Borg16

Eine LED-Anzeigetafel mit 16×16 Pixeln und vier Farbabstufungen.

Kurz nach der Fertigstellung Der Borg im Sofaraum

Bereits im Jahre 2011 gab es Überlegungen, einen zweidimensionalen Borg basierend auf der Borg16-Platine des Labors zu bauen. Die Platine wurde angeschafft und von darkhawk zusammen gelötet, danach schlief das Projekt jedoch ein.

Im Juli/August 2012 baute Tunix seinen eigenen Borg mit grünen LEDs und schwarzer Plexiglasscheibe, u.a. mit dem Ziel, eine Vorlage für den Treff-Borg zu haben und um Erfahrungen beim Bau zu sammeln. Der Entwurf hat sich als ausreichend robust herausgestellt und hat bisher mehrere Transporte und Ausstellungen überlebt (u.a. „Ideenpark“ im August 2012 in den Messehallen Essen, „Cyberleiber Festival“ im Juni 2013 im Theater Dortmund, „Ein Tag mit … Sibylle Berg und Freunden“ im Oktober 2013 im Haus der Berliner Festspiele).

Dennoch sollte es noch bis zum Sommer 2014 dauern, bis Tunix die Zeit fand, den Bau des Treff-Borgs basierend auf dem vorherigen Entwurf zu beginnen. Im August 2014 war es dann soweit, der neue Borg, nun mit orangefarbenen LEDs, konnte in Betrieb gehen.

Der Borg16 braucht zum Betrieb ein stabilisiertes Steckernetzteil mit 5V. Da sich auf der Platine KEIN eigener Spannungswandler befindet, darf das Netzteil KEINESFALLS mehr als 5V liefern (6V sind schon zu viel), sonst nehmen die LEDs sehr schnell schaden (Farbumschlag nach rot, werden irreversibel dunkler).

Das Netzteil sollte bei 5V mindestens 1,5A liefern können, da eine voll eingeschaltete LED-Zeile schon knapp 1,3A zieht und der Rest der Elektronik ja auch noch etwas Leistung braucht. Der Pluspol befindet sich am Innenstift.

Bitte immer das explizit für den Borg16 angeschaffte Netzteil „Phihong PSA 15R-050-V“ verwenden, das stabilisierte 5V liefert und mit 3A maximalem Ausgangsstrom auch genug Reserven hat.

Beim Abhängen des Borgs ist darauf zu achten, ZUERST alle Kabel zu lösen und ihn DANN von der Wand zu nehmen. Der Erbauer hat diese Vorsichtsmaßnahme einmal nicht beachtet und musste daraufhin die Hohlstecker-Einbaubuchse erneuern.

Nach dem Einstecken des Netzteils (ebenso nach einem Reset) wartet der Borg zwei Sekunden an der seriellen Schnittstelle auf neue Firmware. Gibt es keine neue Firmware, startet die Borgware-2D umgehend mit der Animationsschleife.

Ist ein Joystick mit DB9-Anschluss eingesteckt, kann der Nutzer während der Animationen jederzeit das Spielauswahlmenü starten, das über Icons die Auswahl folgender Spiele erlaubt:

  • Breakout
  • Kart Race
  • Snake
  • Space Invaders
  • Tetris Standard
  • Tetris Bastard
  • Tetris First Person

Ein Druck auf die Feuertaste startet das ausgewählte Spiel. Möchte der Nutzer das Menü ohne den Start eines Spiels beenden, genügt es, den Joystick nach oben zu drücken. Nach 20 Sekunden ohne Auswahl beendet sich das Menü automatisch und geht wieder in die Animationen über.

Sollte mal irgendwas haken, lässt sich der Borg manuell zurücksetzen. Die Platinenabdeckung (auf der Rückseite des Borgs) weist am Rand eine Aussparung auf, wo sich der Reset-Knopf befindet. Ein Druck befördert die Firmware wieder in den seriellen Bootloader (wie gehabt für zwei Sekunden).

Serielle Schnittstelle

Der Borg stellt über die serielle Schnittstelle eine kleine Shell bereit. Auf dem Beistelltisch gegenüber befindet sich ein entsprechend verkabelter USB-zu-seriell-Konverter, den man einfach nur in den Laptop stecken muss. Die Schnittstellenparameter sind fest auf 19200 Baud, keine Parität, keine Flusskontrolle, 1 Stoppbit und 8 Datenbits eingestellt. Sofern sich (unter Linux) der USB-Konverter unter /dev/ttyUSB0 befindet, kann der Nutzer die Shell folgendermaßen erreichen:

screen /dev/ttyUSB0 19200

Windows-Benutzer können PuTTY verwenden. Dort unter der Kategorie Session den Connection Type Serial anwählen. Anschließend in der Kategorie Serial (ganz unten in der Baumansicht unter Connection) die oben angegebenen Schnittstellenparameter und den jeweiligen Port (i.d.R. COM4) eintragen.

In beiden Fällen öffnet sich eine Minimal-Shell, die so minimal ist, dass sie keine Cursor-Tasten und auch keine History unterstützt. Mit Backspace lassen sich Zeichen löschen, Ctrl-L gibt die aktuelle Eingabe bzw. das Prompt erneut aus und Ctrl-U löscht die komplette Eingabe. Letzteres ist nützlich, falls die UART beim Einstöpseln des Kabels unbemerkt irgendwelche Zeichen erkennt und man sicherstellen möchte, dass den Borg nur solche Kommandos erreichen, die man auch explizit eingetippt hat.

