Tore mit Servos öffnen

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Heute habe ich mir mal vorgenommen, mindestens einmal im Monat einen Beitrag über die aktuellen Aktivitäten zu veröffentlichen – es sei denn es gäbe gar nichts interessantes zu berichten. Meine Bitte:

Ich würde gerne wissen, ob diese Beiträge für euch von Interesse sind – deshalb: Bitte nutzt das Kommentarfeld – jede Rückmeldung ist willkommen!

Nun aber zu meinem letzten größeren Projekt: Dem zeitversetzten Öffnen und Schliessen von Toren (wie bei Lokunterständen). Wir benötigen dazu:

• Servodecoder
• 1 Servo für ein zweiflügeliges Tor
• ca. 2mm dicke Kunststoffplatte
• Metalldraht ca. 1mm dick
• kleine Pfeilen und Bohrer

Falls ihr euch für das Ergebnis interessiert – so soll das Ganze nachher ausschauen:

Tore zeitversetzt mit Servos öffnen

Nachdem ich es endlich geschafft hatte meine Drehscheibe zu digitalisieren (siehe dazu meinen Bericht zum Drehscheibenumbau), wollte ich, das sich auch die Türen des Lokschuppens automatisch öffnen und schliessen.

Folgende Anforderungen hatte ich an die Öffnung der Türen

• Langsame und vorbildgerechte Bewegung
• Keine Ruckler in der Bewegung
• Asynchrones Öffnen und Schliessen – d.h. erst der rechte Flügel und danach der linke Flügel
• Öffnen und Schliessen über DCC Kommandos
• Integration in Traincontroller und die Drehscheibensteuerung
• Unsichtbarer Öffnungs- und Schliessungsmechanismus

Klar war mir, das zur Umsetzung der Anforderungen nur Servos zum Einsatz kommen können. Als Decoder kamen zwei noch vorhandene WA5 Decoder zum Einsatz – eigentlich sind diese aber für diesen Einsatz überdimensioniert, sodaß ich wohl langfristig auf einen selbstgebauten Servodecoder wechseln werde. Das ist aber ein anderes Projekt 🙂

Einbau

In Nächternhausen ist der – allseits bekannte – Ringlokschuppen der Firma Vollmer mit 3 Ständen im Einsatz. Dieser Lokschuppen hat von Haus aus eine Mechanik um die Tore bei Einfahrt einer Lok zu schliessen.

Leider ist diese Mechanik sehr vorsintflutlich: Die einfahrende Lok fährt am Ende des Gleises gegen eine Mechanik welche die Tore schliesst und schiebt die Tore auf beim Ausfahren auf.

Die vorhandene Mechanik wurde deshalb nicht verwendet – nur die Halterungen der Tore fanden Verwendung wie man auf dieser Übersicht sieht:

Ursprünglich wollte ich den Antrieb unter die Anlage legen – dann würden die Torflügel von unten angesteuert. Allerdings war dies bei mir nicht möglich da die Drehscheibe auf einem herausnehmbaren Anlagenteil liegt der genau an diesen Stellen seinen Drehzapfen hat. Ein weiterer Nachteil des Antrieb von unten ist die Tatsache, das man genau am Drehpunkt der Tore eine Bohrung in die Tore selbst setzen muss – nicht gerade einfach.

Deshalb werden die Tore von oben liegenden Stahldrähten bewegt. Damit sich dieser nicht seitlich wegbewegt wurde Stahldraht mit einem Durchmesser von 1 mm² für die Bewegung vom Servo aus verwendet.

Die Asynchronität, also das versetzte Öffnen der Tore, wird dadurch erreicht, das eine Kunststoffplatte ausgeschnitten wurde (oben in schwarz sichtbar). Diese wurde mit seitlichen Führungen versehen. Die Führungsnut ist dabei nur 0.5mm größer als die Dicke der Platte. Die Servos selbst haben nur eine Stellstange mit der die Platte nach vorne und hinten bewegt wird. Die Tore selbst werden durch eigene Stelldrähte (0,5 mm²) geöffnet.

