DE2305112A1 - Spielzeugfahranlage zur gleichzeitigen steuerung mehrerer spielfahrzeuge auf einem einzigen stromkreis - Google Patents

Spielzeugfahranlage zur gleichzeitigen steuerung mehrerer spielfahrzeuge auf einem einzigen stromkreis

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Description

PATENTANWÄLTE ΠΡ ΑΑΔΥςΓΗΜΡΙΠΡΡ 8500 NÜRNBERG 6, den 1.Februar 1973
VK. MMA OV-niNCIUCK Abholfach, Königstraße 1 (Museumsbrücke)
DR. ALFRED EITEL ERNST CZOWALLA 2305 712
DIPL. ING. - DIPL. LDW.
NÜRNBERG
Fernsprech-Sammel-Nr. 20 3931
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Deutsche Bank A.G. Nürnberg Nr. 03/30088
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SEG DatenSysteme und Electronic Gesellschaft Ingenieurbüro K. Wagner und H. Zorn, 8505 Röthenbach, Eintrachtstraße 7
"Spielzeugfahranlage zur gleichzeitigen Steuerung mehrerer Spielfahrzeuge auf einem einzigen Stromkreis"
Die Erfindung betrifft eine Spielzeugfahranlage zur gleichzeitigen Steuerung von zwei oder mehr elektromotorisch betriebenen Spielfahrzeugen, insbesondere von Zügen elektrischer Modellbahnen nit unabhängig von der Fahrtrichtung steuerbarer Fahrgeschwindigkeit auf einem einzigen Stromkreis.
Das bekannteste System einer Mehrzugsteuerung besteht im Vorsehen mehrerer Stromkreise, die jeweils einem der Züge zugeordnet sind. So kann beispielsweise bei einer Anlage mit Oberleitung und Mittelschiene eine Dreizugsteuerung verwirklicht werden, indem beispielsweise die Mittelschiene als Nulleiter dient und jedes der JPahrgleise sowie die Oberleitung mit dieser Mittelschiene zusammen drei getrennte Stromkreise für drei Züge
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bilden. Der Nachteil dieses System liegt darin, daß eine Anlage, die nicht von Haus aus auf einen Mehrzugbetrieb ausgelegt ist, sich nicht nachträglich umbauen läßt, da völlig neue Gleise und zusätzliche Oberleitungen notwendig sind. Außerdem ist die Zahl der unabhängig auf der Anlage steuerbaren Züge begrenzt.
Um die bestehenden Gleisanlagen an einer Anlage für Einzugsteuerung auch für Mehrzugsteuerung weiter verwenden zu können, ist es bereits bekanntgeworden, an den einen Fahrbahn-Stromkreis, z.B. die beiden Laufschienen, eine konstante Spannung anzulegen, der für jede Lokomotive eine andere Steuerwechselspannung überlagert ist, um in den Lokomotiven angeordnete Empfänger selektiv anzusteuern«, Die Frequenzansteuerung dient dabei lediglich der Umschaltung von Vorwärts- auf Rückwärtsbetrieb sowie der internen Steuerung der jeweiligen Lokomotive dahingehend, ob und wieviel Spannung sie dem Fahrbahn-Stromkreis mit konstanter Spannung zum Antreiben der Lokomotive entnimmt. Me eigentliche Energie zum Antreiben sämtlicher Züge stammt somit aus der konstanten am Fahrbahn-Stromkreis anlegenden Spannung.
