Persoonlijke instellingen

Kadee - DCC Electronische ontkoppelaar voor zelfbouw

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Dick Bronson - Vertaling door Dick Van der Knaap


In dit artikel behandelen wij de DCC gestuurde elektronische Kadee® ontkoppelaar, zoals deze ontwikkeld werd door Dick Bronson. Het is geen eenvoudige ontkoppelaar; sterker nog, het is een tamelijk ingewikkeld geheel. Echt iets voor de fijnproevers in modelspoorwegland.

Dick Bronson maakt gebruik van de standaard #5 (nummer vijf) koppelingen van Kadee®. De bouwbeschrijving: buig eerst de pin recht en buig hem in een rechte hoek in de richting van de kant waar de veer van de koppelklauw zit. Soldeer een stukje kleine ketting aan de koppelpin, ongeveer ter lengte van het aanwezige veertje en knip de rest van het kettinkje af. Door aan het kettinkje te trekken, gaat de koppeling open.

Vijl de lipjes op één van de koppelklauwen af, om het loskomen van één van beide koppelingen makkelijker te maken.

Een andere aanpassing om het ontkoppelen te verbeteren, is om de koppelingsstop ver genoeg af te vijlen, zodat de koppeling ver genoeg open gaat om los te komen. De afbeeldingen illustreren deze aanpassingen.

Het ontkoppelmechanisme is gebouwd op een stukje printplaat. De lengte past precies tussen de treeplanken. De breedte loopt van de achterkant van de voetplaat van de Proto-2000 SW-9 naar de achterkant van de schacht van de koppeling (ca. 6 mm.) die nog net de remstangen op de draaistellen vrij houdt. Het mechanisme wordt onder de schacht gemonteerd met gebruikmaking van het bestaande schroefje.

Ter voorkoming van het ongewenst achter uitsteeksels blijven haken van de locomotief is het noodzakelijk dit schroefje, bijvoorbeeld met een Dremel, af te slijpen zodat het een vlakke, verzonken kop krijgt. Ook in het printplaatje moet het schroefje worden verzonken, zodat dit in geen geval onder het printplaatje uitsteekt. Gebruik printplaat van 1,5 mm dikte, maar verwijder de halve dikte boven de koppelinghouders om genoeg bewegingsruimte te houden. De hierna volgende foto's tonen de onderkant van de locomotief.

De mechanismen hebben voor een goede werking rond ½ Volt nodig bij 180 – 200 milliampère. De DCC decoder geeft echter een spanning van 10 Volt of meer af. Deze veel te hoge spanning zal dus moeten worden teruggebracht tot een lagere waarde. De elektrische schema's en de benodigde spannings- en stroomregeling (hierna te noemen 'stroombegrenzer') worden verderop in dit artikel beschreven.

Aanpassingen aan de koppeling

BRDCC-01.jpg
Afbeelding: 01
Fig. 1. Bovenaanzicht van de koppeling in gesloten positie
Bron: Bill Summers

Koppeling en koppelingshouder

De DCC gestuurde koppeling zit hier links. De standaard lip aan de koppelklauw (zoals te zien in fig. 1-A) is op de DCC gestuurde koppeling verwijderd (zie fig.1-B). Hierdoor kan zelfs onder enige spanning worden ontkoppeld. Vijl het lipje van deze koppeling glad af, zodat er geen enkele hindernis meer is om in te haken in de koppelklauw, maar let op dat u ook niet meer dan alleen het lipje afvijlt.

