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Fernumschalter für Elektromotore, insbesondere von Spielzeuglokomotiven
Die Erfindung betrifft einen Fernumschalter für Elektromotore, insbesondere von
Spielzeuglokomotiven. Bisher wird das Umschalten des Elektromotors von Spielzeuglokomotiven
von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt durch Wechsel der beiden Wicklungsenden des
Magneten mittels an Gehäuse festsitzender Kohlenbürsten erzielt. Es gibt Motore,
bei welchen dieser Wechsel durch Bedienung eines an der Lokomotive angeordneten
Schalters von Hand bewirkt wird. Diese Motore lassen sich zwar noch zu' einem konsumfähigen
Preis verkaufen; aber der Spielzeugeisenbahn fehlt der Reiz der Fernumschaltung.
Es gibt andererseits auch schon Motore, in welchen das Wechseln der beiden Wicklungsenden
des Magneten von einem außerhalb des Schienenkreises liegenden Punkte aus durch
Bedienung eines Druckknopfes erreichbar ist.
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Ferner-sind Motore mit einer Schaltwalze bekannt, die durch Bedienung
eines vom Schienenkreis entfernt liegenden Druckknopfes schrittweise um j e eine
Vierteldrehung weitergedreht und dadurch in zweierlei Stellungen gebracht wird.
In der einen Stellung ist die rechte Kohlenbürste mit einem Ende der Magnetwicklung
und die linke Kohlenbürste mit den auf der Schiene schleifenden Schleifbügeln verbunden.
In der anderen Stellung ist die linke Kohlenbürste mit dem gleichen Ende der Magnetspule
und die rechte
Kohlenbürste mit den Schleifbügeln verbunden. Durch
Wechsel dieser Stellungen wird die Drehrichtung des Motorankers umgekehrt. Diese
Motore befriedigen zwar die höchsten Anforderungen an den Spielreiz der Eisenbahn,
aber sie lassen sich nicht zu einem konsumfähigen Preis verkaufen und können eben
wegen ihres hohen Gestehungspreises nur in die größten.Spielzeuglokomotiven eingebaut
und in entsprechender Größe geliefert werden. Dies soll im Hinblick auf den Bau
dieses bekannten Fernumschalters verständlich gemacht werden. Der bekannte Lamellenmagnet
besteht nämlich aus einem unteren, gegenüber den Platinen nicht beweglichen, waagerechten
Schenkel mit aufragendem, die Wicklung tragendem Steg und aus einem schwingbar gelagerten
Schenkel, der bei Stromunterbrechung durch einen ihn unterfassenden Federdrahtarm
gegen einen Anschlag hochgeschwungen und bei Stromeinschaltung von dem umwickelten
Steg herabgezogen wird. Von der Bürstenseite aus gesehen, ragt der Steg in der rechten
Gehäuseseite hoch, und der Schwingschenkel des Magneten ist an seinem linken Ende
schwingbar gelagert. In der linken, oberen Gehäuseecke ist die Schaltwalze gelagert,
die aus drei schwierig herstellbaren, voneinander isolierten Kontaktstücken besteht.
Auf den beiden seitlichen Kontaktstücken schleift oben und unten je ein Federbügel,
und auf dem mittleren Kontaktstück schleift unten eine Einzelfeder. Die zwei Federbügel
und die Einzelfeder sind voneinander isoliert und an je eine Leitung angeschlossen.
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In diesem bekannten Falle sitzt hinter der Umschaltwalze fest auf
ihrer Achse ein vierzahniger Schaltstern, der bei jedesmaligem Herabziehen des schwingbaren
Magnetschenkels um einen Zahn, also um eine Vierteldrehung nach links, weiterzuschalten
ist. Dazu greift ein das rechte Ende dieses Schenkels durchsetzender Querstift in
den rechten, kürzeren Arm eines an die hintere Platine angelenkten zweiarmigen Schalthebels
ein, dessen linker, herabgebogener Arm unter und etwas rechts von dein Schaltstern
gelenkig eine gabelförmige Schaltklinke trägt. Diese schwingt bei Stromunterbrechung
unter der Anhebewirkung des den schwingbaren Magnetschenkel unterfassenden Federdrahtarmes
unter den jeweils nach unten gerichteten Schaltsternzahn und drückt diesen beim
Herabziehen dieses Magnetschenkels auf den Magnetsteg in etwa waagerechte Stellung
hoch.
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Störungen dieser bekannten Schalteinrichtung sind bei unsachgemäßer
Bedienung des Fernschaltdruckknopfes nicht ausgeschlossen. Wird dieser zu früh wieder
freigegeben oder wird mehrere Male rasch nacheinander auf ihn gedrückt, so kann
es vorkommen, dali der Schalteinrichtung zu ihrer vollen Auswirkung nicht genug
Zeit gelassen wurde und sie in einer Mittelstellung stehenbleibt, von der aus sie
beim nächstinaligen Drücken auf den Knopf den Schaltstern nicht mehr weiterschaltet.
