DE2813774C2

DE2813774C2 - Netzanschlußgerät für mit Gleichstrom betriebene elektrische Spielzeug- und Modelleisenbahnen

Info

Publication number: DE2813774C2
Application number: DE2813774A
Authority: DE
Inventors: Peter 2875 Ganderkessee Bradt; Jürgen 2805 Stuhr Kalscheid
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-03-30
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1982-10-21
Also published as: FR2421449A1; FR2421449B1; GB2018039A; IT1163661B; IT7921324A0; NL7902441A; DE2813774A1; GB2018039B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzanschlußgerät für mit Gleichstrom betriebene elektrische Spielzeug- und Modelleisenbahnen mit einem Transformator und einer an Anzapfpunkten der Transformator-Sekundärwicklung anschließbaren Gleichrichteranordnung, die zur Einweg- und Vollweggleichrichterschaltung umschaltbar ist und der die Speisewechselspannung über eine um eine Achse drehbare, mit Schleifkontakten versehene Stellvorrichtung zuführbar ist; ein derartiges Netzanschlußgerät ist aus der DEOS 16 03 257 bekannt.

Bei dem bekannten Ncizanschlußgerät ist an die Transformator-Sekundärwicklung eine Vollweggleichrichteranordnung in Form einer Graetz-Brückensehaltung angeschlossen, deren Gleichspannungs-Ausgänge über einen Zweipolumschalter mit einer äußeren Anschlußleiste des Netzanschlußgeräts verbindbar sind. Der Graetz-Brückenschaltung kann über einen, durch einen Einstellknopf verstellbaren und dabei über eine Schleifbahnwicklung der Sekundärwicklung sich bewegenden, Schleifbügel eine veränderliche Wechselspannung zugeführt werden. Um außer der derart einstellbaren Gleichspannung für den Fahrbetrieb zusätzlich eine etwa auf die Hälfte reduzierte Teil-Gleichspannung zur Verfügung zu haben, in weiterhin vorgesehen, den einen der beiden Wechselspannungsanschlüsse der Graets-Brückenschaltung über einen zusätzlichen Tastumschalter direkt mit der äußeren Anschlußleiste zu verbinden, derart, daß je nach Stellung des Tastumschalters auf Vollweg- oder Einweggleichrichterschaltung umschaltbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Netzanschlußgerät zu schaffen, das einerseits eine Transformator-Schleifbahnwicklung vermeidet und andererseits trotzdem mit geringem Aufwand eine möglichst femstufige unterbrechungslose Änderung der Ausgangsspannung auf der Gleichstromseite über einen großen Stellbereich erlaubt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Netzanschlußgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gegebene Lehre möglich. Die Gegenstände der Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Netzanschlußgerät ermöglicht unter Verzicht auf einen aufwendig herzustellenden und eine sichere Spannungsabnahme nicht immer gewährleistenden Schleifbahnabgriff trotzdem eine feinstufige Spannungsregelung mit einer gegenüber der Stufenzahl der Sekundärwicklung des Transformators vervielfachten Feinstufung bei vorteilhaftem Anfahr-Halbwellenbetrieb und verlust- und unterbrechungslosem Übergang zwischen den unterschiedlichen Spannungsstufen eines Halb-, Misch- und Vollwellenbetriebes durch Betätigung nur eines einzigen Drehknopfes; lediglich durch Drehen der Tragplatte mit den Gleichrichterelementen werden die Schleifkontakte mit verschiedenen Kontaktpunkten bzw. Kontaktbahnen der Schaltplatte verbunden und dadurch die verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Spannungsformen ber Halb-, Misch- und Vollwellengleichrichtung eingestellt und die entsprechenden verschiedenen Gleichspannungswerte an die auf der Schaltplatte angeordneten Ausgangsklemmen abgegeben. In vorteilhafter Weise sind dabei die Kontaktpunkte bzw. Kontaktbahnen als gedruckte Schaltung auf der Schaltplatte angebracht.

