De LGB tuinregelaarsgrootspoorgroep.nl/doehetzelf/tuinregelaars.pdf1 De LGB tuinregelaars door Klaas...
Transcript of De LGB tuinregelaarsgrootspoorgroep.nl/doehetzelf/tuinregelaars.pdf1 De LGB tuinregelaars door Klaas...
1
De LGB tuinregelaars door Klaas Robers
Wie kent niet de grappige seinhuisjes van LGB, waarin een snelheidsregelaar is ondergebracht? Zij zijn typisch
bedoeld om te gebruiken in de tuin. De naam "tuinregelaar" komt niet uit de catalogus, maar geeft wel duidelijk
aan waar het over gaat. In de loop der tijd kwam ik ze her en der tegen en die zijn bij mij gebleven. Ik vind ze zo
ècht LGB.
LGB tuinspoor
LGB heeft zich van meet af aan
gepresenteerd als een spoor-
baan voor in de tuin. Dat heeft
er onder andere toe geleid dat
het regelen van de snelheid van
de trein ook buiten zou moeten
plaats vinden. Een transforma-
tor mag absoluut niet buiten en
daarom moesten de functies
"transformator" en "regelaar"
gescheiden worden uitgevoerd.
Zo ontstond al helemaal in het
begin de losse transformator en
de losse regelaar voor buiten.
Ontwikkeling
Van het begin af had de losse regelaar de vorm van een
seinhuisje. In de eerste jaren was er zelfs niets anders.
In de loop der tijd zijn er wel veel ontwikkelingen
geweest, alhoewel de uiterlijke verschijningsvorm, het
seinhuisje, nauwelijks veranderde. Onderaan de pagina
vindt u een overzicht. De informatie heb ik gehaald uit
catalogi en uit de Depesche.
De eerste tuinregelaars werkten op basis van een regel-
weerstand samen met de rode transformatoren 5000 en
5008, zie ook GS 73, maart 2009. Zo'n regelweerstand
regelt de snelheid niet lekker en bij kortsluiting op de
baan wordt hij ontoelaatbaar warm.
Dan zien we elektronische regelaars verschijnen, die
een veel gelijkmatiger snelheid garanderen. Zij hebben
witte raampjes in het seinhuisje. Ook zij worden warm
van binnen en dat kan een probleem vormen voor de
transistoren. Men rekende er voor de groene 5012N
nog op dat de transformator de stroom wel binnen vei-
lige grenzen hield, maar met de komst van de "Jumbo"
met zijn 10A ging dat gemakkelijk fout. De rode 51120
heeft toen een betere stroombegrenzing gekregen. De
maximale stroom bleef nog wel 2A.
De elektronica in de bruine 52120 is compleet anders:
een veel ingewikkelder z.g. schakelende regelaar, waar-
door de warmteontwikkeling in de transistoren veel
lager en het rendement hoger werd. Nu kon een stroom
tot 5A worden afgegeven. Bovendien zit er een gelijk-
richter in de schakeling ingebouwd, waardoor de tuin-
regelaar ook met wisselstroom gevoed kan worden.
(Wordt vervolgd)
5010 5011 5012 5012N 51120 52120
bruin ? groen groen rood bruin
1968 1970 1971 1983 1995 1999
0,7A ? 1,5A 2A 2A 5A
weerstand elektronisch weerstand elektronisch elektronisch elektronisch
GS 76
2
De LGB tuinregelaar 5010 door Klaas Robers
De eerste tuinregelaar van LGB zat in een bruin seinhuisje en had als nummer 5010. Hij was bedoeld voor bij de
eerste beginnersets. Bedoeld, want de vaste trafo 5000 en regelaar 5010 moest men apart aanschaffen.
Anno 1968
De oudste tuinregelaar die ik
heb moet helemaal uit de be-
gintijd van LGB stammen. In
het allereerste nummer van
LGB Depesche zien we hem
al in een tekening waarop staat
hoe de baan aangesloten moet
worden. Ik heb mij wel eens
afgevraagd hoe men toen
zulke levensechte tekeningen
maakte, met de snoertjes als
om de hand gewikkeld en in
een bosje op de vloer gelegd.
In dit blad gaf men het ant-
woord op die vraag eigenlijk
al weg, want op de volgende
pagina stond precies dezelfde
opstelling, maar nu als foto. Dus: eerst een foto maken,
leg die op de lichtbak, een stuk papier er overheen en
overtrekken maar. Zo komen de onderlinge verhou-
dingen en het perspectief vanzelf in orde.