Folgende Befehle nimmt die Borgware-2D über die serielle Schnittstelle entgegen:

Befehl Bedeutung
erase Löscht das EEPROM und damit den Reset-Counter sowie alle Tetris-Hi-Scores.
help Gibt die akzeptierten Befehle aus.
mode n Wechselt in den Modus (gleich Animation) mit der Nummer n (von 0-255). Wird n weggelassen, zeigt die Konsole die aktuelle Modusnummer an.
msg text Gibt text als einen von rechts nach links scrollenden Text aus.
next Springt zur nächsten Animation.
prev Springt zur vorherigen Animation.
reset Startet den Borg neu; nützlich, um eine neue Firmware zu flashen.
scroll Wie msg, nur das die Texte in der BorgTextAnim-Sprache geschrieben sein müssen.
test n Gibt das Testmuster mit der Nummer n aus. 0≤n≤3 schaltet alle Pixel in der Helligkeitsstufe n ein. n=4 zeichnet ein horizontales Streifenmuster, n=5 ein vertikales.

Modusnummern

Hier sind die Modusnummern und ihre Bedeutung für den mode-Befehl aufgelistet:

Nr. Modus Nr. Modus
1 Lauftext 20 Labortage MMXI „Operating Out Of Spec“-Logo
2 Spriale 21 Fairydust-Rakete
3 diagonale Linien 22 Plasma
4 Snake-Demo 23 pulsierende Ringe
5 Schachbrett 24 schwarzes Loch
6 Kaminfeuer 25 schimmernde Rechtecke
7 CAN-Zeitanzeige 26 DNA
8 Matrix 27 Oberflächenwelle
9 Zufallsrauschen 31 Test: Helligkeitsstufe 1
10 Fallende Spielfiguren 32 Test: Helligkeitsstufe 2
11 Game Of Life 33 Test: Helligkeitsstufe 3
12 Fliegende Punkte 35 Test: Farbpalette
13 Breakout-Demo 36 wandernde Zeile
14 Animationen von Martin Herweg 37 wandernde Spalte
15 rotierendes Moiré-Muster 38 wandernde Spalte (bidirektional)
16 CAN-Zeitanzeige, 2. Slot 39 wandernde Zeile (birektional)
17 Langton's Ameise 253 Sprung zu Modus 1
18 Labor-Logo 254 Spielmenü
19 hypnotisierende Kröte 255 Abschalten der Anzeige
  • Üblicherweise ist nicht jeder Modus in der Firmware konfiguriert. Wird beim mode-Befehl eine nicht vergebene bzw. nicht konfigurierte Modusnummer angegeben, springt die Borgware einfach zum nächsten verfügbaren Modus.
  • Während der Anzeige des Menüs bzw. während eines Spiels ist kein Moduswechsel möglich.

Flashen neuer Firmware

Wenn Du an der Entwicklung der Borgware-2D beteiligt bist (oder zumindest weißt, was Du tust), kannst Du ein neues Firmware-Image über die serielle Schnittstelle auf den Borg flashen. Benutze dazu den oben erwähnten USB-zu-seriell-Konverter auf dem Beistelltisch. Unter Linux und unter der Annahme, dass sich der USB-Konverter unter /dev/ttyUSB0 wiederfindet und die Firmware unter image.hex gespeichert ist, geht der Flash-Vorgang folgendermaßen von statten:

stty -F /dev/ttyUSB0 19200 && echo -e "\x15reset" >/dev/ttyUSB0 && avrdude -c avr109 -P /dev/ttyUSB0 -b 19200 -p m644 -U f:w:image.hex

Das EEPROM mit den Hi-Scores lässt sich so auf den Recher unter „eeprom.img“ sichern:

stty -F /dev/ttyUSB0 19200 && echo -e "\x15reset" >/dev/ttyUSB0 && avrdude -c avr109 -P /dev/ttyUSB0 -b 19200 -p m644 -U eeprom:r:eeprom.img:r

Und so zurückspielen:

stty -F /dev/ttyUSB0 19200 && echo -e "\x15reset" >/dev/ttyUSB0 && avrdude -c avr109 -P /dev/ttyUSB0 -b 19200 -p m644 -U eeprom:w:eeprom.img:r

Das \x15 im echo-Befehl (Option -e nicht vergessen) ist gleichbedeutend mit einem Ctrl-U, so das der Zeichenpuffer des Borgs garantiert leer ist, bevor der reset-Befehl übertragen wird.

Achte darauf, dass Deine eigene Firmware auf der UART lauscht und den reset-Befehl ermöglicht, sonst muss beim nächsten Flash-Vorgang jemand zum Borg laufen und manuell den Reset-Knopf betätigen.
  • Abmessung Außenrahmen: 536mm×536mm×90mm (ohne Ösenschrauben)
  • Abmessung Innenrahmen: 500mm×500mm×33mm (ohne Griffe, LEDs und Platine)
  • tatsächliche Anzeigefläche: 400mm×400mm
  • Stromversorgung:
    • Steckernetzteil, stabilisiert
    • Marke: Phihong
    • Modell: PSA 15R-050-V
    • Ausgangsspannung: 5V
    • Ausgangsstrom: 3A max.
    • Hohlstecker-Buchse (an der Platine): 6,3mm außen, 2,0mm innen, Pluspol am Innenstift
    • Bezugsquelle: Reichelt, PSA 15R-050-V
  • 256 orangefarbende LEDs, angeordnet in 16×16
    • Durchmesser: 10mm
    • Linse: wasserklar
    • Montageart: Durchsteckmontage
    • Wellenlänge: 605-610 nm
    • Lichtstärke: in Abhängigkeit vom Stromfluss 14000-18000mcd (entspricht einem Lichtstrom von 2,1-2,7lm)
    • Abstrahlwinkel: 25°
    • Flussspannung: 2.0-2.2V (betrieben mit 2.2V)
    • Diffusionsstrom nominal 20mA (betrieben mit Pulsströmen zwischen 70-80mA)
    • max. Sperrstrom: 10µA
    • Artikelnummer: GCT10MUO
    • Bezugsquelle: Ali-Express-Verkäufer "Green City" (Verkauf in 500er-Einheiten)
  • Borg16-V2-Platine mit folgenden Optionen und Modifikationen:
  • aufgrund bleihaltiger Lote nicht RoHS-konform ;-)

