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Einrichtung zum Betätigen eines zusätzlichen Stromverbrauchers auf
einem mit Gleichstrom angetriebenen Modellspielfahrzeug Die Erfindung bezieht sich
auf eine Einrichtung zum Betätigen eines zusätzlichen Stromverbrauchers, wie einer
automatischen Kupplung, eines Lichtschalters od. dgl., auf einem Modellspielfahrzeug
mit Nurgleichstrommotor, d. h. einem Motor, der bei Speisung mit Gleichstrom läuft
und bei Speisung mit Wechselstrom gebremst wird.
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ZumBetätigen eines zusätzlichenStromverbrauchers auf Modellspielfahrzeugen
sind bereits die verschiedenartigsten Möglichkeiten bekanntgeworden. So wird beispielsweise
nach einem Vorschlag der zusätzliche Stromverbraucher, etwa ein Elektromagnet, mit
dem Anker und der Feldspule des Antriebsmotors in Reihe geschaltet und der zum Betätigen
erforderliche überstromstoß durch Einschalten der maximalen Fahrspannung bei stillstehendem
bzw. mit stark reduzierter Drehzahl laufendem Motor erzeugt. Bei dieser Einrichtung
muß die Ansprechzeit des zusätzlichen Elektromagneten kleiner sein als die Anlaufzeit
des Antriebsmotors, damit dieser nach Einschaltung der maximalen Fahrspannung anspricht,
bevor der Motor eine nennenswerte Gegen-EMK entwickelt. Ist diese Bedingung schon
nicht einfach zu erfüllen, so ist es fast unmöglich, den zwecks Betätigung des Elektromagneten
unter maximale Fahrspannung gesetzten Motor durch rechtzeitiges Abschalten am Anlaufen
zu hindern. Das Fahrzeug wird daher einen unerwünschten, kräftigen Ruck machen.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde bei dieser vorbekannten Anordnung der
Anker des Elektromagneten mit einer Kontakteinrichtung versehen, die den Anker während
des Schaltvorganges des Elektromagneten kurzschließt. Doch auch bei dieser Anordnung
bleibt der Nachteil bestehen, daß während des ersten Schalthubs des Elektromagneten
der Motor bis zum Kurzschluß seines Ankers unter der maximalen Fahrspannung steht
und einen Ruck macht.
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Nach anderen Vorschlägen läßt sich bei Modellspielfahrzeugen mit Nurgleichstrommotoren
ein zusätzlicher Stromverbraucher durch Umschalten der Stromart von Gleich- auf
Wechselstrom betätigen, wobei entweder eine wesentlich höhere Schaltwechselspannung
als die maximale Fahrgleichspannung oder aber Selektionsmittel in Form von Kondensatoren
angewendet werden. Wird mit einer Schaltwechselspannung oberhalb der maximalen Fahrgleichspannung
gearbeitet, so ist eine zusätzliche Wicklung auf dem Transformator erforderlich;
schaltungstechnisch liegt der zusätzliche Stromverbraucher parallel zum Anker des
Fahrmotors. Besteht sein Betätigungsglied aus einem Elektromagneten, so muß dessen
Erregerspule aus vielen Windungen dünnen Drahts bestehen, was aber die Herstellung
erschwert. Um eine sichere Funktion zu gewährleisten, muß ferner die Schaltwechselspannung
erheblich über der maximalen Fahrgleichspannung liegen, wodurch nicht nur die Beleuchtungslämpchen
gefährdet werden, sondern auch die entmagnetisierende Wirkung des hohen, durch den
gebremsten Motoranker fließenden Wechselstroms auf den permanenten Feldmagneten
groß ist. Eine Drossel im Stromkreis des Fahrmotors zum Abschwächen des Wechselstroms
beansprucht viel Einbauraum und ist kostspielig. Vorteilhafter sind Selektionsmittel
im Stromkreis des zusätzlichen Stromverbrauchers, da hier ohne Wechselüberspannung
auszukommen ist. Die naheliegende Lösung mit einem Kondensator als Selektionsmittel
hat jedoch den Nachteil, daß dieser wegen der tiefen Frequenz des gebräuchlichen
Wechselstromnetzes eine beachtliche Kapazität aufweisen muß. Er ist selbst in einer
Ausführung als bipolarer Elektrolytkondensator nur schwer in den heutigen üblichen
Fahrzeugen. der Spur HO unterzubringen und außerdem auch nicht billig.
