Wörter-Funkuhr: Second Edition

Vor einiger Zeit überlegte ich mir, die im Januar gebaute Wörter-Funkuhr noch einmal in überarbeiteter Form und mit einem völlig anderen Design aufleben zu lassen. Gebaut habe ich vorerst 3 Stück dieses neuen Typs, wovon einer für uns und zwei zum Verschenken zu Weihnachten sind.

Im Artikel beschreibe ich, wie ich die Uhr aufgebaut habe. Damit sollten für eure Nachbauten schon einige gute Anreize und Erfahrungen zur Verfügung stehen.

Viel Spaß beim Lesen!

Achtung, Nachfolgeversion veröffentlicht
Diese Wörteruhr habe ich nochmals überarbeitet und professioneller hergestellt. Den Nachfolger findest du hier: Wörter-Funkuhr 3.

Einleitung

Zur Erinnerung hier nochmal ein Bild von der ersten Wörteruhr, die ich als Geschenk für meinem Vater gebaut habe.


Zu der Zeit, als ich diese erste Uhr gebaut hatte, wusste ich noch gar nicht vom „Original“, das ist nämlich die Qlock Two. Die Idee war zwar trotzdem nicht meine, aber es gibt ja auch weitere Uhren von diesem Typ, die man nachbauen kann.

Meine Second-Edition soll jedoch der Qlock Two ähnlich sehen. Ein paar Kleinigkeiten möchte ich – für meinen Geschmack – besser machen, aber das Design insgesamt ist ja schon … wie heißt noch das Designwort? … aja, „zeitlos“. ;)


Bildquelle: Biegert & Funk

Planung

Fange ich also mal an… nachdem ein Kaffee bereit steht. :KAFFEE:

Bevor ein solches Projekt in Gange kommt, d.h. praktische Handgriffe (außer der zur Kaffeetasse) getan werden, ist ja die Vorplanung wichtig. Die ist bei meinen Hobbieprojekten übrigens immer ziemlich umfangreich, was sich immer wieder ausgezahlt hat.

Auf diesem Foto kann man mal die ausgewählte Schriftart sein. Es ist eine DIN-Schrift, ähnlich der Schrift auf der Qlock Two. Natürlich muss man sich die Buchstabengröße usw. mal auf Papier ansehen, so kann man z.B. prüfen, ob die Buchstabengröße reicht, um den Text aus 3 m Entfernung zu lesen.


Die insgesamt schwierigste Problemstellung bei diesem Projekt war die Frage, wie ich die Frontblende der Uhr realisieren sollte. Es soll ja eine gläzende Frontplatte werden, die nicht allzu handgemacht aussieht, auch wenn sie das ist. Aber Professionalität wird am Ende doch mehr zu überzeugen wissen als bedruckte Folien oder dergleichen.

Das überhaupt dicke Problem: Das lichtverdeckende Material um die Buchstaben herum, also die schwarze Fläche, muss absolut lichtdicht sein. Sollte diese dunkle Fläche um die Buchstaben herum mitleuchten, verringert das den Kontrast zu den Buchstaben, die Buchstaben haben keine scharfen Kanten und wir sind wieder beim mangelhaften Gesamteindruck. Den Lichtundurchlässigkeitstest kann man mit einer 20 W-Lampe durchführen. Das ist ein guter Vergleich, denn die LEDs können punktuell auch so hell sein, wenngleich sie natürlich nicht die gleiche Lichtmenge abgeben.

Bedruckte Folien wären billig und beliebig zu bedrucken. Sie sind aber ungeeignet, weil man sie niemals lichtdicht bedrucken kann. Die schwarzen Bereiche müssen absolut lichtdicht sein.

Ich hatte auch die Idee, Folien zu schneidplotten. Dabei wird eine schwarze, durchaus dickere Folie mit einem computergesteuerten Schneidgerät bearbeitet und so die Buchstaben herausgeschnitten. Die Folie könnte als Klebefolie auf Glas oder Plexiglas aufgeklebt werden. Wäre jedoch schwieriger zu fertigen und die Motive dürfen nicht zu filigran sein. Alle Folienmuster, die ich mir schicken ließ, versagten aber beim Lichttest. Die Folie im Bild z.B. ist prinzipiell lichtdicht, aber hat sehr feine Löcher. Diese Folie hat mir eine Aufklebershop als Muster geschickt, aber das wird wohl nix damit.


Weiterhin kam mir die Idee, dass ich eine Glasplatte hinterglaslackieren und dabei die Buchstaben durch Verdecken aussparen könnte. Das würde eine relativ professionelle Optik mit sich bringen, denn von hinten lackiertes Glas sieht echt edel aus. Die Buchstaben aber von der Lackierung auszusparen erschien schwierig. Doch da die Idee prinzipiell einen Erfolg versprechen könnte, bin ich ihr nachgegangen.


Ich habe darum mal einige Testversuche unternommen. Zunächst habe ich zwei Buchstaben in Marmeladengläser geklebt und die Gläser dann von innen lackiert. Das Ergebnis war ungeeignet. Die Buchstaben enthielten Papier, welches die Farbe mit seinen Fasern aufgesaugt hat. Dadurch waren die Buchstaben zu fest mit der umliegenden Farbe verbunden und nicht unbeschädigt herauszutrennen.



Ein weiterer Test mit sehr starker Folie (Schnellhefterrückseite) und doppelseitigem Klebeband verlief schon deutlich besser. Hier kommt zum Kleben nur die Folie vom Schnellhefter mit Doppelklebeband zum Einsatz. Das Papier obendrauf dient nur zum Ausschneiden und wird dann mit dem Wachspapier vom Klebeband abgezogen.


So sehen die ausgeschnittenen Buchstaben aus.


