Busch-Experimentierkasten-Renaissance im Maker-Zeitalter?

[meichr]

Mittlerweile sind es fast 2 Monate, dass ich am Nachbau von Elektronik-Bauteilen für Busch-Electronic-Kästen experimentiere. Der Grund dafür, das habe ich vor kurzem bei einem kurzen Innehalten herausgefunden, ist nicht nur, dass ich vor 36 Jahren als Jugendlicher einen Busch 2075-Digitalkasten geschenkt bekommen und mich einige Zeit intensiv damit beschäftigt hatte. Danach traten nämlich Homecomputer wie ZX81, Commodore 64 und 128 und ein selbstgelöteter CPM-Computer aus der ELO-Zeitschrift in den Vordergrund. Der Grund dafür ist auch, dass ich, vielleicht in den Hintergrund meines Bewusstseins gedrängt, mir seit vielen Jahren vorgenommen hatte, einmal weitere Busch-Baukästen durchzuarbeiten, von deren Existenz ich erst Jahrzehnte nach meinem ersten Kontakt erfahren hatte, und die einen Softspot in mir berührt hatten.

Als ich vor 2 Monaten auf der österreichischen Conrad-Website den Vermerk „nur noch so lange erhältlich, wie der Vorrat reicht“ beim Busch 7000er-System vorfand, wusste ich, dass der Zeitpunkt gekommen war, jetzt oder nie. Ein Busch 7000 wurde bestellt, bevor einen Tag später auch schon der Vermerk „Ausverkauft“ erschien. Puh, Glück gehabt! Natürlich schwirren auch auf eBay immer wieder Angebote neuer und gebrauchter Busch-Kästen herum, was den Zeitpunkt der „Obsoleszenz" etwas hinauszögert, aber auch dort wird das Angebot mit der Zeit spürbar geringer, wenn nicht bei besonders seltenen Teilen, kaum Hoffnung auf ein solches besteht. In Anbetracht dessen kann man bereits Preissteigerungen bei Busch auf eBay beobachten.

Welche Bauteile interessieren mich besonders? Nicht die Steckplatten (fast alle Electronic-Kästen) und nicht die großen Pulte (6000 und 7000), diese sind in vielen der Kästen enthalten und auch noch als Ersatzteile, zumindest bis Ende des Jahres, bei Busch relativ günstig erhältlich. Auch die einfachen, kleinen Bauteile, wie Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, LEDs und einfache Integrierte Schaltungen, die ebenfalls noch im Ersatzteilsortiment verfügbar sind und selbst nicht günstiger hergestellt werden können. Mein Interesse gilt dem Synthesizer-Baustein des Busch 2073-Zusatzkastens und dem Digitalzähler-Baustein des 2188, und welche sowohl als Paket als auch als Ersatzteil nun endgültig vergriffen sind. Zudem denke ich an die Möglichkeit, weitere, moderne Bauteile zu kreieren, welche während der Busch-Electronic-Kästen-Hochphase in den 70ern bis 90ern bzw. Anfang der 00er noch nicht machbar waren.

Sowohl der Busch-Synthesizer- als auch der Digitalzähler-Baustein bestehen aus 4 grundlegenden Teilen: dem Bauteilträger aus Spritzguss-Kunststoff (Teil 1), der festen elektronischen Schaltung auf der, auf dem Träger befestigten, Platine (Teil 2), den passenden Rohrnieten bzw. Ösen (Teil 3), in welchen die Drähte per Kunststoffstöpsel befestigt werden und welche die Platine auf dem Bauträger befestigen, und der Beschriftung der Nietenanschlüsse (Teil 4). Der Bauteilträger ist jenes Teil, das bisher praktisch nicht nachgebaut werden konnte. Die Platinen sind teilweise (Synthesizerbaustein) schon in diesem Forum für andere Baukästen nachgebaut worden. Eine Schwierigkeit ist eventuell, die passenden Nieten und das zugehörige Werkzeug zu bekommen. Der Druck der Beschriftung ist vermutlich der einfachste Teil.

Das Projekt erarbeite ich in meiner Freizeit. Ich erwarte daher, dass es in seinem jetzigen Planungsumfang noch mehrere Monate, weit ins Jahr 2017, in Anspruch nehmen wird. Für jeden genannten Teil möchte ich einen oder mehrere Beiträge (verschiedene Bauweisen in Teil 1) unter diesem Thema erstellen, welche ich mit „Teil x: ...“ betiteln möchte, damit die zugehörigen Beiträge gesucht werden können. Vielleicht regen meine Ausführungen auch den einen oder anderen an, selbst nach weiteren Lösungswegen zu suchen. Möglicherweise habt ihr die eine oder andere Anregung oder einen Verbesserungsvorschlag, wie Lösungen an andere Geräte oder andere Hersteller angepasst werden oder günstiger erreicht werden können, da ich meine Lösungswege an die Verfügbarkeit, die ich in Wien und meinen Onlinesuchen vorfinde, anpassen muss.

