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Beschreibung
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Spannungsversorgung für eine Modelleisenbahn oder dergleichen Die
Erfindung betrifft eine Spannungsversorgung für eine Modelleisenbahn oder dergleichen.
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Bei bekannten Modelleisenbahnen erfolgt die Spannungsversorgung direkt
von der Sekundärwicklung eines an das Netz angeschlossenen Transformators, wobei
die Spannung zum Beispiel mittels eines Schleifkontaktes direkt von den Windungen
der Sekundärwicklung abgegriffen wird und auf diese Weise von Null bis zur maximalen
Höhe der Sekundärspannung veränderbar ist. Zwischen dem Ausgang einer solchen Spannungsversorgung
und dem zu versorgenden Verbraucher, in der Regel dem Motor einer im Vorwärts- und
Rückwärtslauf zu betreibenden Lokomotive, treten in der Praxis zahlreiche Übergangswiderstände
auf, beispielsweise an den Verbindungsstellen der Schienen, an den Aufliegepunkten
der Lokomotivräder auf
den Schienen, am Kollektor des Motorswusw.
Zur Überwindung dieser Übergangswiderstände bedarf es einer Spannung bestimmter
Höhe. Im praktischen Betrieb hat dies zur Folge, daß es unmöglich ist, die Lokomotive
einer Modelleisenbahn mit einer von Null an langsam steigenden Geschwindigkeit anfahren
zu lassen. Vielmehr läßt sich nur ein ruckartiges Anfahren mit einer von Null erheblich
verschiedenen Geschwindigkeit erzielen, nämlich dann, wenn die an der Sekundärwicklung
eingestellte Spannung ausreichend hoch ist, um die erwähnten Übergangswiderstände
zu überwinden.
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Da die unvermeidlichen Ubergangswiderstände das Auftreten einer ausreichend
hohen Spannung am Motor der Lokomotive bei deren Anfahren zunächst verhindern, kann
der geschilderte Mangel nicht durch eine an sich denkbare "Phasenanschnittssteuerung"
behoben werden, weil auch hierbei die angeschnittenen Spannungen mit Bezug auf die
Übergangswiderstände zu niedrig sind ued somit das gleiche Problem wie bei direktem
Abgriff der Spannung von der Sekundärwicklung eines Transformators vorliegt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Spannungsversorgung für eine Modelleisenbahn
oder dergleichen vorzuschlagen, bei welcher Übergangswiderstände ohne Einfluß sind
und insbesondere ein langsames, stetiges Anlaufen eines Motors einer Lokomotive
oder dergleichen möglich ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spanrungsversorgung
durch eine gepulste, im wesentlichen konstante Gleichspannung erfolgt, derenImpulsbreite
durch ein Schaltglied veränderbar ist.
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Die Erfindung ist also darin zu erblicken, daß die Spannungsversorgung
mit einer Gleichspannung von stets konstanter Höhe arbeitet, so daß diese trotz
vorliegender Übergangswiderstände praktisch stets voll an einem zu speisenden Motor
anliegt.
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Durch Veränderung der Impulsbreite erzeugt man allmählich Spannungs-
oder Stromimpulse ausreichender Leistung, so daß der Motor mit einer von Null an
sich langsam und stetig steigernden Geschwindigkeit laufen kann.
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Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch gepulste Gleichspannungen konstanter Höhe mit variierender Impulsbreite;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgung; Fig. 3 und
4 schalttechnische Einzelheiten bestimmter Glieder des Blockschaltbildes in Fig.
2 Wie eingangs bereits erwähnt, beruht das Wesen der Erfindung darauf, bei einer
Modelleisenbahn oder dergleichen eine gepulste, im wesentlichen konstante Gleichspannung
zu verwenden, deren Impulsbreite durch ein Schaltglied veränderbar ist.