Die hier aufgelisteten Materialien beziehen sich auschließlich auf das Gehäuse. Für die Teileliste der Borg-Platine sowie für die LEDs siehe Technische Daten. Die angegebenen Maße beziehen sich auf die ursprünglichen Abmessungen beim Kauf.

Menge Produkt Verwendung als Bezugsquelle Artikelnummer Stückzahl in Packung
1 Gehobeltes Glattkantholz (Douglasie) 3000mm×90mm×18mm Außenrahmen Bauhaus
1 Gehobeltes Glattkantholz (Fichte) 3000mm×44mm×24mm Innenrahmen Bauhaus
1 Birke Multiplex 500mm×500mm×9mm Halteplatte für LEDs Bauhaus
1 Sperrholz (Pappel) 410mm×410mm×6mm Revisionsklappe Bauhaus
16 Schrauben SPAX, Z1, 2,5mm×10mm Befestigung Scharniere und Stuhlwinkel Bauhaus 100
4 Schrauben SPAX, Z2, 3,5mm×30mm Fixierung des oberen Außenrahmenbretts Bauhaus 75
4 Schrauben Kreuzschlitz, Senkkopf, M4, 40mm Befestigung der EKEBODA-Griffe Bauhaus
2 Stabilit Messingscharnier, 25mm×20mm, Schraublöcher 2,5mm Scharniere für Revisionsklappe Bauhaus 001392510 4
3 Stabilit Schatullenverschluss, brüniert, vermessingt, 23mm×38mm Verschlüsse für Revisionsklappe Bauhaus 473.92.147
2 Stuhlwinkel, 25mm×25mm×14,5mm, gelb verzinkt Fixierung Innenrahmen Hornbach
1 PLEXIGLAS® LED (truLED), Black & White 9H04 SC, 516mm×516mm×3mm Frontscheibe Evonik Plexiglas-Shop 9H04 SC
1 PLEXIGLAS® GS, Farblos 0F00 GT 90mm×120mm×3mm Platinenabdeckung („Spuckschutz“) Evonik Plexiglas-Shop 0F00 GT
2 Möbelgriff EKEBODA Griffe am Innenrahmen Ikea 502.438.74 2
2 Möbelknopf FÅGLAVIK, schwarz Knäufe zum Öffnen der Revisionsklappe Ikea 302.225.56 2
6 Schraube Kreuzschlitz, Pan-Head, M3, 12mm Schrauben (Platine) Reichelt SKL-E M3X12-100 100
18 Unterlegscheibe, Innendurchmesser 3,2mm, Stahl Unterlegscheiben (Platine) Reichelt SKU 3,2-100 100
3 Distanzhülse, Innengewinde 5mm, Außengewinde 6mm, Metall, 6-Kant, M3 Befestigung Platine an Revisionsklappe Reichelt DA 5MM
3 Distanzhülse, Innengewinde 15mm, Metall, 6-Kant, M3 Befestigung Platinenabdeckung an Platine Reichelt DI 15MM
1 VDE-Isolierband, PVC, weiß, 19mm breit, 25m Leitungsisolierung/Reflektor LED-Matrix Reichelt ISOBAND 19 WS
2 Ösenschrauben, Durchmesser 3mm, gelb verzinkt Wandaufhängung Außenrahmen privater Bestand Tunix
1 Holzleim Ponal Classic Gehrungsverbindung, Fixierung Innenrahmen Treffbestand

Platinenabdeckung

Die Platinenabdeckung (der „Spuckschutz“) ist aus 3mm starkem Plexiglas gelasert. Die SVG-Datei dafür befindet sich hier.

Jetzt für 1€ pro Stück bei Tunix erhältlich (Selbstkostenpreis).

Platine mit dem Spuckschutz aus Plexiglas

Die Aufbauanleitung bezieht sich nur auf das Gehäuse und die Verdrahtung der LED-Matrix. Für eine genaue Beschreibung der Borg16-Platine mit Lötanleitung sei auf das Labor-Wiki verwiesen,

Die Fotos vom Aufbau zeigen meistens nicht den CTDO-Borg selbst sondern ein ähnliches Modell, dessen Abmessungen mit 35,6cm×35,6cm etwas kleiner sind. Vom Maßstab abgesehen sind die Arbeitschritte aber fast identisch. Der Text weist auf über den Maßstab hinausgehende Unterschiede zwischen Beschreibung und Bild explizit hin, also aufmerksam lesen!

