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Fahrpult zur Steuerurg der Fahr-
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spannung von Modellbahnzügen Die Erfindung betrifft ein Fahrpult
zur Steueruw der Fahrspannung von Modellbahnzügen gemäß Oberbegriff des Anspruches
1.
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Bei bekannten Fahrpulten wird mittels des Fahrtreglers eine Spannung
fest eingestellt, die zum Betrieb eines Modellbahnzuges auf das Gleisnetz gegeben
wird. Es hat sich nun gezeigt, daß - inbesondere bei längeren Modellbahn züge -
die Fahrtgeschwindigkeit wesentlich von den topographischen Gegebenheiten der Anlage
abhängig ist So wird der Modellbahnzug am Berg - bei gleich eingestell,rr Fahrspannung
- aufgrund der höheren Belastung beträchtlich langsamer, während er bei Talfahrt
eine erhebliche Geschwindigkeit aufnimmt und unter Umständen entgleist, wenn die
Fahrspannung nicht manuell zurückgenommen wird. Dieses wenig modellgetreue Verhalten
bei Modellbahnzügen kann man nur durch dauernde manuelle Änderung der Fahrspannung
abschwächen, jedoch nie vollständig ausschalten. Die an bekannten Fahrpulten eingestellte
Fahrspannung ist immer nur mittelbar ein Maß für die Geschwindigkeit, da diese noch
von der Belastung der Zugmaschine abhängig ist.
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Da die Modellbahnanlagen mittels elektronischer Zusatzgeräte zunehmend
teil- oder auch ganz automatisiert werden, sind manuelle Eingriffe am Fahrpult zur
Erzielung einer modellbahngetreuen Geschwindigkeit äußerst lästig und mindern die
Möglichkeiten eines modellbahngetreuen Betriebes erheblich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrpult zu schaffen,
an dem die Fahrgeschwindigkeit eines Modellbahn zuges fest vorgegeben werden kann
und diese vorgewählte Fahrgeschwindigkeit unabhängig von der Belastung der Zugmaschine
weitgehend modellbahngetreu eingehalten wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Durch die Regeleinheit wird bei ansteigendem Laststrom der arithmetische
Mittelwert der als Impuls folge aufgegebenen Fahrspannung erhöht, während bei einem
Sinken des Laststroms der arithmetische Mittelwert der Fahrspannung erniedrigt wird,
so daß der Modellbahnzug unabhängig von den topographischen Gegebenheiten eine weitgehend
gleichmäßige Fahrtgeschwindigkeit aufweist.
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Die Regeleinheit besteht vorteilhafterweise aus einem parallel zu
den Ausgangsklemmen angeordneten kapazitiven Bauteil, wobei die an diesem Bauteil
angreifbare lastabhängige Regelspannung sowie die durch den Fahrtregler vorgewählte
Steuerspannung einem Vergleicher zugeführt ist, dessen vergleichsabhängiges Ausgangssignal
das Tastverhältnis der Impuls folge und somit den arithmetischen Mittelwert der
Fahrspannung bestimmt. Durch das zwischen den Ausgangsklemmen liegende kapazitive
Bauteil, das
sich während der Impulspausen jeweils entlädt, wird
an den Ausgangsklemmen während der Impulspausen nahezu konstant eine Minimalspannung
anliegen, die die Reihenschlußmotoren der Modellbahnzüge vormagnetisiert, so daß
der Anteil der frequenten Wirbelströme erniedrigt und somit ein geräuschärmerer
Betrieb der Zugmaschinen möglich ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind in Reihe mit der
Last zwei hintereinander liegende, in Durchlaßrichtung geschaltete Dioden angeordnet,
wobei die an ihnen abfallende Spannung als Speisespannung einem Beleuchtungskörper
zugeführt ist. Auf diese Weise erhält man eine von der Fahrspannung unter Belastung
weitgehend unabhängige Beleuchtung des Modellbahnzuges, die somit sehr modellgetreu
ist.
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Vorteilhafterweise sind neben der Regeleinheit eine Anfahrbremsverzögerungseinheit,
ein Zeitgeber, eine Umschalteinrichtung sowie ein mechanischer Impulsgeber mit der
Fahrpulteinheit derart gekoppelt, daß die gesamte Elektronik im Gehäuse des Fahrpultes
angeordnet werden kann. Ein derartiges Fahrpult weist vorteilhafterwelse ein Bedienungsfeld
auf, das die Oberseite des die Elektronik aufnehmenden Gehäuses bildet und sämtliche
Bedienungselemente zur Betätigung der Grundfunktion sowie der Sonderfunktionen enthält.
