ServoMount V2 – Een oplossing voor een wisselaandrijving met servomotor

Voorafgaand

In deel 1 hebben we het gehad over de uitvoering van de servomotor oplossing en de werking. In dit deel gaan we in op de opbouw van de ServoMount V2. Het wordt een uitleg op hoofdlijnen, met de nodige foto’s gemaakt tijdens het opbouwen, maar geen uitgebreide werkinstructie.

Dit laatste zal, inclusief documentatie en brongegevens, op de site van het Ebkoz-Lab beschikbaar komen (https://www.ebkozlab.nl)

Na dit deel zal er nog een deel volgen over de installatie en het gebruik op de modelbaan.

Overzicht materiaal

De ServoMount V2 bestaat uit diverse onderdelen, welke hieronder in het kort worden voorgesteld. Alle onderdelen of het basismateriaal, zijn normaal in de handel verkrijgbaar, met uitzondering van de 3D geprinte delen. Deze zijn op het moment van het schrijven van het artikel nog niet verkrijgbaar, maar het plan is om de STL-bestanden spoedig beschikbaar te maken via de site.

Servomotor

De servomotor is, zoals in het eerste deel al gezegd, een standaard 9G servomotor, die op diverse modelspoorbeurzen wordt aangeboden. In de regel heeft deze een slag van 180 graden, hoewel exemplaren met een slag van 90 graden ook voldoet.

3D geprinte onderdelen

De basis van de ServoMount V2 bestaat uit een drietal onderdelen, een basisplaat en twee steunen voor de servomotor. Verder een adapter voor de micro-schakelaar en een tuimelaar en geleider voor de aandrijfstang. Het gebruikte materiaal is PLA, wat voor deze toepassing ruim voldoende is.

Wie wil zou ook ABS kunnen gebruiken, maar dit is niet noodzakelijk. De duur van het printen van de complete set is ongeveer 2 uur en het materiaalverbruik is ca. 6 gram.

Mechanische onderdelen

De mechanische onderdelen bestaan uit een stuk verenstaal ø 0,8 mm van ca. 80 mm lengte. Verder een stukje Evergreen ronde buis 232 van 46 mm lengte, voldoende voor inbouwdiepte van ca. 35 mm. Hier komen we tijdens de installatie in het volgende deel nog op terug.

Er wordt een veertje van 03x3x20 mm gebruik gemaakt, van RVS materiaal en Chinese makelij, aangeschaft via een internetwinkel. Tenslotte nog twee cilinderkopschroefjes M2x8 met sluitringetjes.

Elektrische onderdelen

De elektrische onderdelen bestaan uit een micro-schakelaar, voorzien van een bedieningshendel. Dit is een vrij gangbaar type met omschakelcontact. De afmeting is ca. 13x6x7 mm en de bevestiging gebeurt met de twee M2 schroefjes. Voor het gebruiksvriendelijk aansluiten van de micro-schakelaar, wordt gebruik gemaakt van een 3-polige connector, steekmaat 5,08 mm en maximaal 1,5 mm2 aderdoorsnede.

Hiervoor is een stukje experimenteerprint nodig, met 2,54 mm rastermaat. Hier gebruiken we een type met koperbanen in de lengterichting om de 5,08 mm. We gebruiken een stukje van 3×5 gaten, iets ruim bemeten, wat nog nabewerkt zal worden.

Tenslotte is er nog een stukje soepel montagesnoer nodig van ca. 10 cm. Dit kan standaard modelbouw montagesnoer van 0,14 mm2 zijn, zoals in dit geval.

Samenstellen van de ServoMount V2

Basis opbouwen

Als eerste stellen we de basis samen. Deze bestaat uit de basisplaat en de twee steunen voor de servomotor. De steunen worden in de basisplaat geklikt en hoeven verder niet verlijmd te worden.

Connector monteren

Voordat we de connector kunnen monteren, moeten we eerst stukje printplaat bewerken, zodat deze in de opening aan de keerzijde van de basisplaat past. Het bewerken is eenvoudig te doen met een stukje schuurpapier op een vlakke ondergrond. Wanneer rondom de half afgebroken gaten net zijn weg geschuurd, zou het plaatje netje moeten passen, met de gaten op de juiste plaats.

Daarna gaan we de connector monteren. Deze komt aan zelfde zijde van de basisplaat als de steunen en wordt de drie buitenste rij gaten van de zes gaten linksonder op de basisplaat. Aansluitend wordt de connector definitief aan de printplaat gesoldeerd.

