Details zum Zusammenbau

Wie bekannt, liegt der Teufel meist im Detail. Deshalb möchte ich hier ein paar Tipps und Hinweise zu den einzelnen Schritten des Zusammenbaus geben.

Man hat also jetzt alle Teile zusammen und auch schon bearbeitet, also gefräste Messplatte, Flügelräder, Halteplatten, Motorverbindungsstück, Motor, Gehäuse, aufgebaute Schaltung, Gewindestangen, Muttern und restliches Kleinzeug, wie Federringe o.ä.

Keiner muss die hier beschriebene Reihenfolge einhalten. Das sind nur Vorschläge, wie ich das Ganze mache...

Messplatte mit Anschlußdrähten verbinden und isolieren

Als erstes bohrt man in jeden Kreissektor ein kleines 1mm-Loch.
Auf der Rückseite fräst man mit einer kleinen Handbohrmaschine Lötinseln um die Löcher.
Jetzt steckt man durch das Loch einen kleinen Draht und verlötet ihn auf der Vorder- und Rückseite.
Nun kann man mit Litze je zwei gegenüberliegende Messplattensegmente auf der Rückseite verbinden. Deshalb die Lötinseln!
Schließlich braucht man nur noch zwei verdrillte Leitungen an die entsprechenden 2 Lötinseln anlöten und kann diese zur Schaltung führen.
Bevor man jedoch die Drähte mit der Schaltung verbindet, sorge man für eine isolierende Lackschicht mit Isolationsspray.
Dazu entfernt man zuerst grob Flußmittelreste und oxidiertes Kupfer mit feiner Stahlwolle und säubert die Oberfläche mit speziellem Platinenreiniger, oder einem ähnlichen Lösungsmittel (Spiritus, Nitro).
Nachdem das Lösungsmittel vollständig (!) verdunstet ist, kann man die verkabelte Messplatte großzügig mit Plastikspray (z.B. Kontakt 70) einlassen (ich mache meistens mehrere Lackschichten).

Motor mit den Halteplatten montieren

Je nach verwendeten Motor muss man das Loch in der Halteplatte etwas aufbohren, damit der Motor gut in der Platte gehalten wird.
Zwischen Messplatte und Motorhalteplatte muss man noch 3 Abstandshalter mit einer Länge von 18 mm anfertigen (am besten aus 4mm Rohr, das passt wunderbar über die 3mm Gewindestangen).
Auch sollte man sich die Federringe und Muttern für 6mm und 3mm Lochdurchmesser besorgen.
Nun baut man den Motor zwischen zwei Halteplatten ein und zieht die Schrauben leicht an (mit Federringen braucht man nicht so stark anziehen!)
Damit es später beim Einbau ins Gehäuse nicht "zwickt" sollte man die Ecken der Halteplatten etwas abfeilen

Lichtschranke justieren

Um die Lichtschranke richtig justieren zu können, habe ich aus Platinenmaterial einen kleinen "Winkel" zusammengelötet. Man bohrt durch eine Platte des Winkels vier Löcher für die Anschlussbeinchen der Lichtschranke, steckt sie hindurch und verlötet sie auf der Rückseite. Auf der Rückseite fräst man am besten wieder kleine Lötinseln frei und kann dort die 4 Anschlußdrähte zur Elektronik anlöten.
Eine Isolation der Lichtschranke ist nicht nötig.
Jetzt setzt man das Motorkupplungsstück mit der Lichtschrankenchopperscheibe auf die Motorachse um den geeigneten Platz für die Lichtschranke herauszufinden.
Nachdem die Stellung klar ist befestigt man die Lichtschranke entweder mit Heißkleber, oder man lötet den Winkel auf die Halteplatte. Natürlich kann man auch ein Loch bohren und den Winkel auf der Halteplatte festschrauben.

WICHTIG: Auf vielen Gabellichtschranken steht auf dem einen Arm "D +" und "E +". Dabei steht D nicht für Diode sondern für Detektor und E für Emitter. Man verbindet also "E +" auf der Platine mit LED + und GND und entsprechend "D +" auf der Platine mit X und Y, wobei + mit X verbunden wird.

Auch sollte man R 17 (1k2) durch 1kOhm austauschen. Manchmal kann es vorkommen, dass Lichtschranken einen höheren Stromverbrauch haben und dann ist der 1k2-Widerstand zu hoch und das kann zu Fehlern führen. In seltenen Fällen sind 1kOhm manchen Lichtschranken immer noch zu viel. Da sollte man dann mit einem Potentiometer ausmessen, welcher Vorwiderstand am besten geeignet ist.

