Selbstbauprojekte

In diesem Abschnitt möchte ich einige meiner Pro- und Objekte technischer Art - aus unterschiedlichen Fachbereichen - vorstellen. Wer gerne selbst baut, kann sich hier kostenlose Tipps zu Gemüte führen und auch die eine oder andere Bauanleitung zum eigenem Gebrauch ausborgen.
Bekanntlich wird über Erfolge stets gern und viel berichtet, doch der Weg dorthin ist oft nicht nur ziemlich mühsam, sondern auch zeit- und materialaufwändig.

Wer berichtet schon gern über fragmentierte Bauteile, Brandblasen und angesengte Möbelstücke, abgebrochene Bohrer, verschmorte Kabel oder gar versehentlich spiegelverkehrt angefertigte Platinen ?
Sicher - aus Fehlern lernt man und das ist auch gut so. Erfahrungen sind das wertvollste Kapital, das ein Mensch im Laufe seines Lebens sammeln kann. Allerdings sind nicht wenige dieser individuellen Weisheiten teuer erkauft.
Manche sind sogar so kostbar, dass man sie unter gesetzlichen Schutz stellt. Das nennt man dann Patente oder Urheberrecht, was in bestimmten Fällen durchaus Sinn macht.

Damit die Übersicht gewahrt bleibt, sind die Fotos verkleinert. Zum Vergrößern - wie üblich - einfach draufklicken.

• einfacher Antennenrotor
• 50 Ohm Dummyload
• Wickelvorrichtung für kleine Spulen
• Influenzmaschine nach Wimshurst
• SWV-Meter
• Matchbox
• 300 W Universal-Tiefpaßfilter
• Trafonetzteil für hohe Leistung

Antennenrotor mit Fernsteuerung

Der Rotor wurde für eine kleine 2m Antenne entworfen und ist unter Dach montiert. Natürlich könnte er auch - einen geeigneten Antrieb vorausgesetzt - für eine größere Dachantenne genutzt werden.

Wie bei jedem Rotor der irgendwo außerhalb montiert werden soll, stellt sich die Frage nach der Steuerung. Besonders wichtig ist dabei die Rückmeldung der Antennenrichtung und ein sicherer Schutz gegen überdrehen.
Speziell letzterem wird mithin oft zu wenig Aufmerksamkeit gewidmet. Die Folgen - abgerissene Antennenkabel und viel Ärger - sind unter Insidern hinlänglich bekannt.

Die Eckdaten des hier vorgestellten Rotors sehen folgendermaßen aus:

Das Kernstück - der Getriebemotor - fand sich beim umräumen in meinen Lagerbeständen. Damit war die Idee geboren und der Rest ergab sich dann irgendwie von selbst...
Wichtig: Verwenden Sie als Antriebsmotor aus Sicherheitsgründen keinen Motor der mit Netzspannung betrieben wird ! Am besten eignen sich Gleichstrommotore für Niederspannung. Eine Alternative wäre eventuell ein Schrittmotor. Dabei ist allerdings der technische Aufwand zur Ansteuerung zu bedenken.

Die Anordnung der Teile ist aus dem Foto gut ersichtlich. Als Grundplatte dient ein Pertinaxstreifen mit 70 mm Breite. Der Getriebemotor ist darauf mittig mit einem stabilen Aluwinkel montiert.
Die Hauptwelle - ein 12mm Aluminiumstab - wird über eine Buchse mit dem Motor verbunden. Als Welle eignen sich Kunststoff oder Hartholz natürlich ebenfalls. Für die Stabilität der Konstruktion ist das zweite Lager sehr wichtig. Der Abstand vom Motor sollte mindestens 20 cm betragen.
Ich habe ein Kugellager verwendet, eine Teflon- oder Polyamidbuchse funktioniert ebenso, schließlich rotiert die Welle ja recht gemächlich.

Bis hierhin sollte es also keine Probleme geben. Nun kommt die Sache mit den Endpositionen. Nach kurzer Überlegung entschied ich mich für Mikrotaster, die über Excenterscheiben betätigt werden. Hier gab es dann die erste Schwierigkeit: Wenn sich nämlich die Welle um 360 Grad drehen soll und die Scheiben darauf direkt befestigt werden, ist ein Abschalten des Motors nach exakt einem Umlauf nicht möglich. Der nutzbare Drehwinkel ist dann - leider - wesentlich kleiner und liegt bei etwa 270 bis 300 Grad.

