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Inhaltsverzeichnis
Einleitung
30. Mai 2018
Als ich Jürgen B. im Dezember 2012 kennenlernte, arbeitete ich bereits seit einiger Zeit an der Motorsteuerung eines Plattenspielers. Zu dieser Zeit benutzte ich ein DIY-Laufwerk mit Scheu Komponenten und einem ebm-papst Motor. Den Scheu Teller hatte ich so modifiziert, dass ich die Drehzahl messen konnte. Alles lief zufriedenstellend und der nächste logische Schritt, die Entwicklung eines eigenen Laufwerks, sollte eigentlich folgen. Einen eigenen Ansatz hatte ich zu dem Zeitpunkt schon, aber mir fehlte das nötige professionelle Wissen, um das Projekt entsprechend meinen Ansprüchen umzusetzen. Mit Jürgen als Partner hatten wir dann aber alle erforderlichen theoretischen und praktischen Voraussetzungen.
Dass es dann allerdings fast fünf Jahre Entwicklungszeit brauchte und wir beide viel über ein vermeintlich simples Thema lernen mussten, hatten wir so nicht erwartet!
Mit den folgenden Randbedingungen sind wir in die Entwicklung für mein Laufwerk gestartet:
- Masselaufwerk mit einem Tellergewicht >25kg
- 42cm Tellerdurchmesser mit möglichst großer Masseträgheit
- vertikales Luftlager
- externe Motordose mit 3 Motoren
- Drehzahlmessung
- Montagemöglichkeit für mindestens zwei Tonarme
- On the Fly Höhenverstellung der Tonarmbasen ohne Arretierung
Der große Tellerdurchmesser beschränkt natürlich die Auswahl an verwendbaren Tonarmen, sodass nur noch 12″-Typen eingesetzt werden können. Das mag für viele ein Nachteil sein, für mich ist es jedoch die logische Konsequenz meiner Vorliebe für lange Tonarme.
Wer sich fragt, warum ich einen Durchmesser von 42cm gewählt habe, ist entweder nicht in meinem Alter oder hat kein Elektrotechnik-, Maschinenbau- oder Informatikstudium absolviert. 42 ist die Antwort auf die Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest. Näheres dazu findet sich unter anderem hier.
Am 16. August 2017 hat das Laufwerk meine alte DIY Scheu Konstruktion endgültig ersetzt.
Das Laufwerk
22. Februar 2026
Der Aufbau des Laufwerks besteht aus einer Reihe von Materialien, die wir durch Versuche ausgewählt haben. Dazu gehören C45-Stahl, Multiplex-Holz, Schiefer, Aluminium, Grauguss und verschiedene Kunststoffe. Die Teile werden mittels verschiedener Verfahren wie Wasserstrahlschneiden, CNC-Fräsen und 3D-Lasersintern hergestellt. Vor allem aber steckt jede Menge Handarbeit in dem Laufwerk, die Jürgen perfekt ausgeführt hat. Die Oberflächen der Werkstoffe wurden nicht verändert, das heißt, es wurde weder eloxiert noch verchromt, um die spezifischen Eigenschaften der Werkstoffe nicht zu beeinflussen und somit ihre Funktion zu gewährleisten. Wo Oberflächen geschützt werden mussten, kam ein spezielles Wachs zum Einsatz.
Die horizontale Lagerung des Tellers erfolgt durch ein Präzisionslager mit Lebensdauerschmierung mittels Feststoffschmierelementen und einer besonders dicken, präzisionsgeschliffenen Welle. Für die vertikale Lagerung sind drei dem Tellergewicht angepasste Luftlager mit einem Lagerspalt von 5µm verantwortlich. Bei dieser Lagerung treten weder Lagerrumpeln noch der Slip-Stick Effekt auf.
Der Teller selbst wiegt annähernd 40kg und ist aus Aluminium gefertigt. An seiner Unterseite befinden sich Markierungen zur Messung der Drehzahl. Wie oben bereits erwähnt, beträgt sein Durchmesser 420mm. Der Großteil der Masse des Tellers ist am Außenrand angeordnet, um eine möglichst hohe Massenträgheit zu erreichen. Die Schallplatte kommt auf einer 10mm dicken, auswechselbaren Auflage zum Liegen. Somit kann an dieser Stelle mit unterschiedlichen Materialien experimentiert werden. Ich habe mich erst einmal für Vinyl (Polyvinylchlorid, PVC) entschieden. Der Mitteldorn wird auf den Teller aufgesetzt, ohne direkten Kontakt zum Lager zu haben.
Das Laufwerk ruht auf vier höhenverstellbaren Füßen. Jeder Fuß besteht aus zwei Teilen, die lediglich über eine Kugel miteinander verbunden sind. Somit steht das gesamte Laufwerk auf diesen Kugeln. In den unteren Teilen der Füße sind Dämpfungselemente verbaut.
