Výhybky - Elektrické přestavníky výhybek

V tomto článku se trochu zamyslíme nad výběrem vhodných přestavníků pro výhybky se zaměřením na přestavníky motorické.

Nejprve všeobecný přehled:
Výhybky na modelových kolejištích je nutné nějak ovládat. To lze dělat ručním (čistě mechanickým) přestavníkem přímo na výhybce, nebo ručně ovládaným mechanismem skrytým pod kolejištěm a vyvedeným na kraj kolejiště. Většinou se ale modelové výhybky ovládají "dálkově" z řídicího pultu (nebo panelu) pomocí elektrických přestavníků. A právě o elektrických přestavnících je tento článek. Elektrické přestavníky jsou poháněny v zásadě dvěma způsoby.

Prvním principem elektrických přestavníků je pohon elektromagnetem. Většinou byly (a dodnes jsou) takové přestavníky dvoucívkové, kde každá cívka tahá společnou kotvu jedním směrem. Toto řešení bylo a dosud je velmi rozšířené (takto to řeší řada firem, např. východoněmecké Piko, anglické Peco, i rakouské Roco, Tillig a další). Nespornou výhodou dvoucívkového elektromagnetického pohonu je jeho mechanická paměť poslední polohy. Po vypnutí elektrického napájení zůstane výhybka v poslední poloze, do které byla přestavena.
Variantou elektromagnetického pohonu je použití nějakého robustního relé na jehož kotvu připevníme drátek který nám přestavuje jazyky výhybky a ještě nám zbudou pomocné kontakty. Toto řešení je obvykle záležitostí samotných modelářů a nikoliv továrních výrobců. Pokud je toto řešení dobře řemeslně provedeno, je jeho výhodou vyšší spolehlivost než u většiny dvoucívkových pohonů. Nevýhodou je, že tento releový pohon nemá paměť, tzn. že při vypnutí napájení se výhybka vrací do základní polohy (kdy kotva relé odpadla).

Druhou možností je použít přestavník motorický. Výhodou je větší síla, kterou potřebujeme pro přestavování výhybek s ohebnými jazyky (které např. výhradně používáme u nás v KŽM). A právě u přestavníků motorických bych se zastavil. I motorický přestavník má samozřejmě mechanickou paměť polohy. Po vypnutí napájení a jeho opětovném zapnutí se jeho poloha nemění. Dříve než se pustíme do srovnání jednotlivých dostupných typů, vyjmenoval bych požadavky na ideální přestavník modelové výhybky.
.

Požadavky na ideální elektrický přestavník modelové výhybky.

1) Mechanická paměť polohy
Přestavník musí při výpadku napájení zůstat v poslední poloze, kam byl přestaven. Tento požadavek splňují pouze přestavníky dvoucívkové a motorické. Přestavníky vyrobené adaptací relé (viz výše) tomuto požadavku nevyhovují, ale při vhodné konfiguraci elektrického řízení to nemusí až tolik zásadně vadit.

2) Dostatek pomocných přepínacích kontaktů
Každý přestavník by měl mít alespoň dva samostatné přepínací kontakty. Jeden kontakt se použije pro tzv. polarizaci srdcovky (napájení srdcovky podle polohy výhybky). Tím se podstatně zlepší spolehlivost průjezdu lokomotiv výhybkou. Druhý přepínací kontakt se použije pro zpětné hlášení. Další sady kontaktů (pokud by byly osazeny), by šlo využít pro ovládání návěstidel, blokád volby cesty, apod. Požadavku dvou elektricky nezávislých přepínacích kontaktů nevyhovuje většina továrně vyráběných přestavníků. Z dále uváděných testovaných přestavníků tomuto požadavku vyhovují pouze přestavníky Tortoise. Většina běžných přestavníků má jen jeden nezávislý pomocný přepínací kontakt. Přestavník s více kontakty neznám žádný. Lze toho však poměrně snadno dosáhnout, pokud k pohonu výhybek použijeme robustní relé s dostatečným počtem přepínacích kontaktů. To však zase nemá mechanickou paměť polohy, a má mžikové přestavení, viz výše.