Der Borg ist grob in einen Außenrahmen und in einen Innenrahmen unterteilt, wobei der Außenrahmen das eigentliche Gehäuse bildet. Er fixiert die Frontscheibe und nimmt den Innenrahmen auf, der hinten eingeschoben wird. Der Innenrahmen enthält die ganze Technik. Er ist auf eine Holzplatte aufgeleimt, welche den LEDs mit 256 Löchern als Träger dient. Zudem umschließt der Innenrahmen die Verdrahtung der LED-Matrix. Hinten ist mittels zweier Scharniere eine Sperrholzplatte befestigt, die die Verdrahtung vor der Außenwelt schützt und als Revisionsklappe fungiert. An dieser Klappe ist auch die Borg16-Platine befestigt, die über zwei Flachbandkabel mit der LED-Matrix verbunden ist.

Rückansicht des CTDO-Borgs Das Innenleben der Matrix bei geöffneter Revisionsklappe

Wahl des Materials

  • gehobelte, gerade, nicht verdrehte Bretter (Kantholz, Holzlatten) aussuchen
  • beim Holzzuschnitt in handlichere Stücke zuschneiden lassen (mindestens 6cm mehr als die spätere Rahmenlänge)
  • beim Holzzuschnitt eine möglichst verzugsfreie Multiplexplatte verlangen

Als Material für die beiden Rahmen kommen Bretter aus dem Baumarkt zum Einsatz, dort unter anderem als „gehobeltes Kantholz“ mit 2,4m bis 3m Länge im Angebot. Eine 9mm starke Multiplexplatte dient als Trägerplatte für die LEDs. Es ist wichtig, gerade, nicht verdrehte Bretter auszusuchen, weil sich ansonsten keine vernünftigen Rahmen herstellen lassen. Der Innenrahmen hat zudem die Aufgabe, die Multiplexplatte zu begradigen, die sich durch das Fräsen der Löcher schnell verziehen kann. Ein krummer Innenrahmen würde wiederum die Multiplexplatte verbiegen, auch wenn sie vorher gerade war, wodurch die LEDs unterschiedliche Abstände zur Frontscheibe hätten, was unschön aussieht. Auch sollten nicht zu viele Astlöcher vorhanden sein, da die beim Sägen gerne mal herausfallen.

Das Holz für den Treff-Borg stammt aus dem Bauhaus an der Bornstraße in Dortmund. Es erfordert etwas Ausdauer, ein geeignetes Brett zu finden, da Bauhaus den Kram einerseits stehend lagert (und sich deswegen krumm steht) und andererseits ohnehin eher ein „preisoptimiertes“ Sortiment fährt. Immerhin erklären sich die Mitarbeiter beim Holzzuschnitt bereit, auch Bretter in kleine, transportable Stücke (à 60cm) zuzuscheiden. Bei Hornbach weigern die sich bei Brettern und Holzlatten gerne mal. Zudem rechnet Bauhaus bei der Multiplexplatte dankenswerter Weise nur die tatsächlich abgenommene Fläche ab. Ein unrühmliches Gegenbeispiel ist der Hellweg-Baumarkt in Brackel, der die komplette Multiplexplatte inkl. Verschnitt in Rechnung stellt. Krumm ist der Kram bei denen außerdem noch.

Generell ist es im teureren Holzfachhandel einfacher, geeignete Werkstücke zu finden. Eine andere Alternative wäre Leimholz, das der angehende Borgbauer allerdings erst mit der Tischkreisäge in handlichere Stärken sägen muss, um annähernd ein Brettformat zu erhalten.

Herstellung des Außenrahmens

  • Bretter auf Gehrung sägen (Handgehrungssäge)
  • Nuten herstellen (Tischkreissäge)
  • Scheibe in die Nuten einsetzen
  • an den Gehrungsflächen verleimen
  • mit Spanngurt für Anpressdruck sorgen

Zuerst gilt es die Bretter auf Gehrung zu sägen. Die Gehrung verläuft dabei entlang der Stirnkanten der Bretter, so dass sich ein Kasten mit 9cm Höhe bildet. Die Abmessungen der Rahmenteile richten sich nach der Abmessung der Multiplexplatte, genauer gesagt entsprechen die Innenmaße des Rahmens der Breite bzw. Länge der Platte. Diese muss sich also anschließend in den Rahmen legen lassen. Auf Gehrung zu sägen erfordert Präzision. Es ist wichtig, den Winkel von 45° genau einzuhalten und alle Seitenteile genau gleich lang zu sägen, sonst wird der Rahmen krumm und schief. Im Treff steht eine passende Handgehrungssäge mit Längenanschlag zur Verfügung. Es ist übrigens nicht so schlimm, wenn die Innenmaße des Außenrahmens einen Millimeter zu klein geraten, dass lässt sich zur Not später vom Innenrahmen herunter hobeln, so dass er hineinpasst. Ein Tischlerdreieck hilft dabei, die spätere Anordnung der Rahmenteile festzulegen.