Regelbare weerstand
Om een en ander eenvoudig en redelijk goedkoop te
houden werkt de snelheidsregelaar volgens het principe
van een regelbare weerstand. Dezelfde weerstand
wordt gebruikt voor vooruit en achteruit. Een sleep-
contact loopt van links naar rechts, of een ander sleep-
contact van rechts naar links over de op een strip mica
gewikkelde weerstandsdraad. Nog weer andere sleep-
contacten lopen over koperbanen op een stuk "print-
plaat" en verzorgen daarmee het ompolen van de span-
ning. Zo rijdt de trein vooruit of achteruit, afhankelijk
van of de knop naar links of naar rechts gedraaid
wordt. Zo ging dat in die tijd, niks geen elektronica.
Regelbare stroom
Een regelweerstand, hoe eenvoudig ook, is niet echt
fijn om de snelheid mee te regelen. De PermanentMag-
neetmotoren van de locomotieven
hebben een karakteristiek waarbij
de snelheid hoofdzakelijk afhangt
van de aangelegde spanning (volt)
en waarbij de stroom (ampère) een
maat is voor het afgegeven koppel,
zeg maar de op dat moment beno-
digde trekkracht.
Met een regeltransformator zet je
een zekere spanning op de rails,
waardoor een trein met de overeen-
komstige snelheid gaat rijden. Als
de spanning mooi constant blijft,
dan zal ook de snelheid constant
blijven, in bogen en op rechte stuk-
ken, helling op en helling af. Dat is
zoals je het meestal wilt.
GS 77
3
Met een regelbare weerstand in serie regel je min of
meer de stroom en dus de trekkracht. Loopt de trein
wat zwaarder, tegen een helling op of in een boog, dan
zal de snelheid op dat moment afnemen. Op het rechte
stuk zal hij dan weer harder gaan rijden. Een regel-
weerstand regelt dus niet zo mooi.
Principeschema
In het schema: een poolwisselaar, een regelweerstand
van 40Ω en een thermische veiligheid. In werkelijkheid
zijn er twee sleepcontacten voor op de weerstand en
wordt de aansluiting van de weerstand zelf omgescha-
keld van links naar rechts bij het door de nulstand gaan
van de regelknop. Daarom zijn er zo veel contactbanen.
Regelkarakteristiek
Omdat deze regelaar bedoeld is voor één Stainz is hij
beproefd met een simpel eenmotorig ToyTrain-locje op
de baan. Bij de knop staat een schaal van 0 tot 50,
waarschijnlijk is dat
km/u. Daarom is ver-
ticaal naast de span-
ning op de rails in
volt, ook de behaalde
schaalsnelheid uitge-
zet.
De bovenste kromme
is voor het locje solo
op de baan. De opgenomen stroom is dan 0,25A. Met
de knop bij 0 rijdt hij weg met een ruk. De onderste
kromme is met vier tweeassige wagentjes. De stroom is
dan zo'n 0,45A. Met de knop tussen 0 en 10 staat de
trein nog zo goed als stil. Je moet de knop dus echt een
stuk verder opdraaien voor dezelfde snelheid.
Ins Freie
De 5010 kreeg een bimetaalveiligheid om hem bij een
te grote stroom uit te schakelen. Hij mocht namelijk
ook werken op een autoaccu. In Depesche 12 zien wij
een familie recreëren, waarbij de LGB naast een oude
Opel in het gras is uitgelegd. In het eerste jaar had de
5010 nog geen bimetaal en bij kortsluiting brandde de
weerstand er uit, de autoaccu wil wel stroom leveren.
Ik heb nog zo'n 5010 uit het eerste jaar en daar heeft
duidelijk teveel stroom gelopen. De weerstandseinden
zijn bruin geblakerd en de plastic sleuven in het huisje
vlak daarboven zijn gedeeltelijk weggesmolten. Maar
het bimetaal helpt maar ten dele, want ook bij de 5010
mèt zo'n ding zijn al enige vervormingen ontstaan, kijk
maar eens goed op de foto linksboven. Dit alles roept
om een beter ontwerp voor een nieuwe tuinregelaar.
4
De LGB tuinregelaar 5012 door Klaas Robers
De opvolger van de LGB 5010 was de LGB 5012. Hij kreeg een groen seinhuisje. Het ziet ernaar uit dat de over-
belastingsproblemen met de regelweerstand van de 5010 te groot waren. Smeltend plastic is tenslotte meer dan
een schoonheidsfout, zodat er een steviger regelaar moest komen.
De 5011
Maar waar is de 5011 gebleven? In Depesche nr. 5 van
april 1970 werd die als Neuheit aangekondigd. Daarbij
stond een fotootje van de aansluit- en bedieningskant
van de 5010 en eentje van de onderkant met in het
inwendige een printplaatje met elektronische onder-
delen. Verder is er nooit meer iets van gehoord of
gezien. Ook in LGB-catalogi en folders kom je er niets
meer van tegen. Wel zien we in "Die Welt der LGB"
van 1971 (dank u Big Train World voor het inzien) de
5010 èn de 5012 naast elkaar afgebeeld. De 5011, in
1970 zijn tijd vooruit, was blijkbaar een mislukking en
is voortijdig in de Depesche terecht gekomen.
