Magnetické vodivé spřáhlo vyrobené na koleně

^[1]Při přechodu z analogu na digitál se s historickou nutností během digitalizace vozového parku musela vynořit otázka: „Tati, budou i s tím černým ovládáním vagónky svítit jako dřív?“ Odpověď, která se mohla zprvu zdát relativně jasná a snadná, se časem ukázala jako ne zcela triviální…

. 

Možnosti osvětlení osobních vozů v digitálu

  V principu existují dva způsoby osvětlení vozů provozovaných na digitálním kolejišti – první byl mj. popsán panem Vorlíčkem ZDE ^[2] a jedná se o jednoduché osvětlení vozu víceméně tak, jak je známe z analogových kolejišť; po zapnutí napájení kolejiště se všechny vozy rozsvítí. Kýženého cíle je dosaženo, nicméně člověk zhýčkaný možností zapínat a vypínat na kolejišti všechno možné úplně spokojen nebude a ke slovu přichází varianta druhá:

  Tou je ovládání osvětlení s použitím funkčního dekodéru. Vhodných funkčních dekodérů je k dispozici celá škála a není účelem tohoto textu se jimi blíže zabývat, nicméně ve všech případech se ukáže, že digitalizace osvětlení vlakové soupravy těmito dekodéry je operace finančně poměrně náročná a pohybuje se v řádu stokorun za vůz, což je částka, kterou není každý ochoten za osvětlení vydat. Navíc pak nastupuje problém spárování dekodérů do souprav; výhodou je nepochybně možnost řízení osvětlení každého vozu samostatně.

  Jistým kompromisem je pak osazení jednoho vozu dekodérem a rozvedení signálu z tohoto „řídícího“ vozu do celé soupravy pomocí vodivých spřáhel. Majitelům gigantického měřítka se nabízí pěkná možnost realizace tohoto způsobu například spřáhly firmy Krois-Modell – ZDE ^[3] -, která nabízí škálu spřáhel od dvou- po šestipólové. Pro naše normální měřítko (N-ko) jsou touto firmou nabízeny varianty dvou- a třípólová, které k rozvodu pěti výstupů dekodéru nepostačují. Navíc cena 11, resp. 12 Euro za pár spřáhel celkové náklady na osvětlení sice poněkud sníží, ale stále se pohybujeme v řádu stovek korun za vůz. N-kové spřáhlo podobné těm pro velká měřítka (ve smyslu počtu pinů) se mi nepodařilo nalézt a nedělám si iluze, že by v případě průmyslové výroby bylo tím z levnějších.

Nabízí se tedy pole pro bastlení vlastního systému spřáhel. Co by měla taková spřáhla splňovat? Měla by:

• pasovat do normovaných šachet přítomných na většině modelů,
• musí jít snadno spojovat i rozpojovat,
• musí být spolehlivě vodivá,
• musí obsloužit čtyři funkční výstupy dekodéru jako je TENTO ^[4] či TENTO ^[5] (ten první si lze koupit za pár korun v N-šopíku – ZDE ^[6], ten druhý v Americe),
• a v neposlední řadě musí jít snadno (a ne příliš draho) vyrobit.

.

Neodymové magnety¹⁾

  Při procházení modelářských fór a hledání inspirace pro řešení problému se spřáhly jsem na Spur-N-Schweiz narazil na téma magnetických spřáhel ^[7], vyrobených úpravou normálního spřáhla pomocí neodymového magnetu či magnetů. Napadlo mne, že by je bylo možné použít i pro výrobu vodivých spřáhel a začal jsem se pídit po bližších informacích o tomto typu magnetu.

  Takzvaný neodymový magnet je „slitinou“ neodymu, železa a bóru, která díky své krystalové struktuře má značnou schopnost absorpce magnetického pole a může fungovat jako velmi silný magnet. Finální magnet je vyráběn slinutím práškové slitiny, předem připravené a namleté, v silném magnetickém poli. Kvůli křehkosti získaného produktu je konečnou úpravou ‘zabalení’ do niklového či pryžového obalu. Pro modeláře není bez zajímavosti, že tyto magnety jsou produkovány i ve velikostech v řádu jednotek milimetrů, což umožňuje jejich použití i v titěrných záležitostech. (Důležité také je, že magnety se vyrábí s různou polarizací; pro účely, které jsou zde popisovány, je potřeba se orientovat na magnety  s axiální polarizací – pozn. red.)

  Jednou z mála nevýhod (kromě již zmíněné křehkosti), je jejich relativně malá tepelná odolnost a z ní plynoucí omezení pro případné pájení. Typická Curieova teplota je mezi 80 a 180°C (u malých magnetů ⌀ 1 – 2 mm), tzn. nelze použít klasickou pájku a ke slovu přichází netradiční pájecí materiály, jako je Woodova slitina (BiPbSnCd, tt = 70°C), případně Fieldova slitina (InBiSn, tt = 62°C). Prakticky jsem si ověřil, že pokusy o připájení vodiče klasickou Sn-Pb pájkou končí téměř kompletní (a téměř okamžitou) demagnetizací magnetu.

