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Wagon-Entleerungsanlage mit dem Arduino steuern
08.08.2016, 21:53
Beitrag #1
Wagon-Entleerungsanlage mit dem Arduino steuern
Moin in die Runde,
ich bin neu hier im Forum und möchte mir hier Informationen und Rat für folgendes Projekt holen:
Eine Waggon-Entleerungsanlage für die Modelleisenbahn, die mit dem Arduino bzw. später mit dem Arduino-Nano gesteuert werden soll.
Man kann diese Anlage auch als Waggon-Dreh-Kipp-Entleerung bezeichnen =>
engl: (railcar) rotary-dumper.

Zur Einführung in das Thema hier erst einmal drei Videos, damit sich alle vorstellen können worum es geht:
Video 1:
https://www.youtube.com/watch?v=S2f4cLHCvzE
Hier ist ein rotary dumper zur Entleerung von drei Waggons zu sehen (real life).

Video 2:
https://www.youtube.com/watch?v=lPiY_m3i3Ns
Ein weiter rotary dumper für die Entleerung von einem Waggon (real life).
Hier ist ab Minute 1:40 zu sehen, wie Haken / Klammern sich von oben auf die Bordwand des Waggons herabsenken und ihn an die Schiene drücken, damit der Waggon bei der weiteren Drehung nicht von den Schienen fällt. Dies ist ab Minute 18:00 bis 19:10 noch einmal besser zu sehen wie der Waggon verriegelt wird.


Video 3:
https://vimeo.com/47810820
Modell-Rotary-Dumper zur Entleerung von zwei Waggons (Maßstab H0 = 1:87)
Ab Minute 3:35 bis 3:58 ist in dem Video ein von mir gebauter Rotary-Dumper im Modell (Maßstab H0 = 1 : 87) zu sehen.
Die Drehbewegung wird durch einen Taster gestartet. Der Antrieb erfolgt durch einen Legomotor mit Untersetzungsgetriebe.
Die Verriegelung / Fixierung der Waggons erfolgt durch das Senken von zwei Alu-Profilen auf die Oberkanten der Waggons. Die Alu-Profile liegen ungefähr im 45 Grad-Winkel an. Durch diese schräge Anordnung wird auch eine seitliche Führung der Waggons erreicht, damit diese sich nicht herausdrehen können.
Die Ansteuerung des Modellbauservos erfolgt bisher über ein durch Tasten programmierbares Servosteuerungs-Modul (mit ATtiny 2313), das zeitgleich mit der Drehbewegung gestartet wird, aber von der Motorsteuerung komplett unabhängig läuft.
Die schrägen in der Anpresskraft wenig präzisen Alu-Profile und der unabhängige Ablauf der Drehbewegung und der Wagen-Verriegelung sind der Schwachpunkt dieser Modell-Anlage.
Wenn die Drehbewegung aus irgendwelchen Gründen länger dauert, dann öffnen sich die Alu-Profile schon ehe die Wagen wieder in der Horizontalen sind. Das führt dann dazu, dass die Wagen der Ladung in die Grube folgen oder zumindet entgleisen und dann zum Schluss des Entleerungsvorganges nicht herausrollen können.

Deshalb habe ich mir für den neu zu bauenden Modell-Rotary-Dumper Folgendes überlegt:
Er soll mit 2 x 4 = 8 senkrecht arbeitenden Zuhaltungen / Klammern ( 4 pro Wagen) gebaut werden. Jede Zuhaltung möchte ich als einen Spindelantrieb mit einem Mini-Schrittmotor realisieren; Z.B. mit diesen oder solchen.

Der gesamte Modell-Rotary-Dumper soll über einen Arduino gesteuert werden. Dadurch wird der gesamte Ablauf präziser und sicherer werden.

Ich habe schon ein wenig in "Der Bucht" gestöbert und nach Arduinos und Treiberplatinen für Schrittmotoren Ausschau gehalten.
Arduino Uno´s bzw. baugleiche Platinen habe ich schon für unter 10,- Euro gesehen. Sind diese wiklich baugleich und kompatibel zu allen Arduino-Programmen?

Bisher habe ich noch nix gekauft.
Zu welcher Grundaustattung zum Start für mein Projekt würdet ihr mir raten?
Also ich brauche einen Arduino UNO und ...
(was noch?)

Bei den Motor-Treiberplatinen habe ich folgende Treiberbausteine / -ICs gefunden:
ULN2003
A4988
A3967
L298N
und
DRV8825

Ist es egal welchen ich mir davon für die oben angegebenen Schrittmotoren kaufe oder gibt es bei den Treiber-Ics große Unterschiede in der Ansteuerung (Programmierung /Schaltung) und Leistung?