3) Pomocné kontakty mají spínat až v krajních polohách
Tento požadavek znamená, že se po přestavníku chce, aby jeho pomocné přepínací kontakty byly při přestavování výhybky na obou stranách rozepnuté, a teprve při přestavení výhybky do koncové polohy se sepnuly pomocné kontakty odpovídající dosažené polohy. Tomuto požadavky bohužel nevyhovují žádné továrně vyráběné přestavníky výhybek prodávané na našem trhu.
Většina přestavníků se naopak chová tak, že pomocné kontakty "hlásí" dosažení kocové polohy už někdě od 60% dráhy pohybu. Vůbec se tak nedá spolehlivě zjistit, že přestavník skutečně dotáhnul výhybku do krajní polohy a spoléhá se tak na správnou funkci přestavníku. Z pomocných kontaktů se to člověk, ani zabezpečovací zařízení prostě nedozví.
Tento požadavek by šel řešit použitím sady několika mikrospínačů (pro každý přepínací kontak dva mikrospínače se spínacím kontaktem) mechanicky nastavených tak, aby spínaly až v koncových polohách výhybky a elektricky zapojených tak, aby vždy jeden pár spínacích kontaktů byl zapojen jako jeden přepínací kontakt.
Taková řešení skutečně existují (kde pohonem je servo pro letecké modeláře obestavěné dvěma sloupci mokrospínačů pro obě krajní polohy, ale buď jde o amatérské konstrukce nedotažené zatím do vítězného konce, nebo o profesionální malovýrobu za vysoké ceny. Takže jsme nuceni se smířit s tím, co prakticky nabízí trh.
Až jednou někdy dostavíme naše kolejiště a budeme mít v některém z našich příštích životů více času, mohli bychom se k tomuto řešení vrátit. Ale znamená to celé zařízení navrhnout, vyvinout, odladit, vymyslet jednoduchou výrobu a zorganizovat ji, a sehnat finance, a stejně tak k tomu vyvinout vhodnou elektroniku pro řízení ...

4) Pomalý chod a dostatečná síla
Tyto dva požadavky vedou k použití motorických přestavníků, které je celkem dobře splňují. Pomalý chod je spíše záležitostí modelového vzhledu, ale poněkud větší síla je potřeba vždy, když jazyk výhybky nemá čepové uložení a je ohebný tak, jako na skutečné železnici. Vhodným elektrickým zapojením výhybky, tj. trvalým napájením jazyků a přepínáním napájení srdcovky podle polohy výhybky pak zvyšujeme spolehlivost odběru proudu vozidly a tím i spolehlivost průjezdu výhybkou. Jinými slovy, pokud chceme mít spolehlivé výhybky, je použití motorického přestavníku téměř nutností.
.

Porovnání testovaných motorických přestavníků
Protože jsme se s ohledem na spolehlivost rozhodli používat výhybky Tillig Elite EW3 (případně EW1) s ohebnými jazyky výměn jako na skutečné železnici, dalším rozhodnutím logicky bylo i použití motorických přestavníků. V našem KŽM jsme tedy testovali několik typů motorických přestavníků a došli jsme k následujícím závěrům.

U nás na trhu je běžně dostupných několik typů motorických přestavníků. Všechny se montují obvykle na spodní straně kolejiště a všechny používají k přenosu síly na výhybku pružnou ocelovou strunu, která se zasune do otvoru v přestavném pražci výhybky.
Ceny dále uváděných motorických přestavníků se pohybují v rozmezí cca 200 až 500 Kč za kus. Protože se ceny s postupujícím časem různě vyvíjejí, nechci zde uvádět konkrétní čísla. Navíc různí obchodníci mají různé ceny téhož produktu, leckdy závislé na kursu koruny i na kupovaném množství apod. Vidíme tedy, že cena motorického přestavníku není malá. Pokud však chceme mít kvalitní a spolehlivé výhybky s ohebnými jazyky bez čepů (tak jako na skutečné železnici), pak je motorický přestavník v podstatě nutný. V takovém případě počítejme s cenou jedné výhybky včetně přestavníku někde od 500 do 800 Kč. Je to daň za kvalitu a spolehlivost. A nyní již slíbené srovnání vybraných motorických přestavníků:

1) Přestavníky Hoffmann
Kvalitou nejsou špatné, mají ale poměrně rychlý chod. Zdvih a sílu lze doladit pružnou ocelovou strunou. Cenově přijatelné, svého času byly ze zde uváděných typů nejlevnější a snad jsou i dosud. Přestavník má jeden pomocný přepínací kontakt (na zpětné hlášení nebo na napájení srdcovky), je možné si přidat ještě jeden přepínací kontakt, ale ten si musíme dokoupit. Pak už je ale celková cena dost vysoko.
Moje osobní zkušenost s těmito přestavníky je vcelku dobrá, celkem dobře se montují, trochu bych měl obavu z dlouhodobé stability mechanického nastavení. Ale to může být jen můj dojem. Provozovali jsme je asi jen jeden rok. Osobně bych je dával jen tam, kde nepotřebujeme dva přepínací kontakty, tj. tam, kde nemáme zpětné hlášení.

