DE2057319A1 - Verfahren und Apparatur zur individuellen,kontinuierlichen Steuerung von mehreren mit derselben Spannungsquelle verbundenen Gleichstrommotoren - Google Patents

Description

• Verfahren und Apparatur zur individuellen, kontinuierlichen Steuerung von mehreren mit derselben Spannungsquelle verbundenen Gleichstrommotoren.
• Die erfindung betrifft ein Verfahren zur individuellen Steuerung von mehreren mit derselben Spannungsquelle verbundenen Gleichstrommotoren, indem die Steuerung sowohl Umlaufrichtung als Geschwindigkeit umfasst. Die Erfindung betrifft ferner Apparatur zur Ausübung des Verfahrens.
• Bæ ist bekannt, das Ein- und Ausschalten von Gleichstrommotoren dadurch fernzusteuern' dass man die Speisespannung mit hochfrequenter Wechsel spannung mit oder ohne Modulation Uberlagert. Zu einer solchen Steuerung von mehreren Motoren wird gewöhnlich irgend eine Form einer Impulskodemodulation benutzt, wo sowohl Sender als empfänger recht komplizierte KreislXure aum Modulieren und Demodulieren der Signale enthalten. Diese Form der Modulstion ist auch fUr die Geschwindigkeitsregelung eines einzelnen Motors benutzt worden, aber diese hat sich in dem Falle nur stufenweise mit Hilfe von Relais herstellen lasten und hat sich deshalb gewöhnlich auf ein paar Geachwindigkeiten sowie eventuell Polumkehrung beschrEnkt.
• Zweck der vorlisgenden Erfindung ist, ein einfaches Verfahren zur kontinuierlichen Regelung von mehreren Gleichstrommotoren anzuweisen, d.h. zur kontinuierlichon Variation von Grösse und polarität der Speisespannung, wo die Fernsteuerungsinformationen übor die Speiseleitungen oder das Verteilungsnetz tranamittiert werden.
• Dieses wird gemäss der Erfindung dadurch erzielt, dass von einer Kontrollstation aus unmodulierte, hochfrequente Signale in einer Anzahl voneinander getrennter Frequenzen entsprechend der Anzahl von Motoren ausgesandt werden, und dass die Dmpfangsstationen an Jedem Motor dazu eingerichtet sind, Grösse und Polarität der Speisespannung in Abhängigkeit von Variationen in dem zugefuhrten Signal zu steuern.
• Die genannten Variationen können gemäss der Erfindung entweder eine Aenderung von der Amplitude des Signals oder von seiner Frequenz sein, indem eine bestimmte Amplitude oder Frequenz in der Smpfangsstation dem Stillstand des Motors entspricht, während Aenderungen Uber oder unter dieser Referenzamplitude oder -frequenz teils für die Umlaufrichtung bestimmend sind und teils für die Geschwindigkeit, die im wesentlichen der Abweichung von dem Referenzwert proportional ist.
• Es ist z. B. bei Modelleisenbahnen ein Problem gewesen, individuell mehrere Modellzüge auf demselben Schienenkörper steuern zu können. Bei grösseren Modellb dmanlagen hat man mehrere getrennte Schienensehleifen ausbauen müssen, wenn in einer solchen Anlage mehr als ein Zug auf einmal fahren sollte.
• Die Erfindung bewirkt, dass die Anlagen als ein geschlossenes Ganzes aufgebaut werden können, indem sich die einzelnen ZUge unabhängig von den anderen steuern lassen. Gleichzeitig kann man erzielen, dass Belastungen, die nicht gesteuert werden sollen, z. B. die Beleuchtung der Lokomotive und der Wagen, konstante Speisespannung bekommen, ohne Rücksicht auf die Geschwindigkeit des Modellzuges.
• Das Verfahren gemäss der Erfindung wird auch beianderen Formen von Modellbahnen Verwendung finden können, ebenso wie es in Fällen verwendet werden kann, wo mehrere Motoren oder andere Belastungsobjekte individuell steuorbar sein sollen.
• Die Erfindung sei näher erklärt unter Hinweis auf die Zeichnung, wo Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Erklärung des Verfahrens gemäss der Erfindung zeigt und Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer gnpfangsstation.
• In Fig. 1 ist eine Kontrollstation 1 gezeigt mit einer Anzahl Oszillatoren 2, die in an sich bekannter Weise hochfrequente Signale erzeugen, deren Amplitude oder Frequenz mit Hilfe von einem Bedienungsgriff geändert werden kann. Die Schwingungsfrequenzen der Oszillatoren sind Uber einen Frequenzbereich mit einem solchen Abstand verteilt, dass sie sich nicht direkt ilberlappen. Diese Signale werden Speiseleitungen 3 für die betreffenden Belastungen zugefhrt. Von einer Spannungsquelle 4 aus wird den Speiseleitungen 3 Betriebsepannung über ein Niederfrequenzfilter 5 zugeftllirt, das Kurzschluss der hochfrequenten Signale durch die Spannungsquelle 4 verhindert.
• Die Spannungsquelle 4 kann auch mit den Oszillatorsektionen zasammengebaut sein, so dass durch eine Mischstufe eine mit den hochfrequenten Wechselspannungen Ilberlagerte Betriebsgleichspannung abgegeben wird.
• An die Speiseleitungen 3 ist eine Anzahl von Empfangsstationen angekoppelt, von denen der Uebersichtlichkeit wegen nur eine in Einzelheiten gezeigt ist. Von den Leitungen 3 aus wird die speisespannung mit Uberlagerten Signalen einem Niederfrequenzfilter 6 ugefUhrt, wo die hochfrequenten Spannungen abgezweigt werden, während die Gleichspannung zu einem brücken- -gekoppelten Gleichrichter 7 weitergeht. Dieser Gleichrichter ist eingeführt, um richtige polarität der nachfolgenden Kreislaufe zu sichern, die vorzugsweise Transistoren enthalten.
• Die hochfrequenten Spannungen von dem Filter 6 werden einem selektiven Verstärker 8 zugeführt, der auf eines der von der Kontrollstation 1 ausgesandten Signale abgestimmt ist. Das so herausgetrennte Signal wird danach einem Steuer spannungskonverter 9 zugeführt, der einen Servoverstärker 10 steuert.
• Dieser Servoverstärker 10 gibt.eine Gleichspannung ab, deren Grösse und Polarität von dem von der Kontrollstation ausgesandten Signal abhängt, und die einer Belastung, z. B. einem Gleichstrommotor 11, zugeftilirt wird.
• Die von der Kontrollstation ausgesandten Signale sind unmodulierte, hochfrequente Schwingungen, und ihr Informationsinhalt ist ausschliesslich durch die Jeweilige Amplitude oder Frequenz bestimmt.
• Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm einer Empfangsstation, die in einer Modelleisenbahnanlage verwendet worden ist. Von einer Kontrollstation aus werden die Betriebsgleichspannung und/oder hochfrequente Weohselspannungen durch die Schienenstränge der Anlage ausgesandt.
• In diesem Ausfllhrungsbeispiel sind die Oszillatoren der Kontrollstation variabel in Frequenz, wobei sie sich nur nach der einen seite gegenüber der Resonanzfrequenz der Bmpfangsstation variieren lassen. Der Zweck hiermit wird später näher beschrieben werden.
• Durch die Räder des Triebwagens des Modellzuges werden diese Spannungen aufgesammelt und zwei Eingangaklemmen 21 und 21' eines aus einer Spule 22 und einem Kondensator 23 bestehenden Niederfrequenzfilters zugeführt, Die Gleichspannung von hier aus wird einem briickengekoppelten Gleichrichter 24 zugeführt, während die hochfrequente Wechselspannung Uber einen Kopplungsblock 25 dem selektiven Verstärker zugefUhrt wird.
• Bei einer Modelleisenbahnanlage für Gleichstrombetrieb wird dem Schienenkdrper die Gleiçhspannung dadurch zugeführt, dass der positive Pol der Stromquelle mit der einen Schiene des Gleises verbunden wird und der negative Pol mit der anderen Schiene. Die Polarität der von den Rädern des Triebwagens aufgenommenen 3pannung hängt deshalb von der Fahrtrichtung ab.
• Der brUckengekoppelte Gleichrichter 24 verhlndert somit, dass die Transistoren in den nachfolgenden Kreslaufen als Folge einer falschen Polarität der Betriebsspannung zerstört werden.
• Der Gleichrichter 24 löst auch ein anderes Problem bei der genannten Art von anlagern, indem es ziemlich komplizisrt gewesen ist, eine sogenannte Umkehr schleife zu etablieren, durch welche ein Modellzug die Fahrtrichtung wechseln kann, weil die Polarität der aufgenommenen Speisespannung gleichzeitig mit der Fahrtrichtung umgekehrt wird und damit auch die Umlaufrichtung des Motors. Die Einführung des Gleichrichters 24 ermöglicht unbegrenzte Kombinationen der Gleisanlage, wenn bloss isolierende Unterbrechungen dort etabliert werden, wo Schienen mit entgegengesetzter Polarität zu verbinden sind.
• Schliesslich sei erwähnt, dass der Gleichrichter ermöglicht, dass die Schienenstränge mit gewöhnlicher Wechselspannung gespeist werden können, ohne dass die Anlage die für Wechselstromanlagen wohlbekannten Nachteile bekommt.
• Der selektive Verstärker, der ein frequenzbestimmendes Organ 26 und zwei Transistoren 27 und 28 mit dazugehörigen Komponenten umfasst, trennt die Spannung mit der für die Bapfangsstation bestimmten Frequenz heraus und verstärkt sie. Das frequenzbestimmende Organ 26 kann ein an sich bekaiinti LC-Ernis sein, aber aus dem Grunde, dass sich die Empfangsstation in dieser Ausführungsform in dem Triebwagen eines Modellzuges soll montieren lassen, ist hier eine sogenannte PZ-Scheibe benutzt, d. h. ein piezo-elektrischer Kristall oder dergleichen mit gleichen elektrischen Wigenschaften, als eine zirkulare Scheibe ausgebildet. An Stelle eines piezo-elektrischen Filters können piezo-magnetische oder magnetisch-optische Filter verwendet werden.
• Die Anwendung von PZ-Scheiben hat mehrere Vorteile; sie sind mechanisch und elektrisch stabil, sie sind billig und erfordern keine Justierung, und sie nehmen sehr wenig Raum ein.
• Letzteres bringt mit sich, dass die Empfangsstation, die als ein integrierter Kreislauf ausgeführt werden kann, sich leicht in dem Triebwagen eines Modellzuges montieren lässt. Ferner haben die PZ-Scheiben eine so hohe elektrische Güte, dass ein einzelnes frequenzbestimmendes Glied genügt.
• Die von der Kontrollstation susgesandte Wechsel spannung ist, wie erwähnt, variabel um eine Referenzfrequenz, die unter der Resonanzfrequenz der PZ-Scheibe liegt. Variationen über oder unter dieser Referenzfrequenz bewirken , dass dem Transistor eine grössere oder kleinere Spannung zugeführt wird, indem die Frequenz innerhalb des einen Seitenbandes der Resonrnzkurve geändert wird, und die Spannung über den Resonanzkreis daher der einen Flanke der Resonanzkurve folgt.
• Von dem selektiven Verstärker aus wird das Signal dem Steuerspannungskonverter und dem Servoveistärker zugeführt, die in an sich bekannter Weise arbeiten. Die hier benutzten Transistoren 29 und 29', 30 und 30' sowie 31 und 31' sind paarweise von entgegengesetztem Typ, d. h. der eine ist vom Typ pnp und der andere vor Typ npn. Hierdurch wird erzielt, dass abgängig von der zugeführten Steuerspannung entweder die Transistoren 30 und 30' leitend sind, oder aber die Transistoren 31 und 31' leitend sind. Rin Motor 32 ist mit dem Gemeinschaftsperlt der Transistoren 30 und 31' und iern Gemeinschaftspunkt der Transistoren 31 und 30' verbunden. Wie hieraus hervorgeht, wird der Stroln durch den Motor 32 in der einen Richtung gehen, weinn die Trs3nsist;0ron 30 und 30 leitend sind, und in der anderen Richtung, wenn die Transistoren 31 und ;51' leitend sind.
• Die Kemponenfin sind auf eine solche Weise angepasst, dass keiner der Transistoren , 30, 30' und 31, 311, beim Empfang von der Referenzfrequenz, die dem Stillstand des Motors entspricht, leitend ist, während der Nmpfang einer Frequenz über oder unter dieser Frequenz bewirkt, dass der eine oder andere Satz von Transistoren mehr oder weniger leitet abhängig von der Grösse der Frequenzabweichung. Ss ist somit eine Steuerkopplung herbeigeführt, die sowohl für die Umlaufrichtung des Motors als für seine Geschwindigkeit bestimmend ist.
• Dadurch-dass man ein Signal mit fester Amplitude, d. h.
• fester effektiver Spannung, wählt, hat man die Möglichkeit, eine getrennte Speise spannung ganz entbehren zu können, indem das Signal nach Gleichrichtung zum Speisen der Transitoren und des Motors verwendet werden kann.