Gehrungssäge mit Längenanschlag

Anschließend geht es an das Herstellen der Nut für die Frontscheibe. Die Scheibe ist 3mm dick und steht bezogen auf die Multiplexplatte auf jeder Seite 8mm über, d.h. die Nut muss etwa 3,5-4mm breit und 8,5-9mm tief sein, damit noch ein gewisser Spielraum vorhanden ist. Der Abstand der Nut zum Rand sollte etwa 10mm betragen. Die Tischkreissäge im Treff ist ein geeignetes Werkzeug dafür. Ein Messschieber erleichtert das Einstellen des Sägeblatts auf die passende Höhe. Um den Spaltkeil abzusenken, ist es erforderlich, die Tischeinlageplatte rechts des Sägeblatts zu entfernen (zwei Schrauben), so dass die dafür zuständige Stellschraube zugänglich ist. Danach die Tischeinlageplatte wieder montieren und den Parallelanschlag so einstellen, dass das Sägeblatt im Abstand von 10mm zum Rand des Bretts greift. Um auf eine Nutbreite von mindestens 3,5mm zu kommen sind zwei Durchgänge an der Kreissäge nötig. Dazu im ersten Durchgang jedes Brett einmal längs über das Sägeblatt der Kreissäge ziehen. Danach den Parallelanschlag minimal seitlich versetzen und die Bretter erneut drüber ziehen. Dies stellt sicher, dass die Nuten auf allen Rahmenteilen den gleichen Abstand haben.

Komponenten der Tischkreissäge Spaltkeil senken bzw. entfernen Einstellung des Sägeblatts und des Parallelanschlags Die fertig gefrästen Nuten der Außenrahmenteile

Vor der Verleimung der Rahmenteile ist es empfehlenswert, die Frontscheibe einmal probeweise in die Nuten einzusetzen, also den Rahmen einmal „trocken“ zusammenzulegen. Die Scheibe muss problemlos in die Nuten gleiten und die Gehrungsflächen des Rahmens müssen sich vollständig berühren, ohne das ein Luftspalt sichtbar ist. Wenn es nicht sitzt, bedürfen die Nuten einer Nachbesserung.

Zum Verleimen die Frontscheibe zunächst in die Nuten von zwei sich gegenüberliegenden Rahmenteilen einsetzen. Dann die Gehrungflächen dieser beiden Teile vollständig mit Leim bestreichen, aber nur so viel, dass nichts herunterläuft. Jetzt zügig aber vorsichtig die anderen beiden Rahmenteile anbringen. Falls sich die Frontscheibe beim Einsetzen in die Nut zu sehr nach unten wölbt, einfach etwas weiches zum Stützen darunter legen (z.B. einen Stapel Papiertaschentücher). Wenn alles sitzt, einen breiten Spanngurt (bzw. zwei dünne Spanngurte) am Außenrahmen festzurren, so dass der nötige Anpressdruck für die Gehrungsverleimung gegeben ist. Nach einer Stunde ist der Rahmen belastbar.

Probeweises zusammenlegen der Rahmenteile mit eingelassener Frontscheibe (hier noch mit Schutzfolie). Spanngurte sorgen für den nötigen Anpressdruck beim Verleimen.

Herstellung der LED-Trägerplatte

Damit die LEDs in der Multiplexplatte Halt finden, muss diese 256 Löcher (angeordnet in 16×16) mit einem Durchmesser von 10mm aufweisen. Dabei ist auf jeder Seite ein Rand von 50mm zu lassen (für den Innenrahmen später). Das ergibt insgesamt eine LED-Fläche von 400mm×400mm, wobei die Mittelpunkte der LEDs einen Abstand von 26mm haben. Bei der Herstellung der Löcher gibt es zwei Möglichkeiten:

Variante 1: Der Königsweg ist eine CNC-Fräse mit ausreichend großen Verfahrwegen (hier 500mm) zu nehmen. Die CNC-Fräse im CTDO ist leider nicht groß genug dafür, aber das Labor in Bochum ist entsprechend ausgerüstet. Wer freundlich nachfragt, bekommt auch Unterstützung. Es ist wichtig die Platte ordentlich zu fixieren, so dass sie sich beim Fräsen nicht bewegen kann, was sonst unpräzise Löcher zur Folge hätte. Die entsprechende Fräsdatei für das Programm CamBam gibt es hier (für 6mm Fräser, beim Drawing-Eintrag Borg500/Machining/Part1 im Kontextmenü auf Generate Toolpaths klicken, anschließend G-Code erzeugen). Alternativ kann auch ein DXF File geladen werden und hieraus der G-Code generiert werden, das .dxf File für den „Standard Borg“ mit Außenmaßen von 500x500mm findet sich hier borgcnc.dxf.zip

Fräsen mit der CNC-Fräse im LABOR e.V. Die fertig gefräste Platte, hier sind auch die verschraubten Holzblöcke zur Fixierung auf der Arbeitsplatte zu sehen.

Variante 2: Es ist auch möglich, die Löcher manuell mit einer Bohrmaschine zu setzen. Dies geht mit Hilfe eines sorgfältig auf die Platte gezeichneten Rasters, dessen Kreuzungspunkte die Mittelpunkte der späteren Löcher darstellen. Sorgfalt ist geboten, da sich selbst kleine Abweichungen störend bemerkbar machen. Vor dem Griff zum Bohrer ist es sinnvoll, die Kreuzungspunkte mit Hilfe eines Körners zu vertiefen, so dass die Zentrierspitze des Holzbohrers (ø 10mm) garantiert an der richtigen Stelle aufsetzt. Anschließend die Platte festzwingen und Reihe für Reihe bohren (die Platte umpositionieren und neu festzwingen, wenn sie sich beim Bohren zu sehr durchbiegt).

