Presentazione

Dopo anni in cui ho completamente dimenticato le mie vecchie passioni di quando, bambino, la televisione non era così fondamentale, ho riscoperto la grande pace che si prova ad usare mani e cervello per creare qualcosa, grazie anche a mio figlio Luigi.

In questo spazio, in via sperimentale, voglio condividere la mia passione per i mattoncini LEGO™.

L’idea è di pubblicare modelli, notizie, consigli, tutto quanto appartiene al mondo di questa straordinaria opera dell’ingegno umano, che nonostante abbia passato il mezzo secolo d’età non soffre di alcuna vecchiaia.

Nessuna regolarità nella pubblicazione, né garanzia di continuità. Non deve e non vuole diventare un impegno, ma rimanere sempre e comunque un piacere da condividere.

Grazie. Buona lettura e soprattutto buona costruzione!

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Treni 9V LEGO®: automazione di base

Qualche tempo fa mi è stato sottoposto un problema da un appassionato LEGO: gli è stato chiesto di esporre un diorama a tema City, con tanto di treni in movimento. Lui, sull’onda dell’entusiasmo, non solo ha accettato, ma ha anche rilanciato, aggiungendo le giostre in movimento, cioè la ruota panoramica, il carosello e la giostra, tutti motorizzati.

A mente fredda, ha iniziato a ragionare un po’: esposizione per alcune settimane, treni in movimento per 8 ore al giorno, motori del luna park in funzione per 8 ore al giorno, uguale: una strage di motori in pochi giorni. Tipica situazione in cui ci si ricorda dell’amico geek.

La richiesta e le specifiche tecniche

La richiesta è che i treni facciano uno o due giri del tracciato e poi si fermino per un paio di minuti per far raffreddare il motore. I tracciati sono al massimo tre, indipendenti, ognuno con la sua stazione ed il suo treno in movimento.

L’alimentazione viene dal trasformatore/regolatore a 9V dei treni LEGO, con i cavetti di prolunga, con minime modifiche agli elementi LEGO, in modo da poter riutilizzare i treni immediatamente una volta terminata l’esposizione, senza dover ripristinare alcunché.

La soluzione proposta

La risposta è naturalmente l’impiego di un microcontroller della famiglia Arduino, in particolare un Arduino Nano. Queste le principali caratteristiche:

  • Sui treni non verrà installato nulla, e nulla sarà modificato.
  • L’alimentazione non può essere prelevata dal regolatore/trasformatore, ma deve essere indipendente. Dato che la marcia dei treni può essere rallentata, accelerata o invertita, la tensione disponibile non è adatta ad alimentate il microcontroller. Per cui sarà utilizzato un normalissimo alimentatore/caricabatterie USB da cellulare in grado di fornire almeno 500mA (praticamente tutti).
  • Dato che i treni devono fermarsi in corrispondenza della stazione, occorre utilizzare un sensore che rilevi il passaggio del treno: un sensore di prossimità ad infrarossi è l’ideale.
  • La tensione di alimentazione dei treni deve essere controllata solo ed unicamente dal trasformatore LEGO, quindi niente circuiti elettronici, ma soltanto un semplice relè per interrompere l’alimentazione. Un modulo relè è quello che serve.
  • Non sapendo in anticipo la configurazione dei tracciati e la posizione delle stazioni, occorre permettere a chi monta il diorama il collegamento dei sensori e dei relè al microcontroller, usando al massimo un cacciavite ed un paio di forbici. A questo scopo microcontroller, sensori e relè saranno dotati di morsettiera elettrica a vite, ed i collegamenti saranno fatti con del cavetto per antifurto da 4×0,22mm², facilmente reperibile e dal costo contenuto.
  • In caso di guasto, oppure quando si voglia escludere il controllo e fare a mano, è sufficiente spegnere il microcontroller scollegando l’alimentatore USB. Da quel momento i treni saranno esclusivamente sotto il controllo dell’alimentatore/regolatore LEGO.

Andiamo al sodo

Qui sotto lo schema elettrico per il controllo di quattro tracciati indipendenti.

Lo schema elettrico del controllo treni

Se serve c’è una versione in PDF.

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A destra il controllo treni costruito. A sinistra il controllo giostre (ne parleremo più avanti)

Qui sopra a destra c’è il controllo treni. La fila di morsetti in nero è l’ingresso dei sensori di prossimità, ognuno con suoi contatti di alimentazione, per facilitare il collegamento dei fili. La fila in verde invece è destinata ai relè, anche qui ognuno con i suoi contatti di alimentazione.

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Il sensore di prossimità con la morsettiera

Sopra c’è il sensore di prossimità con la morsettiera. La vitina grigia nel componente quadrato in blu serve per la regolazione della distanza di rilevamento.

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Il modulo relè con la morsettiera

Il modulo relè ha una morsettiera (quella in blu) che riporta i contatti del relè stesso. Si useranno i contatti COM e NC, ossia la coppia di contatti chiusi quando il relè non è alimentato, così se si toglie alimentazione al circuito del microcontroller i treni tornano sotto il controllo unico del trasformatore/regolatore LEGO.

Schema a blocchi con i collegamenti

Qui sopra è indicato come vanno collegati relè e sensori al microcontroller.

Per non rovinare il cavetto che porta la corrente ai binari 9V, si usa un cavetto di prolunga (#5306bc015 o simili). Uno dei due fili va tagliato e le due estremità spellate e collegate ai terminali COM e NC del relè. Questo cavetto poi andrà fra il regolatore e il cavetto che porta corrente ai binari 9V: quando il relè interviene viene tolta alimentazione ai binari, fermando il treno.

Dove posizionare il sensore

Il sensore di prossimità va posizionato nel punto dove vogliamo si fermi il treno, in particolare il frontale del locomotore. I due componenti ottici (le due cupolette, una trasparente ed una nera) devono essere a circa 2cm dal fianco del treno, per consentire un rilevamento affidabile del passaggio. Per regolare il sensore, prima di posizionarlo, tenendolo sollevato da qualsiasi superficie e lontano da ostacoli, si gira la vitina grigia fino a far accendere il rilevamento (come se ci fosse qualcosa davanti), poi si ruota in senso contrario, lentamente, fino a che il sensore torna a riposo: in questo modo è regolato per la massima sensibilità.

Una volta posizionato, il sensore dovrebbe attivarsi solo quando il treno ci passa davanti. Fare qualche prova per verificare che la regolazione sia ottimale spingendo manualmente il treno davanti al sensore. Attenzione a condizioni di illuminazione sfavorevoli, tipo la luce del sole diretta o un faretto che punta verso il sensore: ne verrebbe accecato.

Il programma

Il programma da inserire nel microcontroller è nella pagina del progetto su GitHub. Occorre l’Arduino IDE, gratuito, per poter trasferire il programma nel microcontroller tramite un cavetto USB.

// timings in millisec
#define TIME_STOP	80000	// 80 sec
#define TIME_RUN	20000	// 20 sec
#define TIME_DELTA	20000	// 20 sec
#define TIME_MAX	120000	// 120 sec maximum run time without hit a sensor

In cima allo sketch (il nome dei programmi per il microcontroller Arduino) trovate le righe di codice qui sopra. Sono i tempi di intervento e di pausa in millisecondi, millesimi di secondo:

  • TIME_STOP – indica il tempo minimo in cui il treno rimane fermo alla stazione, dopo aver attivato il sensore di prossimità passandoci davanti. Qui è di 80 secondi
  • TIME_RUN – indica il tempo minimo in cui eventuali segnalazioni del sensore vengono ignorate. Se il circuito è abbastanza corto, il treno può percorrerlo più volte passando davanti al sensore, il microcontroller ignorerà le segnalazioni fino allo scadere del tempo indicato. Qui è di 20 secondi. Attenzione a mettere un tempo troppo breve: se il treno è partito ma ancora non ha oltrepassato completamente il sensore quando il tempo scade, il microcontroller fermerà di nuovo il treno.
  • TIME_DELTA – Per evitare che tutti i treni abbiano esattamente gli stessi tempi di avvio e di fermo, un tempo casuale che va da 0 al tempo indicato qui viene aggiunto sia al tempo di fermo che al tempo minimo di marcia. Tale tempo è diverso ogni volta e calcolato casualmente, così non si avranno mai i treni che partono e si fermano tutti contemporaneamente anche in caso di circuiti tutti esattamente uguali. Il valore scelto è di 20 secondi.
  • TIME_MAX – Definisce il tempo massimo di marcia in assenza di qualsiasi segnalazione dal sensore di prossimità. Se per qualche motivo un sensore fallisce o si sconnette uno dei fili, dopo che un treno ha camminato per il tempo indicato qui verrà fermato dove si trova allo scadere del tempo. Il treno rimarrà fermo per TIME_STOP, poi riprenderà a marciare. E’ un sistema di sicurezza per evitare di bruciare un motore in caso di sensore malfunzionante o regolato male, che quindi non ferma mai il treno. Il massimo scelto è di due minuti.

Questi valori possono essere cambiati a piacere, ricordando che il tempo è espresso in millisecondi, quindi un secondo va indicato come 1000, un minuto come 60000. Niente punti, virgole o altri simboli.

