DE1156345B - Anordnung zur voneinander unabhaengigen Steuerung und Stromversorgung von zwei Verbrauchern in einem frei fahrenden, elektrisch angetriebenen Spielfahrzeug - Google Patents

Description

• Anordnung zur voneinander unabhängigen Steuerung und Stromversorgung von zwei Verbrauchern in einem frei fahren-,den, elektrisch angetriebenen Spielfahrzeug Damit ein elektrisch betriebenes Spielfahrzeug auf der bekannten, der Stromzuführung dienenden, aus Metallstrzifen gebildeten Fläche frei fahren kann, braucht es mindestens drei Stromabnehmer sowie eine Vorrichtung zur Verhinderung von Kurzschlüssen zwischen den Stromabnehmern, die aus Gleichrichtern oder Relais bestehen kann. Ferner sind Mittel nötig, um die beiden Verbraucher im Fahrzeug, Fahrmotor und Lenkmagnet, unabhängig voneinander mit regelbarem Strom zu versorgen. Weil nur eine Zu- und eine Rückleitung zur Verfügung steilt, können die zur Sp,isung der beiden Verbraucher erforderlichen Teilströme nicht getrcnnt, sondern nur als Stromgemisch dem Fahrzeug zugeleitet «erden. Sie rnüsser. daher im Fahrzeug getrannt werden. Wenn beide Verbraucher aus der gleichen 5@roniquel?e gespeist werden, :ist auch noch eine Trennung im Steuergerät nötig, um jeden Teilstrom durch einen besonderer Regler bec.inilu sen zu können. Schließlich muß :eine währ: nd des Betrieba unven^nderlic.he Zuordnung jedes Teilstromes zu einem bestimmten Verbraucher ge"vährle-istet sein.
• Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem Problem der voneinander unabhängigen Steuerung und Stromv;.rsorgung der beiden Verbraucher im Fahrzeug und insbesondre mit der Trennung der Teilström: .
• Es gibt berms eine Lösung, wo 3-r Gsamtätrom die Form eines polierenden Gleichstromes hat und mittels ;einer Drosselspule und eines Kondsnsators in eine @leich.v:rnm- und eine Wechselstrom'.@orriponente z: rlegt wird, die durch ein Steuergerät unabhängig voneinander regelbar sind. Wenn die Anlage, wie vorgesehen, rnit Netzfrequenz betrieben wird, dann bekommt die Drosselspule ernebliche Abmessungen und ist zumindest in. kleineren Fahrzeugen nicht mehr unterzubringen. Eine andere Lösung sieht vor, daß ein Wechselstrom durch zwei parallele Gle,chrichter mit entgegeng:,setzter Sperrwirkung in zw,-i aus den positiven und :den negativen Halbwellen .bestehen:de, .gnrent regelbare Gleichströme zerlegt wird. Es ist jedoch keine Einrichtung bekannt. mnh der das Fahrzeug aus der vorn erwähnten Mäzh-- einen Wechse'strom entnehmen kann, .der nicht beim Fahrern ständig umgepolt wird. Eine Umpolung hat zur Folge, daß die Zuordnung der Halbwellen zu dea Verbrauchern wechselt und die Verbraucher den zu ihnen gehörigen Reglern nicht mehr gehorchen. Ein Fahren auf :der vorn erwähnten Fläche ist daher nicht möglich.
• Um diese Nachteile zu vermeiden, soll nach dem Erfindungsgedanken die voneinander unabhängige Steuerung und Stromvrsorgung von zwei Verbrauchern mit Hilfe von zwei Frequenzrelais erfolgen, die, durch regelmäßige P ulsationen :des Betriebsstromes in synchrone Schwinggong versetzt, iim Gleichtakt umschalten. Das erste Frequenzrelais ist im Steuergerät angeordnet und zerlegt den Betriebsstrom, so daß je:dvr Teil:3tricm über einen besonderen Regler fließt. Das zweite Frequenzrelais befindet sich im Fahrzeug und trennt die Teilströme nach ihrer Vernli chung in der Zuleitung zum zweitenmal, so daß jeder Verbraacher den ihm zugeordn°ten Teilstrom ;erhält.