Unabhängig davon, welche Variante zum Einsatz kommt: Die untere Schicht der Multiplexplatte kann anschließend etwas zerrupft aussehen, da beim Fräsen/Bohren eines Lochs mitunter etwas Holz wegplatzt (besonders wenn die unterliegende Arbeitsplatte nicht mehr völlig plan ist). Das ist nicht weiter schlimm, auch wenn es erst einmal schlimm aussieht, da die Halteplatte von außen eh nicht sichtbar ist. Auf der oberen Schicht kann das Holz an den Kanten der Löchern leicht ausfransen. Je schärfer die Bohrer bzw. die Fräser sind, desto weniger treten diese Effekte auf. Die Splitter und Ausfaserungen lassen sich mit einer Drahtbürste oder etwas Schleifpapier entfernen, auch ein Senkbohrer ist hilfreich. Es empfiehlt sich, eine eventuell „geschundene“ Unterseite mit viel abgeplatztem Holz als Rückseite zu nehmen, wo später die Verdrahtung der LED-Matrix stattfindet.

Herstellung des Innenrahmens

  • Rahmenteile auf Gehrung sägen (Handgehrungssäge)
  • diese bündig zum Rand der Trägerplatte verleimen und festzwingen
  • bei Bedarf Ausbuchtungen herunter hobeln
  • Löcher für Möbelgriffe bohren
  • die Bohrlöcher auf der Seite der Trägerplatte mit einem Senker nachbearbeiten
  • ggf. Griffe mit Senkkoppschrauben befestigen (besser erst nach dem LED-Löten machen)

Das Sägen des Innenrahmens gestaltet sich fast genauso wie das des Außenrahmens, nur dieses Mal entsprechen die Außenmaße des Rahmens der Breite (bzw. Länge) der Multiplexplatte. Die breitere Fläche der Rahmenteile ist dabei die auf der Platte aufliegende (die nachfolgenden Bildern dokumentieren einen ähnlichen Borg, dort ist es die schmalere Fläche). Die fertigen Innenrahmenteile müssen, probeweise zusammenlegt, bündig mit der Multiplexplatte abschließen. Kleine Ausbuchtungen von einem oder zwei Millimetern an den Außenseiten sind nicht dramatisch und lassen sich später mit einem Hobel beseitigen. Anschließend wird ein Rahmenteil auf die Rückseite (also die „zerrupfte“ Seite) aufgeleimt und für eine dreiviertel Stunde auf einer planen Oberfläche festgezwungen. Dabei unbedingt darauf achten, dass das Rahmenteil bündig aufliegt, gerade beim Festzwingen verschiebt sich das gerne mal. Dies für die verbleibenden Rahmenteile wiederholen.

Rahmenteil bündig zur Platte ausrichten, auf planer Oberläche festzwingen und verleimen. Beim CTDO-Borg ist allerdings im Gegensatz zu diesem Bild (anderer, kleinerer Borg) die breitere Fläche die aufliegende Für alle Rahmenteile wiederholen Grobe Ausbuchtungen mit dem Schlichthobel beseitigen Spuren des Schlichthobels mit dem Doppelhobel glätten Abschließend die Oberflächengüte mit dem Putzhobel verfeinern

Wenn die Gehrung des Innenrahmens nicht hundertprozentig passt, ist das kein Drama, da die Rahmenteile des Innenrahmens ohnehin nicht an den Gehrungsflächen verleimt werden. Wichtiger ist, dass die Rahmenteile bündig zum Rand der Platte verleimt sind. Sind die Rahmenteile dafür minimal zu lang, hilft es, sie an den Gehrungsflächen passend herunterschleifen, auch wenn der Gehrungswinkel darunter etwas leidet.

Das Montieren der Möbelgriffe ist nicht schwer. Auf den Seiten, die später Links und Rechts werden sollen, sind die Bohrungen (ø 4mm) für die Schrauben so zu platzieren, dass die Griffe mittig auf dem jeweiligen Rahmenteil aufliegen. Vorne, wo die LEDs später heraus schauen, empfiehlt sich eine Nachbearbeitung der Bohrlöcher mit einem Senker, so dass die entsprechenden Senkkopfschrauben die Frontscheibe nicht von innen ankratzen können.

Es ist einfacher, die Möbelgriffe erst nach dem Verlöten der LEDs festzuschrauben, da sie ansonsten störend im Weg sein könnten. Allerdings sollten sie bereits vor dem ersten Einsetzen in den Außenrahmen montiert sein, da sich der Innenrahmen sonst nur schwer wieder herausziehen lässt.

Verlöten der LEDs

  • den mit der Platte verleimten Innenrahmen über Kopf legen und von unten aufbocken
  • LEDs herein drücken, mit den Kathoden und Anoden im 45°-Winkel zueinander
  • pro Zeile die Kathode jeder LED zur Kathode der Nachbar-LED biegen
  • Kathoden verlöten
  • ggf. pro Zeile weißes Isoband in Vierergruppen aufkleben, durchstochen von den Anoden
  • pro Spalte die Anode jeder LED zur Anode der darunter liegenden LED biegen
  • dabei sicherstellen, dass die Anoden die Kathoden nicht berühren („Buckel“ in die Anode biegen)
  • Anoden verlöten, dabei Kurzschlüsse mit den Kathoden vermeiden

Um die LEDs von hinten in die Löcher zu drücken ist es hilfreich, den verleimten Innenrahmen kopfüber (also mit der Platte nach unten zeigend) auf den Tisch zu legen und von unten am Rand mit Kanthölzern oder ähnlichem „aufzubocken“. Dies ist nötig, weil die LEDs auf der Vorderseite etwas hervorstehen und diese sich ja schlecht durch den Tisch drücken lassen. Es ist gut, wenn die LEDs nur schwer hinein gehen, sie sollen ja auch nicht sofort wieder herausfallen.

