Servo jako přestavník výhybek

 Pro svou modulovou stanici Mutěnice, kterou stavím v rámci našeho projektu „Trať 255“, ale také pro domácí použití na kolejišti jsem hledal kvalitní, levný a funkční přestavník výhybek. Nejdříve jsem otestoval většinu přestavníků, co jsou dostupné na trhu: motorické přestavníky Tillig, Conrad, Hoffmann, Tortoise a tzv. MemoryWire. Během testů mě šlo především o zjištění životnosti jednotlivých přestavníků a jeho komponent, a také o zjištění komfortu přestavování.

Výsledky testu mě celkově dost zklamaly, samotný komfort přestavníků je téměř nulový, počínaje nevhodným uchycením přestavníku, nevhodným uchycením přestavovací struny, nekultivovaným chodem, nemožností regulovat rychlost přestavení a krajní polohy atd. Špatně pak dopadly přestavníky při dlouhodobém „metronomovém“ testu, kdy většina z nich nepřežila 1000 přestavení z jedné polohy do druhé…

Prostě kdyby ty přestavníky stály cca 50-100 Kč tak by je snad bylo možné považovat za nouzové řešení, ale za 300 Kč jsou to podle mě vyhozené peníze.

Po tomto celkem nepříjemném zjištění jsem tudíž byl nucen hledat nějaké jiné funkční řešení. V tom mě pomohl kamarád, letecký modelář, který mě nasměroval a doporučil použít levná analogová serva. Při procházení internetu, jsem následně zjistil, že tento nápad není úplně nový a že toto řešení už modeláři delší dobu testují, ba co víc, že k servům již existují i potřebné dekodéry.

Shrňme si výhody použití modelářských serv jako přestavníků: velká životnost – i nejlevnější servo snese cca 100 hodin provozu, rychlost serva lze regulovat, taktéž krajní polohy jde bezproblémově nastavit. Serva mají velkou sílu, nedělá jim problém výhybku přestavit. Servo nemusí ležet přímo u výhybky, ale k pohonu lze použít i lanovod či táhlo. Taktéž může jedno servo přestavovat více výhybek. Servo lze použít i jako pohon mechanických předzvěstí a návěstí, nebo třeba k otevírání vrat do továrny či depa. A především serva za sebou mají 40 let provozu v podmínkách mnohem horších, než jakým budou vystaveny na kolejišti – vibracemi v modelech počínaje a prachem konče.

Při hledání návodu na levný servopřestavník jsem na internetu našel v podstatě tři možná řešení, první je servo přímo nalepit či našroubovat do kolejiště – to jsem zavrhnul v podstatě ihned. Další možností pak je plechový držák, do kterého se servo a mikrospínač šroubují. Tohle řešení je celkem zajímavé, ale výroba a ohýbání samotného držáku se ukázali být celkem problematickou činností, pokud jde o přesnost. Poslední možností pak je přilepení serva a mikrospínače na malou destičku, která se sama montuje do kolejiště. I tento „bastl“ jsem zkoušel, ale nakonec se ukázal opět jako celkem nevhodný. Dá se říct, že mě publikovaná řešení příliš neuspokojili.

Co se však ukázalo jako největší problém, bylo zařízení, které mělo zajistit elektrické přepnutí napájení srdcovky a jazyků. Pokud bych přepínal jen jednu věc, stačil by mikrospínač, ale já potřeboval mikrospínače dva a vyladění umístění dvou mikrospínačů tak aby správně přepínali dříve, než se jazyk dotkne opornice, byl celkem neřešitelný problém.

Při testování několika publikovaných řešení jsem zjistil, že použití serva na kolejišti bude požadovat vyřešení několika základních problémů. Jde především o to vychytat dvě věci: jednak aby držák serva a přepínače byl co nejrobustnější a zároveň dobře vyrobitelný, a také je třeba zajistit aby servo nemohlo, třeba vlivem rušení, překmitnou krajní polohu a nedošlo k poškození toho plastu, co přesouvá jazyky, případně k vyklouznutí struny z toho plastu atd. V neposlední řadě je potřeba najít vhodný přepínač, který zajistí bezproblémové napájení srdcovky a jazyků.

Klíčovým prvkem celého přestavníku je držák, do kterého se přepínač a servo zašroubují, a který se následně zabuduje do modulu či kolejiště. Plech, který bych ohýbal, jsem zavrhnul, a zvolil jsem elegantnější řešení, jímž je hliníkový profil tvaru L o velikosti 30×15 mm. Tento profil se dá zakoupit v hobymarketech za cca 100 Kč za 1 metr délky, anebo třeba ve Feroně či podobné prodejně asi za polovinu. Já koupil tento profil v Brně v obchodě, který se specializuje na hliníkové parapety a profily, cca 2,7 metru profilu jsem zakoupil za cca 130 Kč. Vzhledem k tomu, že na jeden přestavník spotřebujete cca 55-70 mm profilu, jedná se o korunovou položku.