Es treten zuweilen auch Klecnmungen auf, die von der Anziehkraft des Magneten nicht
mehr überwunden werden können. Jedenfalls ist es nötig, für alle diese Fälle den
Schaltstern mechanisch -in seine Endstellung zwingen zu können. Dazu ist eine an
der vorderen Platine waagerecht geführte Handschaltstange vorgesehen, durch welche
eine vordere Verlängerung des erwähnten, das rechte Ende des schwingbaren Magnetschenkels
und den rechten Schalthebelarm durchsetzender OOuerstift hindurchgreift. Rechts
von diesem Querstift bildet die Schaltstange eine nach rechts abfallende Schrägkante,
die beim Verschieben der Schaltstange nach links an Stelle der Anzugskraft des Magneten
den Querstift in seine tiefste Stellung und die gabelförmige Schaltklinke in ihre
Höchststellung zwingt, bei welcher der Schaltstern in seiner richtigen Endstellung
angelangt ist. Diese verwickelte und empfindliche Schalteinrichtung kommt insgesamt
mindestens halb so teuer wie die übrigen Teile des Elektromotors. Es ist also klar,
daß es bei ihrer Benutzung nicht möglich war, einen Antriebsmotor finit selbsttätiger
Fernurnschaltung für Spielzeugeisenbahnen zu konsumfähigen Preisen herauszubringen,
und daß man solche Fernumschaltmotore nur in die größten, teuersten Lokomotiven
einbaute.
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Die Erfindung bezweckt daher, für den Elektromotor einer Spielzeuglokomotive
einen Fernumschalter zu schaffen, der so billig kommt, daß der mit ihm ausgerüstete
Elektromotor mindestens ebenso billig herausgebracht werden kann wie die bisherigen,
nur mit Handumschalter ausgerüsteten Elektromotore, die wegen der Unmöglichkeit
ihrer Umschaltung aus der Ferne nur wenig Spielreiz bieten. Dazu macht sich die
Erfindung von dem vorher geschilderten, elektrisch und mechanisch verwickelten und
kostspieligen Umschalter völlig frei. Sie beschreitet einen ganz neuen Weg, in dem
ständig die eine Kohlenbürste durch eine bewegliche Litze an das Magnetwicklungsende
und die andere Kohlenbürste über die Lagerungsbüchse der Ankerwelle an Masse angeschlossen
bleibt und beide Kohlenbürsten einander diametral gegenüber in einer um diese Lagerungsbüchse
drehbaren Isolierscheibe gelagert sind, die bei Stromunterbrechung durch den weiterkreisenden
Anker mittels dessen Kollektorscheibe und der federnd an diese angepreßten Kohlen
um etwa i8o' mitgedreht und dann durch eine
elektromagnetische Sperrvorrichtung
in der Stellung angehalten wird, in welcher die eine Kohlenbürste an dem vorherigen
Platze der anderen angelangt ist.
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Zur Herbeiführung der selbsttätigen Sperrung in dieser Stellung bildet
die die Kohlenbürste tragende Isolierscheibe Halbscheiben von verschiedenen Halbmessern
und zwischen den Halbscheiben zwei Sperrnuten, in deren jeweils untere bei unter
Strom stehendem Magneten der aufragende Riegel einer von dem Magneten hochgeklappten
Riegelklappe eingreift und bei Stromunterbrechung in eine Stellung herabklappt,
in der er die kleinere Halbscheibe um eine halbe Drehung frei über sich hinwegdrehen
läßt und dann die größere Halbscheibe abfängt.
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Auf der Zeichnung ist ein. Ausführungsbeispiel des neuen Fernumschalters
veranschaulicht.
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Fig. i zeigt den Fernumschalter in Seitenansicht an einem üblichen
Elektromotor einfachster Art.
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Fig.2 läßt teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht von rechts
die Lagerung der Kohlenbürsten in der Isolierscheibe und deren Lagerung auf der
Lagerungsbüchse der Ankerwelle erkennen.
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Fig. 3 stellt die gegenüber Fig. i ausgetauschte Stellung der Kohlenbürsten
dar, und Fig. 4. ist links ein Längsschnitt durch die Lagerung der Ankerwelle und
der Isolierscheibe und rechts eine Ansicht des' übrigen Motors von rechts.
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Wie üblich, ist die Welle a des Ankers b mittels der Lagerungsbüchsen
c, d in den Platinen f, g gelagert. Der .Anker b trägt die bekannte
Kollektorscheibe h. Wie sonst bildet der Lamellenelektromagnet i beiderseits seines
Steges k die Polschuhe m, n und trägt der Steg k die bei o indirekt an den
Transformator angeschlossene Magnetwicklung Q.