Durch die FR-PS 9 10 298 sind zwar verschiedene Stellvorrichtungen mit jeweils einer an verschiedene Anzapfungen eines Stufentransformator anschließbaren Gleichrichteranordnung bekannt, wobei beim unterbrechungslosen Umschalten der jeweiligen Gleichrichteranordnung von der einen auf eine andere Stufe vorübergehend beide Stufen angeschlossen sind und ein Kurzschlußstrom in dem zweischen den beiden Schaltstufen liegenden Wicklungsteil durch eine Reihenschaltung aus zumindest zwei zusätzlichen, in

Gegenstromrichtung gcschallctcn Gleichrichtcrelementen innerhalb der Glcichrichieranordriung verhindert wird; jedoch kann eine derartige Anordnung keinen Hinweis auf das erfindungsgemäße Netzanschlußgerät mit seiner einfachen Einknopfbedienung zur kontinuierlichen Spannungssteuerui.g im Halb-, Misch- und Vollwellenbctrieb geben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispielc in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 das Grundprinzip einer ersten Ausführung eines Netzanschlußgerätes mit einer unter Verwendung von zumindest fünf Gleichrichterelementen an die Stufen der Sekundärwicklung des Transformators angeschlossenen Brückengleichrichter-Anordnung,

F i g. 2 bis 7 verschiedene Schaltungen der einzelnen Gleichrichterelemente nach Fig. 1 für die Einstellung einer Halb-, Misch- bzw. Vollwellenspannung sowie für die unterbrechungsfreien Übergangsschaltstufen,

Fig.8 das Prinzipschaltbild einer zwe^:ten Ausführung eines Netzanschlußgerätes mit einer unter Verwendung von zumindest sechs Gleichrichterelementen an die Sekundär,vicklung des Transformators angeschlossenen Brückengleichrichter-Anordnung,

F i g. 9 ein konstruktives Detail des Netzanschlußgerätes,

Fig. 10 die konstruktive Ausführung einer als Printplatte ausgebildeten Schaltplatte mit den jeweiligen Leitungsanschlüssen bzw. Verschaltungen gemäß dem Prinzipschaltbild nach F i g. 8.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das erfindungsgemäße Netzanschlußgerät weist wechselspannungsseitig zumindest eine Primärwicklung 1 sowie eine mit mehreren Stufen 21—28 versehene Sekundärwicklung 2 eines Transformators auf. Der eine Wechselspannungsanschluß (Schleifkontakt E) der beiden, die Gleichrichterelemente 31 bzw. 32 aufweisenden Zweige der Brückenschaltung 3 ist an die untere Stufe 21 der Sekundärwicklung 2 fest angeschlossen. Die Enden der bei Vollwellengleichrichtung an sich gemeinsam, z. B. mit der einen Stufe 28 der Sekundärwicklung 2 verbundenen, die Gleichrichterelemente 33 und 34 enthaltenden Zweige der Brückenschaltung sind gemäß F i g. 1 zunächst getrennt herausgeführt (Schleifkontakte A, D).

Die Gleichspannungsanschlüsse 38, 39 der Brückenschaltung sind gemäß Fig. 1 -7 zu Schleifkontakten G. F herausgeführt und über einen Umpolschalter 4 rrlit Ausgangsklemmen 41, 42 des Netzanschlußgerätes verbindbar.

Fig. 2 zeigt eine erste Schaltstufe, bei der das Ende des einen, von dem Gleichspannungsanschluß 39 ausgehenden Brückenzweiges an eine Stufe 25 der Sekundärwicklung angeschloss;» und das Ende des anderen, von dem Gleichspannungsanschluß 38 ausgehenden das Gleichrichterelement 33 enthaltenden Brückenzweiges der Brückenschaltung 3 abgeschaltet ist. An den Ausgangsklemmen 41, 42 des Nelzanschlußgerätes liegt bei dieser Schaltstufe eine Halbwellenspannung, deren Amplitude im wesentlichen durch die zwischen den Stufen 21 bzw. 25 der Sekundärwicklung 2 abgegriffene Wechselspannung bestimmt wird. Die Verwendung des Gleichrichtcrelements 35 anstelle des Gleichrichterelcments 34 in dem an die Stufe 25 angeschlossenen einen Brückenzweig wird ;inhand der foleenden Schaltstufen naher erläutert.

