De LGB tuinregelaars. door Klaas Robers GS 76

De LGB tuinregelaars door Klaas Robers

GS 76

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 spoorbaan 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 transformator 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. 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 veilige 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, waardoor de warmteontwikkeling in de transistoren veel lager en het rendement hoger werd. Nu kon een stroom tot 5A worden afgegeven. Bovendien zit er een gelijkrichter in de schakeling ingebouwd, waardoor de tuinregelaar ook met wisselstroom gevoed kan worden. (Wordt vervolgd)

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 regelweerstand 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 5010

5011

5012

5012N

51120

52120

bruin 1968 0,7A weerstand

? 1970 ? elektronisch

groen 1971 1,5A weerstand

groen 1983 2A elektronisch

rood 1995 2A elektronisch

bruin 1999 5A elektronisch

1

De LGB tuinregelaar 5010 door Klaas Robers

GS 77

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 begintijd 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 antwoord 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 verhoudingen en het perspectief vanzelf in orde.

contact van rechts naar links over de op een strip mica gewikkelde weerstandsdraad. Nog weer andere sleepcontacten lopen over koperbanen op een stuk "printplaat" en verzorgen daarmee het ompolen van de spanning. 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 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 sleepcontact loopt van links naar rechts, of een ander sleep-

Regelbare stroom Een regelweerstand, hoe eenvoudig ook, is niet echt fijn om de snelheid mee te regelen. De PermanentMagneetmotoren 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 benodigde trekkracht. Met een regeltransformator zet je een zekere spanning op de rails, waardoor een trein met de overeenkomstige snelheid gaat rijden. Als de spanning mooi constant blijft, dan zal ook de snelheid constant blijven, in bogen en op rechte stukken, helling op en helling af. Dat is zoals je het meestal wilt. 2

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.

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 regelweerstand regelt dus niet zo mooi. Principeschema

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.

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 omgeschakeld 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 verticaal naast de spanning op de rails in volt, ook de behaalde schaalsnelheid uitgezet. De bovenste kromme is voor het locje solo 3

De LGB tuinregelaar 5012 door Klaas Robers

GS 78

De opvolger van de LGB 5010 was de LGB 5012. Hij kreeg een groen seinhuisje. Het ziet ernaar uit dat de overbelastingsproblemen 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 onderdelen. 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 volumineuzer en is veel verder van de plastic roosters van het seinhuisje geplaatst. Daartoe heeft de grijze voet een behoorlijk grote uitstulping naar onderen gekregen, terwijl 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 bedieningspaneel, 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 spijltjes 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 inzetstukken in de openingen van de wanden geklikt. De wat zinloze doorverbinding voor 14 V ≈ voor licht en wissels is verdwenen. 4

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 werkelijke 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 ingewikkeld maken en is dus weggelaten. Hier is dat niet nodig. De weerstandsdraad zit om een tot een vierkant gebogen stuk blik gewikkeld, met tussenvoeging van een isolatie-matje van asbest. De as van de regelknop zit onder het vierkant, 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 klodder 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.

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 zodra 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 weerstandsregelaars. Het was twaalf jaar later dat LGB met de 5012N (Neu) alsnog op de elektronische toer ging.

Regelkarakteristiek De 5012 is uitgeprobeerd met de oude transformator 5008 Super (zie GS 73) met de keuzeschakelaar op 18V. De onbelaste spanning hiervan is 20 volt en deze zien we ook terug op de baan wanneer daar geen trein op staat. In de grafiek is dat de lijn van 0 Ampère. 5

De LGB tuinregelaar 5012N door Klaas Robers

GS 80

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 raampjes 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 tuinregelaar van LGB was, ontwikkelde de elektronica zich tot een niveau waarop het mogelijk was een betrouwbare 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.

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 directe 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 afgenomen 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.

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 direct 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.

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. 6

Wij zien twee bijna rechte lijnen, de ene geeft de uitgangsspanning onbelast, dus bij een stroom van 0A, de andere bij een stroom van 2A. De twee lijnen liggen dicht bij elkaar, dat betekent 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 (stippellijn) 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.