All’avvio i treni partiranno con un ritardo variabile fra i 10 ed i 100 secondi, calcolato casualmente e diverso per ogni treno. Anche questo è pensato per evitare che partano o si fermino tutti contemporaneamente.

Difficoltà e costi

La difficoltà principale è la costruzione del circuito con microcontroller e morsettiere: occorre una basetta millefori, un saldatore per elettronica, filo e manualità. Il resto è tutto in discesa.

Per i costi, pensando di acquistare tutto online:

  • Microcontroller Arduino Nano (compatibile non originale): 4 euro
  • Cinque sensori di prossimità: 8 euro
  • Cinque moduli relè: 9 euro
  • Alimentatore USB 5V 2A e cavetto USB mini da 3m: 15-20 euro (l’alimentatore è ampiamente sovradimensionato, il circuito assorbe al massimo 0,2A)
  • 20 morsettiere a tre poli (ne servono 16): 9 euro
  • Minuterie e materiale di consumo: 5 euro

In tutto 50-55 euro al massimo, per quattro tracciati indipendenti, ed avanza un relè ed un sensore di prossimità di scorta. Se si possiede già alimentatore e cavetto il costo scende a circa 35 euro, un costo tutto sommato contenuto.

Va aggiunto il costo del cavetto per gli antifurto, siamo attorno ai 10 euro per 25 metri di cavetto, dipende da quanto ne serve: se il diorama è piccolo ne basta poco.

Treni LEGO® e batterie al Litio, semplice

Continuando la nostra ricerca per ridare vita ai nostri treni 9V col motore guasto, l’unica alternativa sembra essere la conversione all’uso degli elementi Power Functions: motori più efficienti, telecomando, tracciato con binari in plastica.

Le obiezioni sono tante, però:

Dopo aver effettuato prove e misurazioni su vari tipi di accumulatori, possiamo passare alle prove sul campo, confrontando la soluzione NiMH con una soluzione “custom” Li-Ion molto semplice.

Avvertenze di rito: niente di quello che viene scritto e detto qui ha una qualche forma di garanzia di funzionamento o di utilità. Le operazioni richiedono esperienza nel campo, mentre i componenti utilizzati hanno limiti e precauzioni d’uso, e vanno maneggiati solo da persone con specifiche competenze. Non mi assumo nessuna responsabilità né sul funzionamento né su eventuali danni a persone o cose che possano derivare da usi impropri o imprudenti di quanto qui descritto. Gli accumulatori al Litio hanno specifiche precauzioni d’uso, riferirsi alle schede tecniche dei rispettivi produttori.

Un po’ di teoria

L’esperto da consultare in tema di motori elettrici e componenti 9V/PF LEGO è il notissimo (agli AFOL) Philippe “Philo” Hurbain, il cui sito è colmo di informazioni sul tema. Molte delle informazioni che seguono vengono dal suo lavoro sui componenti Power Functions.

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Il connettore PF

Qui sopra c’è lo schema dei contatti elettrici del connettore PF:

  • I due contatti 9V e 0V portano la tensione per tutti gli utilizzatori che richiedono una alimentazione fissata (luci, ricevitori telecomando). La polarità e la tensione su questi due contatti non cambia e non deve mai cambiare, pena la distruzione dei circuiti collegati.
  • I due contatti C1 e C2 portano invece l’alimentazione per i motori, possono anche cambiare di polarità (per esempio per far girare un motore al contrario).
  • Per mandare i motori più o meno velocemente, la tensione sui contatti C1 e C2 non varia di livello, ma viene usato un sistema chiamato PWM, in cui al motore viene mandata una sequenza di impulsi veloci la cui tensione è sempre 9V, ma la cui durata varia in proporzione alla velocità che si vuole dal motore: più gli impulsi durano e più veloce gira il motore. E’ questo il motivo del leggero sibilo che si sente quando si avvia un treno PF a bassa velocità.
Funzionamento PWM

Quindi, se vogliamo alimentare un treno PF con ricevitore a infrarossi, dobbiamo mandare 9V fra i contatti 9V e 0V. Sarà poi il ricevitore a infrarossi a comandare i motori tramite i contatti C1 e C2 dei motori stessi.

Gli ingredienti

Tutti i pezzi che utilizzeremo sono facilmente reperibili, e per il collegamento ai componenti PF dovremo sacrificare un solo cavetto PF da 20cm #8886 con cui potremo realizzare due blocchi di alimentazione con batterie al Litio, per due treni.

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L’accumulatore al Litio

Il cuore è un singolo accumulatore al Litio di tipo 18650 (reperibile su Amazon), il cui costo va da 3 ai 9 euro in funzione della marca e della capacità. Quello mostrato è da 2600mAh, una delle capacità più basse disponibili, e una delle più economiche.

Come abbiamo visto in precedenza, un singolo accumulatore al Litio è in grado di fornire abbastanza energia da superare sia le batteria alcaline che gli accumulatori NiMH. Se poi aggiungiamo che la batteria pesa intorno ai 45g contro i 12g di una singola ministilo, cioè 72g per le sei batterie, abbiamo anche un vantaggio per il peso.

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Il convertitore di tensione MT3608

Naturalmente non possiamo mandare a 3,7V il treno: probabilmente il ricevitore a infrarossi PF funzionerebbe (con 4V funziona tranquillamente), ma il treno al massimo sarebbe una lumaca, se pure riuscisse a muoversi. Ed ecco che entra in gioco il secondo ingrediente, già visto nelle prove: un piccolo circuito elettronico in grado di portare i 3,7V della batteria al litio a qualsiasi tensione fra i 5 ed i 28V con corrente di 2A, impiegando il componente MT3608 (reperibile su Amazon).

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Lo schema di collegamento

Qui sopra lo schema a blocchi di quello che andremo a realizzare.

Per prima cosa tagliamo il cavetto PF e separiamo i due conduttori esterni dai due interni. Isoliamo i due conduttori interni e prepariamo i due esterni per la saldatura.

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Il cavetto tagliato e modificato (sotto)

Qui sopra il cavetto preparato e l’altro pezzo pronto per essere utilizzato successivamente. Posizionando il cavetto come in foto, il positivo 9V è sempre il filo in alto.

Se vogliamo alimentare direttamente un motore, che sia 9V o PF, dovremo utilizzare necessariamente i conduttori centrali del connettore (C1 e C2), ma avremo un problema: il motore partirà appena collegato e girerà sempre nello stesso verso e sempre al massimo, una situazione poco utile.

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Il portabatteria e la batteria

Il portabatteria farà da sostegno per tutto il circuito, useremo la colla a caldo per fissare i pezzi fra loro.

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Il tutto assemblato

Ecco sopra il tutto collegato. Manca solo la parte finale: la taratura.

Dopo aver inserito la batteria nel portabatteria, tramite la vite dorata stabiliremo la tensione d’uscita. Occorre munirsi di tester (uno economico andrà benissimo) e girare con un cacciavite fino ad avere 7-8V, per massimizzare la durata dell’accumulatore al Litio. Possiamo azzardare ed arrivare fino a 10-11V, naturalmente a nostro rischio e pericolo (non mi assumo responsabilità sia ben chiaro). Per il test ho regolato l’uscita esattamente a 7V, per avere condizioni molto vicine all’uso degli accumulatori NiMH.

Ora possiamo collegare il pacco batterie al resto del treno, alimentando il ricevitore ad infrarossi.

Il test

Come sempre, alla prova dei fatti le cose vanno abbastanza diversamente da quanto calcolato, ma questo è atteso.

Per poter effettuare dei test sensati, ho usato il treno merci LEGO del set #60052, con un tracciato ovale costituito da due segmenti rettilinei da 5 binari dritti ognuno e due curve a semicerchio costituite ognuna da 8 binari curvi. La lunghezza totale del circuito è circa 328cm (±2cm).

Per “inquinare” il meno possibile il test ho sostituito solo il pacco batterie, per cui l’unica misura possibile è il tempo di percorrenza del circuito, da cui ricavare un’indicazione sia della qualità dell’energia erogata dal pacco batterie che della durata degli accumulatori: ho preso di nuovo un Arduino e un sensore di prossimità a infrarossi, con un programma che misura l’intervallo di tempo che intercorre fra due passaggi del treno. I treni sono stati sempre mandati alla massima velocità tramite il telecomando PF.

Arduino e sensore di prossimità piazzati vicino al tracciato

Poi ho pesato il treno, sia con il pacco batterie originale e accumulatori NiMH, sia col pacco batteria Li-Ion “custom”:

  • Peso del locomotore con pacco batterie standard: 508gr
  • Peso del locomotore con pacco batterie “custom”: 455gr
  • Peso del resto del treno: 460gr
  • Peso del treno intero con pacco batterie standard: 968gr
  • Peso del treno intero con pacco batteria “custom”: 915gr

Possono sembrare pochi, ma 50 grammi in meno significano vari dettagli in più: 30 mattoncini 1×4 o 78 plate 2×2 o 22 plate 2×8.

Perché il peso? Perché proprio il peso è l’elemento principale nella determinazione del consumo di un motore di treno: l’energia necessaria per spingere ad una certa velocità un treno che pesa il doppio è esattamente il doppio, come definisce la fisica di base:

E = 1/2 m v²

mentre se si vuole raddoppiare la velocità a parità di peso serve il quadruplo dell’energia.