Gemäß Fig.4 ist das Ende des einen, von dem Gleichspannungsanschluß J9 ausgehenden Brückenzweiges, diesmal unter Verwendung des Gleichrichterelements 34 anstelle des Gleichrichterelements 35 nach ^r> F i g. 1. an die Stufe 28 der Sekundärwicklung 2 und das Ende des anderen, von dem Gleichspannungsanschluß 38 ausgehenden, das Gleichrichterelement 33 enthaltenden Brückenzweiges abgeschaltet. An den Ausgangsklemmen 41,42 des Netzanschlußgerätes liegt nunmehr

^!u ebenfalls eine Haibwellenspannung, d^ren Amplitude jedoch im Vergleich zu F i g. 2 aufgrund des größeren Spannungsabgriffs zwischen den Stufen 21 und 28 der Sekundärwicklung 2 angestiegen ist.

F i g. 3 zeigt nun den Übergang von der Schaltstufe gemäß F i g. 2 auf die Schaltstufe gemäß F i g. 4; dabei ist vorgesehen, daß beim Wechsel von der Stufe 25 auf die Stufe 28 der Sekundärwicklung 2 vorübergehend beide Stufen (Gleichrichterelement 35 mit Anode an Stufe 25 bzw. Gleichrichtereiement 34 mit Anode an Stufe 28) gleichzeitig angeschlossen sind. Ein Kurzschlußstrom über den zwischen den beiden vorübergehend gleichzeitig angeschlossenen Stufen 25,28 liegenden Wicklungsteil der Sekundärwicklung 2 wird durch die Reihenschaltung der in Gegenstronirichtung geschalteten Gleichrichterelemente 34, 35 verhindert. Wegen des höhereff Spannungspotentials der Stufe 28 gegenüber der Stafe 25 fließt dabei über das Gleichrichterelement 35 kein Strom von der Kathode des Gleichrichterelements 34 zur Stufe 25; dieser Zweig ist daher gestrichelt

^m gezeichnet.

Fig.5 zeigt eine sogenannte Mischwellenspannung, bei der gleichzeitig das Ende des einen, von dem Gleichspannungsanschluß 39 ausgehenden und das Gleichrichterelement 34 enthaltenden Brückenzweiges an die eine Stufe 28 und das Ende des anderen, von dem Gleichspannungsanschluß 38 ausgehenden und das Gleichrichterelement 33 enthaltenden Brückenzweiges an die weitere Stufe 25 der Sekundärwicklung 2 angeschlossen ist. An den Ausgangsklemmen 41, 42 ergibt sich eine aus der wechselweisen Folge von Halbwellen verschiedener Amplitude entsprechend dem Spannungsabgriff an den Stufen 21—25 bzw. an den Stufen 21—28 zusammengesetzte Gleichspannung.

F i g. 7 zeigt die an sich bekannte Vollwellengleichrichterschaltung, bei der beide von den Gleichspannungsanschlüssen 38 bzw. 39 ausgehenden Brückenzweige gemeinsam an die Stufe 28 der Sekundärwicklung 2 angeschlossen sind; jedoch ist bei der Schaltung nach F i g. 7 der Gleichspannungsanschluß 38 nicht über den das Gleichrichterelement 33 enthaltenden Zweig sondern über den das Gleichrichterelement 35 enthaltenden Zweig mit der Stufe 28 verbunden. Der Zweck dieser letztgenannten Schaltungsmaßnahme ergibt sich aufgrund der vorstehenden Erläuterungen zu Fig.3

ohne weiteres aus der Übergangsschaltstufe gemäß Fig.6, durch die beim Umschalten von der Schaltstufe nach F i g. 5 auf die Schaltstufe nach F i g. 7 wiederum mit geringem Schaltungsaufwand ein verlustloser und unterbrechungsfreier Übergang ermöglicht wird. In