Servomotor monteren

Als volgende gaan we de servomotor monteren. Dit doen we met de twee bij het setje geleverde schroefjes. De geprinte gaten in de steunen zouden groot genoeg moeten zijn, om deze zelftappende schroeven zonder al te grote kracht aan te draaien. Zo nodig moeten de gaatjes iets opgeboord worden.

Micro-schakelaar monteren

Hierna gaan we de microschakelaar op de adapter monteren, dat doen we met de twee M2 schroefjes. Vergeet niet de twee sluitringetjes. Voor voldoende bewegingsvrijheid en een goede montage van de aansluitdraden, is het noodzakelijk de contacten van de micro-schakelaar 90 graden om te buigen.

Aansluitdraden solderen

Vervolgens worden de aansluitdraden van de micro-schakelaar er aan gesoldeerd. Merk op dat de draden verschillende lengtes hebben. Dit wordt in de handleiding verder uitgelegd.

Aangesloten micro-schakelaar

Daarna wordt de bedrade micro-schakelaar verbonden met de connector. Steek daartoe de aansluitdraden in de respectievelijke gaatjes van de print en soldeer deze vast.

Micro-schakelaar adapter bevestigen

Tenslotte gaan we de adapter met de micro-schakelaar op de servomotor bevestigen. We zorgen er eerst voor, dat de stelarm bij een middenstand van de servomotor, loodrecht verticaal omhoog wijst. Daarna plaatsen we de adapter over het rondsel van het motorhuis.

Vervolgens monteren we de stelarm met het bij het setje geleverde schroefje. De overig stelarmen gebruiken we verder niet. Rest nog het monteren van het veertje, aan de daarvoor bestemde haken.

Voorbereiding gereed

Tot zover is de voorbereiding gereed, voor de montage van de aandrijving onder de modelbaan. De laatste onderdelen, zoals de buis en de steldraad, zullen we pas aan de aandrijving monteren tijdens het installeren. Hier komen we in deel 3 nog uitgebreid op terug.

ServoMount V2 – Een oplossing voor een wisselaandrijving met servomotor

Introductie

Er zijn natuurlijk al vele oplossingen bedacht met servo’s, voor het aandrijven van een wissel op een modelbaan. Waarom dan toch weer een nieuw ontwerp? Dit ontwerp is niet mijn eerste uitvoering van een wisselaandrijving. Maar dat ontwerp, ook een 3D geprinte oplossing, was in de praktijk te bewerkelijk, had te veel onderdelen, te veel scharoeverbindingen en was mechanisch ook niet echt een goede oplossing.

Grootste probleem was echter het afstellen van de micro-schakelaars, welke zorgen voor de juiste polariteit van het hartstuk van het wissel. Dit was echt heel lastig en luisterde heel nauw. Dat was dus de uitdaging die ik mij bij een gereviseerde heb gesteld: reductie van het aantal onderdelen, eenvoudige montage en bovenal geen gedoe met het afstellen van een micro-schakelaar.

De micro-schakelaar

Nu heeft in de regel een wissel slechts één hartstuk, althans een normaal wissel met twee richtingen, rechtdoor en afbuigend. Dus het kwam mij voor dat ik slechts één enkele micro-schakelaar met omschakelkontakt nodig had, om de polariteit van het hartstuk te schakelen.

Dat op zich is mooi, maar hoe krijg je het nu voor elkaar, dat een heen en weer draaiende arm van een servo op het juiste moment de micro-schakelaar bedient?

Nu heb ik bij het maken van de vorige versie van de aandrijving, altijd het standpunt aangenomen dat bij de neutrale of middenstand van de servo, de aandrijfstang voor het wissel loodrecht verticaal wijst. Hierbij dienen dan de wisseltongen eveneens halverwege de stelweg van het wissel te liggen. Deze referentie gebruik ik dan voor de montage het wissel en het boren van het doorvoergat (hierover later meer).

Verder kent een micro-schakelaar een ruststand en een bediende stand. Met de wisseltongen in de middenstand, is het niet van belang welke polariteit hartstuk heeft. Immers de wissel bevind zich dan quasi onderweg van de ene toestand, stel rechtdoor, naar de andere toestand, afbuigend.

Pas als het wissel helemaal is omgelopen, is het van belang dat het hartstuk de juiste polariteit heeft.

