Um das Klangspiel anzustossen, sind mehrere Realisierungen denkbar: Servo, ein kleiner e-Motor, Spule mit Anker, ein kleiner Ventilator (Prozessor-Lüfter), etc. Ich habe mich für die Lösung 'Spule mit Anker' entschieden, denn in der Uhr ist kein Platz für ein Servo. Ausserdem soll das Netzteil klein bleiben; und dann sind Servos auch nicht ganz billig. Und durch den Auslösevorgang sollen möglichst keine Nebengeräusche entstehen.

Meine 'Spule mit Anker' stammt aus einer alten Modelleisenbahn-Kreuzweiche und kommt in der Uhr zu neuen Ehren. Um den Anker in Bewegung zu setzen, braucht's allerdings einen kräftigen Stromstoß, für welchen die 5V Betriebsspannung nicht ausreicht.

Ich mache also folgendes:
Ein Kondensator wird mit einer höheren Spannung aufgeladen und schliesslich über die Ankerspule entladen.

Kondensator aufladen

Über einen Transistor wird die Drosselspule kurz an die Versorgungsspannung Vcc von 5 Volt gelegt. Durch die Drossel fliesst ein Strom, der wiederum ein Magnetfeld aufbaut. Nach kurzer Zeit wird die Drossel von der Spannung getrennt, das Magnetfeld baut sich wieder ab und erzeugt an den Anschlüssen der Drossel eine hohe, der Versogungsspannung entgegengesetzte Induktionsspannung. (Ähnlich einer gespannten Feder, die nach dem Loslassen über ihren Aufhängepunkt hinweg zurück schnellt). Dieser Vorgang wird vielfach pro Sekunde wiederholt. Die Induktionsspitzen sammle ich in einem Kondensator. Eine Diode verhindert, daß sich der Kondensator wieder über den Transistor oder über die Drossel entlädt.

Wenn der Alarm nicht benötigt wird, dann sperrt man den Transistor. Nachdem sich der Kondensator auf Vcc aufgeladen hat, fliesst kein Strom mehr. Ebenfalls sperrt man den Transistor, wenn der Kondensator voll ist. Ansonsten wird der Transistor direkt vom Mirkocontroller mit einer Rechteckspannung von 3 kHz angesteuert. Die Frequenz sollte nicht zu klein sein. Eine noch höhere Frequenz hatte keinen merklichen Effekt mehr.

Am Minuspol des Kondensators stellt sich ein Potential kleiner als 0 Volt ein. Im folgenden wird die Spannung U_A am Kondensator gegen Vcc gemessen, da dies die Spannung ist, die später zum Betreiben der Ankerspule zur Verfügung steht, und nach der man die Spannungsfestigkeit des Kondensators zu bemessen hat.

Bauteil	Typ	Werte
Kondensator	2 Elkos (parallel)	35 V=, 2×4700 μF
Transistor	BC558C (pnp)
Drossel	Aus einem Dimmer (?)	L = 1-10 mH (?), R < 1 Ω
Diode	Standard
Widerstand	Standard	2.2 kΩ oder so

Die Werte der Bauteile sind unkritisch. Als Transistor tut's irgendein Standard-pnp. Wie stromfest er sein muss, weiss ich nicht. Es fliessen etwa 20 mA eff über die Drossel. Das sagt natürlich nix über die Spitzenwerte.

Der Basis-Vorwiderstand sollte nicht zu groß sein, um am Kollektor steile Flanken zu bekommen.

Die Drossel hab ich in einer Wunderkiste mit alten Bauteilen gefunden. Sie hat einen Ringkern und ist recht fett (Ø = 30mm, h = 8mm).

Kontrolle von U_A: Wann ist der Kondensator voll?

Ist UA erreicht (die maximale Ladespannung des Kondensators), dann hat die Spannung UB am Teiler einen Nulldurchgang. Dadurch wird der Transistor gesperrt, was man am Microkontroller registriert.

Ist die Ladespannung noch nicht erreicht, dann leitet der Transistor und der Kollektor ist auf LOW.

Wert	Beschreibung
Vcc	Betriebsspannung
UA	Spannung am Kondensator (< 0, gemessen gegen Vcc)
UB	Spannung am Teiler (zwischen R1 und R2) Schaltspannung des Transistors
R1, R2	Spannungsteiler
RB	Basis-Vorwiderstand

Der Strom über die Basis-Emitter-Strecke verschiebt die Spannung am Teiler. Das ist bei der Berechnung zu berücksichtigen; es ist:

Mit dem folgenden Rechner können die fehlenden Werte ermittelt werden. (Falls R1 gesucht ist, auf "R1 = ?" clicken usw.)

In der zweiten Spalte stehen die partiellen Ableitungen ∂UA/∂· von UA nach den einzelnen Werten. Sie sagt aus, wie stark sich UA mit dem jeweiligen Wert ändert.

Der von mir verwendete MC besitzt einen Komparator, den ich benutze um den Ladezustand zu messen. Ein Eingang des Komparators wird auf 0 gelegt und der andere mit UB verbunden. Den Transistor und den Vorwiderstand RB braucht man dann natürlich nicht mehr.

Die Formel bleibt gültig. Man setzt einfach UB = 0.

Alarm betätigen: die Kapazität über die Ankerspule entladen

Den Basis-Vorwiderstand des Transistors habe ich klein gewählt, damit der Transistor möglichst in Sättigung arbeitet.

Ein Reed-Relais braucht evtl. auch einen Vorwiederstand - je nach dem, was ein Port des MC an Strom versenken kann. Falls im Relais keine Freilaufdiode integriert ist, sollte man noch eine antiparallel zur Relais-Spule schalten.

Antiparallel zur Ankerspule hängt eine Freilaufdiode zum Ableiten der Induktionsspannung beim Abschalten.

Die Entladeanforderung MC_Alarm direkt vom MC lasse ich ca. 0.7 Sekunden dauern. Sie wird 3 mal wiederholt.

Bauteil	Typ	Werte
Basis-Vorwiderstand	Standard	350 Ω
Transistor	BD234 (pnp) o.ä.	> 2 A, > 40 V
Freilauf-Diode	Standard
monostabiles Reed-Relais	mit integrierter Freilauf-Diode	200 Ω, im DIL14-Gehäuse
Vorwiderstand für Relais-Spule	Standard	0 Ω - 75 Ω
Spule mit Eisenanker	aus einer Modellbahn-Kreuzweiche	20 Ω, Hub = 1 cm, L = ?

Die Ladezeit

Fehlschläge: was nicht funktioniert

• Erzeugen einer höheren Spannung mit einem Übertrager (genau genommen ein Mini-Trafo). Gedacht ist der Übertrager zur Erzeugung einer Hochspannung für eine Blitzröhre. Weder funktioniert sein Einsatz als Übertrager (Trafo) noch als Induktivität (nur Verwendung der Primär- oder Sekundärwicklung)
• Trafo: Zu groß, zu aufwändig zu beschalten: die Leistung soll nur ca. eine Minute/Tag zur Verfügung stehen. Und ein Trafo, der den erforderlichen Strom liefern kann, ist einfach zu fett.