Vorstellung einer alten Lichtsteuerung

Hallo liebe Community,

als Vorbereitung, auf das in wenigen Tagen erfolgende Einstellen meiner (unserer gemeinsamen!) neuesten Entwicklung, stelle ich hier zunächst als kleine Übung mal ein 22 Jahre altes Projekt von mir vor - obwohl es nicht mit LEDs, sondern Glühlampen realisiert wurde.

Ich werde zu späterer Zeit auf entscheidende Stellen dieses Postings verweisen können, was mir dann lange Erklärungen ersparen wird, wenn es darum geht, was sich in der Praxis bewährt oder eben nicht bewährt hat. Und das ist dann auch wieder für LED-Technik relevant.

Es ging damals darum, die Front einer Schaustellerbude mit programmgesteuerter Effektbeleuchtung zu versehen.
Das Projekt entstand 1990, unmittelbar nach meiner Ausbildung zum Energieelektroniker. Bitte daher die schlechte Bildqualität der gescannten, deutlich gealterten Fotos zu entschuldigen!

Auf dem ersten Bild sehen wir das "Gehirn" der Schaltung:

[Blockierte Grafik: http://www.edv-dompteur.de/image/maxi/wiencken_01.jpg]

Diese Platine konnte bei Vollbestückung bis zu 32 Kanäle programmgesteuert ansprechen.
Wobei hier nur 16 Kanäle gefordert waren, weswegen nicht alles bestückt ist.

Die doppelseitige Leiterplatte wurden am ATARI ST layoutet und selbst geätzt & durchkontaktiert (mit speziellen Nieten!).

Die Funktion dieser Steuerung ist echt primitiv:
Ein Schmitt-Trigger generiert ein netzsynchrones 100Hz-Signal, das einen 15-Bit-Zähler taktet (realisiert mit zwei GAL16V8), der parallel adressierte EPROMs ausliest.
Als Programmspeicher dienten damals also EPROMs, die nach jedem Programmierfehler umständlich mit UV-Licht (Höhensonne) gelöscht und neu gebrannt werden mussten.

Ich war damals leider noch nicht so schlau, mit einem einzigen EPROM auszukommen, sondern verwendete tatsächlich zwei Stück, die parallel ausgelesen wurden, um auf 16 Kanäle zu kommen.

Sollten die Glühlampen an einem Kanal z.B. für 0,3 Sekunden aufleuchten, so programmierte ich 30(!) identische Bitfolgen hexadezimal in direkt aufeinanderfolgende Speicherstellen, die dann sequenziell mit 100Hz ausgelesen wurden.

Programmiert habe ich also nicht mit einer "richtigen" Programmiersprache (die beherrschte ich damals noch nicht), sondern direkt hexadezimal, in einem Hexeditor.
Nun kann man sich vielleicht vorstellen, wie schwierig es war, auf einem Rechner, der kein Multitasking beherrschte, zwei Hexfiles mit zueinander synchronem, exakt gleichlangen Inhalt zu füllen, wenn man so vorgeht!

Dennoch funktionierte das prima, man musste halt unheimlich wach im Kopf an die Sache herangehen.
Spätere Programmänderungen wären aber natürlich eine Qual gewesen, wären die vom Kunden je gefordert worden.

Das ganze Gerät bestand aus fünf Platinen. Es gab:
1) Die schon gezeigte Steuerung.
2) Eine Netzteil-Karte.
3) Eine Triac-Karte, für die ersten 8 Kanäle.
4) Eine Triac-Karte, für die zweiten 8 Kanäle.
5) Eine Backplane, welche im wesentlichen nur die ersten vier Platinen miteinander verbindet.

Von den übrigen Platinen habe ich leider keine Einzelbilder mehr, aber die folgenden drei geben einen Eindruck des Aufbaus:

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[Blockierte Grafik: http://www.edv-dompteur.de/image/maxi/wiencken_03.jpg]
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Die "Backplane" (die hinter der Frontplatte saß) ist zusätzlich auf der Frontplattenseite des Gerätes mit 16 LEDs bestückt, für die Zustandskontrolle, sowie einem Poti, mit dem man die Geschwindigkeit einstellen konnte, wenn man statt dem netzsynchronen 100Hz-Takt lieber einen einstellbaren RC-Oszillator verwenden wollte.
Damit man die Leiterplatten nicht vertauschen konnte, also nicht versehentlich Netzspannung auf die Steuerplatinen gab oder sowas, verwendete ich auf den Karten unterschiedliche Messerleisten.

Die Ausgangssignale der beiden EPROMs liefen nach Passieren von zwei Treiber-ICs also über die Backplane zu den beiden Triac-Platinen (im Gehäuse oben angeordnet, damit man gegebenenfalls leicht an die dort bestückten Sicherungshalter heran kommt) und steuerten dort, über 16 Stück MOC3040 (Optokoppler mit Nulldurchgangsschalter), die 16 Triacs an - lampenschonend im Nulldurchgang der Netzwechselspannung.
Je einen Snubber spendierte ich pro Kanal auch noch, wenn wohl auch überflüssig.
Und je Kanal halt eine Feinsicherung, was in der Form leider keine gute Idee war. Dazu später mehr.

Als Kühlkörper für die Triacs diente ein Stück Alu-Strangprofil.
Weitere Strangprofile, verbunden mit abgelängten Gewindestangen, bildeten einen Einschubrahmen, der als Halterung für die Leiterplatten diente und dem wabbeligen Billiggehäuse ordentlich Stabilität verlieh.