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Das Bedienungsfeld des Fahrpultes ist vorteilhafterweise so aufgeteilt,
daß in der unteren Hälfte der Stellknopf für den Fahrtregler vorgesehen ist, wobei
der Stellknopf den Taster für den Umschalter bildet, und daß die obere Hälfte in
waagerecht gleich breite Streifen aufgeteilt ist, wobei in dem oberen Streifen Stellknöpfe
zur Betätigung der regelbaren Widerstände für die Anfahr-und Bremsverzögerungseinheit
und den Zeitgeber
und im unteren Streifen die Taster für die Schalter
angeordnet sind. Die Taster liegen somit unmittelbar im Griffbereich der bedienenden
Hand, so daß ggf. kurzfristig Sonderfunktionen zu- oder abgeschaltet werden können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 den Schaltplan des erfindungsgemäßen
Fahrpultes, Fig. 2 ein Impulsdiagramm zur Erzeugung der die Fahr spannung bildenden
Impuls folge, Fig. 3 eine Draufsicht auf das Bedienungsfeld des erfindungsgemäßen
Fahrpultes.
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Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung wird über die Eingangsklemmen 1 und
2 an eine Wechselspannung Uv gelegt, die im Ausführungsbeispiel -ca. 16 Volt beträgt.
Zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 liegt ein Entstörkondensator C1 sowie ein Ladekondensator
C2.
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Im positiven Zweig der Eingangsklemme 1 liegt zwischen dem Entstörkondensator
C1 und dem Ladekondensator C2 eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D1.
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Parallel zum Ladekondensator C2 liegt eine Reihenschaltung aus den
Widerständen R1 und R2, deren gemeinsamer
Verbindungspunkt das
Nullpotential für die Elektronik darstellt. Weiterhin liegen parallel zum Ladekondensator
C2 eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R18 und einem aus einem veränderbaren
Widerstand bestehenden Fahrtregler P1 sowie eine Reihenschaltung aus den Widerständen
R3 und R4. Der Potentiometerabgriff des Fahrtreglers P1 ist über einen Widerstand
R17 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 9 der Widerstände R3 und R4 verbunden.
Das durch den Fahrtregler P1 am Verbindungspunkt 9 vorwählbare Potential wird als
Steuerspannung einem vergleichenden Operationsverstärker 4 zugeführt, dessen Ausgangs
signal eine der Stellung des Fahrtreglers P1 entsprechende Fahr spannung erzeugt.
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Die am Verbindungspunkt 9 abgegriffene Steuerspannung wird dem positiven
Eingang 3a eines verstärkenden Vergleichers 3 zugeführt, der Bauteil einer Regeleinrichtung
100 ist. Diese besteht des weiteren aus einer zu den Ausgangsklemmen 1' und 2' parallel
liegenden Reihenschaltung aus einem Ladekondensator C7, einem Widerstand Ri5 sowie
einer Zenerdiode ZD1. Der Ladekondensator C7 liegt mit seinem negativen Pol unmittelbar
an der Ausgangsklemme 2', die mit der Eingangsklemme 2 verbunden ist. Dem Negativeingang
3b des Vergleichers 3 ist eine am positiven Pol des Ladekondensators C7 abgreifbare
Regelspannung über einen ohmschen Widerstand R9 zugeführt. Diese Regelspannung ist
abhängig von der zwischen den Ausgangsklemmen 1' und 2' wirkenden Last L. Der Negativeingang
3b des Vergleichers ist weiterhin über einen Integrationskondensator C5 und einen
zu ihm parallel liegenden Widerstand R6 mit dem Ausgang 3c des verstärkenden Vergleichers
3 gegengekoppelt, wobei der positive Pol des Integrationskondensators C5 mit dem
Ausgang in Verbindung steht. Weiterhin ist der Negativeingang 3b über einen Widerstand
R5 mit der positiven Eingangsklemme 1 verbunden.
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Der Ausgang 3c des verstärkenden Vergleichers 3 ist dem Positiveingang
4a des Operationsverstärkers 4 aufgeschaltet, dessen Negativeingang eine von einem
Impulsgenerator 5 konstanter Frequenz erzeugte Dreieck- bzw.