^b0 F i g. 6 ist der von der Stufe 25 der Sekundärwicklung 2 zur Anode des Gleichrichterelements 33 geführte 'Stromzweig wiederum gestrichelt dargestelli. da in dieser Übergangsschaltstufe über das Gleichrichterelement 33 aufgrund des niedrigeren Spanniingspotentials

°' der Stufe 25 gegenüber der Stufe 28 kein Strom fließt. Wiederum wird, wie bei der Übergangsschaltung nach F i g. 3, ein Kurzschlußstrom im Wicklungsteil der Sekundärwicklung 2 zwischen den Stufen 25 und 28

aufgrund der hier angeschlossenen Reihenschaltung mit den gegensinnig geschalteten Gleichrichterelementcn 33, 35 vermieden, obwohl beide Gleichrichterelemente 33, 35 hinsichtlich ihrer Stromdurchlaßrichtung zum Gleichspannungsanschluß 38 gleichsinnig angeordnet , sind.

In vorteilhafter Weise wird, wie aus den Schaltungsbeispielen nach F i g. 2 — 7 ersichtlich, beim Wechsel von der einen auf die nächstfolgende andere Schaltstufe zur Erzielung eines unterbrechungsfreien verlustlosen Um- in schaltvorgangs mit möglichst geringem Aufwand an Gleichrichterelementen eine Reihenschaltung aus zumindest zwei in Gegenstromrichtung geschalteten Gleichrichterelementen vorgesehen, deren eines Bestandteil der freizugebenden und deren anderes r> Bestandteil der nächstfolgenden Schaltstufe ist.

Die Anzahl der Stufen der Sekundärwicklung und somit die Zahl der wechselspannungsseitig abgreifbaren Spannungsstufen kann beliebig vergrößert werden. Durch die vielfachen Verbindungsmöglichkeiten der >o beiden, von den Gleichspannungsanschlüssen 38,39 der Brückenschaltung ausgehenden Zweige mit einzelnem oder gemeinsamem Anschluß an die verschiedenen Stufen der Sekundärwicklung und die dadurch zusammensetzbaren verschiedenen Spannungsformen läßt >> sich dann ein Vielfaches an unterschiedlichen Spannungen im Vergleich zur Zahl der Stufen an der Sekundärwicklung im Sinne einer möglichst guten Feinstufung bei einem großen Stellbereich erreichen.

In diesem Sinne ist das weitere Ausführungsbeispiel jo nach Fi g. 8 mit mehreren Stufen 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27,28 der Sekundärwicklung 2 versehen. Zusätzlich sind im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach dem ersten Prinzipschaltbild gemäß F i g. 1 bei dem Prinzipschaltbild nach F i g. 8 zumindest sechs Gleichrichterelemente 31 —37 vorgesehen. Dazu führt der eine, von dem Gleichspannungsanschluß 38 ausgehende Zweig zu zwei parallelliegenden, gleichsinnig angeordneten Gieichrichterelementen 33, 36 und der andere von dem Gleichspannungsanschluß 39 ausgehende Zweig zu zwei ebenfalls zueinander gleichsinnig, jedoch hinsichtlich ihrer Stromdurchlaßrichtung zu den beiden Gleichrichterelementen 33, 36 gegensinnig angeordneten Gleichrichterelementen 34,37. Die Gleichspannungsanschlüsse 38,39 sind zu Schleifkontakten F, G geführt, die über einen hier nicht dargestellten Umpolschalter mit Ausgangsklemmen 41, 42 des Netzanschlußgerätes verbindbar sind. Die verschiedenartig getrennten oder gemeinsamen Verbindungen zwischen den Zweigen der Brückenschaltung 3 und den Stufen 22—28 der Sekundärwicklung 2 bei festem Anschluß des einen Wechselspannungsanschlusses (Schleifkontakt E) der Brückenschaltung 3 mit der Stufe 21 gemäß der Schaltung nach Fig.8 sind in dem Beiblatt: »Netzanschlußgerät-Einstellungen« hinsichtlich ihrer Kontaktverbindungen und ihrer Spannungsformen ausführlich dargestellt Wie bei den eingehenden Erläuterungen nach dem Prinzipschaltbild zu Fig. 1 ergeben sich auch bei den in dem Beiblatt dargestellten Verbindungen verlustlose und iinterbreehtingsfreie Übergangsschaltvorgänge.