Let-op.jpg
  LET OP
Indien er teveel materiaal wordt afgevijld kan er een spontane ontkoppeling plaatsvinden. Twee schakels van de trekketting zijn nog net zichtbaar onder het veertje.
BRDCC-02.jpg
Afbeelding: 02
Fig. 2. Koppeling en koppelingshouder
Bron: Bill Summers

De klauwstop (fig. 2-A) wordt weggevijld om de klauw volledig open te laten klappen. Vijl de stop zover weg tot de klauw in geopende positie in lijn ligt met de scharnierbehuizing (zie fig. 3-A). Deze extra bewegingsruimte is nodig om ook in bogen tot een betrouwbare werking te komen. Maak de pen onder de koppelklauw recht en buig hem scherp naar voren naar de zijkant van de klauw onder een hoek van ca. 30°. Zorg dat de pen gelijk ligt aan het buitenste bevestigingspunt van de klauwveer. Bevestig daar de ketting aan. Daarvoor zijn twee manieren:

  • door de pen aan het einde plat te slaan en er een gaatje in te boren om de eerste kettingschalm er doorheen te halen
  • door de eerste kettingschalm er aan vast te solderen of te lijmen.

Door een klein rukje aan de ketting, moet de klauw nu volledig open gaan.

Bovenaanzicht van de koppeling in open positie

De klauwstop is weggevijld om de klauw volledig open te laten klappen. Vijl de stop zover weg dat de klauw, in geopende positie, in lijn ligt met de scharnierbehuizing.

BRDCC-03.jpg
Afbeelding: 03
Fig. 3. Bovenaanzicht van de koppeling in open positie
Bron: Bill Summers

DCC gestuurd ontkoppelingsmechanisme

BRDCC-04.jpg
Afbeelding: 04
Fig. 4. DCC gestuurd ontkoppelingsmechanisme
Bron: Bill Summers

Aan de rechterkant, ongeveer 1,5 mm vanuit het uiteinde en vertikaal gecentreerd, zit een scharnierpunt (fig. 4-C). Het is een draadje dat haaks in de printplaat is gesoldeerd en er iets bovenuit steekt. Aan de linkerkant zit een ankerpunt (fig. 4-A). Dit is een stukje L-vormige draad dat van een weerstand afgeknipt is, en dat met de korte kant in een gat in de printplaat is gesoldeerd en zodanig wordt bevestigd dat het evenwijdig met de printplaat naar voren steekt tot de rand van de plaat. Zorg er voor dat er ruimte is om dit ankerpunt een uitslag te laten maken. Dit dient om de spanning van de uit geheugenmetaal gemaakte draad in te kunnen stellen.

Ongeveer 3 tot 6 mm dichter naar het midden van de lok, maar eveneens linksonder, zit een tweede ankerpunt. Dit is voor de trekveer en steekt net zo uit als het eerder genoemde asje, maar is iets korter.

BRDCC-05.png
Afbeelding: 05
Fig. 5
Bron: Bill Summers

De trekstang is T-vormig, met een kleine haak die aan het uiteinde van de T is gebogen. (zie fig. 5-B en fig. 6). Neem daarvoor bijvoorbeeld een stukje gitaarsnaar van 045 – 048. In het verdere verloop van deze bouwbeschrijving wordt dit onderdeel de 'T'-arm genoemd. De dwarsbalk van de 'T'-arm is korter dan de breedte van het stukje printplaat en loopt aan de kant van het scharnierpunt (het asje) enigszins naar beneden. De lange poot van de 'T' is net zo lang als de afstand tussen het asje aan de rechterkant tot het midden van de schacht van de koppeling. Het centrum van de haak is precies gecentreerd boven de bevestigingsschroef (fig. 5-A).

Het maken van de 'T'-arm

Maak deze 'T'-arm op de volgende manier:

Buig de draad aan de bovenkant van de 'T' naar rechts. En buig een kort eindje verder de draad scherp 180° van beneden naar boven terug.

Let-op.jpg
  LET OP
De afstand is minder dan de afstand van het asje tot het lokframe, zodat de draad de poot van de 'T' kruist.