M.a.w., slechts bij het bereiken van één eindstand, dient de het hartstuk omgepoold te zijn. Het maakt verder niet uit of dat de afbuigende stand is of de rechtdoorgaande stand. Zolang de wisseltongen nog onderweg zijn naar dat ene, actieve eindpunt, doet de stand van de micro-schakelaar er niet toe. De we kunnen nu een micro-schakelaar zodanig positioneren, dat bij het bereiken van het actieve eindpunt deze omschakelt, door de aandrijfarm van de servo.

In principe hoeven we nu dus nog maar één micro-schakelaar af te stellen. Helaas is dat nog steeds niet makkelijk, zeker als de slag ook nog eens beperkt is. Kunnen we dit nu wellicht nog eenvoudiger maken en kunnen we het afstellen zelfs geheel achterwege laten?

Automatische positionering

Al bij de vorige versie van mijn aandrijving, had ik een methode bedacht om de micro-schakelaar zodanig te monteren, dat deze eenvoudig te stellen was met slechts een enkele schroef. Daarvoor had ik na vele avonden proberen een oplossing bedacht, in de vorm van een houder voor de micro-schakelaar, die gebruikt maakt van een draaibare haak.

Deze haak grijpt om de doorvoer van de servo-as, in het huis van de servo. Ik zal niet teveel in detail treden, maar het werkte zoals ik bedacht had. Deze methode heb ik als uitgangspunt gebruikt voor dit gereviseerde ontwerp. Echter met dien verstande, dat nu deze houder met wat aanpassingen verend is gemonteerd. In de ruststand van de aandrijving, met de wisseltongen halverwege de stelweg, licht de micro-schakelaar net aan op de aandrijfarm van de servo.

Gaat nu de aandrijfarm richting de aangenomen ruststand van het wissel, dan beweegt zich deze van de micro-schakelaar af. In dit geval blijft de micro-schakelaar niet bediend en wordt de polariteit van het hartstuk van het wissel niet gewijzigd.

Omdat de montagehouder van de micro-schakelaar zodanig is, dat hij niet verder om de asdoorvoer kan draaien tot halverwege de slag van de servo, blijft deze dus in deze stand gepositioneerd. De micro-schakelaar kan echter wel de andere richting opdraaien. De montagehouder wordt door een veertje tegen zijn aanslag halverwege gehouden, zodat deze goed gepositioneerd blijft, maar toch beweegbaar is. Het waarom van dat veertje volgt hieronder.

Wanneer we de servo de wissel laten omleggen naar de actieve kant, zal de aandrijfarm van de servo tegen de micro-schakelaar gaan drukken. Omdat deze en de montagehouder nog steeds door het veertje op zijn plaats wordt gehouden, zal de aandrijfarm van de servo nu de micro-schakelaar gaan bedienen. Dit gaat net zolang door, totdat de micro-schakelaar geheel is ingedrukt.

Normaal zou de aandrijfarm nu geblokkeerd worden, maar doordat de montagehouder en micro-schakelaar verend zijn verankerd, zal dit geheel nu door de aandrijfarm tegen de veerkracht in voort worden bewogen. Door deze tegenwerkende veerkracht blijft de micro-schakelaar nog steeds bediend.

Hierdoor zal nu het hartstuk worden omgepoold, zoals de bedoeling was in de actieve stand van het wissel.

Werking aandrijving

Voor de verduidelijking is hieronder een animatie geplaatst, die dit hele proces het omstellen van het wissel in beweging toont. Het toont de beweging van de aandrijving tijdens het omstellen van het wissel. De schematische weergave van het wissel ernaast, laat zien hoe het hartstuk wordt geschakeld.

Duidelijk is te zien dat de micro-schakelaar in de in dit geval afbuigende stand van het wissel niet wordt bediend, terwijl deze in de rechtdoorgaande stand wel wordt bediend. ook is goed te zien dat de stelarm kantelt om een in het midden geplaatst draaipunt. Daardoor is de draaihoek in tegenfase met de wisselstand.

Uitvoering

Tenslotte nog een tweetal plaatjes met het aanzicht van de aandrijving, vanaf de bovenzijde en vanaf de onderzijde. In een volgend deel zullen we meer ingaan op de bouw van de aandrijving. Voor de duidelijkheid is slechts de helft van de geleidebuis weergegeven.

Gezien vanaf de bovenzijde

Gezien vanaf de onderzijde