Güterwagen Türe

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Piko 1216

Piko Herkules

Ampel Demo

Decoder IDs

MX9AZN / ALA

2016 Herkules

BR218

 

MX32 SW

Re 4/4

V100

1020 / E94

Roco 1042

4030 PluX

Roco Tauschplatinen

Besucher / Visitors:

Seit / Since 2000-12-01

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bewegliche Güterwagentüren 

 

sliding boxcar doors

Zur Demonstration der Möglichkeiten von Servoantrieben wurde dieser Güterwagen mit beweglichen Türen ausgebaut. Das Grundmodell ist ein Fleischmann Güterwagen. Ein wesentliches Umbauziel war: einfache Umrüstung die es auch weniger geübten Modellbahnern erlaubt diesem Vorschlag zu folgen. Keine komplizierten mechanischen Umbauten, kein fräsen und vor allem möglichst geringe (hier gar keine) Elektronikinstallationsarbeiten.

Der verwendete Servo ist ein Industriestandard Typ der von Austromodell importiert und über mehrere Händler auch AMW angeboten wird.

 

To demo possible applications of servo motors a boxcar was updated with sliding doors. The base model is from Fleischmann. A mayor project goal was that mechanical and electrical components should be as simple as possible to allow easy copying of this idea for every model railroader.

The servo which is used here is a industry standard type which is imported by Austromodell. The servos are sold via several dealers including AMW.

Güterwagen mit offenen Türen / box car with open doors

Zunächst wurde die Konstruktion mit einem Servotester kontrolliert. Hier sieht man die noch unbehandelten Holzkosten als Ladegut im Wagen.   The mechanical concept was checked with a servo tester. This picture show the original unpainted payload in the car.

Servotest / servo test
Bild: © Michael Maryschka

Das folgende Bild zeigt das Umbaukonzept dieses Projekts. Die bereits beweglichen Schiebetüren werden über Stahldrähte zu zwei einzeln steuerbare Servomotore geführt. Diese führen die Schiebebewegung durch.   The following picture shows the reconstruction concept. The already moving doors get powered via 2 steel wires connected to a servo motor. They power the sliding doors.

Umbaukonzept / reconstruction plan

Die Türen werden durch eine kleine Nase unten die in den Wagenboden eingreift unten und vor allem oben durch eine Schiene am Dach geführt. Diese Schiene kann man im ersten Foto auf der Seite gut erkennen. Ohne der Führung fallen die Türen unvermeidlich von oben her heraus. Eine Bewegung ist nur mit aufgesetzten Dach möglich. Daher schaut das obige Bild leider etwas sonderbar aus durch die ausgekippten Türen.S   The doors are guided via a small nose in the floor of the car. More important there is a slider guide connected to the silver roof. Without the roof the doors fall out. So the picture above might look a bit ugly bit there is no way to keep the doors in place without the roof installed.

Der Stahldraht führt zunächst weg von der Türe ins Wageninnere. Durch diesen Winkel erreicht man eine Federmöglichkeit die allfällig zu große Stellbewegungen des Antriebs aufnehmen kann ohne daß das Modell durch die großen Kräfte der Servos gesprengt wird. Der verwendete Kleinservo Micro entwickelt am Auslegerarm immerhin 7N Kraft!!!

Am Ende des Stelldrahts befindet sich ein Doppelwinkel. Hier greift der Servoarm ein. Die Doppelform verhindert ein Herausfallen des Servodrahtes erlaubt aber eine freie Bewegung. Durch die relativ großen Längen wird die Drehbewegung des Servoarms ohne Probleme in eine Linearbewegung umgesetzt. Der Draht und die L-Form nehmen die unterschiede locker auf.

Der Stahldraht wurde mit normalem Superkleber an der Innenseite der Türe montiert. Die Montage erfolgte etwas nach innen versetzt um ein völliges schließen und leichtes Überlappen sicherzustellen. Weiters vermeidet man ein Überquellen des Klebers auf die außen sichtbare Seite.

 

The steel wire leads from the door inwards. The angle connects to the servo motor. This combination allows pickup of excess force to avoid damage of the model if the servo positions incorrectly. The installed small servo type Micro generates up to 7N!!!

At the end of the steel wire there is a double angle. The servo arm is connected here. The form of the double angle secures the wire in the arm and allows free friction free movement. The long length of the wire and the angle at the door convert the rotating movement of the arm in a linear one of the sliding door.