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 kortsluiting, 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 gestabiliseerde voeding van 20 volt. Deze levert dus 20 volt onder alle omstandigheden.

Wij zien verticaal de spanning van 0 tot 20 volt en horizontaal 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 betekent 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 spijltjes 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 7

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 hieraan wordt voorkomen.

een aantal regelaars voor de verschillende secties naast elkaar wilde maken. Zo ook de GrootSpoorGroep die een koffer heeft waarin drie van deze regelaars netjes naast elkaar ingebouwd zijn. Opvallend is dat De 5012/1 inbouwregelaar in de 5012/1 regelaars die in de GSG-koffer zitten, het bimetaal ontbreekt. 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 eenvoudig. Intussen zijn er volt- en ampèremeters in de koffer gemonteerd, zodat in de gaten gehouden kan worden wat er gebeurt.

Van binnen De 5012N bevat natuurlijk een print waarop de elektronica een plaatsje heeft gekregen. De rode knop bedient daar ook nog een merkwaardig gevormde onronde 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

Onderaanzicht van de 5012N tuinregelaar. De onronde schijf bedient de schakelaartjes. 8

De LGB tuinregelaar 51120 door Klaas Robers

GS 81

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 locomotieven kregen steeds meer motoren en de rijtuigen steeds meer verlichtingslampjes. De "armzalige" twee ampère van de LGB transformatoren werd als onvoldoende 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 instructies van LGB netjes had gelezen, sloot de tuinregelaar 50120 aan op de uitgang van de Jumbo, die veilig binnenshuis 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 probleem, 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 volgende op gevonden:

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 transformator zichzelf uitschakelen. Het meestal rode lampje 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 gevolgen daarvan niet. Zo had plotseling de ene na de andere tuinregelaar een probleem en kwam ter reparatie bij LGB terecht.

Tussen de twee ingangsklemmen zit een diode D1 aangesloten. 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 kortsluiting voor de transformator. Zo kan er zich geen spanning vormen en daarmee beschermt hij de transistoren in het regelaarcircuit.

Een nieuwe regelaar Eigenlijk had er een geheel nieuwe tuinregelaar ontworpen moeten worden. Dat is een heel karwei en daarom zijn de problemen van de 5012N omzeild en zo verscheen 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 9

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?

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.

10

De LGB tuinregelaar 52120 door Klaas Robers

GS 84

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 uitgangsstroom? Waarom kon dat ook niet met de voorgangers? Wel, dat is hetzelfde probleem als de eerste weerstandsregelaar had: warmteontwikkeling. Wanneer je met een regelweerstand of met een dikke transistor die je gebruikt alsof het een regelweerstand is, de uitgangsstroom als het ware smoort, dan wordt er warmte ontwikkeld 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-vormige plaatje aluminium, dat als koelvin voor de dikke transistor dient, tot nog maar nèt toelaatbare temperaturen op de jagen. 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 uitgangspanning 5 volt (25% van 20 volt), - Staat de schakelaar 50% van de tijd aan, dan is de uitgangspanning 10 volt, enzovoort. Deze methode heet "Pulsbreedte modulatie" of in het Engels "Duty cycle modulation".

Schakelen De oplossing uit dit dilemma is om de stroom niet te smoren, maar om hem bliksemsnel aan en uit te schakelen. 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.

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 aansluiten 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.

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.

11

- De U2352B is een pulsbreedtemodulator-IC. Deze stuurt de schakeltransistor BUZ11 aan. - De spoelen L1 en L2 en de twee condensatoren vormen 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.

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 transformator 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 rijden 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:

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 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 inwendige 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. 12

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, bijvoorbeeld bij te brede slepers op het puntstuk 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.

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.

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 elektronici hebben alles uit de kast gehaald voor een mooi ding. Haast jammer om buiten te zetten. In het onderaanzicht zien we dat de aansluitklemmen met dikke bronzen lippen direct aan de print gesoldeerd zijn.

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 daarvoor 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.

13