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Verfahren zur Fernübertragung mehrerer
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Steuerfunktionen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernübertragung
mehrerer Steuerfunktionen durch elektrische Impulse für insbesondere schienenlose
elektrische Spielfahrzeuge, mit mindestens zwei galvanischen Kontakten, die vorzugsweise
über eine Diodenschaltung an die Spielfahrzeuge angeschlossen sind und die mindestens
zwei leiterbahnen zur bertragung der Impulse berühren.
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Aus der Zeitschrift "Funkschau" 1966, Heft 12, Seiten 389 und 390
ist es bekannt, daß man bei einer Modelleisenbahn eine Tonfrequenzsteuerung dazu
verwendet, mehrere Antriebsfahrzeuge unabhängig voneinander auf einer anlage zu
steuern.
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Als Leiterbahnen stehen dabei die beiden Schienen zur Übertragung
der Antriebsspannung und der Steuerspannung zur Verfügung. Das gleiche Problem kann
aber auch dann auftreten, wenn man schienenlose Spielfahrzeuge, z .B. elektrisch
betriebene Autos auf einer Fahrbahn betreiben will, bei der parallele Leiterbahnen
über Dioden an die Fahrzeuge angeschlossen sind, wie z.B. aus den deutschen Offenlegungsschriften
1 728 290 und 1 921 755 bekannt ist.
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Nach der genannten Zeitschrift kann man die Geschwindigkeit der Modelleisenbahnen
mit Impulsen steuern, deren Breite, d.h. Dauer, moduliert wird. Dazu soll u.a ein
monoatabiler Multivibrator mit 50 Hz getriggert werden, sodaß seine Impulsdauer
von maximal 20 ms abwärts regelbar ist. Als andere Möglichkeit zur Impulsbreitenvariation
ist ein Begrenzer genannt, der mit einem sägezahnähnlichen Signal mit regelbarer
Amplitude angesteuert wird und deshalb bei Übersteuerung am Ausgang verschieden
breite Rechteckimpulse abgibt.
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Die bekannte Steuerung ist jedoch nur für wenige Steuerfunktionen
brauchbar, da es schwierig ist, die unterschiedlichen Frequenzen mit geringem Aufwand
zu erzeugen und im fahrzeug genügend sicher zu unterscheiden. Bei dem praktisch
dargestellten Ausführungsbeispiel der genannten Zeitschrift ist neben einer mit
Gleichspannung übertragenen Steuerfunktion nur noch eine zweite Steuerfunktion vorhanden,
wenn man vom Umschalten der Lokomotiven von Vorwärtsauf Rückwärtsfahrt oder umgekehrt
absieht. Dies reicht insbesondere dann nicht aus, wenn man, wie es Ziel der Erfindung
ist, eine möglichst naturgetrus Nachbildung von Autorennen erzielen will, bei der
mehrere Fahrzeuge voneinander unabhängig sowohl in bezug auf die Geschwindigkeit
als auch auf die Lenkung gesteuert werden können.
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Gemäß der Erfindung kann man die genannte Aufgabe vorteilhaft dadurch
lösen, rlaS mit einem Sender ein periodischer
Synchronisierimpuls
und eine zeitlich darauf bezogene Folge von diesem abweichender Steuerimpulse erzeugt
wird, daß der Synchronisierimpuls und die Steuerimpulse einer Spannung überlagert
werden, die über die galvanischen Kontakte angeschlossene Empfänger- mit Strom speist,
daß jeder Steuerimpuls einer oder mehreren Steuerfunktionen zugeordnet und in seiner
Amplitude dementsprechend variiert wird, daß mit dem Synchronisierimpuls mehrere
Empfänger angesteuert werden, die unterschiedlichen Steuerfunktionen zugeordnet
sind, und daß in den einzelnen Empfängern in zeitlicher Abhängigkeit vom Synchronisierimpuls
in einem dem jeweiligen Empfänger zugeordneten Steuerimpuls ein zeitlicher Aussc-hnitt
bezüglich der Amplitude des Steuerimpulses für die jeweilige Steuerfunktion ausgewertet
wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert in den Fahrzeugen nur kleine
und leichte Schaltglieder als Empfänger, da die Zuordnung der einzelnen Steuerfunktionen
zu einzelnen Fahrzeugen auf Grund des Synchronisierimpulses leicht mit elektronischen
Zeitgliedern, z.B. einfachen Kippstufen erreicht werden kann. Das neue Verfahren:
ist darüber hinaus vorteilhaft unabhängig gegen Störspannungen, wie sie etwa bei
den beim Fahrbetrieb unvermeidbaren Unterbrechungen des Kontaktes zustande kommem
können. Perner bleibt dadurch, daß nur ein Ausschnitt des Steuerimpulses im empfänger
ausgewertet wird, die Übertragung der Steuerfunktion unabhängig von Zeitver5chiebungen,
die durch Arerstimmung der die Zuordnung bestimmenden Zeitglieder in Sender und
Empfänger verursacht
werden können. Deshalb kann man ohne Schwierigkeiten
trotz der unvermeidlichen Alterung alte und neue Spielfahrzeuge mit alten und neuen
Sendern beliebig kombinieren.
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Besonders günstig ist die Erfindung so zu verwirklichen, daß Steuerimpulse
mit einer vom Synchronisierimpuls verschiedenen Polarität verwendet werden. Ls ist
aber auch denkbar, daß man Synchronisierimpuls und Steuerimpulse bei gleicher Polarität
allein durch unterschiedliehe Impulshöhen oder durch eine unterschiedliche Impuls
dauer voneinander unterscheidet. Hierbei sollte die Dauer der einzelnen Steuerimpulse
mindestens doppelt so groß wie die Dauer des Synchronisierimpulses sein. Im übrigen
ist eine längere Dauer der Steuerimpulse auch für auswertung vorteilhaft.
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i:in wesentliches Merkmal der weiteren Erfindung besteht darin, daß
zwischen Steuerimpulsen und Synchronisierimpuls eine Pause von etwa einem Zehntel
der Periodenzeit oder mehr gelassen wird und daß in dieser Pause mit der überlagerungsfreien
Spannung ein Basiskonden~ator im Empfänger als Bezugsspannun-gsquelle geladen wird.
Von einer derart stabilisierten Basis aus (Basiskondensator) kann man mit einfachen
Mitteln auch kleine Spannungsunterschiede zuverlässig erfassen und entsprechend
feinfühlig steuern.
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Die Schaltung reagiert weniger auf große Änderungen der Basis spannung,
deren Größe bei verschiedenen Sendern unterschiedlich sein kann oder sich durch
Erhi-tzen der Sender ändert, als wenn die Bezugsspannung mit einer Zenerdiode
festgelegt
wäre. Die Pause kann je nach Zahl der Stenerfunktionen, die übertragen werden sollen,
auch mehr als ein Zehntel der Periodenzeit, beispielsweise die Hälfte, betragen,
weil die Bezugsspannung um so stabiler ist, Je länger die Pause im Verhältnis zur
Dauer der Steuerimpulse ist.
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Wenn die Ausschnitte der Steuerimpulse bei der Erfindung in den Empfängern
verstärkt werden, so unterscheidet dies die Erfindung weiter von der bekannten Impulsbreitensteuerung,
bei der die Impulssannung unmittelbar zur Betätigung der Fahrmotoren der lokomotiven
dient. Die verstärkte Steuerspannung wird insbesondere Speichern zugeführt, damit
die Steuerspannung ständig und nicht nur während der Impulsdauer zur Verfügung steht.
Ferner kann dann als wesentliche Weiterbildung der Erfindung die Änderung des Speicherinhalts
zur Unterdrückung von Störspannungen begrenzt werden, sodaß sich nur Änderungen
der Steuerimpulse bemerkbar machen, die natürlichen Verhältnissen entsprechen, wie
sie beim Spielbetrieb nachgebildet werden sollen. Die Speicher, z.B. Elektrolytkondensatoren,
werden vorzugsweise zeitlinear geladen und entladen.
