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Voneinander unabhängige Steuerung zweier am gleichen Netz liegender
Elektromotoren.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine unabhängig voneinander arbeitende
Steuerung mittels regelbarer Transformatoren zweier am gleichen Netz liegender Elektromotoren,
insbesondere für Spielzeugeisenbahnen.
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Es ist bekannt, Elektromotoren, die am gleichen Netz betrieben werden
dadurch unabhängig voneinander zu steuern, daß jedem Motor direkt ein Steueraggregat
zugeordnet ist. Dieses ist nicht immer möglich, vor allem dann, wenn der Ort der
Elektromotoren nicht zugänglich ist, wie beispielsweise bei elektrischen Spielzeugeisenbahnen.
In diesen Falle muß von einem zentralen Steuergerät aus die Beeinflussung der Motoren
vorgenommen werden, Wünschenswert ist hierbei natürlich eine Steuerung, die sich
auf das Netz übertragen läßt mit deren Hilfe man die Drehzahlen der Motoren boeinflussen
kann.
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Für die unaba gige Steuerung zweier Motoren bietet sich ein Tonfrequenzverfahren
an, indem jeden Motor ein Xonfrequenzempfänger zugeordnet ist, der einen Kontakt
steuert, der den Motor ein- und ausschaltet. Hiermit kann man zwar das Zu- und Abschalten
der Motoren getrennt vornehmen, jedoch ist ihre Drehzahlregelung dann immer gleich,
wenn beide Motoren zur gleichen Zeit am Netz betrieben werden. Will man auch das
noch beeinflussen, so muß der Motor direkt mit der Tonfrequenzspannung betrieben
werden, womit dann Änderungen in der Tonfrequenzspannung, d.h. in ihrer Amplitude,
sich auf die Drehzahl des jeweiligen Motors auswirken. Solche Anlagen sind nicht
nur kompliziert, sondern sehr teuer und lassen sich nur an solchen Stellen durchführen,
wo neben den Motoren genügend Platz zur Installation von Empfangseinrichtungen ist.
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Ein anderes bekanntes Verfahren sieht die sogenannte Halbwellensteuerung
vor. Hier wird den Elektromotoren, die nor-Ealerweise mit Wechselstrom betrieben
werden, eine Spannung geliefert, die nur eine der beiden Halbwellen umfaßt. So dient
dann die obere Halbwelle zur Steuerung des ersten Motors und die untere Halbwelle
zur Steuerung des zweiten Motors. Werden die Amplituden der beiden Halbwellen jetzt
getrennt geregelt ,-so lassen sich die Drehzahlen beider Motoren unabhängig voneinander
beeinflussen. Diese Steuerung hat aber Nachteile.
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Jeder Motor bekommt nur während der positiven, bzw. negativen
Halbwelle
Spannung und ist während der anderen Halbwelle total vom Netz getrennt. Das bedingt
ein ruckartiges Laufen und ein starkes Bürstenfeuer, da ja ständig der Stromfluß
abreißt. Durch Glättung mit Hilfe von Kondensatoren kann dieses Problem zum Teil
wieder aufgefangen werden. Jedoch sind die Kondensatoren verhältnismäßig groß und
lassen sich oft schlecht unterbringen. Auf der Sendeseite treten zusätzliche Schwierigkeiten
insofern auf, als die Regelung der Motordrehzahl nur mit Hilfe der Amplitudensteuerung
oder der Strombeeinflussung möglich ist. Normalerweise wird eine Amplitudensteuerung
durch regelbare Transformatoren vorgenommen.
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Für die Drehzahlsteuerung in Abhängigkeit von der oberen und unteren
Halbwelle ist die Regelung mit Transformatoren nicht mehr möglich, da bei einer
entsprechenden Zusnmmenschaltung beider Transformatgren diese über ihren jeweiligen
Gleichrichter in sich kurzgeschlossen werden1 so daß ein ständiger Ausgleichstrom
über ihre Wicklungen fließen würde. Man muß also von einem Transformator ausgehen
und in den Ausgang dieses Transformators zwei getrennte Widerstandsregeleinrichtungen
legen, die je für sich mit einer gegenpoligen Diode zusammen arbeiten und dann eine
unabhängige Steuerung geährleisten. Die regelbaren Widerstände haben Verluste, die
hierbei in Kauf genommen werden müssen. -All diese Schwierigkeiten sollen durch
die vorliegende Erfindung beseitigt werden, indem eine ;=nabhängige Drehzahlsteuerung
geschaffen
ist, die'wieder mit Hilfe ganz normaler Regeltransformatoren die Beeinflussung der
beiden Motoren gestattet. Brfindungsgemaß geschieht das dadurch, daß die Ausgangsspannung
der Transformatoren in Brückenschaltung gleichgerichtet wird und daß der eine Ausgang
eines jeden Gleichrichters gemeinsam verbunden, einer der Speiseleitungen der Motoren
zugeführt ist und daß der andere Ausgang eines jeden Gleichrichters getrennt von
einem Umschalter wechselseitig auf die andere Speiseleitung der Motoren schaltbar
ist.