Beste Grüße von
Enno
aus der Löwenstadt Braunschweig
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12.08.2016, 22:53
Beitrag #2
RE: Wagon-Entleerungsanlage mit dem Arduino steuern
Tja...
So, wie ich das lese, braucht es 8 Schrittmotoren.
Verzeiht mir meine Unkenntnis, aber hat ein Schrittmotor nicht die Eigenschaft, möglichst präzise zu drehen und lässt deswegen keinen Schlupf zu?

Das würde bedeuten, weil die Oberkanten der Waggons ja nie gleich hoch sind, müssen die Motörchen auch unterschiedlich weit gefahren werden.

Wenn dem so ist, braucht es für jede Waggonklemme einen eigenen Schrittmotor und damit einen eigenen Motortreiber.

Es sei denn, man kann den Motor auch mit Unterspannung drehen lassen, und bei Anschlag bleibt er einfach stehen...

Aber da könnte man dann auch nen simplen DC Motor einsetzen, und gut...

So, dann kommt die Positinierung der Waggons
Da würde ich auf Lichtschranken setzen.

Entkopplung der Lok -> Da bietet die Mdellbautechnik sicher etwas.

Das Programm dazu wird sicherlich umfangreich, aber es ist machbar.
Binatone
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14.08.2016, 12:35 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 14.08.2016 12:35 von Enno62.)
Beitrag #3
RE: Wagon-Entleerungsanlage mit dem Arduino steuern
(12.08.2016 22:53)Binatone schrieb:  Tja...
So, wie ich das lese, braucht es 8 Schrittmotoren.
Verzeiht mir meine Unkenntnis, aber hat ein Schrittmotor nicht die Eigenschaft, möglichst präzise zu drehen und lässt deswegen keinen Schlupf zu?

Das würde bedeuten, weil die Oberkanten der Waggons ja nie gleich hoch sind, müssen die Motörchen auch unterschiedlich weit gefahren werden.

Wenn dem so ist, braucht es für jede Waggonklemme einen eigenen Schrittmotor und damit einen eigenen Motortreiber.

Es sei denn, man kann den Motor auch mit Unterspannung drehen lassen, und bei Anschlag bleibt er einfach stehen...

Aber da könnte man dann auch nen simplen DC Motor einsetzen, und gut...

So, dann kommt die Positinierung der Waggons
Da würde ich auf Lichtschranken setzen.

Entkopplung der Lok -> Da bietet die Mdellbautechnik sicher etwas.

Das Programm dazu wird sicherlich umfangreich, aber es ist machbar.
Binatone

Hallo Binatone,
du hast ganz recht, die Bordwandhöhen der Waggons sind von Hersteller zu Hersteller verschieden hoch. Gleiche Wagen von einem Hersteller haben aber immer (oder meistens) die gleiche Bordwandhöhe.
In unserer Teppichbahn-Gruppe fahren wir Ganzzüge, dass heißt in einem Zug mit 30 Wagen sind nur Wagen vom gleichen Hersteller und damit alle Wagen gleich hoch. Die acht Schrittmotoren können also alle gleich angesteuert werden und den gleichen Weg bzw. die gleiche Anzahl von Schritten machen.

Es ist geplant die Anlage so zu bauen, das jeweils Waggons mit einer Länge von 16 cm und 18 cm entladen werden können.

Wenn eine Wagengruppe eines anderes Herstellers entladen werden soll, dann habe ich mir für dieses Problem folgende Lösung überlegt: Die Anlage bekommt einen Schiebeschalter für die unterschiedlichen Wagenhöhen (es sind drei) und je nach Stellung des Schalters wird im Arduino über digitale Eingänge ein passendes Unterprogramm zur Ansteuerung der 8 Schrittmotoren aufgerufen, in dem die zuvor ermittelte Schrittzahl und damit die Endposition der 8 Klemmen eingestellt ist.
Oder es werden noch zwei Taster (und ein Unterprogramm) vorgesehen mit denen man die Position der Klemmen manuell anpassen kann.