Diese bekannten Anlagen haben ebenso wie Anlagen mit einer sog. Halbwellensteuerung, die jedoch nur für Zweizugbetrieb geeignet ist, den Nachteil, daß sämtliche Lokomotiven, oder allgemeiner alle elektromotorisch betriebenen Spielfahrzeuge entsprechend mit Steuereinrichtungen ausgerüstet sein müssen ,d.h. man kann nicht eine bestehende normale Fahrspielanlage für Einzugsteuerung durch einfaches Hinzufügen eines weiteren mit einer elektro-
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nisolieri S-teusrsags—orriehtuiig ausgerüstetes Zuges ergänzenc
Dbt- ^rfi;2clr::.5 lis-^'e c.1® Aufgabe zügrvziuB, eise Spielzeugfahr-anlage zur glsiOiL&si+i«:^? Steuerung tos zwei oder mehr elektromotorisch tetri 1SCSSeS SpielfalirseiigeE^ insbesondere von Zügen elektrischer üofiellbahnen, auf einem einzigen Stromkreis mit unabhängig ύοώ äer Fahrtrichtung steuerbarer Fahrgeschwindigkeit zu schaff es 9 "hei der kein umständlicher Umbau der gesamten Gleisanlage ozw· sämtlicher Spielfahrzeuge erforderlich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß das erste Spielfahrzeug .in "bekannter Weise durch Wechselstrom, Gleichstrom oder gleichgerichteten Wechselstrom angetrieben wird, wobei die Fahrgeschwindigkeit durch Veränderung der Spannungsamplitude und die Fahrtrichtung durch Polaritats- \tfechsel oder Überspannungsimpulse der über den Fahrbahn-Stromkreis zugeführten ersten Speisespannung gesteuert wird und daß jedes weitere Spielfahrzeug seine Fahrenergie sowie die Steuer- ;nformation für Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit in Form einer der Speisespannung des ersten Spielfahrzeugs im Fahrbahn-Stromkreis überlagerten Speise-Wechselspannung zugeführt erhält, deren Frequenz höher ist als die Netzwechselspannung. Dabei versteht es sich von selbst, daß bei mehr als einem zusätzlichen Spielfahrzeug die Speisewechselspannungen für jedes der zusätzlichen Spielfahrzeuge unterschiedliche Frequenzen aufweisen müssen.
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Im folgenden wird unter Speisespannung stets diejenige Speisespannung verstanden, die zum Antreiben des ersten Spielfahrzeugs dient, während■unter Speise-Wechselspannung eine niederfrequente Wechselspannung für ein weiteres Spielfahrzeug verstanden wird, deren Frequenz höher ist als die Netzwechselspannung.
Der wesentliche Unterschied der erfindungsgemäßen Spielzeugfehranlage gegenüber sämtlichen vorbeirannten Anlagen mit Mehrzugsteuerung besteht darin, daß die unterschiedlichen Speisewechselspannungen für die zusätzlichen Spielfahrzeuge nicht wie bisher lediglich zur selektiven Ansteuerung der zusätzlichen Spielfahrzeuge herangezogen werden, die alle ihre Fahrenergie dem gemeinsamen Fahrbahn-Stromkreis entnehmen, sondern daß die Speisewechselspannungen gleichzeitig den Energieträger zum Antreiben der zusätzlichen Spielfahrzeuge darstellen. Erst dadurch wird es nämlich möglich, eine Mehrzugsteuerung mit einer bereits vorhandenen Spielzeugfahranlage zu realisieren, bei der keine konstane Speise-Spannung am Fahrbahn-Stromkreis vorhanden ist, da ihre Amplitudenveränderung zur Steuerung des (ersten) Spielfahrzeugs notwendig ist.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Fahrgeschwindigkeit des zw^eäfcen, sowie gegebenenfalls jedes weiteren Spielfahrzeuges durch die Amplitude der zugeordneten niederfrequenten Speise-Wechselspannung und die Fahrtrichtung durch die Kurvenform gesteuert werden.
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Zu diesem Zweck kann jede Speise-Wecliselspannung für ein zusätzliches Spielfahrzeug mit Vorteil unsymmetrische Halbwellen aufweisen, deren zeitlicher Mittelwert gleich Null ist, so daß die Polarität der Differenzspannung der "beiden Spitzenspannungen zur Festlegung der Fahrtrichtung dienen kann. Diese Differenzspannung läßt sich in einfacher Weise an einem mit einer Spannungsverdopplerschaltung verbundenen ohmschen Spannungsteiler abgreifen.
Da im allgemeinen die beim Anfahren eines Spielfahrzeuge benötigte Kraft wesentlich höher ist als die zum Einhalten einer gleichmäßigen Geschwindigkeit erforderlichen Kraft, benötigt der Motor zum Anfahren meist eine höhere Spannung, als es für den extremen Langsamfahrbetrieb (Rangieren) erforderlich ist. Dies hat zur Folge, daß das Spielfahrzeug (z.B. eine Modelleisenbahn) aus dem Stand heraus "anspringt" und sofort mit relativ hoher Geschwindig-keit losfährt, ohne daß sich diese Geschwindigkeit ohne weiteres durch Zurückdrehen des Fahrtregler s stark verlangsamen läßt, da dann wiederum eine Anhalte-Schwellenspannung unterschritten wird und der Zug sofort anhält.
