26.06.2023, 10:25
(Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 26.06.2023, 14:04 von TKOFreak61.)
Hallo,
Ich möchte mal wieder eine kleine Bastelei vorstellen, und zwar einen Minutentaktgeber für Nebenuhren
Eine in meiner Werkstatt hängende Pragotron-Mutteruhr läuft nicht präzise, der Betrieb von Nebenuhren ist deshalb nicht sinnvoll, sie würden keine genaue Zeit anzeigen. Da ich einige kleine Kontroll-Nebenuhrwerke aus einer Uhrenzentrale besitze, möchte ich die in Gehäuse von vorhandenen Quarzwanduhren einbauen und in unserem Haus (Werkstatt, Kellervorraum, Garage) betreiben.
Also ist der Basteltrieb geweckt, eine elektronische Minutensteuerung muss her. Lösungen mit Mikrorechnern habe ich ausgeschlossen, diese Technik ist nicht mein Ding. Mir schwebt eine Ausführung mit ICs, Transistoren und analogen Bauteilen vor.
Welche Baugruppen benötigt man für eine stabile Minutensteuerung:
1. Frequenzerzeugung:
- Nutzung der 50-Hz Netzfrequenz oder
- Quarzgenerator mit dafür geeigneten Quarzfrequenzen
2. Teilerbaugruppe zur Erzeugung eines 1 Hz-Impulses;
3. Zählerbaugruppe, die von Null bis 59 zählt, die duale Zahl 60 (binär 0111100) parallel ausgibt,
dann zurückgesetzt werden muss und erneut bis 60 zählt, usw.;
4. Multi-NAND-Gatter, das bei Anliegen der Zahl 60 einen Impuls ausgibt;
5. Baugruppe zur Erzeugung eines definierten Minutenimpulsen und zur Polumschaltung der
Nebenuhr-Ansteuerung;
6. Schaltstufen zur Nebenuhr-Steuerung;
Wie und mit welchen Bauteilen sind diese Baugruppen realisierbar:
zu 1. Die Netzfrequenz ist zwar relativ stabil, dennoch sind minimale Frequenzabweichungen
feststellbar.
Quarzgeneratoren können mit für Uhren konzipierten Quarzen für 100 kHz-, 32,768 kHz- oder
4,194304 MHz-Quarzen aufgebaut werden. Ich habe mich für letzteren entschieden, der ist
bei einschlägigen Elektronikhändlern verfügbar und läuft sehr genau.
Schaltungen mit diesem Quarz, je 2 Widerständen und Kondensatoren findet man im Netz.
zu 2. Die im Netz gezeigten Schaltungen verwenden den Teilerschaltkreis CD 4521, der nach
22 Teilerstufen einen sauberen 1 Hz-Rechteckimpuls ausgibt.
zu 3. Als Zähler habe ich mich für den CD 4024 entschieden. Dieser gibt nach 60 Impulsen an
seinen parallelen Ausgängen die duale Zahl 0111100 aus.
zu 4. Ein geeignetes Multi-NAND-Gatter aus der CD-Serie war nicht verfügbar. Deshalb habe ich
den IC V 4048 aus ehemaliger DDR-Produktion verwendet. Dieses Gatter hat 8 Eingänge und wenn an
allen L anliegt, schaltet der Ausgang auf 0-Signal.
zu 5. Das Ausgangssignal des V 4048 geht auf einen Eingang eines NAND-Gatters (IC CD 4093 mit
4 NAND-Gattern mit jeweils 2 Eingängen). Der zweite Eingang dieses Gatters ist mit einem
Taster verbunden, der zwischen USS und UDD umschalten kann. Er wird zum Stellen der NU genutzt.
Der Ausgang dieses NAND steuert die folgenden Baugruppen zu Ansteuerung der NU.