Hier mal ein Bild von der verwendeten Farbe, mit der ich schließlich gute Erfolge erzielt habe. Es ist nicht gerade die billigste Farbe aus dem Baumarkt. Eine Dose hat glaube ich ca. 13 € gekostet. Pro Uhr wird etwas weniger als eine gesamte Dose verbraucht.


Hier sieht man sehr schwach die aufgeklebten und lackierten Buchstaben auf einem Abfallstück Glas.


Das Ergebnis kann überzeugen. Das Foto zeigt das Glas mit einem weißen Blatt Papier dahinter.


Das Licht einer 60 W Lampe direkt hinter der schwarzen Fläche ist auf der anderen Seite gar nicht zu sehen. Perfekt! Die Buchstaben sind doch relativ sauber. Die Buchstabenkanten bekomme ich in der „Serienproduktion“ auch noch schärfer hin. Zwar wird das Buchstabenschnibbeln ein gewisser Aufwand, aber den scheue ich bei einer Selbstbauaktion eigentlich nicht.

(Sorry für das verwackelte Foto.)


Da jetzt klar ist, wie ich das Display fertigen werde, habe ich mal das Layout festgelegt, wie im folgenden Bild zu sehen ist.

Die „+“ und „-“ auf der Unterseite dienen zur präziseren Zeitdarstellung. Zeigt die Uhr z.B. „Es ist fünf nach Fünf“ an und zudem leuchten noch zwei „+“ auf, dann ist es sieben nach Fünf. Diese kleinen Symbole werden eher dezent gehalten und dienen eben nur dem Zweck, dass man im Bedarfsfall die Zeit mal genauer hat. Denn bei meiner ersten Wörteruhr bestand ja immer eine Ableseungenauigkeit von 2,5 Minuten.

Im Gegensatz zur QlockTwo ist meine Uhr etwas größer. Die Glasblende wird eine Kantenlänge von 50 cm haben, die gesamte Uhr minimal mehr. Die QlockTwo hat 45 cm Kantenlänge. Außerdem habe ich weniger Freiraum zwischen den Buchstaben und dem Rand vorgesehen. Bei der QlockTwo finde ich die Buchstabenfläche im Verhältnis zur Gesamtgröße zu klein geraten, aber das ist natürlich Geschmackssache. Durch die größere Gesamtfläche und zudem den geringeren Rand sind meine Buchstaben deutlich größer als bei der QlockTwo.


Frontblende

Hier zeige ich jetzt, wie ich die Frontblende gefertigt habe. Da ich, wie bereits erwähnt, drei Uhren gebaut habe, ist in den Fotos teilweise mehr Material zu sehen, als für eine Uhr benötigt wird.

Ich habe zuerst einmal die Buchstaben auf Aufkleberpapier gedruckt und mit einem Schneidbrett schonmal in Streifen geschnitten.


Als Trägerfolie verwende ich also die Rückseite von Schnellheftern, die sich in Tests aufgrund ihrer Festigkeit gut bewährt hat. Wenn die Folie zu dünn ist, neigt sie dazu, sich beim lackieren zu wellen. Schnellhefter sind außerdem billig (10er-Pack ca. 1 €, immer wieder bei Aldi und Co). Auf vier dieser Schnellhefter habe ich je mehrere Streifen doppelseitiges Klebeband geklebt.


Ohne die Wachspapierschicht vom doppelseitigen Klebeband abzuziehen habe ich dann die Buchstaben draufgeklebt, die ja auf Aufkleberpapier ausgedruckt sind. Wenn man später dieses Wachspapier mitsamt der aufgeklebten Buchstaben abzieht, bleibt nur das Doppelklebeband und dahinter die Folie übrig. Die Buchstaben sind also gleich spiegelverkehrt, weil ich ja eine Hinterglaslackierung mache.


Dann habe ich die Buchstaben zerlegt, aber zuvor bereits mit dem Messer die Innenteile und einige Innenkanten vorgeschnitten. Als Schneidunterlage ist übrigens Glas echt klasse. Früher habe ich für solche Arbeiten Blech als Unterlage genommen, aber davon wird der Cutter schnell stumpf.


Und fertig. Das sind 330 Buchstaben für 3 Uhren.


Zum Aufkleben der Buchstaben habe ich mir erstmal eine Schablone aus Papier gemacht, auf der die horizontalen Grundlinien und die vertikalen Mittellinien der Buchstaben dargestellt sind. Damit lassen sich die Buchstaben präzise platzieren. Diese Linien aus „XXXXX“ dienten nur dazu, die einzelnen DIN-A4-Blätter genau zusammenkleben zu können.


Die Schablone habe ich mit Klebeband hinter die Glasplatte geklebt, damit Platte und Schablone nicht gegeneinander verrutschen. Dann ist erstmal gründliches Reinigen der Glasplatte angesagt. Hier muss wirklich penibel gearbeitet werden, denn Fettflecken, etwa von den Fingern, verursachen einen schlechteren Halt der Farbe, der bei Glas ohnehin nicht so phenomenal ist. Es ist schon so, dass die Farbe anständig hält, aber wenn man mit der lackierten Fläche irgendwo anstoßen würde, platzt die Farbe dann doch leicht ab. Problematisch ist aber vor allem das Heraustrennen der Buchstaben, denn dabei wirkt einige Belastung auf die Farbe und gerade in den Innenbereichen von geschlossenen Buchstaben ist die gesamte Farbfläche recht gering.


Hier sind die Buchstaben aufgeklebt. Dazu habe ich mir an meiner rechten Hand einen Gummihandschuh angezogen, mit dem ich die Buchstaben auf das Glas gedrückt habe. So vermeidet man Flecken dicht bei den Buchstaben, wo man nachher kaum noch reinigen kann. Die linke Hand ohne Handschuh war dafür zuständig, die Wachsschutzfolie vom Doppelklebeband abzuziehen.