Aan deze 'U'-buiging wordt later de trekveer bevestigd. Laat dit eindje een stukje doorlopen zodat het profiel van de 'T' ontstaat en knip de draad af (neem voor de veiligheid wat extra lengte, dan is dat later nog bij te werken) Buig aan de onderkant van de poot van de 'T' een rondje, zodat een haakje ontstaat. Daar wordt later de trek-ketting aan bevestigd. Let er op dat er ruimte zit tussen het haakje en de bevestigingsschroef (dat is ook de reden om de bevestigingsschroef in te laten, ofwel te verzinken, in de printplaat). De 'T'-arm moet vrij kunnen bewegen. Een klein druppeltje soldeertin (fig. 5-D) in de buurt van de bovenste bocht in de 'T'-arm houdt het haakje keurig op zijn plaats op het scharnierpunt. Een duidelijk voorbeeld is verderop te zien in fig. 9.

Voor de werking van dit mechanisme wordt gebruik gemaakt van geheugendraad. In dit geval 'Muscle wire'. Houdt deze term in de gaten bij eventuele bestelling. Er zijn namelijk meerdere soorten geheugendraad te koop. De werking kan echter van soort tot soort verschillend zijn, omdat ze een andere samenstelling hebben. We houden het hier dus op het begrip 'Muscle wire'.

Let-op.jpg
  LET OP
Muscle wire kan niet worden gesoldeerd, aangezien de draad bij verhitting zijn oorspronkelijke vorm herneemt. Alle verwijzingen naar het solderen betreffen dan ook soldeerverbindingen bij ander materiaal dan de gebruikte geheugendraad.

Gebruik voor dit ontkoppelmechanisme 'Muscle wire' (geheugendraad) van 100 micron dikte (fig. 4-B). Dit verbindt, over de volle breedte van de loc de 'T'-arm (fig.4-D), die vlakbij de chassisbalk aan de rechterzijde van de loc zit, met het ankerpunt (fig. 4-A) aan de linkerzijde. Wikkel van gitaarsnaar 009 de trekveer (fig. 5-C) en verbind hiermee de rechter 'T'-draad (fig. 4-E, daar waar die knik van 180° zit) met het kleine veeranker (fig. 4-G) links van het midden op de printplaat.

Het wikkelen van de trekveer kan het beste met een boormachine worden gedaan. Dit werkt als volgt:

Neem een handboormachine of een elektrische boormachine met permanente toerenregeling (het laagste toerental wordt aanbevolen). Stop in de kop van de boormachine een boortje van ca 1,5 mm met de snijkant naar binnen (achterstevoren dus). Laat nog een heel klein stukje van die snijkant (de spiraal) in het zicht. Steek in de nog resterende opening de gitaarsnaar, en buig het geheel haaks, op het uitstekende deel van het boortje. Laat de handboor of boormachine een aantal omwentelingen maken totdat ongeveer 15 tot 18 mm van het uitstekende boortje bedekt is met de snaar. Wikkel de snaar gelijkmatig met naast elkaar liggende draad en houdt tijdens het wikkelen de snaar strak.

Let-op.jpg
  LET OP
Denk daarbij aan de veiligheid. Bescherm vooral de vingers, want gitaarsnaar is scherp. Het gebruik van elektrische boormachines is eveneens een risicofactor.

De vereiste trekkracht van de veer moet ca. 50 gram zijn.

Knip de veer op lengte, zodanig dat hij ongeveer 20% is opgerekt bij montage. Knip de draad door en buig één winding naar boven en aan de andere kant één winding naar beneden. Hierdoor kan de trekveer met zijn uiteinden worden bevestigd.

De 'T'-trekstang met de vastgeknoopte 'Muscle wire'

BRDCC-06.png
Afbeelding: 06
Fig. 6. De 'T'-trekstang met de vastgeknoopte 'Muscle wire'.
Bron: Dick Bronson

Deze foto van het ontkoppelmechanisme (zie fig. 6), 20× vergroot, toont hoe de Muscle wire (zwart) is vastgeknoopt aan de 'T'-arm (zilver). De sjorring (groen) is gemaakt van een enkele draad uit een draadstreng van een decoder datakabel. Van groot belang is dat één van de uiteinden van het draadje door het oog gaat van het dubbel gebogen uiteinde van de Muscle wire. Draai vervolgens het draadje enkele keren om deze verbinding heen en draai de draadeindjes in elkaar. Soldeer deze draad vast aan de 'T'-arm en trek aan de Muscle wire om de lus dicht te maken. Knip na het solderen de einden van de draadjes af. Probeer niet de Muscle wire aan de 'T'-arm te solderen. Er is hier sprake van een los-vaste frictieverbinding en Muscle wire kan in principe niet worden gesoldeerd.