Die Nebenuhren müssen jede Minute mit wechselnder Polarität angesteuert werden. Dafür
wird ein IC CD 4013 verwendet. Er beinhaltet zwei D-Flip-Flops. Eines dieser FF ist als Mono-
Flop beschaltet. Es liefert am Q-Ausgang einen Impuls von etwa 1 Sekunde Länge. Der
negierte Ausgang dieses FF steuert eine LED zur Anzeige des Minutenimpulses.
Das zweite FF übernimmt die Polumschaltung. Die Ausgänge dieses FF steuern jeweils einen
Eingang zweier NAND im CD 4093. Der zweite Eingang dieser NAND erhalten den Impuls vom
Mono-Flop. Damit werden ca. 1 Sekunde lange Impulse zur Ansteuerung der NU erzeugt.
zu 6. Um Nebenuhren unabhängig von der Betriebsspannung der Elektronik betreiben zu können,
werden Relais zur Ansteuerung genutzt. Diese können abweichend von der Spannung für die
Steuereinheit ( 12 V DC ) mit 24 V betrieben werden.
Da durch die Relais eine galvanische Trennung zwischen Steuerung und Nebenuhrenstrom-
kreis erfolgt, können die NU 24 V oder 60 V Ausführungen sein. Meine Nebenuhren habe ich
als 24 V-Ausführungen beschaltet.
Da die NAND-Gatter des CD 4093 den erforderlichen Strom zur Durchschaltung der 24 V-
Relais nicht liefern können, wird eine Transistorschaltstufe zwischengeschaltet.
Nachteil dieser Auslegung ist, dass die Relais im „Ruhezustand“ (Schaltung unter Spannung)
angezogen sind. Zur Ansteuerung der NU müssen deshalb die Ruhekontakte der Relais
beschaltet werden. Das ist für die Strombilanz der Gesamtschaltung nicht nachteilig.
Zu beachten ist nur, dass bei Einschaltung der Betriebsspannung für die Gesamtsteuerung die
noch geschlossenen Relaiskontakte einen Kurzschluss auf der 24V-Schiene erzeugen. Ein
Schalter und eine Einschaltverzögerungsschaltung mit Relais in der Zuleitung des NU-
Stromkreises schafft hier Abhilfe.
Hier die Schaltung. Die ICs sind nur als Block dargestellt, deren Innenschaltungen kann man den Datenblättern entnehmen.
Zum praktischen Aufbau:
Die Elektronik-Baugruppe vom Quarzgenerator bis zu den Schalttransistoren für die Relais wurde auf einer Universal-Lp aufgebaut. Drahtbrücken schaffen die erforderlichen Verbindungen zwischen den Bauelementen. Ein LM 7812 stabilisiert die Spannung für die ICs auf dieser Lp.
Eine zweite Universal-Lp enthält die Relais und eine Spannungs-Stabilisierung für 24 V, da das verwendete Netzteil im Leerlauf etwa 32 V DC liefert. Es wird ja nur kurzzeitig bei Betätigung des Mutteruhren-Aufzuges belastet.
Eine Grund-Lp mit Steckfassungen nimmt die beiden Lp auf. Über Schraubklemmen werden die Leitungen zur Spannungsversorgung, zum Taster, zum Schalter, zur LED und zu den Nebenuhren angeschlossen.
Eingebaut ist die Gesamtschaltung in ein kleines Gehäuse aus beschichteten Spanplatten und steht auf dem Gehäuse der Pragotron-Mutteruhr.
Die linke Nebenuhr wird noch an der Steuerung getestet und soll noch in die Garage umgesetzt werden.
NU-Werk von hinten
Zur Zeit sind 3 Nebenuhren angeschlossen. Die Steuerung läuft seit längerer Zeit sehr stabil.
Abschliessend muss ich darauf hinweisen, dass ich mich bei meiner Konstruktion an einer Veröffentlichung von H.Haftmann von der TU Chemnitz orientiert habe, in der er eine durch Netzfrequenz synchronisierte Minutensteuerung beschrieben hat.
Beste Grüße
Jürgen
PS: In der Steuerschaltung ist der Wert von C4 falsch bezeichnet. Er ist 1 µF groß. Damit werden die 1s-Impulse erzeugt.