De 5012
Ook de 5012 is weer een regelaar gebaseerd op een
regelweerstand. Deze weerstand is een stuk volumineu-
zer en is veel verder van de plastic roosters van het
seinhuisje geplaatst. Daartoe heeft de grijze voet een
behoorlijk grote uitstulping naar onderen gekregen, ter-
wijl die bij de 5010 nog vlak was. Deze uitstulping was
een blijvertje. Alle elektronische regelaars die de 5012
opvolgden, hebben hem en hebben die extra ruimte ook
hard nodig.
De 5012 tuinregelaar kreeg ook een andere kleur, het
huisje werd hardgroen, terwijl er in het huisje een grote
zwarte tonvormige regelknop zit. Deze knop doet mij
sterk denken aan Amerikaanse en Engelse regelaars
voor modeltreinen. Het zou goed kunnen dat dit ding
geen ontwikkeling van LGB is, maar als module werd
ingekocht. Hij past ook niet echt netjes in het bedie-
ningspaneel, de as met de knop zit een halve centimeter
te ver naar voren gemonteerd, duidelijk uit het midden
van de schaalverdeling.
Net als bij de bruine 5010 zijn de raampjes en de spijl-
tjes daarin meegespoten in het plastic van de imitatie
planken wanden. Pas bij de opvolger, 5012N / 50120,
zijn de kozijntjes met de spijltjes als aparte witte inzet-
stukken in de openingen van de wanden geklikt.
De wat zinloze doorverbinding voor 14 V ≈ voor licht
en wissels is verdwenen.
GS 78
5
Principeschema
Het schema lijkt veel op dat van de oude 5010. Dat kan
ook nauwelijks anders, want daar is niet zoveel in te
variëren. De toegevoegde condensator is om storing op
radio en TV te voorkomen. Bij de 5010 was het werke-
lijke schema een stuk ingewikkelder. Daar werd de
regelweerstand door één sleepcontact van links naar
rechts afgetast bij het naar rechts draaien van de knop
en door een tweede sleepcontact van rechts naar links
bij het draaien naar links. De eindaansluiting van de
weerstand moest daarbij omgeschakeld worden, wat
een aantal extra schakelcontacten en cirkelsegmenten
nodig maakte. Dat zou het schema nodeloos ingewik-
keld maken en is dus weggelaten.
Hier is dat niet
nodig. De weer-
standsdraad zit
om een tot een
vierkant gebogen
stuk blik gewik-
keld, met tussen-
voeging van een
isolatie-matje van
asbest. De as van
de regelknop zit
onder het vier-
kant, ongeveer in
het midden. Het
glijcontact glijdt daar in een cirkel over
het vierkant en komt van zuid, via west
of oost, altijd in noord uit. Dáár zit ook
de draad naar de uitgang met een klod-
der soldeer op de weerstandsdraad
gesoldeerd. Slim hè?
Bovendien geleidt het blik de warmte
als die slechts in een smalle strook
ontstaat, snel af en verdeelt die over de
hele weerstand. Zo vermijdt men "hot
spots" en gesmolten plastic spijltjes.
Regelkarakteristiek
De 5012 is uitgeprobeerd met de oude
transformator 5008 Super (zie GS 73)
met de keuzeschakelaar op 18V. De on-
belaste spanning hiervan is 20 volt en
deze zien we ook terug op de baan wan-
neer daar geen trein op staat. In de gra-
fiek is dat de lijn van 0 Ampère.
Het is merkwaardig dat de spanning al verschijnt met
de pijl van de regelknop halverwege het zwarte gebied
aan het begin. Bovendien kan de knop een stuk verder
gedraaid worden dan de eindstand "50". Ook dit is een
teken dat de regelunit "van buiten" is ingekocht.
De regelaar werd getest met een PlayMobil-locje (¼ A)
solo op de baan; dit locje met vier rijtuigjes (½ A), de
Stainz met vijf verlichte rijtuigen (1 A), zie GS 72, en
de krokodil met diezelfde trein (1½ A). De opgegeven
maximum stroom voor de regelaar (1,5 A) is zo ook
even aan de tand gevoeld.
Nabespreking
Bij ongeveer 4,5 volt (stippellijn) begint een trein te
rijden. Het PlayMobil-locje sprint dus vrolijk weg zo-
dra de knop uit de nulstand komt. Hoe meer stroom een
trein trekt, hoe verder de regelaar opengedraaid moet
worden om de trein te laten vertrekken. Bij de trein met
de krokodil was dat pas voorbij stand 30.
