Gesamtkosten: ca. 80-120 €
Vorkenntnisse: machbar ohne jegliche Kenntnisse. Etwas Geschick, Löt- und Elektronikkenntnisse schaden nicht.
Zeitaufwand: ca. 8-12h

Grundsätzlicher Aufbau

Die Wortuhr ist aus zwei Hauptteilen aufgebaut, die 3D gedruckt sind. Im und auf dem Einsatzstück wird die komplette Elektronik montiert. Das Gehäuse ist für die Darstellung der Uhrzeit und beinhaltet den Stromanschluss und die Taster zur Einstellung der Optionen.

Der Elektronik-Aufbau basiert auf der Arbeit von Christians Bastellladen. Das Gehäuse und der Einsatz sind unser Design.
Ganz unten in dieser Anleitung findet ihr auch noch einige weiterführende Links (z.B. Löten der Platine).

Hier die Daten zum Runterladen.

Bestellt die Wortuhr-Druckteile direkt in euren Wunschfarben bei uns!
info@haefner.technology

Der Aufbau

Starten solltet ihr mit dem Bestücken des Einsatzes. Legt ihn wie im zweiten Bild richtig herum vor euch, sodass die Rückseite mit den Löchern für LEDs zu euch zeigt.

Dann schneiden wir Gewinde in die vier Aufnahmepins des Einsatzes, damit wir die Platine später mit Maschinenschrauben festschrauben können.
Falls ihr keinen M3 Gewindebohrer habt könnt ihr auch Spaxschrauben nehmen, oder es mit Maschinenschrauben versuchen. Ihr solltet die Löcher dann nur noch etwas aufbohren (~Ø2,5-2,8mm), damit ihr die Pins nicht sprengt, wenn ihr die Schrauben ohne Gewinde eindreht.

Wir beginnen nun mit dem „Einlöten“ der Ø5 LEDs. Diese haben standardmäßig eine abgeflachte Seite, die ihr auch im Einsatz wiederfindet, womit wir eine Verdrehsicherung haben. Sofern ihr den Einsatz richtig ausgerichtet habt kommen die LEDs mit der abgeflachten Seite nach rechts unten. Noch einfacher erkennt ihr die Seite übrigens an dem kurzen Bein der LED! (Kathode = Minus-Pol)
ACHTUNG: Bestückt zuerst nur die ganz linke Spalte! Und testet unbedingt vorher jede LED (z.B. mit Knopfbatterien)! Ihr wollt nicht später einzelne wieder auslöten, weil diese schon von Anfang an kaputt waren! Verwendet dafür auf jeden Fall einen Vorwiderstand, damit die LEDs nicht kaputt gehen.
Falls die ein oder andere LED nicht mit etwas Kraft in die richtige Position rutscht so könnt ihr einfach mit einem Ø5 Bohrer die Löcher nachbohren.

Nehmt nun ein Stück Silberdraht und legt es in die dafür vorgesehene Nut der linken Spalte. Am besten führt ihr den Silberdraht jeweils außen am Bein der LED vorbei. Nun könnt ihr alle LED-Beinchen (kurze Beinchen, Kathoden) der Spalte an den Silberdraht anlöten. Achtet darauf, dass der Silberdraht wirklich ganz unten in der Nut liegt. Nicht dass es nachher einen Kurzschluss gibt, wenn die Anoden eingelötet werden. Dies sollte in etwa wie auf dem folgenden Bild aussehen. Bitte beachtet: Wir haben beim Aufbau fälschlicherweise mit der ersten Zeile angefangen. Die Nut für die Zeilen (Anoden) ist weniger tief. Macht man diese zuerst, so muss man alle anderen Silberdrahtverbindungen mühsam darunter durchfädeln.

Im nächsten Schritt könnt ihr nun Spalte für Spalte die LEDs mit Silberdraht verbinden. Nehmt euch dafür Zeit, eine kaputte oder unsaubere Lötstelle finden ist nicht immer einfach!