A
Ich möchte mal wieder eine kleine Bastelei vorstellen, und zwar einen Minutentaktgeber für Nebenuhren
Eine in meiner Werkstatt hängende Pragotron-Mutteruhr läuft nicht präzise, der Betrieb von Nebenuhren ist deshalb nicht sinnvoll, sie würden keine genaue Zeit anzeigen. Da ich einige kleine Kontroll-Nebenuhrwerke aus einer Uhrenzentrale besitze, möchte ich die in Gehäuse von vorhandenen Quarzwanduhren einbauen und in unserem Haus (Werkstatt, Kellervorraum, Garage) betreiben.
Also ist der Basteltrieb geweckt, eine elektronische Minutensteuerung muss her. Lösungen mit Mikrorechnern habe ich ausgeschlossen, diese Technik ist nicht mein Ding. Mir schwebt eine Ausführung mit ICs, Transistoren und analogen Bauteilen vor.
Welche Baugruppen benötigt man für eine stabile Minutensteuerung:
1. Frequenzerzeugung:
- Nutzung der 50-Hz Netzfrequenz oder
- Quarzgenerator mit dafür geeigneten Quarzfrequenzen
2. Teilerbaugruppe zur Erzeugung eines 1 Hz-Impulses;
3. Zählerbaugruppe, die von Null bis 59 zählt, die duale Zahl 60 (binär 0111100) parallel ausgibt,
dann zurückgesetzt werden muss und erneut bis 60 zählt, usw.;
4. Multi-NAND-Gatter, das bei Anliegen der Zahl 60 einen Impuls ausgibt;
5. Baugruppe zur Erzeugung eines definierten Minutenimpulsen und zur Polumschaltung der
Nebenuhr-Ansteuerung;
6. Schaltstufen zur Nebenuhr-Steuerung;
Wie und mit welchen Bauteilen sind diese Baugruppen realisierbar:
zu 1. Die Netzfrequenz ist zwar relativ stabil, dennoch sind minimale Frequenzabweichungen
feststellbar.
Quarzgeneratoren können mit für Uhren konzipierten Quarzen für 100 kHz-, 32,768 kHz- oder
4,194304 MHz-Quarzen aufgebaut werden. Ich habe mich für letzteren entschieden, der ist
bei einschlägigen Elektronikhändlern verfügbar und läuft sehr genau.
Schaltungen mit diesem Quarz, je 2 Widerständen und Kondensatoren findet man im Netz.
zu 2. Die im Netz gezeigten Schaltungen verwenden den Teilerschaltkreis CD 4521, der nach
22 Teilerstufen einen sauberen 1 Hz-Rechteckimpuls ausgibt.
zu 3. Als Zähler habe ich mich für den CD 4024 entschieden. Dieser gibt nach 60 Impulsen an
seinen parallelen Ausgängen die duale Zahl 0111100 aus.
zu 4. Ein geeignetes Multi-NAND-Gatter aus der CD-Serie war nicht verfügbar. Deshalb habe ich
den IC V 4048 aus ehemaliger DDR-Produktion verwendet. Dieses Gatter hat 8 Eingänge und wenn an
allen L anliegt, schaltet der Ausgang auf 0-Signal.
zu 5. Das Ausgangssignal des V 4048 geht auf einen Eingang eines NAND-Gatters (IC CD 4093 mit
4 NAND-Gattern mit jeweils 2 Eingängen). Der zweite Eingang dieses Gatters ist mit einem
Taster verbunden, der zwischen USS und UDD umschalten kann. Er wird zum Stellen der NU genutzt.
Der Ausgang dieses NAND steuert die folgenden Baugruppen zu Ansteuerung der NU.
Die Nebenuhren müssen jede Minute mit wechselnder Polarität angesteuert werden. Dafür
wird ein IC CD 4013 verwendet. Er beinhaltet zwei D-Flip-Flops. Eines dieser FF ist als Mono-
Flop beschaltet. Es liefert am Q-Ausgang einen Impuls von etwa 1 Sekunde Länge. Der
negierte Ausgang dieses FF steuert eine LED zur Anzeige des Minutenimpulses.