I costruttori di treni lo sanno bene: limitare il peso è fondamentale, se si vuole avere più velocità e meno consumo.

Andiamo al sodo, qui sopra i risultati del test:

  • la prima cosa da notare è che la durata in entrambi i casi è il 30% in meno rispetto ai test fatti con un carico resistivo. E’ in un certo senso atteso, ma è da tener presente nell’impiego degli accumulatori in situazioni reali.
  • è comunque confermata la durata superiore degli accumulatori al litio rispetto agli accumulatori NiMH: oltre il 50% in più
  • la velocità di crociera con gli NiMH tende a diminuire nel tempo (linea azzurra tratteggiata nel grafico), mentre nel caso degli accumulatori Li-Ion rimane costante (linea arancione tratteggiata)
  • la velocità media dei due casi è paragonabile: 79cm/sec per gli NiMH, 80cm/sec per Li-Ion

Sì, ma quanto mi costi?

Per convertire il nostro treno 9V a PF occorre: motore #88002 (13,99 listino LEGO, 15 prezzo medio Bricklink), ricevitore #8884 (16,99 listino LEGO, 18 prezzo medio Bricklink), telecomando #8879 (14,49 listino LEGO, 16 prezzo medio Bricklink) a cui bisogna aggiungere il pacco batterie:

  • Accumulatori NiMH: pacco batterie #88000 (listino LEGO 13,99, prezzo medio Bricklink 20 euro) + batterie (12 da 750mAh, 12 euro) + caricabatterie rapido (4 posti, 16 euro), totale 41,99 euro
  • Accumulatori Li-Ion: pacco batteria “custom” (compreso il cavo LEGO tagliato, 7 euro) + batterie (2 da 2600mAh, 12 euro) + caricabatteria Li-Ion (2 posti, 20 euro), totale 39 euro
  • Pacco batteria ricaricabile LEGO originale: pacco batteria Li-Ion #8878 (69,99 euro di listino, prezzo medio Bricklink 63 euro) + caricabatteria LEGO #45517 (29,99 di listino, prezzo medio Bricklink 25 euro), totale 99,98 listino LEGO, 88 prezzo medio Bricklink

In totale, 87,46 euro per la versione NiMH (45,47 + 41,99), 84,47 euro per la versione Li-Ion (45,47 + 39), 145,45 euro per la versione col pacco batterie al litio originale LEGO (45,47 + 99,98).

Se invece abbiamo già un treno PF e vogliamo utilizzare gli accumulatori, i costi diventano: 28 euro la versione NiMH (il pacco batterie #88000 è già presente nel treno), 39 la versione “custom” Li-Ion, 99,98 per la versione originale LEGO Li-Ion.

Nel prezzo del pacco batterie “custom” non è calcolato il lavoro per costruirlo.

Conclusioni

Chiudiamo qui questo primo giro di test. Ci è servito per capire quanto sia fattibile trasformare un treno 9V in PF, e sostituire il pacco batterie standard LEGO con un pacco batterie Li-Ion “custom”. Dal punto di vista meramente economico, molto dipende da quanto uso si fa del treno: per un uso saltuario sicuramente la soluzione NiMH è da preferire, anche perché le stesse batterie sono utilizzabili per molti altri apparecchi (telecomandi, piccoli elettrodomestici, giocattoli).

Usando le Li-Ion abbiamo durate maggiori per usi pesanti, e quindi sarebbero utilizzabili in situazioni relative a eventi brevi, 1-3 giorni.

Riguardo il prezzo, la soluzione Li-Ion “custom” ha un prezzo non molto differente dalla corrispondente NiMH, garantendo con due batterie un totale di oltre sei ore di marcia continua ad alta velocità: non è certo il moto perpetuo, ma è già un passo avanti.

Certo, se si potesse ricaricare il pacco batterie senza smontarlo dal treno, magari sacrificando la marcia continuata, per esempio simulando la fermata del treno alla stazione ad ogni giro, non sarebbe una cattiva idea.

Treni LEGO®: quali batterie?

Nella precedente dissertazione abbiamo visto che non esiste una soluzione definitiva per allungare la vita dei treni 9V. Questo però non vuol dire che si rinunci a cercare delle alternative, al contrario, prima di scegliere una possibile strada da esplorare conviene fare come tutti i tecnici fanno: raccogliere informazioni, e come tutti i tecnici sanno, la strada maestra è mettere mano ad attrezzi e strumenti di misura.

Il laboratorio

Il laboratorio

Per poter effettuare i test mi serviva di registrare le misure in automatico, leggendo più valori contemporaneamente. La soluzione è stata usare un Arduino con un semplicissimo programma di lettura dati che trasmettesse via USB i valori letti al computer.

Naturalmente i valori erano semplici numeri interi, per cui ho effettuato una calibrazione per determinare la scala corrispondente e trasformare i valori letti in misure di tensione, procedura di routine.

Ho poi selezionato alcune resistenze di potenza da usare come carico fittizio stabile: usare un motore non è pratico perché è difficile avere un comportamento costante nel tempo e trovare due motori con le stesse identiche caratteristiche elettriche. Inoltre la corrente a vuoto assorbita da un motore elettrico è una frazione di quella assorbita in condizioni di lavoro reali: la corrente sotto carico può arrivare a 10-15 volte la corrente assorbita a vuoto, e considerando che occorre applicare una forza meccanica stabile al motore per avere un carico costante è presto dimostrato che occorra semplificare le condizioni del test, per avere misure affidabili. In breve, ho usato due resistenze da 15Ω in serie, ossia 30Ω in totale.

Come tutte le situazioni in cui si effettuano delle misure, avremo un errore di misurazione: per contenerlo ho verificato che le resistenze siano di valore più vicino possibile ai 15Ω e che le letture fatte dal microcontroller Arduino siano per quanto possibile calibrate, misurando con uno strumento professionale le tensioni corrispondenti. In breve l’errore totale di tutta la procedura dovrebbe essere sotto il ±2%. Per sicurezza, al termine di tutti i calcoli, tutti i valori saranno considerati entro il 5% di errore, un margine più che accettabile.

Il test

Ho usato tre differenti categorie di batterie:

  • accumulatori AAA NiMh da 750mAh di due marche differenti, entrambe conosciute e di qualità elevata (pacco da sei)
  • accumulatori Li-Ion da 3,7V 2600mAh tipo 18650 di una nota marca (singolo accumulatore)
  • batterie AAA alcaline non ricaricabili di marca (come confronto, pacco da sei)

Sia per le NiMH che per le Li-Ion ho eseguito tre test completi, misurando ogni minuto la tensione ai capi del carico da 30Ω, in modo da poter poi dedurre la corrente e la potenza erogata usando come valori misurati tensione e resistenza:

I = V/R
W = V²/R

Calcolando ogni minuto corrente e potenza fino al momento in cui la tensione cala sotto i 4V, si ottiene sia la capacità in mAh che l’energia in mWh. In realtà la misura che ci interessa è l’energia disponibile totale, perché la capacità in mAh ha senso solo a parità di tensione erogata, e questo è impossibile da realizzare, visto che ogni tipo di batteria ha una tensione di erogazione differente e la tensione di erogazione cambia nel tempo, come vedremo.

Il comportamento è piuttosto differente, e rende ogni tipo adatto a differenti situazioni. Per ogni tipo vediamo brevemente il comportamento.

Le alcaline non ricaricabili

Il grafico sotto mostra l’andamento della tensione sotto carico. Quello che si nota da subito è che se inizialmente la tensione erogata è sopra gli 8V, dopo appena una decina di minuti cala sotto 8V. Nella prima ora continua a calare fino a 7V, per poi proseguire più lentamente. Allo scadere delle 4 ore e 30 si ha il crollo.

Il comportamento delle batterie alcaline AAA

Il comportamento su un treno LEGO sarà che nella prima ora la velocità di crociera del treno sarà soddisfacente, ma per tutto il resto della carica delle batterie avremo una velocità massima ridotta.

Il ricevitore del telecomando PF funziona tranquillamente fino a 4V (probabilmente anche a tensioni più basse), ma a quel punto sono i motori che non riescono più a girare a causa della tensione troppo bassa. Ricordiamoci che a vuoto un motore elettrico riesce a girare anche con poco, ma sotto carico, cioè quando deve trascinare un treno di tre-quattro vagoni, le cose cambiano e se la tensione delle batterie è troppo bassa il motore va facilmente in stallo.

Gli accumulatori NiMH

Questo tipo di accumulatori è relativamente economico, sia come acquisto che come gestione. Occorrono però alcune precauzioni d’uso per massimizzarne l’efficienza e la durata: come tutti gli accumulatori, non hanno cicli d’uso infiniti, ossia si possono caricare e scaricare per un numero limitato di volte, tipicamente fra i 200 ed i 1000, in funzione della qualità, dell’uso e della conservazione.

Non vedremo questi argomenti, anche perché sono trattati estensivamente ovunque: basti sapere che una scarica eccessiva, una temperatura troppo elevata, lasciarle scariche troppo tempo sono tutti comportamenti che ne abbreviano la vita utile, e comunque ne riducono significativamente la capacità, ossia la quantità di energia che possono immagazzinare.