Von vorne betrachtet sieht das dann so aus.


Diese Glasfläche habe ich nun nocheinmal gründlich gereinigt. Dazu habe ich Fensterputzmittel verwendet und dieses um die Buchstaben herum mit Wattestäbchen aufgetragen. Die Klebeschicht der Buchstaben darf nicht befeuchtet werden, sonst verliert sie ihre Klebewirkung nahezu vollständig.

Ich habe nun also die Glasplatte in mehreren Schichten lackiert und anschließend habe ich mit einigen Buchstaben begonnen, die Aufkleber abzuziehen. Leider wurde das ein Disaster. Rund ein Drittel aller Buchstaben hat sich beim Freistellen zerlegt, d.h. die Farbe ist ein-/abgerissen, wie man das auf dem folgenden Bild sieht.


Die Glasplatte musste ich also wieder von der Farbe befreien und nochmal neu anfangen. Auch ein zweiter Versuch schlug fehl. Erst meine dritte Frontblende gelang. Das bedeutete leider auch, dass 2x 110 Buchstaben erneut ausschneiden musste. Dabei hat man viel Zeit für Hörspiele und dergleichen. ;)


Ab hier zeige ich aber die Fotos von den Arbeitsschritten, die zum Erfolg geführt haben und erkläre, worauf es ankommt.

Zum einen habe ich dieses Mal das Glas viel gründlicher an den Kanten der Buchstaben gereinigt, denn dort wird die Farbe beim Abziehen der Buchstaben stark belastet. Das Reinigen alleine hat bestimmt eine Stunde pro Glasplatte gedauert, aber das ist nichts im Gegensatz zur Zeit, nachher die Fehler auszubaden. Außerdem habe ich dieses Mal die erste Schicht Farbe extrem dünn gesprüht. Insgesamt sind 4 Schichten Farbe drauf. Die gesamte Farbdicke ist minimal dünner als bei den fehlgeschlagenen Versuchen, gerade so, dass die Farbe noch lichtundurchlässig ist. Außerdem ist wichtig, dass die Farbe zwischen jedem Sprühvorgang mindestens 24 Stunden in einer möglichst warmen Umgebung von mindestens 15 °C trocknet. Meine ersten Versuche habe ich zur kalten Jahreszeit im Keller trocknen lassen. Es war zwar wärmer als die auf der Sprühdose angegebene Mindesttemperatur, aber die Farbe hatte trotzdem eine sprödere Konsistenz als bei der wärmeren Trocknung. Es dauert also mindestens eine halbe Woche, so eine Frontblende zu lackieren. Im Foto liegen zwei Stück auf alten Metallschienen zum Trocknen.


Mittlerweile ist die vierte Farbschicht getrocknet und die Glasplatte ist selbst gegen eine 50 W-Lampe absolut blickdicht.


Das Freistellen ging diese Mal tatsächlich einwandfrei. Ich war ja sehr erleichtert, denn das war eine große Unbekannte, die das Projekt noch ordentlich hätte scheitern lassen können.

Zum Freistellen werden die Buchstaben erst an einem Ende mit einer schräg angesetzten Nadel durchstochen und dann vorsichtig abgehoben, jedoch nicht nach oben, sondern zur Buchstabenmitte, um die Farbe weniger zu belasten.

Das klappte erstaunlich gut, ich war echt überrascht. Das ist eine auch etwas zeitraubende Fummelarbeit, aber ein positives Endergebnis ist ja immer ein Ansporn.

Die Farbbrösel, die beim Abtrennen der Buchstaben von den Buchstaben abplatzen, habe ich mit einem Staubsauger mit offenem Rohr ohne Aufsatz und minimaler Saugstufe abgesaugt. Das Rohr darf die Farbe nicht berühren, aber mit 1 cm Abstand zur Oberfläche saugen. Anschließend habe ich die Buchstaben innen mit Wattestäbchen, die mit Fensterputzmittel angefeuchtet sind (nicht nass, nur feucht), gereinigt. Dadurch entfernt man Klebereste und macht die Buchstaben schön klar durchscheinend.


Hier sieht man die Front gegen Licht. Das Foto ist etwas verwackelt.


Hier fasse ich nochmal meine Erkenntnisse zum Fertigen der Frontblende auf die vorgestellte Art zusammen:

Wichtig bei der Fertigung:

  • Lackieren der Glasplatte bei mindestens 15 °C, besser viel mehr. Auch die Farbe und die Glasplatte müssen zuvor diese Temperatur haben, d.h. Farbdose nicht erst kurz vor Gebrauch aus dem kalten Keller holen!
  • Qualitative Sprühfarbe verwenden. Es wurde Dupli-Color platinum in black glossy RAL9005 verwendet.
  • Doppelseitiges Klebeband sollte von Tesa sein. Billigersatz von Lidl hat versagt.
  • Folien für die Buchstaben sollten dick genug sein, z.B. Schnellhefterrückseiten.
  • Glasplatte vor bekleben mit Buchstaben bereits gründlich reinigen.
  • Beim Bekleben Gummihandschuhe verwenden und sonstige Berührung der Glasplatte vermeiden.
  • Vor Lackierung nochmals peinlich genau reinigen, besonders in und um die Buchstaben.
  • Lackierung in mehreren dünnen Schichten, bis gerade so blickdicht, mit 24 Stunden Trockenpause je Schicht.
  • Entfernen der Buchstaben indem sie mit Nadel durchstochen und dann zur Buchstabenmitte hin angehoben werden.
  • Anschließend Buchstaben von innen mit Wattestäbchen und Fensterputzmittel vorsichtig reinigen.