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Die hier genannten Nachteile lassen sich nun bei einem Modellspielfahrzeug
mit einem Nurgleichstrommotor, dessen zusätzlicher Stromverbraucher durch einen
überstromimpuls betätigt wird, welcher durch Umschalten der Betriebsspannung von
Gleich- auf Wechselstrom in Verbindung mit auf diese Stromarten unterschiedlich
ansprechenden vorgeschalteten Selektionsmitteln erzeugt wird, gemäß der Erfindung
dadurchvermeiden,daß der zusätzlicheStromverbraucher mit dem Anker des Nurgleichstrommotors
in Reihe geschaltet ist. Wie die Erfindung zeigt, bildet der auf GI eich-oder Wechselstrom
unterschiedlich ansprechende Anker des Nurgleichstrommotors ein wirksames Selektionsmittel,
welches
weder zusätzlichen Einbauraum erfordert, noch zusätzliche Kosten verursacht. Weitere
:N-Ierkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme
auf das gezeichneteAusführungsbeispiel näher erläutert sowie in den Ansprüchen enthalten.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es zeigt Fig. 1 das Schaltbild einer Anlage mit Stromquelle und einem Fahrzeug,
Fig.2 einen schematisch dargestellten Fahrtregler mit Umschalteinrichtung, Fig.
3 einen senkrechten Schnitt durch und Fig. 4 eine Draufsicht auf die schematische
Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für einen Fahrtregler.
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In Fig. 1 ist Tr ein Regeltransformator, der an das Wechselstromnetz
angeschlossen ist und der die Betriebsspannung für die Modellanlage liefert; zum
Verändern der Betriebsspannung kann sein Stromabnehmer durch das Betätigungsglied
des Fahrtreglers Fa. verstellt werden. Die Gleichspannung wird dem Gleichrichter
Gr entnommen. Se ist die Schalteinrichtung zum Umschalten von Gleich- auf Wechselstrom,
Scl und Sc2 je eine stromführende Schiene der Gleisanlage. Ferner sind Stl und St2
die beiden Stromabnehmer des Fahrzeugs, A der Anker des Fahrmotors mit beispielsweise
permanentmagnetischem Feld P und Z der zusätzliche Stromverbraucher in Form der
Spule eines Elektromagneten, der beispielsweise einen Kuppelhacken oder einen Beleuchtungsschalter
betätigt. Der Polwendeschalter zum Umsteuern der Drehrichtung des Fahrmotors ist
zur Vereinfachung weggelassen worden; er kann entweder zwischen dem Gleichrichter
Gr und der Schalteinrichtung Se oder aber auch nach Se angeordnet sein.
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Im normalen Betriebszustand geht der Strom von dem verstellbaren Abgriff
1 des Fahrtreglers Fa aus; er fließt durch den Gleichrichter Gr über die Kontakte
3 und 5 der Schalteinrichtung Se, welche sich in der Ruhestellung befindet, zum
Anschlußpunkt 5 der Schiene Scl, von dieser über den Stromabnehmer St 1 des Fahrzeugs,
weiter durch denAnker AdesNurgleichstrommotors, den zusätzlichen Stromverbraucher
Z und den Stromabnehmer St2 zur Schiene Sc2, von dieser über die Kontakte 6 und
4 der UmschalteinrichtungSe durch den Gleichrichter Gr wieder zurück zum Transformatoranschluß
2. Die dem Gleichrichter zugeführte Wechselspannung ist mittels des Abgriffs 1 zwischen
Null und dein Maximum der Transformatorsekundärspannung veränderbar.
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Wird nun die Schalteinrichtung Se umgeschaltet, so öffnen einerseits
die Kontakte 3 und 5 bzw. 4 und 6, der Gleichstrom wird ausgeschaltet. Andererseits
schließen die Kontakte 2 und 6 bzw. 5 und 7, wodurch der Wechselstrom mit unveränderbarer
Maximalspannung eingeschaltet wird. Der übrige Stromlauf ist hei Gleich- und Wechselstrom
derselbe.