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Es ist günstig, wenn man die Zeitdauer der einzelnen Steuerimpulse
mit wachsendem abstand vom Synchronisierimpuls vergrößert, weil man damit denkbaren
Zeitabhängigkeiten der bei der Erfindung eingesetzten elelktronischen Bauteile Rechnung
tragen kann, sodaß man mit einfachen und billigen Elementen auskomßnen kann.
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Zur weiteren Erhöhung der Störunempfindlichkeit kann man das Verfahren
nach der Erfindung so ausführen, daß mit dem Sender und/oder Empfänger von der Spannung
in der Richtung des Synchronisierimpulses abweichende Spannungswerte' mit Ausnahme
der Zeit des Synchronisierimpulses unterdrückt oder aufgefangen werden. Dies ist
besonders einfach, wenn der Synchronisierimpuls eine andere Polarität als die Steuerimpulse
hat.
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Bei der Erfindung werden die Steuerimpulse amplitudenmoduliert, um
die Steuerfunktion zu übertragen. Diese Amplitudenmodulation liegt vorteilhafterweise
in einem bestimmten Teilbereich von 1.3'. 100 bis 20% der maximalen! Impulsamplitude.
Dann kann man zusätzlich zur Übertragung einer weiteren Steuerfunktion den liallwert
eines Steuerimpulses benutzen, beispielsweise zur Umschaltung von Vorwärts- auf
Rückwärts fahrt.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens nach der erfindung erprobte und
bewährte Einrichtung ist so aufgebaut, daß der Sender einen Taktgeber, vorzugsweise
einen astabilen Multivibrator, mit diesem gekoppelte monostabile Kippstufen und
einen Ausgangsverstärker aufweist, daß die erste Kippstufe mit dem Ausgangsverstärker
über einen dessen Ausgangsspannung erhöhenden elektronischen Schalter verbunden
ist und daß weitere YLippstufen mit einer von einem RO-Glied bestimmte ten Kippzeit
über ein- Potentiometer und über einen Vorverstärker derart mit dem Ausgangsverstärker
verbunden sind,
daß während der Xippzeit eine mit dem Potentiometer
eintstellbare Verringerung der Ausgangsspannung bewirkt wird.
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Die Erhöhung der Ausgangs spannung bildet den Synchronisierimpuls,
die Erniedrigung die Steuerimpulse. Dies Eippstu:fen können mit Hilfe von halbleiterelementen,
insbesondere Transistoren, preiswert aufgebaut werden. Man kann auch so weit gehen,
daß man den Sender praktisch als Ganzes als integrierten Schaltkreis ausbildet,
bei dem, abgesehen von notwendigen Trimmerm und Kondensatoren, lediglich das Potentiometer
eine für eine einfache Handbetätigung geeignete Größe aufweiset. Die Potentiometer
können auch in von dem Rest des Senders getrennten Gehäusen angeordnet und durch
Kabel mit diesem verbunden sein, um die für das Spiel gewünschte leichte Beweglichkeit
zu ermöglichen. Dabei können die Potentiometer vom Sender abtrennbar sein, damit
nur jeweils so viele Steuerfunktionen wirksam und Potentiometer benötigt werden,
wie für das Spiel erforderlich sind. Man kann die Steuerfunktionen ferner über ein:
Lenkrad und/oder ein Gaspedal normaler Größe ausüben, damit z-.B. für bernzwecke
das Steuern eines Autos möglichst naturgetreu nachgeahmt wird. Dabei eignet sich
die Erfindung auch für Spiel-oder Bernfahrseuge mit weiteren Steuerfunktionen wie
Bremsen-, Blinker-, liupe- oder Scheibenwischerbetätigung.
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Die periodische Wiederholung des Synchronisierimpulses und der Steuerimpulse
kann so zustande kommen, daß die weiteren Kippstufen mit vorgeschalteten Kippstufen
gekoppelt sind, die mit der ersten Kippstufe verbunden sind. Mar. kann aber
andererseits
auch mehrere Kippstufen in einer Kette mit der Jeweils vorhergehenden Kippstufe
koppeln. In letzter Konsequenz: kann dabei die letzte Kippstufe der Kette als Taktgeber
mit der ersten Kippstufe der Kette verbunden sein.
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Wie schon gesagt, lassen sich die Kippstufen günstig aus Halbleiterelementen
aufbauen. Vorzugsweise bestehen mehrere oder sogar alle Kippstufen aus gleichen
nTransistoren, Kondenstatoren und Widerständen. Zum Ausgleich von Toleranzen und
Einstellen der Kippzeiten kann Jede Kippstufe einen Stellwiderstand umfassen.
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Dem Transistor der Kippstufe kann eige Diodenschaltung zur Spannungsbegrenzung
parallel geschaltet sein. Dies ergibt eine Stabilisierung d:er Kippzeit und der
hinter der Kippstufe abgegriffenen Spannung. Ferner kann der dem transistor vorgeschaltete
Kondensator des RC-Gliedes über eine mit einem Widerstand zur Strombegrenzung in
Reihe liegende Diodenschaltung mit der Emitterspannung des Transistors verbunden
sein, was eine schnellere Aufladuiig des Kondensators erlaubt.
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Mit dem Potentiometer kann ein Spannungsverbraucher in Reihe und zu.
diesem ein Schalter parallelgeschaltet sein. Damit kann man die gewünschte Restspannung
des Steuerimpulses erhalten, deren nullwert: eine weitere Steuerfunktion ausdrückt.
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Die Ausgänge der Kippstufen können über Dioden mit dem Vorverstärker
gekoppelt sein. Damit ist eine unabhängige Ankopplung
der einzelnen
Stufen möglich, wie sie für die einzelnen Steuerfunktionen benötigt werden,. damit
sich diese nicht gegenseitig beeinflussen. Ebenso kann eine mit dem Taktgeber gekoppelte
Kippstufe für die Aufbringung des Synchronisierimpulses mit ihrem Ausgang über eine
Diodenschaltung an einen dem Vorverstärker zugeordneten elektronischen Schalter
angeschlossen sein. Auf diese Weise ist es möglich, daß dem Synchronisierimpuls
eine Priorität vor den Steuerimpulsen eingeräumt wird. Dies erleichtert den Aufbau
des Senders.
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Parallel zum Ausgang des Senders' sollte man eine Reihenschaltung
aus einem Kondensator und einem mit der ersten Kippstufe gekoppelten Schalter vorsehen,
der während der Kippzeit geöffnet ist. Der Kondensator führt dann zur Unterdrückung
von Störsignalen, die etwa entstehen können, wenn einige Fahrzeuge den galvanischen
Kontakt verlieren, und die sonst wie ein Syiichronisierimpuls wirken würden.
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Ein für die weitere Ausbildung der Einrichtung nach der Erfindung
wesentliches Merkmal besteht darin, daß der tingang des Ausgangsverstärkers bei
Strömen oberhalb eines Grenzwertes überbrückt ist. Hierdurch kann man Überlastungen
bei Kurzschlüssen vermeiden, wie sie beim Spielbetrieb praktisch unvermeidbar sind,
ohne daß die sonstigen elektronischen Elemente für die Kurzschlußleistung bemessen
werden müßten.
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Dabei kann man den Schalter durch die Reihenschaltung einer Diode
gegen eine Umpolung der angelegten Spannung bei Kurzschluß der Ausgangsspannung
schützend zinke weitere Diode,
die parallel zum Schalter liegt,
verbessert gegebenenfalls die Form des Synchronisierimpulses. Eine solche orm des
Kurzschlußschutzes hat den Vorteil, daß die Spannung am Senderausgang von selbst
sofort wieder erscheint, wenn der Kurzschluß beendet ist.. Man braucht also keine
Sicherung zu betätigen. Für den Synchronisierimpuls kann man die Funktion des Kurzschlußsch@tzes
durch einen Kondensator parallel zu einem Widerstand begrenzen, mit dem der Kurzschlußstrom
ermittelt wird.