Viel Spass, wünsche ich mir und allen, die aufgrund ihres Interesses in dieses Forums-Thema finden.

[nkrause99]

Hallo Christian,

ich bin sehr gespannt, was du uns präsentieren wirst.

Falls du Infos in Bezug auf die Originalteile brauchst, dann melde dich bitte.

Viele Grüße
Norbert

[meichr]

@Norbert, danke für dein nettes Angebot. Ich habe die nachfolgenden Daten vom Digitalzählerbaustein eines gebrauchten 2188 entnommen, den ich vor zwei Monaten auf Amazon beziehen konnte. Ich komme aber bei Bedarf gerne auf dein Angebot zurück.

Heute vormittag habe ich die Antwort von Jörg Vallen von der Firma Busch bekommen, dass es kein Problem ist, wenn wir Maße und Daten der Experimentierkästen hier veröffentlichen: "... Es freut uns, dass unsere Experimentierkästen immer noch eine gewisse Aufmerksamkeit erzielen und man sich gerne daran zurück erinnert. Gegen Ihr Vorhaben haben wir keine Einwände - gerne können Sie, wie in Ihrem Mail beschrieben, veröffentlichen." Das wollte ich für mich noch vorab klären, vielleicht habt ihr das aber auch schon gemacht.

Aber nun zum Thema:

Beide Bausteine, der Synthesizer des 2073 und der Digitalzähler des 2188 basieren auf dem gleichen Kunststoffteil. Obwohl der Digitalzähler weniger Anschlüsse hat, sind in dessen Kunststoffteil alle möglichen Löcher für die Nieten vorhanden, auch wenn Platine und Beschriftungskleber die unbenützten Löcher abdecken. Das macht es leichter, weil nur ein Modell für beide Kunststoffteile erstellt werden muss und damit eventuelle Mengenrabatte bei 3D-Druck als Dienstleistung schneller erreicht werden können.

original-bauteil-klein.jpg (56.09 KiB) 13415 mal betrachtet

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Von diesem Teil, dessen mit doppelseitigen Leiterbahnen ausgeführte Platine aus einer der letzten Revisionen des Busch Computertechnik-Kastens stammt, habe ich die Maße für den Baustein abgenommen, um daraus ein 3D-Modell mit "Autodesk 123D Design" zu erstellen.

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busch-2188-bauteil-unten-masze-mittel.png (76.66 KiB) 13415 mal betrachtet

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Folgende Maße hat der Spritzguss-Kunststoffteil
Komplettes Bauteil: L … 175 mm, B … 75 mm, T … 7 mm
Randsteg auf Oberseite: RB … 0,6 mm, RH … 0,5 mm
Fenster für Platine (zentriert): FL … 141 mm, FB … 41 mm
Vertiefung auf Unterseite (zentriert): VL … 172,2 mm, VB … 72,2 mm, VT … 4,6 mm
Platinenvertiefung (zentriert): PL … 157 mm, PB … 57 mm, PT … 0,4 mm
Steckstifte (Rechteck zentriert, Radius, Höhe): SL … 80 mm, SB … 60 mm, SR … 1.625 mm, SH … 8,25 mm
Kontaktlöcher (Rechteck zentriert, Radius, Abstände): KL … 148 mm (=2xKA1+12xKA2), KB … 48 mm, KR … 1,6 mm, KA1 … 14 mm, KA2 …10 mm

Dieses 3D-Modell dient als Ausgangsbasis sowohl für den 3D-Druck als auch der CNC-Fräsung.

[meichr]

Ich glaube, ich habe dies in meinem gestrigen Beitrag etwas schnell überflogen: ich möchte daher an dieser Stelle Herrn Vallen und der Firma Busch herzlich danken, dass wir hier diese Details posten dürfen, und über die freundliche Antwort darüber.

@Norbert: für den Synthesizerbaustein des 2073, speziell die originale Leiterbahnansicht, die Anschlussbeschriftungen und Potiskalenpapierchen (für Teil 4 des Nachbaus) würde ich gerne deine Hilfe in Anspruch nehmen. Hast du da Zugriff auf ein Original?