Die folgenden drei Bilder zeigen das fertige Gerät, das übrigens von der Idee bis zur Auslieferung in nur drei Wochen entstand:

Von hinten mit geöffnetem Deckel.
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Nochmal von hinten, fertig zusammengebaut.
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Von vorn (Bild leider schadhaft, aber mehr gibt mein Archiv nicht her).
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Kleine Anekdote:
Stolz wie Oskar zeigte ich das Schmuckstück vor der Auslieferung noch meinem Vater. Der betrachtete es, beäugte das Schild auf der Rückseite und sein erster Kommentar war ganz nüchtern: "Öffnen schreibt man aber groß!" ...
Gnaaah!!!

Naja, jedenfalls tat das gute Stück lange Jahre klaglos seinen Dienst. Nur einmal, wohl nach einem Gewitter, platzte ein MOC3040.

Das nächste und letzte Bild zeigt die damit ausgestattete Schaustellerbude auf dem Hamburger DOM.
Oben *wäre* der Schriftzug "Gebrannte Mandeln" zu sehen, der von meinem Gerät angesteuert wurde.
Hier sind gerade nur die ersten drei Buchstaben des Schriftzugs aktiv.

[Blockierte Grafik: http://www.edv-dompteur.de/image/maxi/wiencken_08.jpg]

Hin und wieder lösten die Feinsicherungen auf den Triac-Platinen aus. Gut, dass ich die Lasttreiberkarten in kluger Voraussicht relativ leicht zugänglich montiert hatte. Deckel ab und man kam direkt an alle Sicherungen.

Eine Platine zu entnehmen war dagegen - trotz Einschubtechnik - eine ziemliche Schrauberei, weil ich in der Rückwand Durchführungsklemmen von Phönix für den Laststrom verwendete, die mittels starrem Draht mit den Lastteilplatinen verbunden waren. Ergo musste erst der Deckel abgeschraubt werden, worauf man die 16 Drähte von den Durchführungsklemmen trennen konnte, erst dann bekam man die Rückwand ab.
Kam zum Glück nur einmal vor, dass das notwendig wurde, aber ich merkte mir das gut!

Zu der Sicherungsproblematik:
Was ich damals noch nicht wusste: Glühlampen, insbesondere solche kleiner Leistung und hoher Spannung (230V) neigen dazu, dass sich beim Durchbrennen intern der Glühfaden quer legt, was dann kurzzeitig, bis der Glühfaden verpufft ist, einen quasi-Kurzschluss verursacht.
Ein 16A Sicherungsautomat steckt das meistens weg, aber keine 2A Feinsicherung. Und viel stärker hätte ich auch nicht absichern können, weil die Leiterbahnen nicht dafür ausgelegt waren.

Nun hingen an den 16 Triacs aber nicht nur je eine Glühlampe, sondern an jedem einzelnen Triac hingen mehr als 10, teilweise mehr als 20 Lampen. Es mögen zusammen etwa 200-250 Lampen gewesen sein.
Die Wahrscheinlichkeit, dass davon eine durchbrennt und dabei die Feinsicherung fetzt, ist daher hoch. Zumal Lampen solch geringer Leistung, wie sie für derartige Effektbeleuchtung üblich sind, wegen ihrem dünnen Glühfaden besonders empfindlich sind, z.B. was Erschütterung betrifft.
Und Erschütterung ist bei Schaustellergeschäften immer ein Thema. Nicht nur während der Fahrt von Ort zu Ort, nicht nur bei Karussells; auch bei Wind wackelt eine Front recht deutlich.

Unglücklicherweise dauerte es, bis mir davon berichtet wurde, so dass auch mein direkt darauf folgendes, schon wesentlich größeres Projekt noch mit Feinsicherungen zu kämpfen hatte, die dort wegen der puren Lampenmasse alle paar Tage fetzten. Und da war das besonders störend, weil dort das Ansteuergerät in fast vier Meter Höhe installiert wurde und nur per Leiter, außerhalb der Betriebszeiten zugänglich war.

Heute ist bei Schaustellern daher die Umrüstung auf LEDs der große Trend. Was sich dort aber noch nicht genügend herumgesprochen hat, sind die diversen unerwarteten Probleme, die eine Umrüstung einer triacgesteuerten Lampeninstallation auf 230V-LEDs bereitet.
Doch dazu später mehr ...

Danke sehr!

Von Packplane bin ich inzwischen ab, habe da inzwischen 'ne viel bessere Lösung. Aber dazu kommen wir später.

Auch von Feinsicherungen bin ich weitestgehend ab. Die kommen (wenn überhaupt) nur noch da zum Einsatz, wo es praktisch ausgeschlossen ist, dass die jemals unter realen Betriebsbedingungen auslösen können.

Wenn irgend machbar, kommen bei Netzspannung Sicherungsautomaten zum Einsatz.
Zur Absicherung der Steuerelektronik eher Multifuse oder sowas. Oder was elektronisches, mit MOSFET, der den Versorgungsstrom der Elektronik schaltet bzw. abschaltet.
Kann man sich aber oft schenken. Ein 7805 z.B., begrenzt derart zuverlässig den Strom für alles was dahinter liegt, dass man ab da meistens eigentlich nichts machen muss.
Eher wird der Kondensmann vor dem Stabi Probs machen, der Schutz gehört also eher dorthin.
Ich erwähne das für den Fall, dass Spannungsversorgung und nachfolgender Elektronikkram getrennt sind.

Angewöhnt habe ich mir außerdem, immer eine Leiterbahn als Sollbruchstelle zu verwenden. Die wird dann ein Stück weit ausgedünnt und im Zickzack geführt.
Das ist die letzte Sicherheit gegen Typen, die 'ne durchgekokelte Sicherung mit Alufolie fixen (das ist nunmal die Praxis). Wenn dann also was durchbrät, dann an definierter Stelle, wo man später leicht ran kommt und es flickschustern kann.
Am Anfang und Ende der Sollbruchstelle sitzen dafür dann Lötaugen.