Gli accumulatori sono inseriti nel pacco batterie standard dei treni LEGO.

Nel primo test ho usato volutamente accumulatori un po’ più vecchi, per mostrarne il comportamento caratteristico.

Usando accumulatori vecchi non si hanno buone prestazioni

Nel grafico sopra la “gobba” verso i 90 minuti è indice che uno degli accumulatori ha esaurito la carica e non eroga più corrente, anzi si comporta come un ostacolo. In questa situazione una parte dell’energia degli altri viene dissipata come calore nell’accumulatore scarico, causando fra l’altro il fenomeno dell’inversione di polarità (l’accumulatore scarico è costretto a subire un passaggio di corrente dagli altri accumulatori, portando la scarica oltre il massimo di capacità, e la tensione dell’accumulatore sotto lo 0V) ed abbreviando la vita dell’accumulatore stesso.

I tre test con accumulatori NiMH

Negli altri due test ho usato accumulatori relativamente nuovi ed in buona salute. Come si vede la durata è praticamente doppia, e la “gobba” di scarica improvvisa è più ripida, indice che alcuni accumulatori si sono scaricati contemporaneamente.

Da notare che in entrambi i casi con accumulatori in buona salute la tensione erogata si è mantenuta al di sopra dei 7V per buona parte del tempo di scarica. Questo permette di avere prestazioni relativamente costanti dei treni.

Accumulatori Li-Ion

Questi accumulatori sono apparentemente più costosi di quelli NiMH: un accumulatore tipo 18650 costa da 4 a 8 euro, con la stessa cifra si acquistano sei/otto accumulatori NiMH tipo AAA (ministilo). Inoltre il caricabatterie è mediamente più costoso di quello per le NiMH: uno con quattro alloggiamenti costa mediamente il doppio.

Prima di procedere, dobbiamo spendere due parole su come è stato effettuato il test. La tensione nominale erogata da questi accumulatori è di 3,6V, nella realtà va da 4,2V a piena carica, a 3V scariche, quindi non si può pensare di alimentare un treno direttamente. Ho quindi selezionato due piccoli circuiti elettronici a basso costo in grado di portare i 3,6V di un singolo accumulatore a tensioni più alte con una buona efficienza energetica (i link portano ad Amazon):

  • XL6009 – ingresso minimo 3V, uscita da 5V a 35V regolabile, 4A massimi di corrente
  • MT3608 – ingresso minimo 2V, uscita da 5V a 28V regolabile, 2A massimi di corrente

Entrambi i circuiti hanno una efficienza maggiore del 90% e l’uscita è stabilizzata in tensione, per cui una volta regolati erogano sempre la stessa tensione indipendentemente dalla tensione di ingresso o dalla corrente di uscita.

Confronto fra i due regolatori

Qui appare evidente che la scelta è in qualche modo obbligata: il modulo XL6009, pur potendo lavorare con una corrente doppia, presenta un problema di stabilità quando l’accumulatore eroga meno di 3,5V, arrivando a 10V in uscita (curva rossa). Ad onor del vero, nelle specifiche riportate dal venditore dovrebbe reggere fino a 3V, ma evidentemente nel circuito c’è qualcosa che interferisce e riduce la stabilità.

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Il convertitore MT3608

Non possiamo permetterci di bruciare o rovinare qualcosa, quindi ho preferito ripiegare sul modello meno potente ma più stabile a quelle tensioni: il modello MT3608 diventa instabile solo quando l’accumulatore eroga meno di 2,7V, e l’instabilità è semplicemente il calo della tensione di uscita, non l’aumento a valori eccessivi.

Accumulatori Li-Ion, MT3608 e tre differenti tensioni di uscita

I tre test sono stati effettuati con tre diverse tensioni, per avere tre differenti profili di utilizzo: il primo test è con uscita a 9,4V, il secondo a 8V ed il terzo a 7V per avvicinarsi più possibile alle condizioni dei test con la batterie alcaline e con gli accumulatori NiMH.

Quello che appare subito è che l’accoppiata accumulatore Li-Ion/convertitore MT3608 è in grado di fornire 8V costanti per tre ore e venti minuti, arrivando a quasi 5 ore (mancano 5 minuti) con 7V in uscita: vuol dire un treno che viaggia alla massima velocità per tre o cinque ore di seguito ininterrottamente. Ricordo che parliamo di un singolo accumulatore Li-Ion.

Il confronto

Partiamo con vedere le differenze di comportamento della tensione sotto carico.

Come si comportano i vari tipi (tensione di uscita)

Nel grafico sopra sono riportati in un unico diagramma tutti gli andamenti di tensione dei sette test fatti. Non c’è nulla di nuovo, a parte il confronto diretto fra le varie tipologie.

La potenza istantanea erogata

Il grafico sopra, calcolato a partire dalla tensione erogata, mostra la potenza istantanea disponibile. L’energia totale disponibile è proporzionale all’area sotto le varie curve dei grafici. Si nota subito che l’area degli accumulatori al litio è di tutto rispetto. Ma a questo punto andiamo col diagramma più interessante.

Energia totale erogata

Gli accumulatori al Litio vincono a mani basse. Oltre alla maggiore quantità di energia erogata, grazie all’accoppiamento col modulo MT3608 tale energia viene erogata con tensione costante e sufficientemente elevata da garantirne un efficiente utilizzo da parte dei motori elettrici. Si nota anche quello che si diceva sopra, ossia che la capacità in mAh non è indicativa dell’energia totale disponibile, perché dipende a quale tensione è erogata la corrente: il test “Li-Ion 2” ha erogato l’8% in meno di corrente rispetto alle alcaline, ma avendola erogata ad una tensione superiore di almeno 2V ha fornito l’11% in più di energia.

Conclusioni

Vediamo di tirare le somme.

Le batterie alcaline sono una buona sorgente di alimentazione, dal costo relativamente basso (dai 30 ai 70 centesimi l’una). Sono convenienti per un uso sporadico e limitato nel tempo. Certamente non sono molto utili negli eventi dove dobbiamo far girare i treni per 8-12 ore al giorno, finendo per consumare sei batterie ogni 4 ore per ogni treno.

Gli accumulatori NiMH sono economici e rappresentano una valida ed economica alternativa alla batterie alcaline. Le prestazioni energetiche sono leggermente inferiori in quantità, ma migliori in qualità (tensione più alta e più stabile). Se volessimo impiegarle ad un evento ne occorrerebbero tre pacchi da sei per ogni treno: tre ore per scaricare un pacco da sei, almeno 4-5 ore per ricaricarle, il caricabatterie deve essere in grado di caricarne dodici alla volta. Un costo non indifferente: diciotto accumulatori e tre caricabatterie da quattro posti per ogni treno. Stiamo estremizzando, parliamo di treni in marcia sempre alla massima velocità, probabilmente mandandoli a velocità più bassa qualcosa si riesce a recuperare.

Gli accumulatori al Litio hanno una buona durata, sono relativamente economici, compatti e ne servono molti meno. Un buon caricabatterie impiega circa tre ore a caricare un elemento, e nei nostri treni, mandandoli a 7V, l’accumulatore impiega 5 ore a scaricarsi: con due accumulatori si potrebbe mandare un treno per una giornata intera.

Tutto questo in teoria. Ora che abbiamo una indicazione su quale accumulatore sia più appetibile, possiamo passare a realizzare un pacco batterie da impiegare nei nostri test “sul campo”.

Treni 9V, binari e l’inclemenza del tempo che passa

I treni LEGO® esistono fin dal 1966, e da sempre hanno un posto particolare nel cuore degli appassionati. Quanti della mia età, da bambini, hanno sospirato sfogliando il catalogo, ammirando i treni e immaginando di poterci giocare.

In oltre cinquant’anni il tema dei treni è stato costantemente aggiornato, beneficiando di materiali e tecnologie più moderne, anche per seguire l’evolvere delle normative sulla sicurezza dei giocattoli.

Di conseguenza, per un AFOL, i treni vengono categorizzati in funzione del periodo e del tipo di funzionamento:

  • 4,5V – alimentati con una batteria piatta da 4,5V tre batterie da 1,5V a bordo del treno stesso (grazie Domenico, ho fatto confusione con il pacco batterie dei trenini Lima, più o meno stessa epoca). I binari erano costruiti usando pezzi separati per traversine e travi: chi è più Adult ricorderà i binari blu.
  • 12V – alimentati a trasformatore, usavano gli stessi binari dei treni a 4,5V con un ulteriore segmento centrale per distribuire la corrente a 12V per tutto il percorso. Era compatibile con il materiale a 4,5V, ma solo come elementi costruttivi, non i motori. Il locomotore aveva un elemento per prelevare l’alimentazione dal segmento centrale.
  • 9V – alimentati a trasformatore. Usavano un tipo differente di tracciato, fatto in un solo pezzo, con una copertura metallica sui binari per distribuire la corrente lungo il percorso. L’alimentazione era prelevata dalle ruote in lega metallica del blocco motore.
  • 9V RC – Con questa serie LEGO ritorna un po’ alle origini, con il locomotore autoalimentato con le batterie, i binari completamente in plastica, anche se identici e perfettamente compatibili a livello di incastro con quelli della serie “9V”. Unica novità è il telecomando a raggi infrarossi (quelli di qualsiasi telecomando della TV). Nel locomotore c’è un monoblocco costituito dal portabatterie e dal ricevitore del telecomando.
  • Power Functions™ (PF) – LEGO ingegnerizza il tutto, creando una serie di elementi componibili (in parte compatibili con la serie “9V”): telecomandi (piccolo e grande), pacco batterie (piccolo, specificamente pensato per i treni, e grande), ricevitore a infrarossi, motore da treno, motori generici (usati spesso con la serie Technic™), luci e connettori.

