Mechanischer Aufbau der Lichtschrankenschiene

Materialbeschaffung

Die IR-Sendedioden und die Fototransistoren werden mit ihren zugehörigen Betriebswiderständen in zwei Aluminium-U-Profile eingebaut. Die Profile haben 20 mm Grundlänge, die Seiten des "U" sind ebenfalls 20 mm hoch und das Blech hat 1 mm Stärke (20 x 20 x 1mm). Solche 1,00 m lange Profile bekommen Sie in Baumärkten. Besorgen Sie sich pro Lichtschrankenschiene zwei davon (1). Weiterhin benötigen Sie zwei Flachprofile von 20 mm Breite und 1 mm Stärke, ebenfalls 1,00m lang. Diese Profile bilden den "Deckel" auf den beiden Lichtschrankenschienen (10). Die beiden Schienen müssen an einer stabilen Aufhängung gehalten werden. Dazu bietet sich ein Aluminium Flachprofil mit 60 mm Breite und 4 mm Materialstärke an (5). Die Profile brauchen nicht zurecht geschnitten zu werden, Sie haben für uns schon die richtige Länge.

Für die Verschraubung benötigen Sie 12 Stück Distanzbolzen 20 mm lang mit Innen- und Außengewinde (2), sowie 12 Stück Distanzbolzen 15 mm lang mit zwei Innengewinden (3). Weiterhin brauchen Sie jede Menge Schrauben M3 in 10 mm und 6 mm Länge (4a, 4b). Die Distanzbolzen bekommen Sie nicht im Baumarkt sondern im Elektronikhandel (vgl. Bezugsquellen). Auch die Schrauben bekommen Sie dort, vielleicht bekommen Sie diese aber auch (meist billiger) im Baumarkt.
Der Montage der Lichtschrankenschiene in den gängigen Stativsystemen dient eine Alu-Rundstange mit 10 mm Durchmesser, ebenfalls 1,00 m lang, die Sie ebenfalls im Baumarkt besorgen. Diese wird in der Mitte durchgesägt. An einem Ende der beiden Teilstücke wird ein Loch gebohrt und ein 6 mm Gewindeloch geschnitten (11,6).
Die Seitenansichtsskizze zeigt den mechanischen Aufbau.

Eine "Beschaffungsliste" aller mechanischen und elektrischen Bauteile auf der Lichtschrankenschiene gibt es weiter unten zum Herunterladen.

Bohren der Befestigungslöcher in den U-Profilen

Um die nötige Genauigkeit zu erreichen und damit die Lichtschranken sich exakt gegenüberstehen, empfiehlt sich folgendes Verfahren:

Seitenteile:

Die beiden U-Profile werden zunächst mit den Böden gegeneinander auf den Tisch gelegt. 5,0 cm von einem Ende beginnend, zeichnet man rechtwinklig mit dem Geodreieck einen Strich, bei 15,0 cm , 25,0 cm, 35,0 cm usw. macht man dasselbe.
Am besten überprüft man den Abstand der ersten und letzten Marke anschließend mit einem genauen Maßstab, Geodreiecke sind oft nicht genau genug, und auch die Profile sind nicht immer exakt 1,000 m lang.
Anschließend wird bei beiden Profilen der Randabstand vom Boden des U-Profils abgetragen, z.B. 7,0 mm.

An den Markierungen wird leicht angekörnt, damit der Bohrer beim Bohren nicht verrutscht. Um ganz sicher zu gehen, werden die Löcher auf einer Standbohrmaschine zunächst mit kleinem Durchmesser (1,0 mm oder 2,0 mm ) vorgebohrt und dann schrittweise auf den Solldurchmesser von 6,0 mm erweitert. In diese Löcher kommen später die Halterungen für die Fotodioden bzw. Fototransistoren.
Auf Seitenrichtigkeit achten!
Genauigkeit ist an dieser Stelle unverzichtbar, damit sich Fotodioden und Fototransistoren exakt gegenüberliegen und die Lichtschranken jeweils genau 10,0 cm voneinander entfernt sind.

Wenn Sie die Kontrollleuchten vorsehen wollen, so müssen Sie bei einem der beiden U-Profile auch auf der außenliegenden Seite des Profils noch 6 mm Löcher für die Kontroll-LEDs (9) bohren.
Die Abstände vom Rand sind dabei die gleichen (5 , 15, 25 , 35 .... cm), jedoch sitzen diese Löcher in größerem Abstand vom Boden, damit sich die Kontroll-LEDs und die Fototransistoren nicht stören. (vgl. Seitenansicht-Skizze oben). Ein sinnvoller Abstand vom Boden des U-Profils wäre z.B. 14 mm.

Böden:

Auf den Böden werden anschließend noch jeweils in der Mitte zwischen den Lichtschrankenbohrungen 3,0 mm Löcher für die Befestigung bei 2,5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm ... gebohrt. (vgl. Bohrplan)
Mit diesen Löchern werden die Distanzbolzen und die Halterungen für die Verdrahtung befestigt.