Claims (8)

P A T E N T A N S P R U C H E

1. Verfahren zur individuellen, kontinuierlichen Steuerung von mehreren mit derselben speisespannungsquelle verbundenen Gleichstrommotoren, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass durch die Spei3eleitung von einer Kontrollstation aus unmodulierte oder im wesentlichen sinusförmige, hochfrequente Wechselspannungen in einer Anzahl voneinander getrenntsr Frequenzen entsprechend der Anzahl von Motoren ausgesandt werden, und dass eine Empfangsstation an jedem Motor dazu eingerichtet ist, Grösse und Polarität des Motor stromes in Abhängigkeit von Variationen in dem zugeführten Signal zu steuern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass Grösse und polarität des Motorstromes von der jeweiligen Amplitude der Wechselspannung abhängen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass Grösse und Polarität des Motorstromes von der jeweiligen Frequenz der Wechsel spannung sbhängen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass die Signale der Kontrollstation variabel in Frequenz sin6 nur nach der einen Seite gegenüber der Resonanzfr3quenz eines in der Emprangsstation vorhendenen, frequenzbeatimmenden Organs.

5. Apparatur zur AusUbung des Verfahrens nach einem der vorhergahenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, dass die Enpfangsstationen einen selektiven Verstärker mit einer für jeden Motor charakteristischen ResonEnzfrequenz umfassen gefolgt von einem zur Steuerung der Geschwindigkeit und der Umlaufrichtung eines Gleichstrommotors gskoppelten Gleichstromverstarker.

6. Apparatur nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass das frequenzbstimmende Orten des selektiven Vsrstärkers ein LC-Kreis mit Spule und Kondensator ist.

7. Apparatur nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, dass das frequenzbestimmende Organ des selektiven Verstärkers eine PZ-Scheibe oder darleicherl ist.

8. Apparatur nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t, dass die npfangsstatiofl mit Kreisläufen zur Umbildung des Signals der Kontrellstatien in Speisespannung versehen ist.