I più amati

Al netto di qualche eccezione, le serie “9V” è la più amata e cercata dagli AFOL: il Metroliner e il Santa FE sono due icone, per un appassionato. Se siete fortunati, potete ammirarli in qualche diorama di città durante gli eventi, che camminano senza sosta nel circuito ferroviario.

Gli elementi “9V” sono anche molto utilizzati per motorizzare altri treni originali LEGO, come ad esempio l’Horizon Express nella foto sotto.

ItLUG Latina 2014
LEGO Horizon Express motorizzato
ItLUG Porto San Giorgio 2014
Un bel locomotore E656 con i colori delle Ferrovie dello Stato

Nella zona inferiore si vedono bene i binari con la copertura metallica che trasporta l’alimentazione per tutto il circuito.

ItLUG Latina 2013
Il treno Italo di NTV

Nelle foto sopra si vede il riflesso delle ruote metalliche nell’Horizon Express, nel locomotore con la livrea delle Ferrovie dello Stato e nel modello di treno Italo: tutti sono motorizzati a 9V. Nella comunità degli AFOL è presente una folta schiera di appassionati di treni che propongono modelli a mattoncini dei treni più noti o più caratteristici.

Durante gli eventi questi treni sono in continuo movimento, animando il diorama ed attirando lo sguardo dei visitatori.

I problemi arrivano puntuali

Come è facile immaginare, gli AFOL che si cimentano con i circuiti ferroviari devono mettere in conto una serie di problemi:

  • I motori elettrici non sono eterni: conosco alcuni AFOL che hanno un cassetto pieno di motori guasti o esauriti per l’uso. Dopo un evento di due giorni in cui i treni hanno camminato quasi incessantemente, fra surriscaldamento e usura è facile perdere un motore.
  • La copertura metallica dei binari non è indistruttibile: si ossida, si consuma, qualche volta si rompe. L’ossidazione inoltre rende meno efficiente la conduzione dell’alimentazione dal trasformatore al motore del treno, per cui capita che in alcuni circuiti molto lunghi i treni si trovino ad arrancare nella parte più lontana dal punto dove è collegato il trasformatore.
  • LEGO non produce più né i binari, né i motori 9V. Avendo convertito la produzione alla serie Power Functions (PF per gli AFOL), i binari sono sì compatibili come incastro, ma non hanno più la copertura metallica. Non ci sono più i motori con le ruote metalliche, quelli PF hanno i fori per gli assi Technic, invece delle ruote. Ci sono addirittura dei progetti per produrre i binari 9V da parte di fornitori indipendenti, o guide di altri AFOL per trasformare i binari PF in 9V.

Tanto vale che si sappia da subito: non esiste una soluzione che sia facile, economica e accettabile dai puristi. Per prima cosa andiamo a vedere tutti gli aspetti del problema.

A tempo perso

Ho provato ad indagare su possibili sostituzioni del motorino elettrico interno al blocco di trazione, ma le cose si sono da subito dimostrate piuttosto difficili. Il motore utilizzato è prodotto dalla Mabuchi Motor, un’azienda giapponese i cui motori elettrici sono in tutti i giocattoli, i piccoli elettrodomestici (spazzolini da denti, minifrullatori, rasoi) e praticamente qualsiasi cosa a movimento elettrico: specchietti retrovisori, tergicristallo, serrature, avvitatori, minitrapani, aspirapolvere robot, ecc.

Il blocco di trazione aperto
Il blocco motore aperto

Mabuchi produce su specifiche del cliente soprattutto motori personalizzati (ordinativo minimo 10.000 pezzi), e verosimilmente il motore dei treni LEGO a 9V appartiene a questa categoria: ha un doppio albero, con un ingranaggio in ottone ad ogni estremo, una configurazione molto particolare. Non è l’unica difficoltà:

  • il motore è perfettamente incastrato nel suo alloggiamento all’interno del blocco di trazione, senza usare colle, viti o altri meccanismi di blocco, quindi le misure sono calibrate per quel motore specifico.
  • la lunghezza dei due alberini è calcolata esattamente per l’alloggiamento del motore. Un millimetro in più e andrebbero a toccare l’alberino del primo ingranaggio di riduzione
  • Il motore ha i contatti di alimentazione nella parte posteriore, posizionati ad angolo di circa 45° rispetto all’asse di simmetria orizzontale, una configurazione molto meno usata in questa categoria di motori elettrici, dove i contatti sono nella parte superiore rispetto al corpo motore, ed orientati verso l’esterno, rispetto all’albero del motore.
L'interno senza il motore
L’interno senza il motore. Notare la disposizione delle molle che prelevano la corrente dalle ruote

Volendo comunque tentare, ho sfogliato con pazienza il catalogo Mabuchi avendo come campione un motore guasto prestatomi da un altro amico AFOL. Ho anche passato un po’ di tempo sfogliando i cataloghi online di Amazon e AliExpress, ad alla fine ho trovato che il modello appartiene alla serie denominata PC/FF/FC-260, ma qui le cose, paradossalmente, si complicano ancora di più: nessuno di quelli trovati ha il doppio albero, ed è già un problema, e pochissime versioni hanno i contatti sul lato posteriore. Per di più esistono differenti versioni per differenti tensioni di lavoro, ognuna con avvolgimenti specifici per l’uso o la tensione di lavoro.

Tre differenti motori
Tre differenti motori: al centro il tipo 260, quello LEGO, a sinistra il tipo 280, 3 mm più lungo di quello LEGO, a destra il tipo 130, più piccolo

Per capirci, lo stesso motore può avere un avvolgimento pensato per lavorare a 12V costanti, mentre un altro lo ha per poter lavorare con una tensione fra 3 e 6V: scambiando i due, quello da 12V non girerà fino a quando non avrà almeno 6-7V in ingresso, e comunque con pochissima coppia (che sarebbe in parole povere la forza di torsione che può esercitare sull’asse), mentre quello da 6V alimentato a 12V girerà come se avesse il turbo, per poi bruciarsi in poche ore di funzionamento. Poi ci sono i motori costruiti per girare in un solo senso, quelli a coppia elevata, quelli ad alta velocità di rotazione… insomma, è impossibile individuare il motore giusto.

Pur ammettendo di rinunciare al doppio albero, di accettare il rischio di prendere un motore con la tensione di lavoro sbagliata e di adattarsi a modificare il collegamento dell’alimentazione usando i contatti in alto, invece che posteriormente, abbiamo ancora due elementi di cui capire il funzionamento.

In un alloggiamento fra il motore e i contatti a molla delle ruote c’è un piccolo disco di circa 5mm di diametro, spesso meno di un mm. Misurandolo con un tester è un buon conduttore, ma ha una caratteristica ben precisa: se scaldato oltre una certa temperatura si trasforma in un cattivo conduttore.

Il termistore
Il termistore PTC

Il nome tecnico di questo componente elettronico è PTC o più precisamente termistore PTC: la sua resistenza al passaggio della corrente dipende dalla temperatura. Più si alza la temperatura, più oppone resistenza al passaggio di corrente, diventando simile ad un interruttore. La sua funzione è doppia: se il motore si surriscalda, il calore aumenta la resistenza del termistore, che gradualmente riduce ed annulla la corrente che passa nel motore, impedendo che si bruci. L’altra funzione è di prevenire il sovraccarico: tutti i motori elettrici hanno un assorbimento di corrente che dipende dal carico applicato. A vuoto, ossia senza alcun carico, con l’albero libero di girare, l’assorbimento è minimo; man mano che si aumenta la forza frenante, ad esempio aggiungendo vagoni al treno, l’assorbimento aumenta fino a raggiungere la cosiddetta corrente di stallo, ossia la corrente assorbita quando il motore è carico al punto che non riesce a girare pur essendo alimentato alla tensione giusta. In questa situazione la corrente assorbita è massima e l’energia assorbita viene tutta convertita in calore: se non si interviene il motore si brucia, ma il termistore al passaggio di una corrente elevata si scalda ed inizia ad aumentare la propria resistenza, diminuendo la corrente che passa per il motore.

Dettaglio dei contatti elettrici
Il cilindretto nero inserito fra i contatti di alimentazione

L’altro componente elettronico, il piccolo cilindretto nero, è un diodo soppressore di transienti, detto anche transzorb, ossia un componente che assorbe i disturbi elettrici generati durante il funzionamento dallo strisciare delle spazzole sul rotore interno. Questi disturbi possono risalire il circuito di alimentazione e passare indietro dal trasformatore alla linea elettrica, causando interferenze ad apparecchiature elettroniche collegate alla stessa rete di distribuzione: per questo è necessario l’uso di un soppressore di transienti.