Deshalb kam noch eine Hilfswelle hinzu die mit einer einfachen Zahnraduntersetzung von der Hauptwelle aus angetrieben wird. Das Foto rechts zeigt einige Details. Für das Poti ist ebenfalls eine Untersetzung erforderlich, wobei man das Poti selbstverständlich auch an der Hilfswelle mit den Excenterscheiben anbringen kann.

Das Untersetzungsverhältnis der Zahnräder sollte zwischen 1:1,5 bis 1:2,5 liegen. Die Zahnräder müssen übrigens nicht unbedingt bis aufs I-Tüpfelchen exakt ineinander greifen. Schließlich haben wir es hier nicht mit einem Hochleistungsgetriebe zu tun. Kunststoffzahnräder mit einem Modul von 0,75 oder 1 sind ausreichend.
Auf dem Foto links erkennt man die Anordnung der beiden Excenterscheiben und die Platzierung der Mikrotaster nebst Verdrahtung. Mit den Scheiben, die mit kleinen Madenschrauben auf der Hilfswelle drehbar befestigt sind, läßt sich der gewünschte Abschaltpunkt recht genau einstellen.

Die Arbeitskontakte der Mikrotaster sind mit Dioden so beschaltet, daß der Motor beim erreichen der jeweiligen Endposition sofort stoppt. So entsteht ein zuverlässiger Schutz vor unbeabsichtigtem Überdrehen.
Nach so viel Mechanik nun zur Steuerelektronik. Diese ist in einem Kunststoffgehäuse untergebracht, wobei das Drehspulinstrument den größten Teil der Frontplatte einnimmt. Links darunter befindet sich der Netzschalter (grün), die beiden Taster rechts sind für die Drehrichtung vorgesehen.

Einziger Schönheitsfehler - die Instrumentenskala ist hier noch nicht mit den Himmelsrichtungen beschriftet. Die Schaltung wird intern mit 12 V versorgt - man könnte also auch einen 12 V Akku, oder ein externes Steckernetzteil benutzen. Die Ruhestromaufnahme ist sehr gering.

Als Steuerkabel fand ein vierpoliges abgeschirmtes Standardkabel mit einem Litzenquerschnitt von 0,14 Verwendung. Der Anschluß an die Steuerung erfolgt mit einem fünfpoligen DIN-Stecker.
Ein Blick in das Innenleben: Die Verdrahtung ist größtenteils frei ausgeführt, denn die Anfertigung einer Platine lohnt für die wenigen Bauteile nicht.

Als Gehäuse wurde ein Kunststoffgehäuse "KGB21" (Onlineshop)verwendet. Ein Vorteil dieser Gehäuse ist ,neben dem sehr günstigen Preis, die leichte Bearbeitbarkeit.
Ein kurzer Streifen Lötösenleiste (oben links) dient als Fixpunkt für die beiden Längsregler. Rechts oben sitzt der Netztrafo - ein 12 V Printtrafo, der im Leerlauf am Ladeelko eine Spannung von mehr als 20 V erzeugt. Die verhältnismäßig hohe Leerlaufspannung ist eine Eigenart dieser kleinen Trafos - also Obacht bei der Auswahl des Ladeelkos! Ein 25V-Typ sollte es deshalb wenigstens sein. Die in der Schaltung angegeben Werte sind als Richtwerte zu verstehen.
Für den Netzschalter und die beiden Richtungswahltaster gelangten RFT-Leuchtdrucktaster zum Einsatz. Diese sind äußerst zuverlässig, sehr leichtgängig, und besitzen einen definierten Rastpunkt. Man kann für die Drehrichtungswahl aber auch einen Kippschalter 2XUM (nichtrastend) mit Mittelstellung benutzen.

Das Instrument ist mit einem Vorwiderstand versehen, in Reihe dazu liegt noch ein Trimmer zur Feineinstellung. Den Netzschalter (rechts unten) habe ich mit einer 12 V Soffitte bestückt - die beiden grünen Kabel führen zum 12 V-Regler.

Die Belegung der DIN-Buchse sieht - von links nach rechts betrachtet - folgendermaßen aus: Motor(rot), Motor(blau), Masse(blau), Poti(rot), Poti(gelb).
Die Verdrahtung der beiden Richtungstaster ist unkompliziert, allerdings möchte ich noch auf einen wichtigen Nebeneffekt hinweisen: Wenn beide Taster versehentlich gleichzeitig gedrückt werden, gibt es einen Kurzschluß.
Aufgrund des geringen Stromes hat das aber in dieser Schaltung keine schädlichen Auswirkungen, die Regler sind außerdem hinlänglich geschützt.
Mit einer geänderten Verdrahtung - unter Einbeziehung der noch freien Tasterkontakte - , oder durch Verwendung eines o.g. Umschalters ließe sich dieser Effekt natürlich vermeiden.