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Wenn in der üblichen Weise die Stromzuführung zu einer Lokomotive
der Modelleisenbahn über die Schienen erfolgt, wird also eine solche Spannung den
Schienen zugeleitet. Fig. 1 zeigt Beispiele einer gepulsten Gleichspannung von konstanter
Höhe mit unterschiedlicher Impulsbreite. Auf der Ordinate ist
die
Spannung U, auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen. Die Impulshöhe liegt konstant
bei 10 V. In Fig. 1 links sind beispielsweise drei Impulse mit minimaler Dauer oder
Breitedargestellt. Wenn Impulse dieser Breite am Motor der Lokomotive anliegen,
erzeugen sie zu wenig Leistung, um den Motor zum Rotieren zu bringen. Es zeigt sich
jedoch, daß bei Beschickung des Motors mit Gleichstromimpulsen der in Fig. 1 links
dargestellten Art der Rotor bereits im Takt der Impulsfrequenz zu vibrieren beginnt,
wodurch das Anlaufen erheblich erleichtert ist. Vergrößert man die Breite der Impulse
allmählich auf einen Wert, der in Fig. 1 in der Mitte dargestellt ist, so beginnt
der Motor mit einer von Null nur äußerst wenig verschiedenen Geschwindigkeit anzulaufen
und die Lokomotive setzt sich allmählich und ohne Anrucken in Bewegung. Bei weiterer
Steigerung der Impulsbreite - vgl. in Fig. 1 die drei rechts gezeichneten Impulse
- kann die Motorgeschwindigkeit stetig bis zur maximal möglichen Drehzahl gesteigert
werden.
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Die zu wählende Impulsfrequenz hängt von den Gegebenenheiten der zu
betreibenden Modelleisenbahn, d. h. von den Motordaten, den zu überwindenden Trägheitskräften
usw. ab. Bei sogenannten Miniatur-Modelleisenbahnen, wie sie als kleinste Ausführungsformen
solcher Eisenbahnen derzeit auf dem Markt sind, (beispielsweise das Fabrikat "Mini-Club"
der deutschen Firma MärZklin) hat sich ein Frequenzbereich etwa zwischen 30 und
200 Hz, insbesondere etwa Go Hz als vorteilhaft erwiesen Da die Lokomotive einer
Modelleisenbahn vorwärts und rückwärts fahren soll, ist vorgesehen, die Spannung
U in Abhängigkeit von der gewünschten Fahrtrichtung bedarfsweise umzupolen. Hierfür
sind in der für die Erzeugung der in Fig. 1 dargestellten Impulsfolgen entsprechende
Polumkehr-Schaltglieder vorgesehen.
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Fig. 2 zeigt schematisch ein Blockschaltbild einer zur Erzeugung von
Impuisfolgen gemäß Fig. 1 geeigneten Schaltanordnung.
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1 ist ein Gleichrichter, dem über Zuleitungen 2 eine Wechselspannung
von beispielsweise 50 Hz und 12 bis 19 V zugeleitet wird. Dem Gleichrichter 1 schließen
sich ein Spannungsstabilisator 3 und ein Strombegrenzer 4 an. Die erzeugte Gleichspannung
wird beispielsweise auf 10 V stabilisiert, der Strom auf 0,5 A begrenzt. Zwei Leitungen
5, 6 aus dem Strombegrenzer 4 münden in einen Polumkehrschalter 7, mit dessen Hilfe
die Polarität der austretenden Gleichspannung am Ausgang 10 der Schaltanordnung
gewechselt werden kann, wie dies für den Vorwärts- oder Rückwärtslauf der Lokomotive
einer Modelleisenbahn erforderlich ist. An den Polumkehrschalter schließt sich ein
Taktgeber 8 an, der mit einer Endstufe 9 verbunden ist. Der Taktgeber 8 enthält
Schaltglieder, durch welche die Impulsfrequenz (Fig. 1) festgelegt ist. Die am Ausgang
10 der Endstufe 9 austretende Spannung hat die Gestalt von Rechteckimpulsen, wie
in Fig. 1 dargestellt. Mit dem Taktgeber 8 verbunden oder in diesen inkorporiert
ist ein veränderbares Schaltglied vorgesehen, welches vorzugsweise als Potentiometer
11, beispielsweise Schiebepotentiometer ausgebildet ist. Das Betätigungsglied, zum
Beispiel der Schieber des Potentiometers 11 dient gleichzeitig als Betätigungsglied
des Polumkehrschalters 7.