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Anhand von Beispielen sei die Erfindung näher,erläutert. In der Figur
1 ist eine Prinzipskizze dargestellt. Ein Transformator T1 und ein Transformator
2 die primärseitig am Netz liegen speisen sekundärseitig zwei Motoren M1 und M2
und zwar unabhängig voneinander. Beide Transformatoren T1 und T2 sind regelbar,
so daß ihre Amplitude verändert werden kann. Beiden Transformatoren ist je ein Gleichrichter
G1 bzw. G2 als Brückengleichrichtung nachgeschaltet, so daß am Ausgang dieser Gleichrichter
eine nahezu konstante Gleichspannung ansteht, deren Glättung zusätzlich noch mit
Hilfe von Kondensatoren C1 und C2 erfolgt. Während die eine Seite der Gleichrichter
zusammengefaßt beiden Motoren gemeinsam zugeführt ist, bleiben die Beitungen der
anderen Seite getrennt und werden mittels eines Umschalters S alechselseitig auf
die gemeinsame flotorleitung geschaltet. Je nachdem, ob der Kontakt s1 oder s2 geschlossen
ist,
ist eine Verbindung nur mit einem der beiden Transformatoren
und seinem zugehörigen Gleichrichter hergestellt. Erfolgt dieser Wechsel des Umschalters
S im Rhythmus der beiden Halbwellen des Wechselstromnetzes, so ist leicht zu erkennen,
daß während der Dauer einer Halbwelle jeweils einer der beiden Motoren M1 oder M2
in seiner Amplitude beeinflußbar ist. Damit ist ganz allgemein zunächst schon mal
eine Schaltung geschaffen, die es gestattet mit normalen Transformatoren die Regelung
der beiden am Netz liegenden Motoren vorzunehmen.
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Nun ist die Halbwellenregelung aus den eingangs geschilderten Gründen
nicht immer empfehlenswert, so daß man davon nach Möglichkeit wegkommen möchte.
Durch die Brückengleichrichtung nach der Anmeldung werden aber die beiden Halbwellen,
wie in Fig. 2 gezeigt gekippt, so daß eine Gleichspannung G1 Fig. 2a und Fig. 2b
eine Gleichspannung G2 zur Verfügung steht.
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Diese Gleichspannung kann nun zusätzlich noch durch die Kondensatoren
C1 und C2 geglättet werden, so daß ein fast konstanter Gleichstrom ansteht. Ideal-wäre
jetzt, wenn der eine der beiden Motoren auf den oberen Gleichstrom und der andere
der beiden Motoren auf den unteren Gleichstrom reagieren würde.
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Da dieses nicht möglich ist, muß der Gleichstrom wiederum zerhackt
werden, was mit Hilfe des Umschalters S gemäß Figur 1 von statten geht.
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Beide gleichgerichteten Spannungen werden mit erhöhter Frequenz in
Intervallen abwechselnd Jbelastet, so daß praktisch wieder eine Wechselrichtung
stattfindet. Je nach der Höhe der Frequenz werden die einzelne Spannungsabschnitte
(Impulse) nun sehr schmal, um dann integriert zur Versorgung des jeweiligen Motors
zu dienen. Durch den Wechsel des Umschalters S wird einmal aus der oberen gleichgerichteten
Welle und einmal aus der unteren gleichgerichteten Welle zeitlich versetzt ein Impuls
herausgeschnitten, so daß der eine Motor nur auf den Impuls der oberen Halbwelle,
wie in Figur 3 dargestellt und der andere nur auf den Impuls der unteren Halbwelle
reagiert sofern beide Motoren mit entgegengerichteten Gleichrichtern bestückt sind.