Elektronik

Natürlich muss die Uhr auch von ein bisschen Elektronik befeuert werden. Im Wesentlichen macht die Elektronik mithilfe der nachfolgend beschriebenen Software folgendes:

  • DCF77-Funkuhrzeit empfangen, korrekten Empfang sicherstellen und Uhrzeit dekodieren
  • Uhrzeit selbstständig führen, damit die Uhr weiterläuft, wenn kein Empfang der Funkuhrzeit möglich ist
  • Aus der jeweiligen Uhrzeit die entsprechenden LED-Kanäle ermitteln, die eingeschaltet werden müssen, damit ein sinnvoller Satz in der Anzeige steht
  • Die Helligkeit der LEDs passend zur Umgebungshelligkeit einstellen, damit die Uhr am hellen Tag deutlich ablesbar ist, aber in der Dämmerung/Dunkelheit nicht blendet

Hier ist mal der 3-seitige Schaltplan. Die Uhr verfügt über 64 separat schaltbare PWM-Kanäle, darum sind die Schaltpläne so dick. Es ist eigentlich nur ein riesiges Copy&Paste. Zudem hat die Uhr ein Poti zur Helligkeitseinstellung und einen Helligkeitssensor, damit sie sich selbst der Umgebungshelligkeit anpasst. Auf eine manuelle Uhrzeiteinstellung habe ich verzichtet, da ich die Uhr als nicht mobil definiere und sie daher sowieso nicht das Sendegebiet des DCF77-Signals verlässt.

Auf der ersten Schaltplanseite sieht man hauptsächlich den Microcontroller (Bauteil IC1 unten links) mit etwas Standardbeschaltung. Ein externer Quarz (Bauteil Q68) ist für eine halbwegs genaue Offlineuhr natürlich notwendig. Der ist schonmal so gut, dass die Uhr nach einem Tag ohne Funkempfang weniger als eine Sekunde falsch läuft. Der Schaltungsteil links oben stellt eine geregelte Versorgungsspannung zur Verfügung. Die beiden Schaltungsteile rechts sind für die Digitalwandlung vom Bedienpoti und dem Helligkeitssensor vorgesehen.


Die zweite und dritte Schaltplanseite zeigen lediglich die Ansteuerung der 64 LED-Kanäle. Ich bin (in diesem Fall) kein Freund von Schieberegistern, da die LEDs während des Durchschiebens der Daten nicht leuchten können und somit Helligkeit verloren geht (wenn man nicht durch Überstrom ausgleicht oder andere aufwändige Maßnahmen einsetzt). Stattdessen verwende ich primitive 8-Bit-Latches, also ICs, die digitalen Zustände von 8 Leitungen aufnehmen und sich merken können, bis sie irgendwann mal wieder aktualisiert werden. Somit habe ich schön viel Zeit beim Ansteuern und kann außerdem gezielter nur die LED-Gruppen ansteuern, die geändert werden müssen. Der Schaltungstechnische Aufwand hingegen ist etwa identisch wie bei der Schieberegisterlösung.



Der Schaltplan ist für ein Lochrasterlayout auf jeden Fall zu dick. Darum habe ich ein Layout für eine professionelle Fertigung entworfen. Somit kann ich auch die meisten Bauteile in SMD einkaufen. Da ich als Privatperson nur bei einem Händler (Reichelt) kaufen wollte, um Portokosten zu sparen, sind manche Bauteile nicht in SMD, weil die nur in THT verfügbar waren. Ein wichtiges Kriterium der Platine ist übrigens die Höhe gewesen, denn die Uhr soll ja sehr flach sein. Ich habe also nur Bauteile ausgewählt, die maximal ca. 5…6 mm hoch sind.

Auf dem Bild sind alle Masseflächen ausgeblendet, da man sonst gar nichts mehr erkennen würde. Die roten Leiterbahnen sind die Vorderseite und die grünen auf der Rückseite. Die Platine habe ich übrigens mit der kostenlosen OpenSource-Software KiCad entworfen, von der ich recht begeistert bin.


KiCad kann sogar eine 3D-Ansicht erzeugen, allerdings fehlen in der Ansicht einige Bauteile, da es dazu keine 3D-Modelle gab.


Die Platinen habe ich dann in China bei PCBCART.com fertigen lassen und kann über die Qualität nur positiv berichten. Der Preis war im Vergleich zu europäischen Lieferanten natürlich recht niedrig. (Man weiß aber leider nicht, was die ggf. für Umweltsauereien anstellen.)
Einmal Front- und einmal Rückseite. Insgesamt 10 Stück. War auch nicht teurer als 3.

Platine für Nachbau gefällig?
Ich habe noch Platinen übrig. Wer einen Nachbau plant, kann von mir eine Platine zum Selbstkostenpreis mitsamt einer Stücklist und dem Hex-File für den µC bekommen.


Steht sogar mein Name drauf. Der Siebdruck hat die Fertigung so unwesentlich teurer gemacht, dass ich ihn mitbestellt habe.


Auf den im Viereck angeordneten Kontakten in der Mitte des Bildes wird der Microcontroller sitzen.


So sieht dann die bestückte Platine aus.


Software

Die Software ist in der Programmiersprache „C“ geschrieben und füllt den kleinen Microcontroller (Atmel ATMega8) zu etwa 97 % aus. Die wesentlichen Funktionen wurden bereits oben im Elektronikabschnitt beschrieben. Der dickste Bestandteil ist natürlich der Empfang und die Dekodierung der Funkuhrzeit. Außerdem muss korrekter Empfang sichergestellt sein, was die Software auch leistet.