Ook is de restweerstand, de weerstand met de knop op
maximum, vrij hoog. Samen met de trafo is dat iets van
4 Ω. Daardoor neemt de maximale snelheid voor wat
grotere treinen nogal af. Zo gaat dat met weerstands-
regelaars. Het was twaalf jaar later dat LGB met de
5012N (Neu) alsnog op de elektronische toer ging.
6
De LGB tuinregelaar 5012N door Klaas Robers
Eindelijk in 1983 was de tijd van de variabele weerstand als snelheidsregelaar voorbij. De LGB tuinregelaar 5012
werd opgevolgd door de 5012N. Het feit dat er geen nieuw nummer voor kwam doet vermoeden dat men er bij
LGB nog niet zo overtuigd van was dat dit een verstandige weg was. Hij had ook een groen huisje, maar de raam-
pjes waren voorzien van witte inklikbare kozijntjes. Ook waren de schroefklemmen en stekkerbusjes van de 5012
vervangen door snelspanklemmen.
De 5012N
In de 12 jaar dat de weerstandsreglaar 5012 de tuinre-
gelaar van LGB was, ontwikkelde de elektronica zich
tot een niveau waarop het mogelijk was een betrouw-
bare elektronische regelaar op de markt te brengen.
Dertien jaar, van 1970 tot 1983, is men blijkbaar bezig
geweest de nooit geboren 5011 uit te ontwikkelen tot
iets dat voor dit doel levensvatbaar geacht werd. Het
beschikbaar komen van de "dikke" transistor 2N3055
maakte dit mogelijk.
Principe
Zonder meteen op de details in te gaan moet het voor
iedereen mogelijk zijn om iets te begrijpen van hoe
deze regelaar werkt. Daarom eerst dit vereenvoudigde
schema.
Wij zien links de ingang. Dat zijn de klemmen waar de
transformator op aangesloten wordt. Deze levert een
spanning van zeg +20 volt. De lijn onderaan noemen
we dan nul.
Belangrijk is de regelweerstand R1. De hele weerstand
staat tussen +20 en nul. Door de weerstand loopt een
kleine stroom. Op de weerstand rust een glijcontact, de
pijl in de tekening. Als je aan de knop draait gaat dat
contact van beneden naar boven of andersom.
Staat de pijl helemaal beneden, dan is hij eigenlijk di-
rect verbonden met de nul. Er staat dan geen spanning
tussen de pijlpunt en de nul. Maar staat de pijlpunt
helemaal boven en is hij verbonden met de +20V, dan
staat er een spanning van 20 volt tussen de pijl en de
nul.
Maar nu, staat de pijlpunt halverwege, dan is daar ook
de halve spanning, 10 volt t.o.v. de nul. Door met de
pijl te schuiven krijgen wij elke spanning tussen nul en
20 volt. En spanning, dat is wat de snelheid van onze
locomotieven bepaalt.
Stroom
Het gaat mis zodra we stroom gaan afnemen. Dan zakt
de spanning als een pudding in elkaar. Dat was ook het
probleem van de weerstandsregelaar. Maar juist hier
biedt de elektronica een uitweg. In het simpele schema
is dit aangegeven met de grote driehoek. Deze stelt een
versterker voor (Amplifier) die in dit geval de spanning
één maal (1 x) versterkt. Dat lijkt vrij zinloos, maar dat
is het niet, omdat hij dat ook doet als er uit zijn uitgang
stroom wordt afgenomen. Hij levert dan dus stroom
aan de klem + Uit, zonder dat daarvoor stroom nodig is
uit het glijcontact op R1. Die stroom komt uit de direc-
te aansluiting van Amp op de +20 volt. Zo blijft de
spanning op de rails, aangesloten op +Uit en –Uit, even
hoog, ongeacht of er nou veel of weinig stroom afge-
nomen wordt. Het resultaat is dat de trein de ingestelde
snelheid rijdt, op het rechte stuk, in de bogen, helling
op en helling af. Dat is ook wat wij willen.
Werkelijke schema
Het blok "Amp" bestaat in werkelijkheid uit de twee
transistoren, Q2 en Q3, met een beetje hulp van R5 en
R6. C1 houdt de versterker koest.
GS 80
7
Kleinigheidjes
In werkelijkheid is het vaak handiger en beter om het
nèt iets anders te doen of wat extra's toe te voegen.
- Het was handiger om de rails aan te sluiten tussen
+20V en de uitgang van "Amp".
- We willen een regelknop met de nul in het midden,
daarom heeft R1 een vaste aftakking in het midden.
- Als we de transformator verkeerdom aansluiten mag
de boel niet stuk gaan. Daarom is er de diode D1.
- We willen de uitgangsspanning kunnen ompolen om
voor- en achteruit te kunnen rijden. Daarom treffen
we de schakelaars SW1 en SW2 aan.
- SW3 zorgt er voor dat in de uiterste standen de volle
voedingsspanning op de rails komt.
