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[Dampfboot]

Meine Fahr-Schrittmotore habe eine Federung erhalten und die erste praktikable Funk-Fahrsoftware läuft. Mit der Rad-/Schrittmotorkombination kann ich bis zu 70 km/h Modellgeschwindigkeit fahren, was mehr als genug ist.

Nun geht es darum, alle Elektronikkomponenten im Fahrzeug unter zu bringen. Das sind: 1x Fahr-Schrittmotorplatine mit Kühlkörper. 2x Schrittmotortreiber für Zielanzeige, Soundmodul, Lautsprecher, 2x Spannungsregler, 2x 18650 Rundzellenakkus, Steuerprozessor, Funkmodul - und optional ein DCC Modul mit Susi Schnittstelle:



Zum Glück stehen im Original unter den Sitzbänken zwei große Kästen, die ich mit benutzen kann. Den im Original dort hinführenden Kabelkanal kann ich unauffällig vergrößern.



Im Groblayout hat alles geometrisch seinen Platz gefunden. Soundmodul (grün) und Schrittmotortreiber (gelb und blau) werden gesockelt auf die grüne Platine gesteckt - daher schweben sie in der Zeichnung auch mit 8 mm Abstad über der Platine. Der Kühlkörper der Fahrschrittmotorplatine steht - hauptsächlich aus Platzgründen - nach unten im "Fahrtwind". Für die 2 Fahrakkus (rot) bekommt die Platine Batterieklipse aufgelötet.



Sobald ich die Platine mechanisch komplett im Fahrgestell integriert habe, importiere ich deren Außenkontur in Ki-CAD, in dem ich die Platine mit Prozessor, Funkmodul etc. ausarbeite. Der Anschluss aller Komponenten von der Platine erfolgt über im Fahrzeug eingeklebte Stecker, was Kabelgewirr vermeiden hilft.

[Dampfboot]

Habe mich mal an die Achslager gemacht - hier das Original.



Und eine erste Umsetzung für den Harzdrucker. Es wird unbeweglich mit dem Außenrahmen in einem Teil gedruckt und 2 mm vertieft in den gelaserten Hauptrahmen eingeklebt. Das gibt halt und imitiert gleichzeitig den 0,5 mm hohen aufgenieteten Rahmen.



Die Radlagerfedern und die Radabweiser sind auch fertig gestaltet, wobei die Radabweiser aus 0,5 mm ABS gelasert und anschließend heiß gebogen werden. Damit stößt man schon mal irgendwo gegen und dann federt gelasertes ABS doch besser nach und bricht nicht gleich. Der Wagen soll ja bespielbar sein!



Auch wenn man den Wagen später von unten nicht so oft sieht, habe ich versucht, die gefederte Kupplungsstange vorbildähnlich zu gestalten. Auf dem Bild sieht man rechts die Federpatrone, die weiter rechts am Wagenkasten befestigt ist. In der Mitte das eckige Gleitlager mit 4-kant Buchse und die lange Kupplungsstange, die auf einem breiten Gleiteisen nach links und rechts ausschwenken kann.



Auch in meinem Modell ist die Federpatrone funktionstüchtig bei vorbildgerechter Geometrie.

Da mein Modell leicht auch auf dem Küchentisch gebaut werden können soll, gibt es hier eine "dicke" M3 Schraube. Und auch auf die Gefahr einer sofortigen Zwangsexmatrikulation aus diesem erlauchten Kreis weise ich auf den falschen Radstand von 45 mm hin, der auffällig nicht zu den Achslagern, Radabweisern und Sandrohren passt. Das Leben ist halt ein Kompromiss! Meine Konstruktion von Rahmen und Aufbau sieht allerdings vor, dass man auch auf Normalspur umspuren könnte!



Somit ist nun "unten herum" alles so weit fertig, dass ich nun mit der Ableitung der Laserzuschnitte beginnen werde.

[Dampfboot]

Sandkästen, Radhäuser und Zubehörkisten konnte ich am Original noch einmal nachmessen. Die zwei Schrittmotortreiber (oben) und die 3 Steckkontakte wischen Fahrgestell und Fahrgastraum (zusammen = 21 polig.) konnte ich darin unterbringen. Die hier zu sehenden Seitenwände bilden später die Kabelkanäle.



Da heute die Batterieklipse für die 18650 Rundzellen aus China eingetroffen sind, konnte ich auch die Platinengeometrie bestätigen. Diese gibt nun die Komponentenpositionen für das eigentlichen Platinenlayout vor.



Der Testaufbau der Radabweiser in 0,5 mm Graupappe hat gezeigt, wo noch ein paar Zusatzverstrebungen für einen "robusten Spielbetrieb" strukturverbessernd angebracht werden müssen.