Zum Thema

Wie schon in einem meiner Vorstellungs-Beiträge erwähnt, hatte ich bis vor kurzem gar keine Ahnung von 3D-Druck und daher dringenden Informationsbedarf. Über das Buch „3D-Druck für alle - Do-It-Yourself-Guide“ fand ich dann den Hinweis auf das als Freemium kostenlos herunterladbare Autodesk 123D Design und einen 3D-Druck-Dienstleister in Wien, der 1-3 Tage Lieferzeit auf seiner Website versprach. Da diese Firma just an dem Wochenende meiner Recherche auf der diesjährigen Wiener Modellbaumesse ausstellte, besuchte ich sonntags eben jene und lernte dort auch noch Janos bei MakerAustria und das HappyLab kennen.

Folgende Fakten lernte ich durch diese Kontakte:

• Die Festigkeit und Genauigkeit von Kunststoff-Spritzguss kann nach-wie-vor von 3D-Druck nicht erreicht werden, 3D-Druck ist aber aufgrund seiner Flexibilität bei Kleinmengen viel billiger, da bei Spritzguss für jede neue Form eine mehrere Tausend Euro teure Gussform erstellt werden muss.
• Der schichtweise Aufbau beim 3D-Druck führt dazu, dass die Festigkeit des Materials in der z-Richtung viel geringer ist, als in den x- und y-Richtungen und zudem, dass die Genauigkeit in der z-Richtung von der möglichen Schichtdicke des 3D-Druckers abhängt.
• Eine Druck-Schicht, welche über eine jeweils darunter befindliche Schicht überhängt, benötigt, zusätzlich zum Modellmaterial, sogenanntes Stützmaterial, das gleichzeitig mitgedruckt, aber nach dem Druck entfernt wird.
• ABS-Filament (für das Modellmaterial) hat eine stärkere Festigkeit als das anfänglich hauptsächlich verwendete PLA-Filament.
• Der Preis eines 3D-Druckstücks hängt vom Gewicht des Materials (Modell- + Stützmaterial) oder der Gesamtdruckdauer ab, je nach Verrechungsmodell des Dienstleisters.

Für den 3D-Druck eines Bauteilträgers bedeutet dies:

Bauteilträger-stehend-300px.png (103.96 KiB) 13393 mal betrachtet

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Die höchste Beanspruchung findet an den vier zylinderförmigen Steckstiften an der Unterseite des Bauteilträgers statt, weshalb die Steckstifte beim Druck möglichst in x- oder y-Richtung liegen sollten, um nicht beim Aus- oder Einstecken in die Grundplatte abzubrechen. Damit hängen diese Stifte jedoch 8,25 mm und der obere Rand 4,6 mm über den Hauptteil des Bauteilträgers, wodurch die Menge des benötigten Stützmaterials für diesen Druck sogar das Modellmaterial übersteigt. Das macht den 3D-Druck erheblich teurer, als wenn der Bauteiltäger liegend gedruckt werden würde.

Endlich in die Praxis gehen:

Nach so vielen theoretischen Informationen entschied ich mich, einen Prototypen zu beauftragen, um das Ergebnis praktisch beurteilen zu können. Das Autodesk-Modell musste dazu, als STL-Datei exportiert, an den Wiener 3D-Druck-Dienstleister übergeben werden. Dieser berechnete die Gesamtkosten des Drucks auf € 43,-. Das beinhaltete eine einmalige Einrichtungspauschale von € 8,- und € 7,- je angefangener Druckstunde bei 5 Stunden Dauer.

In den nachfolgenden Bildern nun das Ergebnis:

3d-druck-oben.png (417.54 KiB) 13393 mal betrachtet

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3d-druck-oben-ausschnitt.png (392.53 KiB) 13393 mal betrachtet

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3d-druck-unten.png (345.59 KiB) 13393 mal betrachtet

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3d-druck-ungen-ausschnitt.png (307.19 KiB) 13393 mal betrachtet

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3d-druck-steckstift-durchmesser-laengs.png (402.3 KiB) 13393 mal betrachtet

3d-druck-steckstift-durchmesser-laengs.png (402.3 KiB) 13393 mal betrachtet

3d-druck-steckstift-durchmesser-quer.png (337.96 KiB) 13393 mal betrachtet

3d-druck-steckstift-durchmesser-quer.png (337.96 KiB) 13393 mal betrachtet

• Der 0,6 x 0,5 mm dicke Randsteg auf der Oberseite wurde aufgrund der Schichtgenauigkeit ignoriert, dieses Detail fehlt auf der gesamten Oberfläche.
• Die Dicke der Steckstifte variiert in x- und z-Richtung: in z-Richtung wurde jeder Stift mit ca. 3,4 mm Dicke gedruckt, während die x-Richtung etwa die angegebenen 3,25 mm misst. Das macht jeden Steckstift leicht elliptisch. Was aber problematischer ist, dass diese damit etwas zu dick für ein leichtes Aus- und Einstecken in die Baukastengrundplatte sind.
• Der Durchmesser der Nietlöcher ist um etwa 0,2 mm geringer als im Original.
• Die Oberfläche der Ebenen mit z-Richtung ist etwas rauer als in der x-/y-Ebene. Das stört mich jedoch nicht, als auch das Original eine raue Oberfläche unter und neben dem Beschriftungskleber hat.