The steel wire was mounted with some superglue. The position is not at the door edge. The door can slide over the border of the entrance. Additionally any excess glue does not get around the edge to the visible outside of the door.

Schiebetüre mit Stelldraht / sliding door with actuator wire

Der Elektrische Teil beschränkt sich ausschließlich auf einen DCC Decoder der Servos ansteuern kann und einen Schaltregler für die 5V Stromversorgung der Servos zur Verfügung stellt. Hier kommt ein MX632W von ZIMO zum Einsatz. Zur Versorgung der Servos können die 5V die viele Decoder zur Versorgung des Prozessors erzeugen nicht herangezogen werden. Insbesondere die Anfahrströme der Servos die bis zu 1A betragen würden die einfachen Längsregler überlasten. Der MX632W hat einen kräftigen Schaltregler an Bord und schafft die Versorgung der Servos spielend. In H0 ist für den relativ großen Decoder auch genügend Platz.

Ohne so einer Stromversorgung durch den Decoder müsste die Versorgung über einen Gleichrichter und einen 5V Regler selbst aufgebaut werden.

Das nachfolgende Bild zeigt die Decodermontage. Die Kabel wurden schwarz angemalt um sie im Fahrzeug zu verstecken. Rechts neben dem Servo sieht man einen blauen Pufferkondensator. Der wird beim MX632W mitgeliefert und ermöglicht eine Stabilere Stromversorgung.

 

The electrical part is restricted to a DCC decoder which offers servo signals and provides the required 5V power to the servos. Here I use a MX632W from ZIMO. It is important to remember that the 5V processor power supply is not enough for servos. Some Servos drain up to 1A current when they start moving. That current would overload the simple regulator. The MX632W has a switching regulator on board and easily powers the servo. For a H0 project the decoder fits into a small box car without problems.

If the decoder cant provide the power a rectifier and 5V regulator needs to be installed by the model railroader.

The picture underneath shows the mounded decoder. The cables got painted black to camouflage them in the car. Right to the servo three is a buffer capacitor which is included with the MX632W. It stabilized power especially important for a simple 2 axle box car.

eingebauter Decoder / installed decoder

Der MX632W liefert an den TB Clock und TC Date Anschlüssen der MTC Schnittstelle die Standardmäßig mit SUSI Signalen versorgt wird durch umprogrammieren von CV181/182 Servosignale.

 

The MX632W offers servo signals on TX Clock and TB Data of the MTC interface, default configuration is SUSI Signals. Setting CV182/182 converts these pins to servo mode.

Decoder Anschlüsse / decoder connections

Auf der Seite mit den 4 großen Dioden sind die Lötpads der MTC Schnittstelle. In der Mitte befinden sich die beiden Servoausgänge. Rechts oben ist das MassePad und ganz unten bereits mit einem violetten Draht ausgerüstet der Anschluss für die 5V Servoversorgung. Die einzige Herausforderung in diesem Projekt ist das Öffnen des Schumpfschlauchs am Decoder und das Montieren der ergänzenden Drähte.   On the side with the 4 big diodes there are several soldering pads from the MTC interface. Right in the middle there are the two servo pads. On the upper right corner there is GND. The right lower pad is already supplied with a violet wire for 5V. The main difficulty of that project are opening the shrink wrap tube and mounting the wires.

eingebauter Decoder / installed decoder

Das Wageninnere wird mit einer gelben LED beleuchtet. Diese wird mit einer Flackerfunktion betrieben um eine schlechte Öllampe zu simulieren - könnt' ja so sein :-) Ja ich weiß heutzutage ist das eher unüblich aber es sieht nett aus.   The inside of the car got a yellow LED for some light. The LED is driven via a flicker function so simulate a oil lamp - it could be - yes I know in our days that is quite uncommon but looks quite nice.