Das zweite FF übernimmt die Polumschaltung. Die Ausgänge dieses FF steuern jeweils einen
Eingang zweier NAND im CD 4093. Der zweite Eingang dieser NAND erhalten den Impuls vom
Mono-Flop. Damit werden ca. 1 Sekunde lange Impulse zur Ansteuerung der NU erzeugt.
zu 6. Um Nebenuhren unabhängig von der Betriebsspannung der Elektronik betreiben zu können,
werden Relais zur Ansteuerung genutzt. Diese können abweichend von der Spannung für die
Steuereinheit ( 12 V DC ) mit 24 V betrieben werden.
Da durch die Relais eine galvanische Trennung zwischen Steuerung und Nebenuhrenstrom-
kreis erfolgt, können die NU 24 V oder 60 V Ausführungen sein. Meine Nebenuhren habe ich
als 24 V-Ausführungen beschaltet.
Da die NAND-Gatter des CD 4093 den erforderlichen Strom zur Durchschaltung der 24 V-
Relais nicht liefern können, wird eine Transistorschaltstufe zwischengeschaltet.
Nachteil dieser Auslegung ist, dass die Relais im „Ruhezustand“ (Schaltung unter Spannung)
angezogen sind. Zur Ansteuerung der NU müssen deshalb die Ruhekontakte der Relais
beschaltet werden. Das ist für die Strombilanz der Gesamtschaltung nicht nachteilig.
Zu beachten ist nur, dass bei Einschaltung der Betriebsspannung für die Gesamtsteuerung die
noch geschlossenen Relaiskontakte einen Kurzschluss auf der 24V-Schiene erzeugen. Ein
Schalter und eine Einschaltverzögerungsschaltung mit Relais in der Zuleitung des NU-
Stromkreises schafft hier Abhilfe.
Hier die Schaltung. Die ICs sind nur als Block dargestellt, deren Innenschaltungen kann man den Datenblättern entnehmen.
Zum praktischen Aufbau:
Die Elektronik-Baugruppe vom Quarzgenerator bis zu den Schalttransistoren für die Relais wurde auf einer Universal-Lp aufgebaut. Drahtbrücken schaffen die erforderlichen Verbindungen zwischen den Bauelementen. Ein LM 7812 stabilisiert die Spannung für die ICs auf dieser Lp.
Eine zweite Universal-Lp enthält die Relais und eine Spannungs-Stabilisierung für 24 V, da das verwendete Netzteil im Leerlauf etwa 32 V DC liefert. Es wird ja nur kurzzeitig bei Betätigung des Mutteruhren-Aufzuges belastet.
Eine Grund-Lp mit Steckfassungen nimmt die beiden Lp auf. Über Schraubklemmen werden die Leitungen zur Spannungsversorgung, zum Taster, zum Schalter, zur LED und zu den Nebenuhren angeschlossen.
Eingebaut ist die Gesamtschaltung in ein kleines Gehäuse aus beschichteten Spanplatten und steht auf dem Gehäuse der Pragotron-Mutteruhr.
Die linke Nebenuhr wird noch an der Steuerung getestet und soll noch in die Garage umgesetzt werden.
Zur Zeit sind 3 Nebenuhren angeschlossen. Die Steuerung läuft seit längerer Zeit sehr stabil.
Abschliessend muss ich darauf hinweisen, dass ich mich bei meiner Konstruktion an einer Veröffentlichung von H.Haftmann von der TU Chemnitz orientiert habe, in der er eine durch Netzfrequenz synchronisierte Minutensteuerung beschrieben hat.
Beste Grüße
Jürgen
PS: In der Steuerschaltung ist der Wert von C4 falsch bezeichnet. Er ist 1 µF groß. Damit werden die 1s-Impulse erzeugt.
A