- Q1 zorgt er voor dat de uitgangsstroom, ook bij kort-
sluiting, beperkt wordt tot ongeveer 3 ampère.
- SW4 is een bimetaal die alles afschakelt wanneer de
koelplaat van Q2 en Q3 te heet wordt.
Regelkarakteristiek
De tuinregelaar 5012N is uitgeprobeerd met een gesta-
biliseerde voeding van 20 volt. Deze levert dus 20 volt
onder alle omstandigheden.
Wij zien twee bijna rechte
lijnen, de ene geeft de uit-
gangsspanning onbelast,
dus bij een stroom van 0A,
de andere bij een stroom
van 2A. De twee lijnen lig-
gen dicht bij elkaar, dat be-
tekent dat de spanning vrij
constant blijft, veel beter
dan bij de 5010 en 5012.
Wat ook opvalt is dat het
stuk onder 1 wat zinloos is,
want bij 4,5 volt (stippel-
lijn) gaat een trein pas
rijden.
Maximale stroom
Het houdt niet op bij 2A.
Wanneer de locomotieven
nog meer lusten dan kan dat. De spanning blijft in elke
stand van de regelknop vrijwel constant tot de stroom
de 3A bereikt is. De stroombegrenzing van de 5012N
treedt dan in werking. Ook hiervan is een grafiek te
maken.
Wij zien verticaal de spanning van 0 tot 20 volt en ho-
rizontaal de stroom van 0 tot 3,5 ampère. Er staan vijf
lijnen, die overeen komen met de standen 1, 2, 3, 4 en 5
van de regelknop. De "schuinte" van de bovenkant is
de inwendige weerstand. In de standen 1 t/m 4 zien we
een inwendige weerstand van 0,6 Ω, waarvan 0,2 Ω
voor rekening van de voeding (stand 5). Zulke lage
waarden zijn we nog nooit tegen gekomen. Dat bete-
kent dat de schakeling goed is ontworpen.
Warmteontwikkeling
De 5010 en 5012 ontwikkelen nogal wat warmte in hun
regelweerstand. Bij de 5010 was dat zo erg dat de spijl-
tjes van de plastic roostertjes ervan smolten. Heeft deze
regelaar daar nou geen last van? Dat zou wel mooi zijn,
maar zo is het toch niet helemaal. De warmte wordt
niet in R1 ontwikkeld, maar in transistor Q3. Dat is dan
wel een dikke transistor, maar zonder koelplaat houdt
8
De 5012/1 inbouwregelaar
hij het ook niet uit. Deze transistor is gemonteerd op
een dik stuk U-vormig gebogen aluminium, zodat hij
zijn warmte daaraan kwijt kan.
Maar dan nog, in het ergste geval, dat is kortsluiting op
de baan, dan gaat er 60 watt in de transistor zitten (20
volt maal 3 ampère). Het koelplaatje wordt dan toch
wel erg heet. Maar dan grijpt het bimetaal in. Dat zit
vast geschroefd op de koelplaat (zie het schema) en
schakelt de hele versterker uit, waardoor schade hier-
aan wordt voorkomen.
Van binnen
De 5012N bevat natuurlijk een print waarop de elek-
tronica een plaatsje heeft gekregen. De rode knop be-
dient daar ook nog een merkwaardig gevormde onron-
de schijf, die bij draaien de drie open schakelaartjes
bedient. Er is verder niet zo veel te zien omdat alle
onderdelen tussen de printplaat en de dikke aluminium
koelplaat gemonteerd zijn.
De 5012/1
Afgeleid van deze tuinregelaar is de inbouwregelaar
LGB 5012/1. Dit is dezelfde elektronische regelaar,
maar nu zonder het groene huisje. Deze regelaar was
speciaal handig voor wie zelf een bedieningspaneel met
een aantal rege-
laars voor de ver-
schillende secties
naast elkaar wilde
maken. Zo ook de
GrootSpoorGroep
die een koffer
heeft waarin drie
van deze rege-
laars netjes naast
elkaar ingebouwd
zijn.
Opvallend is dat
in de 5012/1 rege-
laars die in de GSG-koffer zitten, het bimetaal ont-
breekt. Het is niet duidelijk waarom dit belangrijke
onderdeel er niet meer in zit, of het zou moeten zijn dat
degene die de koffer in het begin heeft samengesteld
gemeend heeft er goed aan te doen de bimetaal stripjes
er uit te halen. Dat is overigens nog geeneens zo een-
voudig.
Intussen zijn er volt- en ampèremeters in de koffer
gemonteerd, zodat in de gaten gehouden kan worden
wat er gebeurt.
Onderaanzicht van de 5012N tuinregelaar. De onronde schijf bedient de schakelaartjes.
