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Bauanleitung FRED

Version 1.0; Stand 23.11.2004

Diese Bauanleitung bezieht sich auf den Bau der FRED-Version 1.0 auf Basis der im FREMO vertriebenen industriell geätzten Platine. Die Platine ist fertig gebohrt und mit Durchkontaktierungen (=elektrischen Verbindungen von der oberen zur unteren Leiterbahnen der Platine) versehen. Es ist völlig gleichgültig, ob ein Bauteil unten oder oben auf die Platine angelötet wird, die Durchkontaktierungen stellen sicher, daß die Verbindung zu beiden Leiterplattenebenen hergestellt ist. Vorsicht – Durchkontaktierung dürfen nicht aufgebohrt werden !

Grundsätzlich erfordert der Zusammenbau keinerlei Elektronik-Kenntnisse. Die Schaltung ist fehlerfrei und hunderte Male aufgebaut worden. Es muß nur beim Bau sichergestellt werden, daß alle Bauteile an der richtigen Stelle und bei bestimmten Bauteilen, in der richtigen Ausrichtung bestückt werden. Über die Zusammenhänge und Funktion der Bauteile braucht man sich beim Bauen nicht den Kopf zerbrechen - wie bei einem Weinert-Bausatz sind nur bestimmte Teile an in der Bauanleitung vordefinierte Stelle zu löten.

Was ist zu beachten:
Zwei Dinge sind ganz wichtig: 1. Richtig löten (90% aller Fehler sind Lötfehler) und 2. etwas Konzentration, damit keine Bauteile vertauscht werden. Auf das Löten will ich deshalb zunächst noch etwas näher eingehen: Richtiges Gerät ist wichtig - ein starker Lötkolben 30 - 60 W mit feiner (Bleistift)-Spitze (nicht den für die Dachrinne) und normales 1 mm- Elektroniklötzinn mit Flußmittelseele (kein extra Flußmittel, Lötfett oder Lötpaste) für die konventionellen Bauteile und 0,5 mm-Elektroniklötzinn für die SMD-Bauteile. Wichtig ist ein sicherer Kontakt herzustellen - dieser gelingt nur, wenn beide zu verbindenden Elemente, Leiterbahn und Anschlußdraht, zunächst mit der Lötkolbenspitze ca. 2 Sekunden erhitzt und soviel Lötzinn zuführt, daß das Lötpad vollständig benetzt und die Durchkontaktierung mit Lötzinn gefüllt ist (es darf aber nur soviel sein, daß sich eine Hohlkehle bildet, keine Klumpen), und nach nochmals ca. 1 Sekunde erhitzt wird bis die Lötstelle schön silbrig glänzt. Wird beispielsweise nur die Leiterbahn erhitzt und ein (dicker) Anschlußdraht bleibt kalt, so legt sich das Lötzinn um den Anschlußdraht dieser wird aber praktisch mit einer Flußmittelschicht umgeben und damit isoliert. Solche Fehler sind nur sehr schwer zu finden. Der andere Fall sind die berühmten "kalte Lötstellen". Dies bedeutet, daß das Lötzinn nur so auf der Lötstelle "klebt" (Flußmittel als nichtleitender Klebstoff) und keine dauernde elektrische Verbindung hergestellt ist. "kalte" Lötstellen erkennt man an dem matten Glanz des Lötzinns. Das andere Extrem ist die ausgefranzte Lötstelle - wenn das Lötzinn zu heiß wird franzt die Lötstelle aus und wird wieder matt. Normalerweise ist dort eine Verbindung hergestellt, aber die thermische Belastung des Bauteils war dann auch recht hoch.

Warum ich hier so darauf herumreite: Ich habe schon zu viele "freischaffende Lötkünstler" kennengelernt. Ich will hier nicht die Pferde scheu machen, aber etwas Mühe sollte man sich beim Löten schon geben, sonst braucht man sich nicht wundern, wenn derjenige, der hinterher die Fehler suchen muß generft das Ding als irreparabel in die Tonne tritt.

Also konzentriert löten und alle Lötstellen noch Mal kontrollieren - später kommt es doch raus: Sind alle Lötstellen silbrig glänzend (matte, und ausgefranste Lötstellen deuten auf Fehler hin)? Ist kein Lötzinn zwischen den Leiterbahnen?

