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ZEIT:FREUND

Es wird bunt

Mit dem fertigen LED-Streifen bekam der ZEIT:FREUND ganz neue Möglichkeiten. Einerseits hatten die Gehäusebauer mehr Spielraum, weil der schmale Streifen viel leichter zu verbauen ist, andererseits konnten wir jetzt jeden Lichtpunkt in einer anderen Farbe ansteuern. So wurden zukünftig die vollen Stunden farblich abgegrenzt. Die Abbildung zeigt eine geölte Uhr aus Holz. Zur Befestigung kommt bei diesem Prototypen Klettband zum Einsatz.
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Vom Fortschritt eingeholt

Plötzlich wurden wir Anfang 2012 vom Fortschritt der LED-Technik eingeholt. Es gab zwar schon vorher schmale, lange Streifen mit bunten Leuchtdioden, aber die konnten nur die Farbe des gesamten Streifens ändern. Eine Ansteuerung einzelner Leuchtdioden mit An/Aus/Farbe war nicht möglich. Auf einer Messe entdeckte dann Kollege Frank an einem Stand eine Installation, bei der einzelne Leuchtdioden in einem Streifen angesteuert wurden. Wir recherchierten, fanden die Technologie dazu und konnten unsere (ganze) Arbeit mit dem, selbst gefertigten, Platinenstreifen ad acta legen.
 



Vorne Hui – Hinten Pfui

Die meisten Prototypen waren auf eine schicke Front ausgelegt. Dahinter durfte man besser nicht schauen. Häufig tobte auf der Rückseite Kabelgewirr und Klebeband sorgte für eine experimentierfreudige Umgebung.
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Erster Design-Prototyp

Dieser unscheinbare Prototyp war ein Meilenstein in unserer Entwicklung. Ein magnetischer Schichtstoff in Kombination mit der selbst entwickelten Platine. In dieser Version kam zum ersten Mal alles zusammen. Das „Gehäuse“ wurde in unserer hauseigenen Tischlerei gefertigt und die Elektronik zum ersten Mal in gesamter Länge gefertigt und vom Mikrocontroller gesteuert. Zusätzlich wurde ein analoges Uhrwerk verbaut. Das Ziffernblatt fehlte zu dem Zeitpunkt aber noch. Mit diesem Prototyp konnten wir endlich zeigen, wie genau die „Leichte Uhr“ funktioniert.
Kurze Zeit später mussten wir jedoch realisieren, dass dies der einzige und letzte Prototyp dieser Art sein wird.
 



Display

Der Mikrocontroller bietet auch die Möglichkeit, ein Display anzusteuern. Für eine gewisse Zeit, sollte darüber die Programmierung der Uhr erfolgen. Dieser Weg wurde aber beendet, weil die Verdrahtung des Displays zu aufwendig ist. Wir fanden eine neue Lösung zur individuellen Einstellung der „Leichten Uhr“.
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Neue Technik – Neue Möglichkeiten

Die Verwendung eines Mikrocontrollers sorgte nicht nur für eine solide Ansteuerung des Lichtbalkens, sondern bot auch darüber hinaus ganz neue Optionen.
Hier z.B. die Kombination mit einem DCF77-Empfänger zum Empfang des Funkuhr-Signals
 



Meilenstein der Steuerung

Nach ca. 2 Jahren Entwicklung hatten wir immer noch Probleme mit dem Signalgeber für den Leuchtstreifen. Der Leuchtstreifen lief stabil und war bereit zur Fertigung in größeren Stückzahlen, aber die Ansteuerung des Streifens machte noch Probleme. Der Dezimalzähler zählte zwar richtig, aber das Zeitsignal war zu ungenau.
Wir verabschiedeten uns von der Bastelei auf Lochplatinen und probierten einen ganz neuen Weg: Einen Mikrocontroller (Atmega 328P).
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Fortschritt an allen Ecken

Die selbst gefertigten Platinen sehen 2011 schon richtig gut aus. Das Bestücken und Verlöten ist eine beliebte Tätigkeit in unserer Elektromontage und auch die Symbolpfeile können sich sehen lassen
 



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Lötübungen

Während früher das Löten eine häufige Tätigkeit in Werkstätten für Menschen mit Behinderung war, wurde diese Praxis in den letzten Jahren durch Automaten abgelöst.
Es wurde also Zeit, die Löterfahrungen wieder aufzufrischen. Dazu nutzten wir den Ausschuss beim Platinenätzen, oder versägte Platinenstücke.
 