Habt ihr dies erledigt kommen die Zeilen dran, beginnt hier mit der untersten und arbeitet euch nach oben hin vor. Habt ihr auch das geschafft, könnt ihr die überstehenden Beinchen abknipsen und das Ganze sollte dann so aussehen:

Überprüft auch nun nochmal, ob alle LEDs funktionieren!
Jetzt benötigen wir die Platine. Solltet ihr euch für die fertig gelötete Variante entschieden haben, dann herzlichen Glückwunsch. Falls ihr die Platine selber lötet, viel Glück! (Es ist aber tatsächlich nicht so schwer)

Ist die Platine fertig bestückt, so werden im nächsten Schritt die Verbindungskabel zur LED-Matrix angelötet. In unserem Fall haben wir zusätzlich abgewinkelte Steckerleisten verwendet, man kann die Kabel aber auch direkt an der Platine anlöten. Wir benötigen dafür 15 (11+4) blaue (Kathoden) und 14 (10+4) rote Kabel (Anoden), ca. 20cm lang. Entsprechend dem Bild lötet ihr oben links von links nach rechts die 15 blauen Kabel an und oben rechts von rechts nach links 10 rote an. Die restlichen 4 roten lötet ihr parallel zu den ersten 4 Kontakten an! Das heißt an den ersten 4 Kontakten sind je zwei Kabel angelötet.

Nun müssen wir die Kabel an die LED-Matrix anlöten. Dies ist recht simpel, da man quasi überall in einer Zeile oder Spalte das Kabel festlöten kann. Man muss jedoch auf die richtige Verkabelung achten, sonst zeigt die Uhr später nur Schwachsinn an. Das linke erste blaue Kabel muss an die rechte erste Spalte. Das zweite blaue Kabel von links an die zweite Spalte von rechts usw. Ihr werdet merken, dass ihr dann noch 4 blaue Kabel übrig habt! Diese sind folgerichtig für die Eck-LEDs (jeweils ans kurze Bein anlöten!).
Und zwar fortlaufend die oben rechte an Kabel Nr. 12 von links, unten rechts an Nr. 13, unten links an Nr. 14 und oben links and Nr. 15!

Nun geht es mit den roten Kabeln weiter. Das erste rote von rechts muss an die unterste Zeile, das zweite von rechts an die zweite Zeile von unten usw. Wie ihr vermutlich schon richtig vermutet kommen die langen Beinchen der Eck-LEDs an die vier ersten doppeltbelegten roten Pins. Oben rechts an Nr. 1 von rechts, unten rechts an Nr. 2, unten links an Nr. 3 und oben links an Nr. 4.
HIER findet ihr eine schöne PDF von Christians Bastelladen, wo ihr die Verdrahtung nochmal anschauen könnt. ACHTUNG: Dies ist die Ansicht von VORNE, wenn ihr lötet schaut ihr von HINTEN auf die Uhr.
Mit Zwischenschritten sollte es nun so aussehen:

Nun bereiten wir den Anschluss der Taster vor:

Dazu löten wir pro Taster ein rotes und ein blaues Kabel an die Taster auf der Platine. Auf der Platine gibt es 5 verschiedene Taster, für die Wortuhr benötigen wir jedoch nur den Modus-, den Stunden- und den Minutentaster. Im Bild seht ihr, wo ihr anlöten könnt (wenn die Platine mit den Bauteilen nach oben vor euch liegt, rechts unten).

Als nächstes bereiten wir den externen Stromanschluss vor. Dazu brauchen wir wieder ein rotes und ein blaues Kabel. Verlötet die beiden wie im Bild gezeigt mit dem Winkelstecker auf der einen und der Buchse auf der anderen Seite.
ACHTUNG: Schraubt die Buchse noch NICHT ein!
Sollte ihr eine andere Buchse oder einen anderen Stecker haben: der Minuspol muss außen liegen, innen der Pluspol (center positive)!

Bevor wir zur Endmontage kommen solltet ihr noch die Taster ins Gehäuse einkleben. Der Einfachheit halber benutzen wir hier Heißkleber.

Endmontage

Nun ist alles bereit für die Endmontage.
Schraubt die Platine auf den Einsatz auf, verstaut dabei die Kabel vernünftig unter der Platine. Die Muttern, die wir als Distanzen verwendet haben, benötigt ihr nicht, das Modell wurde entsprechend angepasst.
ACHTUNG: Solltet ihr die Status-LEDs angelötet haben, legt unbedingt ein Stück Karton zwischen Platine und Einsatz, sonst leuchten die LEDs nach vorne durch!
Setzt nun den Einsatz vorsichtig ins Gehäuse ein. Dazu ist es wichtig, dass ihr den Einsatz sehr parallel ansetzt und ins Gehäuse drückt, sonst verkantet er. Wenn ihr das geschafft habt könnt ihr mit vier Spaxschrauben den Einsatz im Gehäuse befestigen.
Noch die Schalter anlöten (an jedem Schalter überkreuz) und die Buchse montieren, fertig!