Heute habe ich auch mein Design der Gepäckablage getestet. Hier das filigrane Origial:



und meine stilisierte Umsetzung:



Die Träger der Gepäckablage habe ich mit der Klappmechanik der kleinen Fenster (unterer Teil) kombiniert, damit diese Teile nicht zu "fummelig" bei der Montage sind. Sie sind aus einer 1 mm starken ABS Platte gelasert. Um die Durchbrüche haben die Streben somit einen Querschnitt von 1 x 1 mm. Die Griffstange ist 1 mm im Durchmesser. Die 4 weiteren Stangen der Gepäckablage werden 0,5 mm stark ausgeführt. Die Teile wurden nach dem Lasern lediglich flächig einige Male über 400ter Sandpaier gezogen, um den "Brennschmodder" abzunehmen. Die Schnittkanten sind dagegen unbearbeitet.

Natürlich wäre hier auch ein noch präziseres 3D Druck Teil möglich gewesen. Die Laservariante ist aber um ein Vielfaches preiswerter und für mich sofort verfügbar.

[Schienenkönig]

Einfach nur Wahnsinn. Ich versuche auch so viele Details wie möglich nachzubilden, aber mein Maschinenpark ist auf meine Finger und einen windschiefen Fräser beschränkt.

Eine CNC Fräse bekomme ich noch nicht zum Laufen. Da muss ich noch viele Seiten wälzen.

Übrigens einen schönen Gruß vom Zwillingsbruder deines Schaffners, der in Wuppertal seine Arbeit verrichtet.

75999-4284-14_04_2021 (Schienenkönig)


Ps: Das Dach ist noch nicht richtig befestigt, da muss erst noch eine trennbare Kabelverbindung eingebaut werden.

[Helmut Schmidt]

Hallo Rainer,

das bisherige Ergebnis gefällt mir schon richtig gut.

Bin gespannt wie es weiter geht.

[Dampfboot]

Um meine Straßenbahn später möglichst vorbildgerecht "bewegen" zu können, habe ich die letzten Tage das Konzept der Steuerelektronik weiter verfeinert.

Der zur Verfügung stehende Bauraum misst ca. 84x85x22 mm.
Basis ist eine Platine von 84x85 mm. Auf der Platine befindet sich
- der Mikrocontroller mit 48 Beinchen
- das 868 MHz Funkmodul
Dc/DC Spannungsregler
- 20 Volt Fahrstrom auf 8 Volt Batterieladung
- 8 Volt auf 5 Volt Lichtstrom
- 5 Volt auf 3,3 Volt Logikstrom
- Strommesser für Batterieentnahme
- 3x Spannungsmessung: Schienenspannung, Akku Zelle 1 und Zelle 2
- 3x Servospannungsschalter
- 2x Sockel für Schrittmotortreiberplatinen für Zielanzeige
- Elektronischer Ein/Ausschalter

Auf der Platinenunterseite finden sich
- Clipse für 2x 18650 Zellen (2 - 3 Ah, 3,7 Volt in Reihe)
- USB Buchse zum Programmieren
- Sockel für Schrittmotortreiber für die zwei Fahrmotore
- Sockel für Soundmodul
- Sockel für DCC Decoder

Alle Anschlüsse zum Fahrzeug erfolgen über auf der Platine und im Fahrzeug integrierte Stecker/Buchsen.

Aktuell befinden sich alle großen Bauteile schon auf der endgültigen Position.
Das Hühnerfutter (rot) habe ich da hin gestreut, wo es ungefähr später gebraucht wird - darüber kann man den jeweiligen Platzbedarf abschätzen.

Die Tage gilt es nun, die weißen "Luftlinien" in richtige Leiterbahnen zu verwandeln. Auf der Platine wird es gar nicht mal so eng, aber die geometrischen Vorgaben durch die Bahnkonstruktion (siehe oben) und die großen Bauteile unter der Platine muss man schon ein wenig tüfteln.

Einzeln habe ich alle Funktionen bereits getestet. Mikrocontroller und Funkmodul sind "alte Bekannte" von mir. Diverse Schaltungsteile habe ich aus anderen Projekten übernommen - die spätere Fehlersuche wird also hoffentlich nicht all zu umfangreich...

[Dampfboot]

Nach erfolgreichen, funkgesteuerten Fahrtests auf der recht großen HSM-Anlage https://www.tram-museum.de/besucher/modellbahn-baugroesse-g/ mit der Prototypenschaltung ist heute endlich das Platinenlayout fertig geworden. Morgen schaue ich da noch einmal rüber und schicke es dann nach China zum Ätzen und Drucken. Die Bestückung übernehme ich anschließend wieder selbst.

Auf der Oberseite haben alle SMD Bauteile und die Buchsenleisten für die Anbindung an das Fahrzeug Platz gefunden. Oben erkennt man die Steckplätze U4/U5 für die Schrittmotortreiber der Zielanzeigen. Zentral in der Mitte der Platine sitzt der Atmel D21 Mikrocontroller = 32-bit ARM Cortex® M0+, 48 MHz, 256 kB Flash Memory. Darunter gibt es einen Leistungstreiber U1/IC1 für bis zu 7 Servos - geplant ist, erst mal nur 2 zu verbauen. Daneben liegt das Funkmodul U2.

