Dekoder für Servos

Zum Schalten von Servos existieren zwei Dekoder:

• Der SDEC 4 mit dem Controller ATtiny 2313, der den Anschluss von bis zu 4 Servodekodern ermöglicht. Unter Zurhilfenahme eines ATTiny zu ATMega8 Adapters kann der SDEC 4 zum SDEC 8 erweitert werden.
• SDEC 8 mit dem Controller ATmega 8, der den Anschluss von bis zu 8 Servodekodern gestattet. Der Servo-Dekoder 8 gehört zur Familie der PM-UNI. Weitere Einzelheiten dazu auf der entsprechenden Seite des PM-UNI.

Funktion:

Zuerst einmal wieder ein paar Bilder (bitte nicht wundern, Bilder zeigen eine ältere Version des Servodekoders), bevor ich zum "Warum?" und dem "Wie" komme:

Neben dem (Schalt-)Dekoder habe ich noch einen speziellen Servo-Dekoder entwickelt. Er dient zum Ansteuern von maximal 8 Servos (Hinweis: die derzeitige Software unterstützt nur 4 Servos, jedoch ist die Platine schon jetzt für zukünftige Erweiterungen vorbereitet), wie man sie aus dem Funkfernsteuer-Modellbau kennt. Die Servos werden direkt, also ohne weitere Elektronik, an den Servo-Dekoder angeschlossen.

Warum überhaupt Servos:
Servos können überall dort eingesetzt werden, wo Stellbewegungen ausgeführt werden sollen. Hier sind zum Beispiel Weichenantrieb, Bahnschranken und Formsignalflügel zu nennen. Aber auch etwas ausgefallenere Dinge wie ein winkendes Preiserlein oder einen Abfahrt-Kelle-Hebenden Bahnbeamten sind denkbar.

Meiner Ansicht nach bieten Servos durch ihre kompakte Bauform, ihre enorme Stellkraft und ihre einfachen Einstellmöglichkeiten deutliche Vorteile gegenüber Magnetantrieben, aber auch gegenüber Motorantrieben. Dazu kommen noch die sehr ruhigen Laufeigenschaften und der Preis (Standardservos liegen bei ca. Euro 6,-- bis 10,-- und sind damit nicht teurer als genannte Alternativen)

Servos werden mit einer stabilisierten Spannung von +5V versorgt. Auch Servos mit einer Spannung von +6V oder anderer Spannung lassen sich verwenden. Es ist ein entsprechender Spannungsregler zu wählen.
Diese Spannung liegt dauerhaft an. Über ein weiteres Kabel wird dem Servo ein Impuls zugeführt, dessen Länge den Ausschlag des Servos bestimmt.Da man die Impulslängen für den Ausschlag nach links und rechts im Servo-Dekoder festlegen kann, braucht man keine externen Schalter/Taster zur Endabschaltung.

Zum Servo-Dekoder:

Features des Servo-Dekoders:

• Servo-Dekoder-Adresse im Servo-Dekoder Mikrokontroller (uC-EEPROM) einstellbar
• maximal 4 (zukünftig eventuell 8) Servos können angeschlossen und unabhängig voneinander bedient werden (uC-EEPROM)
• Ausschlag rechts und links individuell für jeden Servo einstellbar
• Umlaufzeit jedes Servos individuell einstellbar
  
• getrennte Versorgung von Servo und Servo-Dekoder-Elektronik
• Abmessungen der Servo-Dekoder Elektronik: 1/3 Euro-Platine
• Kosten < Euro 10,--

Aufbauhinweise:

Hier ein Bild vom Platinenlayout des Servo-Dekoders:

Links sieht man die Buchsen zum Anschluss an den Datenbus. Darunter die Klemmleiste zum Anschluss der Versorgungsspannung. Der Gleichrichter, die Festspannungsregler und ein paar Kondensatoren, sowie der uC in der Mitte, sind schon fast alle Bauelemente. Rechts befinden sich die Servoausgänge. Da es verschiedene Arten von Servos gibt, was die Belegung der Spannungszuführung angeht, muss auf eine korrekte Belegung geachtet werden. Exemplarisch ist hier die Belegung eines Carlson Servos mit JR-Anschluss wiedergegeben. Weitere Anschlussbelegungen können der Abbildung entnommen werden.