Auf diesem Foto (es zeigt den Blick von unten auf die Schienen) sind die Details gut zu erkennen: Man erkennt deutlich, dass die Fotobauelemente nahe dem Boden des U-Profils angebracht sind (7 mm) und dass die Kontroll-LEDs zwar gleich weit vom Rand (links) entfernt sind, aber einen deutlich größeren Abstand vom Boden haben. Weiterhin sind die Bohrungen für die Schrauben auf dem Boden bei 2,5 cm, 10 cm und 20 cm zu erkennen. Sie befinden sich jeweils genau in der Mitte zwischen den Befestigungslöchern der Fotoelemente. Jedes zweite Befestigungsloch ist für einen Distanzbolzen vorgesehen (links und rechts im Bild), das andere zur Halterung der Lötfestigungen (Mitte).

Befestigung und Verdrahtung der Bauelemente

Nun werden die Fotoelemente eingebaut und verdrahtet. Wir beginnen mit der Schiene für die IR-Sendedioden.

Eine Sendediode wird jeweils in einen Halter gesteckt. Dieser wird von außen durch das Bohrloch geschoben und von innen mit der Mutter befestigt (gut festziehen). In jedes zweite Bohrloch von unten (bei 10, 30, 50, 70 und 90 cm) wird eine Schraube M3x20 gesteckt.

Darauf kommt eine Distanzhülse von 10 mm Länge und ein Stück einer Lötösenleiste, das Sie passend aussägen.

Die Katoden der IR-Sendedioden (kurzer Anschluss) werden direkt mit dem Minuspol (im Bild oben) verbunden. An die Anoden (langer Anschluss) wird zunächst ein 50 Ohm Widerstand gelötet, die anderen Enden der Widerstände führen zum Pluspol-Anschluss (unten im Bild).

Wenn alles verlötet ist werden in die jeweils anderen Löcher (bei 2,5, 20, 40, 60, 80 und 97,5 cm) die 2,0 cm langen Distanzbolzen mit Hilfe einer M3 Schraube so eingeschraubt, dass das Gewinde nach oben aus den "U" des Profils zeigt. Ich habe für die Verdrahtung hier blanke versilberte Drähte verwendet, die genügend Festigkeit haben. Im Bereich der Schaubbolzen sollte man sie aber unbedingt mit einer nichtleitenden Umhüllung oder einem Schrumpfschlauch ummanteln. Das Aluminium ist zwar eloxiert und leitet daher schlecht, zwischen Bohrstellen und den gut leitenden Distanzbolzen besteht aber elektrische Verbindung!

Danach werden an den entsprechenden Stellen in dem 20 mm Aluminium Flachprofil ("Deckel") Löcher gebohrt. Sie dürfen auch ruhig 4 mm Durchmesser haben, dann sind gewisse Toleranzen ausgeglichen.
Das Flachprofil wird aufgesetzt.
Nun ist die Elektronik abgedeckt, es stehen nur noch die Anschlussdrähte zur Elektronik heraus. Drehen Sie nun die 15 mm Distanzbolzen mit beidseitigem Innengewinde auf die herausstehenden Gewinde.
Damit ist die Schiene der Sendedipole fertig.

Nun kommt die Schiene mit den Fototransistoren und ggf. den Kontroll-LEDs an die Reihe.

Bei der Montage und Verdrahtung der Fototransistoren gehen Sie genauso vor.
Beachten Sie aber unbedingt, dass bei Fototransistoren der lange Anschluss der Emitter und der kurze Anschluss der Kollektor ist. Hier wird also der lange Anschluss mit dem Minuspol verbunden. Das ist genau umgekehrt wie bei den Sendedioden!

Die Arbeitswiderstände haben hier einen Wert von 3,3 kOhm. Von jedem der Transistoren führt anschließend eine Leitung vom Verknüpfungspunkt Katode-Widerstand zur Lichtschrankenelektronik. Hierfür verwendet man am besten ein bandförmiges Flachkabel, das man für den jeweiligen Transistor ggf. entsprechend kürzt. Dabei verwendet man für die fünf Fototransistoren links der Mitte eine Flachleitung für die anderen Fototransistoren rechts der Mitte eine andere.

Wenn man das vorgesehen hat, werden nun die 5 mm Kontroll-LEDs eingebaut. Auch sie werden jeweils in zwei Teilblöcken links und rechts der Mitte verdrahtet. Dazu benötigt man eine 10-polige Flachbandleitung. Ader 1 und 2 führen zur ersten Diode, Ader 3 und 4 zur zweiten Diode usw. Am anderen Ende des Flachbandkabels in der Elektronikbox wird später ein 10-poliger Stecker auf das Kabel aufgeklemmt.

In der Schiene der Fototransistoren geht es eng zu, wenn man auch noch die Kontoll-LEDs einbaut.