Das Ende des ersten Versuchs

Trotz der Dicke der Steckstifte schaffte ich es mit Entschlossenheit, den gedruckten Bauteilträger in eine Baukastengrundplatte zu stecken, das Material war schließlich auch elastisch. Um das Teil aber wieder herauszubekommen, benötigte ich schon ein originales Widerstandsbauteil aus dem Baukasten, um mit dessen Stiften kräftig von der Unterseite gegenzudrücken. Bevor ich noch auf die Idee kam, mittels Schmirgelpapier die Steckstifte des Prototypen auf einen brauchbaren Durchmesser zu reduzieren, brachen bereits beim zweiten Entnahmeversuch zwei der Stifte aufgrund von Verkantung ab - das Lehrgeld war bezahlt!

gebrochene-stifte.png (319.33 KiB) 13393 mal betrachtet

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Ausblick:

Nach diesen ersten wertvollen praktischen Erfahrungen nahm ich das Angebot von Janos dankbar wahr, ihn ins Wiener HappyLab zu begleiten und dort weiter zu experimentieren. Dazu aber mehr im nächsten Beitrag.

[nkrause99]

Hallo Christian,

ich habe einen Synthesizerbaustein des 2073 hier und kann dir die benötigten Infos schicken.

In Bezug auf den 3D-Druck:

Ich würde nur den Träger drucken lassen. Die Löcher könnte man selber bohren und die Steckstifte als passende Metallstifte an der richtigen Stelle einsetzen (sonst bleibt das Risiko, dass die Stifte irgendwann abbrechen bestehen).

Viele Grüße
Norbert

[nkrause99]

Hallo Christian,

die angefragten Informationen findest du hier: Link

Viele Grüße
Norbert

[meichr]

@Norbert - danke für die Infos, habe ich mir heruntergeladen. Der erste Versuch hat aus meiner Sicht sehr spröde Steckstifte hervorgebracht. In dem nächsten, hier beschriebenen Versuch sind die Stifte schon um einiges stabiler geworden. Wichtig ist auch, dass sie nicht zu dick sind, das muss über eine Verringerung der Durchmesser im Modell erfolgen. Aber auch dies hier ist noch nicht der letzte Versuch mit 3D-Druck.

Zum Thema:

Janos bot mir an, den Bauteilträger versuchsweise aus einem Kunststoffblock herauszufräsen, wozu am besten eine große CNC-Fräse im HappyLab geeignet wäre. Und genau in dieser öffentlichen Werkstätte gibt es auch zwei professionelle 3D-Drucker, von denen mir einer aufgrund seiner Daten besonders ins Auge fiel:

Drucker-Modell: Dimension Elite
Modellmaterialfarbe: nur Elfenbein
empfohlene minimale Wandstärke: 0,7 mm
Schichtstärke 0,1778 mm (halbe Schichtstärke verglichen mit anderen 3D-Druckern)
Modellmaterial: ABS plus
Stützmaterial wird mit Lauge weggewaschen
Kosten je cm3 Material: € 0,79 inkl. MwSt.

Aufgrund der Erfahrung mit den Toleranzen beim letzten 3D-Druckauftrag testete ich diesmal den Durchmesser der Steckstifte mittels kleiner Testmuster aus, die je Stück nur zwischen 2 - 3 € ausmachten.

testmuster1.jpg (112.98 KiB) 13339 mal betrachtet

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testmuster3.jpg (70.5 KiB) 13339 mal betrachtet

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testmuster4.jpg (74.45 KiB) 13339 mal betrachtet

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Die gedruckten Testmuster mit 3 mm und 3,1 mm Angabe für den Steckstiftdurchmesser steckten nicht genügend fest in der Grundplatte und das Testmuster mit 3,2 mm steckte etwas zu fest. Gegenüber dem Spritzguss-Original mit Steckstift-Durchmesser von 3,25 mm stellte sich damit ein Durchmesser von 3,16 mm als Vorgabe für den 3D-Druck für den Drucker 'Dimension Elite' als optimaler Wert heraus. Die Steckstifte waren auch bei diesem 3D-Druck leicht elliptisch, aufgrund der unterschiedlichen Toleranzen der z-Richtung und den x- und y-Richtungen. Der maximale Durchmesser des Druckstücks erreichte damit etwa die 3,25 mm des Originals. Die Durchmesser der Nietlöcher mussten mit 3,3 mm angegeben werden, um Löcher im Druckstück mit etwa 3,1 mm Durchmesser zu erreichen. Die 0,6 x 0,5 mm - Randstege auf der Oberseite wurden auf 0,7 x 0,7 mm vergrößert, um die empfohlene minimale Wandstärke nicht zu unterschreiten.