Stromabnehmer / pickups

Die Schleifer verursachen korrekt eingestellt wenig Reibung. Größere Probleme bereiteten die brünierten Räder. Die mussten mit einem Gleisradierer erst gesäubert werden, damit der Kontakt zur Schiene gut war.   The pickups cause little friction when they are correctly adjusted. The black-finished wheels required some cleaning to allow proper power pickup.
Die ersten Bewegungsstudien wurden mit einem Servotester durchgeführt. Das Erlaubt mit mäßigem Risiko die Freiwege zu kontrollieren und die ersten Bewegungen der Türen zu kontrollieren.   The preliminary movement studies where made using a Servotester. This has limited risk and offers slow speed to heck all required paths are free for movement.
Zur Versorgung der Sache werden Stromabnehmer benötigt. Diese wurden aus 0.1mm Messingblech gebogen und unter dem Wagen angeklebt. Das obige Bild zeigt die Schleifer diese und die Zuleitungen zur Tarnung bemalt wurden.   To power the car pickups are required. The picture above shows 2 brass plate pickups glued to the bottom of the car. They got later painted to camouflage them.

YouTube Video

CV Programmierung 
 
CV settings

Die DCC Seite am Projekt ist äußerst simpel. Der Decoder MX632W schaltet von SUSI Mode an den TTL Daten-Ausgängen auf Servobetrieb um sobald in CV182 oder CV182 ein Wert ungleich 0 eingetragen wird. Die Beiden Türbewegungen wurden auf F2 und F3 gelegt daher CV181=2 und CV182=3.

Die Servos werden weitestgehend in ihrer Bewegung ausgesteuert. Die verwendeten Typen haben 180° Bewegungsweg. Nach dem Testen mit dem Servotester waren keine Gefährdungen durch den Servo anzunehmen. Die Antriebe wurden in eine Endlage gebracht und dann der Servoarm montiert. Über CV161 und CV164 für Servo1 können die Positionen eingestellt werden. Ich habe CV161=35 und CV164=230 gesetzt. Das ist ein klein wenig mehr als die Türen benötigen. So werden die Türen in die Endlagen gepresst. Der Winkel im Stelldraht nimmt den Weg auf und verhindert eine Beschädigung. Diese Maßnahme sorgt für das sichere Anfahren der Endlagen auch im Fall daß Wärme oder andere Dinge die Positionen leicht verstellen. Für den 2. Servo sind die CVs 166 und 168 mit ähnlichen Werten zuständig.

Schließlich stellt man die Geschwindigkeit der Bewegung über CV165/169=20 auf den gewünschten wert ein. Es wird die verstrichene Zeit in 0.1 Sekunden Schritten von einer Endlage zur anderen eingestellt, hier eben 2 Sekunden.

  • CV181 = 2 1. Servo auf F2
  • CV182 = 3 2. Servo auf F3
  • CV161 = 0 Servos werden nur bei Bewegung angesteuert, das vermeidet Zittern und Lärm im Ruhezustand
  • CV162=35 Endlage
  • CV164=230 Endlage
  • CV165 = 20 Geschwindigkeit
  • CV166=35 Endlage
  • CV168= 230 Endlage
  • CV169 = 20 Geschwindigkeit
  • CV127 = 8 Flackern auf Funktionsausgang 1 (Öllampenlicht)
 

The DCC decoder programming is quite simple in this project. The MX632W decoder switches from SUSI mode on the data pads to servo mode as soon as CV182/182 is non zero. The door movement is programmed to F2 and F3 so CV181=2 and CV182=3.

The full servo motion is used in this project. The servo motors used here offer 180° angle. After verification with the servo tester it was clear that there is no risk through the servos for the model. Remember the force generated by the servos is about 7N that would definitely damage the model if it hits any borders.. Via CV161 and CV164 the end positions for servo 1 can be defined individually. I used CV161=35 and CV164=230. Fore Servo 2 the corresponding CVs are CV166/168. The position is a bit more than required. The excess way is eaten up by the wire and the angle form. This secures solid shut and open position even if temperature or anything else would reposition the servo.

Finally the speed of the movement is controlled via CV166/168. I set the values to 20 which means 2 seconds. The speed steps are set in 0.1 second increments.

  • CV181 = 2 1st servo on F2
  • CV182 = 3 2nd servo on F3
  • CV161 = 0 servos only get signal on movement. this avoids jitter movement at end positions avoids noise and saves power
  • CV162=35 end position
  • CV164=230 end position
  • CV165 = 20 speed
  • CV166=35 end position
  • CV168= 230 end position
  • CV169 = 20 speed
  • CV127 = 8 random flicker for oil lamp simulation on F1

 

bar
Variante mit Längsregler 7805 
 
Variant with voltage regulator 7805
Ein weiterer Wagen wurde mit einer externen Spannungsversorgung auf Basis des Längsreglers 7805 und mit einem Linearservo Type Nano umgerüstet.   Another car was refurbished using a linear servo with a 7805 voltage regulator.

