Een terugkerend vraagstuk voor elektronica- en computing-knutselaars is de fysieke elektronische compatibiliteit met bestaande bouwsystemen. De keuzen voor bestaande componenten, controllers, sensoren enz. met hun eigen specifieke connectoren bepalen vaak met welk stekker- en bedradingssysteem de zelfgebouwde microcontroller of elektronicamodule idealiter zou moeten worden uitgevoerd. Wie, zoals ik, veel werkt met het constructiemateriaal van fischertechnik weet dat het soms handig is als de klassieke platte 2,5 mm stekkers van dit systeem direct op de eigen elektronica kunnen worden aangesloten. In dit artikel behandel ik enkele ideeën voor de dan benodigde bussen waarop deze stekkers kunnen worden ingeplugd. Hoewel het accent ligt op de bij fischertechnik gebruikte stekkers, lijken me deze oplossingen ook bruikbaar voor andere merken en diameters stekkers.
In principe kunnen verschillende aansluitsystemen natuurlijk uitstekend in één project door elkaar worden gebruikt. Bij een zelfbouw module met Dupont pennen-lijsten kunnen de goed en goedkoop verkrijgbare breadboard-experimenteerdraden worden gebruikt. Als een traditionele fischertechnik sensor, drukknop of motor moet worden aangesloten kan simpelweg een fischertechnik stekker op de 'male' aderpin van zo'n draad worden opgeschroefd zoals in afbeelding hiernaast.
Ik hoop de fischertechnik-puristen niet tegen mij in het harnas te jagen door eerst enkele (in mijn ogen) sterke voordelen van het gebruik van de z.g. Dupont 2,54 mm pinnen-lijsten op een rijtje te zetten:
Bovenstaande punten zijn niet noodzakelijkerwijs in volgorde van belangrijkheid opgesomd, maar het argument van punt 1 weegt voor mij persoonlijk vrij zwaar. Vooral bij zelfbouwprojecten die worden ondergebracht in fischertechnik cassettes of 3D geprinte behuizingen met de afmetingen van de traditionele fischertechnik 'Silberlingen'. Ter illustratie: was de eerste 'Zauberling' (foto hiernaast) nog uitgerust met bussen voor het aansluiten van fischertechnik stekkers, voor het onderbrengen van alle aansluitmogelijkheden op het front van het latere model boden door de toegenomen aansluitwensen en door andere elementen op het front opgeiste ruimte, slechts Dupont 'Pin Headers' uitkomst.
Zelfs op het front van de “hl1 EF Experimentier Feld” bouwsteen (37140), waarop 43 stuks 2,6 mm bussen zijn samengebracht, eist elke bus nog 7,5 bij 7,5 mm oppervlak op. Op één zo'n oppervlak kunnen 9 Dupont pinnen worden gehuisvest, die desgewenst bovendien in kleur gecodeerd kunnen worden.
Het laatste punt van de opsomming hierboven is mijns inziens niet het onbelangrijkste. De Dupont pin-headers zijn zeer prijsgunstig verkrijgbaar en kosten een fractie van de prijs die moet worden neergelegd voor de z.g. 'Bundhülsen' (in verschillende lengtes verkrijgbare soldeerbare pijpjes met een binnendiameter van 2,6 mm). Op het moment van schrijven kon ik nog maar enkele besteladressen voor dit eenvoudige passieve onderdeel vinden. Wie voor een project echter een flink aantal van deze bussen nodig heeft, zal met een stuksprijs tussen de € 0,30 en € 0,50 snel meer uitgeven aan 'Bundhülsen' dan aan enig ander actief elektronisch onderdeel op de printplaat, microcontrollers inbegrepen! Dit is natuurlijk erg wonderlijk en verklaart vanzelfsprekend de creativiteit van vele zelfbouwers die hun zelfbouwmodule willen uitrusten met alternatieve aansluitmogelijkheden voor de traditionele fischertechnik stekkers.
Een optie die we voor de volledigheid zeker ook moeten beschouwen, is die waarbij de fischertechnik stekkers geheel zonder bussen worden aangesloten. Creatieve leden van de fischertechnik community experimenteerden reeds met oplossingen om de 2,5 mm fischertechnik aansluitstekkers zonder geleidende bussen in zelfbouw controllers of modules met schakellogica te kunnen inpluggen.
Een beetje geïnspireerd hierdoor ontwierp en printte ik aansluitkapjes voor de ZGB25RP en JGA25-370 motoren. Zowel de motorhuizen als de kapjes zijn 3D geprint. De fischertechik stekkers maken bij het inpluggen hierbij direct contact met de soldeerlippen achterop de motor.