Update Februar 2026
Seit der Auslieferung im Jahr 2017 „zieren“ zwei sehr unschöne Macken den oberen Rand des Aluminiumtellers. Sie wurden durch einen Autounfall verursacht, bei dem der ungesicherte, sehr schwere Teller bei einer Notbremsung durch den Innenraum flog. Man sollte sich der Masseträgheit eines solchen Bauteils bewusst sein und es niemals ungesichert transportieren!
Die Idee, die Oberseite des Alutellers abzufräsen und durch ein entsprechendes Teil aus Messing zu ersetzen, steht schon lange im Raum. Leider wurde dieser Plan in all den Jahren nie umgesetzt. Außerdem hat es mich immer gestört, dass der Mitteldorn, der an einer kleinen runden Edelstahlscheibe fixiert ist, nur lose in einer entsprechenden Vertiefung des Tellers auflag.
Seit Mitte 2024 kümmert sich mein Freund Guido um alle meine mechanischen Wünsche rund um das Laufwerk. Anfang September 2025 setzten wir uns zusammen und überlegten, wie sich die Macken unter Einbeziehung des obigen Plans beseitigen ließen. Dabei sollte auch der Mitteldorn fest eingebaut werden. Entstanden ist daraus ein schichtweiser Aufbau des Tellers:
- 80mm hoher Aluteller
- 5mm hohe POM-Scheibe
- 24mm hoher Messingteller
- 10mm hohe Plattenauflage aus POM
Die drei Teller aus Aluminium, POM und Messing werden durch ein Zentrierstück aus Edelstahl zueinander ausgerichtet. Das Zentrierstück schließt am oberen Ende mit dem Mitteldorn ab und steckt mit dem unteren Ende in einer entsprechenden Passung im Aluteller. Die Plattenauflage wird an den Messingteller angeschraubt und besitzt in der Mitte ein Loch mit dem Durchmesser des Mitteldorns. Dadurch wird das Zentrierstück zusätzlich von oben geklemmt, sodaß der Mitteldorn (endlich) fest an seiner Position sitzt.
Die Gesamtmasse des Tellers hat sich durch den Einsatz von Messing (spezifisches Gewicht: ca. 8,4g/cm³) deutlich erhöht und liegt nun bei 56kg, obwohl der Aluminiumteller (spezifisches Gewicht: ca. 2,7g/cm³) 20mm an Höhe verloren hat. Die drei Luftlager können das zusätzliche Gewicht problemlos tragen. Sicherheitshalber habe ich jedoch den Luftdruck ein wenig erhöht. Auch über die horizontale Lagerung mit ihrer dicken Welle muss man sich wegen des zusätzlichen Gewichtes keine Gedanken machen. Der Antrieb bewältigt die zusätzliche Masse ebenfalls mühelos.
Bis auf die beiden Macken hat mir das Laufwerk immer sehr gut gefallen. Der jetzige Teller jedoch mit seinen farblichen Schichten sieht einfach umwerfend aus! Auch klanglich hat das Laufwerk dazugewonnen, wenn es auch nur Nuancen sind.
Die Tonarmbasen
19. März 2022
Auf meinem Masselaufwerk werden die Tonarme auf Auslegern montiert, die seitlich in den Ecken des eigentlichen Laufwerks angebracht sind. Diese Anordnung ist auch bei vielen anderen Laufwerken zu sehen. Auf einem festen Aufbau ist ein Ausleger montiert, in den der Arm verschraubt wird. Letztendlich muss nur dieser Ausleger an den verwendeten Tonarm angepasst werden (Länge, Höhe und Tonarmbohrung). Der richtige Abstand des Tonarmdrehpunktes zum Mittelpunkt des Tellers wird durch Verdrehen des Auslegers eingestellt.
Mein bevorzugter Tonabnehmer reagiert sehr empfindlich auf die VTA-Einstellung. Dadurch werden klangliche Unterschiede zwischen normalen Schallplatten und solchen mit audiophilem Gewicht, also dickeren Platten, hörbar.
(VTA: Vertical Tracking Angle / vertikaler Spurwinkel – Eintauchwinkel der Nadel in die Rille, wenn das Tonabnehmersystem von der Seite betrachtet wird, mehr dazu hier)
Wie stellt man den Tonarm nun korrekt ein? Auf den Großteil der normalen Platten oder auf die der audiophilen, um diese optimal zu hören. Oder ist ein Kompromiss zwischen beiden die beste Lösung? Letztendlich hat man viel Geld in einen Tonarm und einen Tonabnehmer investiert und möchte natürlich auch die optimale Einstellung für jede Schallplatte haben!