Die Software führt intern zwei Uhrzeiten: Eine Offlineuhr und eine Onlineuhr. Die Offlineuhr läuft kontinuierlich, egal ob der Empfang der Funkuhrzeit möglich ist oder nicht und die Anzeige der Uhr wird ebenfalls aus der Offlineuhr generiert. Die Onlineuhr läuft dagegen mit dem empfangenen DCF77-Signal und kann jederzeit stocken oder auch falsche Zeiten enthalten, wenn der Empfang gestögt ist. Sobald aber durch mehrere Prüfkriterien ein sicherer Empfang und damit eine korrekte Onlineuhrzeit gewährleistet ist, wird die Offlineuhr mit der Onlineuhr synchronisiert.Die Uhr verfügt an der Unterseite über ein Stellrad, mit dem die Helligkeit in dunkler Umgebung eingestellt werden kann. Während die Uhr an hellen Tage immer bis zur maximalen Helligkeit hochdimmt, kann man mit dem Stellrad festlegen, wie dunkel sie in dämmriger Umgebung leuchten soll, weil das sehr davon abhängt, ob die Uhr in einer dunklen Ecke oder direkt am Fenster hängt. Man kann mit dem Stellrad auch einstellen, dass die Uhr nachts gar nichts anzeigt. Das ist gut für Schlafzimmer. Sobald man das Licht einschaltet, steht auch wieder die Uhrzeit in der Anzeige.Weiterhin sind zwei Taster verfügbar. Mit dem einen Taster kann die Minutenanzeige („+“ und „-“ Zeichen) ein- oder ausgeschaltet werden. Mit dem zweiten Taster kann man wählen, ob die Uhr die Zeit fixiert oder gerundet anzeigt, was bezogen auf die Textanzeige ohne die Minutensymbole gemeint ist, da die Textanzeige nur ein 5-Minuten-Intervall abdeckt.Die folgende Grafik erläutert einmal genauer, was beide Modi bewirken. Der grau markierte Zeitbereich in beiden Bildern zeigt an, in welchem Zeitraum die Uhr in beiden Modi „Es ist halb Neun“ ausgeben würde. Links ist die fixe Uhrzeit und rechts die gerundete dargestellt. Der Rundungsmodus (rechts) erlaubt eine genauere Ablesbarkeit, denn die Zeit wird maximal 2,5 Minuten falsch abgelesen und im Mittel exakt. Im fixen Modus (links) ist der Ablesefehler bis zu 5 Minuten und im Mittel 2,5 Minuten. Allerdings finden manche den Rundungsmodus gewöhnungsbedürftig, da die Uhr ja schon vor halb Neun „Es ist halb Neun“ anzeigt. Deshalb ist der Modus bei dieser Uhr wählbar, ganz nach Geschmack.

Bild: „Es ist halb Neun“

Uhrkörper

Um den Uhrkörper auch in ansprechender Optik hinzubekommen und die Uhr flach zu halten, habe ich mich entschieden, die Uhr in einen Bilderrahmen einzubauen. 50×50 cm Bildfläche haben diese Rahmen. Besonders spannend wird die geringe Tiefe von 11 mm zwischen Wand und Glasplatte.

Eine wichtige Anforderung an den Uhrenkörper ist neben der Beinhaltung aller komponenten trotz geringer Tiefe auch die, dass das Licht der einzelnen Buchstaben nicht zu den benachbarten Buchstaben übersprechen kann. Wenn ein Buchstabe leuchtet und der benachbarte, der nicht leuchten soll, leicht mitleuchtet, weil das Licht nicht sauber unterbrochen wird, dann sieht das minderwertig aus. Der Uhrkörper muss daher sicherstellen, dass jede LED nur genau einen Buchstaben beleuchten kann und das Licht zu den umliegenden Buchstaben abgeschirmt ist.

Hier stimmt die Chronologie in den folgenden Fotos nicht ganz, denn oben habe ich bereits gezeigt, wie ich die Glasplatten lackiert habe. In der Praxis werden viele Arbeiten parallel ausgeführt, jedoch scheint es mir am sinnvollsten, den Artikel auf diese Weise zu strukturieren.


Im Baumarkt habe ich Spanplatten gekauft mit 10 mm Stärke. Dort hat man sie mir direkt kostenlos zugeschnitten, aber obwohl Max Bahr mit millimetergenauem Zuschnitt wirbt, waren die Platten in jeder Richtung 2 mm zu lang. Weil die Platten dann aber nicht in die Bilderrahmen passen, habe ich nochmal kürzen müssen. Eine Kreissäge hab ich nicht, also musste die Stichsäge verwendet werden. Insgesamt baue ich ja 3 Exemplare, wie bereits erwähnt, weshalb einige Fotos auch das mehrfache Material zeigen.


Zunächst hab ich das Raster aufgezeichnet. Jeder Knotenpunkt entspricht der Mitte eines Buchstaben und somit der Mitte eines Bohrlochs.


Im Raster werden nun 30 mm-Löcher gebohrt. Dazu ist allerdings eine Standbohrmaschine notwendig, die einen entsprechend großen Abstand zwischen Säule und Bohrer hat. Meine Tischbohrmaschine war viel zu klein dafür. Darum habe ich die drei Platten mit der Standbohrmaschine in der Firma gebohrt.


Hier sind die drei fertigen gebohrten Platten zu sehen.


Nun wollte ich die Kabelrinnen in die Platten fräsen. Mit dem Dremel dauert das viel zu lange und so hab ich kurzerhand die Flex bemüht. Da die aber nicht drehzahlregulierbar ist und viel zu schnell dreht, gibt’s ordentlich Rauch…
Mit einem feuchten Tuch vor dem Mund hab ich das immerhin ausgehalten, bis jeweils die Hälfte der Rinnen gefräst war. So habe ich diese Arbeit über mehrere Tage gestreckt.


Im nächsten Foto sieht man eine Platte, in die die Kabelrinnen samt Taschen für die LEDs hineingefräst sind. Außerdem wurde links Platz für die Platine gemacht.