Op de zoektocht naar bruikbare bussen met een binnendiameter van ongeveer 2,6 mm, stuitte ik op de zeskantige koperen M3 afstandsbussen. Als de lamellen van de fischertechnik stekker met een mesje wat uiteen worden uitgebogen, kunnen deze z.g.'M3 Hex Brass Spacers' zonder bewerkingen gebruikt worden.
Een voordeel is dat deze afstandshouders eenvoudig in dun kunststof, een plexiglas front of platte bouwsteen kunnen worden geschroefd. Zo kan bijvoorbeeld met een Flachstein 30 met V-Riegel (31013) gemakkelijk een handige aan/uit schakelaar worden gemaakt. De aansluitdraden kunnen op een soldeerlip binnenin of achterop worden aangesoldeerd. Ook laten ze zich vrij eenvoudig in een voorgeboord front smelten of lijmen waarna de printplaat aan de achterzijde van het front direct opgesoldeerd kan worden. Ik gebruikte deze methode voor een zelfbouw flipflop in een fischertechnik cassette (35359).
Een oplossing waar diverse mensen mee hebben geëxperimenteerd, is het gebruik van z.g. adereind-hulzen. Het type hulzen zonder de kleurisolatie lijkt dan ook erg op de originele 'Bundhülsen', is goed soldeerbaar en mist schijnbaar alleen de ribbel rondom waarmee de huls op de printplaat steunt. Deze hulzen kunnen, net als de 'Bundhülsen' op een groot soldeereiland op de printplaat worden gesoldeerd.
Een groot voordeel is de betaalbaarheid; de hulzen kosten zelden meer dan enkele centen per stuk. Een groot nadeel is echter dat de binnendiameters van deze hulzen afgestemd zijn op de meest voorkomende doorsnede-oppervlaktes van meeraderig montagedraad. De binnendiameter van deze hulzen voor 2,5 mm2 draad is met zijn ~2,4 tot 2,5 mm daarbij net te klein voor de 2,5 mm fischertechnik stekkers.
De adereind-hulzen voor 4 mm2 draad zijn met hun binnendiameter van ~3,2 mm helaas juist weer (veel) te wijd voor de fischertechnik stekkers. Maar deze kunnen wellicht voorzichtig ovaal worden geknepen zodat de fischertechnik stekkers er toch stevig in blijven zitten. Een aansluiting met betere pasvorm wordt echter verkregen door 2,5 mm2 hulzen voorzichtig wat ‘wijder’ te hameren met een Torx T-10 schroefbitje. Wie een boorkolom met machineklem heeft, kan de hulzen uitboren met een 2,5 mm metaalboor. Al deze bewerkingen worden vanzelfsprekend het liefst voor het solderen uitgevoerd om te veel kracht op de soldeereilanden van de printplaat te voorkomen.
Zeer vergelijkbaar met de bovengenoemde adereindhulzen, zijn de koperen holnieten die voor enkele centen per stuk in verschillende lengtes verkrijgbaar zijn.
Het uitgangspunt bij de maatvoering van deze hulzen zijn echter wederom de gangbare draaddoorsnedes, waardoor opnieuw eigenlijk alleen de 2,5 mm2 variant in aanmerking komt. Net als bij de adereindhuls van die afmetingen, zal deze moeten worden ‘voorbewerkt’ door een van de zijden met een 2,5 mm boor uit te boren. De pasvorm van de fischertechnik stekkers is overigens daarna zeer prima te noemen.
De voorbewerkte holnieten laten zich gemakkelijk in iets te klein geboorde gaatjes of 3D geprinte kokertjes in het front insmelten waardoor ze zeer vast komen te zitten. Op de foto’s wordt zowel de montagemethode getoond waarbij de trompetachtige omgevelste zijde werd uitgeboord als de montage waarbij het naar buiten tredende pijpeinde van de holnieten juist groter werd geboord (zie foto's). Bij beide methoden kan de bus overigens uiteindelijk compleet achter de frontplaat wegvallen.
Aansluiting van de pijpeinden op de printplaat achter het front kan op verschillende manieren plaatsvinden. Of door directe soldering aan de op die manier direct achter het front hangende printplaat. Het voordeel hiervan is dat deze geen aanvullende bevestiging met schroeven vereist, een nadeel kan zijn dat er relatief grote soldeereilanden zullen moeten worden uitgespaard.
Een andere manier is de bussen door middel van draden aan de print te bevestigen. Dit is meer werk, maar scheelt snel veel oppervlak op de print als aansluitingen, zoals voedingsspanningen of massa-aansluitingen, meervoudig als rails zijn uitgevoerd. Gelijke bussen kunnen immers direct met een ongeïsoleerd stukje montagedraad achter het front met elkaar worden verbonden en vereisen dan slechts één soldeereiland.