Die Lösung ist eine fein einstellbare Höhenverstellung der Basis, die zudem on the fly funktionieren sollte, weshalb eine Arretierung vermieden werden muss. Genau eine solche Höhenverstellung ist auf meinem Laufwerk realisiert. Die Mechanik ist so konstruiert, dass die Einstellung mit dem Drehknopf spielfrei funktioniert (Anti-Backlash Getriebe) und sich die Höhe pro Umdrehung reproduzierbar ändert. Die Basis lässt sich um 8mm in der Höhe verstellen, was für jede Situation mehr als ausreichend ist.
Um die Höhe nun je nach Dicke der Schallplatte exakt zu positionieren, fehlt noch eine entsprechende Messeinrichtung.
Mithilfe eines Kreuzlasers richte ich den Arm exakt waagerecht aus. Ausgehend von dieser Grundposition kann ich mithilfe der Messuhr dann die VTA-Positionen bei unterschiedlich dicken Schallplatten reproduzieren. Zudem muss der Arm an der Basis für meinen Tonabnehmer noch ein wenig höher gestellt werden.
Das Druckluftsystem
11. September 2017
Ich habe den Restmagnetismus auf der Telleroberseite eines namhaften magnetisch gelagerten Laufwerks mit einem simplen Kompass gemessen. Dabei waren deutliche Ausschläge der Nadel zu sehen. Das war der Grund, warum ich mich vor Jahren entschlossen hatte, statt einer magnetischen Lagerung ein Luftlager einzusetzen. Ein zusätzliches magnetisches Feld in der Nähe meiner empfindlichen Tonabnehmer wollte ich definitiv nicht.
Wie bekannt, ist Druckluft eine sehr teure Energieform. Wenn man es so perfekt wie möglich bauen will, wird der Aufwand entsprechend groß. Das von mir verwendete System besteht aus einem Kompressor, einem Lufttrockner, einem 14 l großen Speicher mit integriertem Druckminderer sowie einem 0,2l großen Beruhigungsgefäß, das sich direkt im Laufwerk befindet. Nach diesem Gefäß wird die Druckluft über eine Ringleitung an die drei Luftlager verteilt.
Ich setze einen sehr leisen, aber leistungsstarken Kompressor aus dem Dentalbereich ein, den ich günstig bei eBay erworben habe. Der Lufttrockner ist von Jürgen sehr clever gelöst worden. Entsprechende Systeme lagen alle in einer Preisklasse über 1.500€. Die Lösung stammt aus der Automobilindustrie und wird normalerweise in LKWs eingesetzt. Sogar eine Regeneration der Trocknerpatrone ist integriert – wie gesagt, eine sehr clevere Lösung. Allerdings ist das Ganze nicht wohnraumtauglich und auch zu laut, um in einem Hörraum untergebracht zu werden. Ich habe die komplette Einheit aus Kompressor und Lufttrockner deshalb im Nebenraum stehen.
Die Motordose
17. Dezember 2020
Als ich die Konstruktion mit drei Motoren des Raven Black Night von TW Acustic aus Herne zum ersten Mal sah, wusste ich, dass ich das genauso an meinem Laufwerk haben wollte. Für mich ist diese Anordnung von drei Motoren einfach die richtige.
Auch wenn die Anordnung der Motoren der des Raven Black Night ähnelt, ist der Rest der Motordose doch komplexer ausgeführt. Der mittlere Motor lässt sich per Drehknopf verschieben, um die Vorspannung des Riemens zu optimieren. Dies ist wesentlich präziser als die einfache Verstellung der schweren Motordose.
Zudem lassen sich die drei Füße der Motordose in der Höhe verstellen. So kann die Dose nicht nur exakt horizontal ausgerichtet, sondern auch in der Höhe auf den Massenschwerpunkt des Tellers justiert werden.
Die Pulley sind präzisionsgedreht und verfügen in der Mitte über eine Spannzange, die zur Motorwelle hin zeigt. Dies garantiert, dass die Pulleys exakt mittig sitzen und rund laufen. Der Durchmesser der Pulley ist so gewählt, dass sich die Motoren bei 33,3 rpm im optimalen Arbeitsbereich befinden, d. h., sie arbeiten mit möglichst geringer Drehzahl bei maximalem Drehmoment (was die Laufgeräusche minimiert).
Vor ihrem Einsatz wurden die verwendeten Motoren demontiert und ihre originalen Lager durch Präzisionslager ersetzt. Dadurch wurde ihre Laufruhe wesentlich verbessert. Zudem ist jeder Motor innerhalb der Motordose einzeln bedämpft. Die Motordose selbst ist innen rundum mit Dämpfungsmaterial ausgekleidet. Durch diese Maßnahmen ist der Antrieb mit drei laufenden Motoren selbst aus geringer Entfernung kaum noch zu hören.
Eine absolut gelungene und beeindruckende Konstruktion von Jürgen!
