Schweben mit Ultraschall - Der Tractor Beam

Schwebendes Kügelchen

Ein cooles Projekt hat Asier Marzo auf  instructables.com vorgestellt. Es handelt sich dabei um eine Anordnung von Ultraschalltransducern, deren Schallwellen so ausgerichtet sind, dass sich Schallkeulen ausbilden, in denen ein leichter Körper (zum Beispiel ein Styroporkügelchen) schwebend gehalten werden kann. Da das Projekt auf http://www.instructables.com/id/Acoustic-Tractor-Beam/ sehr ausführlich beschrieben ist und wir (Mario, Bernd und ich) smarte Jungs sind :) haben wir und gedacht, wir bauen das nach.

Die Elektronik  besteht aus einem H-Brückenmodul, einem Arduino Nano sowie einem China DC/DC - Converter.  Das Zusammenschrauben der Module funktioniert prinzipiell ganz gut, aber als Elektroniker macht man natürlich eine eigene Platine, auf der alles nötige drauf ist. Also habe schnell ein geeignetes Layout erstellt und per nasschemischer Fertigung hergestellt. Es mag zwar immer Leute geben, die Platinen gerne in einen Fräsbohrplotter einspannen und die Maschine per spanendem Verfahren Material abtragen lassen, aber wenn es schnell gehen und auch schön werden soll, dann wird natürlich geätzt. So sind auch dünnste Leiterbahnen problemlos möglich. Und der ganze Prozess (egal wie groß die Platine ist) dauert gerade einmal 30 Minuten.

Also wie üblich die Schaltung auf Basis Asier Marzos Projektangaben gezeichnet und einwenig optimiert und in den Schematic-Editor eingegeben, ein Layout geroutet und die Belichtungsfolien erstellt.

Die unterschiedlichen Bohrlöcher für die THT Bauteile macht auch hier die Maschine.

Danach werden in einem Bad gleich mehrere Platinen in einem "Ruck" geätzt.

Jetzt wird bestückt und gelötet.

Die fertige Platine mit aufgestecktem Arduino Nano.

Der Träger für die Ultraschalltransducer wird im 3D-Drucker aus ABS gedruckt. Das Stereolithographie-File kann auf der "instructables" Website heruntergeladen werden.

Wir haben hier unterschiedliche Druckverfahren getestet. Mit Polyvinylalcohol als Support-Material und auch ohne Support...

Das Supportmaterial kann nach dem Druck im warmen Wasser herausgelöst werden. Das dauert in diesem Fall aber einige Stunden.

Nach dem Lösen des Supportmaterials sieht der Ultraschallträger dann so aus.

Mario und Bernd konstruieren zwischenzeitlich eine Halterung für Platine und Akku, auf die der Schallkopf schlussendlich aufgeschraubt werden soll.

Grate entfernen und Feinarbeiten werden mit dem Dremel gemacht.

Jetzt werden alle Ultraschallgeber (Transducer) auf Polarität und Gleichphasigkeit geprüft und bei Abweichungen entsprechend sortiert. Da in der Halbschale insgesamt vier Arrays aus Transducern verschaltet und getrennt angesteuert werden, ist es besonders wichtig, dass alle Transducer innerhalb eines Arrays die selbe Phasenlage erzeugen.

Jetzt kann ich alle Schallgeber in die Halbschale einbauen und entsprechend verdrahten.

Das fertige Werk wird nun an die Platine angeschlossen und der Arduino Mikrocontroller mit Programmcode versehen.

Nach dem Einschalten und den ersten Messungen, ob alle Spannungen vorhanden sind und die Transducerarrays phasengleich angesteuert werden, kann über einem Wasserbad die Ausbildung der Schallkeulen überprüft werden.

Der Erfolg zeigt sich, wenn ein Styroporkügelchen schwebend gehalten wird ...
Ein kurzes Video, das den Aufbau und Test desTractor-Beam Projektes zeigt, ist hier zu sehen:

Spielekonsole: Sega Game Gear reparieren

Der Game Gear von Sega ist eine Handheld-Konsole, die in Europa 1991 verkauft wurde. Er ist quasi die tragbare Version des Sega Master System. In seinem Inneren arbeitet eine Z80 CPU mit 3,58MHz. Der 8.1cm große LCD Farbbildschirm hat eine Auflösung von 160x144 Pixeln bei 32 gleichzeitig darstellbaren Farben. Die gesamte Farbpalette beträgt 4096 Farben. Im Gegensatz zum Gameboy Color hat der Game Gear einen größeren Bildschirm und vor allem gibt es hier eine Hintergrundbeleuchtung. Kein Vorteil ohne Nachteil: Die Beleuchtung wird mit Hilfe einer kleinen Leuchtstofflampe inklusive der Hochspannungsquelle erzeugt (Led´s waren damals noch nicht hell genug). Diese ist ein Stromfresser und saugt die 6 Stück AA-Batterien  in knapp 3 bis 4 Stunden aus. 

