Zelfbouw Ontkoppelaar

Deze bijdrage verscheen in Modelspoormagazine 68. Daar vind je meer tekst en afbeeldingen ...

Ontkoppelrails worden door vele modelspoorfabrikanten stiefmoederlijk behandeld. Terwijl er wel veel aandacht gaat naar de vormgeving en werking van de koppelingen zelf zien we vaak ontkoppelrails met een verre van realistische vormgeving. Daarom ontwerpte ik een zelfgebouwd alternatief.

De meeste fabrikanten leveren een ontkoppelrail waarbij er midden in de rail een soort onderhoudsbrug voor auto’s naar boven floept. Deze vormgeving, hoewel functioneel, is moeilijk verenigbaar met het streven naar een realistisch ogende baan. Wanneer je met de meer natuurgetrouwe kortkoppelingsystemen wil werken val je vrijwel automatisch terug op de klassieke ontkoppelrail (tenzij je natuurlijk met de hand de trein gaat ontkoppelen). Dit werd een zelfbouwproject, en met zelfbouw bedoel ik volledige zelfbouw: zelfs de elektromagneet maken we zelf. Hiervoor gebruik ik onder andere een metaaldraaibank. De beschrijving is bedoeld om meerdere ontkoppelaars tegelijk te maken.

Het principe van de ontkoppelaar is behoorlijk eenvoudig: een elektromagneet is de krachtbron, die een metalen kern omhoog trekt. Deze is verbonden met een plaatje tussen de rails, dat bij het activeren van de magneet omhoog komt en de pinnetjes onderaan de koppeling omhoogduwt. Om de elektromagneet tegen oververhitting te beveiligen werd een klein elektronisch schakelingetje toegevoegd: de energie, nodig voor het aantrekken van de magneet wordt opgeslagen in een buffercondensator. Deze condensator wordt opgeladen door een weerstand. Per ontkoppelaar wordt de magneetspoel door een vermogenstransistor aangestuurd.

Uit enkele restjes pertinax maken we een mal. Twee latjes van 5x1cm van dit hittebestendige materiaal, samen met enkele M3-boutjes en moeren volstaan als basis. Hierin slijpen we twee sleufjes met een onderlinge tussenafstand van 11mm. Twee messing ringen (maat M6, met een buitendiameter van 12mm) vormen samen met een 30mm lang messingbuisje van 6mm buitendiameter de basis voor ons magneetspoellichaam. Deze drie delen plaatsen we in de soldeermal, er voor zorgend dat één uiteinde van het messingbuisje net voorbij een van de messingringen komt.De verbindingsplaatsen kan je best al wat inpenselen met vertinningspasta.

De mal houdt het geheel bij mekaar wanneer we dit aan elkaar vastsolderen. Voor dit werkje hebben we een bout met voldoende vermogen nodig. Maak meteen een aantal van deze constructies. Het resultaat is een wat ruwe constructie, die we nu verder gaan bewerken. De plaats waar de spoeldraad moet komen hoort immers zo egaal mogelijk te zijn, zonder soldeerresten.

Hiervoor is een metaaldraaibank het beste gereedschap. We spannen ons werkstuk zo kort mogelijk in en werken op een matige snelheid. We beginnen met het uiteinde van de constructie vlak te draaien, waarbij een stukje van de messingring, samen met het uitstekende deel van de messingbuis wordt wegggenomen.

Bij het afdraaien van het middendeel – het deel waar de spoeldraad moet gewikkeld worden – is het zaak om hier met kleine beetjes materiaal af te nemen. Na het lichtjes afdraaien van de messingringen langs de binnenzijde krijgen we een mooi, glad spoellichaam met loodrecht op de as staande messingringen. Er rest ons nog één stapje in de constructie: we hebben een fijn gaatje nodig waarlangs we de spoeldraad tot op de kern van het lichaam kunnen aanbrengen.

De 0,15mm dunne geëmailleerde koperdraad wordt door dit gaatje gevoerd, het best met minstens 5 centimeter “overschot” als toekomstige aansluitdraad voor de magneet. We kunnen nu de spoel beginnen wikkelen. Doe dit op een zo laag mogelijk toerental. Zigzaggend over de spoelkern, de windingen mooi laten aansluiten, … tot het gehele spoellichaam egaal en volledig gevuld is met emaildraad. Knip de draad af, zorgend voor een aansluitdraad-lengte van minstens 5 centimeter.

De bewegende kern van onze elektromagneet bestaat uit ijzer. Van een ijzerstang draaien we een lange staaf af met een diameter die nét iets kleiner is dan de binnendiameter van de messingbuis, zodat die soepel maar met weinig speling door het buisje kan glijden. Het bovenste uiteinde van de toekomstige kern draaien we verder af tot een smaller staafje van 1,5mm dik.

Om er voor te zorgen dat de kern niet kan ronddraaien in de elektromagneet zagen we een 1mm brede en 10mm diepe sleuf in het midden van de onderzijde. Dit kan uit de hand met een metaalzaag, maar een in de draaibank geplaatst zaagblad werkt hiervoor toch een stuk preciezer.