Erster Test

Jetzt kann man auch die Messplatte und das große Flügelrad montieren, die Messleitungen mit der Schaltung verbinden und am Ausgang (ohne C3 !!) mit einem Oszilloskop das Signal überprüfen. Bei Annäherung eines geladenen Plastiklineales sollte am Ausgang "zerstückelte" Sinussignale zu sehen sein.
Meistens sind diese zerhackten Sinuswellen noch keine sauberen Halbwellen, denn kleines und großes Flügelrad stehen noch nicht ideal zueinander. Es genügt nun nicht, einfach nach "Augenmaß" die beiden Flügelräder synchron zu stellen, denn die Elektronik bringt eine gewisse Verzögerung. Deshalb am besten Ausgang der Elektronik wieder ans Oszi und dann eines der Flügelräder solange verdrehen, bis saubere Halbwellen enstehen (Form:" UUUU"oder umgekehrt) und dann beide fixieren ohne sie wieder zu verdrehen.
Häufige Fehler

Am häufigsten gibt es Probleme mit der Lichtschranke bzw. der Erzeugung des Rechtecksignals. Die Ausgangsspannung am Oszilloskop sieht wie ein normaler Sinus aus, oder ist übersteuert. Als erstes sollte man sicherstellen, dass der Differenzverstärker einwandfrei arbeitet. Dazu misst man mit dem Osilloskop an Pin 8 des IC3 (TL074). Wenn man einen geladenen Körper der Feldmühle nähert, sollte hier ein schöner Sinus enstehen. Ist das der Fall, funktioniert die halbe Schaltung! Sollte hier bereits was nicht gehen, sollte man die Spannungsversorgung prüfen, das richtige Einsetzen der ICs nachsehen und die Messplattensegment auf Kurzschlüsse überprüfen.
Nun zur Problembehebung der Lichtschranke: Bisher waren eigentlich immer zwei Gründe an diesen Problemen Schuld: Entweder, war die Lichtschranke (durch Überhitzung, o.ä.) ganz defekt, oder die LED der Lichtschranke bekam durch den Vorwiderstand zu wenig Strom. Am besten kann man den idealen Vorwiderstand mit einem Poti bestimmen. Man trennt die Anschlüsse "LED +" von der Platine und versorgt die Lichtschranke nun extern über eine Spannungsquelle und ein geeignetes Poti (5k o.ä.). Dann nähert man der FM einen geladenen Körper und gibt langsam mit dem Poti der Lichtschranke immer mehr Strom. Gleichzeitig beobachtet man am Oszi den Ausgang der Schaltung, ab wann der Sinus zu Halbwellen zerhackt wird. Jetzt kann man das Poti ausbauen und den Widerstandswert ermitteln und durch den entsprechenden Festwiderstand R17 ersetzen. (Einmal brauchte eine Lichtschranke bei mir 250 Ohm, da wäre ein anderes Modell schon längst abgebrannt!)
Sollten bei jemanden noch andere Fehler auftreten oder Fragen bestehen, stehe ich gerne zu Verfügung!

Einbau ins Gehäuse

Hat man alle Leitungen, Messkabel, Stromversorgung, C3, usw. fertig angelötet, kann man die Schaltung großzügig mit Plastikspray einlassen. Eventuelle Befürchtungen, der Isolationslack könnte die Verbindungen zwischen IC und Sockel unterbrechen, kann ich ausräumen. Ich bin bei mehr als 10 Feldmühlen bisher so verfahren und hatte nie Probleme.
Jetzt kann man die Schaltung z.B. mit Heißkleber unterhalb des Motors festkleben.
In die Kaffeedose muss man nun noch 2 Löcher bohren. Ein 6mm Loch in den Boden der Dose, wo später das Gerüst mit der Dose verschraubt wird und ein seitliches, wo man die Anschlußkabel durchführt.
In das Loch der untersten Halteplatte (also wo jetzt die Elektronik drauf sein sollte) schraubt man ein etwa 10cm langes 6mm-Gewindestück mit Muttern fest (Federringe nicht vergessen!).
Jetzt fädelt man die Anschlußleitungen durch das vorgesehene Loch, steckt das "Gerüst" in die Dose und fixiert das Ganze von außen mit einer Mutter.

Erdung

Das Flügelrad der FM muss mit Erde verbunden werden. Wenn man einen Motor verwendet, bei dem die Motorachse mit dem Motorgehäuse leitend verbunden ist, braucht man nur das Gehäuse der Feldmühle zu erden. Ansonsten müsste man an die Motorachse einen Schleifer anbringen, den man dann erdet. Die einfachere Variante ist die entsprechende Wahl des Motors.
Wenn man das Flügelrad nicht erdet, verstärkt sich das Rauschen der Ausgangsspannung deutlich und die Spannung beginnt stark zu schwanken.
Die Masse-Leitung der Elektronik hingegen sollte nicht mit der Erdung des Gehäuses zusammengeschaltet werden! Es entstehen dabei Störungen auf dem Messsignal (durch Brummschleifen o.ä.?).