Fallblatt, die Erste

Ich hab mal wieder ein Bastelprojekt. Diesmal geht's ein paar Jährchen zurück in die Zeit der Fallblattanzeigen - eine heutzutage immer seltener anzutreffende Anzeigetechnik. Schade, hat sie doch ihren ganz eigenen Charme.

Mir wurden auf mysteriösem Wege 24 kleine alphanumerische Fallblatt-Module zugespielt, mit denen ich natürlich sofort etwas basteln wollte. In diesem Fall eine Textzeile. Und da das kein ganz so kleines Projekt ist, schreib ich mal wieder nen Post darüber.

Teil 1: Elektronik

Die Module

Bei den Fallblattmodulen handelt es sich um alphanumerische Module des mittlerweile nicht mehr existenten Herstellers KRONE, Modulreihe D der Deutschen Bahn. Diese stammen aus einem Generalanzeiger, also aus einer großen Fallblatt-Wand. Da diese nur recht kurz in Betrieb war, sind die Module auch noch in einem sehr guten Zustand, es sind keine Ausbleichungen oder Unförmigkeiten der Blätter zu erkennen.

Exkurs: Wie funktioniert eigentlich ein Fallblattmodul?

An dieser Stelle möchte ich auch einmal drauf eingehen, wie so ein Fallblatt-Modul überhaupt funktioniert, denn das ist ja auch nicht unbedingt Allgemeinwissen. Gut, es ist eine Walze mit Blättern drin und die dreht sich. Aber wie genau?

Die Mechanik

Mechanisch betrachtet ist so ein Fallblattmodul eigentlich kein Hexenwerk. Es wird durch einen Motor angetrieben und über ein paar Zahnräder wird die Fallblattwalze bewegt. Durch die obere Kante des Textfeldes werden die Blätter gehalten, bis sie schließlich an einem definierten Punkt umklappen. Aber wie weiß das Modul, wie weit es drehen muss, um einen bestimmten Buchstaben anzuzeigen?

Die Elektronik

Auch die Elektronik ist eigentlich gar nicht so komplex. Mit am wichtigsten sind die beiden Reflexlichtschranken, die an zwei Stellen verbaut sind und verschiedene Stellen an Zahnrädern abtasten.

Eine davon ist zuständig für die Erkennung der Nullposition, im Normalfall das letzte leere Blatt auf der Walze, bevor die Zahlen, Buchstaben und Sonderzeichen beginnen. Diese Lichtschranke wird einmal pro kompletter Umdrehung der Walze von dem großen Zahnrad rechts abgedeckt und liefert dem Controller einen entsprechenden Impuls.

Die andere Lichtschranke dient dazu, zu erkennen, wenn ein Blatt gefallen ist. Sie sitzt direkt am Motor, unter dem Rad mit den vier Flügeln. Durch das Verhältnis der Zahnräder ist sichergestellt, dass jeweils eine Viertelumdrehung der Motorwelle (also ein Flügel) genau einem gefallenen Blatt entspricht. So kann der Controller mitzählen, wie viele Blätter gefallen sind - und so weiß er, wann er den Motor ausschalten muss, um den gewünschten Buchstaben anzuzeigen.

Das Ziel

Als Projektziel habe ich mir gesetzt, eine per WLAN ansteuerbare Fallblatt-Textzeile mit 24 Buchstaben zu bauen, die in einem schlichten Gehäuse untergebracht ist und lediglich einen Stromanschluss nach außen hin hat.

Das Problem

Das Hauptproblem war das fehlende Wissen über die Ansteuerung der Module. Da keine Dokumentation vorhanden ist, der Hersteller der Module nicht mehr existiert und auch der Hersteller eines Zugzielanzeigers, welcher kompatible Module nutzt, keine Dokumentation mehr hat ("haben wir weggeschmissen"), weiß keiner so recht, wie man die Module in Originalkonfiguration zum Rattern bringt. Es gibt zwar ein Projekt, bei dem durch einige Modifikationen auf der Steuerplatine und einen Arduino als "Ersatz-Controller" die Module angesteuert werden konnten, allerdings wäre diese Lösung hier zu groß und außerdem möchte ich die Steuerplatinen im Originalzustand belassen. Man weiß ja nie.

Die Lösung

Tja, wenn man die Module im Originalzustand nicht ohne weiteres angesteuert bekommt und die existierende Lösung nicht anwendbar ist, was macht man dann? Genau! Man denkt sich selbst eine Lösung aus! In diesem Fall war das der Entwurf einer kompletten Ersatz-Steuerplatine - also sollten alle Steuerplatinen der Module ausgetauscht werden. Ja, das mag etwas übertrieben klingen und das ist es sicherlich auch (ein bisschen), und billig ist es auch nicht - aber es ist ja ein Hobby und kein Geschäftsmodell.