Abschließend bleibt zu sagen, daß bei diesem Projekt die Herausforderung eindeutig beim mechanischen Teil lag. Im Übrigen ist das Drehspulinstrument als Anzeige an Einfachheit kaum zu unterbieten. Die Genauigkeit reicht für den vorgesehenen Verwendungszweck völlig aus.
Der Rotor ist mit einer HB9CV für 2m bestückt und erfüllt nun schon seit mehreren Jahren zuverlässig, selbst im strengen Neuhäuser Winter, seinen Dienst.

Dummyload für kleine und mittlere Leistung - Kurzwelle bis 2m

Ein Dummyload - mitunter auch als Kunstantenne bezeichnet - ist beim Bau von Transceivern oder HF-Endstufen unerlässlich. Natürlich kann man ein solches Teil auch fertig in allen erdenklichen Ausführungen kaufen, doch der Selbstbau ist für viele Anwendungsfälle dennoch lohnenswert.

Man kann im Amateurfunk etwa vier Leistungsklassen unterscheiden: QRPP (bis 1 W), QRP (bis 10W), dann die sehr weit verbreitete mittlere Klasse um 100 W und natürlich den QRO-Bereich, der auch gern als "legale Leistung" bezeichnet wird. Legal sind derzeit in Europa 750 W.

Als Standard für die Impedanz von Antennen hat sich, mit Ausnahme der SAT-Technik, weltweit 50 Ohm etabliert. Das Dummyload ist demzufolge nichts weiter als ein ohmscher Widerstand von 50 Ohm der anstelle der Antenne angeschlossen wird, daher auch der Begriff Kunstantenne.
Das klingt einfach, doch leider sind die meisten Leistungswiderstände gewendelt. Das bedeutet daß die Widerstandsbahn (Metall, Kohle) spiralförmig um den Keramikkörper gelegt, bzw. der Körper mit Widerstandsdraht bewickelt ist.
Daraus ergibt sich, daß bei Wechselspannung mit steigender Frequenz der Induktive Anteil immer mehr störend in Erscheinung tritt. Der Widerstand mutiert also gewissermaßen zur Spule. Wie hoch der induktive Anteil ist, hängt natürlich auch von der Bauform ab, hierüber eine allgemeine Aussage zu treffen ist deshalb schlichtweg unmöglich. Es ist also wichtig für ein Dummyload induktionsarme Widerstände zu verwenden.

Ungewendelte Widerstände sind teuer, also greift man zu einem Trick, nämlich der Parallelschaltung von einfachen Leistungswiderständen. Dieses Verfahren reicht für die üblichen Anwendungen im Bereich bis 2 m im allgemeinen aus.

Bereits bei der Planung muß klar sein für welche Verlustleistung das Dummyload gebaut werden soll. Meine Erfahrung hat gezeigt, daß es ab etwa 50 W sinnvoll ist, Leistungswiderstände ab 1 KOhm zu benutzen.
Bei 1 KOHm und 5W pro Widerstand sind 20 Stück parallel zu schalten. Das ergibt rein rechnerisch eine maximale Last von 100 W bei 50 Ohm Gesamtwiderstand.

Weil Hochlastwiderstände stets eine gewisse Überlast vertragen, kann man bei Kurzzeitbelastung getrost noch gut 50 bis 100 Prozent zugeben. Die größte Schwierigkeit bei jedem Dummyload besteht jedoch weniger im Aufbau als vielmehr in der Ableitung der beim Betrieb entstehenden Wärme!
100 W und mehr verlangen eine gute Belüftung. Hier muß letztlich der Versuch zeigen, wie lange man die Widerstände quälen kann, ohne daß sie verschmoren. Zementierte und glasierte Ausführungen sind klar im Vorteil und bei etlichen Restpostenhändlern sehr günstig erhältlich.
Solche Exemplare erreichen Oberflächentemperaturen bis etwa 350 Grad, glasierte sogar noch etwas mehr. In der Praxis wird man dies aber kaum nutzen können, denn der Schmelzpunkt von Lötzinn liegt etwa im gleichem Bereich.
Zwar tritt über die Anschlußdrähte ein starkes Temperaturgefälle auf, aber aus HF-technischen Gründen müssen wir diese Drähte bei unseren Eigenbau-Dummyloads möglichst kurz halten. Daher sind auch die in Bastlerkreisen äußerst beliebten "Schweineschwänze" (siehe Foto rechts) nicht empfehlenswert!