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Die Empfänger werden bei dem erfindungsgemäßen Spielzeug in den einzelnen
Fahrzeugen angeordnet, sodaß es besonders auf eine leichte, aber dennoch zuverlässige
Bauweise ankommt. Hierzu ist vorgesehen, daß der Empfänger einen über Dioden gespeisten
Basiskondensator mit vorgeschaltetem Widerstand aufweist, an den eine erste Kippstufe
gekoppelt ist, und daß die Kippstufe eine zweite Kippstufe anstößt, die für eine
durch ein RC-Glied bestimmte Zeit über eine Schalteinrichtung und einen Stromverstärker
entsprechend der augenblicklichen Eingangsspannung des Empfängers einen Speicherkondensator
lädt oder entlädt. Der Speicherkodensator sorgt im Fahrzeug da:für, daß trotz der
geringen Zeit des Ausschnittes des Steuerimpulses, der ein kleiner Bruchteil der
Periodenzeit ist, ein stetiger Betrieb der Fahrzeuge möglich ist, weil die Spannung
des Speicherkondensators auch in der restlichen Zeit der Periode für den Betrieb
des fahrzeuges in durch die Amplitude des Steuerimpulses bestimm.tem Naß zur Verfügung
steht.
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Der Basiskondensator sorgt dabei für eine Bezugsspannung im Fahrzeug
selbst. Er kann' mit dem Stromverstärker über' einen Spannungsverstärker verbunden
sein. Dabei kann man die Aussteuerung des Spannungsverstärkers vorteilhaft durch
je einen stellbaren Emitter- und Basiswiderstand begrenzen, sodaß der maximale und
minimale Wert der Spannung am Speicherkondensator festgelegt ist. Diese Einstellung
der maximalen Spannungsveränderung ist sehr stabil.
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Die erste Kippstufe kann vorteilhaft ein monostabiler Multivibrator
sein. Sie kann über ein RC-Glied mit polaritatsabhängiger Zeitkonstante angekoppelt
sein, mit der ein Synchronisierimpuls eigener Polarität besonders sicher und unabhängig
von Störspannungen festgestellt werden kann.
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Man kann einen Empfänger auch für mehr als eine Steuerfunktion vorsehen.
Dies geschieht vorteilhaft dadurch, daß die erste Kippstufe zwei weitere Kippstufen
steuert und daß die erste der weiteren Kippstufen eine zweite der weiteren Kippstufen
anstößt, die für eine durch ein RC-Glied bestimmte Zeit über eine weitere Schalteinrichtung
und einen weiteren Stromverstärker- einen weiteren Speicherkondensator entsprechend
der dann herrschenden Eingangs spannung des Empfängers ladt oder entlädt. Analog
kann der Empfänger auch für weitere Steuerfunktionen erweitert werden, für die Jeweils
ein weiterer Speicherkondensator mit- Kippstufen, Schalteinrichtung, Stromverstrker
usw. verwendet wird.
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Unabhängig von der Zahl der Steuerfunktionen eines Empfängers können
die Schalteinrichtung und der Stromverstärker gesteuerte Transistoren umfassen,
die durch eine Diode entkoppelt sind.
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Der Speicherkondensator kann; während der für einen Steuerimpuls maßgebenden
Zeit in Konstantstromschaltung entsprechend der den Empfänger speisenden Spannung
geladen oder entladen werden. Solche Konstantstromschaltungen ermöglichen, daß Lade-
und Entladeeinrichtungen zusammenarbeiten, entstören und für einen gleichmäßigen
Betrieb sorgen, der die Bauelemente schont und eine stetige Steuerung ermöglicht.
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Zur Zusammenfassung der in einem Empfänger vorgesehenen Kippstufen
kann man so vorgehen, daß den Kippstufen eine Diodensehaltung und über einen widerstand
ein Versorgungskondensator parallel geschaltet ist, der über eine Reihenschaltung
aus einer Diode und einem Widerstand und über eine Schalteinrichtung mit dem einen
Eingangspol des Empfängers verbunden ist, und daß der andere Eingangspol über eine
Diode mit den Kippstufen und dem Versorgungskondensator verbunden ist.
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Der Versorgungskondensator überbrückt dabei kurze spannungslose Pausen,
etwa wenn der galvanische Kontakt verloren geht.
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Damit bleibt auch die Folge der Kippzeiten erhalten. Die Diode verhindert
eine schlagartige Entladung der Kondensatoren.
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Die Schalteinrichtung kann als Schalttransistor ausgeführt sein, dessen
Emitter-Basis-Strecke mit einer zur Spannunsstabilisierung dienenden Reihenschaltung
eines Widerstandes
und einer Diodenschaltung in Reihe geschaltet
ist. Dies ist besonders stromsparend. Der Emitter des Schalttransistors kann über
mindestens eine Diode mit dem Basiswiderstand des Spannungsverstärkers verbunden
sein, damit sich der liasiskondensatorbei Stromunterbrechuz3:g nicht entladen kann.
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Ferner kann der Kollektor eines als Spannungsverstärker dienenden
Transistors mit dem Kollektor des Schalttransistors über einen Dämp:fungskondensator
verbunden werden, der unerwünschte Schwingungen: im Sender und Empfänger unterdrückt.
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Zu bemerken ist noeh, daß als Schalttransistor im Sinne der Erfindung
praktisch alle Transistoren mit einer ausreichenden Leistung und Verstärkung geeignet
sind.
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Der mit der ersten Kippstufe gekoppelte Basiskondensator, der praktisch
die Bezugsspannung liefer-t, kann über einen Entladewiderstand mit dem dem Eingangspol
zugekehrten Anschluß der Diode verbunden sein. Dies stabilisiert die pannung des
Basiskondensators und damit die Verstärkung der Steuerimpulse. Ein mit dem Basiskondensator
in Reihe geschalteter Widerstand dient zur Strombegrenzung und zur Gewinnung der
Spannung des Synchronisierimpulses. Ebenso kann man die Speicherkondensatoren und
die zugehörigen Schalteinrichtungen, mehrere Kippstufen, den ihnen vorgeschalteten
Basiskondensator und den ihnen nachgeschalteten Versorgun'gskondensator über eine
gemeinsame Diode an den einen Eingangspol des Empfängers anschließen, sodaß eine
gemeinsame Schiene entsteht, ohne daß die Kondensatoren bei Kontaktverlust vorschnell
entladen werden.
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Die Spannung des Speicherkondensators kann einen Transistorverstärker
steuern, der an die Eingangspole des Empfän:-und gers angeschlossen ist(den' zu
steuernden Verbraucher speist.
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Dabei' kann dem Verstärker ein Umschalter zum Wechsel der Polarität
des verbrauchers zugeordnet sein. Dies gilt besonders für den Antriebsmotor eines
Spielfahrzeuges. Der Umschalter kann dabei mechanisch als Relais, aber auch als
elektronisches Bauelement ausgebildet sein, das vorzugsweise einen: bistabilen Multivibrator
umfaßt. Diesem können Kondensatoren zur Überbrückung von Spannungsunterbrechungen
zugeordnet sein.
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Der Multivibrator kann mit dem Verstärker über einen elektronischen
Schalter, zwei Transistoren und zwei Kondensatoren verbunden sein, von denen abwechselnd
je einer durch den Multivibrator wirksam gemacht wird. Dem Schalter kann ein Kondensator
zum Abbau von störimpulsen nachgeschaltet sein.