• Frequenzrelais werden bereits in .der Meßtechnik zum Zerlegen von Wechselströmen benutzt. Ihre Anwendung für die Zerlegung von pulsierendem Gleichstrom sowie die Erkenntnis, daß sie eine gegen Umpolung unempfindliche Zerlegung ermöglichen, .ist jedoch neu.
• Die Abb. i zeigt ein für den in der Erfindung vor-Zweck geeignetes Frequenzrelais. 1 ist eine federnde Zunge, d:se mit ihrer Eigenfrequenz, die auf die Puls:ätwion bzw. Frequenz des Betri;,bsstromes abgestimmt ist, Schwingungen ausführt. Von den beiden Polen 2 und 3 :erhält sie pro Schwingung zwei magnetische Impulse. Während des Ausschlages legt -sich die Zunge abwechselnd gegen die beiden Kontakte 4 und S. Der Strom, der über die Zunge zugeführt wird, fließt in stetigem Wechsel, mal über den einen, mal über .den anderen der Kontakte. Dabei wird er so in zwei Teilströme zerlegt, daß der einzelne Teilstrom aus jeder zweiten Pulsation besteht.
• Als Betriebsstrom eignet "ich am besten pulsierender Gleichstrom von der Form, die aus dem Wechselstrom durch Einweggleichrichtung entsteht. Einer Frequenz des Wechselstromes von 50 Hz entspricht eine Eigenfrequenz der Schwingzunge von 25 Hz.
• In der Abb. 2, a ist der Verlauf des vom Fahrzeug ,aufgenommenen Stromes dargestellt. Die Zeitabschnitte I bis IV entsprechen den einzelnen Ab- schnitten der Schwingung der Zunge. Darüber ist die Zunge 1 mit -den Kontakten 4 und 5 abgebildet in den Stellungen, die sie am Ende eines jeden Zeitabschnittes einnimmt. Während der Zeit l schwingt die Zunge unter Wirkung der Halbwelle A z. B. nach links. Während der fast stromlosen Zeit II schwingt sie zurück und geht zum Zeitpunkt 0 durch die Mittellage. Während der Zeit III schwingt sie unter Wirkung .der Halbwelle B nach rechts und während der Zeit IV zurück zur Mitte. Während I und 1I liegt die Zunge= linken Kontakt und während III und IV am rechten, ausgenommen :die sehr kurze Zeit u, wo sie den linken Kontakt verläßt und sich an den rechten anlegt. Die Halbwellen A fließen daher stets über den linken. Kontakt und die Halbwellen B stets über den rechten. Die erstmalige Zuordnung der Halbwellen A und B zum rechten oder linken Kontakt hängt jedoch vom Zufall ab.
• Die Abb. 3 zeigt die Schaltung .der Anordnung für den Fall, @daß der Betrieb mit Gleichstrom nach Abb. 2, a erfolgt und als Kurzschlußsperre des bekannte System mit Gleichlichtern dient. Der vom Transformator 7 und dem Einweggleichrichter 8 erzeugte pulsierende Gleichstrom wird zum Zwecke der getrennten Regelung durch das Frequenzrelais 9 zerlegt, z. B. so, daß die Halbwellen A über den Regler 10 und die Halbwellen B über den Regler 11 laufen. Der wieder vereinigte Strom, dessen Halbwellen normalerweise jetzt ungleiche Stärke haben, fließt über die Fahrfläche 12 zu den Stromabnehmern 13 des Fahrzeuges und über die Kurzschlußsperre 14 zu dem Frequenzrelais 15, das ,die gleiche .Eigenfrequenz hat wie das Relais 9. Hier wird er zum zweitenmal zerlegt. Die Halbwellen A werden zum Motor 16 geleitet und die Halbwellen B zum Lenkmagneten 17. Die Wicklungen 6' und 6" der Frequenzrelais, die im Nebenschluß geschaltet sind, werden zur gleichen Zeit von den Halbwellen durchlaufen, so daß die Schwingung in beiden Relaissynchron ist.