Wenn die LEDs im Falle einer CNC-gefrästen Platte überhaupt nicht hineinpassen, kann es sein, dass die Platte mit einem abgenutzten Fräser gefräst bzw. beim Fräsen nicht ausreichend fixiert wurde. In diesem Fall lassen sich die Löcher mit einer Bohrmaschine nachbohren, was aber nicht ganz so schlimm ist, da der Holzbohrer auch ohne übertriebene Präzision beim Anfahren passend hinein gleitet.

LEDs haben eine Polung, was bedeutet, dass es nicht egal ist, wie herum sie verdrahtet sind. Das lange Beinchen ist der positive Pol (die Anode) und das kurze Beinchen ist der negative Pol (die Kathode). In der Matrix verbinden die Zeilen jeweils die Kathoden miteinander, die Spalten jeweils die Anoden. Dabei dürfen sich Kathoden und Anoden nicht berühren, auch die Zeilen bzw. Spalten dürfen sich untereinander nicht berühren. Am einfachsten ist es, die LEDs so einzusetzen, dass die Beinchen um 45° versetzt zueinander stehen, um Platz zwischen den beiden Polen zu schaffen (Empfehlung: Kathode links oben, Anode rechts unten). Da die Kathoden kürzer sind und diese sich bei 26mm Abstand nur noch so gerade eben berühren, ist es sinnvoll, mit den Zeilen anzufangen. Dazu die Kathode vorsichtig von der Austrittsstelle an zur Kathode der Nachbar-LED biegen. Dies für jede LED in der Zeile wiederholen. Das letzte Kathodenbeinchen bleibt über, trotzdem noch nicht abknipsen, da es später ein leicht zugänglicher Messpunkt sein wird. Wenn sich alle Kathoden in einer Zeile berühren, geht es mit dem Löten weiter. Dabei dürfen die Beinchen beim Verlöten nicht unter mechanischer Spannung stehen, da einem sonst das flüssige Lötzinn um die Ohren fliegt, falls irgendwann mal Lötarbeiten zwecks Reparatur anstehen.

Test der ersten Zeile: Alle Kathoden sind miteinander verlötet und an dem äußersten Kathodenbeinchen ist die negative Elektrode des Labornetzteils angeklemmt. Die positive Elektrode sollte nun an jeder Anode die jeweilige LED zum Leuchten bringen. Und so sieht es aus, wenn in jeder Zeile jeweils alle Kathoden verbunden sind. Die Anoden stehen noch ab.

Wer mag, kann nach Abschluss der Zeilen-Lötarbeiten weißes Isolierband auf den LEDs anbringen (zeilenweise in Vierergruppen), durchstochen von den noch hochkant stehenden Anoden der LEDs. Das Isolierband dient einerseits als Reflektor für bessere Lichtausbeute, andererseits kann es einen gewissen Schutz gegen Kurzschlüsse bieten. „Kann“ deshalb, weil sich die Anoden beim anschließendem Verlöten in der Regel so weit erwärmen, dass sich die durchstochenen Löcher etwas weiten, wodurch der Isoliereffekt wieder verschwindet. Generell ist das eine fummelige Angelegenheit und es ist leicht, sich in die Finger zu stechen. Es ist auch möglich, erst nach Fertigstellung der kompletten Matrix einfach Iso-Band darüber zu kleben, sofern nur die Reflektorwirkung gewünscht ist. Ein Nachteil daran ist (neben der fehlenden Isolierung), dass im Wartungsfall dann nicht nur die Kathodenverbindungen, sondern auch die Spaltenverbindungen abgeklebt sind. Die Spalten verlöten sich weitestgehend analog zu den Zeilen, allerdings benötigen die Anoden zum Ende hin einen kleinen hinein gebogenen „Buckel“, damit sie die Kathoden nicht berühren.

Weißes Isolierband in Vierergruppen, durchstochen von den noch abstehenden Anoden. Alle Anoden korrekt gebogen und verlötet. Man beachte den Buckel, um eine Berührung mit der Kathode zu vermeiden.

Die übrig gebliebenen Kathoden- und Anodenbeinchen am Rand lassen sich prima zum Testen verwenden. Dazu bei einem Labornetzteil die passende Flussspannung der LEDs einstellen und den zulässigen Strom begrenzen (siehe Datenblatt der LEDs). Die negative Elektrode des Netzteils einfach an ein übrig gebliebenes Kathodenbeinchen klemmen und mit der positiven Elektrode dann an den übrig gebliebenen Anodenbeinchen die jeweiligen LEDs dieser Zeile testen. Leuchten die LEDs in der Zeile ab einer bestimmten Spalte nicht mehr, ist dort eine kalte Lötstelle in der Kathode. Analog gilt dies auch bei den Spalten (dort bei der Anode). Leuchtet nur eine bestimmte LED nicht, ist dort entweder ein Kurzschluss (mit dem Lötkolben nachbessern) oder die LED ist kaputt (ersetzen).

Flachbandkabel

Hier sieht man den kammartigen Zuschnitt der Flachbandkabel. Wir schauen hier von hinten darauf, d.h. die rote Litze des horizontal verlegten Spaltenkabels gehört an die Anode ganz LINKS.