  Neodymové magnety jsou běžně dostupné i na našem trhu, nicméně cena (např. ZDE ^[8] nebo ZDE ^[9]) je v porovnání s cenou, za jakou jsou nabízeny na čínských e-shopech, případně na eBay, v některých případech i o řád vyšší. Například 500 ks magnetů o průměru 2 mm a výšce 1 mm (které jsem vyhodnotil jako nejvhodnější pro daný účel) jsem od Číňana pořídil za necelých 6 dolarů, zatímco v Česku i po započtení avizované slevy, se cena pohybuje přes 3000,- Kč! Pro mne byl nákup ze zahraničí jednoznačnou volbou. (Je samozřejmě otázkou, kolik magnetů budeme potřebovat pro výrobu spřáhel k vagonkům; to bude jistě u každého individuální –  pozn. red.)

.

Návrh hlavy spřáhla

 Jak jsem již zmínil dříve, jedním z požadavků bylo vyrobit pětipólové spřáhlo. Abych dosáhl co nejmenších rozměrů, uvažoval jsem původně o použití válcových magnetů 1 x 1 mm rozmístěných po vzoru pětky na hrací kostce, nicméně po důkladnějším promyšlení jsem od nich upustil. Představa práce s velmi magnetickými „zrnky máku“ se mi nezdála být příliš atraktivní. Nakonec jsem se rozhodl (jak již zmíněno) pro válce 2 mm v průměru vysoké 1 mm, což se později ukázalo jako poměrně dobrá volba.

  Původně jsem předpokládal, že pro konstrukci hlavy spřáhla použiji pouze samotné magnety rozmístěné na vhodné podložce do vzoru kytice (hrací kostka), ovšem záhy se ukázalo, že to není dobrý nápad – rozmístit dostatečně blízko sebe pět vzpouzejících se magnetků tak, aby se jejich polarita periodicky střídala (čímž se zamezí nechtěnému nesymetrickému spojení spřáhel), aby „seděly“ na předem daných pozicích, a aby jejich povrch byl v rovině – to je i s použitím šablony nadlidský úkol.

  Prvotní experimenty s dvoupólovým spřáhlem vypadaly velmi slibně; přenášet + a – mezi dvěma vagónky nebyl problém. Avšak po několika dnech strávených experimentováním s uspořádáním pěti magnetků jsem dospěl k závěru, že mé snažení nemá smysl, a že s mým vybavením nemám šanci kýženého cíle dosáhnout.

*      *      *

  Rozhodnut na celou záležitost zapomenout, začal jsem se zabývat jiným problémem a shodou okolností jsem zavadil o výrobek s poměrně vyhovujícími rozměry zvaný precizní dutinková lišta ^[10], při bližším zkoumání silně připomínající vzhled spřáhel fy Krois ^[11]. Napadlo mne, že matice s dvakrát třemi piny by se dala použít jako základ hlavy spřáhla, byť za cenu poněkud většího rozměru oproti původnímu předpokladu. Ale také za cenu nutného rozlišení hlav na samce a samice. Pokud by se podařilo odstranit prostřední dva piny a nahradit je magnety, ty by mohly sloužit jako společný kladný pól, zbývající čtyři piny by pak obsloužily funkční výstupy dekodéru…

.

Realizace

  Jak snadno odstranit prostřední dva piny z matice 2 x 3? První nápad, tedy z odříznutého kousku se šesti piny odříznout další kus se dvěma, „prostřední“pár seříznout zároveň s povrchem plastového těla, první odříznutý kus přilepit vteřiňákem zpět, odvrtat zbytky seříznutých pinů a nahradit je magnety, se ukázal jako nepříliš dobrý. Již samotné slepení konektoru zpět při zachování správné symetrie zbývajících pinů se ukázalo poněkud problematickým. Následné zahřátí celého těla konektoru při odvrtávání zbytků pinů způsobovalo další deformace, které znemožňovaly správné napojení na „samičí“ protějšek.

  Po hodinách úsilí se mi podařilo zkompletovat a zprovoznit jeden pár spřáhel, ale uvědomil jsem si, že pro výrobu většího množství tudy cesta nevede…

  Po prozkoumání zbytků po neúspěných pokusech (zejména struktury lišty a způsobu zalisování pinů do plastu) jsem nakonec optimalizoval následující postup, kterým lze v poměrně krátké době připravit i větší množství spřáhel.