Werkzeug:
Außer dem schon angesprochenen Lötkolben (30-60 Watt) mit Bleistiftspitze braucht man zum Zusammenbau des FREDs eine feine Zange, eine Pinzette und einen scharfen Seitenschneider. Für die Gehäusebohrungen werden folgende Bohrer benötigt: 3,1; 3,8 und 6,5 mm. Zum Ausarbeiten der Öffnung für die Anschlußbuchse sind ein Bastelmesser und eine kleine Flachfeile sinnvoll.

Der Aufbau des FREDs erfolgt in verschiedenen Bauschritten.

Bauschritt 1: Gehäuse bohren
Wir starten zunächst mit einem rein mechanischen Bauschritt. Je nachdem, ob die FRED-Bohrschablone verfügbar ist, ist Bauschritt 1a (mit Schablone) oder 1b (mit Findlöchern) durchzuführen. Die Bohrungen im Gehäuse müssen sehr genau ausgeführt sein, sonst verklemmen sich die kleinen Taster (Push-Buttons). Auch macht ein zigfach nachgefeiltes Gehäuse einen wenig professionellen Eindruck.

Bauschritt 1a
Steht beim Bau die FRED-Bohrschablone zu Verfügung, so kann die Gehäusebearbeitung sehr zügig erfolgen. Die Schablone wird in den Gehäusedeckel mit M2,5x6 mm Gewindeschrauben oder M2,6-Blechtreibschrauben eingeschraubt (der Deckel ist das Teil, in dem sich die Löcher für die Gehäusebefestigung befinden !) und auf einer STÄNDERBOHRMASCHINE (mit der Handbohrmaschine wird man zwangsläufig verkanten und die Schablone zerstören !) die Bohrungen in den auf der Schablone angegebenen Durchmessern bohren. Nach dem Entgraten der Bohrlöcher (z.B. mit einem kleinen Senker) ist die Gehäusebearbeitung zunächst abgeschlossen. Je nach Ausführung des Potentiometers kann es sein, daß dessen Bohrung noch vergrößert werden muß.

Die FRED- Bohrschablone besteht aus einem angeätztem 1 mm-Blech mit eingelöteten MS-Hülsen für die Bohrerführung. Die Bohrdurchmesser sind genau einzuhalten - sonst ist die Bohrschablone bald hin - so inzwischen auch MEINE eigene, Dank lieber Kollegen !!!! Download Vorlage als gezippte eps-Datei 63k oder als pdf-Datei 40k.

Bauschritt 1b
Steht die Bohrschablone nicht zur Verfügung, so kann mit der Hilfe der auf der Platine markierten Findlöcher die exakte Position der Bohrungen im Gehäuse gefunden werden. Die Platine wird mit der TOP-Seite nach oben in das Gehäuse geschraubt und die Findlöcher mit einem 1 mm Bohrer durch die Platine und durch das Gehäuse gebohrt werden. Der Schalter kann direkt mit einem 6,5mm Bohrer durch das Gehäuse durchgebohrt werden - durch die abgeflachte Bohrung des Potentiometers kann mal leider nicht direkt bohren und muß die Position mit einem Stift anzeichnen (da diese Bohrung später vom Drehknopf verdeckt wird, kommt es hier nicht so genau auf die Position an) Nun wird die Platine wieder aus dem Gehäuse herausgeschraubt und nun von der Innenseite mit den passenenden Bohrdurchmessern (3,1 mm für die LED, 3,8 mm für die Taster) die 1 mm Löcher aufgebohrt. Hierbei ist besondere Vorsicht angebracht - der Kunststoff ist sehr weich und dadurch wird der Bohrer nur sehr mäßig durch das Findloch zentriert. Wer hier frisch und fröhlich den Bohrer mit Schwung "reinrammt" der kann sicher sein, daß die Bohrung verlaufen ist. Also Zeit lassen! den Bohrer genau über dem Findloch ausrichten, nochmals querpeilen, und dann erst bohren. Die Potentiometerbohrung (die später vom Knopf verdeckt wird) wird nun noch auf ca. 10 mm erweitern (geht besser mit einem Senker als einem Spiralbohrer [Gefahr es einhakens!]). Da das Loch später nicht sichbar ist, kann man auch einen Rundfeile nehmen. Nach dem Entgraten der Bohrlöcher (z.B. mit einem kleinen Senker) ist die Gehäusebearbeitung zunächst abgeschlossen. 