9
De LGB tuinregelaar 51120 door Klaas Robers
De LGB tuinregelaar 5012N raakte na zijn introductie in 1983 al snel zijn N kwijt en ging verder door het leven
als 5012, in het begin nog met de toevoeging "electronic". In 1993 werd hij bij de invoering van de 5-cijferige
nummers omgenummerd naar 50120. De inbouwregelaar kreeg toen als nummer 50121, dus zonder breukstreep.
In al die tijd veranderde er niets aan het inwendige.
Jumbo
In 1993 introduceerde LGB de Jumbo-trafo. De loco-
motieven kregen steeds meer motoren en de rijtuigen
steeds meer verlichtingslampjes. De "armzalige" twee
ampère van de LGB transformatoren werd als onvol-
doende gezien. Met de unieke powerbooster 5009 kon
de maximale stroom met de inzet van twee trafo's,
worden verdubbeld tot 4 ampère, maar toen ook dat
niet meer genoeg was kwam de Jumbo met een riante
10A. Wie buiten wilde rijden en regelen en de instruc-
ties van LGB netjes had gelezen, sloot de tuinregelaar
50120 aan op de uitgang van de Jumbo, die veilig bin-
nenshuis bleef. De maximale stroom neemt dan wel
niet toe, nog steeds 2 tot 3A per regelaar, maar je kon
zo wel vijf regelaars op één Jumbo aansluiten.
Polariteit
Bij het aansluiten van de tuinregelaar op de voeding of
transformator moet je op de juiste polariteit letten. Dat
betekent: de + van de trafo aan de + van de regelaar en
de – van de trafo aan de – van de regelaar. Bij de oude
regelaars met een regelweerstand was dat geen pro-
bleem, weerstanden weten niets van + en –.
Maar nu met de transistoren in de regelaar werd dat
ineens belangrijk. Zou je hem verkeerd om aansluiten
dan blaas je de transistoren op. Daar is toen het volgen-
de op gevonden:
Tussen de twee ingangsklemmen zit een diode D1 aan-
gesloten. Zo'n diode laat de stroom door, maar alleen in
de richting van de pijl.
- Zijn de + en de – goed om aangesloten, dus in de
juiste polariteit, dan loopt er geen stroom door de
diode, het is dus net alsof hij er niet in zit.
- Is de trafo verkeerd om aangesloten, dan geleidt de
diode de stroom. Eigenlijk vormt hij nu een kortslui-
ting voor de transformator. Zo kan er zich geen span-
ning vormen en daarmee beschermt hij de transis-
toren in het regelaarcircuit.
Kortsluiting
Als we de transformator dus in de verkeerde polariteit
aansluiten maken we kortsluiting. Het hangt af van de
transformator wat er dan gebeurt. In elk geval gaat er
een vrij grote stroom lopen en na korte tijd zal de trans-
formator zichzelf uitschakelen. Het meestal rode lamp-
je op de transformator licht dan op. Je ziet dat het fout
is en dat je de draden moet verwisselen.
Maar nu met de Jumbo. Die is ontworpen om normaal
een stroom van 10A te leveren. Bij kortsluiting zal dat
hoger zijn. Bovendien blijft die stroom lopen. De diode
van de tuinregelaar 5012N is daar niet op gebouwd en
brandt door. De beveiliging is nu verdwenen en de
transistoren en andere componenten overleven de ge-
volgen daarvan niet.
Zo had plotseling de ene na de andere tuinregelaar een
probleem en kwam ter reparatie bij LGB terecht.
Een nieuwe regelaar
Eigenlijk had er een geheel nieuwe tuinregelaar ont-
worpen moeten worden. Dat is een heel karwei en daar-
om zijn de problemen van de 5012N omzeild en zo ver-
scheen de 51120 op de markt. Het schema van de
51120 wijkt in weinig af van dat van de 50120
(5012N). De diode over de ingang is vervangen door
GS 81
10
een wat dikker en sterker exemplaar en we zien daar
een dingetje met een T. Dat is een thermoschakelaar,
een bimetaal dat de stroom vrij snel onderbreekt
wanneer deze (door de verkeerde polariteit) te groot is.
Bij de "gewone" transformatoren zit die in de trafo en
dient daar als kortsluitbeveiliging, maar bij een Jumbo
is dat niet zo, die drukt rücksichtslos door met zijn 10A
of meer.
Regelkarakteristieken
De karakteristieken van de
tuinregelaar 51120 wijken
niet af van de 5012N. Wij
verwijzen naar het vorige
nummer van GrootSpoor,
waarin deze opgenomen zijn.
Van binnen
Ook van binnen lijkt de
51120 sprekend op de 5012N.
Dezelfde printplaat, wel met
een nieuw nummer natuurlijk,
dezelfde onronde schijf en de
klikschakelaartjes.