Eine wesentliche Verbesserung der Langsamfahreigenschaften läßt sich in Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielen, daß die Speise-Wechselspannungen für die zusätzlichen Spielfahrzeuge aus jeweils mehrere Schwingungen umfassenden Impulsen mit relativ kleiner Impulsfolgefrequenz bestehen. Hierdurch wird dem Motor eine zum Überwinden der Haftreibungen und zum
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Beschleunigen ausreichend große Spannung zur Verfugung gestellt, die aber jeweils nur kurz andauert und deshalb das Fahrzeug . nur impulsartig anstößt. Bei geeigneter Wahl der Impulsfolge- ' frequenz, z.B„ entsprechend der einfachen oder doppelten Netzfrequenz, wird somit ein einwandfreies, naturgetreu langsames Anfahren des^pielfahrzeugs erreicht, was "besonders bei Modellbahnanlagen sehr erwünscht ist.
Da die Beibehaltung dieser impulsförmigen Energiezufuhr jedoch beim Betrieb mit voller Geschwindigkeit sowohl zu ungünstig hohen Impulsspannungen im Motor und damit zu einem schlechten Motorwirkungsgrad, sowie zu einer unruhigeren und weniger leisen Schnellfahrt führt, kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß bei steigender Amplitude der Speise-Wechselspannung auch die Impulsbreite bei im wesentlichen fester Impulsfolgefrequenz zunimmt, so daß vom Impulsbetrieb beim Anfahren ein stetiger Übergang zur Dauerwechselspannung für volle Geschwindigkeit besteht.
Während die Frequenz (en) der Speise-Wechselspannung (en) im allgemeinen durch entsprechende.Impulsgeber oder Schwingungsgeneratoren bestimmt wird, läßt sich die Impulsfolgefrequenz vorteilhaft aus der Netzfrequenz oder einem ihrer Vielfachen ableiten.
Ein besonderer einfacher Aufbau ergibt sich in Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß das Steuerpult für jedes zusätzliche
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Spielfahrzeug in die Yerbindungsleitungen des Steuerpultes des ersten Spielfahrzeuges mit dem Fahrbahn-Stromkreis eingeschaltet ist, um die Speise-Weeliselspannung der ersten Speisespannung zu überlagern und ds.3 eilen Steuerpulten ein gemeinsames Netzteil zugeordnet ist. Die Stromzuführungsleitungen zum ersten Steuerpult werden sozusagen durch alle weiteren Steuerpulte "durchgeschleift".
Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, daß die SpeisewechselspannungCen) zusätzliche Informationen zur Betätigung mechanischer oder elektrischer Zusatzeinrichtungen der Spielfahrzeuge enthält,-beispielsweise zum An- und Ausschalten einer Beleuchtung, zur ferngesteuerten Betätigung einer Kupplung oder eines Kranaufbaus od.dgl.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische ausschnittsweise Darstellung einer Anlage für Zweizugbetrieb;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Stromlaufs im Regler für den elektronisch gesteuerten zweiten Zug;
Fig. 3 eine schematische abstrahierte unsymmetrische Kurvenform für die Speise-Wechselspannung zum Ansteuern des zweiten Zuges,
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Fig. 4 den gegenüber Fig. 3 invertierten Spannungsverlauf, der der umgekehrten Fahrrichtung des zweiten Zuges entspricht"
Pig. 5 eine schematische Impulsfolge der Speise-Wechselspannung und
Fig. 6 den Verlauf der Speise-Wechselspannung in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen.
In Fig. 1 sind mit 1 die beiden Schienen eines Gleises für einen mit Gleichspannung betriebenen ersten Zug angedeutet, dessen Antriebsmotor M1 von der an die beiden Schienen 1 angelegten Gleichspannung gesteuert wird. Diese Gleichspannung, die in ihrer Höhe und Polarität von einem Fahrpult F1 gesteuert wird, das an die Netzspannung angeschlossen ist, wird den Schienen 1 über die Verbindungsleitungen 2 zugeführt.
Um auf dem durch die Schienen 1 gebildeten Fahrbahnstromkreis einen weiteren Zug unabhängig vom ersten Zug fahren lassen zu können, ist in die Verbindungsleitungen 2 ein zweites Fahrpult Fp eingeschaltet, welches eine niederfrequente Speise-Wechselspannung mit höherer Frequenz als die Fetzfrequenz erzeugt, die zum Antreiben desMotors Mp der Lokomotive bzw. des Triebfahrzeugs des zweiten Zuges bestimmt ist. Das zweite Fahrpult Fg ist durch zwei zusätzliche leitungen 3 mit dem ersten Fahrpult F.J verbunden, so daß es kdn eigenes Netzteil mehr zu enthalten braucht. Die Speise-Wechselspannung für den zweiten Zug wird im Fahrpult F2 kapazitiv auf die Verbindungsleitungen 2 gekoppelt. Diese kapazitive Ankopplung unter Einschaltung
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eines Kondensators C stellt sicher, daß keine Gleiehspannungsanteile der Speise-Wechselspannung für den zweiten Zug mit auf die YerMndungsIeitungen 2 gelangen können, so daß eine störende Beeinflussung des Fahrverhaltens des ersten Zuges ausgeschlossen ist. Eine Drossel L in der Gleichstromleitung dient umgekehrt zum Abblocken der Speise-Wechselspannung.