Bauschritt 2: SMD-Bauteile
Wenn auch einige etwas entsetzt über diese winzigen Bauteile sind, es ist einfacher ein SMD-Bauteil auf eine Platine zu löten als einen Flansch an die Speiseleitung bei einer Weinert-Lok! Folgende Vorgehensweise hat sich für die Handbestückung von SMD-Bauteilen bewährt: Der jeweils rechte (für Rechtshänder) Lötpad auf der Platine des SMD-Bauteils wird mit ganz wenig 0,5 mm Lötzinn verzinnt. Dann wird der SMD-Widerstand mit der Pinzette auf die verzinnte Lötstelle gedrückt und SMD-Bauteil und Lötzinn zusammen erhitzt. Nun kann das SMD-Bauteile in das nun weiche Lötzinn hineingedrückt werden, bis es auf der Platine aufliegt. Stellt sich an dieser Lötstelle der gewünschte Glanz nicht ein, so wird zunächst die zweite Seite unter Zuführung von Lötzinn verlötet und dann nochmals die erste Seite unter Zuführung von etwas Lötzinn nachgelötet. Das hört sich nun wieder gefährlicher an, als es ist. Bei unseren Testaufbauten der Vorabmuster war niemals eine Lötfehler bei den SMD-Bauteilen zu finden - während an anderen Teilen...

SMD-Bauteile sind durch eine Zahlencode gekennzeichnet. Die ersten beiden Zahlen geben die Grösse, die letzte Zahl die Anzahl der Nachkommastellen an. Also ist eine 473 gleich 47 + drei Nullen = 47 000 = 47kOhm.

BOT-Seite:

 
TOP-Seite:

Bauschritt 3: IC-Sockel, Schwinger, konventionelle Widerstände
So, nun wird zunächst nur noch auf der TOP-Seite bestückt: Zunächst die IC-Sockel. Beide werden so ausgerichtet, daß die Kerben nach rechts zeigen, wenn man die großen Löcher für den Potentiometer und den Schalter oben hat. Der Schwinger (der von Reichelt gelieferte ist entgegen der Skizze unten in braunem Gehäuse) und die Widerstände sind in der Lage beliebig.

Der R8 hat eine eigene Geschichte: Als der FRED entwickelt wurde, haben die Entwickler an so ungefähr 20-30 Stück insgesamt gedacht (inzwischen gibt es wohl ca. 3000). Durch die Erfahrung damit gibt es eine Änderung: R8 und C2 bestimmen zusammen die CD-Zeit, aber Kondensatoren haben immer etwas größere Toleranzen. Aktuelle Chargen scheinen da etwas größeres C zu haben und brauchen als Ausgleich etwas kleineres R. Daher variiert der Wert von R 8 zwischen 110 - 120 kOhm in den verschiedenen Unterlagen. Bei der letzten Bausatzaktionen lag alternativ zum R8 mit 120 kOhm (braun-rot-schwarz-orange-braun) auch noch einer mit 115 kOhm (braun-braun-grün-orange-braun) dabei. Es kann aber auch sein, daß man Werte im Bereich 105-110 kOhm benötigt, um die richtige CD-Zeit zu bekommen. Herausfinden kann man die erst beim Abgleich und dann muss ggf. der Widerstand nochmals geändert werden - aber jetzt erst einmal weiterlöten!

Bauschritt 4: Dioden
Mit den Dioden kommen nun zum ersten mal Bauteile, die in der richtigen Lage eingebaut werden müssen. Wichtig ist hierbei der auf dem Bauteil aufgedruckte Strich, der die Lage der Kathode zeigt. Bei allen 4 Dioden des FREDs zeigt der Strich in Richtung der Anschlußbuchse - also weg vom Schalter und Potentiometer. Für D4 kann wahlweise die Universaltype 1N4148 oder die "schnelle" Spezialdiode BAT 46 verwendet werden.

Bauschritt 5: Kondensatoren
Bei den hier in deisem Bauschritt beschriebenen, nicht gepolten, Kondensatoren ist die Ausrichtung beliebig. Zwei verschiedenen Typen sind zu unterscheiden : Metallisierte Polyesterkondensatoren (MKS) und die einfacheren Keramikkondensatoren. MKS-Kondensatoren sind fast immer in einem kastenförmigen, roten Kunststoffgehäuse (Hersteller Wima). Keramikkondensatoren haben rundliche, gegossenen Körper. Die 100n (C3, C4, C5, C7) haben oft einen gelben oder blauen Körper - die winzigen 47 pf meistens keine Aufschrift.