Het enige afwijkende is een
rood rechthoekig doosje dat
met twee lipjes wat onhandig
schuin onder op de print gesoldeerd zat: de
thermoschakelaar. Toen ik op 6 februari in Zetten deze
tuinregelaar van Hans Hendriks in observatie kreeg zag
dat er geblakerd uit. "Hij doet het ook niet meer" kreeg
ik te horen. Ik heb dit onderdeel toen los gemaakt en
met stevige stukjes draad weer vast gesoldeerd. Op de
bijeenkomst op 29 mei kreeg hij hem weer werkend
terug. Dat was immers de belofte?
11
De LGB tuinregelaar 52120 door Klaas Robers
In vorige nummers heeft de auteur de ontwikkelingen geschetst van de LGB-tuinregelaars. De donkerbruine
52120, een verbeterde versie uit 1999, wordt nu als laatste onder de loep genomen. Hij heeft een heel riante 5
ampère uitgangsstroom, want het maximum van 2 ampère was toch wel een benauwende beperking geworden.
Uitgangsstroom
Wat is nou het probleem van die grotere uitgangs-
stroom? Waarom kon dat ook niet met de voorgangers?
Wel, dat is hetzelfde probleem als de eerste weer-
standsregelaar had: warmteontwikkeling. Wanneer je
met een regelweerstand of met een dikke transistor die
je gebruikt alsof het een regelweerstand is, de uitgangs-
stroom als het ware smoort, dan wordt er warmte ont-
wikkeld in het "smoording". Het verschil tussen de
transformatorspanning, zeg 24 volt, en de spanning op
de rails, zeg 14 volt; die 10 volt dus, zorgt voor de
warmte die in het "smoording" wordt ontwikkeld. Bij 2
ampère is dat 20 watt (10 volt x 2 ampère) en dat is
best al veel. Genoeg blijkbaar om de plastic sleuven
van de oude LGB 5010 te laten smelten en ook genoeg
om bij de groene 5012N of de rode 51120 het U-vor-
mige plaatje aluminium, dat als koelvin voor de dikke
transistor dient, tot nog maar nèt toelaatbare tempera-
turen op de jagen.
Schakelen
De oplossing uit dit dilemma is om de stroom niet te
smoren, maar om hem bliksemsnel aan en uit te schake-
len. Ook dat doen we met een transistor, maar er is een
belangrijk verschil:
- Als de transistor "aan" staat loopt er wèl stroom, maar
staat er geen spanning over de transistor.
- Als de transistor "uit" is staat er wèl spanning over de
transistor, maar er loopt geen stroom.
In beide gevallen wordt er geen warmte (= spanning x
stroom) in de transistor ontwikkeld, hij blijft dus koud.
Een koelplaat is dus bijna niet nodig.
Principe
Zonder meteen op de details in te gaan moet het voor
iedereen mogelijk zijn om iets te begrijpen van hoe ook
deze regelaar werkt. Daarom eerst dit vereenvoudigde
schema.
De schakelaar S is in werkelijkheid een transistor die
razendsnel aan- en uitgezet wordt. Het filter laat alleen
de gemiddelde waarde door naar de uitgang, de rails
dus.
- Staat de schakelaar 25% van de tijd aan, dan is de uit-
gangspanning 5 volt (25% van 20 volt),
- Staat de schakelaar 50% van de tijd aan, dan is de uit-
gangspanning 10 volt, enzovoort.
Deze methode heet "Pulsbreedte modulatie" of in het
Engels "Duty cycle modulation".
Het echte schema
In werkelijkheid is het nèt wat ingewikkelder. Het
schema staat op de volgende pagina. Wat er anders is:
- Het schakelen gaat razend snel. Als je niet uitkijkt
veroorzaak je een hoop storing op radio en TV. Dat
wordt op de ingang en op de uitgang onderdrukt door
de dubbele spoelen.
- Het verkeerd om aansluiten van de transformator was
een probleem bij de 50120 en 51120. Daarom is er nu
een bruggelijkrichter gemonteerd. Verkeerd om aan-
sluiten bestaat niet meer. Er kan zelfs wisselspanning
worden aangesloten! (zwarte en witte klem).
- Een dikke reservoircondensator van 10 mili-farad, dat
is 10 000 µF, haalt de rimpel uit de gelijkgerichte
spanning weg.
GS 84
12
- De U2352B is een pulsbreedtemodulator-IC. Deze
stuurt de schakeltransistor BUZ11 aan.
- De spoelen L1 en L2 en de twee condensatoren vor-
men het filter, dat de blokspanning afvlakt.
- Het relais VB12STBU-E poolt, wanneer de regelknop
door de middenstand gaat, de spanning naar de rails
om, zodat de trein de andere richting op rijdt.
- De 7809 is een spanningsstabilisatie-IC.
- Er is een vrij complexe schakeling met drie dubbele
opamps LM358 en een HEF4053B, die niet helemaal
is uitgezocht. Hij stuurt de pulsbreedtemodulator aan
en het ompoolrelais, afhankelijk van de stand van de
1 k potentiometer (snelheidsregelaar).