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Bei Speisung des Fahrzeugs mit Gleichspannung fließt in diesem Stromkreis
ein Strom, der einerseits durch die vom Fahrtregler her bestimmte Spannung, vermindert
um die Gegen-EMK des sich drehenden Ankers A, andererseits durch die Gleichstromwiderstände
des Ankers A und der Spule Z des Elektromagneten bestimmt ist.
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Bei Speisung des Fahrzeugs mit Wechselstrom wird der Anker A, falls
er nicht steht, auf Stillstand gebremst. Dann fließt in den oben angegebenen Stromkreis
ein Wechselstrom, der einerseits durch die maximale Sekundärwechselspannung, andererseits
durch die Schein- oder Wechselstromwiderstände des Ankers A und der Spule Z des
Elektromagneten bestimmt ist. Der Elektromagnet ist so dimensioniert, daß er folgenden
zwei Bedingungen genügt: a) Die zu seinem Ansprechen notwendige Mindestwechselstromstärke
liegt über der größten, betrieblich auftretenden Fahrgleichstromstärke.
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b) Dabei ist seine Ansprechzeit so lang, daß er auch bei den betrieblich
auftretenden, kurzzeitigen größten Stromstärken des Fahrgleichstroms nicht anspricht.
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Da die größte Fahrgleichstromstärke bei plötzlicher Speisung des stillstehenden
Fahrmotors (Gegen-EMK gleich Null) mit der maximalen Fahrspannung, d. h. maximaler
Sekundärspannung am Transformator, auftritt, dieser Strom aber bei den handelsüblichen,
sehr schnell laufenden Kleinmotoren mitPermanentmagnetfeld innerhalb einer sehr
kurzen Zeit unter den Ansprechstrom des Elektromagneten sinkt, sind die oben angegebenen
Bedingungen ohne besondere zusätzliche Maßnahmen, wie Kondensatoren oder Kontakteinrichtungen,
erfüllbar, insbesondere da einerseits die verhältnismäßig hohe Ansprechstromstärke
der Elektromagneten nur wenig Windungen dicken Drahtes erfordert und damit geringen
Blindwiderstand der Spule ergibt, andererseits die Ansprechzeit des Elektromagneten
durch die an seinem Anker befestigte und von ihm zu betätigende mechanische Einrichtung,
Kupplung, Lichtschalter od. dgl., hinreichend groß ist.
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Die Wirkung der Einrichtung nach der Erfindung beruht somit im wesentlichen
auf den Eigenschaften eines Nurgleichstromfahrzeugs, bei Speisung mit Gleichstrom
in verhältnismäßig kurzer Zeit eine beträchtliche Gegen-EMK zu entwickeln und bei
Speisung mit Wechselstrom keine Gegen-EMK zu liefern.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, einen zusätzlichen
Stromverbraucher auf einem Modellspielfahrzeug mit einem Nurgleichstrommotor durch
Umschalten der Betriebsspannung von Gleichauf Wechselstrom mittels eines Überstroinimpulses
zu betätigen, ohne daß eine Überspannung bzw. räumlich ausgedehnte und kostspielige
Selektionsmittel wie Kondensatoren, Drosselspulen od. dgl. erforderlich sind.
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Um beim Umschalten von Gleich- auf Wechselstrom bzw. von Wechsel-
auf Gleichstrom das Abbremsen bzw. das Anfahren des Modellspielfahrzeugs mit einem
scharfen Ruck zu vermeiden und auch um beim Anfahren die Sicherheit gegen unerwünschtes
Ansprechen des Elektromagneten zu erhöhen, ist eine mechanische Kopplung zwischen
Fahrtreglerbedienungsknopf und Gleichstrom-Wechselstrom-Umschalter vorgesehen. Zu
dem Zweck betätigt nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Reglerdrehknopf
nach Durchfahren des Regelbereichs jenseits der Nullstellung federnde Kontaktzungen,
die die Umschaltung von Gleich- auf Wechselspannung bewirken und nach Freigabe des
Regeldreliktiopfes mittels ihrer Federkraft diesen wieder in die Nullstellung mit
Anschluß an den Gleichrichter drücken. Hierdurch wird erreicht, daß die Wechselspannung
nicht unmittelbar auf den sich rasch drehenden Fahrmotor und die Fahrgleichspannung
nicht unmittelbar mit ihrem Höchstwert, sondern immer nur mit einem von Null an
ansteigenden Wert auf den stillstehenden Fahrmotor treffen kann, da in beiden Fällen
jeweils zwischen den Stellungen maximaler Fahrgleichspannung und eingeschalteter
Wechselspannung eine Zeitspanne liegt, welche ungünstigenfalls durch die größte
Drehgeschwindigkeit des von Hand zu betätigenden Fahrtreglerdrehknopfes bedingt
ist.