Der erste Pfeil

So langsam wurde auch mit dem Design der Pfeile, als Symbolträger, begonnen.
Hier einer der ersten Versuche mit Plexiglas und Magneten aus der Mischkiste.
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Start mit Zeitschaltuhr

Der LED-Streifen funktionierte, der Taktgeber war in Sicht, da machten wir uns an die nächste Anforderung. Die Uhr musste zu einer eingestellten Zeit starten und nach dem Ablauf der 8 Stunden auch wieder stoppen. Ganz pragmatisch schnitten wir eine Zeitschaltuhr für Steckdosen auseinander und integrierten sie in das Gehäuse.
 



Mit eigenen Füßen

Es gab auch mal den Versuch, den ZEIT:FREUND unabhängig von einer Wand zu machen.
Diese Gehäuse-Variante konnte auf eigenen Beinen stehen.
Zur Verbesserung des Licht-Designs kam hier weiterhin milchiges Plexiglas zum Einsatz. Als Gegenstück für die magnetischen Symbolpfeile dienen hier Übergangsleisten aus dem Baumarkt.
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Das erste Gehäuse

Nachdem sich nun abzeichnete, dass die Technik funktioniert, kamen die ersten Gehäuse. Unser Kollege Frank entwickelte viel Ehrgeiz und baute engagiert die ersten Prototypen.
Hier eine Variante der ersten Stunde aus blauem PVC, kombiniert mit metallischem Klebeband und einem Schlitz in der Mitte.
 



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32 Lampen – 15 Minuten

Im Jahr 2011 war das Team „Elektronik“ so weit, dass wir uns erste Gedanken um ein geeignetes Gehäuse machten. Der Reihenbohrer unserer Tischlerei legte uns auf den Mindestabstand 32mm fest und somit verließen wir den 10-minütigen Abstand. Nun sollten 32 Leuchtdioden und ein 15-Minuten-Takt das neue Maß werden. Die 8er-Module wurden daraufhin gedehnt. Ein weiterer Vorteil war, dass nur noch vier dieser Platinen benötigt wurden. Zur besseren Unterscheidung der Leuchtpunkte, experimentierten wird auch mit abwechselnden Farben.
 



Die erste eigene Platine

Nachdem wir nun wussten, dass es grundsätzlich mit der neuen Technik funktioniert und dass diese Lösung praktikabel für die Menschen in unserer Einrichtung geeignet ist, kam der nächste Schritt: Der Entwurf einer eigenen Platine. Sechs dieser einheitlichen Platinen hätten dann eine Lichtleiste mit 48 Leuchtdioden ergeben, die mit jedem Takt ein weiteres Lämpchen hinzuschaltet.
Endlich konnten wir die bunten Drähte und Lochplatinen in die untersten Kisten des Projekts packen und Menschen mit Behinderung zum Bestücken und Verlöten mit in das Projekt einbinden.
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zweiter Anlauf
Zweiter Anlauf

Es kam der Tag, an dem wir akzeptieren mussten, dass unser Dezimalzähler ein tolles Ding ist, in dem viel Arbeit steckt, aber uns nicht zu einem geeigneten Werkstattprodukt führen wird. Die Verdrahtung war zu kompliziert und zu fehleranfällig. Wir überlegten einen ganz neuen Ansatz für einen LED-Streifen mit 48 Leuchtdioden. Ein Schieberegister sollte jeweils 8 Leuchtdioden einzeln ansteuern. Die letzte der 8 Leuchtdioden sollte das Signal an das nächste Schieberegister geben, welches dann erneut 8 Dioden ansteuert. Wir sahen darin eine vereinfachte Herstellung, weil jedes 8er-Modul für sich produziert werden kann und am Ende 6 gleiche Module hintereinander geschaltet werden.Zur Ansteuerung wurden nur noch 4 Leitungen benötigt. Dies war der erste Versuch auf 100cm Lochplatine.
 