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ei einer für eine Lenkung von Spielzeugautos gut geeigneten Ausführungsform
des empfängers speist der Verstärker eine Brückenschaltung derart, daß eine Änderung
der Steuerspannung des Verstärkers über ihren Mittelwert hinaus zu einem Wechsel
der Polarität der Spannung am Ausgang der Brückenschaltung führt. Durch die Polaritätsänderung
kann man mit einem Dauermagneten und einem Elektromagneten unterschiedliche Auslenkungen
aus einer Mittellage erhalten. Dabei kann man eine gleichmäßige Aussteuerung dadurch
erreichen, daß die Größe der Spannung am Ausgang der Brückenschaltung der auf den
Mittelwert bezogenen Größe der Steuerspannung proportional ist. Besonders geringe
Verluste, die für den Betrieb
von Spielfahrzeugen und die Dimensionierung
von Bauteilen wesentlich sind, kann man für den letzten Fall dadurch erreichen,
daß die Brückenschaltung zweimal zwei in Reihe liegende Transistoren umfaßt, die
über einen Widerstand mit dem einen Pol der Eingangs spannung des Empfängers verbunden
sind, und daß beim Aufsteuern des dem Widerstand abgekehrten Transistors der diesem
zugekehrte Transistor jeweils zunehmend sperrt.
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Zur mäheren Erläuterung der Erfindung werden anhand der beiliegenden
Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt Fig. !1 in einem Diagram den
Verlauf der Spannung des Senders über der Zeit und Fig. 2 den Verlauf der Spannung
im Empfänger mit den unverstärkten Ausschnitten der Steuerimpulse ebenfalls über
der Zeit.
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Die Fig. 3. ist ein- Schaltbild des Senders, während die ig. 4 eine
Ausführungsform des Empfängers darstellt.
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Sender und empfänger dienen zum Betrieb einer bpielzeugautobahn, bei
der auf einer bodenplatte aus isolierendem Material, in die parallele Leiterbahnen
eingebettet sind, mehrere Spielzeugautos unabhängig voneinander fahren können, weil
ihre Geschwindigkeit und Fahrtrichtung unabhängig voneinander stetig verstellbar
sind. Nit einer solchen Spiel zeugfahrbahn lassen sich naturgetreu Autorennen nachspielenw
die bei den bisher üblichen Spielzeugautobahnen nicht möglich sind, weil dort die
Fahrzeuge zumeist durch Schienen geführt sind. Der Sender ist dabei "ortsfest" angeordnet,
die Empfänger sitzen in den Fahrzeugen.
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Die Spielzeugautos haben z.B. eine Breite von etwa 5 cm und eine Länge
von 10 cm oder mehr. Sie werden bei den später beschriebenen Ausführungsbeispielen
mit einer modulierten Gleichspannung betrieben. Die Erfindung kann aber auch mit
einer Wechselspannung verwirklicht werden, deren Halbwellen
vorzugsweise
rechteckförmig ausgebildet sind.
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Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, hat die modulierte Cr'leichspannung Ua
einen Grundwert (Basisspannung) von UB = 16 V.
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Dieser Spannung sind periodisch Synchronisierimpulse 1 mit einer positiven
Spannung Usy überlagert, die die Spannung Ua während einer Zeit t1 von z.B. 0,01
ms auf 18 V erhöhen. Die Taktzeit T zwischen zwei Synchronisierimpulsen 1 beträgt
z.B. 1 ms, sodaß die Taktfrequenz 1 khz ist.
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An den Synchronisierimpuls 1 schließen sich Steuerimpulse 2, 3, 4,
5 usw. entgegengesetzter Polarität ar, deren Zeitdauer t2 bis t5 usw. zusammen etwa
die hälfte der Periode T beträgt. Die Amplitude Ust der Steuerimpulse ist zwischen
einem Maximalwert von Ust max = -2 V und einem Minimalwert von 0 V variabel, wie
durch den Pfeil 6 angedeutet ist.
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Entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 kann die Dauer der Steuerimpulse,
d.h. die in Fig. 2 in anderem Zeitmaßstab vereinfachend dargestellte Zeit t2 -bis
t5 mit wachsendem Abstand vom synchronisierimpuls 1 zunehmen, sodaß beispielsweise
die Zeit t5 mit 0,04 ms doppelt so lang ist wie die Zeit t2. Man erreicht dadurch
eine bessere Anpassung an Instabilitäten der für die Erfindung verwendeten elektronischen
Bauteile, Die Pausenzeit zwischen dem letzten Steuerimpuls einer Periode und dem
folgenden Synchronisierimpuls ist mit tp bezeichnet.
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Die ia Fig. 1 dargestellte Spannung Ua wird vom sender
über
eine leiterschleife an die parallelen leiterbahnen -- - -der genannten Autofahrbahn
geführt, sodaß sie dort zwischen jeweils zwei benachbarten Leiterbahnen abgenommen
werden kann. ueber Gleitkontakte sind die Autos mit mindestens zwei nebeneinander
liegenden Leiterbahnen galvanisch verbunden, sodaß die Spannung Ua des Senders zu
ihrem Betrieb zur Verfügung steht. Aus der Spannung 1Ja wird, wie Fig. 2 zeigt,
in den Empfängern, die in den einzelnen Autos angeordnet sind, eine Steuerspannung
entnommen. xsian erkennt, daß in Abhängigkeit vom Synchronisierimpuls 1 aus den
Steuerimpulsen 2, 3, 4, 5 usw. Ausschnitte 7, 8, 9, 10, 11 usw. abgetastet werden.
Die Abtastung erfolgt unter Bezug auf den synchronisierimpuls 1, der alle Fahrzeuge
erreicht.
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In jedem der einzelnen fahrzeuge werden jedoch durch Abtastung spezifischer
Steuerimpulse 2 bis 5 von den anderen Fahrzeugen unabhängige Steuerfunktionen ausgewertet.
Die in den Fahrzeugen wirksamen Signalgrößen sind dabei die in den Zeiten t7, t8
tg, t10 und t11, die gleich sind und z-.B.
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0,015 ms betragen, vorliegenden Steuerimpul.eispaUllungen Ust 2, Ust
3 usw. So sind z.B. die Steverimpulse 2 und 3 der Lenkung und Geschwindigkeit eines
ersten Autos und die Steuerimpulse 4 und 5 der Lenkung und Geschwindigkeit eines
zweiten Autos zugeordnet, die damit völlig unabhangig voneinander auf der gleichen
Fahrbahn betätigt werden können.
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Aus Fig. 2 geht hervor, daß der Zeitausschnitt 7 l)'!l die Zeit t12
gegenüber dem Synchronisierimpul s 1 verzögert beginnt. Für den Zeitausschnitt 8
ist die Verzögerungszeit
t13 und für den Ausschnftt 9 t14. Hier
sind also alle Ausschnitte in der zeitlichen Folge unmittelbar auf den Syn-; ehronisierimpuls
1 bezogen. Dies ist aber, wie eingangs ausgeführt, nicht unbedingt notwendig, weil
man z.B. bei mehreren Steuerfunktionen für ein Fahrzeug die Ansschnitte in: der
Zeitfolge auch aufeinander und damit indirekt auf den Synchronisierimpuls beziehen
kann.
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Der in Fig. 3 a und b dargestellte Sender ist als Ganzes mit 15 bezeichnet.
E:r besitzt eine Spannungsversorgung 16 mit einem Transformator 17 und einem Brückengleichrichter
18. Zur Spannungsstabilisierung ist ein Kondensator 19 vorgesehen. Die Spannungsversorgung
16 ist mit dem einen Pol unmittelbar mit der einen Ausgangsklemme 25 des Senders
15 verbunden, der am Ausgang die in Fig. 1 gezeichnete Spannung Ua liefert. Die
andere Ausgangsklemme 26 ist über einen Ausgangsverstärker 27 und einen Sensorwiderstand
28, der für der. Kurzschlußschutz vorgesehen ist, mit dem anderen Pol der Spannungsversorgung
16 verbunden.