La sua sigla completa è BZW04P15B, ed è capace di assorbire tutti i disturbi generati dal motore. La sua tensione di intervento nominale è di 15V, come indicato dalla sigla stessa, per cui se si tenta di alimentare un motore 9V con tensioni superiori a 14-15V si brucia prima questo componente, che può sopportare correnti di oltre 12A ma solo per millesimi di secondo (che è caratteristica propria del tipo di disturbi generati da un carico induttivo come appunto un motore elettrico), di seguito si brucia il motore, per il sovraccarico, se non interviene prima il termistore.

Il Power function

Il motore treni PF è apparentemente identico, ma fin dal metodo di apertura si notano le differenze: mentre il 9V occorre “romperlo” (si devono tagliare tutte le linguette nella parte inferiore con un coltello da modellismo, il famigerato X-acto di Lord Business), il PF usa sei viti a testa Torx.

Confronto fra un 9V ed un Power Function (sopra)
In alto un motore Power Function, in basso il 9V

Il motore è lo stesso, anche se ha i contatti di alimentazione disposti sul lato del corpo motore, invece che sul fondo, e sono saldati. Manca il soppressore di transienti, mentre il termistore è saldato su uno dei contatti di alimentazione.

Dettaglio del termistore
Il motore estratto dalla sede, il dischetto giallo è il termistore

Per il resto la configurazione di massima è identica. Il soppressore di transienti non serve perché il treno è alimentato a batteria, quindi i disturbi non possono arrivare alla linea di distribuzione elettrica, non essendoci un collegamento.

Prima soluzione (i puristi passino oltre)

Sostituire il motore del 9V con il motore usato dal PF. Vi sono dei tutorial su Youtube in proposito. Occorre un saldatore a stagno per l’elettronica (a bassa potenza, 40W al massimo) e un po’ di manualità.

Occorre però notare che la soluzione presenta qualche svantaggio:

  • Si rovina un motore PF (prezzo di listino 14€, anche se si può trovare a meno su Bricklink)
  • Serve buona manualità e saper saldare

La soluzione è valida, ma non alla portata di tutti.

Seconda possibilità (meno lavoro, qualche compromesso)

Dopo un po’ di brainstorming con il mio amico Ernesto (creatore del modello Italo di NTV), complice il caldo dell’evento di Albano e una birra ghiacciata, abbiamo pensato ad un sistema meno laborioso, accoppiando un motore 9V guasto con un motore PF.

Dopo aver aperto il blocco motore 9V, si estrae il motore, si sfilano i contatti elettrici a molla che tengono il cilindretto nero del soppressore di transienti e si tolgono i due alberini più piccoli. Lo scopo è di scollegare il motore dal circuito di alimentazione e far sì che le ruote girino libere, senza passare il movimento al motore. Si deve togliere anche il dischetto del termistore, dato che la corrente non passerà più attraverso di esso, e sfilandosi dalla sede potrebbe andare a creare cortocircuito da qualche parte.

Gli elementi da rimuovere
I pezzi da rimuovere

In questo modo le ruote pescheranno alimentazione dai binari come nel funzionamento normale, ma non alimenteranno più il motore. Invece i contatti elettrici nella parte posteriore del blocco motore saranno alimentati, e qui viene l’idea: usando un cavetto di prolunga tipo #60656, venduto singolarmente nel set #8886, che funziona anche da adattatore fra il sistema 9V ed il sistema PF, si collega il motore PF ai contatti elettrici del blocco 9V, che sarà così alimentato dai binari 9V, attraverso il blocco motore 9V.

L'interno con le parti rimosse
L’interno con i pezzi rimossi. Deve essere tolto anche l’altro alberino, ovviamente

Il motore guasto deve rimanere al suo posto per appesantire il blocco di trazione 9V, altrimenti il contatto elettrico fra le ruote ed i binari non sarà affidabile. Si può anche sostituire del tutto il motore con un peso equivalente in metallo, oppure utilizzare qualcosa tipo la pasta modellabile che solidifica all’aria (tipo il DAS), stando ben attenti a non ostacolare la rotazione delle ruote o a non cortocircuitare i contatti elettrici.

Lo svantaggio di questa soluzione è che riduce un po’ il campo di applicazione, in quanto è utilizzabile solo nei modelli che usano due carrelli identici, uno dei quali come blocco motore. Adattarlo ad altri modelli potrebbe essere difficoltoso, o comunque richiedere una parziale revisione del modello.

“…non mi piace nessuna delle due!”

Eh, peggio per te. Oppure…

Sto lavorando ad alcune ipotesi di alimentare i treni con accumulatori al Litio, usando circuiti e soluzioni non LEGO. Appena ho terminato gli esperimenti pubblicherò progetti ed istruzioni e staremo a vedere. Per ora portiamo pazienza.

LEGO® spiegata ad un adulto “normale”

Una versione aggiornata di questo articolo la trovi qui.

Ok, è il caso di fare un minimo di chiarezza. Mettete a letto i bambini, che dobbiamo parlare di cose poco adatte a loro.

Come per il caso del set LEGO da collezionisti venduto a cifre indecenti, negli ultimi giorni gli amici mi hanno tempestato di messaggi per avvertirmi di una occasione imperdibile: un’attrice di film “particolari” vuole una creazione LEGO da esporre nel suo soggiorno. L’autore dell’opera migliore verrà omaggiato di una “prestazione in natura”, come si suol dire…

Il messaggio è stato pubblicato sul noto social network Twitter. Ora non c’è più, a quanto pare rimosso per ragioni legali, secondo quanto afferma la stessa attrice, ma continuo a ricevere messaggi al riguardo, il cui contenuto è facile immaginare.

Lapalissiano che sia una mossa a scopo di marketing, neanche troppo velata, e che la fanciulla in questione abbia ottenuto tanta pubblicità gratis grazie ai numerosi “lanci” giornalistici, basta un giretto su Google con le parole chiave giuste per sincerarsene.

A parte questo, la richiesta della ragazza difficilmente sarà presa in considerazione da qualcuno in grado di realizzare una MOC della categoria attesa, per varie ragioni, a partire da quella più terra-terra, comprensibile anche ad un non-AFOL: una creazione originale in LEGO ha un costo piuttosto alto, sia in termini puramente economici che in termini di impegno del costruttore.

ItLUG Porto San Giorgio 2013

La mia modestissima creazione presentata a Porto San Giorgio, lo sfasciacarrozze (foto sopra), mi è costata circa 250 euro in mattoncini e un paio di settimane di giocolavoro, tra ideazione, bozze, realizzazione e rifinitura dei dettagli. Si tratta di meno di 1000 pezzi (fra tutto), parte dei quali presi dalla mia piccola riserva di mattoncini LEGO usati.

ItLUG Porto San Giorgio 2013

Se ci orientiamo su uno dei castelli del diorama medievale (tipo quello in foto sopra), o il bosco, o il mosaico della Fontana di Trevi, la quantità di pezzi necessaria sale a diverse decine di migliaia, di pari passo con l’impegno per la progettazione e la realizzazione: si parla di mesi di giocolavoro.

Dubito seriamente che un artista del calibro di Nathan Sawaya, o un costruttore certificato come Ryan McNaught prendano anche solo in considerazione la richiesta, il compenso offerto è semplicemente inadeguato.

Fin qui le considerazioni asettiche e prosaiche riferite al valore “commerciale”.

Ma ora basta con le sciocchezze, andiamo al sodo: la principale ragione per cui la richiesta è inaccettabile risiede proprio nel fatto che venga chiesto a qualcun altro di costruire una cosa qualsiasi.

Tralasciando il fatto che senza dare indicazioni sulle preferenze, i gusti, gli interessi (anche semplicemente sul tipo di arredamento del soggiorno) sarà difficile creare qualcosa di soddisfacente, il punto è che qualcosa di già costruito è proprio quanto di più lontano possa esistere dalla ragione della passione che qualsiasi AFOL ha per i mattoncini: il piacere è nel creare, nel vedere prendere forma la propria idea, nello sviluppare metodi e tecniche di costruzione per ottenere forme ed effetti sorprendenti. Per un AFOL, smontare un dettaglio per rifarlo in modo differente cinque, dieci volte, fino ad ottenere il risultato cercato, è il minimo. E potete star certi che in quel momento la soddisfazione è totale.

Anche quando semplicemente si costruisca un set seguendo le istruzioni, l’appagamento ed il piacere nel maneggiare questi piccoli pezzetti di plastica colorata non può che essere ineguagliabile.

Quindi, per rispondere ai tanti che mi invitavano a cimentarmi, la risposta è che non mi interessa l’offerta, ma senz’altro posso consigliare alla fanciulla di recarsi nel più vicino negozio di giocattoli e fare il pieno di scatole di LEGO, per poi gustarsi una serata con le mani occupate a maneggiare mattoncini colorati, il cervello sgombro e l’anima in pace.

Identificare un set LEGO® dai pezzi

Può capitare di trovarsi per le mani un sacchetto di mattoncini, magari ricevuto da qualcuno che non sa cosa farsene.

Senza scatola e senza istruzioni è apparentemente inutile, se non si è avvezzi al manipolare mattoncini come un AFOL veterano.

