Platinenfräsen mit der Schreibtischmaschine
Torsten Schoofs fertigt seit Jahrzehnten Platinen an. Während er diese zunächst mit dem Ätzverfahren erstellte, hat er sich mit seinen beiden STEPCRAFT CNC-Systemen heutzutage dem Isolationsfräsen verschrieben.
Das Interesse an Steuerungen und Schaltungen war schon früh bei Torsten Schoofs vorhanden und so entschied er sich zu einer Lehre als Industrieelektroniker. In dieser Zeit lernte er Platinen durch Ätzen zu erstellen, ein Verfahren, dass er auch im Hobbybereich privat anwandte. „Hierbei kann es aber schon mal passieren, dass eine Leiterbahn nicht ganz so wird, wie sie sein soll, dass Löcher entstehen oder sie unterschiedlich schmal sind und Unterätzungen aufweisen”, erklärt er.
Seine Vorgehensweise bestand hier immer darin, dass er zunächst das Layout zum Beispiel in dem Platinen-Layoutprogramm „Sprint Layout” zeichnete, dieses auf transparenter Folie ausdruckte und auf den Rohling aufbrachte. Anschließend folgte die Belichtung bevor er dann entwickelte und ätze. Für die letzten beiden Arbeitsschritte war der gelernte Industrieelektroniker allerdings immer dazu gezwungen, gesundheitsschädliche und teilweise übelriechende Chemikalien zu verwenden. Ein weiterer gewichtiger Nachteil bestand für ihn auch darin, „dass alles hintereinander hundertprozentig funktionieren musste und man dann erst den Rohling der Platine in den Händen hält. Das ganze Bohren der Löcher und das Ausschneiden fehlt noch.” Gerade Ersteres stellt eine reine Fleißarbeit dar, denn 300-400 Löcher sind in der Platinenerstellung keine Seltenheit. Diese beim manuellen Bohren exakt in Reihen zu platzieren, ist nicht nur schwerlich möglich sondern auch sehr zeitaufwendig. Dass bei einer derart aufwendigen Methode, Fehlversuche viel Zeit kosten, ist daher selbstredend. „Ich hatte immer Probleme, Platinen vernünftig zu ätzen, denn ich wollte sie perfekt haben.”
Noch vor der Jahrtausendwende, entdeckte Torsten Schoofs dann in einem Katalog CNC-Maschinen zum Fräsen von Platinen. Zwar richteten sich diese in Preis und Ausführung nur an den professionellen Anwender, aber der Wunsch Platinen mit dieser neuen Technologie zu fertigen, war bei dem Elektroniker nun geboren. Über das folgende Jahrzehnt hinweg wurde das Internet dann für jeden verfügbar und mit einer Fülle von Informationen angereichert, die Torsten Schoofs nutzte, um sich in das Thema CNC einzuarbeiten. 2013 besuchte er dann zusammen mit einem Bekannten die Intermodellbau-Messe mit dem klaren Vorsatz, hier eine Fräsmaschine für den Hobbybereich zu erwerben. „Zu diesem Zeitpunkt war der Wunsch Platinen auf diese Weise zu erstellen bestimmt schon 15 Jahre alt”, stellt er fest. Auf der Messe entdeckte er dann auch die STEPCRAFT CNC-Systeme. „Ich habe die Maschine gesehen und nur gesagt: ‘Das ist sie!’”, erinnert sich der Hobbyist. Da auch die Preise sehr interessant für ihn waren, entschied er sich für die STEPCRAFT D.420, dem damals größten System des Unternehmens, denn er wollte nicht nur die Platinen fräsen, sondern auch in der Lage sein, Kunststoffteile für die Gehäuse und Holz zu bearbeiten.
