Restaurierung einer Nixie Uhr aus der 70ern

Da die Röhren praktisch neuwertig waren und auch der passende Transformator mein Interesse geweckt hatte, habe ich das Teil via Sofortkauf erstanden.
Da ich alte Technik mag, plane ich die Uhr sofern möglich wieder aufzubauen.
Gelingt das nicht, sind die Nixies mit ihren Fassungen und dem Netztrafo auf jeden Fall den Preis wert gewesen!

Bestandsaufnahme:

Es handelt sich um ein scheinbar nie fertig gestelltes Uhr Projekt.
Ich glaube nicht dass es ein Bausatz war, denn dafür ist der Aufbau doch zu individuell.
An den Nixie Röhren für die Minuten und Stunden waren Stufenschalter angeschlossen um scheinbar eine Zeitschaltuhr oder Weckfunktion zu realisieren.
Die Grundplatte besteht aus lackiertem Stahlblech mit passendem Ausschnitt für den Netztrafo.

Auf der Grundplatte sind mit Abstandhaltern diverse Lochrasterplatinen montiert:
- Netzteil
- Takterzeugung 1 Herz
- Auswertelogik für die Zeitschaltuhrfunktion
- Eine kleine Platine mit einem TTL Inverter IC, die ich nicht weiter zuordnen kann.

Die ZM1020 Nixies sind zusammen mit diversen TTL ICs ebenfalls auf einer Lochrasterplatine montiert.

Die Lochrasterplatinen haben keine Kupferauflage, somit wurde frei verdrahtet!
Die Beinchen der ICs wurden mit kurzen Drahtstücken untereinander verbunden, was leider nicht sehr stabil ist.

Die Anzeigeplatine möchte ich so wie sie ist verwenden.
Allerdings ist die Verschaltung der Zähler ICs für mich nicht sinnvoll nutzbar.
Scheinbar hat das Konstrukt ohnehin nie funktioniert und wurde aufgegeben.
Die Logikschaltung werde ich durch einen einzelnen Mikrocontroller ersetzen.
Auf der Anzeigeplatine bleiben nur die 74141 Treiber ICs erhalten, alle überzähligen ICs werden entfernt.
Das ist für mich ein guter Kompromiss zwischen Erhalt des Originalzustandes und Verbesserung der Nutzbarkeit durch das Hinzufügen einer "Intelligenz".

Originalzustand (Bild von der Auktion):

1. Die 1 Hertz Takterzeugung:
Der Zeittakt wird aus einem 1 MHz Schwingquarz im HC48/U Gehäuse abgeleitet der auf 1 Hertz heruntergeteilt wird.
Diese Baugruppe bleibt originalgetreu erhalten und wird so wie sie ist weiter verwendet.
Lediglich die Drossel wurde von der Platine entfernt, da sie keinen Sinn ergibt und ohnehin nicht mehr mit der Schaltung verbunden war.
Es handelt sich um einen einfachen Quarzoszillator, der aber offenbar sehr gut funktioniert.
Den Oszillator bildet ein 7400 NAND Baustein zusammen mit dem Quarz und einem Trimmkondensator in Serienresonanz.
Dessen Frequenz wird mit sechs 7490 die als 10:1 Teiler geschaltet sind auf 1 Hertz heruntergeteilt.
Ein hochwertiger Spindel-Trimmkondensator erlaubt einen präzisen Abgleich.
Es hat sich herausgestellt, dass der Oszillator nach einem neuen Abgleich recht frequenzstabil läuft!
Die Uhr läuft jetzt zwei Wochen und zeigt bislang keine Abweichung zu einer Funkuhr!

2. Das Netzteil:
Das Netzteil war klassisch mit Z-Dioden Stabilisierung aufgebaut.
Die Stabilität war sehr mäßig und die Ausgangsspannung hatte eine vergleichsweise hohe Restwelligkeit, daher habe ich die Regelschaltung durch einen 78L05 unterstützt.
Nach dieser Modifikation stehen jetzt unabhängig von der Belastung am Ausgang 5,01V an!
Eine stabile Versorgungsspannung ist für den Quarzoszillator entscheidend, daher halte ich diese Modifikation für sinnvoll.
Viele der antiken Bauteile wurden erhalten, selbst die alten Elkos sind noch gesund!