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Sägezahnspannung zugeführt ist. Am Ausgang 4c des Operationsverstärkers
4 wird eine Impuls folge fester Frequenz abgegeben (d. h. fester Periodendauer),
dessen Tastverhaltnis r von der Größe des Signals as, Eingang 4a des Operationsverstärkers
4 abhängig ist.
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Die Funktion des Operationsverstärkers 4 sei anhand der Fig. 2 erläutert.
Das vom Impulsgenerator 5 erzeugte Dreiecksignal A hat eine feste Frequenz (T =
konstant).
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Das vom verstärkenden Vergleicher 3 abgegebene Ausgangssignal B ist
ein Analogsignal variabler Größe. Vor dem Zeitpunkt t0, also zum Zeitpunkt ti, hat
das Analogsignal einen Wert von z. B. 4 Volt. Der Operationsverstärker 4 ist so
geschaltet, daß bei einem Momentanwert des Dreiecksignals von weniger als 4 Volt
ein Ausgangssignal von weitgehend konstantem Pegel erzeugt wird, während bei einem
Momentanwert des Dreiecksignals A von mehr als 4 Volt das Ausgangssignal Null- ist.
Am Ausgang 4c des Verstärkers 4 ergibt sich daher bis zum Zeitpunkt t0 eine Impulsfolge
C, deren Tastverhältnis t durch das Verhältnis TI1 : TP1 bestimmt ist. Wird z. B.
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aufgrund einer Erhöhung der Steuerspannung am Fahrtregler P1 das Analogsignal
B zum Zeitpunkt t0 erhöht, so wird wie in der oben beschriebenen Weise wiederum
die Impulsfolge C erzeugt, deren Tastverhältnis nunmehr durch T12 : Tp2 bestimmt
ist. Durch die Veränderung des Ausgangssignals B am Ausgang 3c des Vergleichers
3 wird somit unmittelbar das Tastverhältnis der Impulsfolge C bestimmt, die aufgrund
der durch den Impulsgenerator 5 eingeprägten festen Frequenz auch eine konstante
Periodendauer aufweist.
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Der Ausgang 4c des Operationsverstärkers 4 ist zum Potentialausgleich
über eine Zenerdiode ZD3 mit der Basis eines Steuertransistors T3 verbunden, wobei
zwischen der Zenerdiode ZD3 und der Basis ein mit der negativen Eingangsklemme 2
verbundener Widerstand R13 angeschlossen ist. Der Emitter des Schaltransistors T3
liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls an der negativen Eingangsklemme
2, während im Kollektorkreis als Spannungsteiler eine Reihenschaltung aus einem
Widerstand R21 und einem Widerstand R14 liegt. Der gemeinsame Verbindungspunkt der
Widerstände R21 und R14 ist mit der Basis eines Leistungstransistors T4 verbunden,
dessen Emitterkollektorstrecke die Eingangsklemme 1 mit der Ausgangsklemme 1' verbindet.
Zum Schutz des Leistungstransistors ist parallel zur Kollektoremitterstrecke ein
Ladekondensator C16 geschaltet Parallel zu den Ausgangsklemmen 1' und 2' liegt ein
Entstörkondensator C8. Die Diode D4 hat den Zweck, beim Uberspannungsimpuls die
Aufladung des Kondensators C7 zu verhindern.
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Entsprechend der an der Basis des Steuertransistors T3 anliegenden
Impulsfolge C (Fig. 2) wird der Leistungstransistor T4 durchgeschaltet, so daß für
die Dauer eines Impulses die Wechselspannung Uv auf den Ausgang durchgeschaltet
wird.