Wanneer er een stroom van 180 milliampère door de Muscle wire loopt, wordt deze draad warm en verandert de interne kristalstructuur, waardoor de draad korter wordt. Wanneer de spanning wordt afgesloten, ontspant de draad weer en kan de trekveer hem weer uitrekken. Dit werkingsprincipe houdt de 'T'-arm tegen het scharnierpunt aangedrukt. Omdat de lange poot van de 'T'-arm ongeveer vijf keer zo lang is als de kruisende armen boven aan de 'T', wordt de minuscule verandering in lengte van de Muscle wire vermenigvuldigd met een factor vijf, tot een bruikbare 'werkslag' van de 'T'-arm.

Aangezien de 'T'-arm elektrisch is verbonden met de decoder is het noodzakelijk het haakeinde elektrisch te isoleren. Dit kan door het haakeinde in vloeibare elektrische tape of in lak te dompelen om de haak te isoleren ten opzichte van de ketting. (Een experiment met de nieuwe koppelingen uit kunststof blijkt niet het beoogde effect te hebben). Na droging kan de ketting over het haakeinde van de 'T'-arm worden geschoven (fig. 5-A). Eén van de elektrische contactpunten is het linker ankerpunt (fig. 4-A). De andere contactpunten zijn het veerbevestigingspunt en het scharnierpunt (fig. 9-F). Verwijder de koperen folie van de printplaat tussen de twee verbindingen (doe dit, bij gebruik van dubbelzijdige printplaat, aan beide kanten van de printplaat).

Let-op.jpg
  LET OP
Controleer goed of er absoluut geen elektrische verbinding meer aanwezig is tussen de bevestigingsschroef en de koperen folie.

Onder de trekveer blijft een strook folie over, om het bevestigingspunt van de trekveer en het scharnierpunt elektrisch met elkaar te verbinden (fig. 10-F).

BRDCC-07.png
Afbeelding: 07
Fig. 7
Bron: Dick Bronson

Het vaste ankerpunt voor de Muscle wire bestaat uit een afgeknipt stuk draad van een ¼ watt weerstand dat op de printplaat is gesoldeerd. Bind het nog loszittende einde van de Muscle wire aan het ankerpunt vast door middel van een z.g. constrictorknoop ('paalsteek'. Zeilers zullen deze knoop kennen. Voor 'niet zeilers', zie onderstaand voorbeeld in Fig. 8).

BRDCC-08.png
Afbeelding: 08
Fig. 8. Paalsteek
Bron: Dick Bronson

Na het op lengte brengen van deze draad, zodat de 'T'-arm in de juiste positie ligt, moet het teruggebogen stukje draad van de weerstand licht worden dichtgeknepen. Breng daar een druppel soldeertin op aan, om te voorkomen dat de Muscle wire van de draad afglijdt of de knoop los komt.

Maak een soldeerverbinding aan de beide einden van de trekveer, zowel aan het bevestigingspunt als aan de 'T'-arm, om een permanente elektrische verbinding te bewerkstelligen. Buig tevens de punt van het scharnierpunt een beetje krom om te voorkomen dat de 'T'-arm er van af schiet tijdens gebruik. Verwijder vervolgens de overtollige uitsteeksels. Tot slot moet de positie van de 'T'-arm, door wat buigwerk aan de vaste bevestigingspunten, zodanig worden bepaald dat er in ruststand geen mechanische spanning staat op de trek-ketting en tevens dat de koppeling vrij heen en weer kan bewegen zonder dat de koppelingsklauw open gaat.