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Die Spannungsversorgung 16 speist über eine Konstantstromschaltung
20 einen Kondensator 22, sodaß dieser auf 20,7 V aufgeladen wird. Ein auf die Spannung
des Kondensators 22 bezogener stabilisierender Spannungsteiler mit zwei Zenerdioden
23 und 24 steuert einen Transistor 30, über den ein Kondensator 31 auf eine die
Basisspannung UB bestimmende Spannung aufgeladen wird Der Emitter des Transistors
30 ist über eine Diodenschaltung 32 und einen damit in Reihe
liegenden:
Widerstand DB mit, der Ausgangsklemme 25 verbunden.
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Zwischen der Diodenschaltung 32 und dem Widerstand 33 ist; die Basis
eines Transistors 34 angeschlossen, dessen Kollek tor ebenfalls mit der Ausgangsklemme
25 verbunden ist. 13er Emitter des Transistors 34 liefert eine stabilisierte und
verstärkte Spannung für die Basisströme aller Kippstufen des Senders 1 i.
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An die Spannung des Kondensators 31 ist als Taktgeber 35 ein astabiler
Multivibrator mit zwei Transistoren 36 und 37 angeschlossen, dessen Taktzeit von
1 kHz mit Stellwiderständen 38 und 59 einstellbar ist. Die Sperrspannung der Transistoren
36 und 37 ist mit zwei gleichen Zenerdioden 2:9 stabilisiert, die auch die Sperrspannung
weiterer be nachbarten Kippstufen festlegen.
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An den Taktgeber 35 ist eine erste Kippstufe 40 angeschlossen. Sie
umfaßt einen Transistor 41 und ein RC-Glied 4,2 mit einem Stellwiderstand 43 und
einem: Kondensator 44, an die der Transistor 41 über einen Basiswiderstand angeschlossen
ist. Uie Kippstufe 40 bestimmt die Zeitdauer t1 der Synchronisierimpulse 1, die
über eine 2Senerdiode 46, die über eine Entkopplungsdiode 45 an den Kollektor des
Transistors 41 angeschlossen' ist, zu einem-elektronischen Schalter 47 geleitet
werden. In dieser Zeit wird die Spannung der. Z.enerdiode 24 durch den Transistor
95 an die Basis des Transistors 72 geschaltet.
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An: dem Multivibrator 35 ist eine weitere Kippstufe 50 angeschlossen,
die dem ersten. Stenerimapls 2 zugeordnet ist. qie Kippstufe 50 umfaßt außer einem
Transistor 51 ein RC-Glied 52 mit dem Kondensator 53 und dem Stellwiderstand 54.
Die Zeitkonstante der Kippstufe 50 bestimmt die Zeit t2 des ersten Steuerimpulses
2. Während dieser Zeit wird der Basisspannung des Senders 15 eine negative Spannung
zur Spannungsverringerung überlagert, die mit einem Potentiometer 55 zwischen z.B.
2- und 0,5 V einstellbar ist. Das Potentiometer 55, dem eine Diode 56 ungeordnet
ist, kann in einem besonderen Gehäuse getrennt vom Sender 15, mit dem sie durch
ein Kabel verbunden ist, untergebracht sei, wie durch die gestrichelte Linie 57
angedeutet ist. Man erreicht dadurch, daß nur das Potentiometer als kleiner und
leichter Bauteil von dem Spielenden zu handhaben ist.
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Mit einer weiteren Kippstufe 60, zu der ein Transistor 61 und ein
RC-Glied 62 mit einem Kondensator 63 und einem: Stellwiderstand 64 gehört, wird
der Steuerimpuis 3 mit der Zeit t3 hervorgebracht. Während dieser Zeit wird die
Spannung am Aus gang des Senders 15 um einen Wert erniedrigt, der mit einem Potentiometer
65 einstellbar ist. Das Potentiometer 65 liegt mit einer Diode 66 in Reihe. Es ist
in einem gestrichelt gezeichneten Gehäuse 67 getrennt vom Sender angeordnet. In
dem Gehäuse 67 kann auch ein Schalter 68 untergebracht sein, der ein Kurzschließen
der Diode 66 ermöglicht, sodaß der Steuerspannungsimpuls 3 Null wird. Damit kann
eine weitere Steuerfunktion übertragen werden, die z.B. das Umsteuern des Fahrzeuges
von
Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt bewirkt.
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Die rotentiometer 55 und 65 sind über Dioden 70 und 71, die für eine
Trennung der Steuerfunktionen sorgen, mit einem Transistor 72 verbunden, der als
Vorverstärker 73 dem elektronischen Schalter 47 nachgeschaltet ist. Mit diesem Vorverstärker
73 wird der Ausgangsverstärker 27 des Senders 15 ausgesteuert. Der Ausgangsverstärker
27 umfaßt vier Transistoren 76-, 77, 78 und 79, von. denen die Emitter-Basis-Strecke
der Transistoren 77, 78 und 79 durch Widerstände 75 überbrückt ist, damit die Basis-Restspannung
schnell abgebaut wird.
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Damit wird die Spannung Ua an den: Ausgangsklemmen 25 und 26 in der
aus Fig. 1 ersichtlichen Weise moduliert.
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Inr der Zeichnung des Senders 15 sind nur die Xipp-stufen 50 und 60
für die Steuerimpulse 2 und 3 dargestellt. Weitere Kippstufen' für weitere Steuersignale
wären an die Klemmen 80, 81, 82 und 83 anzuschließen, wenn sie über die Kippstufe
60 auf den Synchronisierimpuls 1 bezogen sein sollen. Anderenfalls sind sie zur
Zeitsteuerung statt an die Klemme 81 am die Klemme 84 anzuschließen, sodaß sie t'parallel"
zu den Kippstufen 50 und 60 liegen und mit besonderen Z'eitgliedern in; die richtige
Zeitfolge zu den Impulsen der Kippstufen 50 und 60 kommen, Eine Diodenschaltung
mit einer Zenerdiode 85 und einer Diode 86. sorgt bei beiden Kippstufen 50 und 60
für eine stabilisierung der Kollektorspannung. Zusätzlich verringern die
dioden
86 die Restspannung der Transistoren 51 und 61 auf den Potentiometern 55 bzw. 65*
werner begrenzen die Dioden die Sperrspannung nachfolgender Kippstufen und stabilisieren
die an den Potentiometern 55 und 65 abgegriffene Spannung.
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Den Kippstufen 50 und 60 sind Widerstände 87 zugeordnet, die einerseits
zwischen die Dioden 85 und 86 gelegt sind und andererseits am Abgriff der Potentiometer
55 und 65 liegen.
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Die Widerstände linearisieren die an den. Potentiometern abgegriffene
Spannung und sorgen: zusammen mit einem Widerstand 99 am. Vorverstärker 73 für einen
Mittelwert der Steuerimpulse für den Fall, daß nicht benötigte Potentiometer abgetrennt
werden. Mit Stellwiderständen 88, die parallel zu Zenerdioden 85 liegen, wird der
maximale Wert der Stenerimpulse an den: Potentiometern 55 und 65 eingestellt.
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Die Kondensatoren 53 und 63 sind zum schnelleren Aufladen über Dioden
89 und 90 mit der Reihenschaltung aus einer Diode 91 und einem Widerstand 92 zu:r
Strombegrenzung verbunden, dessen anderes Ende an: die Emitterspannung der Transistoren
51 und 61 gelegt ist. Die Diode 91 erhöht die Spannung an den Dioden 89 und 90 und
verhindert damit ein urerwünschtes Sperren der Transistoren 51 und 61.