De kern van de elektromagneet is nu klaar en zou er ongeveer moeten uitzien zoals de foto. We hebben verder een niet-magnetisch deel nodig dat de beweging overbrengt naar de rail. Een kunststof staafje, bvb 5mm dik rond styreen van Evergreen, is hiervoor een goede basis.

We brengen dit eerst op de juiste diameter, om er vervolgens aan de onderzijde een verzonken gat in te boren. Doe dit op lage snelheid en stapsgewijs zodat het kunststof niet smelt. Dit gat boren we verder in met een 1,5mm boortje tot op zo’n 7mm diepte. We korten tenslotte dit kunststof deel af op de juiste lengte.

Onze volledige beweegbare spoelkern is nu klaar, het kunststof verlengstukje is klaar om op het metalen deel te worden geplaatst. De draden van de elektromagneet voorzien we van enkele kortere draadjes, zodat we de werking van onze zelfgemaakte elektromagneet nu even kunnen testen. Met enkele krokodilleklemmetjes kunnen we controleren of  de kern vlot wordt aangetrokken door het opgewekte magnetische veld.

Uit 2mm dik styreen snijden we plaatjes van 24x40mm, waarin we enkele gaten boren. Onze elektromagneet kan nu door het grootste geboorde gat gestoken worden en met wat secondenlijm aan de bodemplaat gefixeerd.

Centraal op de bodemplaat komt een tussenschot uit 1mm dik styreen. Dit snijden we in vorm zodat het precies over de elektromagneet past. We boren hierin enkele gaatjes. Uit een stukje messingblik knippen we een rechthoek met een centraal gat. Dit wordt een koelvinnetje voor de transistor.

De pootjes van de transistor plooien we alvast om in de juiste hoeken. Een M3 boutje en moer, alsook enkele passende klemringetjes zorgen voor de bevestiging. Een spatje warmtegeleidende pasta zorgt voor een goede overdracht tussen de transistor en ons zelfgemaakte koelvin.

De verbinding met de voeding en aansturing wordt verzorgd door een driepolige schroefconnector. Met wat secondenlijm wordt deze rechtsonder aan de bodemlaat bevestigd. Na het vastlijmen van deze connector kunen we meteen de nodige aansluitingen verzorgen: de verbinding met de emitter van de transistor en de “min” aan de connector (bovenaan), de weerstand tussen de basis van de transistor en de sturingsaansluiting van de connector (midden)

Vervolgens kan het tussenschot op de bodemplaat verlijmd worden, waarna de spoeldraden van de elektromagneet kunnen bevestigdworden: één draad aan de onderste “plus” van de connector, de andere draad aan de (middelste) collectoraansluiting van de transistor. Na dit soldeerwerkje kan je best de zaak even uittesten op een goede werking. Desnoods moet je de verbinding even terug verhitten tot je een goede soldeerlas hebt.

Nu onze ontkoppelaar vrijwel klaar is om in te bouwen kunnen we de baan voorbereiden: We beginnen met een 7mm breed gat te boren, precies in het midden van de rail.

Met enkele kleine houtschroefjes kan onze constructie nu onder de baan bevestigd worden. We kunnen de ontkoppelaar(s) aansluiten aan de baan. Bemerk de geplaatste buffercondensator met de vermogensweerstand, die zal zorgen voor ‘gedoseerde stroomstoten‘ bij het aansturen van de elektromagneet.

Wanneer je op voorhand de dikte van de onderlaag van je rails hebt uitgemeten, en deze afmeting hebt gebruikt in je voorbereidende stappen, steekt de top van de beweegbare pin van de magneet net boven de hoogte van de dwarsligers uit.

Omdat we het bewegende deel van de ontkoppelaar in rust natuurlijk willen laten overkomen in onze modelspooromgeving, kiezen we voor een dienstpad als “camouflage” van onze ontkoppelaar. Deze strip snijden we op maat: 12mm brede stukken die tussen de rails worden geplaatst, andere stukken op maat tussen de sporen. Deze kunnen we nu gaan schilderen naar smaak.

Van een stuk styreenplaat van 0,5mm dik snijden we rechthoeken van 9x18mm, met in het midden een opening. We lijmen dit plaatje aan dit bovenstuk, nadat we de juiste positie hebben bepaald op de baan. Het is de bedoeling dat dit plaatje mooi de lijn van de rails volgt. Hierna kan op dezelfde manier het bovenste stuk – een 12mm brede balkenimitatie - gelijmd worden. Na dit lijmen kan je de onderzijde van deze constructie met een stiftje zwart maken.

Nadat het gat in de bodemplaat wat bijgewerkt is, kan de rest van het dienstpad geplaatst worden. Let hierbij op de goede hoogte van dit pad. Het gebruik van een metaaldraaibank doet vermoeden dat dit project meer iets is voor de gevorderde modelbouwer. Dergelijk gereedschap lijkt misschien wat specialistisch en is niet echt goedkoop, toch is het een investering die zich loont, terwijl het voor verschillende zaken in de modelspoorbouw zijn diensten kan bewijzen.