Die Hochspannung für die Röhren wird aus einer zweiten Trafowicklung mit simpler Gleichrichtung gewonnen.
Die Wicklung ist relativ "weich", da die Leerlaufspannung von ca. 200V beim Einschalten der Röhren (12mA gesamte Stromaufnahme) auf ca. 180V absinkt.
Das ist auch gut so, weil jetzt die Röhren mit ihrem optimalen Strom betrieben werden.

Das modifizierte Netzteil und die neue Steuerung:

3. Die Anzeigeplatine:
Zur Ansteuerung der Nixie Röhren kommen die seinerzeit üblichen 74141 BCD zu Dezimal Hochvolt Treiber ICs zum Einsatz.
Glücklicherweise sind alle ICs in Ordnung und können somit weiter verwendet werden!
Es wurden alle anderen Logikbausteine entfernt, da die Zählerschaltung nicht sinnvoll verwendbar war.
Die Eingänge der 74141 werden über flexible Leitungen mit der neuen Steuerung verbunden.
Die Ansteuerung der Röhre für die Stunden zehner erfolgt über drei BFY45 Transistoren.
Ohne Ansteuerung leuchtet immer die "0". Wird die "1" oder "2" angesteuert wird die Basis des "0" Transistors gegen Masse gezogen und "0" wird abgeschaltet.
Hier habe ich zwei Dioden ersetzt, da die original verwendeten eine zu geringe Sperrspannung hatten.

4. Die neue Steuerung:
Diese Platine ist ein Neuzugang!
Sie trägt lediglich den Mikrocontroller, einen Abblockkondensator und zwei Taster zum Stellen der Uhr.
Bei dem Mikrocontroller handelt sich um einen ATmega8515.
Ich habe ihn lediglich wegen der Anzahl an verfügbaren Anschlüssen ausgewählt und weil er gerade verfügbar war.
Er enthält ein sehr simples Programm, welches die Zähler ICs simuliert.
Nebenbei erledigt er natürlich solche Kleinigkeiten wie z.B. das Entprellen der Tasten.
Über einen weiteren Taster an der Frontseite können die Nixie Röhren abgeschaltet werden um sie zu schonen.
Das ist in Software realisiert, weil ich hier ggf. später eine automatische Abschaltung realisieren möchte.
Diese Lösung bricht sicherlich mit der antiken Uhr, aber die Uhr hat a) in ihrem Originalzustand scheinbar nie funktioniert und b) soll sie "praxistauglich" werden.
Hätte der Quarzoszillator nicht so gut funktioniert wie er es derzeit tut, hätte ich leicht ein DCF77 Signal einspeisen können!
Der Mikrocontroller benötigt keine externen Bauteile. Er läuft mit 8 MHz internem Takt, der nicht sonderlich genau sein muss.
Den Sekundentakt erhält er ja von dem originalen 1 Hz Taktgenerator!

Eine weitere kleine Platine schaltet über zwei Transistoren die 200V Versorgungsspannung für die Nixie Röhren ein oder aus.

Schaltpläne:

Die Spannungsversorgung Der 78L05 dient als Referenz für den Leistungstransistor.	Steuerung und Anzeigeplatine. Die Pinbelegung des Controllers ist nur beispielhaft dargestellt. Die Verbindungen Controller <> 74141 wurden einfach der Reihe nach hergestellt und später via Software angepasst.	Die Takterzeugung 1MHz > 1Hz Teiler

Zum Schluss der gesamte Aufbau:

Ich mag den antiken Look der Elektronik.
Daher werde ich dem Gerät einen Berührungsschutz spendieren aber es ansonsten so belassen wie es ist.
Ob der ehemalige Erbauer der Uhr sich jemals vorstellen konnte, dass 50 Jahre später ein Computer die Steuerung der Uhr übernimmt?

Erstellt 12/2021, neu aufgelegt 01/2025