Hier sind dazu noch Zugänge zu zwei Tastern und dem Netzanschluss. Später wird auch noch ein Poti ergänzt.


Hier liegt eine noch nicht lackierte Glasplatte auf der Holzplatte. Passt genau. (Foto ist natürlich älter als der obige Abschnitt mit den Lackierarbeiten.)


LEDs habe ich in einer 500-Stück-Packung im Internet bestellt. Die LEDs haben eine Helligkeit von 1400 mCd, 120° Abstrahlwinkel und einer Farbtemperatur zwischen 5700 und 6000 Kelvin. Die Lichtfarbe ist damit zwischen neutral und kaltweiß angesiedelt, allerdings noch weit entfernt von bläulichem Weiß. 1400 mCd mag sich wenig anhören, allerdings ist das bei einem so großen Abstrahlwinkel ziemlich viel. Die Lichtmenge ist damit auf jeden Fall höher als bei einer üblichen LED mit nur 25° und dafür 5000 mCd. Der Preis beträgt bei meinen LEDs knapp 10 ct/LED. Für 1 Cent extra (nicht je Stück sondern gesamt !!!) gab es noch 500 Vorwiderstände dazu, die ich zwar wegen ihrem Wert hier nicht brauche, aber bei dem Preis…


Der Körper der LEDs ist kürzer als bei üblichen 5 mm-LEDs.


Die LEDs sind sehr schön hell (Foto ist mit Blitzlicht gemacht) und der Abstrahlwinkel übertrifft die angegebenen 120° eher noch. Innerhalb des Lichtkegels ist das Licht schön gleichmäßig verteilt. In meiner Vorstellung war die Lichtfarbe noch etwas kälter, aber so richtig warm sind die auch nicht. Trotzdem kommt mir das eher wie 5000 Kelvin statt der angegebenen 5700 bis 6000 vor. Kann ich aber nicht nachmessen. Passt aber, hauptsache das Licht ist nicht zu warm. Sonst kommt so altmodische Glühbirnchenoptik auf. Soll ja keine Retrouhr werden.


Dann habe ich angefangen, die LEDs einzukleben und zu verkabeln. Eine Arbeit für einige Stunden. Ohne unter Stress zu arbeiten, habe ich pro Reihe rund 40 Minuten gebraucht. Jede LED ankleben, festhalten bis der Heißkleber erhärtet ist, Kabel zuschneiden und abisolieren, Vorwiderstand dazulöten, Kabel im Kanal platzsparend verlegen und festkleben…


Hier noch das angekündigte Poti zur Anpassung der Helligkeitsregelung. Ich wollte es gerne über eine Drehscheibe bedienbar machen, ähnlich wie die Lautstärkeregler bei kleinen Radios. Die Kunststoffachse hab ich mit der Scheibe verschmolzen, weshalb das etwas seltsam aussieht.



Hier sind die Taster und das Poti und der Netzanschluss befestigt und verkabelt. Der Netzanschluss sitzt so tief im Gehäuse, damit man später den Stecker an der Uhr nicht sieht, sondern nur ein weißes Kabel heraushängt.


Die Potiachse aus Kunststoff hat es bei den Tests sehr bald zerlegt, sie ist im Poti gebrochen. Darum habe ich mir hier ein kleines Teilchen aus starkem Metall gefeilt und in die Scheibe noch einen Schlitz geschnitten.


Diese Lösung hat sich zumindest bis jetzt bewährt.


Nun soll die Platine an der Holzplatte befestigt werden. Dazu habe ich die beiden Blechteile angefertigt. Das ist ziemlich schweres Metall, was sich sehr kalt anfühlt, also gut Wärme leitet. Genau darum ist die eine Halterung so groß, weil sie gleichzeitig ein Kühlkörper ist. Zwar wird an der Uhr kaum etwas warm, da der Stromverbrauch bei ca. 1 bis 2 Watt liegt, aber im Fehlerfall oder bei extrem vielen gleichzeitig leuchtenden LEDs will man ja gerüstet sein. Ehrlich gesagt ist das Overkill, aber ob ich das Metallstück nun lang oder kurz zuschneide, ändert auch am Aufwand nichts.


Hier habe ich die beiden Teile befestigt. Verwendet habe ich dazu die typischen Lüfterschrauben aus dem PC-Bereich. Deren grobes Gewinde kann man gut einfach so ins Sperrholz schrauben, nachdem man ein kleines Kernloch gebohrt hat.


Hier ist die Platine befestigt. Obwohl die Befestigungslöcher in den Metallteilen nur grobes Augenmaß waren, passte alles exakt


So siehts von der anderen Seite aus.


Hier sieht man nochmal gut, wie der Spannungswandler mit dem Kühlblech verbunden ist. Es handelt sich um einen 7805, der die 5 V-Spannung für die gesamte Elektronik und alle LEDs bereitstellt. Normalerweise wird der kein bisschen warm, aber es gibt Zeiten, zu denen eine ganze Menge LEDs gleichzeitig leuchten und schonmal 700 mA fließen. Der Kühlkörper ist auf jeden Fall reichlich, aber kostet ja nichts.


Dann habe ich alle LEDs an die Platine angeschlossen. D.h. einige LEDs sind in dem Brett schon zu Gruppen verschaltet, so dass sich hier 104 LEDs auf 64 Gruppen aufteilen. Ursprünglich wollte ich die LEDs mit Steckleisten anstecken, aber zum einen ist nicht genug Platz und zum anderen glaube ich nicht, dass ich die jemals wieder lösen muss. Darum hab ich die Kabel direkt angelötet.


