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Gerät zur Regelung von Spannungen zum Betrieb
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von Vorrichtungen zum Erzeugen von Rauch oder Dampf für Spielzeuge,
insbesondere Modelleisenbahnen.
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Regelung von Spannungen im Bereich
von ca. 4 bis ca. 30 V zum Betrieb von Vorrichtungen zum Erzeugen von Rauch oder
Dampf für Spielzeuge, insbesondere Modell eisenbahnen, durch Verdampfen einer chemischen
Verdampfungsflüssigkeit mit Hilfe eines elektrischen Heizwiderstandes, der auf einem
in die Verdampfungsflüssigkeit eintauchenden, als Kapillare ausgebildeten Steigrohr
aufgebracht oder innerhalb des Steigrohres angeordnet ist.
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Es sind verschiedene Ausführungsformen von Dampferzeugungsvorrichtungen
für Spielzeuge bekannt. Derartige auf der diskontinuierl ichen Verdampfung einzelner
Flüssigkeitsbläschen beruhende Dampferzeugungsvorrichtungen werden beispielsweise
in Schornsteine von Lokomotiven von Modelleisenbahnen oder in Spielzeughäuser eingesetzt.
Da die Dampfwolken stossweise und unter puffendem Geräusch aus der Kapillare austreten,
wird eine gute Annäherung an das Vorbild einer stossweisen Dampfwolkenbildung der
Grosstechnik erreicht.
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Bei der Ausführungsform nach der DE-PS 1 077 587 ist der Heizwiderstand
auf dem kapillaren Steigrohr aus hitzebeständigem Material herumgewickelt. Zur besseren
Wärmeausnutzung sind auch Ausführungsformen bekanntgeworden, bei welchen der Heizwiderstand
im Innern des Steigrohres, in welchem die Verdampfungsflüssigkeit durch kapillare
Wirkung aufsteigt, hindurchgeführt wird. Da die Spielzeugteile in der Regel aus
Kunststoff bestehen, ist es erforderlich, die Dampferzeugervorrichtung mit wärmeisollerendem
Material zu umgeben.
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Bei den bisherigen Dampferzeugervorrichtungen tritt die Dampfentwicklung
erst dann ein, wenn die Spielzeuglokomotive mindestens eine mittlere Fahrgeschwindigkeit
erreicht hat. Die Zeitdauer der Rauchentwicklung ist dadurch sehr gering. Zur Erhöhung
der Rauchentwicklung müsste mit höherer Spannung gefahren werden. Es zeigt sich
jedoch, dass die Höchstgrenze der Belastbarkeit bei ca 26 V liegt, die schon zur
Zerstörung der Dampfentwicklervorrichtung führen kann. Auch können sich bei derartigen
hohen Spannungsbereichen beim Absieden der chemischen Verdampfungsflüssigkeit Rückstände
bilden, die zu Obergangswiderständen führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung der Spannung
von Dampferzeugervorrichtungen für Spielzeuge vorzusehen. Um diese zu ermöglichen,
sind extreme Bedingungen einzuhalten, die eine solche Regelung voqvorneherein problematisch
machen. Bei der Regelung ist daher von folgenden Randbedingungen auszugehen: a)
die Mindestspannung liegt bei 4 bis 5 V, b) die Höchstspannung liegt bei ca. 30
V für maximal 10 sec., c) ab ca. 12 V soll eine rückläufige Tendenz der Rauchentwicklung
zum Schutz der Dainpferzeugervorrichtung gewährleistet sein,
d)
das gesamte Regelgerät soll einen maximalen Raumbedarf von ca. 2,5 cm Seitenabmessungen
nicht überschreiten, damit es in die Spielzeuge, z.B. Modell eisenbahnen, eingebaut
werden kann, e) die Kosten des Regelteils müssen in einer angemessenen Relation
zu den Kosten der Dampferzeugervorrichtung liegen, d.h., sie dürfen den Einbau der
Dampferzeugervorrichtung nicht wesentlich verteuern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Gerät der einganys genannten
Art erfindungsgemäss vorgesehen, dass das Regelgerät einen Schwellwertschalter und
ein dem Heizwiderstand vorgeschaltetes elektronisches Schaltglied enthält, durch
das eine E-ffektivspannung am Heizwiderstand von ca. 6 V nicht überschritten wird.
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Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbelspiel ist der Schwellwertschalter
als Schmitt-Trigger ausgebildet.