Samec

  Z delší lišty (např. té z předchozího odkazu) odříznu část s 2 x 3 piny. Úzké konce pinů seříznu v místě, kde přechází do spodní širší části a u dvou krajních párů sbrousím do kulata. Hrotem pájecí stanice nastaveným na nejnižší možnou teplotu (v mém případě 150°C) opatrně vytlačím prostřední pár zbytků pinů z jejich plastové základny. Vzniklé otvory jsou o malinko menšího průměru, než požadované 2 mm, takže je protáhnu 2 mm vrtáčkem. Do vzniklých otvorů nalisuji po třech magnetech tak, aby polarita obou sloupců nebyla shodná a povrch vrchního magnetu byl zároveň s povrchem plastového těla konektoru. Ze „samičí“ strany konektoru přípájím Woodovou slitinou vodiče (použil jsem lakovaný drátek z cívek starých Piko-výhybek). Tím je samčí část páru hotova.

Samice

  Na části lišty se 2 x 3 piny zeříznu všechny piny zároveň s povrchem plastové základny, prostřední pár pinů pak stejně, jako v případe samčí verze konektoru, vytlačím teplým hrotem páječky. Vzniklé otvory protáhnu 2 mm vrtákem a vlisuji po třech kusech magnetů stejným způsobem, jako v předchozím případě. Ze strany seříznutých pinů připájím vodiče (opět Woodův kov) a navíc, pro zvětšení kontaktní plochy mezi oběma částmi spřáhla, zaliji touto slitinou i zbývající duté piny.

Kompletace spřáhla

  Vodiče, vedoucí z takto připravených hlav spřáhel, jsem svinul do lanka a toto přihnul k horní straně hlavy. Po přiložení obou částí spřáhel k sobě zbývá mezera mezi magnety, kterou vyplní další malý magnet. Současným stlačením vlisovaných magnetů proti sobě je zajištěn těsný kontakt.

  Pro kompletaci celých spřáhel jsem použil spřáhla vyjmutá z podvozků vagónků, které měly posloužit jako testovací jezdci. Skalpelem jsem odřízl větší část hlavy starého spřáhla a nové hlavy s nosnou částí spojil epoxidovou pryskyřicí tak, aby prostřední pár pinů hlavy byl v ose spřáhla.

  Po vytvrzení pryskyřice je spřáhlo připravené k montáži na podvozek a následnému zapojení do systému osvětlení vagónku, to už je ale jiný příběh.

^[12]

Obr. 1 – Dva páry hotových spřáhel připravených k montáži na podvozek

^[13]

Obr. 2 – Spřáhlo („samice“) osazené na podvozek

.

Resumé

  Zatím mám vyrobená čtyři kompletní spřáhla (páry samec + samice), která jsem osadil do testovací soupravy starších vagónků fy Arnold (jsou velmi dobře „servisovatelné“ a mají, podle mého názoru, nejlépe vyřešený sběr proudu z kolejí). Ty jsem vybavil vnitřním osvětlením z LED a celý systém řídím dekodérem od Jindry Fučíka – ZDE ^[4].

  Celý systém zatím funguje naprosto bez problémů, přesto jsem si vědom některých nedostatků, které má:

• z mého pohledu je klíčovým nedostatkem rozdělení spřáhla na dvě různé typy hlav, které znemožňují změnu orientace vozu v soupravě (mám v hlavě návrh univerzálního spřáhla, ovšem problémem může být záměna funkčních pinů při otočení vozu);
• za další nedostatek lze považovat nepříliš modelový vzhled hlavy spřáhla v rozepnutém stavu, který ovšem tolik nevyniká v sestavené soupravě (ovšem upřímně: standardní N-kové spřáhlo je také nepříliš věrné reálným spřáhlům);
• drobnou nepříjemností je o něco větší celková délka spřáhla oproti standardnímu (7 vs. 9 mm), což ovšem lze kompenzovat úpravou šachty pro uložení spřáhla, případně také výrobou vlastní (kratší) nosné části spřáhla např. ve stylu spřáhel fy Eichhorn;
• potenciálním problémem může být nasazení na kolejišti vybaveném magnetickou detekcí obsazení, případně systémem pro magnetickou obsluhu spřáhel (nejsem si jist, zda by nemohlo dojít k jejich rušení);
• další nevýhodou může být nemožnost použití stávajících elektromechanických rozpojovacích systémů (které ovšem lze nahradit).

Na závěr pár obrázků, které (snad) vydají za balík slov.

^[14]

Obr. 3 – Porovnání velikosti standardního spřáhla s instalovaným „samcem“ nového spřáhla (Pozn.: na obr. je zachycena jedna z prvních verzí spřáhla ještě s nezbroušenými piny)

^[15]

Obr. 4 – Porovnání vzdálenosti vagónků při spojení normálními a novými spřáhly

^[16]

Obr. 5 – Vůz s původními spřáhly, vůz s nahrazenými oběma spřáhly, řídící vůz s jedním vodivým spřáhlem (shora)

 

_________________________________________

1) Blíže o noedymových magnetech např. ZDE ^[17] nebo ZDE ^[18]

Ilustrační video – ZDE ^[19] 

Foto autor

.