De 'Bundhülsen' zijn doorgaans vertind, maar de koperen holnieten hebben dikwijls een oxidelaag waardoor het solderen lastig kan zijn. Een tikje met de polijsschijf of afkortschijf van de multitool of handboor-/slijpmachine doet in zo’n geval wonderen. Door een kleine gleuf te slijpen (pas op met warmteontwikkeling waardoor de bus zich los kan smelten, vooral 3D filament wordt snel week bij hogere temperaturen) konden in mijn geval de draden gemakkelijk worden opgesoldeerd. Dezelfde tip geldt natuurlijk voor de M3 afstandsbussen of andere koperen bussen die u zonder soldeerlippen goed wil solderen.
Enige tijd geleden stuitte ik bij het zoeken van mogelijk bruikbare aansluit alternatieven op de PTN2-10 kabelschoen (‘crimp terminal’) De online advertentie toonde de specifaties van afbeelding 14. Er leken een paar duidelijke voordelen aan dit model te zitten. Ten eerste eindigt de bus in een relatief dunne soldeerbare pen die slechts een printboring van 1.6 mm vereist. Hoewel de opgegeven binnendiameter van 2,5 mm al vrij ideaal zou zijn voor onze toepassing, leek het me dat deze bus door de rondgevouwen open constructie vrij eenvoudig ruimer zou kunnen worden gemaakt als dat toch noodzakelijk zou zijn.
Na ontvangst bleek echter dat het hier om ongecertificeerde specificaties uit China gaat. De werkelijke binnendiameter van deze kabelschoenen bleek namelijk met ongeveer 2,7 mm juist aan de ruime kant. De pasvorm is vergelijkbaar met de M3 afstandsbussen, en hierdoor leken ze aanvankelijk alleen geschikt voor stekkers met ‘wijd’ gemaakte lamellen. In de praktijk bleek echter met een kleine voorbewerking een uitstekende pasvorm te kunnen worden verkregen. Na het dichtduwen van de met een dun slijpschijfje (Dremel 'Cut Off Wheel No.409' 0,6 mm dik) iets uitgeslepen sluitnaad, is de pasvorm van de fischertechnik stekkers namelijk werkelijk goed te noemen.
Op de eerste afbeelding hier onder zijn de diverse stadia van de voorbewerking zichtbaar. Links de originele kabelschoenen, achter in het midden enkele exemplaren met open geslepen sluitnaad en daaronder de exemplaren waarvan deze opening voorzichtig is dichtgeknepen. Zoals geheel rechts te zien is, passen de fischertechnik stekkers daarna uitstekend.
Op de eerste afbeelding hier onder zijn de diverse stadia van de voorbewerking zichtbaar. Links de originele kabelschoenen, achter in het midden enkele exemplaren met open geslepen sluitnaad en daaronder de exemplaren waarvan deze opening voorzichtig is dichtgeknepen. Zoals geheel rechts te zien is, passen de fischertechnik stekkers daarna uitstekend.
Zoals in foto's hierboven is te zien, laten de bussen zich direct monteren op de printplaat. Door de geringe lengte van deze bussen, zal deze echter niet te ver achter het front van de module geplaatst kunnen zijn. Door de relatief lange soldeerpen kunnen de bussen echter natuurlijk desgewenst wat hoger gemonteerd worden. Met een 3D geprinte bushouder is dit gemakkelijk uitvoerbaar. Een voordeel hierbij is zelfs dat de kleuren kunnen worden gebruikt om de aansluitfunctie te verduidelijken.
Deze manier van monteren kwam goed van pas bij de elders in dit nummer beschreven eenvoudige voedingsspanningsmodule in ‘Silberling-behuizing’. In het filmpje dat ik van dat project maakte is het op maat maken van deze kabelschoenen ook in beeld gebracht.
De door fischertechnik in 1967 geïntroduceerde 2,5 mm Flachstecker zijn nog lang niet van het toneel verdwenen. Hoewel het Dupont systeem voor de meeste toepassingen een uitstekende vervanger kan zijn, is het prettig te weten dat de compatibiliteit met de klassieke aansluitmethodes op meerdere manieren gewaarborgd is.
De besproken PTN2-10 kabelschoenen lijken eenvoudiger te gebruiken dan de adereind-hulzen en holnieten. Ze kosten minder printplaatruimte doordat ze een veel kleiner soldeereiland eisen. Vanuit het oogpunt van kosten laten ze met een prijs van ongeveer 3 cent per stuk vanzelfsprekend de traditionele Bundhülzen (snel 15 keer zo duur!) ver achter zich. En hoewel ik zelf waarschijnlijk voor toekomstige projecten (vooral in relatief kleine behuizingen of bij microcontrollers) de voorkeur zal geven aan de Dupont headers, is het prettig te weten dat daar waar nodig de traditionele fischertechnik stekkers tot ver in de toekomst kunnen worden gebruikt, ook voor wie niet een substantieel deel van zijn knutselbudget voor simpele passieve onderdelen als Bundhülzen wil reserveren.