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"Anordnung zur Verbesserung des Fahrverhaltens von gleichstrombetriebenen
Spielfahrzeugen" Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verbesserung
der Langsamfahreigenschaften von gleicnstrombetriebenen Spielfahrzeugen, insbesondere
elektrischen Modelleisenbahnen, bei der die Kurvenform der Betriebsspannung von
einer Halbwellenform im Anfahrbereich allmählich in eine vollwellenähnliche Kurvenform
für max. Geschwindigkeit übergeht.
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Beim Betrieb von Spielzeugmotoren mit der bekannten Voliwellenspannung
handelsüblicher Gleichstrom-Fahrpulte treten oftmals Schwierigkeiten dadurch auf,
daß das Anfahren und Abbremsen der Fahrzeuge ruckartig erfolgt. Die Ursache hierfür
liegt teilweise in der bekannten Tatsache, daß die beim Anfahren zu überwindenden
Haftreibungen höher sind als die Gleitreibungen, teilweise aber auch in der schlechten
Drehmomentkennlinie der meisten Spielzeugmotoren, die durch deren geringe Ankerpolzahl
bedingt ist. Die zum Anfahren benötigte Spannung ist deshalb so
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daß das Triebfahrzeug nach dem Anrucken sofort in eine relativ hohe Fahrgeschwindigkeit
übergeht, was gerade für den Rangierbetrieb sehr unerwünscht ist.
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Die einfachste Abhilfe erfolgt hier durch den Ubergang vom Vollwellenbetrieb
auf den Halbwellenbetrieb, d.h. die Gleichspannung wird aus der dem Fahrpulttrafo
entnommenen Wechselspannung nicht wie üblich mit einem Brückengleichrichter, sondern
mit einem Einweggleichrichter erzeugt.
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Dieser und ähnliche Versuche zielen darauf ab, dem Motor eine zum
Anfahren ausreichend hohe Spitzenspannung zu geben, den arithmetischen Mittelwert
dieser Spannung aber so klein zu halten, daß die Geschwindigkeit des Fahrzeuges
gering bleibt.
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Der Motor wird hierbei sozusagen immer nur kurz angestoßen.
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Anderseits wird aber durch den genannten Halbwellenbetrieb bei voller
Geschwindigkeit der Fahrzeuge eine für den Motor ungünstig hohe Spitzenspannung
erreicht. Man strebt daher für maximale Geschwindigkeit eine möglichst gleichmäßige
Kurvenform an, wie sie zum Beispiel bei der bekannten Vollwellenspannung auf einfache
Weise erreicht wird.
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Es fehlte daher in der Vergangenheit nicht an Versuchen, Fahrpulte
zu bauen, die im Anfahrbereich den Halbwellenbetrieb aufweisen, deren Kurvenform
jedoch mit steigender Ausgangsspannung allmählich in eine Vollwellenspannung übergeht.
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Bekannt geworden ist eine einfache Lösung, bei der eine der 4 Dioden
eines Brückengleichrichters über einen Hochlast-Drehwiderstand angeschlossen wird
(Modellbahn-EleXropraxis, 5.89; Bd. 5 der "Kleinen Modellbahn-Reihe", Blba-Verlag,
DUsseldorf). Beim Verringern des eingestellten Widerstandswertes geht die Kurvenform
damit vom Halbwellen- auf den Vollwellenbetrieb Ueber. Schwierigkeiten bereitet
hier die mechanische Kopplung mit dem zur Spannungsregelung erforderlichen Hauptdrehwiderstand
oder dem Schleifer des Regeltranstprmators.
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Weiterhin wurde durch DBP........ (Offenlegungsschrift 2.306.603)
eine Anordnung bekannt, bei der in der Ausgangsleitung des Fahrpultes ein elektronisches
Bauelement eingefugt ist, dessen Steuerelektrode nach Maßgabe eines veränderbaren
Spannungsteilers bei kleinen Fahrspannungen mit Halbwellen und bei größeren Fahrspannungen
im allmählichen Ubergang durch Vollrellen gespeist wird.
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Bei aller Vollkommenheit dieser elektronischen Schaltung ist der Aufwand
an elektronischen Bauteilen, vor allem mit den dazugehörigen Schutz- und Kühlvorrichtungen'
nicht unerheblich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung zur Verbesserung der Langsamfahreigenschaften von gleichstrombetriebenen
Spiel fahrzeugen, insbesondere elektrischen Modelleisenbahnen, zu finden, bei der
durch Verwendung einfacher Mittel die Kurvenform der Betriebsspannung von einer
Halbwellenform
im Anfahrbereich allmählich in eine vollwellenähnliche
Kurvenform für maximale Geschwindigkeit übergeht und bei der zugleich die Nachteile
der oben genannten Systeme vermieden werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß
der in bekannter Weise über Netztransformator und Gleichrichter erzeugten Vollwellenspannung
über einen Einweggleichrichter eine netzfrequente Zusatzspannung überlagert wird.