Game Gear im Größenvergleich mit einer Sony PSP

Als Zubehör gab es für den Game Gear eine Vielzahl an Geräten. Das bekannteste Add On war wohl der Fernsehtuner, der die kleine Konsole in einen vollwertigen Pocket-Fernseher verwandelte. Radio-Tuner, Uhr,  Master System Converter, Bildschirmlupe und sogar eine Uhr gehörten ebenso zum erhältlichen Zubehör.

Ein Überblick der über die technischen Daten:

• CPU:  Z80 Zilog
• CPUclock: 3,58MHz
• RAM: 8kByte, Video RAM 16kByte
• Bildschirm: 8,1cm LCD mit Backlight und 160x144 Pixel
• Stromversorgung: 6xAA Batterien, 9V Stecknetzteil, Akkupack
• Größe: 200x110x34mm bei ca 400g

Ein großes Problem nach 25Jahren, egal ob im Betrieb oder nur gelagert, ist das Altern der Bauteile. Ganz besonders betroffen sind hier die Elektolytkondensatoren in SMD Bauweise. Diese trocknen aus, oder werden undicht, sodaß der flüssige Elektrolyt aus dem Kondensator austritt und seine Kapazität verliert. Die ausgetretene Flüssigkeit lässt ausserdem auch die Leiterbahnen und Bauteilanschlüsse  korrodieren. Bei dem hier beschriebenen Modell ist genau das der Fall. Der Defekt äußert sich in einem kaum mehr erkennbaren Bild (kein Kontrast) und fehlender Audioausgabe. 

Wenn man den Bildschirm in einem ganz flachen Winkel betrachtet, dann ist das "SEGA" Logo gerade noch zu erkennen. Blick man direkt von oben auf das Display so sieht man gar nichts. Also wird hier eine Überarbeitung der Boards hinsichtlich der Elkos notwendig. Das Gerät wird von sechs Schrauben mit Kreuzschlitz und einer Spezialschraube zusammengehalten.

Die Spezialschraube lässt sich zum Beispiel sehr leicht mit einer starken Pinzette lösen. Im Netz findet man auch noch viele andere kuriose Lösungen, um ohne Originalwerkzeug an das Innenleben heranzukommen.

Die Konsole ist geöffnet. Die Verbindungsleitungen vom Powerboard und vom Audioboard sind mit Steckern versehen und können abgesteckt werden. 

Ein erster näherer Blick (hier das Audioboard) bestätigt den Verdacht. Zwischen den beiden Kondensatoren sind schon verkrustete Bauteile zu erkennen. 

Der wahre Schaden offenbart sich, wenn die Kondensatoren entfernt sind. Verkrustungen und Korrosionen. Also zunächst alle  Kondensatoren entfernen und dann kann mit der Reinigung begonnen werden.

Mit Alkohol, einer Bürste oder auch Fluxremover, lässt sich der Schrund entfernen. Korrodierte Lötpads habe ich mit einem Glaspinsel bearbeitet. Ist dann alles sauber, so kann mit dem Neubestücken  begonnen werden.

ch habe hier SMD-Tantalkondensatoren verwendet. Es gibt mittlerweile auch Keramikkondensatoren in sehr kleiner SMD Bauweise mit hohen Kapazitäten (47uF, 22uF, usw. ) und Spannungsfestigkeiten mit bis zu 10 - 16V. Das Audioboard ist jetzt neu bestückt und ein schneller Test zeigte auch vollen Erfolg. 

Ich habe hier SMD-Tantalkondensatoren verwendet. Es gibt mittlerweile auch Keramikkondensatoren in sehr kleiner SMD Bauweise mit hohen Kapazitäten (47uF, 22uF, usw. ) und Spannungsfestigkeiten mit bis zu 10 - 16V. Das Audioboard ist jetzt neu bestückt und ein schneller Test zeigte auch vollen Erfolg. Weiter geht´s mit dem Mainboard. Auch hier tausche ich alle Elektrolytkondensatoren.

Jetzt sind alle Kondensatoren ersetzt und die Platine gereinigt. Der Funktionstest kann nun  erfolgen.

Sofort nach dem Einschalten ist zu erkennen, dass wieder ein helles, konstrastreiches Bild erscheint. Die Audioausgabe ist wieder laut und klar. So kann der Game Gear jetzt wieder für die nächsten Jahre ins Archiv ...