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Bei einer praktischen Ausführungsform des Potentiometers 11 liegt
ein Schieber normalerweise in einer in der Mitte des Schiebebereichs liegenden Nullstellung.
Bei geringfügiger Verschiebung des Schiebers nach links oder rechts erfolgt die
dem gewünschten Vorwärts- oder Rückwärtslauf einer Lokomotive entsprechende Polarisierung
der Spannung am Ausgang 10.
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Bei weiterer Verschiebung des Schiebers steigt allmählich und stetig
die Impulsbreite entsprechend Fig. 1, bis sich die Lokomotive in der gewünschten
Richtung langsam und ohne plötzliches Anrucken allmählich in Bewegung setzt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Polumkehrschalter
ausgehend vom Betätigungsglied des Potentiometers 11 mit Hilfe eines zwischengeschalteten
Relais oder einer an sich bekannten elektronischen Schaltung gesteuert.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten möglicher Ausführungsformen Vor
Bausteinen der Schaltanordnung entsprechend Fig. 2.
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Die Schaltbilder gemäß Fig. 3 und 4 sind aufgrund der voranstehenden
Ausführungen ohne weiteres aus sich heraus verständlich. In Fig. 3 sind links Schaltelemente
des Gleichrichters 1 und des Spannungsstabilisators 3 dargestellt. Eine Zener-Diode
21 dient zur Ableitung von Spannungsspitzen. Das Schaltelement 22 ist ein an sich
bekannter "IC" (integrierter Schaltkreis).
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Am Widerstand 23 erfolgt die Strombegrenzung auf den gewünschten,
fest einstellbaren Wert.
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Fig. 4 zeigt links Einzelheiten des Taktgebers 8 und rechts Einzelheiten
der Endstufe 9, an welche ein Verbraucher RL, zum Beispiel der Lokomotivenmotor
einer Modelleisenbahn, angeschlossen ist. Der Taktgeber 8 liefert eine gepulste
oder getaktete Gleichspannung, die kleiner als 10 V ist. Durch die beiden Kondensatoren
24 und 25 (beispielsweise je 0,06 o F) ist die Impuls- oder Taktfrequenz festgelegt.
Mit Hilfe des Potentiometers 11 wird die Impulsbreite verandert. Mit dem Potentiometer
ist in der beschriebenen, nicht eigens dargestellten Art und Weise der Polumkehrschalter
verbunden. Die in Fig. 4 rechts gezeichnete Endstufe wird vom Taktgeber (in Fig.
4 links) gesteuert. Die Endstufe liegt an sich stets auf + 10 V. Der Taktgeber unterbricht
aber die Stromzuführung zur Endstufe im gewünschten Takt und mit der gewünschten
Impulsbreite.
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Da bei der erfindungsgemäßen Spannungsversorgung der Betrieb einer
Modelleisenbahn oder dergleichen ständig mit einer konstanten Spannung von beispielsweise
10 V erfolgt, wird der weitere Vorteil erzielt, dass auftretende Übergangswiderstände,
wie sie beispielsweise durch kleine Staubkörner zwischen den Verbindungsteilen der
Schienen oder zwischen Schiene und Rädern der Lokomotive hervorgerufen werden können,
leichter überbrückt werden. Der Zug einer Modelleisenbahn mit erfindungsgemäßer
Spannungsversorgung bleibt also auch insbesondere bei langsamer Fahrt nicht mehr
wie bisher unterwegs plötzlich stehen.
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L e e r s e i t e