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Dabei besteht das elektronische Schaltglied vorzugsweise aus einem
Transistor, der so angesteuert wird, dass an der Kolektor-Basis-S-trecke eine geringe
Restspannung verbleibt und die Kennlinie so bemessen ist, dass über einen Spannungsbereich
von ca. 6 bis 35 V die Leistung konstant gehalten ist.
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Durch diese Elemente ist eine überlastungssichere Schaltung gewährleistet,
die es ermöglicht, die Bauteile auf kleinstem Raum innerhalb eines Moduls der vorstehend
genannten Grösse unterzubringen. Die Verlustleistung kann sehr gering gehalten werden.
Es entsteht praktisch keine Wärmeentwicklung, sodass das Regelteil in einem Gehäuse
aus Kunststoff sicher untergebracht werden kann.
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In dem anliegenden Schaltbild ist ein Ausführungsbeispiel des Regel
teils wiedergegeben, mit welchem sich die oben beschriebene Lösung realisieren lässt.
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Die an den Klemmen x, y liegende Eingangsspannung, die bei einer Modelleisenbahn
an den Schienen anliegt und beispielsweise als pulsierender Gleichstrom ankommt,
wird in einer Brücken-Gleichrichterschaltung G gleichgerichtet und im Kondensator
C1 geglättet. Der an Masse 0 und der Leitung z liegende Heizwiderstand des Dampferzeugers,
dessen Eingangsspannung zu regeln ist, ist mit H gekennzeichnet.
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An die Leitung z ist ein als Halbleiter ausgebildetes elektronisches
Schaltglied T angeschlossen. Die diesem vorgeschalteten Widerstände R1 und R2 bewirken
als Spannungsteiler eine geeignete Begrenzung des Steuerstroms. Der Halbleiter T
wird so angesteuert, dass an der Kollektor-Basis-Strecke eine geringe Restspannung
verbleibt.
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Die Ansteuerung des Schaltgliedes T erfolgt durch einen Schmitt-Trigger
T1 und T2. Mit den Potentiometern R3 und R5 wird der Schmitt-Trigger justiert. Die
Bemessung dieser Widerstände bestimmen den Einschaltpunkt und die Hysterese des
Schmitt-Triggers. Mit R4 ist ein weiterer Arbeitswiderstand für den Transistor T1
bezeichnet.
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Die Ankopplung an den Schmitt-Trigger erfolgt über eine Zenerdiode
Z, die bei Erreichen eines bestimmten Spannungswertes dem Trigger den Strom zuführt,
wobei der Kondensator C2 ein zeitliches Verzögerungsglied darstellt. Dem Heizwiderstand
H ist ein Widerstand R6 vorgeschaltet, der die Regel zeitkonstante bestimmt, d.h.
die Frequenz beeinflusst, mit der der Zweipunktregler schaltet und dabei die Heizspannung
ein- und ausschaltet.
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Nachfolgend werden als Beispiel die Werte bzw. Kennummern der beschriebenen
Bauelemente wiedergegeben: Brückengleichrichter: 4 x 1 N 4002, C1: 3,3 fF (50 V),
Halbleiter T: z Tx 750, Schmitt-Trigger T1: BC 550 B, Schmitt-Trigger T2: BC 337
B, R1: 1 k R2: 150 inL R3: 120 k R4: 12 k ~C; R5: 3,9 k ITL R6: 12 k IT; C2: 47
nF, Zenerdiode: Z 4,7.
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Versuche haben gezeigt, dass durch die beschriebene Schaltung die
vorstehend aufgeführten Bedingungen optimal erfüllt werden.
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Der Dampferzeuger ist sicher vor Oberspannungen geschützt, ohne dass
Wärmeverluste auftreten. Die gewünschte Effektivspannung wird über den gesamten
Regel bereich konstant gehalten. Der Betrieb des Dampfentwicklers ist wesentlich
verbessert worden, da der Dampfbeginn sofort mit dem Einschaltvorgang einsetzt,
bevor die Lokomotive anläuft. Die Bauelemente sind in einem kleinen Modul unterzubringen,
der zweckmässig in Giessharz ausgeführt wird. Die Kunststoffgehäuse der Modelleisenbahn
sind nicht mehr gefährdet, da keine starke Wärmeentwicklung mehr auftritt. Die Leistung
am Heizwiderstand wird konstant gehalten, da die Effektivspannung exakt eingehalten
wird.
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