Linearservo mit 7805 Regler / linear servo with 7805 voltage regulator

Für diesen Fall wurde ein MX620 als Ansteuerdecoder verwendet. Dieser kleine N Decoder hat auch 2 Servoausgänge an den SUSI Pads so wie der MX632W. Der Decoder kann aber keine 5V erzeugen. Dazu wird ein 7805 Längsregler eingesetzt. Der TO220 Typ kann bis zu 1,5A liefern, das ist mehr als benötigt wird. Die große Bauform wurde gewählt um genügend Wärmeabfuhr zumindest für einige Bewegungen zu erreichen. Bei etwa 200mA und 10-15V die der Regler abbauen muß entstehen doch bis zu 3W Abwärme. Das Abwärmeproblem besteht bei einem Schaltregler wie er am MX632W bestückt ist natürlich nicht.

Der Decoder und der Längsregler sin übereinander montiert. Die mechanische Fixierung erfolgt in diesem Fall mit einer kleinen Kugel UHU Patafix. Das Material isoliert, klebt einigermaßen, mehr als ausreichend für die beiden kleinen Bauteile, und es erlaubt ein einfaches späteres Lösen der Montage.

 

This project uses a MX620 to power the servos. This small N scale decoder offers also 2 servo output connections, like the previously used MX632W. The MX620 has so powerful 5V supply. To power the Servos a 7805 is used to generate the required 5V. The TO220 type regulator offers up to 1.5A current. This is not required here but the larger case offers some heat sink capabilities. It is enough to move a servo several times. At 200mA Servo current and 10-15V voltage which needs to be regulated there are 3W heat. This is the advantage of a switching regulator: no heat at all!

The decoder and the regulator are mounted as a stack. they are fixed with UHU Patafix. The material insulated and offers some glue capability. If required it is easy to tear the parts apart.

Schaltung 7805 Regler / circuit 7805 voltage regulator

Während einer Vorführung stellte sich heraus, daß durch eine zu kleine Pufferung Störungen vom Gleis den Servo verwirren können. Im konkreten Fall war das die RailCom Lücke. Diese dauert in etwa 500µs und liegt somit in einer ähnlichen Größenordnung wie der PWM Puls der Servoansteuerung der 1-2ms lange ist. Bei eingeschalteter RailCom Lücke liefen die Servos amok. Daher ist ein größerer Pufferkondensator unbedingt nötig.

Die obige Grafik zeigt schematisch die nötige Schaltung. Der 100nF Kondensator am Ausgang sollte möglichst nahe dem Regler montiert werden und ein schneller Keramiktyp sein. Der Kondensator verhindert ein Schwingen des Reglers. Die 78xx Serie neigt sehr zum Schwingen, die Ausgangsspannung ist dann völlig unbestimmt.

 

During a demonstration I found out that the servos go crazy. After a short research I found out RailCom cutout was the source. The cutout takes about 500µs which is right in the range of the 1-2ms PWM pulse for servo signaling. This cutout drive the servos crazy. So it is important to buffer the decoder with at least 100µF.

The graphic above shows the required circuit. The 100nF capacitor at the output side is required to suppress unwanted oscillation. The 78xx series of regulators easily tend to oscillate. Output voltage is completely undefined in that condition.

Zur Beleuchtung es Wagens wurde ein Rest einer Digital LED Platine verwendet. Die vorhandenen Gruppen mittels einem Kupferlackdraht verbunden. Der Streifen hat gelbe und weiße LEDs die über einen 1K Widerstand an den Decoder angeschlossen wurden.   I used the rest of a Digital LED board to build the car light. The existing groups got bridged with some wire. The LEDs are connected to the Decoder with a 1k current limitating resistor.

LED Streifen / LED board

Für Vorführungen eignet sich der Gm weit besser da die Türführung am Wagenmontiert ist  

The Gm is much better for demos as the door gauges are mounted in the case of the car.

Schleifer / pickups

Schleifer / pickups

Gm offen / opened Gm

Gm offen / opened Gm

Gm offen / opened Gm

     

 

 

 

ATW
© 2000ff - Arnold Hübsch