Je höher die gewählte Frequenz jetzt ist, um so kürzer ist der Zeitraum zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Impulsen und um so geringer ist die Nebenauswirkung auf
den Motor. Um das damit entstehende Bürstenfewer durch-den-Abreißfunken an den Motoren
noch zu vermindern, werden den Motoren zusätzlich Kondensatoren Cn und 02' zugeordnet,
die zu einer'Glättung der empfangenen Gleichspnnnung beitragen und damit für den
Motor eine wiederum konstante Gleichspannung vortäuschen. Diese Kondensatoren können
verhältnismäßig~ilein gehalten werden, was durch.die hohe Frequenz ermöglicht wird.
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Bei einer erhöhten Frequenz.kann der Umschalter S nicht als mechanischer
Schalter ausgeführt sein..
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Es wird dann unbedingt erforderlich, einen elektronischen Umschalter
einzusetzen. In Figur 4 ist eine solche Schaltung näher erläutert. Zunächst sind
hier auch wieder die beiden Transformatoren Ti und T2 als Regeltransformatoren vorgesehen,
dienen Je ein Gleichrichter G1 und G2 in Brückenschaltung zugeordnet ist. Die Kondensatoren
C1 und C2 dienen zur Glättung und eine direkte Verbindung zwischen den beiden Gleichrichtern
führt auf die eine die Motoren speisende Beitung. Die andere Seite der Gleichrichter
wird nun getrennt zwei Transistoren r1 und Tr2 zugeführt und hinter den Transistoren
wieder auf die gemeinsame, die Motoren speisende leitung gegeben. Die beiden Transistoren
Tr1 und Ut2 fbernehmen nun die Schaltaufgabe. Wechselseitig wird je einer dieser
beiden Transistoren leitend gemacht und während der leitenden Zeit ist der andere
Transistor nichtleitend. Damit wird5 wie zuvor beschrieben wechselseitig. in eitlich
aufeinander folgenden Abständen Transformator T1 und T2 auf die gemeinsame Leitung
geschaltet. Diese beiden Transistoren müssen nun im Rhythmus der gewählten Frequenz
leitend gemacht werden. Hierzu dient ein Multivibrator M, der in bekannter Schaltung
für die Wechselsteuerfrequenz sorgt.
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Diesem Multivibrator M wird zweckmäßig noch ein Schaltverstärker V
nachgeschaltet, der einen tbertrager V ansteuert, um die richtige Ausgangsgröße
zu bekommen. Gespeist wird der flultivibrator M,aus dem Lichtnetz Tl, das bei Verwendung
von Spielzeugtransformatoren, wie.sie für Spielzeugeisenbahnen
bekannt
sind, identisch ist mit dem ohnehin jedem Transformator zugeordneten Lichtanschluß.
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Die normale Wechselfrequenz des Netzes stößt den Multivibrator an,
durch seine innere Schaltung wird die Frequenz vervielfacht und steht am Ausgang
des Schaltverstärkers als erhöhte Frequenz zur Verfügung. Der Ilbertrager W hat
zwei Sekundärwicklungen W1 und W2, die so mit den Transistoren Tr1 und Tr2 verbunden
sind, daß jeweils ein Transistor aufgesteuert und einer gesperrt wird.
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Diq Schaltung für die Motoren erfolgt dann wieder im üblichen Sinne,
wie zuvor in Figur 1 näher ausgeführt.
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Mit einem solchen Steuergerät, das zwischen die Transformatoren und
dem Versorgungsnetz der Motoren geschaltet ist, läßt sich also eine Regelung der
unabhängigen Steuerung zweier Motoren auf einfache Weise vorsehen. Besonders geeignet
ist ein solcher Steuergerät für Spielzeugeisenbahnen, wobei es nun möglich ist,
zwei Züge auf dem gleichen Gleis, unabhängig voneinander fahren zu lassen. Außer
diesem Steuergerät und den Gleichrichtern gegebenenfalls noch je einen Kondensatoren
in den Lokomotiven, sind keine Umbauarbeiten notlfendig, wobei der Schaltung der
besondere Vorteil zugute kommt, daß die Lokomotiven trotz dieser Gleich- und Wechselrichtung
mit einem
nahezu konstanten Gleichstron betrieben Werden, also
keine; lei Nebenwirkungen mehr aufweisen. Als Regeltransformatoren dienen hierbei-die
bekannten für solche Bahnanlagen vorgesehenen Transformatoren, die keiner Umbauarbeit
unterliegen, da sie bei Verwendung solcher Steuergeräte ihre volle Spannung an die
Motoren abgeben.