Ohledně přepínače mně hodně pomohl kolega Mirek, který objevil dvoupólové přepínače s délkou chodu 3,2 a 5,5 mm. Přepínač s délkou chodu 5,5 mm jsem otestoval u výhybek v modelové velikosti TT a H0, pro velikost N bych použil menší přepínač s délkou chodu cca 3,2 mm.

Použití tohoto přepínače se ukázalo jako naprosto geniální řešení hned z několika důvodů. Tak především přepínač je velice robustní a má přesně vymezenu dráhu chodu a krajní polohy, tudíž nemůže dojít k tzv. překmitnutí serva, kdy by mohla struna poškodit plastového jezdce, jež přestavuje jazyky na výhybce. Přepínač má dvě spínací pole, takže je možné přepínat jak srdcovku, tak i jazyky, případně jen srdcovku a v zásobě je druhá sada kontaktů třeba pro ohlas. Ale nebyl by problém dát tam klidně dva přepínače a těch kontaktů by tam bylo víc, servo s tím nemá žádný problém, je dostatečně silné.

Další výhodou přepínače je jeho robustní plastový jezdec, který slouží k přepínání. Do něj jsem bez problémů zakotvil jak táhlo od serva, tak i strunu která zajišťuje samotné přestavování výhybky. Samotný jezdec přepínače má délku chodu 5,5 mm, s tím, že uprostřed chodu je cca 2,5 mm, kdy nejsou sepnuty žádné kontakty, a na okrajích je pak délka chodu cca 1,5 mm, když už sepnuté jsou. To znamená, že k přepnutí není nutné, aby jezdec přepínače dorazil až do krajní polohy, a tudíž odpadá potřeba naprosto přesného vyladění krajních poloh chodu serva.

A neposlední výhodou přepínače je samotná montáž přívodních vodičů, která je velice jasná a přehledná a člověk nemusí přemýšlet nad tím, kam který drát připájí: vodič od srdcovky vždy propojí na oba střední póly přepínače, vodiče od levé opornice a levého jazyka pak na póly vlevo a vodiče od pravé opornice a pravého jazyka pak na póly vpravo. Samotné pájení je naprosto bezproblémové, jediná věc, na kterou je třeba si dát pozor, je aby člověk neopatrně nepropájel kontakt s kostrou přepínače.

Když už jsem dříve zmínil cenu hliníkového profilu, podívejme se na cenu komponent jednoho přestavníku. Profil na jeden přestavník stojí cca 3-5 Kč, přepínač stojí cca 8-10 Kč, servo se dá z Číny objednat do 50 Kč, v ČR je za cca dvojnásobek. Struny 0,8 a 0,6 mm stojí v metrové délce cca 6-8 Kč každá, na jeden přestavník spotřebujete jen kousek od obou. K tomu nějaký ten šroubek, matičku či podložku. Suma sumárum se dají komponenty na přestavník pořídit od 70 do 150 Kč, dle toho kde a v jakém množství budete nakupovat.

Samotná výroba servopřestavníku

K výrobě přestavníku pak potřebujete celkem základní vybavení, stačí malý hobby svěrák, list do pilky na železo, kulatý a rovný pilník na kov, aku vrtačku a asi 4 průměry vrtáků. Prostě nic co by modelář doma neměl, nebo neměl kamarád, či to nebylo dostupné ve školní dílně a podobně. Pochopitelně pokud máte stojanovou vrtačku či větší svěrák půjde práce lépe od ruky.

V prvním kroku je potřeba si určit, jak veliký držák přestavníku si z profilu uříznete, já volil dle potřeby rozměr 55-60 mm délky, což je ideálně malé a kompaktní, ale montáž takového přestavníku pak je už trochu komplikovaná. Pokud Vás nic neomezuje, můžete udělat držák větší. Ideální je vše si na profil namalovat a v prvním kole označit a vyvrtat potřebné otvory.

Pro uchycení držáku ke kolejišti jsem zvolil otvor o průměru 3,2 mm, uchycení přepínače rovněž průměr 3,2 mm, u serva stačí 2,8 mm.

Takto jsem si v prvním kroku celý profil zpracoval a teprve pak jsem profil uříznul na požadované délky pilkou na kov. Pilka na kov má relativně širší řez, takže jsem k délce držáku přičetl cca 2 mm.