Bauschritt 6: Tantal
In diesem Bauschritt ist wieder auf die genaue Anordnung der Bauteile zu achten. Die Tantal-Kondensatoren (tropfenförmiges Gehäuse) müssen richtig gepolt werden. Die Polarität wird durch einen dicken Strich oder ein kleines "+"-Zeichen angezeigt. Beiden in FRED eingebauten Tantal müssen mit dem Strich in Richtung zum Rand der Platine eingebaut werden.

Bauschritt 7: Transistor, Spannungsregeler und RESET-Baustein
Von den schwarzen Dreibeinern mit der abgefachten Seite (von den meisten wohl sofort als Transistor indentifiziert) ist nur einer wirkliche ein Transistor (BC337), ein anderer ist der Spannungsregler (LM2936-Z5.0) und der dritte ein spezieller RESET-Baustein (ZSM560). Dies ist die richtige Lage der abgeflachten Seite wichtig.

Bauschritt 8 Taster (Push-Buttons), Schalter, Potentiometer, LED
In diesem Bauschritt werden die Bedien- und Anzeigeelemente des FREDs montiert. Damit sich die Taster nicht verkanten und klemmen (was passiert, wenn sie nicht gerade in den Bohrungen im Gehäuse laufen) werden die Taster zunächst die Füßchen geradegebogen und von der !!! BOT-Seite !!! in die Platine gesteckt und diese dann in das schon gebohrte Gehäuse eingeschraubt. Wenn sich alle Taster sauber betätigen lassen (Druckpunkt muß spürbar sein) dann werden sie von hinten angelötet, solange die Platine noch im Gehäuse sitzt. Passen die Taster so wird der Schalter (mit Drahtstückchen anschließen) und der Potentiometer von der !! TOP-Seite !! aus eingeschraubt ( Vorsicht - der Schaltknauf bzw. die Achse des Potentiometers müßen auf der BOT-Seite liegen). Beide Elemente müssen vor dem endgültigen festschrauben ggf. noch leicht zum Gehäuse hin angepaßt werden. Je nach Bauform des Potentiometers kann es notwenig sein, die Bohrung von 6,5 mm auf 7,5 oder 8 mm aufzuweiten - der Drehknopf verdeckt später dann die Öffnung. Sind alle diese Elemente fixiert, wird als letztes die LED von der BOT-Seite her eingesteckt, die Platine nochmals in das Gehäuse gelegt, die LED von hinten her in die 3,1 mm-Bohrung eingeschoben und von hinten verlötet. Vorsicht, die LED muß richtig eingelötet werden, sonst zeigt sie die falschen Farben. Erkennungszeichen ist die Form eines Beinchens (siehe Skizze)

Bauschritt 9: IC, Mikroprozessor und Buchse
So jetzt kommen wir zu Ende. Das IC wird eingesetzt. Die Ausrichtung wird durch eine halbrunde Aussparung an einem Ende des ICs sichergestellt. Der Mikroprozessor (PIC) ist genauso mit einer halbrunden Kerbe gekennzeichnet. Am besten ist es natürlich, wenn man den Mikroprozessor mit der Testsoftware bespielt einbaut - dann kann man, ein LocoNet® vorausgesetzt, nach dem nächsten Bauschritt gleich mit der Funktionskontrolle beginnen. Was nun noch fehlt, ist der Programierstecker für den Mikroprozessor und die Anschlußbuchse für das LocoNet® . Sie werden beide wieder auf der TOP-Seite bestückt.

Bauschritt 10: Prüfung
Bevor der neue FRED mit der Testsoftware zum ersten Mal an das LocoNet® angestöpselt wird, muß erst noch eine genaue Kontrolle erfolgen: Sind alle Bauteile eingebaut? (Die Bohrungen, die nur der Durchkontaktierung dienen und frei bleiben müssen, sind in dem unteren Bild durch X gekennzeichnet). Sind alle Lötstellen in Ordnung und schön silbrig glänzend ? Sind keine Leiterbahnen durch Lötzinn überbrückt ? (Kontrolle anhand der Layoutpläne !)

Erst wenn man ganz sicher ist, daß alles in Ordnung ist sollte man den FRED an das LocoNet® anstöpseln und die Test- und Abgleichsprozedur kann beginnen.