In dieser Zeitspanne wird einerseits der sich rasch drehende Fahrmotor seine Drehzahl
merklich vermindert haben, bis er durch das Einschalten der Wechselspannung ruckartig
gebremst wird, andererseits wird der Fahrmotor schon eine die Stromstärke vermindernde
Gegen-EMK entwickelt haben, bevor die Fahrgleichspannung am Gleichrichter ihren
Höchstwert erreicht.
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In Fig. 2 ist a der Reglerdrehknopf des Fahrtreglers, b ein am Reglerdrehknopf
angebrachter Mitnehmer, c ein Betätigungsstift auf der Schalteinrichtung, von welcher
nur der Kontaktsatz 3, 5 und 7 angedeutet ist. Durch die Einwirkung einer Federkraft
sind die Kontakte 3, 5 der Schalteinrichtung in der Ruhestellung geschlossen.
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Wird der Reglerdrehknopf a von der üblichen Ausschaltstellung »Halt«
aus nach rechts verstellt, bleiben 3 und 5 geschlossen. Zwischen der Ausschaltstellung
und der maximaler Fahrtspannung entsprechenden Endstellung ist somit stets Gleichstrom
eingeschaltet. Wird der Reglerdrehknopf d von der Ausschaltstellung aus jedoch nach
links verstellt, drückt der Mitnehmer b auf die federnde Kontaktzunge c, wodurch
zuerst die Kontakte 3, 5 bzw. die weiteren Kontakte 4, 6 geöffnet werden, der Gleichstrom
also abgeschaltet wird und dann durch Schließen der Kontakte 5, 7 bzw. 2, 6 der
Wechselstrom eingeschaltet wird. Wird der Reglerdrehknopf in dieser Stellung vom
Bedienenden wieder freigegeben, so wird durch die Einwirkung der Federkraft der
Wechselstrom wieder ausgeschaltet.
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Um auch bei einem Fahrtregler, dessen Reglerdrehknopf zum Umschalten
von Gleich- auf Wechselspannung in an sich bekannter Weise senkrecht, in axialer
Richtung verstellbar ist, das ruckartige Abbremsen und Anfahren zu verhindern, ist
erfindungsgemäß im Regelbereich der Fahrgleichspannung eine Sperrvorrichtung angebracht,
welche die axiale Bewegung des Reglerdrehknopfs ausschließlich in seiner Nullstellung
oder auch noch in einer von Null nur wenig verschiedenen Stellung gestattet.
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In Fig. 3 und 4 ist d wieder der Reglerdrehknopf des Fahrtreglers,
d seine außer in Drehrichtung auch noch senkrecht dazu verstellbare Achse, e eine
federnde Zunge der Schalteinrichtung, von welcher nur der Kontaktsatz 3, 5 und 7
gezeichnet ist, g eine Nase am Reglerdrehknopf und feine feste Ringscheibe im Regel
bereich. Die Nase bildet zusammen mit der festen Ringscheibe eine in axialer Richtung
wirkende Sperrvorrichtung.
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Steht der Reglerdrehknopf in einer beliebigen, beispielsweise in der
der Schnittlinie x-y von Fig. 4 entsprechenden Stellung desRegelbereichs der Fahrgleichspannung,
so liegt die Nase g unmittelbar über der Ringscheibe f und sperrt die Verstellmöglichkeit
in axialer Richtung. In der Nullstellung des Reglerdrehknopfs dagegen ist die Ringscheibe
f unter der Nase -g ausgeschnitten, abgesetzt od. dgl. und so die Bewegung in axialer
Richtung freigegeben. Wird in der Nullstellung der Reglerdrehknopf a axial verstellt,
so drückt seine Achse d auf die federnde Kontaktzunge e, wodurch auf bereits bekannte
Weise von Gleich- auf Wechselspannung umgeschaltet wird.