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Die Spannung des Kondensators 31 wird über eine Diode 93 auf den Vorverstärker
73 gegeben, sodaß diese für die Pansenzeit exakt die Bezugsspannung UB am Ausgang
25, 26 steuert.
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@ndererseits sorgt ein Widerstand 94, der mit dem elektronischen
schalter
47 in: Reihe, liegt, für die Begrenzung des Stromes durch den Transistor 95 in der
Zeit t1 des Synchronisierimpulses. Mit der Diode 96 wird verhindert, dass sich der,
Kondensator 22 über den elektronischen Schalter 47 und den Vorverstärker 73 beim
Kurzschluß an- den Ausgangsklemmen 25, 26 entlädt.
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Die allen Transistoren der Kippstufen zugeordneten' Basiswi-Widerstände
97 verhindern eine unerwünschte Sperrung der Transistoren bei Spannungsschwankungen.
Der dem Transistor' 95 zugeordnete Emitter-Basiswiderstand 98 sorgt für die Ableitung
von Restströmen und verhindert damit ein unerwünschtes Durchsteuern des Transistors,
Die gleiche Schaltung ist auch bei anderen Transistoren vorteilhaft.
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Der Sender 15 umfaßt noch einen Kurzschlußschutz 100. Zu diesem gehört
der Sensorwiederstand 28, an dem bei einem Kurzschluß an den Ausgangsklemmen 25,
26 eine Steuerspanmung steht, die über einen Transistor 101 einen Transistor 102
öffnet. Dieser schließt den Eingang des Ausgangsverstärkers 27 praktisch kurz, sodaß
der Sender 15 nicht überlastet werden kann. Der Kondensator 103 parallel zum Widerstand
28 sorgt dafür, daß der Kurzschlußschutz 100 nicht die Abgabe des Synchronisierimpulses
behindert.
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Parallel zu den Ausgangsklemmen 25 und 26 ist eine Störsignalunterdrückung
105 vorgesehen. Sie umfaßt einen Kondensator 106, der mit einem Widerstand 107 zum
Entladen überbrückt
ist, und eine elektronischen Schalter 108 in
Form eines Transistors, der über einen Widerstand 109 und eine Leitung 109a mit
dem kollektor des Transistors 41 der Kippstufe 40 verbunden ist* Der elektronische
Schalter 108 ist normalerweise geschlossen, sodaß der Kondensator 106 über eine
Diode 110 polaritätsabhängig Spannungserhöhungen an den Ausgangsklemmen 25 und 26
auffängt. Nur in der Zeit t1 des Synchronisierimpulses 1 wird dieser Kurzschluß
durch den elektronischen Schalter 108 aufgehoben, sodaß der Synchronisierimpuls
1 vom Sender 15 abgegeben werden kann. Die Diode 110 verhindert eine Umpolung der
Spannung am Transistor 108 für den -all eines Kurzschlusses der Ausgangsklemmen
25, 26, während die Dioden 111 die Größe des Synchronisierimpulses am Senderausgang
begrenzen. Kit dem Widerstand 112 wird eine Vorbelastung des Senders 15 geschaffen,
die Spannungsschwankungen am Senderausgang begrenzt.
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Beim Ausführungsbeispiel des Senders 15 werden die Zenerdioden 23
und 24 über eine Konstantstromschaltung gespeist, die in der F Figur der Spannungsversorgung
zugeordnet ist.
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Sie umfaßt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 115 und einer
Diodenschaltung 116 zur Spannungsstabilisierung, die an den beiden Ausgängen des
Brüekengleichrichters 18 liegt. Zwiscn"e-;i Widerstand 115 und Diodenschaltung 116
ist die Basis eines Transistors 117 angeschlossen, dessen Emitter über einen Widerstand
118 mit Ausgang des Brückengleichrichters 18 verbunden ist, an den die Diodenschaltung
116 führt. Der Kollektor des Transistors 117 speist mit konstantem
Strom
die Belastung, zB. die Zenerdioden 23 und 24, deren anderes Ende mit dem mit dem
Widerstand 115 verbundenen Ausgang des Brückengleichrichters 18 in Verbindung steht.
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Mit dieser Schaltung wird die Spannung an den Senerdioden 23 und 24
doppelt stabilisiert, sodaß sie auch bei großen Schwankungen der Spannung am Ausgang
des I;rückengleichrichters 18 praktisch unverändert bleibt. Solche Konstantstromschaltungen
finden auch im später beschriebenen Empfänger vorteilhaft Verwendung.
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Der in Fig. 4 a und b dargestellte Empfänger 130 ist über sechs Gleitkontakte
131 und die i.eiterbahnen der nicht dargestellten Spielzeugautobahn mit den Ausgangsklemmen
25 und 26 des Senders 15 verbunden.
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Die sechs Gleitkontakte 131 können z.B. so angeordnet sein, wie in
der Patentanmeldung- P 26 40 717.0 angegeben ist, da mit stets ein sicherer Kontakt
mit zu mindestens zwei nebeneiander liegenden Leiterbahnen unterschiedlicher Polarität
vorliegt, die die Ausgangsspannung Ua vom Sender 15 als Eingangsspannung für den
Empfänger 130 liefern. Die Gleitkontakte sind dabei über Dioden 132 und 137 an die
weiteren Leitungen des Empfängers 130 an-geschlossen, um eie polaritätsrichtige
Spannungsversorgung sicherzustellen.
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Die Eingangsspannung des Empfängers 130 ist über eine Leitung 134
an; einen ;Basiskondensator 135 geführt, der in der Lage ist, eine der unmodvlierten
Gleichspannung U, von 16 V entsprechen-de Spannung als stabile Basis- oder Bezugsspannung
für den Empfänger 130 zu liefern. Der Basiskondensator 135 wird zu diesem Zweck
in den unmodulierten Pausen tp der in Fig. 1 dargestellten Spannungskurve Ua über
einen Widerstand 136 und eine Diode 137 nachgeladen, soweit er entladen sein sollte.
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An den- Basiskondensator 155, und zwar an die Verbindungsstelle 138
von Widerstand 136 und Diode 137, sind zwei Dioden 145 zur Spannungsbegrenzung über
einen Widerstand
145a angeschlossen, der zur Strombegrenzung dient.
Parallel zu den Dioden ist ein zeitglied 141 mit einem Kondensator; 142 und einem
Widerstand 143 geschaltet, das durch die zum Widerstand 143 parallel liegende Diode
144 polaritätsabhängig ist. Parallel zum Kondensator 142 liegt ein Spannungsteiler140
mit den Widerständen 140a und 140b, an dessen Mitte die Basis eines Transistors
146 mit einem Reihenwiderstand 146a im hollektor zur Strombegrenzung angeschlossen
ist. Der Emitter des Transistors 146 liegt an der Verbindungsstelle 138. Deshalb
wird der Transistor 146 durch den Synchronisierimpuls 1 nur aufgesteuert, wenn dieser
mit der richtigen: Polarität für eine bestimmte Zeit ansteht.