Dadurch wird bei niedrig eingestellter Vollwellenspannung (Langsamfahrt)die Kurvenform
der Ausgangsspannung praktisch allein von den Halbwellen der Zusatzspannung bestimmt,
während beim weiteren Aufdrehen (Schnellfahrt) lediglich eine um einige Volt unterschiedliche
Spitzenhöhe der aufeinanderfolgenden Halbwellen der Vollwellenspannung entsteht.
Dieser Spannungsverlauf hat infolge der nur geringfügigen Abweichung praktisch keine
Nachteile gegenüber der herkömmlichen Vollwellenkurvenform.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zusatzspannung
durch eine von der Hauptwicklung isolierte Zusatzwicklung des Fahrpulttransformators
erzeugt wird und daß die Einweggleichrichtung durch Serienschaltung dieser Zusatzwicklung
mit dem Gleichstromkreis des Fahrpultes von den bereits vorhandenen Dioden des Brückengleichrichters
mit übernommen wird. Hierdurch wird es möglich, ein herkömmliches Gleichstromfahrpult
nur durch Aufbringen einer kleinen Zusatzwicklung
unter Beibehaltung
aller sonstigen technischen Einrichtungen (Schleiferabgriff, Brückengleichrichter,
Fahrtri^htungsumschalter usw.) mit geringstem Aufwand auf den Stand moderner Elektronikfahrpulte
zu bringen.
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Eine andere Lösung sieht erfindungsgemäß vor, daß die Zusatzspannung
durch eine von der Hauptwicklung nicht isolierte Zusatzwicklung des Fahrpulttransformators
erzeugt wird und daß die Einweggleichrichtung dadurch erfolgt, daß von dem Ende
der Hauptwicklung, welches mit der Zusatzwicklung verbunden ist, eine der Dioden
des bereits vorhandenen Brückengleichrichters entfernt wird und an das freie Ende
der Zusatzwicklung geschaltet wird. Diese Schaltung wird mit Vorteil dort angewendet,
wo ein Eingriff in den Brückengleichrichter möglich ist, z.B. bei Verwendung von
4 Einzeldioden. Die Zusatzwicklung kann hier auf besonders einfache Weise über die
Hauptwicklung hinaus in Form eines Autotransformators weitergewickelt werden.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist auch vorgesehen,
daß die Zusatzspannung durch einen außerhalb des Fahrpultes befindlichen Zusatztransformator
erzeugt wird, dessen Primärseite mit dem üblicherweise vorhandenen Wechselstromausgang
des Fahrpultes verbunden ist und daß die Einweggleichrichtung dieser Zusatzspannung
durch Serienschaltung der Sekundärwicklung des Zusatztransformators in den Gleichstromkreis
des Fahrpultes von den im Fahrpult vorhandenen Dioden des Brückengleichrichters
mit übernommen wird. Jedes handelsübliche Gleichstromfahrpult
kann
hiermit ohne irgendwelchen Eingriff in das Fahrpult selbst und ohne zusätzliche
Netzzuleitung durch einfaches Zwischenschalten dieses Zusatztransformators auf den
fahrtechnischen Komfort moderner Elektronikfahrpulte gebracht werden.
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Die Erfindung soll anhand einiger Ausführungsbeispiele und Zeichnungen
näher erläutert werden. Hierbei zeigen: Fig. 1 die Schaltung eines handelsüblichen
Gleichstromfahrpultes; Fig. 2 den prinzipiellen Kurvenverlauf der Ausgangsspannung
der erfindungsgemäßen Anordnung a) beim Anfahren und bei extremer Langsamfahrt b)
bei mittlerer Geschwindigkeit c) bei maximaler Geschwindigkeit; Fig. 3 das Prinzipschaltbild
der erfindungsgemäßen Anordnung; Fig. 4 die Schaltung bei Verwendung einer von der
Hauptwicklung isolierten Zusatzwicklung auf dem Fahrpulttransformator; Fig. 5 die
Schaltung bei Verwendung einer von der Hauptwicklung nicht isolierten Zusatzwicklung
auf dem Fahrpulttransformator; Fig. 6 den Anschluß eines außerhalb des Fahrpultes
angeordneten Zusatztransformators.