Ontkoppelaar getoond in de bekrachtigde stand

BRDCC-09.png
Afbeelding: 09
Fig. 9. Ontkoppelaar getoond in de bekrachtigde stand
Bron: Bill Summers

Stroom uit de stroombegrenzer voedt het bekrachtigingsmechanisme bij fig. 9-H. Dit onderdeeltje komt van een gesloopte IC-voet, is geïsoleerd met krimpkous, en bevindt zich op het eerder genoemde, van een weerstand afgeknipte, draaduiteinde aan de onderzijde van het printplaatje. (fig. 9-G).

Vanuit dat punt vloeit de stroom zowel door het draaipunt als het ankerpunt van de spanveer (fig. 9-F). Van deze twee punten, door de 'T'-arm, naar een uiteinde van de geheugendraad (fig. 9-E) Dan gaat de stroom door de draad (fig. 9-D), waarbij die tot boven 70° C wordt verwarmd, naar het vaste ankerpunt (fig. 9-C). Dan volgt een tweede verbinding met een pin van een gesloopte IC-voet (fig. 9-B) en tenslotte naar het andere eind van de lok via een geïsoleerde draad. Nadat het andere bekrachtigingsmechanisme eveneens gepasseerd is, wordt de stroom tenslotte aangesloten op een functie-aansluiting van de DCC decoder.

Montage van de stroombegrenzer

BRDCC-10.png
Afbeelding: 10
Fig. 10. Montage van de stroombegrenzer
Bron: Bill Summers

Monteer de TIP 31 (fig.10-A) op het lokframe, onder gebruikmaking van warmtegeleidende pasta en isolatieplaatjes.

Let-op.jpg
  LET OP
Controleer zorgvuldig of er geen sluiting met het lokframe is!

Er wordt bij activering van het mechanisme ongeveer 2 watt aan warmte afgegeven. Om de beschikbare ruimte te benutten, wordt de powertransistor vlak gevijld, totdat de dikte minimaal is.

Het gebruik van de TIP 31, in plaats van een gewone weerstand, levert verschillende voordelen op. Op de eerste plaats komt de ongevoeligheid voor variaties in de uitgangsspanning van de DCC-centrale en/of -booster. Ten tweede past deze gemakkelijker in een nauwe ruimte. Ten derde wordt deze met een schroefje vastgezet, dus betere warmte-overdracht. Als vierde zijn de waarden onafhankelijk van het aantal aangesloten bekrachtigingsmechanismen. Monteer alle andere componenten aan de pootjes van de powertransistor (fig. 10-B). Hier zien we de blauwe draad van de decoder (fig. 10-E) en de draad van de stroombegrenzer naar het eerste bekrachtigingsmechanisme van de koppelingen. (fig. 10-F). Eén van de connectors (fig. 10-C) is eveneens duidelijk zichtbaar. De draadverbinding tussen de beide bekrachtigingsmechanismen is zichtbaar in fig. 10-D.

Schema met NPN transistor en twee diodes

De ideale stroomsterkte voor geheugendraad van deze dikte is 180 milliAmpère. In ieder geval moet de stroomsterkte begrensd worden tot maximaal 200 milliAmpère, tenzij u houdt van de geur van verbrande decoders. Deze vorm van stroombegrenzer zal ongeveer 2 watt warmte afgeven, dus in een loc met plastic behuizing moet deze stroombegrenzer op enige afstand van de locbehuizing op het frame worden ondergebracht.

Deze stroombegrenzer kan een weerstand zijn (ongeveer 40 ohm, 2 watt), of een gestabiliseerde voeding met een transistor. We bespreken hier alleen die laatste optie, omdat die veel beter is dan een eenvoudige weerstand

BRDCC-11.gif
Afbeelding: 11
Fig. 11. Schema met NPN transistor en twee diodes
Bron: Dick Bronson

De berekening van de weerstandswaarden. Eerst R2 (zie fig. 11). Volgens het boekje (Wet van ohm) geldt voor spanning, stroom en weerstand de formule U = I × R. 'U' staat voor de spanning (uitgedrukt in de eenheid volt), 'I' staat voor de stroomsterkte (uitgedrukt in de eenheid ampère), en 'R' is de weerstand (uitgedrukt in de eenheid ohm).
De spanningsval over een siliciumdiode of een gewone transistor is ongeveer 0,6 V. Om de spanning over R2 te berekenen, tellen we de drempelspanning over de twee diodes bij elkaar op, en trekken een transistorovergang daarvan af. Dat is dus 0,6 + 0,6, verminderd met 0,6 zodat hier 0,6 over blijft. We weten ook dat we een stroomsterkte van 180 milliAmpère willen.