Wesentlich ist jetzt, das in die Platte eine Nut eingefräst wird (tatsächlich habe ich hier nur 2 Löcher am Anfang und Ende der Nut gebohrt und dazwischen mit dem Cutter die Nut ausgeschnitten). Wenn nun der Servo das Tor öffnet, so wird zunächst nur einer der Stelldrähte bewegt – danach erst der andere Stelldraht.

Die Länge der Nut ist vom Anwendungsfall abhängig (siehe dazu auch das nächste Kapitel). Damit der Stelldraht nicht nach unten durch fällt wurde er mittels dem Inneren eines 2,6mm Bananensteckers fixiert.

Genauer sieht man das Verfahren, wenn man sich einen Ausschnitt des obigen Bildes anschaut:

• A zeigt die gefräste Nut. In dieser Nut verläuft ein fester Stelldraht, der direkt zum oberen Torflügel führt. Ist das Tor geschlossen, so wird sich dieser Torflügel nicht bewegen, wenn der über C direkt am Servo befestigte Stelldraht nach vorne (rechts) bewegt, da er in der Nut sich nur weiter nach hinten bewegt.
• Die Länge der Nut hängt mit vom verwendeten Servo ab. Bei einem 180 Grad Servo ist die Nut länger – bei einem 90 Grad Servo kürzer. Hier hilft nur Ausprobieren: Wenn der Servo den Stelldraht C bis zum Maximum des Servoausschlags bewegt hat, dann sollte auch das obere Tor geöffnet sein. Das lässt sich über das quer geklebte Kunststoffstück B erreichen (bei mir war nämlich die Nut dann doch etwas zu lang geworden).
• Der untere Torflügel wird bei geschlossenem Tor und Bewegung des Tors sofort bewegt. Dies wird über einen Stelldraht erreicht, der in einem Kreis – siehe D – gebogen ist. Der Stelldraht selbst ist bei E fest fixiert. Wenn aber jetzt der Torflügel geöffnet ist, wird sich auch der obere Torflügel bewegen, da sein Stelldraht in der Nut jetzt am Anschlag B angekommen ist. Der untere Stelldraht muss jetzt die zusätzlichen Stellkräfte aufnehmen, indem sich der Kreis vergrößert, ohne dass dabei der untere Torflügel (der ja auch einen Anschlag hat) sich weiter bewegt.

Servos für > 90 Grad

Wer sich das obige Video anschaut wird sehen, das sich die Tore nicht vollständig asynchron bewegen. Der 2. Flügel öffnet sich schon wenn der 1. Flügel seine Bewegung noch nicht vollständig beendet hat. Der Grund dafür liegt im Bewegungsradius der Servos. Servos bewegen sich normalerweise um +/- 90°. Billigservos schaffen aber meist nur +/- 80°aufgrund des frühen Totpunkts.

Hinzu kommt, das ich die Tore um mehr als 90 Grad öffne um garantiert außerhalb des Lichtraumprofils zu sein wenn die Lok aus dem Schuppen kommt (und natürlich sieht ein geöffneter Torflügel der nicht genau senkrecht von der Wand absteht auch realistischer aus).

Der maximale Stellweg der Stellstange vom Servo wird bei 180 Grad erreicht. Wer also garantiert asynchrone Bewegung mit nur einem einzigen Servo erreichen will, dem sei empfohlen einen teureren Server zu verwenden der auch wirklich eine 180 Grad Bewegung durchführt!

Vorbildtreue

In Nächternhausen ist der Ringlokschuppen nur sehr schwer von außen einsehbar. Wer den Schuppen so baut, das auch von Außen der Dachbereich zu sehen ist, dem sei empfohlen die Ansteuerung der Tore von unten vorzunehmen. Das grundsätzliche Verfahren ist das gleiche, allerdings muss der Stelldraht hierzu einen Durchmesser aufweisen der entsprechend kleiner ist als die Dicke des Tors. Und der Draht muss von unten dann genau auf Höhe des Widerlagers geführt werden

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