Die Sache hat aber auch ihr gutes, denn über kurze Drähte läßt sich viel Wärme auf die Außenflächen des Gehäuses ableiten. Je mehr Widerstände demnach verwendet werden, desto günstiger gestaltet sich der Wärmehaushalt.

Bauformen

In der Praxis lassen sich zwei Grundtypen unterscheiden: Die Strahlungsgekühlten - wozu auch die Zwangsbelüftung zählt - und die Flüssigkeitsgekühlten. Letztere im Amateurbereich aufzubauen lohnt kaum. Allein die Wasser- bzw. Öldichte Ausführung der Anschlußbuchse(n) ist ein Kunstwerk für sich.

Das Foto rechts zeigt zwei industriell gefertigte Kunstantennen. Das DL 2500 eignet sich für Frequenzen bis etwa 150 MHZ und verkraftet laut Herstellerangaben bis zu 2500 W. Das geht natürlich nur mit Belüftung und für maximal eine Minute. Bei 500 W sieht die Sache bereits viel günstiger aus, denn bis dahin reicht der Dauerlastbereich.
Daneben das kleine schwarze ist ein 20W Typ eines bekannten Antennenherstellers. Dieses Teil funktioniert auch noch bei Frequenzen jenseits von 1 GHz hervorragend und Kurzzeitbelastungen von 50 W werden klaglos hingenommen.

Bei aller Eleganz - die Grundfunktion ist natürlich in jedem Fall die gleiche. Ich möchte nun an den nachfolgenden Beispielen demonstrieren, wie man mit einfachsten Mitten ein ebenso gutes - wenn auch vielleicht nicht ganz so professionell aussehendes - Teil anfertigen kann.

Dummyload für 20 W Dauerlast

Der Aufbau erfolgte auf einem Streifen Platinenmaterial, wobei die Größe der vorhandenen Widerstände die Maße vorgaben. Das Stehwellenverhältnis (SWV) beträgt bei 145 MHz 1:1,2. Im Kurzwellenbereich liegt es bei 1:1,1 und darunter.
Zum Aufbau wurden 24 Stück zementierte 1,2 K Widerstände von jeweils 1 W verwendet. Es handelt sich um Kohleschichtwiderstände sehr kurzer Bauform für stehende Montage. Die PL-Buchse ist direkt an die Platine angelötet und die Widerstände sind beidseitig in einer Reihe angeordnet. Die Verbindung der Widerstände untereinander erfolgt mit verzinnter Litze.

Die offene Bauform ermöglicht einen zügigen Wärmeaustausch und ein Lüfter erübrigt sich. Kurzzeitbelastungen von bis zu 50 W und Spitzenbelastungen (Impulse) von bis zu 100 W sind möglich. Die Gesamtmaße betragen ca. 140 x 30 x 20 mm.

Wie man erkennt, halten sich sowohl die Materialkosten als auch der Arbeitsaufwand sehr in Grenzen. Als kleines Extra wurde noch ein Spannungsteiler, bestehend aus zwei Widerständen 4,7 K / 68 Ohm eingefügt. Dort kann man zur Beurteilung des Ausgangssignals z.B. ein Oszilloskop anschließen.

Dummyload für 100 W Dauerlast

Bei diesem Dummy kamen ebenfalls 1,2 K Widerstände zum Einsatz, allerdings 5 W-Typen. Der Aufbau ist auf dem Foto gut erkennbar. Die Widerstände wurden paarweise zusammengefaßt und mit stark verkürzten Anschlüssen frei tragend eingelötet. Als Rahmen dient ein Weißblechgehäuse.

Die Maße des Rahmens betragen 100 x 60 x 30 mm. Der relativ freie Aufbau ermöglicht die Montage eines kleinen Lüfters - eventuell mit Temperatursensor.
Bei Bedarf können an den Außenflächen noch kleine Kühlkörper angebracht werden. Das SWV liegt auf 145 MHz bei 1:1,1. Wenn das Gehäuse mit den zugehörigen Deckeln verschlossen wird, ergibt sich eine geringfügige Verschlechterung.
Auch hier habe ich eine Möglichkeit für den Anschluß eines Oszi vorgesehen. Das HF-Signal wird über einen 3,3 p Kondensator ausgekoppelt und auf einen Spannungsteiler 1:10 (Widerstände 10K/ 1K) gegeben.