Fi g. 9, IO zeigen in konstruktiver und schallungstcchnischer Hinsicht wie unter Verwendung eines an sich durch das DE-GM 75 03 470 bekannten Netzanschlußgerätes mit einer um eine Achse 9 drehbaren, zumindest die Gleichrichterelemente und mit diesen verbundene Schleifkontakte A-G aufnehmenden Tragplatte 6 sowie einer festen Schaltplatte 7 mil von den Schleifkontakten A-G beim Drehen der Tragplatte 6 achskonzentrisch kontaktierbaren Kontaktbahnen lediglich durch Drehen der Tragplatte um die Achse 9 die verschiedenen Spannungsstufen und Spannungsformen gemäß der Anordnung der Stufen und Gleichrichterelemente nach Fig. 8 und Fig. 10 einstellbar sind.

F i g. 9 zeigt in einem Teilausschnitt die um die Achse 9 drehbare Tragplatte 6, auf der ein Gleichrichterelement 34 gelagert und mit einem Schleifkontakt D elektrisch verbunden ist; der Schleifkontakt D wird durch eine Feder 8 auf eine Kontaktbahn 23 auf der festen Schaltplatte 7 gedrückt. In ähnlicher Weise sind sämtliche in F i g. 8 angegebenen Gleichrichterelemente 31—34; 36, 37 auf der Tragplatte 6 gehaltert und ihre wechselspannungsseitigen Einspeisungen entsprechend Fig.8 mit Schleifkontakten A-D verbunden. Die Gleichspannungsanschlüsse 38, 39 der Brückenschaltung 3 sind mit ebenfalls in der Tragplatte 6 gehaltenen Schleifkontakten F, G verbunden.

Die Schleifkontakte A — Obzw. F, G kontaktieren mit Schleifbahnen auf der festen Schaltplatte 7. Die einzelnen als gedruckte Schaltung aufgetragenen Schleifbahnen sind mit den Stufen 21—28 der Sekundärwicklung zur Wechselspannungs-Zuführung und mit den Ausgangsklemmen 41, 42 zur Gleichspannungs-Abnahme verbunden und im übrigen derart angeordnet, daß beim achskonzentrischen Beschleifen durch die Schleifkontakte A-D bzw. F, G die verschiedenen Verbindungen zwischen dem Wechselspannungseingang, der umschaltbaren Brückenschaltung und dem Gleichspannungsausgang hergestellt werden. In F i g. 10 sind gestrichelt die die Schaltplatte 7 kontaktierenden, in der Tragplatte 6 gehaltenen Schleifkontakte A-D bzw. F, G in der neutralen Null-Stellung des Netzanschlußgerätes.