Spannungsregler

Grundlage für jedes elektronische Gerät ist eine solide Spannungsversorgung.
In dieser Phase hatten wir noch begrenzte Mittel und Netzteile von ausgesonderten Elektrogeräten mit unterschiedlichsten Ausgangsspannungen. Daher war ein Festspannungsregler unerlässlich, um konstante 5V für den Taktgeber zu haben. Konstruiert wurde diese funktionale Komposition aus Blechverschnitt und Isolierband. Bis eine größere Menge 5V-Netzteile in den Fundus kam, leistete diese Tüftelei treue Dienste und erwies sich auch auf Präsentationen als zuverlässig.
Spannungsregler
 



Der Simulator
Der Simulator

Bevor wir eine 100cm lange Platine mit 48 LEDs bestückt haben, diente uns dieser Teststreifen zur Funktionsüberprüfung des Dezimalzählers. Damit konnten wir auch schon die Genauigkeit des Zeitgebers überprüfen. Sekundengenau war es leider nicht, was bei einem NE555 Taktgeber mit 10 Minuten Laufzeit nicht ungewöhnlich ist, aber damals interessierte uns erstmal die Funktion. Über die Genauigkeit der Zeit wollten wir uns danach Gedanken machen.
 



Dezimal
Der Dezimalzähler

Wir hatten nun unseren 10-Minuten-Takt. Dieser musste aber noch auf die Lichtleiste, bestehend aus 48 Leuchtdioden, gebracht werden. Es folgten viele Überlegungen und Zeichnungen, bis der erste Lösungsentwurf dazu fertig war. Eine Kombination aus zwei Dezimalzählern sollte die Lichtleiste minutiös ansteuern. Um den Gesamtaufwand zu minimieren, wurden die Leuchtdioden in 10er-Gruppen zusammengefasst. Trotz aller Mühen blieben aber noch 15 Drähte, die fehlerfrei an 48 Leuchtdioden geführt werden mussten. Wir standen damals vor dem Problem, dass es gar nicht so viele verschiedenfarbige Drähte zu kaufen gab. Fazit: Es funktionierte, aber war kein geeignetes Werkstattprodukt.
 



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NE555 – Der Klassiker

Da sich Quartz-Uhrwerke nicht bearbeiten lassen wollten, griffen wir zum Klassiker der Taktgeber. Die integrierte Schaltung „NE555“ gehört seit den 80ern in jede elektrotechnische Ausbildung und war lange die ungeschlagene Nr.1, wenn es um die Erzeugung von gleichmäßigen Impulsen ging.
 



Quartz Uhr
Reverse Engineering

Bedeutet: umgekehrt entwickeln, rekonstruieren.

Uhren zu Bauen begann für uns mit Uhren zerlegen. In dieser frühen Phase der „Leichten Uhr“ hat so manches Uhrwerk sein letztes Stündchen geschlagen.
Wir interessierten uns aber nicht für die Kunst der Zahnräder oder das Prinzip von Quartz-Werken. Ziel der Übung war es, dass Sekunden-Signal im Inneren des Uhrwerks elektronisch abzugreifen. Damit sollte ein Zähler angesteuert werden, der den Impuls für unsere Lichtleiste generiert. Vorteil dieser Variante wäre gewesen, dass der Zeitstrahl unserer Lichtleiste immer synchron mit der analogen Uhr darüber gewesen wäre. Ein erstrebenswertes Ziel, aber diese Uhrwerke waren einfach nicht für Modifikationen geschaffen.
 



Erstes Bild
Die erste Grafik zur Idee im Jahr 2009

Die meisten Ideen der Geschichte begannen mit handgefertigten Zeichnungen und Skizzen. Die Idee der „Leichten Uhr“ begann mit einer Grafik auf dem PC. Dies war der erste Entwurf, der verdeutlichen sollte, was genau gemeint ist und wie das Gerät aussehen könnte. Die Fotos auf den Symbolpfeilen stammen aus dem Bereich, in dem die Idee entstanden ist. In der Anfangsphase waren 48 Lichtpunkte mit einem 10-Minuten-Intervall geplant.
Die Pfeile sollten in einen Spalt zwischen Rückwand und einem Plexiglas geschoben werden. Leider zeigte sich diese Umsetzung sehr instabil.
 

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