Oben ist noch ein Ausschnitt für das Funkmodul und die Ferritantenne vorgesehen. Beides ist mit Heißkleber hinreichend gut befestigt und verkabelt worden. Direkt rechts von der Stabantenne sieht man noch ein Kabel in einer Rinne zum oberen Rand laufen. Dort befindet sich der Helligkeitssensor, mit dem die Elektronik die Umgebungshelligkeit ermittelt.


Zwischeneindruck. So sieht es im Gesamten aus. Alle LEDs zu verkabeln war schon recht viel Arbeit, wie man sich bei dem Anblick bestimmt denken kann.


Aus der originalen Bilderrahmenrückwand habe ich die Befestigungsclips und den Aufhänger gewonnen.


Kein Witz, es existiert nur dieses Foto von der Holzplatte, wo ich schon die Ausfräsungen für die Befestigungsclips gemacht habe (rote Ovale). Da die originale Rückwand dünner war als die Holzplatte, musste ich die Clips etwas in meiner Holzplatte versenken, damit sie in der gleichen Höhe wie früher in den Kunststoffrahmen fassen. Naja, und man sieht dass mein Frauchen mich beim Basteln nicht verhungern lässt.


Als nächstes habe ich aus Aluminiumfolie für alle 3 Uhren zusammen 110 Alustreifen mit 10 mm Breite geschnitten. Mit dem Schneidbrett ging das relativ schnell.


Die habe ich dann wieder zu je 3, also insgesamt 330 Streifchen zerlegt.


Die Streifchen habe ich als Lichtreflektoren in die Kämmerchen geklebt. Dabei habe ich nach Tests entschieden, dass die raue Seite der Folie sichtbar sein muss, weil sie das Licht besser streut. Ich hatte auch mit Papier experimentiert, aber Alufolie hat die Lichttests gewonnen.


Im Rahmen habe ich entsprechende Ausschnitte für die Bedienelemente und oben für den Lichtsensor gemacht. Der Rahmen liegt hier gedreht, weshalb die Löcher genau auf der anderen Seite sind. Den Netzanschluss hatte ich ganz vergessen und nachträglich noch hinzugefügt.


Als nächstes müssen die Kämmerchen rückseitig mit reflektierendem Material verschlossen werden. Diesmal hat sich aber weißer Karton als beste Lösung herausgestellt. Alufolie als Rückwand hat der Lichtfarbe nicht gut getan und das Licht auch irgendwie weniger hell und homogen erscheinen lassen. Wahrscheinlich, weil das weiße Papier quasi selbst „leuchtet“ und man blickt ja durch die Buchstaben auf das Papier. Hier habe ich doppelseitiges Klebeband überall auf der Fläche verteilt (sieht man etwas schwer), damit das Papier gut anliegt und kein Licht in die benachbarten Kammern übertritt. Später habe ich dann aber ganze Streifen aufgeklebt und nicht nur die paar Schnipsel. Hier darf man nicht geizen. Außerdem ist hier der Aufhänger von dem originalen Bilderrahmen sichtbar. Da ich auf Nummer sicher gehen wollte, hab ich rückseitig eine Einschlagmutter versenkt und ihn dann gut festgeschraubt.


Dann ist alles in den Bilderrahmen gewandert. Mit den Clips ist die Uhr auch bereits verschlossen.


Durch die Glasfront soll nun aber nicht in das innere der Buchstabenkammern zu blicken sein. Darum habe ich die Buchstaben mit trüben Folien getrübt. Die Folien gewinne ich aus Schnellheftern, deren Rückseiten ich schon für die Buchstaben verwendet hatte. Drei Schnellhefterfrontseiten brauche ich für eine Uhr.


Hier ist die Platte wieder gewendet und man sieht bereits die Kartonrückwand auf der Rückseite. Vorne soll nun die „Diffusionsfolie“ aufgebracht werden. Darum ist auch hier wieder doppelseitiges Klebeband aufgeklebt, um die Folien eng anliegend zu halten.


Hier ist die trübe Folie bereits aufgeklebt.


Der weiße Karton auf der Rückseite hat sich als lichtdurchlässig herausgestellt. Nicht problematisch. Aber ich dachte, wenn ich etwas Alufolie als Reflektor dahinterklebe, könnte das Licht wieder in die Kammern zurückgelenkt werden und ich gewinne vielleicht noch ein wenig Helligkeit. Falls es umsonst war, war es jedenfalls kein großer Aufwand.


So sieht es dann von vorne aus. Die unbeleuchteten Buchstaben sind eigentlich viel dezenter, wie man in den folgenden Fotos sehen kann. Sie wirken hier so hell, weil sie das Blitzlicht der Kamera reflektieren.


Impressionen

Dann ist noch einige Zeit vergangen, in der ich ein elektrisches Problem beseitigen und einige Softwareergänzungen umsetzen musste. Aber dann lief sie. Und sie ist doch hübsch geworden, oder? Benachbarte Buchstaben um die leuchtenden Buchstaben herum leuchten gar nicht mit, was besonders gut wirkt. Auch die Lichtverteilung auf den Buchstaben ist sehr schön gleichmäßig.


Die Uhr glänzt/spiegelt recht stark, was aber eher edel wirkt. Die Spiegelungen in der Uhr stören die Ablesbarkeit gar nicht. Hier sieht man ja sogar mich mit der Kamera in der Spiegelung.


Die Uhr kann wahlweise (über einen Taster ein-/abschaltbar) die Minutenanzeige dazuschalten. Wer die Zeit also genauer als in 5-Minuten-Schritten wissen will, kann das haben. Unten links befinden sich, wie oben bereits erklärt, zwei „-„-Zeichen und unten rechts vier „+“-Zeichen. Sobald die Zeichen leuchten, muss der angezeigten Zeit je eine Minute hinzuaddiert bzw. abgezogen werden. Hier ist es also „Fünf nach Vier“ + 2 Minuten, also 04:07, bzw. 16:07.