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Während des Anstehens eines Impulses der Impulsfolge C wird der Kondensator
C7 über die Zenerdiode ZD1 und den Widerstand R15 aufgeladen, wobei die sich dabei
aufbauende Kondensatorspannung als Regelspannung auf den Eingang 3b des verstärkenden
Vergleichers 3 rückgekoppelt ist. Während der jedem Impuls folgenden Impulspause
Tp1 bzw. Tp2 (Fig. 2) entlädt sich der
Kondensator C7 über den
Widerstand Ri5, die Zenerdiode ZD1, die Schutzdiode D4 und die Last L, die den Motor
des sich auf dem Gleisnetz bewegenden Eisenbahnzuges symbolisiert. Aufgrund der
Entladung des Kondensators C7 wird auch während einer Impulspause zwischen den Ausgangsklemmen
1' und 2' eine Spannung Up anliegen, so daß an den Ausgangsklemmen die Impulsfolge
C' (Fig. 2) abgegriffen werden kann, deren Tastverhältnis entsprechend der Stellung
des Fahrtreglers P1 sowie der Wirkung der Regeleinheit 100 änderbar ist. Der Modellbahnzug
bzw. die mit dem Universal- oder Gleichstrommotor versehene Zugmaschine wird sich
mit einer dem arithmetischen Mittelwert der Impulsfolge C' entsprechenden Fahrtgeschwindigkeit
auf dem Gleisnetz bewegen. Durch die Änderungen des Tastverhältnisses der Impulsfolge
C' ändert sich auch ihr arithmetischer Mittelwert und somit die Geschwindigkeit
des Modellbahnzuges.
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Aufgrund des sich während der Impulspausen entladenden Kondensators
C7 ergibt sich ein nahezu konstanter Gleichspannungsanteil der Impulsfolge C', der
so bemessen ist, daß er den Motor nicht in Bewegung versetzen kann, aber dennoch
das Blechpaket des Motors genügend vormagnetisiert, wodurch der für die Geräuschbildung
maßgebliche frequente Anteil der Wirbelströme verringert wird. Der Motor läuft somit
ruhiger und leiser.
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Da aufgrund des Kondensators C7 zwischen den Ausgangsklemmen 1' und
2' eine konstante Gleichspannung Up abgegriffen werden kann, kann diese in vorteilhafter
Weiterbildung der Erfindung zur Speisung einer Zugbeleuchtung verwendet werden die
unabhängig vom arithmetischen Mittelwert der Fahrspannung sein soll. Dies wird dadurch
erreicht, daß in Reihe mit der Last L zwei Dioden DA und DB in Durchlaßrichtung
geschaltet
werden und parallel zu der Hintereinanderschaltung der
Dioden der Beleuchtungskörper, z. B. eine Glühbirne G geschaltet wird. Da an den
in Durchlaßrichtung geschalteten Dioden DA und DB jeweils ca. 0,7 Volt abfallen,
liegt an dem Beleuchtungskörper unabhängig von der Höhe der Fahr spannung eine Speisespannung
von ca. 1,5 Volt an. Der Beleuchtungskörper wird daher unabhängig von der Belastung
des Modellbahnzuges gleichmäßig hell aufleuchten.
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Die Entladung des Kondensators C7 ist abhängig von dem Laststrom IL,
der während der Impulszeit über die Last L fließt. Je größer der Laststrom IL ist,
desto stärker nimmt die am Kondensator C7 abgegriffene Regelspannung ab. Da die
Steuerspannung ständig mit der Regelspannung verglichen wird, wird bei einem Absinken
der Regelspannung die Regelabweichung B (Ausgangssignal) des verstärkenden Vergleichers
3 größer, wodurch der Operationsverstärker 4 eine Impulsfolge C mit größerer Impulsdauer
abgibt, d. h., ein Absinken der Regelspannung führt zu einem Erhöhen des Tastverhältnisses,
der arithmetische Mittelwert der Impulsfolge C', nämlich der Fahrspannung, wächst
an. Da die Pausenzeit Tp nun kleiner geworden ist, ist die mögliche Entladezeit
für den Kondensator C7 geringer geworden, so daß die Regelspannung zum Ende einer
Pausenzeit nunmehr größer ist. Der Regelkreis ist geschlossen. Das vergleichsabhängige
Ausgangssignal -B, das das Tastverhältnis der Impulsfolge C' (Fahrspannung) bestimmt,
pendelt sich nun auf einen Wert ein, der proportional zu der Last ist, die zu diesem
Zeitpunkt zwischen den Klemmen 1' und 2' ansteht.
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Durch diese PI-Regeleinheit ist der Motor der Zugmaschine eines Modellbahnzuges
ständig überwacht, so daß mittelbar
das Drehmoment des Motors und
somit die mechanische Leistung der Lokomotive derart steuerbar ist, daß unabhängig
von topographischen Gegebenheiten der Anlage der Modellbahnzug im wesentlichen mit
konstanter, d. h. der Stellung des Fahrtreglers 1 entsprechender Geschwindigkeit
rollt.