Sonstiges:

Spannungsversorgung der Verbraucher (hier der Servos):
Wie auf allen anderen Peripheriemodulen auch, kann die Spannungsversorgung als DC oder AC Versorgung erfolgen. Wird eine DC-Versorgung gewählt, so kann der Gleichrichter an den gekennzeichneten Stellen gebrückt werden. Es wird eine AC-Spannung von ca. 9V oder eine DC-Spannung von 12V empfohlen.
Spannungsversorgung des uCs:
Prinzipiell wird der uC über das Datenkabel mit Spannung versorgt. Diese liegt bei ca. 12V DC und wird auf jeder der Platinen auf die vom Servo benötigte Spannung, meistens 5V, stabilisiert. Bei sehr vielen Peripheriemodulen oder sehr langen Verbindungskabeln, kann der Spannungsabfall über die Versorgungsleitung zu gross werden. In diesem Fall kann eine DC-Spannung von 12V auf jedem Peripheriemodul neu zugeführt werden. In diesem Fall muss eine der kurzen Drahtbrücken an der RJ45 entfernt werden, an der das Datenkabel vom vorherigen Modul ankommt. Über die andere Drahtbrücke an der 2ten RJ45 Buchse wird dann die Versorgungsspannung 'frisch' weitergegeben. Siehe auch den Hinweis zur Spannungsversorgung der Peripheriemodule an anderer Stelle.

Einige Servos haben die unschöne Eigenschaft beim Einschalten der Versorgungsspannung unkontrollierte Bewegungen 'Servo Zucken'zu machen. Es hat sich herausgestellt, dass ein spezielles Netzteil mit Anlaufstrombegrenzung dieses 'Servo-Zucken' verhindert. Das 'Servo Zucken' ist keine Eigenschaft der MoBaSbS sondern liegt an der Bauart der Servos. Näheres dazu im Kapitel Netzteil.
Schließlich noch etwas zum Befestigen des Stelldrahtes. Schon weiter oben auf den Bildern kann man erkennen, wie der Federstahldraht zur Weiche geführt wird. Zur Führung kann man kleine Röhrchen oder, für längere Wege, einen Bowdenzug verwenden. Wichtig ist, daß man an der Durchführung (hier zu einer Weiche) dafür sorgt, daß es zu keiner Beschädigung kommt, wenn der Ausschlag des Servos zu groß eingestellt wurde. Dafür kann man eine hleine Schlaufe in den Stelldraht biegen, die einen zu weiten Stellweg regelrecht abfedert. Wie sieht es nun aber mit der Befestigung des Stelldrahtes am Servohebel aus? Hier ein 'Pflichtenheft':

• Die Lösung muß kostengünstig sein.
• Die Befestigung muß stabil sein und darf sich im laufenden Betrieb nicht lösen.
• Der Servostellweg darf nicht beeinträchtigt werden.
• Eine Justage des Stelldrahtes sollte sich so einfach wie möglich gestalteten.