Otvor pro jezdce přepínače jsem předvrtal 2x průměrem 8 mm, a následně otvory pilníkem propojil. Toto se dá ale udělat i pomocí přímočaré či lupenkové pilky. Poslední krok je vytvoření vybrání pro servo, zde jsem předvrtal průměr 12 mm a zbytek vyřezal a vypiloval.

Po té co mám zpracovaný držák, se budu věnovat přepínači. Já jsem pro velikost TT a H0 použil tento přepínač. Jedná se o tento typ T219. Pokud by jste chtěli použít stejné řešení ve velikosti N, doporučuji použít přepínač s kratší dráhou chodu, například tento typ T217. Pod jinými názvy můžete najít přepínače i jinde, například u GMElekronik či například na stránkách SOSelektronic.

Do přepínače si vyvrtám potřebné otvory na struny, 2x průměr 0,6 mm pro strunu která bude přestavovat výhybku a 1krát průměr 0,8 mm pro strunu která zajistí spojení serva s přepínačem.

Následně vsunu přepínač do profilu a uchytím dvěma šrouby a matkami M3. Šrouby je dobré zvolit co nejkratší.

Zde již uchycený přepínač v držáku.

Dalším krokem je montáž serva do držáku. Servo jsem zakoupil v podstatě to nejlevnější, 9 gramové přímo z Číny, cena cca 50 kč a kus. Servo dorazilo v igelitovém pytlíčku.

Z obsahu pytlíčku použijeme samotné servo, gumové držáky, vložky do držáků, jednostrannou páku a černý šroubek.

K uchycení serva používám šroubky M2,5 × 16 mm, podložky, matičky, a jako distanční sloupky čtyři kusy matiček M3.

Detail uchycení serva. Distanční sloupky by šli nařezat z nějaké duté kulatiny, takto to je ale bezpracné a levné.

Následně si nachystáme struny, které použijeme k přenosu pohybu z páky serva na přepínač a k přenosu pohybu z přepínače na výhybku. Mezi servo a přepínač dávám strunu 0,8 mm, k přestavování používám strunu 0,6 mm, která je měkčí, a zajistí ideální přítlak jazyku k opornici.

Ze struny 0,8 mm si naohýbám táhlo tak, aby páka serva a přepínač byly přibližně ve středové poloze.

Strunu 0,6 mm si nejdříve takto ohnu cca 3 cm od okraje …

… a následně ji takto zasunu do dvou otvorů 0,6 mm v přepínači.

Strunu lze použít samostatně, pokud by se ale někomu zdálo, že má struna nedostatečný přítlak, může si vypomoci nasunutím tenké trubičky na obě struny.

Délku takovéhoto vyztužovacího prvku je ideální zvolit mezi 8-12 mm.

A v posledním kole pak strunu pod přepínačem ohnutím zajistím proti vypadnutí.

Zde prezentovaný přestavník je dle mě velice pevný, s dlouhou životností, přitom velice lehce vyrobitelný, dobře se na kolejiště montuje a seřizuje. A v neposlední řadě je i spolu s použitým dekodérem velice levný. Prostě vše co od přestavníku modelář očekává.

Montáž servopřestavníku a jeho zprovoznění.

Pokud si vyrobíte širší servopřestavník a jednotlivé díly přestavníku si nezavazí (servo nezakrývá přepínač a montážní otvory), tak můžete přestavník do kolejiště montovat takto kompletní. Pokud si uděláte přestavník podle mého nákresu, je dobré osazovat přestavník bez serva.

Takto nachystaný držák s přepínačem a strunami montuji do kolejiště či modulu pomocí dvou vrutů do dřeva, a přesně vyladím jeho pozici. Je ideální když v momentě, kdy přepínač je ve středové poloze, byly ve středové poloze i jazyky s unašečem a ke kontaktu jazyku o opornici došlo minimálně 1-1,5 mm před dorazem přepínačem.

Když vše perfektně chodí a je zajištěn správný přítlak v obou polohách, je dobré připájet vodiče od jazyků a srdcovky. Po připájení je dobré se ujistit, že vše funguje jak po mechanické tak i po elektrické stránce. Jak jsem psal již výše, vodič od srdcovky pájím na oba střední kontakty, vodiče od levé opornice a levého jazyka pak na levé přepínací kontakty, vodiče od pravé opornice a jazyka pak napravo. Jediná zrada může nastat, pokud bychom omylem propájeli kontakt s kostrou přepínače.

Následně namontuji do držáku servo, nasadím páku, do které jsem zasunul strunu. Strunu jsem oproti možnému cestování v páce serva zajistil navlečením tenké bužírky.