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Bei den Figuren 3, 4 und 5 wurde aus Gründen der Ubersichtlichkeit
auf die Darstellung des Fahrtrichtungsumschalters und der für den Wechselspannungsausgang
des Fahrpultes benötigten Wicklung verzichtet.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, wird von der sekundärseitigen Hauptwicklung
1 des im Fahrpult eingebauten Netztransformators über Schleifer eine veränderbare
Wechselspannung abgegriffen und dem aus 4 Dioden bestehenden Brückengleichrichter
3 zugeführt. Die hier durch Vollweggleichrichtung entstehende Vollwellenspannung
von 0 bis ca. 14V wird durch den Fahrtrichtungsumschalter in der gewünschten Polarität
dem Gleichstromausgang 6 des Fahrpultes zugeführt. Eine weitere Sekundärwicklung
erzeugt eine Wechselspannung von ca. 14V, die direkt dem Wechselspannungsausgang
5 des Fahrpultes zugeführt wird und normalerweise zum Betrieb der Weichen, Signale,
Beleuchtung usw. dient.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung wird nun eine
Zusatzspannung in Form einer netzfrequenten Wechselspannung von ca. 3V erzeugt und
über einen Einweggleichrichter der Vollwellenspannung des Gleichstromausganges 6
in Serie geschaltet. Der Einweggleichrichter dient bei geringen Amplituden der Vollwellenspannung
zur Bildung von Gleichstromhalbwellen aus der Zusatzspannung, die erfahrungsgemäß
für den Rangierbetrieb von Spielfahrzeugen besonders geeignet sind. Außerdem verhindert
er, daß der Gleichstrommotor des Spielfahrzeuges mit
der Wechselspannung
von ca. 3V beaufschlagt wird, was zu einer lästigen Geräuschbildung und Uberhitzung
des stehenden Motors führt.
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Ein handelsübliches Gleichstromfahrpult kann erfindungsgemäß in einfacher
Weise dadurch umgebaut werden, daß man auf den Kern des Netztransformators eine
von der Hauptwicklung isolierte Zusatzwicklung für ca. 3V aufbringt, die nach Fig.
4 in den Gleichstromzweig des Brückengleichrichters 3 geschaltet ist. Auf diese
Weise übernehmen die 4 Dioden des Brückengleichrichters 3, deren Kathoden von der
Zusatzwicklung aus gesehen alle in die gleiche Richtung zeigen, die Aufgabe der
Einweggleichrichtung der Zusatzspannung, so daß die in Fig. 3 gezeigte Diode überflüssig
wird. Die gezeigte Anordnung hat noch den weiteren Vorteil, daß die Uberlagerung
der zusätzlichen Halbwellen sowohl bei positiver als auch bei negativer Polarität
am Gleichstromausgang 6 möglich ist, da die Polaritätsumschaltung erst am Ausgang
des Fahrpultes erfolgt.
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Ein noch einfacherer Weg für die Umgestaltung eines Gleichstromfahrpultes
ergibt sich, wenn der Brückengleichrichter 3 nicht eine in sich geschlossene Einheit
ist, sondern aus 4 Einzeldioden aufgebaut ist. In diesem Falle kann nach Fig. 5
der Wechselstromrückweg des Brückengleichrichters 3 an Punkte verschiedener Spannung
angeschlossen werden, wodurch die aufeinanderfolgenden gleichgerichteten Halbwellen
entsprechend der Polarität der Wechselspannung unterschiedlich groß sind.
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Am einfachsten wird dies erreicht durch eine über das Ende der sekundärseitigen
Hauptwicklung hinaus in Form eines Autotransformators weitergeführte Zusatzwicklung.
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Eine interessante Möglichkeit, jedes handelsübliche Gleichstromfahrpult
ohne irgendwelche Eingriffe oder Umbauten in seinem Fahrverhalten erheblich zu verbessern,
wird dadurch erreicht, daß die gesamte Zusatzspannung nach Fig. 6 in einem außerhalb
des Fahrpultes befindlichen Zusatztransformator 4 erzeugt wird, dessen Sekundärseite
2 in Serie zum Gleichstromausgang 6 des Fahrpultes geschaltet ist und dessen Primärseite
aus dem Wechselstromausgang 5 des Fahrpultes versorgt wird. Die Einweggleichrichtung
erfolgt dabei ähnlich wie in Fig. 4 durch die Dioden des im Fahrpult vorhandenen
Brückengleichrichters 3.
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Da dieser Transformator nur eine der Zusatzspannung von ca. 3V entsprechend
kleine Teilleistung übertragen muß, können seine Abmessungen erheblich unter denen
des im Fahrpult befindlichen Netztransformators liegen. Entsprechend gering ist
auch die zusätzliche Belastung des Wechselstromausganges 5 des Fahrpultes, so daß
noch genügend Energie zur Betätigung von Weichen, Relais usw. zur Verfügung steht.