In der Frequenz stufe 4 des zweiten Fahrpultes Fp wird aus der über die Leitungen 3 dem Netzteil des ersten Fahrpultes F-entnommenen Wechselspannung mit Netzfrequenz eine zwar höherfrequente, aber dennoch im NF-Bereich liegende Speise-Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude durch den Potentiometerregler 5, der mit dem Betätigungsdrehknopf 6 verbunden ist, gesteuert werden kann. In der Mittelstellung des Drehknopfes 6 erfolgt ' ein Wechsel der Kurvenform der Speise-Wechselspannung, so daß der Motor M2 des Triebfahrzeuge des zweiten Zuges von Vorwäiteauf Rückwärtsfahrt zbw. umgekehrt umgeschaltet wird.
Die Speise-Wechselspannung wird in der Empfängerschaltung 8 des Iriebfahrzeuges des zweiten Zuges durch Kondensatoren von der Gleichspannung für den ersten Zug abgetrennt und beispielsweise einem gesonderten Gleichrichter zugeführt, so daß Amplitudenänderungen der Speise-Wechselspannung eine veränderte Gleichspannung zum Betrieb des ebenfalls als Gleichspannungs*- motor ausgelegten Antriebsmotors M« bewirken.
Die Information für die gewünschte Fahrtrichtung wird durch
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eine spezielle unsymmetrische Kurvenform der verwendeten Speise-Wechselspannung erreicht, die in Fig. 3 zum besseren Verständnis vereinfacht als unsymmetrische Rechteckspannung dargestellt ist. Die Spitzenspannungswerte der beiden Halbwellen dieser unsymmetrischen Rechteckspannung sind bezogen auf den zeitlichen Mittelwert TJm verschieden groß, wobei die Höhe dieses zeitlichen Mittelwertes völlig unbeach13ich ist, da dieser Gleichspannungsanteil vom Kondensator C abgeblockt wird und umgekehrt die Gleichspannung für den ersten Zug durch entsprechende Kondensatoren in der Empfängerschaltung 8 des Triebfahrzeuges des zweiten Zuges wieder abgeblockt wird. Damit ist der zeitliche Mittelwert TJ der unsymmetrischen Rechteckspannung nach der Abtrennung des Gleichspannungsanteils in der Empfängerschaltung 8 praktisch die Nullvolt-Abszisse. Betrachtet man als Speise-Wechselspannung somit nur den eigentlichen Wechselspannungsanteil unabhängig von etwaigen Gleichspannungsanteilen, so ergibt sich das Fahrtrichtungskriterium durch die Polarität der Differenzspannung U,. der beiden Spitzenspannungen U1 und
Durch diese Art der Auswertung hat die Amplitude der Speise-Wechselspannung keinen Einfluß auf die Polarität des zur Fahrtrichtungssteuerung herangezogenen Differenzeignais Us+» so daß sich die Informationen für die Fahrtrichtung und Fahrgeschwindig keit auch in keiner Weise beeinflussen können.