Ecco una breve collezione di strategie per risalire al set ed alle istruzioni di montaggio.

Individuare il tema

Ogni set, a parte limitate eccezioni, appartiene ad un “tema”, ossia un raggruppamento di set con la stessa ambientazione o con gli stessi personaggi. In alcuni casi esistono temi “principali” suddivisi in temi più specifici. Alcuni esempi:

Individuare il tema è importante per restringere il campo di ricerca, a volte è sufficiente per poi trovare il set semplicemente sfogliando l’elenco dei set di quel tema.

Mi piace vincere facile: gli adesivi

In alcuni set, specialmente quelli della serie City, vi sono parti che hanno un adesivo applicato sopra, quasi sempre a mo’ di targa del veicolo. Ecco alcuni esempi (foto da Brickset)

Set 4208, il numero è usato come targa e come matricola del mezzo
Set 4208, il numero è usato come targa e come matricola del mezzo
Qui è riportato come numero di identificazione del modello di macchina operatrice
Qui è riportato come numero di identificazione del modello di macchina operatrice
Qui è la targa e il numero di matricola del mezzo
Qui è la targa e il numero di matricola del mezzo

Romabrick at Toy Museum in Zagarolo - 2013

In questa foto del nostro Domenico, scattata durante Zagarolo 2013, si vede il numero sul fianco dell’astronave, che è proprio il numero del set, il #918.

A proposito, a partire dal 2013 LEGO® userà cinque cifre per identificare i nuovi set.

Strani pezzi

Se non abbiamo a disposizione parti con adesivi, dobbiamo ripiegare su pezzi dalla forma insolita, o con una combinazione di forma/colore insolita.

Mentre la prima strategia è certamente più intuitiva, nel secondo caso le cose sono abbastanza complicate e qualche volta solo un AFOL esperto può identificare un pezzo che in quel particolare colore è raro.

Un esempio è dato dalla parte #3176, un pezzo abbastanza comune, prodotto a partire dal 1966 e presente in oltre 400 set differenti: in colore bianco è presente solo in una manciata di set, mentre in verde è presente in un solo set. Considerando che bianco e verde sono due colori comuni, diventa evidente che solo un esperto può capire di trovarsi di fronte ad un pezzo chiave per identificare un set.

Tornando ai pezzi dalla forma insolita, possiamo prendere ad esempio la rampa di scalini, parte #30134, presente in soli 59 set di tutta la produzione LEGO fino ad oggi. Se sono in colore nero o marrone, i set possibili sono una ventina per ognuno dei due colori, mentre in grigio scuro o rosso scuro appaiono in soli tre set.

Per sapere in quali set appare un pezzo, occorre prima identificare il “design ID” del pezzo. Di solito è stampato in caratteri microscopici nella parte interna del pezzo o nella parte inferiore, insomma in un punto che di solito non è esposto a pezzo montato. Occorre una buona lampada ed una lente d’ingrandimento per trovarlo, ad occhio nudo è possibile solo per chi è miope.

Il design ID è un numero generalmente di 4-5 cifre (anche se esistono pezzi molto vecchi con identificativi di due e tre cifre, e inizia ad apparire qualche pezzo con identificativi di sei cifre) che indica in modo univoco la forma del pezzo. Per esempio il classico mattoncino 2×4 ha design ID 3001. Naturalmente, essendo questo mattoncino uno dei pezzi più comuni (appare nelle sue varianti in oltre 2.200 set), difficilmente riusciremo ad identificare un set usando questo tipo di pezzo.

Una volta identificato il design ID, usando le funzioni di ricerca di Bricklink e di Brickset possiamo vedere in quali set è usato ed in quali colori.

Se non si riesce ad identificare il design ID, sia Bricklink che Brickset permettono di ricercare pezzi per descrizione (in inglese) o per categoria (sempre in inglese). In questo caso si deve però conoscere la terminologia usata dagli appassionati, e non è proprio immediato: tile, plate, slope, roof, ladder, bow, wedge… insomma, se riusciamo a trovare il design ID è meglio.

Sotto ecco un esempio di ricerca proprio della rampa di scale.

Ricerca per design ID della rampa di scale #30134
Ricerca per design ID della rampa di scale #30134

Una volta identificato il pezzo, si punta quello del colore in nostro possesso e si vede l’elenco dei set in cui appare.

In quali set appare in grigio scuro
In quali set appare in grigio scuro

Nell’esempio mostrato, la rampa di scale in grigio scuro si trova in due soli set (gli altri due sono scatole che raggruppano più set in una sola confezione), uno con la stazione ferroviaria, ed uno con il porticciolo. A questo punto se abbiamo anche i binari, o se abbiamo due sedie blu (#4079), i pezzi vengono dal set della stazione ferroviaria (set #7937).

Minifig e animali

Questa è un po’ più difficile, ma può tornare utile quando nel mucchio di pezzi vi sono appunto delle minifig (o parti di esse) o degli animali.

Nel caso delle minifig, si deve puntare a dettagli come il tipo di “vestiti”, il cappello, accessori come pale o martelli. A parte le situazioni ovvie in cui le minifig hanno indosso delle uniformi (polizia, vigili del fuoco), alcuni dettagli possono essere rivelatori. Per esempio, anche se la minifig ha una uniforme da poliziotto (riconoscibile dal distintivo), c’è una certa differenza se ha una giacca o un giubbetto chiuso con la zip.

Due differenti busti per minifig di poliziotto (immagini prese da Bricklink)
Due differenti busti per minifig di poliziotto (immagini prese da Bricklink)

La differenza fra i due busti nella foto sopra è apparentemente minima, ma quello a sinistra appare in 16 set, mentre l’altra appare in 32 set differenti. E’ molto importante anche la colorazione di altri dettagli come le mani: la differenza fra una minifig con le mani gialle e una con le mani grigie non è un semplice dettaglio.

Anche vestiti “normali” e altri tipi di accessori possono essere risolutivi per identificare un set. Un busto femminile con una giacca particolare o un foulard rosa possono restringere il campo a pochissimi set, tredici per la precisione, tutti molto particolari e facilmente individuabili.

Alcuni animali sono estremamente utili per identificare un set. Per esempio la gallina appare solo in tre set.

I pezzi “decorati”

Oltre agli adesivi, esistono dei pezzi con parole, simboli o disegni stampati sopra. Sono normali pezzi, piuttosto comuni, che la stampa rende particolari.

Alcuni di questi pezzi sono presenti in un solo set, o in un piccolo gruppo, per cui sono candidati ideali per identificare un set. Alcuni esempi:

Si può essere meno fortunati, trovando ad esempio una mattonella 1×1 con indicatore a lancetta, che è presente in 68 set, quindi poco utile ad identificare un set.

L’ultima risorsa

Se proprio non riusciamo ad identificare il set in nessun modo, possiamo ricorrere all’amico AFOL, che sicuramente avremo. Un AFOL degno di questo nome sa identificare abbastanza rapidamente un set dai pezzi, anche in casi disperati.

Solo, non abusate della sua pazienza.

Verificare di avere tutti i pezzi

Una volta identificato il set passiamo a controllare se abbiamo tutti i pezzi necessari usando la funzione di inventario di Bricklink o di Brickset.

L'inventario di Brikset
L’inventario di Brikset
l'inventario di Bricklink
l’inventario di Bricklink

Sopra i due inventari del set della stazione ferroviaria.

In questo modo ci assicureremo di avere tutti i pezzi. In caso manchino, possiamo pensare di usare dei sostituti o, se proprio si vuole esagerare, acquistare i pezzi mancanti tramite Bricklink o il Pick a Brick del negozio ufficiale LEGO.

Naturalmente, questo vale solo se il numero ed il tipo di pezzi mancanti è ragionevole: se abbiamo solo la metà dei pezzi necessari forse la spesa non vale l’impresa. Sta a noi valutare pro e contro: se vogliamo completare un nostro vecchio set ritrovato in soffitta, potrebbe essere comunque un ottimo motivo per spendere qualche decina di euro.

Le istruzioni

Una volta controllato l’inventario dei pezzi, andiamo a prendere le istruzioni di costruzione.

E’ possibile acquistare i libretti originali, sempre da Bricklink, con una spesa spesso di pochi euro, se il set non è raro o “vintage”.

Per finire

In chiusura, l’invito è di non rifiutare mai un sacchetto o una scatola di mattoncini, non si sa mai cosa potrebbe venirne fuori.

Anche se non è un set completo, potrebbe comunque essere uno stimolo a costruire secondo la nostra fantasia ed il nostro gusto. Se poi si tratta di un set “importante” ed è anche completo, perché rinunciarvi?

Sono un giocattolo, risolvo problemi

Una situazione nota agli AFOL, ed estremamente frustrante, è quando ci si trova a parlare con un non-AFOL di quanto i mattoncini LEGO® non siano un semplice giocattolo ma qualcosa di molto più complesso e versatile, e l’interlocutore mostra un atteggiamento di sufficienza e di compatimento, della serie “hai un’età in cui dovresti aver smesso di giocare da un pezzo…”.

Il fatto che NASA ed ESA usino LEGO per sperimentare applicazioni per le future missioni spaziali, purtroppo, non sembra essere un fatto rilevante, probabilmente anche perché molto distante dalla nostra esperienza quotidiana.