Und eine Minute Später dann 16:05 + 3 Minuten, also 16:08. Die Uhr kann die Zeit wahlweise fixiert oder gerundet darstellen. Nur im Rundungsmodus werden auch Minuszeichen benötigt.


Schick oder? Die automatische Helligkeitsanpassung arbeitet gut.



Für die Kamera habe ich die Uhr hier etwas heller gedreht. Ansonsten geht sie es bei wenig Umgebungslicht etwas dezenter an.




Im besonderen Fall zeigt sie sogar „Es ist zwanzig Uhr“ im 24-Stunden-Format an, aber nur, weil es halt gerade die Zwanzig als Wort gibt. Alle anderen Stunden sind im 12-Stunden-Format.


Wie gesagt habe ich drei Uhren gebaut und zwei davon verschenkt. Jede Uhr hat eine individuell aufgeteilte Frontblende mit der persönliche Nachrichten überbracht werden können. Zu festgelegten Zeiten werden besondere Anzeigen für 3 Minuten geschaltet, die wir den Beschenkten nicht verraten und die halt irgendwann entdeckt werden.

Zu einer bestimmten Zeit leuchtet ein Herz auf.


Hier ein vertikal eingestrickter Text für die Schwiegereltern.


Meine Frau hat einen anderen Text bekommen. Dafür war ein völlig anderes Layout nötig.


Irgendwann nachts ist auch mal dieser kleine Gag sichtbar. Warum? Weils geht!


Das wars dann. Zu der Uhr habe ich noch ein Netzteil mit langem weißen Anschlusskabel und ein kleines Bedienblatt gefertigt.

Dann bedanke ich mich für’s Lesen. War jetzt viel Text, aber manche lesen ja gerne viel und Nachbauer sind auf die Details angewiesen. Hinterlasst gerne Kommentare und Fragen.

Euer Movergan

153 Gedanken zu „Wörter-Funkuhr: Second Edition

  1. Wow ein Traum, ich würde sie so gern nachbauen aber elektronisch bin ich total eine Niete und bis auf den ersten Teil ihrer super ausführlichen Beschreibung verstehe ich nur Bahnhof.
    Würden Sie mir auch so eine Uhr verkaufen?

    Lieben Gruß Claudi

    • Hallo Claudia,

      die Wörter-Funkuhr Second Edition ist nicht der aktuelle Stand. Ich habe eine Dritte Version, die hier beschrieben wird. Lies dir dort mal die herunterladbare Anleitung durch. Von mir ist ein Bausatz erhältlich, der keine elektronische Entwicklung mehr erfordert. Guck dir das mal an und melde dich dann mal, ob du das vielleicht hinbekommen würdest. Weiteres gerne per Email, siehe Impressum.

      Lieben Gruß,
      Emanuel

  2. Möchte gerne meinem Mann schenken als danke für die Zeit die er da war für mich bei und nach meinem Schlaganfall

  3. Hi, sehr geiles Teil! würde so eine gerne kaufen, hab bisher aber nur englisch sprachige im netzt gefuden. Hast du einen Tipp oder würdest du gegen gute Bezahlung mir so eine bauen?

  4. Guten Tag,

    Ich habe eine Frage zur Stromversorgung der LEDs. Wenn ich Ihrem Schalteplan korrekt entnehme, verwenden sie zusätzlich einen Transistor um die LEDs einzuschalten, um nicht den ganzen Strom über das Shiftregister zu leiten. Ist das korrekt? Das Shiftregister kann max. 70mA aushalten, wobei eine einzige LED bereits ca. 20mA verbraucht. Ist meine Annahme korrekt?

    Vielen Dank & Gruss

    • So ungefähr. Es existiert sogar je LED ein Transistor. Da der Basiswiderstand 2k2 beträgt, ist der Strom an den Schieberegistern je Kanal max. 2 mA.

      Die Schaltung ist insgesamt nicht sonderlich elegant und entspricht meinem damaligen Erfahrungsstand. Ich verweise auf die Nachfolger-Uhr, in der ich die Schaltung wesentlich verbessert habe: Wörter-Funkuhr 3.

  5. Bin sprachlos, für einen Arzt zuviel Fachlatein und no chance zum Nachbau. Habe die Uhr zum “ Schnäppchenpreis “ gekauft und immerhin top an die Wand installiert. Heute deinen Beitrag zum Selbstbau gelesen und muss sagen : Respekt !!! Gratulation, bin begeistert!!!
    Dein Ergrbnis, deine Uhr hat meiner Uhr eines voraus: deinen Spirit !
    Mach weiter , vielleicht kommt irgendwann der Beitrag zur Wörter-Funkuhr 4

  6. Hi, Ich bin von deiner Arbeit begeistert und Würde mir die gern selber bauen. Hast du noch fertige Platinen liegen, oder die Dateien zum Bestellen ?

    Vielen Dank
    Hias

  7. WAHNSINN!!!!! WOW!!!! WAHNSINN!!!

    Wieviele Stunden hat das gedauert???

    Bin begeistert!

    :-)
    Echt klasse!

    Der Preis würde mich auch interessieren :-)

    Liebe Grüße

  8. Hallo, Meine Freundin und ich sind schon seeehr lange Fan der Qlocktwo, aber die ist leider zu teuer…ich schaue jedes Jahr vor Weihnachten, ob es irgendwo eine günstige Alternative gibt und bin heuer auf Ihrer Seite gelandet! Wahnsinnsarbeit, sieht dem Orginal zum verwechseln ähnlich! Ich wollte mich meinen Vorgängern anschließen und fragen, ob Sie diese Uhren auch privat verkaufen und wenn ja wie viel diese kosten würde? Liebe Grüße Felix

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