Zur Verbesserung der langsam-Fahreigenschaften des durch die
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Speise-Wechselspannung betriebenen zweiten Zuges besteht die Speise-Wechselspannung aus jeweils mehrere Schwingungen umfassenden Impulsen mit relativ kleiner Impulsfolgefrequenz, die etwa der einfachen oder doppelten Netzfrequenz entsprechen kann. Ein derartiger Impulszug ist in Fig. 5 dargestellt, während in Fig.6 eine den tatsächlichen Verhältnissen mehr entsprechende Impulsform zu erkennen ist, die gegenüber der idealisierten Rechteckform wesentlich verwaschener ist. Die Pig. 6a zeigt dabei die Impulsfolge beim Langsamfahrbetrieb, während die Figo 6b und 6c, den sich beim Hochregeln der Amplitude automatisch ergebenden Übergang vom Impulsbetrieb zur Dauerwechselspannung bei voller Geschwindigkeit erkennen lassen, d.h. die Schaltungsanordnung in der Frequenzstufe 4 ist so getroffen, daß mit der Erhöhung der Amplitude der Speise-Wechselspannung auch gleichzeitig eine Vergrößerung der Impulsbreite der einzelnen Impulse bei im wesentlichen fester Impulsfolgefrequenz stattfindet. Dadurch erreicht man auf der einen Seite den vorteilhaften Impulsbetrieb für Langsambetrieb, während auf der anderen Seite bei hohen Geschwindigkeiten eine Dauerwechselspannung zur Verfügung steht, die eine ruhigere Fahrt gewährleistet.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist sie neben ihrer Verwendbarkeit auch für andere Spielfahrzeuge, z.B. Autorennbahnen, auch nicht darauf beschränkt, daß für Spielfahrzeuge ein Richtungswechsel vorgesehen ist. In diesem Fall ist die Kurvenform entweder unbeachtlich, oder sie kann mit Vorteil für andere Steuerungsaufgaben - z.B. Licht ein- und ausschalten oder Betätigung eines
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Krans o.dgl,- verwendet werden.
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Claims (9)

  1. _ 13 Patentansprüche
    j 1.J Spielzeugfahranlage zur gleichzeitigen Steuerung von zwei oder mehr elektromotorisch betriebenen Spielfahrzeugen, insbesondere von Zügen elektrischer Modellbahnen, mit unabhängig von der Fahrtrichtung steuerbarer Fahrgeschwindigkeit, auf einem einzigen Stromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Spielfahrzeug in bekannter Weise durch Wechselstrom, Gleichstrom oder gleichgerichteten Wechselstrom angetrieben wird, wobei die Fahrgeschwindigkeit durch Veränderung der Spannungsamplitude und die Fahrtrichtung durch Polaritätswechsel oder Überspannungsimpulse der über den Fahrbahn-Stromkreis zugeführten ersten Speisespannung gesteuert wird und daß jedes weitere Spielfahrzeug seine Fahrenergie sowie die Steuerinformation für Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit in Form einer der Speisespannung des ersten Spielfahrzeugs im Fahrbahn-Stromkreis überlagerten Speise-Wechselspannung zugeführt erhält, deren Frequenz höher ist als die Netzwechselspannung.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrgeschwindigkeit des zweiten sowie gegebenenfalls jedes weiteren Spielfahrzeuges durch die Amplitude der zugeordneten niederfrequenten Speise-Wechselspannung und die Fahrtrichtung durch deren Kurvenform gesteuert wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
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    daß die Speise-Wechselspannungen für die zusätzlichen Spielfahrzeuge aus jeweils mehrere Schwingungen umfassenden Impulsen mit relativ kleiner Impulsfolgefrequenz besteht.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei steigender Amplitude der Speise-Wechselspannung auch die Impulsbreite bei fester Impulsfolgefrequenz zunimmt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impuls«*folgefrequenz aus der ITetzfrequenz oder einem ihrer Vielfachen abgeleitet isto
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speise-Wechselspannung unsymmetrische Halbwellen aufweist und daß die Polarität der Differenzspannung (U .) der beiden Spitzen spannungen (U^, TJ„) gegenüber dem zeitlichen Mittelwert der■Speise-Wechselspannung zur Festlegung der Fahrtrichtung dient.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzspannung der beiden Spitzenspannungen an einem mit einer Spannungsverdopplerschaltung verbundenen ohmschen Spannungsteiler abgreifbar ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerpult (Fp) für jedes zusätzliche Spielfahrzeug in die Verbindungsleitungen (2) des Steuer-
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    pultes (i1^) des ersten Spielfahrzeuges mit dem Fahrbahn-Stromkreis (1) eingeschaltet ist, um die Speise-Wechselspannung der Speisespannung des ersten Spielfahrzeuges zu überlagern und daß allen Steuerpulten (ΙΊ , Ip) eiQ gemeinsames Netzteil zugeordnet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speise-Wechselspannung(en) zusätzliche Informationen zur Betätigung mechanischer oder elektrischer Zusatzeinrichtungen der Spielfahrzeuge enthält.
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DE2305112A 1973-02-02 1973-02-02 Anordnung zur gleichzeitigen und unabhängigen Steuerung von zwei oder mehreren elektromotorisch betriebenen und aus einer gemeinsamen Speiseleitung versorgten Spielfahrzeugen, insbesondere elektrischen Modelleisenbahnen Expired DE2305112C3 (de)

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