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Die Änderung des vergleichsabhängigen Ausga1iqssignals B am Eingang
4a des Operationsverstärkers 4 erfolgt -vernachlässigt man die Verzögerungszeiten
des Systems -relativ rasch, unter Umständen sogar sprunghaft. Dies würde zu abrupten
Änderungen der Fahrspannung C' zwischen den Ausgangsklemmen 1', 2' führen, wodurch
nicht modellgetreue Geschwindigkeitsänderungen des Modellbahnzuges bewirkt werden.
Um dies zu vermeiden, ist zwischen dem Ausgang 3c des verstärkenden Vergleichers
3 und dem Eingang 4a des Operationsverstärkers 4 eine Anfahr- und Bremsverzögerungseinheit
200 geschaltet. Im Zweig zwischen dem Ausgang 3c und dem Eingang 4a liegen parallel
zueinander zwei Reihenschaltungen. Die eine besteht aus einer in Flußrichtung geschalteten
Diode T2 und einem veränderbaren Widerstand P2 für die Anfahrverzögerung, die andere
aus einer in Sperrichtung geschalteten Diode D3 und einem veränderbaren Widerstand
P3, wobei in Reihe mit dieser Parallelschaltung ein Widerstand R8 liegt. Der Eingang
4a des Operationsverstärkers 4 ist über eineaLadekondensator C6 mit der negativen
Eingangsklemme 2 verbunden.
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Jede Änderung des Ausgangssignals kann sich nun nur entsprechend den
Werten im Ladekreis (D2/P2) bzw. Entladekreis (D3/P3) zum Ladekondensator 6 auswirken,
wobei. die Lade- bzw. Entladezeitkonstanten durch die veränderbaren Widerstände
P2 und P3 in vorgegebenen Grenzen frei vorwählbar sind.
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Würde der Fahrtregler Pl plötzlich auf Null gedreht, so kann sich
der Ladekondensator C6 nur über D3/P3 entladen, so daß das Eingangssignal am Eingang
4a des Operationsverstärkers 4 nur langsam abfällt und daher der arithmetische Mittelwert
der Fahrspannung, d. h.
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die Impulsbreite TI entsprechend der Entladezeit langsam auf Null
zurückgeht. Es wird so eine modellgetreue Verzögerung des Modellbahnzuges erzielt.
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Bei plötzlichem Signalanstieg bestimmt sich das zeitliche Anwachsen
des Signals an der Klemme 4a des Operationsverstärkers 4 nach der Einstellung des
veränderbaren Widerstandes P2, so daß auch eine modellbahngetreue Beschleunigung
erzielbar ist. Die veränderbaren Widerstände P2 und P3 sind unabhängig voneinander
einstellbar, so daß die gewünschte Beschleunigung bzw. Verzögerung auch unabhängig
voneinander einstellbar ist.
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Mittels eines Schalters S3 kann eine direkte Verbindung des Ausgangs
3c auf den Eingang 4a des Operationsverstärkers 4 geschaltet werden, so daß die
Anfahr- und Bremsverzögerungseinheit 200 wahlweise zu- oder abschaltbar ist.
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Der Ausgang 3c des verstärkenden Vergleichers 3 ist über die Kollektor-Emitterstrecke
eines Schalttransistors Ti direkt mit der negativen Eingangsklemme 2 verbindbar,
wodurch das vergleichsabhängige Ausgangs signal B zu Null geschaltet werden kann
und die Fahr spannung - bei eingeschalteter Anfahr- und Bremsverzögerung 200 entsprechend
verzögert - zu Null wird. Die Basis des Schalttransistors T1 wird über einen Widerstand
R40 vom Ausgang eines Zeitgebers 300 gesteuert; der durch ein externes Signal an
der Eingangsbuchse E zu starten ist. Während der Laufzeit des Zeitgebers 300, die
durch einen veränderbaren Widerstand P4 innerhalb vorgegebener Grenzen frei wählbar
ist, wird der Transistor
T1 durchgeschaltet und damit die Fahrspannung
zu Null. Auf diese Weise kann die Aufenthaltszeit des Modellbahnzuges z. B. in einem
Bahnhof vorgewählt werden, wobei der Zug bei Einfahrt in den Bahnhof einen Signalgeber
betätigt und damit ein dem Eingang E zugeführtes Startsignal für den Zeitgeber 300
erzeugt. Der Zeitgeber kann aus einem üblicherweise beschalteten Zeitbaustein bestehen.