Für die Entladung muss das zu entladende Wagenpaar vom Zug entkuppelt werden. Dafür wird direkt vor der Anlage ein Entkupplungsgleis (C-Gleis, Märklin) eingebaut.
Die Dreh-Kipp-Anlage ist mit leichem Gefälle aufgebaut, sodass die Wagen das letzte Stück bis in die Endposition in die Anlage hineinrollen.
Die Endposition der Wagen will ich durch einen mit einem Schrittmotor schwenkbare Schranke (auf Höhe der Waggonpuffer) festlegen. Die Schranke wird rechts und links vom Gleis ein Auflager bekommen, damit die Aufprallkräfte nicht auf die Achse des Schrittmotors wirken.
Nach der Entladung (Drehen der Waggons überkopf) wird die Schranke geöffnet und die Wagen rollen durch das Gefälle heraus.
Es gibt aber da noch das Problem, das die Wagentypen unterschiedlich lang sind.
Deshalb habe ich vor zwei Auflager für die unterschiedlichen Waggonlängen zu bauen und der Schrittmotor mit der Schranke soll auf einer Art Schlitten (Messigprofil) mit einem zeiten Schrittmotor am Gleis entlang vorwärts und rückwärts verfahrbar sein. Die Position der Schranke wird dann auch mit dem Arduino über den Kodierschalter für die Wagenhöhe gesteuert.

Bei realen Rotary-Dumpern haben die Waggons drehbare Kupplungs und die Drehachse des Rotarydumpers liegt genau auf der Drehachse der Wagenkupplungen. Die Wagen können deshalb gekuppelt bleiben. Das das Zuführen (weiterbewegen) des Zuges erfolgt durch eine elektrohydraulische Zahnradlokomotive auf einem Parallelgleis mit einem stabilen Schwenkarm.
Dieser wird zwischen zwei Waggons heruntergelassen und dann der gesamte Wagenverband um so viele Wagen vorwärtsgeschoben wie in den Rotary-Dumper passen. Während die erste Wagengruppe entleert wird fährt die Zahnradlokomotive am Gleis zurück und schwenkt den Schubarm zwischen hinter die nächste Wagengruppe. Es gibt große Anlagen in denen bis zu vier Wagen pro Rotary-Dumper entleert werden können.
Siehe dazu dieses Video: https://www.youtube.com/watch?v=1M5URtt4ROc
Ab Minute 1:38 ist die "Zahnradlok" zu sehen.
Aber das mit dem automatisiertem Vorschub ist für mich (vorerst) noch Zukunftsmusik - das nehme icherst in Angriff, wenn mein neuer Modell-Rotary-Dumper gebaut ist und funktioniert. Bis dahin gibt es noch jede Menge Säge-, Löt- und Programmier-Arbeit.
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14.08.2016, 14:54
Beitrag #4
RE: Wagon-Entleerungsanlage mit dem Arduino steuern
Ich scheue mich vor wie nach bei der Verwendung von Schrittmotoren.
Gründe:
A
Programmierarbeit:
Es geht im Grunde ja nur um 2 Zustände, blockiert und offen.
Durch unterschiedliche Waggons, braucht es unterschiedliche Positionen der Schrittmotoren.
Dazu muss jeder Motor eine Grundstellung haben, die bei Neustart (Spannungsausfall) erstmal angefahren werden muss.


B
Es kommt bei Schrittverlust sicherlich zu unterschiedlichen Positionen der Motoren.
Folglich braucht es für jeden Motor eine eigene Ansteuerung.
Kostet Geld, kostet Programmierarbeit.

C
Fehlerquote
Schalter falsch, Wagen zerdrückt oder zu locker beim Kippen...


Bei Verwendung von 8 Servos (oder andere Getriebemotoren)
Könnte man diese alle zugleich mit EINEM Motorschield ansteuern.
100 Millisekunden volle Spannung, dann die Spannung halbieren.
Bei mechanischem Anschlag am Waggon bleiben die Motoren einfach stehen.
Spannung in Volt ist proportional der Spannung Deiner Klemmen.

Oder:

Federmechanismus (Haushaltsgummi)
Jeder Motor fährt komplett seine Strecke.
Die Feder/das Gummi absorbiert die Kräfte.

Binatone
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14.08.2016, 15:57
Beitrag #5
RE: Wagon-Entleerungsanlage mit dem Arduino steuern
(14.08.2016 14:54)Binatone schrieb:  ....

Oder:

Federmechanismus (Haushaltsgummi)
Jeder Motor fährt komplett seine Strecke.
Die Feder/das Gummi absorbiert die Kräfte.

Binatone

Hi,
also das mit dem Gummi als Wegausgleich gefällt mir bislang am besten.
Alternativ könnte man auch die Federn aus Kugelschreibern nehmen...zur Not einfach einen 10er Pack Billigware kaufen oder sich so ein Federnset zulegen das es sicherlich auch im nächsten Baumarkt gibt. Dann kann man sich überlegen ob man bei der Konstruktion besser Zug- oder Druckfedern verbaut.
lgbk

1+1 = 10 Angel ...und ich bin hier nicht der Suchmaschinen-Ersatz Dodgy...nur mal so als genereller Tipp..
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