Die Umsetzung

Nun denn, also direkt angefangen. KiCad gestartet, Original-Steuerplatine ausgebaut und erst einmal eingescannt, um die Abmessungen und Positionen der vielen Löcher möglichst exakt nachbilden zu können. Diesen Ansatz habe ich auch schnell wieder verworfen, als ich gemerkt habe, dass das eingescannte Bild - selbst nach Korrektur der Perspektive - recht wenig mit der Wahrheit zu tun hat.

Dann machen wir's halt ganz klassisch mit Lineal und Messschieber! Einige Messungen und Vergleichs-Ausdrucke später hatte ich dann schon mal die Form der Platine nachgebildet. Damit war schon mal ein Schritt in Richtung Ziel getan.

Doch der nächste Schritt stand schon an: Ein Schaltplan musste her! Nachdem ich die Hälfte des darauffolgenden Tages damit verbracht hatte, mir ein Konzept auszudenken und Teile zu recherchieren, konnte ich dann am Nachmittag endlich loslegen. Erstaunlich kurze Zeit später stand auch schon der Schaltplan. Dann gefühl noch einmal genau so lange damit verbracht, den Schaltplansymbolen ihre Gegenstücke aus dem echten Leben - die Footprints - zuzuordnen, schnell noch ne Stückliste erstellt und endlich stand dem PCB-Layout nichts mehr im Weg.

Nachdem ich dann die Footprints in den PCB-Editor importiert hatte, sah ich direkt, dass das nicht allzu schwierig werden würde - genug Platz war auf jeden Fall schon mal vorhanden. Also los ging's und - huch, es ist ja schon 22:00 - wo ist denn die Zeit geblieben? Naja, egal, dafür stand das Layout. Aber wie ich mich kenne, wusste ich schon, dass da sicherlich noch der ein oder andere Fehler drin steckte und ließ es noch einmal bis zum nächsten Tag ruhen.

Und siehe da, natürlich fiel mir am nächsten Tag direkt etwas auf. Ein falscher Footprint, ein Kondensator, der zu weit am Rand saß und der Versuch, einen Optotriac mit Vorwiderstand direkt aus dem IO-Pin des AVR zu steuern. Ohje. Also schnell noch Footprint getauscht, Kondensator verschoben und noch nen Transistor mit Basis-Vorwiderstand zwischen den Optotriac und den AVR gehängt - viel besser. Das Ergebnis kann sich sehen lassen:

Noch ein letztes Mal drübergeschaut und für gut befunden - ab ging's zu Elecrow. Und nun heißt es warten, bis die PCBs ankommen - Bauteile habe ich dann auch noch schnell bestellt, allerdings musste ich die Lichtschranken und die RS485-Wandler in China bestellen, was meinen Zeitplan natürlich etwas hinauszögern wird. Aber gut, kann man nix machen.

Teil 2: Gehäuse

Wie schon erwähnt, wollte ich die 24 Module natürlich auch irgendwie ordentlich positionieren - dazu musste ein Gehäuse her. Die Wahl des Materials fiel auf laminierte Regalbretter in Anthrazit, was gut zum Nachtblau der Fallblattmodul-Front passt. Beim Bau des Gehäuses hatte ich Unterstützung von Phalos.

Nur wie halte ich die Module an ihrem Platz? Schraublöcher haben die nicht. Nur eine kleine Kerbe, in die normalerweise eine Rastnase einrastet. Aber die habe ich ja hier nicht und so was kriege ich auch nicht mal eben selbst gebaut.

Aber zum Glück gibt es ja kleine Holzleistchen! Beim Einkaufen im Baumarkt habe ich dann eine kleine Zierleiste entdeckt, die fast genau in die Kerbe der Module passte - mit ein bisschen Feilarbeit ist das schnell passend gemacht - also mal mitgenommen.

Phalos, fleißig am feilen...

...jetzt noch die Kerben rein.

Das hat sich als gute Idee herausgestellt und die Module sitzen auf der Leiste recht fest und genau:

Dann wurden noch die Seitenteile zurechtgesägt, um die Module schön eng beieinander zu halten und dem ganzen etwas mehr Stabilität zu verleihen:

Schließlich noch ein Deckel drauf und schon sieht das ganze ziemlich gut aus:

Dann hab ich das Ganze mal hochgehoben und hochkant gestellt, was zur Folge hatte, dass erst einmal alle Module sich leicht gedreht haben und nun schief standen. Da musste noch nachgebessert werden, und zwar in Form von Drahtstiften, die die Module an Ort und Stelle halten:

Außerdem kam noch eine Lage Luftpolsterfolie zwischen Module und Deckel, um den Modulen zusätzlichen Halt zu geben. Also wieder zusammengebaut und siehe da, es hält. Inklusive typischem Fallblatt-Zeichenfehler:

Und das ist soweit auch der aktuelle Stand des Projekts. Jetzt heißt es erst einmal warten, bis die Bauteile und die Platinen eintrudeln. Dann gibt's natürlich noch einmal einen Post.

Bis dahin,

Cato