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Um die an den Ausgangsklemmen 1' und 2' abgreifbare Fahrspannung auch
bei eingeschalteter Anfahr- und Bremsverzögerungseinheit 200 plötzlich auf Null
herunterschalten zu können, so z. B. in einem Notfall, ist der Eingang 4a des Operationsverstärkers
4 über einen Widerstand R10 und einen Schalter S2 unmittelbar mit der negativen
Eingangsklemme 2 verbindbar.
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Zum Umsteuern des Modellbahnzuges (Wechsel der Fahrtrichtung) wird
über die Ausgangsklemmen 1', 2' auf das Gleisnetz ein Uberspannungsimpuis gegeben,
der ein die Fahrtrichtung des Zuges umschaltendes Relais in der Zugmaschine betätigt.
Zur Erzeugung dieses überspannungsimpulses, der um ein wesentliches höher als der
Maximalwert der Fahrspannung - also mehr als 16 Volt im Ausführungsbeispiel, z.
B. 30 Volt - sein muß.
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Zur Spannungserhöhung ist im Eingang der mit den Klemmen 1, 2 verbundenen
Umschalteinrichtung 400 ein Ladekondensator C3 angeordnet, dessen Positivanschluß
über eine in Sperrichtung geschaltete Diode D9 mit der negativen Eingangsklemme
2 verbunden ist. Parallel zur Diode D9 liegt eine Reihenschaltung aus einer in Flußrichtung
liegenden Diode D8 und einem Ladekondensator C4, dem parallel ein Widerstand R39
zugeschaltet ist. Die erhöhte Spannung wird parallel zum Ladekondensator C4 abgegriffen
und
über die Emitterkollektorstrecke eines Darlington-Transistors T8 und eine Schutzdiode
DS der Ausgangsklemme 1' zugeführt. Die Emitterkollektorstrecke des Darlington-Transistors
T8 ist in seinem Ruhezustand unterbrochen.
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Seine Basis wird entweder über einen mechanisch-elektrischen Impulsgeber
500 oder ein externes Signal auf dem Eingang E' angesteuert, um für ein begrenztes
Zeitintervall von ca.
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20 Millisekunden den Darlington-Transistor T8 durchzuschalten und
die erhöhte Spannung auf die Ausgangsklemmen zu geben. Der Eingang E' ist über einen
Widerstand R29, eine in Sperrichtung geschaltete Diode 6 sowie einen Kondensator
C12 mit einem parallel zu ihm liegenden Widerstand R31 mit der Basis des Darlington-Transistors
T8 verbunden. Über den externen Impulseingang E' kann nun ein vom Zug ausgelöstes
Schaltsignal aufgegeben werden, das unmittelbar die Umsteuerung der Fahrtrichtung
auslöst. Auf diese Weise wird eine Wendezugsteuerung erhalten, mit der z.B. ein
modellbaangetreuer S-Bahn-Betrieb möglich ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Eingang E des
Zeitgebers 300 über einen Kondensator Cli und einen parallel dazu liegenden Widerstand
R25 mit dem Eingang E' der Umschalteinrichtung 400 verbunden, so daß - wie beim
S-Bahn-Betrieb in Endbahnhöfen -der Zug nach einer bestimmten, durch den veränderbaren
Widerstand P4 vorgewählten Aufenthaltsdauer den Bahnhof wieder indiltichtung verläßt,
aus der er gekommen ist. Die Verbindung der externen Eingänge E und E' über den
Kondensator C11 und den parallel geschalteten Widerstand R25 dient dazu, gleichzeitig
bei Anliegen eines Signals auf E' ein entsprechendes Signal auf den anderen Eingang
E zu geben.
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Zur Strombegrenzung des Darlington-Transistors T8 ist dessen Basis
über eine Kollektoremitterstrecke eines Schutztransistors T9 mit seinem Emitter
verbunden, wobei zwischen dem Emitter des Schutztransistors T9 und
dem
des Darlington-Transistors T8 ein Meßwiderstand R26 liegt. Die Basis des strombegrenzenden
TranSistors T9 ist über einen Widerstand R27 mit dem Emitter des Darlington-Transistors
T8 verbunden.