Nun ist es an der Zeit eure Uhr mit Strom zu versorgen!
Funktioniert alles?
Allerherzlichsten Glückwunsch, dass war eine klasse Leistung!

Es klappt nicht? Keine Sorge, es hat noch nie auf Anhieb funktioniert 🙂
Tipp: Überprüft die Lötstellen eurer Platine. Habt ihr evtl. welche vergessen?

Hier findet ihr übrigens die Anleitung, wie ihr die Wortuhr mit den drei Tastern bedienen könnt!

Materialien

• Platine
• 114x LEDs Ø5, rund, hier Orange, gibt es gerade nicht in kaltweiss
• alternative sehr günstige LEDs in kaltweiss
• Netzteil
• DC-Einbaubuchse
• DC-Winkelstecker
• Silberdraht
• Spaxschrauben 4x20mm zur Befestigung des Einsatzes im Gehäuse
• Isopropanol zum Reinigen der Platine

Benötigtes Werkzeug

• Lötstation + Lötzinn
• Seitenschneider
• Digitalmultimeter zum Durchmessen und zur Fehlersuche

Weitere Materialien zum Nachlesen oder als unterstützende Hilfe

• Anleitung zum Löten der Platine von Elmotex
• Die Firmware der Wortuhr
• Die Arduino-Homepage, wo ihr die Software findet, um die Firmware zu öffnen, zu ändern und/oder aufzuspielen
• HIER noch eine Anleitung zum Upload der Firmware
• FTDI-Adapter zum Aufspielen der Firmware

Gesamtkosten: 25 €
Vorkenntnisse: Keine
Zeitaufwand: ca. 20 Minuten

Druckteile

• 1x Front plate
• 1x Back plate
• 2x Rail
• 1x Inlay
• 1x Cablebox
• 1x Base
• 1x Stand
• 1x Tesla-Background

Aus unserem Tesla-Supercharger-Paket.

Aufbau

Wir beginnen mit dem Aufbau des Superchargers. Als erstes wird die Cablebox in das Inlay geklebt. Hierfür reicht Sekundenkleber und ein wenig Geschick.

Das Inlay wird jetzt in die Backplate eingesetzt. Die Backplate unterscheidet sich von der Frontplate durch den Kabelkanal an der rechten Seite. Da die Teile sehr passgenau konstruiert sind, funktioniert es am Besten oben (an der flachen Seite) anzusetzen und nach unten hin einzuführen. Wenn es gar nicht reinrutschen will, kann man die Kanten noch etwas aggressiver Entgraten zum Beispiel mit einem Teppichmesser.

Als nächstes wird das Ladekabel eingebaut. Wichtig ist hierbei das Ladekabel zu erst richtig herum durch das Base-Teil zu führen.

Anschließend wird der Tesla-Background eingelegt.

Nun kann die Frontplate aufgesteckt werden.

Nach dem Aufstecken des Stand ist der Supercharger auch schon fertig.

Materialien

• 1x Anker 24W 2-port
• 1x schwarzes Ladekabel, z.B.: Anker 2x 1,8m Micro-USB, Anker 1x 0,9m USB-C, Anker 1x 0,9m Apple Lightning

Amazon Disclaimer

Alle Amazon Links sind Affiliate-Links, die zum Partnerprogramm von Amazon gehören.
Solltet ihr etwas über diese Links kaufen, bekommen wir eine Vermittlungsprovision, natürlich ohne dass ihr dafür mehr bezahlen müsst.

Gesamtkosten: ab ca. 25 €
Vorkenntnisse: Schaltungstechnik
Zeitaufwand: ca. 30 min

Kurzfassung

Diese Anleitung beschreibt den Entwicklungsprozess, bei dem einige Versuche nicht funktioniert haben.
Die letztliche Lösung vorweg für alle Ungeduldigen: Die Leiterbahnen können mit Silberleitlack schnell und einfach hergestellt werden. Das funktioniert sogar ohne Löten und ist entsprechend vorallem auch für Anfäger gut geeignet.
Silberleitlack hat den Vorteil, dass er sehr leitfähig ist und dadurch die Widerstände der Leiterbahnen relativ gering werden.
Leider ist Silberleitlack relativ teuer. Man kann die Leiterbahnen mit gewöhnlichem Silberdraht verstärken, um an Leitlack zu sparen.