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Der Transistor 146 steuert einem monostabilen Multivibrator 150 mit
einem ersten Transistor 147, der über- ein RC-Glied 152 mit einem Kondensator 153
und einem Stellwiderstand 154 einen Transistor 151 steuert. Der Kollektor des Transistors
151 ist über einen Rückkopplungswiderstand 148 mit der Basis des Transistors 147
verbunden. Die Zeitkonstante des RO-Gliedes 152 ist bestimmend für die in Fig. 2
mit t12 bezeichnete Zeit. Der Multivibrator 150 sperrt über ein RC-Ulied 156 mit
einem' Kondensator 157 und einem Widerstand 158 eine Kippstufe 155 mit einem Transistor
160 für die Zeit t7 und gleichzeitig über ein RC-Glied 196 mit einem Kondensator
197 und einem Stellwiderstand 198 eine Kippstufe 195 mit einem Transistor 199 für
die Zeit t13 minus t12. Die Kippstufe 195 sperrt dann ihrerseits über ein RO-Glied
201 mit einem Kondensator 202 und einem Widerstand 2G3 eine Kippstufe 200 mit einem
145a
angeschlossen, der zur Strombegrenzung dient. Parallel zu den Dioden ist ein: Zeitglied
141 mit einem Kondensator 142 und einem Widerstand 143 geschaltet, das durch die
zum Widerstand 143 parallel liegende Diode 144 polaritätsabhängig ist. Parallel
zum Kondensator 142 liegt ein Spannungsteilerl40 mit den Widerständen 140a und 140b,
an dessen Nitte die Basis eines Transistors 146 mit einem Reihenwiderstand 146a
im kollektor zur Strombegrenzung angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors
146 liegt an der Verbindungsstelle 138. Deshalb wird der Transistor 146 durch den
Synchronisierimpuls 1 nur aufgesteuert, wenn dieser init der richtigen Polarität
für eine bestimmte Zeit ansteht.
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Der Transistor 146 steuert einen monostabilen Multivibrator 150 mit
einem ersten Transistor 147, der über ein RC-Glied 152 mit einem Kondensator 153
und einem Stellwiderstand 154 einen Transistor 151 steuert. Der Kollektor des Uransistors
151 ist über einen Rückkopplungswiderstand 148 mit der Basis des Transistors 147
verbunden. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes 152 ist bestimmend für die in Fig. 2
mit t12 bezeichnete Zeit. Der Multivibrator 15U sperrt über ein RC-Glied 156 mit
einem Kondensator 157 und einem Widerstand 158 eine Kippstufe 155 mit einem Transistor
160 für die Zeit t7 und gleichzeitig über ein RG-Glied 196 mit einem Kondensator
197 und einem Stellwiderstand 198 eine Kippstufe 195 mit einem Transistor' 199 für
die Zeit t13 minus t12. Die Kippstufe 195 sperrt dann ihrerseits über ein RC-Glied
201 mit einem Kondensator 202 und einem Widerstand 203 eine Kippstufe 200 mit einem
Dioden
186 an die Leitung 134 angeschlossen, während der Emitter des Transistors 183 noch
über den Emitterwiderstand 184 mit dem Basiskondensator 135 über eine beitung 187
verbunden ist.
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Die Kollektoren der Transistoren 172, 173 sind miteinander an eine
Konstantstromschaltung angeschlossen, die einen Transistor 272 mit einem Emitterwiderstand
273 und zwei in Reihe liegende Dioden 274 umfaßt, an die die Widerstände 276 und
277 angeschlossen sind. Die Konstantstromschaltung liegt mit dem Emitterwiderstand
273 und den Dioden 274 an einer LLeitung 278.
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Die Schalteinrichtungen 163, 164 und die Stromverstärker 172, 173
sind normalerweise gesperrt. Durch das Sperren des Transistors 160 in er Zeit t7
wird über die Leitung 161 und die Diode 270 die Schalteinrichtung 163 und gleichzeitig
direkt der Stromverstärker 172 freigegeben. Deshalb wird de Speicherkondensator
175 in der Zeit t7 entsprechend der dann herrschenden, im Spannungsverstärker 182
verstärkten Signalspannung mit konstantem Strom geladen oder entladen. Dies geht
so vor sich, daß für das Laden dem über die Schalteinrichtung 163 stängig fließenden
Entladestrom ein doppelt so große Strom er den Stromverstärker 172 entgegengeführt
wird, dessen eine fiälfte über die Schalteinrichtung 1G3 abfließt, während die andere
Hälfte den Speicherkondensator 175 lädt. Bei der Entladung arbeitet nur die Schalteinrichtung
163. Das Sperren des Transistors
204 ergibt in der Zeit t8 eine
gleiche Ladung oder Entladung des Speicherkondensators 176.
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An die Leitung 134 ist auch der als Transistor ausgeführte elektronische
Schalter 190 angeschlossen, sodaß der elektronische Schalter 190 unmittelbar mit
dem einen Pol 191; der Eingangsspannung des Empfängers 130 verbunden ist. Der Schalttransistor
190 ist über eine Reihenschaltung eines Widerstandes 190a und einer Zenerdiode 190b
mit dem anderen Pol 192 verbunden. Die Zenerdiode 190b versorgt außerdem einen Transistor
290 mit einer stabilisierten Arbeitsspannung, Der andere Pol 192 des Empfängers
130 führt zu einer Diode 2'65. Än diese Diode sind außer den Speicherkondensatoren
175 und 176 auch der Basiskondensator 135 und alle Kippstufe fen des Empfängers
angeschlosEen.
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Parallel zu den Kippstufen liegt eine Zenerdiode 206, die die Versorgungsspannung
der Transistoren für die Kippstufen 150, 155, 195 und 200 der Höhe nach begrenzt.
Ihr ist ein Kondensator 210 zugeordnet, der über einen Widerstand 211 angeschlossen
ist. Der Kondensator 210 gewährleistet als Versorgungskondensator die Spannungsversorgung
für den Fall, daß die Spannung kurzfristig unterbrochen sein sollte, sadaß die Mippstufen-
150, 155, 195 und 200 auch dann weiterarbeiten können. )ie erforderliche Ladespannung
wird dem Versorgungskondensator 210 über einen Widerstand 262 und eine Diode 263
von dem Schalttransistor 190 zugeführt, der über
die Leitung 134
mit dem Eingangspol 191 verbunden ist.
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Andererseits ist der Versorgungskondensator über eine Leitung 264
und eine Diode 265 mit dem Pol 192 des Empfängers verbunden. Die Dioden 137, 186,
263 und 265 sowie der Schalttransistor 190 sperren eine unerwünschte Entladung der
als Elektrolytkondensatoren ausgeführten Kondensatoren 135, 175, 176 und 210 bei
Ausfall der Eingangsspannung.
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ebenso schützen die Dioden 170 und 171 die Speicherkondensatoren 175,
176 vor unerwünschter Entladung über die Transistoren 172, 173.
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Mit den Kippstufen 155 und 200 wird in den Steuerimpulsen 2 und 3
der Ausschnitt 7 bzw. 8 bezüglich der Amplitude der Steuerimpulse abgetastet. Dazu
werden über die Leitung 161 bzw. 205 und über die Dioden 270 bzw. 271 die beiden
Schalteinrichtungen 163, 164 und die ,çtromverstärker 172, 173 wirksam gemacht.
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An der Leitung 278 liegt ein Kondensator 279, der den Kollektor des
als Spannungsverstärker 182 verwendeten Transistors 183 mit dem Kollektor des Schalttranc--istors
190 verbindet und dadurch eine schwingungsdämpfende Wirkung im Sender und Empfänger
beim Ansteuern der Ausschnitte 7, 8 ausübt. Der Widerstand 282 dient als Entladewiderstand
des Basiskondensators 135. Die Dioden 168, 169 und 281a einerseits und 274 andererseits
stabilisieren die Basisspannungen f<tr die Transistoren 166 und 167 bzw, 272
der Transitorschaltung 165. Die Diode 281b erhöht die Sperrspannung
der
Transistoren 166 und 167 gegenüber der Leitung 264, damit man die Transistoren 166,
167 über die Dioden 270, 271 und über die Transistoren 160 und 204 durch Kurzschliessen
sperren kann.
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Die Speicherkondensatoren 175 und 176 steuern entsprechend ihrem Spannungswert
zwei Transistorverstärker 285 und 286.