- De gelijkspanning over de kleine spoel L2 van het
filter wordt gebruikt om de afgenomen stroom te
meten. Dreigt deze te groot te worden, bijvoorbeeld
in het geval van kortsluiting, dan wordt de spanning
afgeschakeld.
Regelkarakteristieken
De karakteristieken van de tuinregelaar 52120 zijn veel
mooier dan van alle vorige regelaars. Alle trucs, die in
de elektronica mogelijk zijn, lijken te zijn toegepast.
We zien hier eerst de uitgangsspanning als functie van
de stand van de knop. De schaalverdeling is eigenlijk
overgenomen van de groene 5012N (50120). Alleen
kan nu de pijlknop zowel links als rechts een stukje
voorbij het einde van de schaal gedraaid worden.
De grafiek is opgenomen met een ingangsspanning van
22 volt. De uitgangsspanning is niet afhankelijk van de
spanning van de transformator. Hij kan natuurlijk niet
hoger worden, maar staat de knop bijvoorbeeld op 2
dan is de uitgangsspanning 11,5 volt, ook als de trans-
formator slechts 15 volt zou afgeven. Zo is dat niet bij
de groene 5012N en de rode 51120. Daar betekent een
lagere transformatorspanning meteen een procentueel
evenveel lagere uitgangsspanning op alle standen van
de regelknop.
De spanning begint al te komen in het zwarte gebied
tussen 0 en 1. Dat is ook goed. Een trein begint te rij-
den bij een spanning van 4,5 volt, de stippellijn in de
grafiek.
Belastingskarakteristieken
Wat er gebeurt wanneer we stroom gaan afnemen is te
zien in deze karakteristiek:
De cijfers bij de lijnen geven de stand van de knop aan.
½ betekent hier de scheiding van zwart en wit.
Bij een stroom groter dan 0,5 A (bij een lagere stroom
rijdt een trein toch niet) daalt de spanning nog maar
heel weinig. De regelaar heeft dus een zeer lage inwen-
dige weerstand, ongeveer 0,1 Ω. Het aansluitsnoertje
naar de baan kan al meer weerstand hebben.
Het lijkt onmogelijk, maar deze schakelende regelaar
kan een hogere stroom aan de rails leveren dan hij van
de transformator afneemt. Staat de knop bijvoorbeeld
op 2 en wordt er 3 ampère afgenomen, dan is de stroom
die de transformator moet leveren slechts 2 A. Pas met
de knop op 5 zijn de ingangs- en de uitgangsstroom aan
elkaar gelijk.
13
Maximale stroom
Wordt de stroom groter dan 5,7 A, dan
valt de spanning plotseling weg en blijft
weg. Dat treedt ook op bij kortsluiting,
ook al is dat maar heel even, bijvoor-
beeld bij te brede slepers op het punt-
stuk van een wissel. De normale situatie
herstelt zich als de regelknop kort terug
gezet wordt naar de nulstand.
De aluminium koelplaat wordt wel een
beetje warm, maar lang niet zo heet als
die van de 5012N en van de 51120.
Schakelen is een stuk efficiënter dan
smoren, maar een klein beetje warmte komt er altijd
wel vrij, al was het maar in de bruggelijkrichter.
Van binnen
Waar de 5012N en de 51120 nog een enkelzijdige
pertinax (hard-papieren) print hadden, zien we nu een
professionele dubbelzijdige glasfiber-epoxyprint met
mooie doormetaliseringen. Veel onderdelen zijn ook op
de print gesoldeerd (Surface Mounted Devices) en niet
met draadjes door gaatjes. Het gaat hier niet meer om
goedkoop, maar om goed en om betrouwbaar. De elek-
tronici hebben alles uit de kast gehaald voor een mooi
ding. Haast jammer om buiten te zetten. In het onder-
aanzicht zien we dat de aansluitklemmen met dikke
bronzen lippen direct aan de print gesoldeerd zijn.
De te koelen onderdelen zitten links en rechts tegen de
omgezette zijkanten van de koelplaat geschroefd. Zo
blijft de aluminium plaat aan de buitenkant op een paar
schroefkopjes na geheel vlak.
Losse regelaar
Natuurlijk is er ook een losse regelaar, onder nummer
52121, uitgekomen. Daarmee is een mooi regelpaneel
naar eigen ontwerp te maken. In plaats van de lippen,
hier nog op de foto, zijn er dan twee nette blokjes met
aansluitschroefjes. De regelaar kan zó tegen een paneel
van bijv. Trespa gemonteerd worden. Het asje is daar-
voor lang genoeg en er zitten zelfs een paar met M3
voorgetapte gaatjes links en rechts van de as om hem
zó vast te schroeven. Een goed overdacht ontwerp.