Es ist ersichtlich, daß die in Fig.8 im Mittelteil zwischen den linksseitigen Schleifkontakten A—E und den rechtsseitigen Schleifkontakten F, G angeordneten Bauteile in vorteilhafter Weise auf der Tragplatte 6 gelagert und die im rechten und im linken äußeren Teil der F i g. 8 dargestellten Stufen und Verbindungen auf der Schaltplatte 7 in vorteilhafter Weise derart achskonzentrisch angeordnet sind, daß sich eine Vielzahl von über einen großen Bereich feinstufig regelbaren und unterbrechungs- und verlustfrei umschaltbaren Spannungsstufen durch Drehen der Tragplatte 6 um die Achse 9 erzielen und von den beiden, über die inneren halbkreisförmigen, mit der Anschlußklemme 41 bzw. 42 verbundenen Schleifkontakten G, F abgreifen läßt

Hierzu 3 Blatt Zcichnunecn

Ergänzungsblatt zur Patentschrift 28 13 774

Int. CL: A 63 H 19/24

Veröffentlichungstag: 21. Oktober 1982

Netzanschlußgeriit-Einstellungen (bezogen auf Fig. 8 bzw. Fig. 10)

Rontaktverbindung

Spannungs- Ausgang abgriff Gleichrichter Eingang Gleichr.-Ausgang Trafo

B-27 C-28 B-28 C-28

Spannungsform

Ausgang Gleichrichter

Umpolschalter links

rechts

Halbwelle

Mischwelle Mischwelle Mischwelle Mischwelle Mischwelle Vollwelle

Mischwelle Voll welle

Claims

Patentansprüche:

1. Neizanschlußgerät für mit Gleichstrom betriebene elektrische Spielzeug- und Modelleisenbahnen -. mit einem Transformator und einer an Anzapfpunkten der Transformator-Sekundärwicklung anschließbaren Gleichrichteranordnung, die zur Einweg- und Vollweggleichrichterschaltung umschaltbar ist und der die Speisewechselspannung über eine um eine i< > Achse drehbare, mit Schleifkontakten versehene Stellvorrichtung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stufen-Transformator (1, 2) verwendet ist, an dessen sekundärseitigen Stufen (21-28) die Gleichrichterelemen'e (31—37) im Sinne einer Halb-, Misch- ode-· Vollwellengleichrichtung und entsprechend der Zahl der Stufen (21 —28) veränderbarer Spannung anschließbar sind, und daß zum unterbrechungslosen Wechsel zwischen den Schaltstufen eine um die Achse (9) drehbare, zumindest die Gleichrichterelemente (31—37) und mit diesen verbundene Schleifkontakte (A — G) aufnehmende. Tragplatte (6) vorgesehen und die Schleifkontakte (A-G) achskonzentrisch mit Kontaktbahnen auf einer festen Schaltplatte (7) kontaktierbar sind, die mit den Stufen (21—28) verbunden sind, derart daß bei jedem Wechsel von der einen auf die nächstfolgende andere Schaltstufe vorübergehend beide Schaltstufen gleichzeitig anschließbar sind und zwischen diesen beiden Schalt- jo stufen eine Reihenschaltung aus zumindest zwei in Gegenstromrichtung geschalteten Gleichrichterelementen vorgesehen ist.

2. Netzanschlußgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Halbwellengleichrichtung js nur jeweils einer der beiden zu einem Wechselspannungsanschluß einer Gleichrichter-Brückenschaltung führenden Brückenzweige mittels der drehbaren Tragplatte (6) mit unterschiedlichen sekundärseitigen Stufen (21—28) des Transformators verbindbar ist.

3. Netzanschlußgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mischwellengleichrichtung jeweils jeder der beiden zu einem Wechselspannungsanschluß einer Gleichrichter-Brückenschaltung führenden Brückenzweige mittels der drehbaren Tragplatte (6) je für gleichzeitig mit unterschiedlichen sekundärseitigen Stufen (21—28) des Transformators verbindbar ist.

4. Netzanschlußgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den in der Reihenschaltung in Gegenstromrichtung geschalteten Gleichrichterelementen das eine Bestandteil der freizugebenden und das andere Bestandteil der nächstfolgenden Schaltstufe ist (F i g. 3,6).