Kroll Ontrack, una società molto nota nell’ambiente del recupero dati e dell’Informatica Forense, si è trovata qualche anno fa alle prese con un problema non da poco: un cliente aveva bisogno di recuperare i dati da oltre cinquemila nastri magnetici inzuppati d’acqua. Per capire le dimensioni del problema, basta tenere conto che un moderno nastro magnetico per dati è lungo svariate centinaia di metri (una cartuccia Ultrium-5 arriva a 800 e passa metri), che moltiplicati per il numero delle cartucce in questione fanno alcune migliaia di chilometri di nastro da pulire a mano, non esistendo apparecchiature specifiche per questo compito. In sostanza, anche mettendo tutto il personale a pulire nastro, segreterie ed ufficio paghe compresi, non sarebbe mai riuscita a consegnare al cliente il lavoro in tempi ragionevoli.

Uno degli ingegneri che lavora in Kroll, mentre col figlio costruiva un bulldozer di LEGO Technic, ha avuto quello che si chiama un “momento LEGO”, ossia ha trovato una soluzione semplice ed elegante ad un problema complesso.

Il video mostra la soluzione, realizzata interamente con pezzi standard LEGO (a parte i tamponi per la pulizia e, ovviamente, il nastro). Visto il basso costo, il meccanismo è stato replicato varie volte ed ha permesso di completare il lavoro in tempi ragionevoli.

Forse non sarà l’argomento definitivo, ma certamente citare i 600.000 dollari intascati da Kroll Ontrack per il lavoro eseguito sono piuttosto convincenti. Alla faccia del giocattolo.

Riferimenti

L’articolo riportato dal profilo Twitter di LEGO.

La notizia riportata da un giornale locale.

Un articolo su come giocare con LEGO sia uno stimolo per la creatività.

Un “upgrade” azzardato

Era entrato chiedendo un nuovo processore ed un po’ di RAM aggiuntiva per giocare meglio.

E' proprio sicuro che siano compatibili con il mio notebook?
E’ proprio sicuro che siano compatibili con il mio notebook?

Dopo che il venditore aveva posato sul bancone le due cose, non gli sembrava più una buona idea, in fondo.

(il processore è un Pentium Pro a 180MHz, la RAM viene da un supercomputer SGI Origin 2000 del 1998)

Extreme AFOL: non ditelo ad un purista!

Noi AFOL siamo piuttosto intransigenti, quando si tratta di mattoncini.

Reazione di un AFOL al verbo "incollare"
Reazione di un AFOL al verbo “incollare”

Oltre alle regole di “buona costruzione“, ci sono cose sconsigliate, cose proibite e cose che fanno inorridire qualsiasi appassionato LEGO® degno di questo nome.

Cose sconsigliate, non troppo

Qualche mese fa ho parlato delle astronavi, bellissime, costruite da Pierre Fieschi

'KRAPITCHOO' Vic Racer

Qui sopra ce n’è un’altra, costruita in microscala. Se si guarda bene, in alcuni punti sono incollati degli adesivi, per aumentare il realismo. Il purista accetta solo e soltanto etichette originali presenti nei set LEGO® ufficiali, pur ritagliate, mentre non è ritenuto troppo sconveniente usare adesivi di altra provenienza, o addirittura creati appositamente. In qualche caso si usano le decalcomanie usate nel modellismo classico.

F/A-18C Hornet of VFA-87 'Golden Warriors' (2)

L’aereo sopra, opera di Mad physicist, ha applicate alcune di queste decalcomanie, appunto.

Dato che questo livello di dettaglio è impossibile da riprodurre a quella scala, è ammesso l’uso di materiali “estranei”, anche perché costituiscono una minima parte del lavoro, il modello in sé è assolutamente spettacolare anche senza aggiunte.

Discorso analogo si può fare per alcuni altri elementi, come anelli elastici e cordini: dato che quelli di produzione ufficiale sono pochi e spesso molto piccoli, si tollera l’uso di elastici e corde non di provenienza LEGO®, spesso anche per praticità e convenienza.

Un esempio è il ponte sospeso presente nel diorama di città di Latina 2012.

Il ponte sospeso
Il ponte sospeso a Latina 2012

Le corde nere che simulano i tiranti in acciaio del ponte originale sono in numero e lunghezza tale da non essere realizzabili con materiale LEGO® originale ma, attenzione, ogni altro elemento che vedete è costituito esclusivamente da materiale originale.

Colla? Vernici? Proprio no

Parimenti è vietatissimo l’uso di vernici e di colle. Non importa la dimensione o l’importanza del modello, i colori devono essere quelli propri dei mattoncini.

Per la colla è ammessa una sola eccezione: se il modello è realizzato per essere trasportato ed esposto ad eventi e deve rimanere sempre quello, come ad esempio le realizzazioni su commissione per negozi o attività commerciali, i modelli promozionali o esposti al pubblico senza protezioni, allora è ammesso l’uso di colla, ma all’unico scopo di rendere maneggevole, robusta e soprattutto sicura per i visitatori la realizzazione.

I due giovani "padawan" all'ingresso
La minifig gigante è tenuta insieme dalla colla

Tipicamente, le minifigure “ingrandite”, come nella foto sopra, di solito esposte all’ingresso di un’area espositiva o in uno degli stand, dove c’è continuo passaggio di persone e non c’è transenna o recinzione, sono incollate pezzo per pezzo, proprio per evitare problemi anche di sicurezza per i visitatori: se un bambino si “appende” e se ne stacca un pezzo le conseguenze possono non essere piacevoli, per nessuno.

L’orrore, l’orrore

Tagliare, forare, modificare, avvitare, e tante altre operazioni sullo stesso tenore, sono l’abominio. Mai, per nessun motivo, è ammessa la modifica delle caratteristiche di forma e dimensione di un elemento.

Se andate ad esporre una vostra creazione nella quale i mattoncini sono modificati, verrete, nella migliore delle ipotesi, espulsi con cartellino rosso e tre turni di squalifica.

E’ considerato indecente l’uso di materiali “estranei” per replicare oggetti reali, come ad esempio tende parasole, alberi, vegetazione, veicoli e via così.

Bello, ma proprio non va
Bello, ma proprio non va

Nella foto sopra, un esempio di tutto quello che non è considerato accettabile da un purista (praticamente tutti gli AFOL lo sono): mattoncini incollati, verniciati e forati, stoffa e cartoncino, fili elettrici e luci non LEGO®. Per carità, la realizzazione è carina e l’idea è originale, ma difficilmente sarà accettata per l’esposizione in un evento LEGO®.

Qualche tempo fa su uno dei forum di appassionati c’era una discussione accesa sul fatto di allentare questa regola in caso di plastici ferroviari, andando ad utilizzare l’ampia scelta di materiali per il modellismo ferroviario per ricreare paesaggi con erba, alberi, rocce, corsi d’acqua. La conclusione, in sostanza, fu che in quel caso si poteva ottenere un effetto maggiore sui visitatori, oltre ad un risparmio sui materiali (un prato in mattoncini può costare molto di più di un prato realizzato con l’erbetta sintetica ed il muschio), solo che per prima cosa non sarebbe più stato un diorama LEGO®, ma qualcosa d’altro, poi sarebbe sorto un problema non da poco: quanto e quale materiale non-LEGO® sarebbe accettabile, oltre il quale il risultato non è più considerato una creazione LEGO®?

Infine, un modo sicuro e veloce per farsi buttare fuori velocemente e definitivamente, non solo da quella esposizione a cui intendete partecipare, ma da tutti i gruppi di appassionati LEGO® del continente, è di presentarsi con una creazione contenente mattoncini “compatibili”: praticamente è come andare vestiti ad un raduno di naturisti, sei nel posto sbagliato.

Non voglio la luna, mi basta costruirla

Scherzi a parte, la regole da rispettare per le creazioni LEGO® riconosciute dalla comunità di appassionati sono poche, alla fin fine, ma quelle poche sono irrinunciabili.

L’apparente carenza di elementi specifici per realizzare un particolare o un dettaglio, una struttura complessa o un meccanismo specifico è proprio il motivo per cui l’uso esclusivo di mattoncini LEGO® sviluppa creatività, fantasia e intelligenza (nelle sue declinazioni di intelligenza spaziale e progettuale): il doversi inventare un modo per fare un elemento inesistente, come ad esempio un albero in fiore o un tetto in lamiera, sottopone il cervello del costruttore ad un esercizio senza paragoni, indipendentemente dall’età.

Concludo con un articolo di Andy Robertson su Forbes, in cui racconta di aver fatto ricorso alla supercolla per tenere insieme alcune parti della gru del porto di LEGO® City (set #7994) che il pargolo di 5 anni continuava a staccare per l’eccessivo peso di quello che sollevava. Quando il pargolo ha tentato di smontare la gru per costruire altro, ossia lo scopo principale dei mattoncini, si è trovato a non poter riutilizzare liberamente i pezzi incollati, ormai obbligati ad essere una gru e niente altro.

E’ una metafora del cosiddetto “potenziale umano”: se si lascia un bambino libero di scegliere, potenzialmente può diventare qualunque cosa. Se invece lo si costringe ad un modello preordinato, non potrà essere niente altro.