Před připojením serva k dekodéru a spouštěním je dobré si zajistit, aby nastavené hodnoty krajních poloh serva v dekodéru zajistili, že po spuštění nedojde k odskočení serva až k okraji možného pohybu přepínače. Já použil dekodér od DCCkoleje a obě krajní polohy nastavil na 150, což je u mě středová poloha, v které servo po zapnutí logicky zůstane.

Následně jsem pak pokusným zadáním správných hodnot do jednotlivých CV určil krajní polohy. U mě doma je rozdíl mezi krajními polohami přepínače asi 30-35 jednotek, to znamená, že ve finále se pohybují krajní polohy kolem 135-145 a 165-175 v obou krajních polohách.

Při nastavování jsem zjistil, že servu nevadí, pokud nastavíte doraz kousek za hranu chodu přepínače. V zásadě to ale není nutné, protože při dobrém namontování držáku dojde k přestavení a k přepnutí přepínače už cca 1-1,5 mm od krajní polohy přepínače, tudíž není nutné aby servo přestavilo přepínač až do krajní polohy.

Zatím jsem takovýchto přestavníků sestavil asi 30 ks, s tím že když je sestavujete ve větším počtu, je doba potřebná na výrobu a sestavení přestavníku velice krátká, od 6 do 15 minut dle vybavení a šikovnosti.

Samotná montáž přestavníků a seřízení je také velice pohodová, svých 11 ks servopřestavníků jsem na moduly stanici Mutěnice zvládnul namontovat a nastavit během sledování jednoho hokejového zápasu na MS.

Samotné přestavníky jsem pochopitelně opět podrobil tzv. metronomovému testu, kdy dva přestavníky cyklovali z jedné krajní polohy do druhé cca 3,5 hodiny a provedli cca 10 tisíc přestavení. I po této zátěži jsou přestavníky plně funkční. Ostrému modelovému provozu byly přestavníky podrobeny na našem modulovém setkání, kde jednoznačně obstály.

Praktické zkušenosti se servo-přestavníky

Při provozu servopřestavníků je třeba vyřešit dvě věci, především zdroj signálu pro servopřestavník, a pak také odstranit možné problémy s rušením analogových serv. Na trhu je několik komerčních dekodérů pro servo přestavníky různé úrovně, a dále je možné si takovýto dekodér sám postavit.

Za zmínku stojí především velice kvalitní komerční produkt s názvem „Switch pilot servo“, který umí fungovat jak v analogovém tak digitálním ovládání, trvale drží požadovanou polohu serva a lze ho rozšířit pro každé servo o dva páry přepínatelných kontaktů.

Dále lze na trhu najít analogový dekodér slovenského malovýrobce, který umožňuje ovládat serva analogově pomocí tlačítek.

Za zmínku určitě stojí stránky Jindřicha Fučíka, kde je dokumentace potřebná k výrobě jednoduchého servodekodéru.

Já jsem zvolil řešení ze stránek DCC koleje které je postaveno na stejném principu, jako dekodér Jindřicha Fučíka, má ale tu výhodu, že má samostatné napájení dekodéru. Kromě toho, že toto řešení proudově šetří centrálu, je možné napájet tento servodekodér výrazně nižším napětím, já ho napájím 8-9 volty. Rozdíl proti 16 voltům jež dává DCC rozvod je pak v tom, že stabilizátor na dekodéru vůbec nehřeje, což oceníte právě při mnohahodinovém provozu.

Použití analogových serv na kolejišti je ještě komplikováno všude přítomnými zdroji možného rušení, což může vést v praxi k tomu, že servo nahodile opouští požadovanou polohu, škube sebou a podobně. Této problematice se vyčerpávajícím způsobem věnují v článku Modelářská serva jako přestavníky a rušení z kolejí a v článku Elektromagnetické rušení a železniční modely.

Já jsem převzal pro svou potřebu právě jejich řešení a vybavil některá serva ve stanici Mutěnice jednoduchým filtrem z kondenzátoru a odporu. V samotném článku nabízejí ještě dokonalejší řešení, které pokud si netroufáte na takovouto úpravu svépomocí, můžete i zakoupit kompletní odrušovací filtr pro serva.

Pokud jde o rušení, zjistil jsem při zkušebním provozu, že většina rušení je závislá už na samotném způsobu napájení servodekodéru. Dokud jsem napájel servodekodér ze stejného trafa jako centrálu a neměl jsem mezi trafem a dekodérem žádný regulovaný zdroj, dokázal jsem dekodéry a serva zarušovat celkem spolehlivě. Později jsem začal napájet dekodér z vlastního trafa a pomocí spínaného regulovaného zdroje a výsledkem je nulové rušení. Tudíž rozhodně doporučuji při napájení kolejiště ale i dekodérů nešetřit na trafu a kvalitním regulovatelném zdroji.