Om de benodigde weerstandswaarde te berekenen, vormen we de formule om tot U/I=R en vullen we de waarden (in SI-eenheden, dus Volt en Ampère) in. Dat levert dan 0,6/0,18 = 3,3333…. op. De dichtstbijzijnde standaardwaarde (volgens de E-reeks) is 3,3 ohm. De in de weerstand ontwikkelde warmte is P = U × I. Invullen van de hierboven berekende waarden geeft dan bij 10 V spanning een belastingswaarde van 0,18 × 0,6 = 0,108 W. We kunnen dus volstaan met een 1/10 watt exemplaar.

Vervolgens berekenen we de waarde van R1 (zie fig. 11). De versterkingsfactor van de transistor is volgens de specificatie groter dan 10. Dat betekent dat we tenminste een stroom van eentiende van de gewenste stroom (dus minimaal 18 milliAmpère) door R1 en de basis van de transistor moeten laten lopen. Ook in dit geval kennen we 'U' en 'I', en moeten we 'R' berekenen. Wanneer we DCC gebruiken in de stand 'N' (in te stellen op de digitale centrale) voor schaal 1:160, kunnen we ongeveer 10 Volt verwachten. Na aftrek van de 1,2 Volt over de beide diodes, blijft er dus 8,8 Volt over. Volgens U/I=R betekent dit dus 8,8 / 0,018 = 488 ohm. De dichtstbijzijnde standaardwaarde is 470 ohm. De weerstand moet een vermogen kunnen verdragen van 10 × 0,018 = 0,18 W. Een exemplaar van ¼ W volstaat dus.

Tenslotte nog de warmteontwikkeling in de transistor. Nemen we ditmaal aan dat we op schaal H0 werken, met een spanning van 12 Volt We gebruiken opnieuw de formule P = I × U en vinden dan 0,180 × 12 = 2,16 watt.

Schema met NPN transistor en drie diodes

U kunt ook drie diodes gebruiken in plaats van twee in serie, met een weerstand van 6,8 ohm (zie fig. 12).

BRDCC-12.gif
Afbeelding: 12
Fig. 12. Schema met NPN transistor en drie diodes
Bron: Dick Bronson

Schema met PNP transistor en twee diodes

Het ligt voor de hand om een powertransistor te gebruiken die toevallig beschikbaar is.

Indien u een PNP-type gebruikt, verwisselt u de diodes en de weerstanden van plaats en verwisselt de blauwe en groene decoder-aansluitdraden (zie fig. 13).

BRDCC-13.gif
Afbeelding: 13
Fig. 13. Schema met PNP transistor en twee diodes
Bron: Dick Bronson

Schema met PNP transistor en drie diodes

Net als bij de NPN-transistor, kunt u ook hier drie diodes in serie gebruiken, in plaats van twee. Ook dan gebruikt u een weerstand van 6,8 ohm (zie fig. 14). Degenen die goed kijken, kunnen misschien zien dat de stroombegrenzer in figuur 14 gemaakt is met een PNP-transistor, een weerstand van 6,8 ohm en drie diodes, zoals in dit schema wordt getoond.

BRDCC-14.gif
Afbeelding: 14
Fig. 14. Schema met PNP transistor en drie diodes
Bron: Dick Bronson

Meer informatie

Encyclopedie:
Externe websites:
Koppelingen.



Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie 

Laatste wijziging: 11 nov 2017 15:40 (CEST)