Der Aufbau erfolgte dann zusammen mit einem befreundeten Industriemechaniker. „Das ist keine Akkordarbeit. Man sollte im Idealfall auch Spaß am Zusammenbau und ein bisschen Gefühl für Mechanik haben”, erklärt Torsten Schoofs. Seine neue Vorgehensweise bei der Platinenfertigung hatte mit dem vorherigen Ätzverfahren nun lediglich noch das Zeichnen im Layoutprogramm gemein. Denn ab jetzt folgte hierauf das Exportieren der Datei im PLT-Format und das Einlesen dieser in die Maschinensteuerungssoftware WinPC-NC. Noch schnell den Rohling mit doppelseitigem Klebeband auf eine kleine MDF-Platte aufgebracht, die dann wiederum auf dem Maschinentisch fixiert wird und schon kann der Vorgang gestartet werden. Hierbei erfolgt zunächst das Fräsen der Leiterbahnen, dem sich das Bohren der Löcher anschließt, ehe die Platine aus dem Rohling ausgeschnitten wird. „Ich bin mit den Vorschüben auch nicht zimperlich und die STEPCRAFT bohrt ein Loch nach dem anderen. Das ist der Wahnsinn”, stellt der Elektroniker begeistert fest und erklärt weiter: „Das Faszinierendste ist, dass die Platine komplett fertig aus der Maschine kommt. Nur eben säubern und ein bisschen Lötlack aufsprühen – fertig!” Auch sind nun Sonderformen, wie z. B. eine Grifflasche oder halbrunde Form möglich. Vom Zeichnen bis zum fertigen Endstück dauert der komplette Vorgang somit, bei einer einzelnen Platine, nun circa drei Stunden. „Die Nächste ist aber dann in 10 Minuten fertig”, erklärt Torsten Schoofs. Ebendiese Reproduzierbarkeit ist ihm besonders wichtig: „Man kann eine Platine bauen und wenn man sieht, dass irgendetwas noch nicht in Ordnung ist oder nicht passt, kann man sie mal eben umzeichnen und nochmal über die Fräse schicken. Wenn ich dann wieder ätzen müsste oder eine Platine anfertigen lassen würde, kostet das richtig Zeit und Geld.” Um Schaltungen zu testen und zu schauen, welche Bauteile benötigt werden und wie sie in dieser funktionieren, erstellt er diese Schaltungen zunächst auf einem Breadboard. Hierauf werden normalerweise die Bauteile direkt montiert, da dies jedoch eine knifflige Angelegenheit darstellen kann, bei der sich die Beinchen der Bauteile schnell verbiegen, fertigte der Hobbyelektroniker hierfür Adapterplatinen an. Diese versieht er dann noch mit Informationen zu den verschiedenen Anschlüssen. Dies erleichtert ihm nicht nur die Arbeit, sondern hat für Torsten Schoofs auch noch einen weiteren großen Vorteil: „Ich kann Kindern die Elektronik leichter begreifbar machen, weil sie damit besser hantieren können.”
Projekte wie diese überzeugten den gelernten Industrieelektroniker so sehr, dass er sich schon ein Jahr später, auf der Intermodellbau-Messe 2014, für seine zweite STEPCRAFT-Maschine entschied. Die STEPCRAFT D.300 bezeichnet er als seine „Schreibtischmaschine”, die in seinem Büro ihren festen Platz hat und speziell für die Erstellung von Platinen eingesetzt wird. So auch für den Eigenbau seines Hausbus-Systems. „Ich möchte gerne die verschiedenen Funktionen in meinem Haus sehr flexibel steuern. Dazu zählen Licht, Jalousien, Lüftung und Einbruchserkennung. Damit man dies äußerst flexibel steuern kann, geht man da eigentlich nicht zu einer festen Verdrahtung, sondern zu einem programmierbaren Bussystem”, so Torsten Schoofs. Ein solches ist zwar käuflich zu erwerben, jedoch sehr kostspielig. Zudem reizte ihn der Eigenbau sehr, da er auf diese Weise nicht nur unabhängiger ist, auch kann der spätere Einbau des Systems Stück für Stück erfolgen. Der Hobbyist stellte zunächst einen Prototypen einer Platine her, den er so lange optimierte bis dieser gut in das schützende Kunststoffgehäuse hinein passte. Von den 80 Platinen, die er für sein Hausbus-System benötigt, hat er bereits knapp 30 erstellen können. „Der Mikrocontroller auf der Platine wird dabei so programmiert, dass er auf den Bus ein Signal sendet, zum Beispiel ‘Der Lichtschalter wurde gedrückt.’ Das alles geht zu einer Zentrale und diese weiß, dass wenn hinten ein Lichtschalter gedrückt wird, dann muss ich mit einer ganz anderen Platine zum Beispiel die Lampe einschalten. Die Zentrale schickt dann wiederum dorthin ein Signal. Der Vorteil besteht hier darin, dass die Zentrale frei programmierbar ist”, erklärt der Hobbyist. Auf diese Weise sind Anpassungen auch zu einem späteren Zeitpunkt noch möglich.
Nach sechsmonatiger Bauzeit, erfolgte nun eine vierwöchige Phase, in der Torsten Schoofs das Bussystem bei sich zu Hause auslegte und anhand von sechs Teilnehmern testete. Mit Bravur bestanden, soll der Einbau nun ab Dezember erfolgen. Bis dahin freut sich Torsten Schoofs schon auf den Einsatz seines neuen Werkzeugwechslers. Mit diesem wird er die verbliebenen 50 Platinen für sein Hausbus-System fertigen. „Da komme ich nach zehn Minuten wieder und die Platine ist fertig. Was will man mehr?”, schwärmt er und stellt somit resümierend fest: „Für STEPCRAFT würde ich mich auf jeden Fall wieder entscheiden.”