Damit stand dem Druck eines kompletten Bauteilträgers nichts mehr im Wege. Auch dieser musste senkrecht gedruckt werden und erforderte damit eine größere Menge an Stützmaterial. Das Volumen beider Materialien ergab zusammen einen Preis von ca. € 37.

bauteiltraeger-von-unterseite.jpg (92.4 KiB) 13339 mal betrachtet

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bauteiltraeger-von-oben-in-hand.jpg (100.29 KiB) 13339 mal betrachtet

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Eine Besonderheit bei diesem 3D-Druckertyp ist das durch Lauge aufzulösende bronzefarbene Stützmaterial, während bei anderen Druckertypen das Stützmaterial weggebrochen werden muss. So wird das Modellmaterial zusätzlich vor möglicher mechanischer Beschädigung durch das Wegbrechen des Stützmaterials geschützt (manche 3D-Drucke mit zusammengesetzten Bauteilen wie z.B. einem Kugellager mit darin befindlichen Kugeln sind ohne auflösbares Stützmaterial überhaupt nicht trennbar).

bauteiltraeger-fertig-oben.jpg (104.15 KiB) 13339 mal betrachtet

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bauteiltraeger-fertig-unten-nahe.jpg (98.49 KiB) 13339 mal betrachtet

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bauteiltraeger-vergleich.jpg (148.92 KiB) 13339 mal betrachtet

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Der Bauteilträger lässt sich nun mit ähnlichem Kraftaufwand, wie bei einem Originalbaustein, in die Grundplatte einstecken und wieder herausnehmen. Die Konsistenz des ABS plus-Modellmaterials sieht optisch nun auch Legobausteinen ähnlich, die ja auch aus ABS-Material erzeugt werden.

Das Herstellen eines Bauteilträgers auf diese Weise war ein erstes schönes Erfolgserlebnis für mich, wenn auch der Preis von € 37 - ohne Möglichkeit eines Staffelpreises - relativ hoch erschien und das Druckstück in weiterer Folge schwarz lackiert werden müsste, um sich farblich an das Original anzupassen.


Es sollte sich aber noch eine weitere Möglichkeit des 3D-Druckes, diesmal wieder eine Dienstleistung außerhalb des HappyLabs, anbieten. Da diese jedoch etwas mehr Lieferzeit in Anspruch nimmt, kann ich darüber erst in einigen Wochen berichten.

[mjwolf]

Eine Besonderheit bei diesem 3D-Druckertyp ist das durch Lauge aufzulösende bronzefarbene Stützmaterial, während bei anderen Druckertypen das Stützmaterial weggebrochen werden muss. So wird das Modellmaterial zusätzlich vor möglicher mechanischer Beschädigung durch das Wegbrechen des Stützmaterials geschützt (manche 3D-Drucke mit zusammengesetzten Bauteilen wie z.B. einem Kugellager mit darin befindlichen Kugeln sind ohne auflösbares Stützmaterial überhaupt nicht trennbar).

Habe neulich über ein wasserlösliches Filament gelesen; bin mir nicht sicher, ob das schon Marktreife erreicht hat... wenn, dann könnte man dieses In Druckern mit 2 Extruderköpfen als Stützmaterial verwenden und einfach dadurch entfernen, dass man das gedruckte Teil in Wasser legt. Klangt jedenfalls spannend.

VG
Martin

[Frankje]

Hi all,
Can someone tell me where I can find and order the metal busses ( Rohrnieten ) that Busch use on all their modules ?
I would like to rebuild the synthesizer module, but I need these to connect the wires

Greetings

[Helferlein]

Hallo Frankje,

ich habe das Bauteil gleichfalls repliziert. Passende Hohlnieten habe ich auch noch ausreichend.

schau hier:

DSCI7987a.jpg (359.03 KiB) 9058 mal betrachtet

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Also melde Dich, wenn ich behilflich sein kann.

Es grüßt vom Rhein
das Helferlein