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Um unabhängig vom Aufenthaltsort des Modellbahnzuges dessen Fahrtrichtung
ändern zu können, ist ein mechanisch-elektrischer Impulsgeber 500 vorgesehen, dessen
Ausgangs signal den Darlington-Transistor T8 ebenso für eine vorgebene Zeitdauer
von ca. 20 Millisekunden durchschaltet und somit den Überspannungsimpuls zur Umsteuerung
auslöst.
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Der mechanisch-elektrische Impulsgeber 500 besteht aus einem Umschalter
S1, der in seiner Ruhestellung einen Kondensator C15 parallel zu den Eingangsklemmen
1 und 2 schaltet. Wird der Schalter S1 niedergedrückt, so wird der positive Pol
des Kondensators C15 von der Eingangsklemme 1 getrennt und über einen Widerstand
R30 mit der Basis eines Schalttransistors T10 verbunden, dessen Kollektoremitterstrecke
die Basis des Darlington-Transistors T8 über einen Widerstand R28 mit der negativen
Eingangsklemme 2 verbindet, so daß der Darlington-Transistor durchschaltet und die
Umschalteinrichtung 400 einen Uberspannungsimpuls ü (vgl. Fig. 2) gibt. Die Ladung
des Kondensators C15 ermöglicht nur ein kurzzeitiges Betätigen des Schalttransistors
TlO, so daß auch der Darlington-Transistor T8 nur kurzzeitig (ca. 20 Millisekunden)
durchgeschaltet wird. Die Zeitdauer des abgegebenen Uberspannungsimpulses Ü ist
somit unabhängig von der Zeit, in der der Benutzer den Schalter S1 niederdrückt.
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Aufgrund des Kondensators C13 im Eingang E' für ein externes Schaltsignal
sowie aufgrund des Kondensators
C15 im elektrisch-mechanischen
Pulsyeber 500 ist der überspannungsimpuls in seiner Zeitdauer so beschränkt, daß
Wirkungen auf den Motor der Zugmaschine ausgeschlossen sind und daher der Modellbahnzug
im wesentlichen keine durch den Uberspannungsimpuls hervorgerufene Bewegungen ausführt.
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Um ein sicheres Abfallen des Umschaltrelais an der Negativflanke des
überspannungsimpulses sicherzustellen, werden alle Kondensatoren, deren Ladezustand
unmittelbar eine Spannung an den Ausgangsklemmen 1' und 2' bestimmt, über Schalttransistoren
kurzgeschlossen. So ist der Ladekondensator C6 der Anfahr- und Bremsverzögerungseinheit
200 über einen Widerstand R10 und die Kollektoremitterstrecke eines Schalttransistors
T2 und der Ladekondensator T7 der Regeleinheit 100 über einen Widerstand R16 und
die Kollektoremitterstrecke eines Schalttransistors T7 kurzgeschlossen. Die Basen
der Schalttransistoren T2 bzw. T7 sind über einen Widerstand R11 bzw. R22 mit dem
Kollektor des Darlington-Transistors T8 der Umschalteinrichtung 400 verbunden, so
daß bei jedem überspannungsimpuls die Kondensatoren C6 und C7 entladen werden und
daher nach einem Überspannungsimpuls ü die Spannung bis zu einem folgenden Impuls
der Impulsfolge C' Null ist (Fig. 2). Die Entladewiderstände RiO und R16 sind jeweils
so bemessen, daß keine Schädigung der Kondensatoren C6 und C7 auftritt, jedoch während
der Dauer des Überspannungsimpulses eine sichere Entladung gewährleistet ist.