Die beiden Leiterplatten verteilen die Signale. Die zahlreichen Kondensatoren stützen die Betriebsspannung direkt vor Ort. Zudem sind auf der Unterseite der Leiterplatten Treiberbausteine für die Steuersignale integriert (SMD-Bausteine). Die Motordose wird über ein 25-poliges Sub-D-Standardkabel mit der Motorelektronik verbunden. Die entsprechende Buchse befindet sich auf der Unterseite der Dose in einem kleinen Zusatzgehäuse, das mit dem 3D-Drucker hergestellt wurde.
Die Antriebselektronik
21. November 2022
Die Antriebselektronik basiert auf einem C8051F120 x51 Mikrocontroller von Silicon Labs, den ich mit dem maximalen internen Takt von 98MHz betreibe. Die Bedienung erfolgt über einen Drehwinkelgeber und ein OLED-Display (Organic Light Emitting Diode) mit zwei Zeilen und 20 Spalten. Die Software ist im Laufe der Jahre sehr gewachsen und wurde um zahlreiche Features rund um den Betrieb des Laufwerks erweitert.
Ich speichere unter anderem die Laufzeit von bis zu fünf Tonabnehmern. Diese Angabe ist nicht zu 100% exakt, aber auf jeden Fall wesentlich genauer als alle Schätzungen.
Die von uns verwendeten Motoren verfügen über eine integrierte Elektronik und benötigen zur Ansteuerung zwei Status-Signale sowie ein Rechtecksignal, dessen Frequenz die Drehzahl vorgibt. Diese Frequenz wird mithilfe eines DDS-Chips aus einer Quarz-Referenz erzeugt. Die Ausgangsfrequenz für die Drehzahl wird in dem Chip durch ein 28 Bit großes Register eingestellt, was einer extrem feinen Frequenzauflösung entspricht.
Unter dem Teller sind optische Markierungen angebracht, die mithilfe eines Reflexionsgebers abgetastet werden. Mithilfe des erzeugten Messsignals und einer 25MHz Referenzfrequenz wird die Drehzahl mit sehr hoher Auflösung in einem 32-Bit Zählerregister gemessen. Eine Regelung der Drehzahl hat sich bei einem Teller mit einer so hohen Massenträgheit jedoch als kontraproduktiv erwiesen, da die Drehzahl auch ohne Regelung extrem stabil ist. Die Soll-Drehzahl der Motoren wird von der Software aus den Geometriedaten des Laufwerks errechnet und kann vom Bediener geringfügig angepasst werden.
Bei meinen Experimenten mit den ebm-papst Motoren hat sich herausgestellt, dass sie eine wesentlich höhere Laufruhe haben, wenn sie aus einer Batterie versorgt werden. Da die nominale Betriebsspannung 24V beträgt, habe ich zwei 12V/3,3Ah Blei-Gel Batterien in Reihe geschaltet. Diese werden bei ausgeschalteter Laufwerkselektronik schonend geladen. Bei jedem Start der Motoren wird zuerst die Batteriespannung gemessen. Liegt diese unter einem vorgegebenen Wert, kann das Laufwerk nicht eingeschaltet werden. Dies verhindert ein Tiefentladen der Batterien. Allerdings ist das in all den Jahren noch nie vorgekommen, und ich benutze immer noch den ersten Satz Batterien.
Auf dem Foto oben ist die Innenansicht der Motorelektronik zu sehen. Neben dem eigentlichen Elektronikboard sind eine Leiterplatte mit Display und Drehwinkelgeber, die direkt hinter der Frontplatte verschraubt ist, sowie ein kleines Verteilerboard für die Motorsignale, das sich hinter der Rückwand befindet, zu sehen. Auch die beiden Batterien sind gut zu erkennen.
Die Elektronik verfügt über wenige Bedienungselemente. Mit dem Taster schaltet man sie ein und aus. Für die eigentliche Bedienung sind dann das Display mit zwei Zeilen und 20 Spalten sowie der Drehwinkelgeber verantwortlich.
Auf der Rückseite befindet sich links die 230V/AC Buchse mit Filter, Sicherungen und Schalter von Schurter. Rechts daneben liegt der Eingang für das Drehzahlsignal.
Die Buchse rechts davon, die mit „PickUp No.” bezeichnet ist, ist nur in Verbindung mit meinen Vorverstärkern sinnvoll. Der Vorverstärker übermittelt darüber die Nummer des aktuell selektierten Tonabnehmers. So muss ich der Motorelektronik nicht manuell mitteilen, für welchen Tonabnehmer die aktuelle Laufzeit ermittelt werden soll.
Die Motoren werden an den Sub-D Buchsen ganz rechts angeschlossen. Entweder kann man jeden Motor einzeln über die entsprechende 9-polige Sub-D Buchse verbinden oder, wie in meinem Fall, alle drei Motoren zusammen über die 25-polige Sub-D Buchse.