Wickelvorrichtung für kleine Spulen

Wer viel im HF-Bereich experimentiert, wird früher oder später gezwungen sein, Spulen selbst zu wickeln. Besonders bei kleinen Stückzahlen bietet diese Verfahrensweise erhebliche Zeit- und Kostenersparnis.
Die hier gezeigte Vorrichtung entstand mit Teilen aus der Bastelkiste und hat sich inzwischen etliche Male erfolgreich bewährt. Das Wickeln kleiner Spulen mit dünnen Drähten ist nicht ganz einfach. Der Spulenkörper muß irgendwie sicher befestigt werden und man muß ihn leicht drehen können, ohne den Draht dabei zu sehr zu beanspruchen.
Außerdem ist es von Vorteil wenn die Windungen gleich automatisch mitgezählt werden. Das ermöglicht ein entspanntes Arbeiten weil man sich so besser auf den Wickelvorgang konzentrieren kann.

Die Wickelvorrichtung besteht aus der Halterung für den Draht, dem (auswechselbaren) Spulenaufnehmer und dem Zählwerk. Das ganze ist auf einem Kunststoffstreifen montiert. Auf einen Motor kann man getrost verzichten, denn mit der Handkurbel ist ein sehr feinfühliges Arbeiten möglich.

Die Halterung für den Spulendraht besteht aus einen senkrecht montierten 4 mm Stift. Auf diesen lassen sich Rollen mit unterschiedlichem Durchmesser aufstecken. Dabei ist darauf zu achten, daß sich die Rollen - vor allem bei den ganz dünnen Drähten - frei drehen können.

Der Spulenaufnehmer mit dem Kurbelmechanismus bildet das Kernstück. Die Abnahme der Impulse für die elektronische Anzeige erfolgt mit einem Mikrotaster der über eine kleine Excenterscheibe betätigt wird.
Als Lagerbock dient ein Stück Plexiglas, die Achse ist zweifach kugelgelagert. Das ist im Sinne einer guten Leichtgängigkeit unbedingt anzuraten, wobei die mechanische Ausführung natürlich entsprechend den jeweiligen Erfordernissen, Materialien etc. anzupassen ist.
Die Details sind den Fotos zu entnehmen, beim Spulenaufnehmer solte man darauf achten, daß dieser abnehmbar gestaltet wird.

Das elektronische Zählwerk besteht aus einer dreistelligen Anzeige. Der Zählumfang beträgt somit 999 Windungen. Als Zähler-IC fungiert ein 4553. Mit einer Taste (der kleine rote Knopf rechts neben der Anzeige) läßt sich das ganze auf "Null" setzen. Der 4553 beinhaltet drei komplette Zähldekaden die im Multiplexbetrieb laufen. Für die Anzeigen ist noch ein BCD/Siebensegment Dekoder nachgeschaltet. Natürlich könnte man auch ein mechanisches Zählwerk oder ein fertig aufgebautes Impulszählermodul verwenden, das würde den Aufbau weiter vereinfachen.

Welche Wickelqualität mit dieser primitiv anmutenden Vorrichtung erreichbar ist, möge die nebenstehende Makroaufnahme verdeutlichen.

Der Drahtdurchmesser beträgt hier gerade einmal 0,07 (!) mm und es sind bereits zwei Lagen gewickelt.
Diese Vorrichtung benutze ich bereits seit Jahren für unterschiedlichste Spulen. Für die Fertigung von Einzelstücken oder Kleinserien hat sich das ganze sehr gut bewährt. Selbst HF-Litze und Lackdrähte von 0,05 mm sind, ein wenig Übung vorausgesetzt, unproblematisch zu verarbeiten.

Abschließend noch ein Tipp zur Beschaffung von Spulendraht: Der Handel bietet meistens nur 100 oder 500 Gramm Spulen an, wobei Drahtstärken unter 0,1 mm eher selten zu finden sind. Für Bastelzwecke läßt sich aber auch Draht von ausgedienten Relaisspulen oder Kleinstmotoren verwenden.
Allerdings sollte man in solchen Fällen unbedingt darauf achten dass die Lackschicht noch in Ordnung ist. Man erkennt das z.B. daran ob der Wickelkörper verfärbt oder verzogen ist.
Mitunter sind bei Restpostenhändlern Relaissortimente zu finden. Man glaubt gar nicht wieviele Meter bester und nagelneuer Lackdraht auf solchen Spulen zu finden ist.

... wird fortgesetzt...