2) Přestavníky Tillig
Ze zde uváděných přestavníků byly nejdražší, i když pokud vím, později šla cena mírně dolů. Kvalita je dobrá. Přestavník má jeden nezávislý přepínací kontakt použitelný pro zpětné hlášení, případně pro polarizaci srdcovky. Je ale otázka, co by se stalo s kontaktem při zkratu, který nastane při každém "říznutí" výhybky projíždějícím vozidlem.
Montáž přestavníku je poměrně snadná. Struna přestavující jazyky je poměrně krátká a proto dosti tvrdá.
Přestavníky Tillig provozujeme ve stanici Ledeč od roku 2010. Po čtyřech letech provozu jsme měnili jeden přestavník. Napájení srdcovek ale raději vedeme přes kontakty pomocných relé, protože zkratový proud (cca 2 až 3 Ampéry) by kontakty přestavníku nemusely vydržet. Tím se ale přestavník prodraží ještě o něco více.

3) Přestavníky Tortoise (želva)
Jedná se o přestavníky americké výroby. Přesto (nebo proto?) ale cena není nejhorší. Pohybuje se zhruba někde kolem 350 Kč za kus podle kursu dolaru a podle kupovaného množství. Jméno Tortoise (želva) bylo zvoleno proto, aby inzerovalo pomalého pohyb tohoto pohonu.
Z mého pohledu je to ze zde uvedených možností přestavník nejlepší. Je robustní, snadno montovatelný na čtyři vruty, nepřesnost montáže se dá doladit přihnutím ocelové struny, pružnost a síla se dá doladit volbou průměru struny. Struna dodávaná s přestavníkem (průměr 0,6 mm) ve většině případů bez problému vyhoví. Navíc se ještě dá trochu ladit pružnost, síla a zdvih přestavníku nastavením polohy "kamene" skze který struna prochází.
Dále je přestavník vybaven dvěma přepínacími kontakty takže se dá přímo na přestavník připojit napájení srdcovky i zpětné hlášení o poloze výhybky do systému.
Bohužel nic však není ideální, a tak má i tento přestavník své nevýhody. Tou asi největší nevýhodou je to, že při normální montáži zabírá přestavník poměrně velkou výšku: cca 90 mm. Pokud máme kolejiště s nízkými podélníky (pod 100 mm, může to někdy vadit. To je vada, se kterou se buď smíříme, nebo namontujeme přestavník pomocí nějakého úhelníku položený na bok. S tím by ale byla už práce navíc.
Další drobnou vadou je to, že přívody k přestavníku jsou pájecí na vyčnívající desku plošných spojů. Lze však na ní nasunout dokoupený konektor, ovšem jeho cena je poměrně vysoká (jednotky dolarů). My jsme mírně převrtali díry v plošném spoji a použili běžný osmipinový řadový konektor s roztečí pinů 3,96 mm, který jsme k desce připájeli.
Všechny výše uvedené vady na kráse jsou však kompenzovány tím, že se jedná o jediný dobře dostupný přestavník na našem trhu, s pomalým chodem a jednoduchou montáží a vybavený dvěma samostatnými přepínacími kontakty.
Tyto přestavníky používáme ve stanici Světlá od roku 2011 bez jediné závady.

V dalším textu popíšeme úpravy pro doplnění konektorů na přestavníky Tortoise.

Příprava přestavníků Tortoise pro montáž
Jak je výše popsáno, mají přestavníky Tortoise připojení vodičů na okraj desky plošných spojů, kam se pájí. To je z hlediska spolehlivosti velmi dobré řešení, ale je poněkud nešikovné při montáži nebo případné výměně přestavníku.
Proto tyto přestavníky ještě vybavujeme konektorem, aby se usnadnila montáž i případnou demontáž přestavníku při poruše, úpravách kolejiště apod. Konektor umožňuje i kontrolu přestavníku při hledání poruch řídicího systému apod.
Doplnění konektoru na přestavník je poměrně snadné, je nutné převrtat otvory v plošném spoji, nasadit konektor a zapájet (cca 20 minut práce na jeden přestavník). Postup ilustrují následující obrázky.