glimmlampe.  Hierbei wird in einem, mit Edelgas gef\u00fcllten, Glaskolben eine aus Draht gebogene Ziffer als Kathode, vor einem d\u00fcnnen Metallgitter als Anode angebracht. Legt man eine Spannung an, so beginnt das Edelgas entlang des als Ziffer geformten Drahtes zu glimmen. So entsteht, von au\u00dfen betrachtet, der Eindruck einer leuchtenden Ziffer. In einer solchen R\u00f6hre sind meistens die Ziffern von 0-9 untergebracht und f\u00fcr jede Ziffer ist nat\u00fcrlich auch ein separater Anschluss vorhanden. Viele von den Lesern werden diese Art von R\u00f6hre sicherlich kennen. Sie nennt sich NIXIE – Anzeiger\u00f6hre (stammt von der der Bezeichnung „Numeric Indicator eXperimental No. 1“<\/p>\n

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Eine Uhr mit solchen Anzeiger\u00f6hren fehlt noch in meiner Sammlung. Also m\u00f6chte ich eine solche haben. Aber kaufen ist einfach – und au\u00dferdem auch sehr teuer. So habe ich mir vorgenommen, eine Nixieuhr selber zu bauen. Begonnen hat alles mit einer langwierigen Suche nach den R\u00f6hren, denn auch f\u00fcr diese muss man mittlerweile schon einiges hinlegen. Und ich ben\u00f6tige mindestens sechs St\u00fcck, da meine Uhr auch eine Sekundenanzeige haben soll. So habe ich also im Internet auf verschiedensten Plattformen gesucht – und in der Bucht wurde ich f\u00fcndig. Dort wurde ein Board best\u00fcckt mit Nixier\u00f6hren angeboten, das aus irgendeinem alten Ger\u00e4t herausgebrochen wurde. Die Funktion des Boards wurde als „unbekannt“ angegeben – daf\u00fcr war es sehr g\u00fcnstig. Der Verk\u00e4ufer hatte zwei davon. Also riskierte ich es und kaufte die beiden Platinen best\u00fcckt mit je f\u00fcnf Nixies.<\/p>\n

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Die R\u00f6hren waren dann auch mit einiger Vorsicht erfolgreich ausgel\u00f6tet. Die Type der R\u00f6hre ist die Z574M, zu der man im Netz auch die Datenbl\u00e4tter findet und somit auch die Sockelbeschaltung hat.<\/p>\n

\"\"<\/a>Mit Hilfe der Beschaltung l\u00e4sst sie sich dann auch einfach kontaktieren und so Ziffer f\u00fcr Ziffer jeder R\u00f6hre \u00fcberpr\u00fcfen. Die Kenndaten der 574 sind:<\/p>\n

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  • Anodenz\u00fcndspannug: 150V<\/li>\n
  • Anodenbrennspannung: 140V<\/li>\n
  • Anodenl\u00f6schspannung: 120V<\/li>\n
  • Max Anodenspannung: 170V<\/li>\n
  • Kathodenstrom min: 1.5mA<\/li>\n
  • Kathodenstrom max: 2.5mA<\/li>\n<\/ul>\n

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    Mit einem geeigneten Netzger\u00e4t konnte ich die notwendigen Versorgungsspannungen f\u00fcr den Funktionstest schnell einstellen.<\/p>\n

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    Man sieht hier, dass die R\u00f6hre bei einer Brennspannung von knapp 140V einen Strom von 2.8mA zieht. Das entspricht einer Leistung von 392mW. Wenn ich also hochrechne und alle sechs Ziffern der Uhr dauerbestromt werden, dann muss die Spannungsversorgung f\u00fcr die R\u00f6hren ca. 2.3W bringen.<\/p>\n

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    Die R\u00f6hren funktionieren also schon mal. Jetzt kann ich mir Gedanken machen wie die Uhr aussehen soll und noch mehr, wie ich sie konstruieren will.<\/p>\n

    Die Idee ist, dass ein Mikrocontroller alle sechs R\u00f6hren ansteuern soll.  Das will ich mit 8-Bit 4094er Schieberegistern realisieren, wovon je vier Bit f\u00fcr eine R\u00f6hre verwendet werden. Diese vier Bit aus dem Shift-Register sollen dann \u00fcber Binary Coded Decimals (also BCD) die R\u00f6hren ansteuern. Da die R\u00f6hren aber f\u00fcr jede Ziffer einen Anschluss haben, m\u00fcssen aus den vier BCD-Leitungen zehn separate Zifferansteuerungen generiert werden. Das wird ein CD4028 erledigen. Der IC CD4028 ist ein „BCD to Dezimal Decoder“. Um die relativ hohen Spannungen der Nixies zu schalten, wird der BCD-Dezimal Decoder einen geeigneten Transistor ansteuern. Hier wird der MPSA42 seinen Dienst verrichten. Das ist ein NPN Bipolar Transistor mit einer Kollektor-Emitter Spannungsfestigkeit von 300VDC bei einem maximalen Kollektorstrom von 500mA.  Um die R\u00f6hren m\u00f6glichst flexibel einsetzen zu k\u00f6nnen, habe ich mir ausgedacht, f\u00fcr jede R\u00f6hre eine eigene Platine zu gestalten. Diese einzelnen Anzeigeplatinen sollen dann auf eine Hauptpatine gesteckt werden. So kann man, sollte ein Digit einmal defekt sein, das betreffende Board einfach herausziehen und es reparieren. Dann muss nicht am Mainboard herum gel\u00f6tet werden.<\/p>\n

    Am Mainboard soll der Microcontroller Platz finden. Auch die Nieder- und Hochspannungsversorgung und die Schieberegister sollen am Mainboard untergebracht werden. Die Display-Platinen tragen lediglich die Nixier\u00f6hre samt deren Treibertransistoren und den BCD-Dezimal Decoder. Mittels Pfostensteckverbindern sollen sie einfach in das Mainboard einsteckbar sein. Um diese Formulierungen ein wenig einfacher darzustellen habe ich diese Skizze angefertigt:<\/p>\n

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    Auf Basis dieser Idee begann ich nun, die Schaltpl\u00e4ne zu zeichnen. Mit dem Displayboard, auf dem sich die R\u00f6hre befindet fing es also an. Der Schaltungsaufbau ist sehr einfach. \u00dcber zwei gegen\u00fcber liegende Pfostensteckverbinder sollte das Board auf dem Mainboard einen stabilen Halt bekommen. Einer der Steckverbinder versorgt den BCD-Dezimaldekoder (CD4028N) mit den vier Dateneing\u00e4ngen und der 5V Versorgungsspannung f\u00fcr die Logik. Auf der anderen Seite des Boards wird die „Hochspannung“ f\u00fcr die R\u00f6hre bereitgestellt.<\/p>\n

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    Daraus konnte ich dann einfach ein Layout erstellen und dieses dann als Prototyp als Platine herstellen.<\/p>\n

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    Nach dem \u00c4tzen und Best\u00fccken der ersten Platine und f\u00fcnf Weiteren war der erste Schritt der Nixieuhr getan:<\/p>\n

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    Um den ersten Teil des Machwerks zu testen, hatte ich an meiner Arbeitsstelle ein DEB100 Digital-Experimentierboard zur Verf\u00fcgung. Das folgende Kurzvideo zeigt das Testergebnis:<\/p>\n