• Infolge der obenerwähnten Zufälligkeit der Zuordnung der Halbwellen A und B spricht ein bestimmter Verbraucher nicht immer,auf den gleichen Regler an. Auf welchen Regler er anspricht, zeigt sich erst bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs. Diese Zuordnung bleibt unverändert, so lange das Fahrzeugunter Strom steht.
• Statt der Kurzschlußsperre mit Gleichrichtern 14 kann man auch eine der bekannten Kurzschlußsperren mit Relais verwenden. Daß diese Kurzschlußsperren die beim Fahren entstehenden Umpolungen auf die Verbraucher übertragen, wirkt hier nicht störend. Es gehört zu den besonderen Vorzügen der Anordnung nach der Erfindung, daß sie gegen Umpolungen unempfindlich ist, d. h. daß die Zuordnung einer Halbwelle zu einem bestimmten Verbraucher bei Umpolung des vom Fahrzeug aufgenommenen Stromes unverändert bleibt. -Der Grund dafür äst, daß die Frequenzrelais die Halbwellen nicht nach ihrer Richtung, sondern nach .ihrer zeitlichen Folge trennen. Die Abb.2, b zeigt den Verlauf des in Abb. 2, a dargestellten Stromes vor und nach einer Umpolung. Obwohl zum Zeitpunkt der Umpolung (X) im Fahrzeug jede Halbwelle ihre Richtung umkehrt, fließt sie doch weiterhin zum gleichen Verbraucher. Denn die Zunge eines Frequenzrelaäs ändert ihre Stellung nicht während einer Umpolung, sie bleibt am gleichen Kontakt liegen. Auch die Verbraucher reagieren nicht auf eine Umpolung; für sie ist nicht die Richtung, sondern nur die Stärke des Stromes maßgebend.
• Bei einer Eigenfrequenz .der Schwingzunge von 50 Hz kann auch der gewöhnliche Wechselstrom sowie der durch Zweiweggleichrichtung gewonnene Gleichstrom verwendet werden. Weil .aber bei diesen Stromarten die Pausen zwischen den Halbwellen fehlen, ist eine exakte Trennung der Halbwellen und ein funkenfreier Betrieb der Frequenzrelais nur schwer zu ,erreichen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur voneinander unabhängigen Steuerung und Stromversorgung von zwei Verbrauchern, z. B. des Fahrmotors und eines Lenkmagneten, in einem elektrisch betriebenen, auf einer der Stromzuführung @dienenden, aus abwechselnd positiv und negativ gepolten Metallstreifen bestehenden Fläche frei fahrenden Spielfahrzeug mit mindestens drei Stromabnehmern und .einer Kurzschlüsse zwischen den Stromabnehmern verhindernden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß im .Steuergerät ein auf regelmäßige Pulsationen des Betriebsstromes ansprechendes Frequenzrelais (9) angeordnet ist, das den Betriebsstrom in zwei getrennt regelbare Teilströme zerlegt, so @daß der einzelne Teilstrom aus jeder zweiten Pulsation besteht, während ein zweites Frequenzrelais (15) im Fahrzeug, das die gleiche Eigenfrequenz hat wie das im Steuergerät, die der Fahrfläche (12) vereint zugeführten Teilströme zum zweätenmal trennt und den beiden Verbrauchern ,(16, 17) getrennt zuführt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, @daß jedes der beiden Frequenzrelais (9, 15) eine -schwingende Zunge (1', 1") sowie zwei mit den Reglern bzw. Stromverbrauchern verbundene Kontakte (4', 4", 5', 5") aufweist, an die die Zunge im Rhythmus der Pulsationen des Betriebsstromes abwechselnd anschlägt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 705 300, 810 012, 910 034, 917 300, 937 874; USA: Patentschrift Nr. 2 714 859; Elektrotechnische Zeitschrift, 1941, H. 27, S. 607 und 608.