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bewegliche Güterwagentüren
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sliding boxcar doors
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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.
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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.
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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. |
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The
mechanical concept was checked with a servo tester.
This picture show the original unpainted payload in the
car. |
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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. |
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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. |
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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 |
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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. |
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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.
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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.
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Schiebetüre mit Stelldraht /
sliding door with
actuator wire |
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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.
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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.
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eingebauter Decoder / installed decoder |
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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.
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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.
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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YouTube Video |
CV Programmierung
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CV settings
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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)
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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
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Variante mit Längsregler 7805
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Variant with voltage regulator 7805
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Ein weiterer Wagen wurde mit einer externen Spannungsversorgung auf Basis
des Längsreglers 7805 und mit einem Linearservo Type Nano umgerüstet. |
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Another car was refurbished using a linear servo with a
7805 voltage regulator. |
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Linearservo mit 7805 Regler / linear servo with
7805 voltage regulator |
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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.
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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.
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Schaltung 7805 Regler / circuit 7805 voltage
regulator |
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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.
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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.
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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. |
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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. |
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LED Streifen / LED board |
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Für Vorführungen eignet sich der Gm weit besser da die Türführung am
Wagenmontiert ist |
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The Gm is much better for demos as the door gauges are
mounted in the case of the car.
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Schleifer / pickups |
Schleifer / pickups |
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Gm offen / opened Gm |
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Gm offen / opened Gm |
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Gm offen / opened Gm |
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