Ich bin dann zu der nachfolgenden Lösung gekommen, die die zuvor genannten Punkte im vollen Umfang erfüllt.
Aus einer 0.75mm Lüsterklemmenleiste werden 2 Metalleinsätze entfernt. Diese beiden Einsätze werden an ihren Längsseiten so miteinander verlötet, daß bei dem einen Einsatz die Klemmenschrauben nach oben, bei dem anderen nach unten wieder eingedreht werden können. Ich habe zuvor die beiden Seiten dünn verzinnt und dann mit einer Bastelklemme (diese 'Wäscheklammern' aus Metall, mit denen man z.B. zwei Holzteile nach dem Verkleben fixieren kann) zusammen gehalten. Jetzt braucht man nur noch wenig Lötzinn in den Schlitz zwischen den Klemmen geben. Sobald das Lot flüssig wird, werden die Einsätze durch die Klemme plan aneinander gedrückt. Nach dem Erkalten halten die beiden Einsätze bombenfest aneinander. Nun kann, wie auf den Abbildungen gezeigt, der eine Einsatz am Servohorn mit befestigt werden. Dazu können die Schrauben, die eigentlich den Draht in der Lüsterklemme halten sollten, verwendet werden.Eventuell kann noch eine Unterlegscheibe zwischengelegt und das Schräubchen anschliessend mit einem Tropfen Kleber gesichert werden. Auch sollte man darauf achten, den Einsatz nicht zu fest am Servohorn festzuziehen - er soll sich ja später noch ein wenig bewegen können., In den anderen Einsatz wird der Stelldraht eingeschoben, justiert und mit den zwei Schrauben fixiert. Fertig!

Die längste Zeit habe ich übrigends damit verbracht, die Einsätze aus dem Kunststoff der Lüsterklemmenleiste zu fummeln ...

Hier nochmal eine andere Servobefestigung mit einer Kunststoffwinkelleiste. Ebenso wird wieder das Innenleben einer Lüsterklemme zur Befestigung des Stelldrahtes benutzt. Insbesondere interessant für 'Zweileiterfahrer', da ein Umschalter für die Herzstückpolarisierung gleich mit eingebaut ist. Ausgibig getestet mit den neueren Weichenmodellen eines bekannten Gleisherstellers aus Sebnitz.

Herzstückpolarisierung:

Auch wenn die Digitaltechnik bei unsererem Hobby Einzug gehalten hat, so werden unsere Loks auch weiterhin ihren Strom über die Schiene abgreifen. Es gibt im Weichenbereich der Zweileitergleise eine Stelle, Hezstück genannt, wo es zu Stromunterbrechungen kommen kann.
Dies resultiert daraus, weil dort das linke und rechte Gleis zusammengführt werden. Das Herzstück muss isoliert werden damit es zu keinem Kurzschluss kommt. Entweder wird ein Herzstück aus Plastik verwendet, oder das linke und rechte Gleis werden isoliert

Eine weitere Problemstelle ist der Bereich der Weichenzungen. Bei einer Weiche liegt immer eine Weichenzunge an einer Schiene an und hat daher die gleiche Polarität wie Diese. Die gegenüberliegende Weichenzunge hat aber auch dieselbe Polarität und steht mit einem gewissen Abstand der anderen Schiene gegenüber. Diese Schiene hat aber die entgegengesetzte Polarität. Zwischen dieser Schiene und der Weichenzunge kann es zu einem Kurzschluss kommen, wenn ein Rad durch unrunden Lauf oder schlackern beide elektrisch kurzzeitig verbindet.

Es gibt bei der Weichenzunge aber auch die Möglichkeit, dass diese keinen Strom führt, weil der Anpressdruck der Zunge an die Schiene nicht für sicheren elektrischen Kontakt ausreicht. Sei es durch Verschmutzung oder Materialermüdung.

Um diese Problemstellen zu beheben, haben sich bei den Herstellern der Weichen verschiedene Lösungen etabliert. Es würde hier zu weit führen alle Lösungen kommerzieller Hersteller vorzustellen. Mit der hier vorgestellten Schaltung wollen wir den Zweileiterfahrern ermöglichen mit einer originalgetreuen Weiche eine hohe Betriebssicherheit zu erlangen. Das Ganze natürlich im Selbstbau.

Für den PM-UNI gibt es eine separate Schaltung zur Herstückpolarisierung.

Download:

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