  • Flachbandkabel in zwei je ein Meter lange Stücke schneiden
  • Litzen entsprechend des Abstands der LEDs auftrennen und kammartig zuschneiden
  • Pin 1 des Zeilenkabels gehört an eine Kathode der obersten Zeile
  • Pin 1 des Spaltenkabels gehört an eine Anode der Spalte ganz links (von hinten drauf geschaut)
  • Litzen entsprechend der Reihenfolge der LEDs in den Zeilen bzw. in den Spalten verlöten
  • ggf. Flachbandkabel kürzen und Pfostenbuchse crimpen (besser damit warten, bis Revisionsklappe und Platine montiert sind)

Per Konvention markiert die rot isolierte Litze eines Flachbandkabels Pin 1. Es ist sinnvoll dieser Konvention zu folgen, da auch die verpolungsicheren Wannenstecker und Pfostenbuchsen eine entsprechende Markierung für die rote Litze aufweisen (ein aufgeprägtes Dreieck, beim Crimpen beachten!). Die Borgware-2D betrachtet die LED an Spalten-Pin-1/Zeilen-Pin-1 als rechts oben (von vorne betrachtet). Von hinten betrachtet (also von der Seite, an der wir an der Verdrahtung arbeiten) ist das links oben, die rote Litze des Spaltenkabels gehört also auf das Anodenbeinchen ganz LINKS und die rote Litze des Zeilenkabels gehört auf das Kathodenbeinchen ganz OBEN. Bei den restlichen Litzen entspricht die Reihenfolge der der übrigen Zeilen bzw. der der übrigen Spalten.

Es ist sinnvoll, die beiden Flachbandkabel bereits vor dem Verlöten zu konfektionieren, da durch das Fummeln am Kabel eine Zugbelastung an bereits verlöteten Stellen wirkt. Die Kathoden bzw. Anoden haben einen Abstand von 26mm (bei 400mm×400mm LED-Fläche), entsprechend weit sind die einzelnen Litzen aufzutrennen und zu kürzen. Stücke von 1m Länge sind gut verarbeitbar, kürzen lassen sie sich nachher immer noch. Es ist besser, die Pfostenbuchse erst dann an das Kabel zu crimpen, wenn die Revisionsklappe (das Pappelsperrholz) mit den Scharnieren auf den Innenrahmen geschraubt und die Borg16-Platine auf dieser Klappe befestigt ist. Dann lässt sich auch die nötige Länge der Flachbandkabel mühelos ermitteln.

Revisionsklappe, Scharniere und Co.

  • Löcher entsprechend den Montagelöchern der Platine in die Sperrholzplatte bohren
  • Distanzhülsen (Innen- und Außengewinde) mit M3-Schrauben an der Platte befestigen
  • Platine auf die abstehenden Außengewinde aufsetzen und mit Distanzhülsen (nur Innengewinde) fixieren
  • Spuckschutz mit M3-Schrauben auf den Distanzhülsen montieren
  • bei jedem Materialübergang eine Unterlegscheibe verwenden
  • die Platte mit den Scharnieren am Innenrahmen montieren
  • „Türstopper“ in Form von Nägeln oder Holzdübeln am Innenrahmen anbringen
  • Schatullenverschlüsse und evtl. Möbelknöpfe anbringen
  • ggf. das Kürzen und Crimpen der Flachbandkabel nachholen

Die Revisionsklappe benötigt drei jeweils 3mm starke Löcher, die deckungsgleich zu den Montagelöchern auf der Borg16-Platine sind. Die Platine lässt sich dann mittels dreier Distanzhülsen mit 5mm langem Innengewinde und 6mm langem Außengewinde (M3) auf dem Sperrholz befestigen. Die Distanzhülsen liegen dabei über Kopf, sprich der Rand des Innengewindes liegt auf der Platte auf, von unten mit einer 12mm langen M3-Schraube gehalten. Die Platine passt dann auf die drei hervorstehenden Außengewinde der Distanzhülsen. Drei weitere Distanzhülsen mit 15mm Länge und ausschließlich Innengewinde fixieren die Platine, wobei sich an dem Innengewinde oben noch der „Spuckschutz“ montieren lässt, ebenfalls mit 12mm langen M3-Schrauben. Zwischen jedem Materialübergang liegt eine Unterlegscheibe, um Risse im Holz, der Platine und im Spuckschutz zu vermeiden.

Welche Seite des Innenrahmens für die Scharniere am günstigsten ist, hängt von der Kabelführung der LED-Matrix ab. Die Flachbandkabel müssen dabei durch den Spalt laufen, der sich durch die Scharniere zwischen Innenrahmen und Revisionsklappe bildet. Da die Sperrholzplatte mit 6mm etwas dünn für eine Verschraubung ist, lohnt es sich, die Platte an den Stellen, wo die Scharniere hin sollen, mit aufgeleimten Holzscheiben zur Innenseite hin zu verstärken (zum Beispiel eine flache Scheibe von einem Kantholz absägen). Jetzt fehlt noch der „Türstopper“, damit die Klappe nicht bis unten auf die Verdrahtung fällt. Dies lässt sich einfach mit zwei Nägeln lösen, oder mit einem aufgeleimten Holzdübel am Innenrahmen. Bei den Schatullenverschlüssen ist noch eine Metallzunge im Weg, die ist mit einem Seitenschneider aber einfach entfernbar. Das Anbringen verläuft analog zu den Scharnieren. Wer möchte, kann zusätzlich noch Möbelknäufe montieren, damit sich die Klappe bequemer öffnen lässt und niemand an der Platine ziehen muss (kann Haarrisse verursachen!).

  • Zuletzt geändert: 11.07.2016 23:18
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