In den vier Ohren gibt es je ein 3 mm Loch zur Befestigung der Radschleifkontakte. Darüber kann man aus den Schinen Strom zum Akkuladen klauen und/oder das optionale DCC Modul ansteuern.



Der Blick auf die Unterseite enthüllt, warum die Platine so groß werden musste. Hier haben die zwei 18650 Rundzellen ihren Platz. Dazwischen befinden sich die Sockel für das Soundmodul U7 mit SD Karte für die Sounddateien, eine USB Buchse zum Programmieren - zugänglich über ein Loch im Unterboden und der Schrittmotortreiber für die 2 Fahrmotore. Eine 5-polige Buchsenleiste ermöglicht die Addaption eines beliebigen DCC Empfängers, der dann per SUSI Schnittstelle mit dem Atmel sprechen kann - rudimentär habe ich bisher nur die Fahrstufen realisiert - bei diesem ersten Fahrzeug steht die Funksteuerung mit Akkubetrieb im Vordergrund.

[Helmut Schmidt]

Hallo Rainer,

gefällt mir gut, auch wenn ich für mich selbst eher auf einen DCC Betrieb stehe.

In deinem vorletzten Beitrag erwähntest due noch den Steckplatz für ein Soundmodul. Was planst du dort?

[Dampfboot]

Hallo Helmut,

ich verwende ein JQ6500-28p Sound Modul und steuere es per serieller Schnittstelle von meiner MCU an. Das JQ6500 hätte aber auch Anschlüsse für Tasten. Das Modul hat einen integrierten mono Verstärker, der für meine Zwecke genügt. Beschreibung: https://sparks.gogo.co.nz/jq6500/index.html
Kostet rund 6 Euro incl Versand exclusive SD Karte: https://de.aliexpress.com/item/1005001921151420.html
Meine Modellbahntage liegen Jahrzehnte zurück, aber auch ich habe erkannt, dass die Menschen heute mit DCC fahren - daher werde ich das in meiner Entwicklung unterstützen.

Für mich selbst habe ich diesen Handsender entwickelt und gebaut. Der integrierte Akku reicht - konservativ gerechnet - für 8 Stunden Dauerbetrieb. Das resistive Touchdisplay mit über 90 mm Diagonale kann mit einer einfachen Folie geschützt werden.



(PS: In Beachtung der Beschwerde der Astronauten an SpaceX habe ich den Ein/Aus-Schalter Apollo-Programmähnlich als mechanischen Schalter ausgeführt)

Zum Fahren tippt man auf den Fahrstand auf dem Foto - zur Zielazeige gelangt man durch Klicken auf die Selbige - fürs Licht drückt man auf die Lampen usw.

Mein Fahrstand ist noch sehr spartanisch angelegt - auch hier kann man noch Fotos und Grafiken hinterlegen.



Durch den akkugespeisten Schrittmotorantrieb ist die Radumdrehungszahl präzise vorgegeben. Man kann also beliebig langsam anfahren. Die kleinste Fahrstufe habe ich aktuell auf 50 m/Stunde = 0,05 km/h eingestellt. Das entspricht in 1:22,5 = 220 cm/Stunde = 4 cm/min - das sieht man kaum noch - langsamer brauche ich es nicht. Die +/- Tasten Schritte ändern sich mit der Geschwindigkeit:

0,05 Schritte bis 1 km/h
0,5 Schritte von 1 bis 5 km/h
1,0 Schritte von 5 bis 70 km/h = Vmax.

Das ++ macht auf 1x je 5 dieser Schritte. Von einer Stufe zur folgenden wird intern eine Rampe gefahren. Somit ist das Beschleunigen sehr sanft aber auch vorbildlich schnell möglich. Die Richtung wechselt man, indem man den Fahrstand 1 oder 2 auswählt - dadurch wird auch verhindert, dass man nach dem Bremsen versehentlich in die falsche Richtung zurück fährt. Anders als beim Dampfboot bremst man auf der Schiene ja wohl nicht mit rücklaufendem Propeller?!

Ich mag das präzise Antasten der Geschwindigkeit - natürlich könnte man auch ein Poti verbauen

[Dampfboot]

Habe die Platinen in KiCAD virtuell bestückt.
Die "Chinamodule" (Schrittmotortreiber, Soundmodul, Step-Down Regler) musste ich dazu vorher in FreeCAD erzeugen. Glücklicherweise arbeiten die Programme zusammen, sodass man in KiCAD vorhandene 3D Modelle unkompliziert nach FreeCAD importiert - das Poti z.B. - und anschließend die neue eigene Baugruppe - z.B. den Schrittmotortreiber mit dem Poti - als ein KiCAD 3D Modell exportiert. Dazu verwendet man die "KiCADStepUp Workbench".

Montag kommen die Originalplatinen - dann wird "live" bestückt...