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Der Transistorverstärker 285 ist über eine Bettung 287 mit einem Widerstand
288 an den peicherkondensator 175 angeschlossen. Deshalb wird über ltransistoren
289, 290 eine Brüclcenschaltung 291 gesteuert, die polaritätsabhängig ein Magnetsystem
292 zur Betätigung der Lenkung eines .2;pielfah:rzeuges speist.
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Die Brückenchaltung 291 umfaßt zwei Zweige von je zwei in Reihe liegenden
Transistoren 293, 294 und 295, 296, die über eine Zenerdiode 297 an den einen Eingangspol
191 und über je einen Widerstand 298 mit dem anderen Pol 192 der Eingangsspannung
des Empfängers 130 verbunden sind. Zwei Widerstände 299 verbinden kreuzweise den
Emitter der Transistoren 293 und 295 mit der Basis der Transistoren 294 und 296.
Sie bilden gleichzeitig mit zwei Widerständen 299a einen Spannungsteiler, der mit
dem freien Ende mit dem Bingangspol 192 verbunden ist. Wird der eine der iransistoren
aufgesteuert, so wird der andere jeweils zunehmend gesperrt.
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Dadurch wird das Magnetsystem 292 über die Brückenschaltung 291 entweder-
an den Pol 191 der Eingangsspannung oder an den anderen Pol 192 der Eingangsspannung
gelegt. Wegen der Vorverstärkung
kann das Magnetsystem 292 kontinuierlich
von einer maximalen Linksdrehung in eine maximale Rechtsdrehung umgesteuert werden,
weil die größe der Spannung am Ausgang der Brückenschaltung 291 der auf den Mittelwert
bezogenen Größe der Steuerspannung, d.h. der Spannung am Speicherkondensator 175,
proportional ist. Die Ausbildung des Magnetsystems 292 ist an sich bekannt. sie
umfaßt; im wesentlichen einen Dauermagneten, dessen Kräfte gegenüber dem Yeld eines-Elektromagneten
gegen zwei Mittelstellungsfedern wirken.
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Die Diode 300 des Transistors 289 sorgt für einen Mindestwert der
Basis spannung eines Transistors 290.
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Der zweite Transistorverstärker 286 wird über eine Leitung 301 mit
einem Widerstand 302 entsprechend der Spannung am Speic-herkondensator 176 gesteuert.
Dadurch wird ein xahrmotor 305, dem ein Kondensator 306 parallel geschaltet ist,
über den Verstärker 286 auf eine Geschwindigkeit zwischen Null und einem gewünschten
oberen Wert gebracht. Die den Motor 305 speisende Ausgangsspannung des Verstärkers
286 liegt beispielsweise zwischen 1 V und 7,5 V.
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uie Widerstände 288 und 302 begrenzen den aus den Speicherkondensatoren
175, 176 fliegenden Strom für den all einer Unterbrechung des galvanischen Kontaktes
(Ausfall der Eingangsspannung) in der kurzen Zeit vor dem Ansprechen der Schalteinrichtung
190 und Diode 265.
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Dem Transistorverstärker 286 ist beim Ausführungsbeispiel
ein
Umschalter 308 zum Wechsel der Polarität, d.h. der Drehrichtung zugeordnet, der
kontaktlos und damit wartungsfre;I arbeitet. Der Umsc-halter 308 umfaßt einen mit
Dioden 309 in der Emitterleitung versehenen Transistor 310 als elektronischen Schalter,
der mit des ersten Transistor 311 des Verstärkers 286 über einen Widerstand 312
verbunden ist. Dem Transistor 310 ist ein Kondensator 313 zum Abbau von Störimpulsen
nachgeschaltet.
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An: den Transistor 310 ist über eine Zenerdiode 315 und ei symmetrisch
angeordnete Transistoren 316 und 317 mit Basiswiderständen zur Strombegrenzung 318,
319 ein bistabiler Multivibrator 320 angeschlossen. Er umfaßt zwei Transistoren
321 und 322, an deren Basis in der gezeichneten "kreuzweisen" Anoranung jeweils
ein Kondensator 323, 324 und die Reihenschaltung eines Widerstandes 325, 326 mit
Jeweils zwei Dioden 327 bzw. 328 angeschlossen ist. Die anderen Enden der Kondensatoren
323, 324 liegen an den Kollektoren der Transistoren 316, 317. Die Widerstände 325,
326 sind an die Kollektoren der Transistoren 321, 322 angeschlossen. Dort enden
ferner die zum Eingangspol 191 führenden Reihenschaltungen aus Widerständen 329,
330 und Dioden 331, 332 sowie weitere Reihenschaltungen von Widerständen 333, 334
und Dioden 335, 336. Die Transistoren 321, 322 sind zwischen Kollektor nnd Emitter
durch je einen Elektrolytkondensator 337, 338 Qberbrückt, die zur Spannungshaltung
dienen. Die Kondensatoren 337 und 338 sind mit den in der Fig. 4b gezeichneten Dioden
327, 328, 331, 332, 335, 336, 351 und 352 so beschaltett daß
sie
sich auch bei Stromunterbrechungen bis z.B. zwei Minuten Dauer nicht vollständig
entladen und deshalb für die Beibehaltung des Schaltzustandes des Umschalters 308
sorgen Die Spannung der Kondensatoren 337, 338 steuert über zwei zur strombegrenzung
dienende Widerstände 340, 341 eine Brükkenschaltung 342, die im- Gegensatz: zu der
vorher beschriebe nen Brückenschaltung 291 jedoch nicht kontinuierlich die beiden
Zweige zunehmend sperrt bzw.öffnet, sondern entweder die eine oder die- andere seite
des Motors 305 mit dem Ausgang des Transistorverstärkers 286 bzw. dem Eingangspol
192 des Empfängers 130 verbindet, sodaß der Verstärker 286 die Geschwindigkeit und
der Umschalter 308 die Drehrichtung bestimmt. Uie Brückenschaltung 342 umfaßt zwei
Reihenschaltungen von zwei Transistoren 343, 344 und 345, 346, die über die symmetrisch
angeordneten, als Konstantstromschaltung ausgebildeten Transistoren 347, 348 mit
den Widerständen 349, 350 und den Dioden 351, 352 krenzweise spannungsabhängig abwechselnd
gesperrt oder geöffnet werden. Die Erfindung kann aber auch mit einem Relais zur
Umsteuerung der Motordrehrichtung verwirklie-ht werden.
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Der Transistorverstärker 286 ist über einen niederohnigen Widerstand
360 mit dem Pol 191 verbunden und der Anschluß dieses Widerstandes am Verstärker
286 ist über einen Kondensator 361 mit dem anderen Eingangspol 192 verbunden.
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Beides dient zur Entstörung des Motors 305 gegenüber der Brückenschaltung
291.
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Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Sender 15 und der Empfänger
130 sind für drei Steuerfunktionen, nämlich erstens für stufenlos regelbaren: lenkungsausschlag,
zweitens für stufenlos regelbare Fahrgeschwindigkeit und drittens für Umschaltung
zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt vorgesehen. Sie können aber, wie für den Sender
schon angedeutet wurde, auch für mehr oder weniger Steuerfunktionen sinngemäß ausgestaltet
werden. Z.B. kann für schienengebundene Spielfahrzeuge durchaus eine Ausführungsform'
des Empfängers 130 vorteilhaft sein, die ohne Kippstufen 195, 200, Speicherkondensator
176 und Verstärker 285 mit nachgeschalteter Brücke 291 ausgeführt ist und im wesentlichen
nur die verbleibenden Elemente für die Fahrgeschwindigkeit und die Fahrtrichtungsumkehr
umfaßt. Andererseits kam man etwa bei Modelleisenbahnen mit dem für eine weitere
Steuerfunktion zv.:r Verfügung stehenden Nullwert einer weiteren Steuerstufe die
Fernbetätigung einer Kupplung und für ein Signa' horn einen möglichen Maximalwert
der Steuerspannung benutzen.