H0-Gartenhaus mit Schaukel und Lagerfeuer

Idee

Bei einer Modellbahnanlage begeistern neben dem Fahrbetrieb auch ausgestaltete landschaftliche Bereiche. Bei einem älteren H0-Anlagenmodul fiel vor einiger Zeit ein Szenario mit einer Schaukel und spielenden Kinder auf.

Eine Frage stellte sich jedoch: Warum heißt eine Schaukel eigentlich "Schaukel"?
Na weil sie schaukeln muss. Aber genau das machte sie auf der Anlage nicht. Die Idee, eine funktionstüchtige Schaukel zu bauen, war also naheliegend.

Mechanik

Die Auswahl für einen Antrieb fiel schnell auf einen Servo, doch die zentrale Frage ist die Positionierung des Antriebs. Eine Anbringung des Servos unter der Anlage wurde ausgeschlossen, da sonst Stellstangen (z.B. Federstahldraht) nötig sind, um die Bewegung zu übertragen.

Im Inventar fand sich ein Auhagen Bausatz "Werbemodell Gartenhaus H0/TT (99051)". Die hintere Bretterwand des Gartenhauses ist glatt und hat keinerlei Fenster, sodass man dahinter ein Schaukelgerüst aufstellen kann. Das zusammengebaute Häuschen ist ideal, um darin einen kleinen Servo (hier: Carson Micro Servo CMS-1) zu verstecken, der in seiner Drehachse den Querbalken der Schaukel drehen kann.

Das Schaukelgerüst ist aus 2mm Messingrohr zusammengelötet. Die Überkreuzungen sind so gewählt, dass diese auch als Führung des beweglichen Querbalkens dienen und die Achsmitte in 29mm Höhe ist. In Realität entspricht dies einer Schaukelhöhe von ca. 2,5m.
Am Querbalken sind verdrillte Drähte als Seil/Ketten-Imitationen fest angelötet. Als Sitz-Alternative dient ein alter Reifen, der mit einem geringen Abstand zum Boden frei schaukeln kann.

Ansteuerung

Die ersten Tests erfolgten mit einem AVR-Programmierboard. Für einen reinen Funktionstest wurde der Servo linear mittels Atmel ATmega 8 Mikrocontroller und einer Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert. Das führte letztlich zum ersten Erfolgserlebnis und die Schaukel bewegte sich immer hin und her. Bei manchem Modellbahnhersteller würde dies für eine kommerzielle Vermarktung sicherlich schon ausreichen (siehe Spielwarenmesse 2012).

Von "schaukeln" kann dabei aber nicht die Rede sein, denn im realen Leben ist das natürlich völlig absurd. Bewegt man sich auf der Schaukel immer im selben Rhythmus, so kann man die Bewegung der Schaukel als harmonische Schwingung betrachten.
In der Software des Mikrocontrollers wurde die harmonische Schwingung umgesetzt. Die Position des Servos wird im zeitlichen Verlauf verändert und das pulsweitenmodulierte Signal an der Servo-Signalleitung angelegt. Dadurch pendelt die Schaukel realistisch hin und her, aber hört nie auf.

Zum Beenden des Schaukelvorgangs ist ein einfacher Stopp natürlich schnell zu realisieren, sieht aber unschön aus, denn die Schaukel hält dann abrupt an und die Person auf der Schaukel wird auch nicht gerade begeistert sein. Für das Ausschaukeln wird deshalb eine gedämpfte Schwingung verwendet, sodass die Schaukel langsam auspendelt. Beim Anschaukeln geschieht in etwa das Gleiche, nur in der Gegenrichtung, sodass die Schaukel langsam an Höhe gewinnt.

Als Grafik sieht das dann so aus (zum Vergrößern anklicken):

Die Schaukel hat somit verschiedene Zustände, die sich wiederholen (Zustandsautomat):
Anschaukeln -> Schaukeln -> Ausschaukeln -> Pause -> Anschaukeln -> Schaukeln -> ...

Schaltung

Während der Entwicklung einer passenden Schaltung kam die Überlegung auf, noch Anschlüsse für LEDs vorzusehen, um ein Lagerfeuer im Garten zu imitieren. Im Feuer sind drei orange SMD-LEDs versteckt, die im Millisekunden-Bereich zufällig abwechselnd aus und wieder eingeschaltet werden. Dadurch ergibt sich eine Art flackerndes Feuer.

Die Schaltung hat einen Tastereingang und ermöglicht zusätzlich das Setzen eines Jumpers. Ist der Jumper gesetzt, so wird endlos der Schaukelvorgang wiederholt mit einer anschließenden Pause. Wird ein Taster angeschlossen, so kann ein Schaukel-Wunsch (z.B. durch Besucher) ausgeführt werden und die Pause wird abgebrochen.

Ist der Jumper nicht gesetzt, so erfolgt der Schaukelvorgang generell nur, wenn ein Schaukel-Wunsch eingegangen ist.