Druckteile

Wer seine eigene Platine herstellen möchte muss sich natürlich auch ein eigenes Druckteil konstruieren. Gängige Platinen-Design-Programme (EDA) können das Layout so exportieren, dass es von 3D-Konstruktions-Programmen (CAD) einfach importiert werden kann.
In dieser Anleitung hat sich eine Platinendicke von 1 mm und eine Leiterbahnen-Tiefe von 0,5 mm bewährt.

Einleitung

Probleme

Ein 3D-Drucker ist durchaus in der Lage, Strukturen zu drucken, die fein genug für relativ kleine Elektronikbauteile sind. Da die gängigen 3D-Drucker im Privatbereich allerdings nur Kunststoffe drucken können, ergeben sich zwei Probleme:

1. Wie kann das Kunststoffteil mit Metall beschichtet werden?
2. Kann man schnell genug Löten, um nicht die gesamte Platine zu schmelzen?

Ansätze

Folgende Lösungsansätze werden nun im Detail erläutert:

• Kupferleitlack (günstig, aber eigentlich zum Galvanisieren)
• Kupferpulver (günstig, Bahnen aus Vollkupfer)
• Silberleitlack (teuer, nicht lötfähig)

Generelles

Für alle Versuche gilt die Prämisse, dass sich eine Platine aus dem 3D-Drucker nur lohnt, wenn sie mit wenig Aufwand und „Sauerei“ herstellbar ist.
Folgende Lösungsansätze wurden deshalb sofort wieder verworfen:

• Die Leiterbahnen durch Galvanisieren aufbringen: Alle Leiterbahnen müssten elektrisch verbunden, und nach dem Vorgang wieder getrennt werden. Löchern müssten dann gebohrt werden. Wenn schon mit Chemikalien hantiert werden muss, dann können die Platinen auch gleich konventionell geätzt werden.
• Platine negativ drucken und auf Gips o.Ä. übertragen. Leiterbahnen gießen (oder mit Kupfer-Zinn-Pulver sintern): Zu zeitintensiv und zu aufwendig mit vielen möglichen Fehlerquellen. Eine Bestellung wäre vermutlich fast schneller.
• Leitfähige Tinte: Ist leider nicht leitfähig genug, sodass die Leiterbahnen mit zu hohen Widerstandswerten behaftet wären.

Der Arbeitsaufwand zur Fertigung der Platine sollte auf keinen Fall mehr sein, als alle Leiterbahnen noch einmal von Hand nachfahren zu müssen. Alle Leiterbahnen gleichzeitig wäre natürlich wünschenswert.
Um von der Rückseite ungestört arbeiten zu können, werden die meisten Bauteile auf der Vorderseite mit Epoxidharz bzw. Sekundenkleber fixiert. Beim Transistor sind die Löcher gerade klein genug geraten, dass er auch ohne Klebepunkt relativ stabil hält.

Schaltung

Die Schaltung, die in dieser Anleitung exemplarisch dargestellt wird, schaltet per Magnet (Reed-Kontakt) einen Transistor, wodurch zwei LEDs bestromt werden und leuchten. Das Ausschalten wird durch einen Kondensator verzögert.
Alle Bauteile sind in Durchsteck-Technik (THT), Rastermaß 100 mil, Leiterbahnbreite 50 mil (wobei 25 mil sicherlich auch wunderbar funktioniert hätten). Aufgrund ihrer Einfachheit wurde die Platine vollständig im CAD-Programm „FreeCAD“ erstellt.
Wer noch mehr Details zum Projekt wissen möchte darf uns gerne kontaktieren!

1. und 2. Versuch Kupferleitlack

Die ersten zwei Versuche basieren auf der Beobachtung, dass Kupferleitlack leitend wird, wenn er – nach sehr langer Zeit – vollständig durchgetrocknet ist. Die Annahme war, dass dieser Prozess durch heiße Luft bzw. den Lötvorgang beschleunigt werden könnte.
Zum Einfüllen des Kupferleitlacks in die Aussparungen der Leiterbahnen wurde ein Stückchen Holz verwendet, das vorne spitz zulaufen ist. Das hat im ersten Versuch auch sehr gut funktioniert:

Nachdem alle Leiterbahnen mit Kupferleitlack gefüllt waren, wurde dieser erste Versuch mit etwas warmer Luft getrocknet. Dabei zeigte der Lack enormen Volumenschwund:

Außerdem ist der Lack so dünnflüssig, dass er zur Vorderseite durch drückt:

Beim zweiten Versuch wurden zuerst die Löcher von der Vorderseite mit Klebeband abgedichtet. Als Platzhalter für die später benötigten Löcher wurde Draht durch gestoßen:

Beim Befüllen der Leiterbahnen mit Kupferleitlack konnte bestätigt werden, dass diese Abdichtung funktioniert. Bei diesem zweiten Versuch wurde der Trocknungsprozess durch heiße Luft beschleuningt. Dadurch wurde die Kuststoff-Platine allerdings beschädigt. Außerdem bildete sich eine Haut auf der Oberfläche des Kupferleitlacks, die anschließend zusammenfiel:

Trotz allem konnte auf den Leiterbahnen selbst nach mehreren Tagen keinerlei Leitfähigkeit gemessen werden.

3. Versuch Kupferpulver

Im zweiten Versuch fiel der Kupferlack in sich zusammen, nachdem sich an der Oberfläche eine Haut gebildet hatte und unterhalb das Lösungsmittel verdunstet war. Im dritten Versuch sollte dies behoben werden, indem die Leiterbahnen zuerst mit Kupferpulver befüllt wurden. Verklebt wurde dieses mit dem durchlötbaren Schutzlack „Plastik 70“:

Danach wurde das Kupferpulver mit Kupferleitlack (wie in Versuch 1 & 2) vollends miteinander verklebt und anschließend gelötet. Bei einer auf diese Art und Weise produzierten Platine müssten vermutlich alle Leiterbahnen mit Lötzinn nachgezogen werden. Dies wäre vom Aufwand gerade noch im Rahmen des Akzeptablen. Leider konnte das Kupferpulver das Lötzinn jedoch nicht schnell genug aufnehmen, sodass eher die Kunststoffplatine schmilzt:

4. Versuch Silberleitlack

Parallel zum dritten Versuch wurde getestet, wie gut es möglich ist, Leiterbahnen mit einem Silberleitlack-Stift nachzuziehen. Diese Stifte werden normalerweise hauptsächlich zur Reparatur von Heckscheibenheizungen an KFZ verwendet. Das Ergebnis sieht sehr sauber und durchaus vielversprechend aus:

Nach diesem Test wurde die Platine bestückt. Auch dieses Mal wurden alle Bauteile wieder mit Sekundenkleber auf die Vorderseite geklebt. Anders als bei „normalen“ Leiterplatten wurde der überschüssige Draht auf der Rückseite allerdings nicht abgeschnitten, sondern in Form der Leiterbahnen gebogen. Zusätzlich wurde die lange Leiterbahn in mit gewöhnlichem Silberdraht verstärkt (mit Sekundenkleber fixiert):

Das Nachziehen der Leiterbahnen mit dem Silberleitlack-Stift ist ein Leichtes. Außerdem müssen nur die Stellen verbunden werden, an denen Drähte aufeinander treffen.

Das Aushärten dauert einige Minuten und kann mit warmer Luft beschleunigt werden. Nach ca. einer Stunde wurde die Platine getestet und hat auf Anhieb tadellos funktioniert! Durch das Aufkleben der Bauteile auf der Vorderseite sieht die Platine auch von Vorne sehr schön aufgeräumt aus:

Fazit

Platinen aus dem 3D-Drucker sind eine tolle Möglichkeit, um mäßig komplizierte Schaltungen schnell und (relativ) sauber zu fertigen.
Der Stift mit Silberleitlack ist mit 20 € zwar relativ teuer, allerdings ist er auch recht ergiebig.
Das Erstellen einer Leiterplatte ohne zu Löten ist zunächst einmal sehr ungewöhnlich. Allerdings wird dadurch auch eine ganz andere Arbeitsweise ermöglicht: In die Gräben der Leiterbahnen kann Draht geklebt werden und die dritte Dimension ist viel einfacher nutzbar.

3D-gedruckte Platinen mit Silberleitlack sind für zwei Nischen besonders geignet:

1. Um sehr schnell und unkompliziert eine Schaltung aufzubauen
2. Um eine Schaltung direkt ins 3D-gedruckte Gehäuse zu integrieren

Verwendetes Werkzeug und Material

• Silber-Leitlack-Stift
• Sekundenkleber
• 2K-Epoxidharz
• Kupferleitlack
• Durchlötbarer Schutzlack „Plastik70“
• Atemschutzmaske