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Die beschriebene Steuereinheit zur Erzeugung des Impulsfolge C', die
Regeleinrichtung 100, die Anfahr- und Bremsverzögerungseinheit 200, der Zeitgeber
300 sowie die Umschalteinrichtung 400 zusammen mit dem elektrisch-mechanischen Impulsgeber
500 sind in vorteilhafter
Weiterbildung der Erfindung in dem Gehäuse
des Fahrpultes integriert, so daß der Benutzer keine aufwendige Verdrahtung vornehmen
muß. Das Fahrpult zeigt lediglich Ausgangsklemmen 1' und 2' für die Fahrspannung
und über einen Schalter S4 schaltbare Eingänge E und E' zur Ansteuerung des Zeitgebers
300 bzw. der Umschalteinrichtung 400 durch ein externes Signal. Eine Draufsicht
auf einen derartigen erfindungsgemäßen Fahrpult zeigt Fig. 3. Das Bedienungsfeld
16 bildet gleichzeitig die Oberseite des Fahrpulbgehäuses und ist im wesentlichen
viereckig, vorzugsweise quadratisch. Das Bedienungsfeld 16 ist waagerecht aufgeteilt,
wobei mittig in der unteren Hälfte 10 ein Stellknopf 13 angeordnet ist, der in bekannter
Weise mit dem Fahrtregler P1 verbunden ist und zur Einstellung der Fahrspannung
dient. Zur optischen Kontrolle der eingesellten Fahrspannung ist um die Drehachse
des Stellknopfes 13 ein pfeilförmig anwachsender Dreiviertelring vorgesehen, wobei
der Stellknopf 13 z. B. ein radial nach außen, auf den Dreiviertelring weisendes
Zeigerelement 14 trägt. Der Dreiviertelring überstreicht zumindest den Stellbereich
des Fahrtreglers B1. Durch Niederdrücken des Stellknopfes 13 wird zugleich der Taster
S1 des elektrisch-mechanischen Impulsgebers 500 betätigt. Der Umschalter S1 ist
in bekannter Weise mit dem Stellknopf 13 verbunden.
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Die obere Hälfte des Bedienungsfeldes 16 ist waagerecht in zwei gleichbreite
Streifen 11 und 12 aufgeteilt.
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Im oberen Streifen 12 sind mittig und mit konstantem Abstand a zueinander
Stellknöpfe 17, 18 und 19 vorgesehen, wobei der Stellknopf 17 zur Verstellung des
veränderbaren Widerstandes P2 der Anfahrverzögerung, der Stellknopf 18 zum Betätigen
des veränderbaren Widerstandes
P3 der Bremsverzögerung und der
Stellknopf 19 zur Betätigung des veränderbaren Widerstandes P4 dient. Um die Drehachsen
der Stellknöpfe 17 und 18 sind pfeilförmig anwachsende Dreiviertelringe 20 und 21
vorgesehen, wobei um die Drehachse des Stellknopfes 19 ein Dreiviertelring von gleichbleibender
radialer Höhe vorgesehen ist. An jedem Stellknopf ist ein dem entsprechenden Dreiviertelring
zugeordnetes Zeigerelement angeordnet, wobei die Dreiviertelringe zumindest den
Stellbereich der veränderbaren Widerstände abdecken, so daß optisch jederzeit die
Stellung der veränderbaren Widerstände P2 bis P4 erkennbar ist.
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Unterhalb des Streifens 12 sind im Streifen 11 des Bedienungsfeldes
16 mit gleichem Abstand a voneinander die Taster 23, 24 und 25 für die Schalter
S3, S4 und S2 angeordnet. Um die Stellung der Schalter kenntlich zu machen, ist
jedem Taster eine optische Anzeigeeinheit zugeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel
im Tastenfeld eingelassen ist, Die optischen Anzeigen bestehen im Ausführungsbeispiel
aus Leuchtdioden LD1 bis LD3 und sind gemäß der im Schaltplan Fig. 1 gezeigten Anzeigeeinrichtung
600 beschaltet. Die Leuchtdioden LD2 und LD3 leuchten auf, wenn die Schalter S2
und S3 geschlossen sind, während die Leuchtdiode LD1 aufleuchtet, wenn der Schalter
S4 geöffnet ist.
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Durch die Erfindung ist ein Fahrpult mit Impulsbreitensteuerung und
daraus abgeleiteter Lastregelung für Reihenschlußmotoren geschaffen worden, wobei
im Fahrpult Zusatzfunktionen wie eine Anfahr- und Bremsverzögerungseinheit 200,
ein Zeitgeberbaustein 300 sowie eine Umschalteinrichtung 400 integriert sind, so
daß z. B. eine vollautomatische Wendezugsteuerung mit modellbahngetreuer Beschleunigung
und Verzögerung, ein automatisches Entkoppeln der Eisenbahnwagen oder dgl. erzielbar
ist. Der Zeitgeber und die Umschalteinrichtung werden mittelbar vom
Modellbahnzug
aktiviert, der bekannte Signalgeber, wie z. B. Reed-Kontakte, betätigt, deren Signale
dem Fahrpult bzw. den einzelnen elektronischen Einheiten zugeführt sind.
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Im Ausgangskreis liegt als Schutzelement ein Kaltleiter (temperaturabhängiger
Widerstand R8).