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Neu sind die folgenden, zu dem neuen Fernumschalter zusammengesetzten
Teile: Auf der Lagerungsbüchse c ist lose drehbar eine Isolierscheibe q, welche
eine kleinere Halbscheibe r und eine größere Halbscheibe s und zwischen beiden Rastennuten
t, u bildet. In die Isolierscheibe q sind Metallbüchsen v, w
eingetrieben,
welche je eine Kohlenbürste x, y und je eine diese an die Kollektorscheibe la anpressende
Feder z führen. Das Magnet= wicklungsende 3 . ist durch die bewegliche Litze q.
an die Büchse w, und die Büchse v ist durch die metallene Lasche 5
an die metallene Lagerungsbüchse c angeschlossen. -In den Platinen f, g ist eine
Achse 6 gelagert, auf welcher eine Riegelklappe 7 aus Weicheisen schwenkbar ist.
Von dieser ist ein Riegel 8 aufgebogen, der bei durch den Magneten angezogener Klappe
in die jeweils untere Rastennut eingreift. Ein Anschlag 9 begrenzt das Herabklappen
der Klappe 7 beim Stromloswerden des Magneten.
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Der augenblicklich, z. B. bei o, zufließende Strom macht den Weg Wicklung
p, biegsame Litze q., Büchse w, Kohlenbürste y, Kollektorscheibe la, Ankerwicklungen
b', anderes Segment der drei Segmente der Kollektorscheibe h, Kohlenbürste
x, Büchse v, Lasche 5, Lagerungsbüchse c und Platinen f, g als Masse.
Die Ankerdrehung wird durch das Ritzel io und größere Zahnräder auf die Laufräder
der Lokomotive übertragen.
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Der Schalter kommt wie folgt zur Wirkung: Bei Stromunterbrechung,
z. B. durch Druck auf den Fernschaltknopf, klappt die Riegelklappe 7 auf ihren Anschlag
9 und der Riegel 8 unter den Rand der kleineren Halbscheibe r, jedoch nicht unter
den Rand der größeren Halbscheibe s herab. Der Anker b, b'
wird durch sein
Beharrungsvermögen weitergetrieben und dreht mittels der Kollektorscheibe lc, der
an diese angepreßten Kohlenbürsten x, y und der Büchsen v, w die z.
B. aus Fiber bestehende Isolierscheibe q mit. Die Halbscheibe r dreht sich dabei
über den Riegel hinweg, bis die größere Halbscheibe s an ihm anschlägt (Fig. 3).
Bei dieser halben Umdrehung der Isolierscheibe vollzieht sich eine Phasenverschiebung
der Kohlenbürsten um i8o°. Durch Stromschließung beim Loslassen des Druckknopfes
wird die Riegelklappe 7 vom Magneten na, n hochgeschwenkt und der Riegel 8 in die
jeweils untere Nut eingerückt. Der Motor läuft nun entgegen der Richtung an, in
welcher er soeben ausgelaufen ist.
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Bei zu frühem Loslassen des Druckknopfes kann es allerdings vorkommen,
daß der Riegel schon wieder hochgeklappt wird, bevor die kleinere Halbscheibe sich
ganz über ihn weggedreht hat. Er drückt dann auf deren Rand und bremst sie ab. Bleibt
sie vorzeitig stehen, so braucht man jedoch nur die Lokomotive mit der Hand in der
Richtung, in welcher sie gerade ausgefahren ist; so weit zu schieben, bis der Riegel
ordnungsgemäß in die so in ihre unterste Stellung gezwungene Nut einschnappt. .
Man braucht also keinen eigentlichen oder besonderen Umschalter, weil sich schon
die Lokomotive zusammen mit dem Riegel zum Umschalten von Hand darbietet.
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Soll die von dem Elektromotor getriebene Spielzeuglokomotive auf der
Strecke anhalten und dann in der gleichen Richtung weiterfahren, so wird dieses
Anhalten nicht durch Stromunterbrechung mittels Drückens auf den Umschaltknopf,
sondern in bekannter Weise durch Linksdrehen des Reglerknopfes des Transformators
bewirkt. Dadurch wird der Ström nicht unterbrochen, sondern nur abgeschwächt,
bis
die Lokomotive gerade stehenbleibt. Der schwache Strom reicht aber noch aus, um
ein Erlöschen der Lichter und ein Herabklappen der Riegelklappe 7, 8 hintanzuhalten.
Eine Umschaltung durch den auslaufenden Anker tritt daher nicht ein. Durch Rechtsdrehen
des Reglerknopfes wird der Elektromotor wieder stärker mit Strom beschickt und dadurch
das Weiterfahren der Lokomotive in der gleichen Richtung bewirkt. Der Fernumschalter
wird auch dazu! nicht benutzt.
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Der neue Umschalter kommt also beim Anhalten und Weiterfahrenlassen
der Lokomotive in der gleichen Richtung wie der geschilderte bekannte Umschalter
zur Wirkung. Auch dort wird in diesem Falle nicht auf den Umschaltknopf gedrückt,
sondern mittels des Transformators der Strom so geschwächt, daß er einerseits die
Lokomotive nicht mehr weitertreiben kann, daß der Magnetsteg aber trotzdem den schwingbaren
Magnetschenkel noch nicht losläßt, die Beleuchtung also bei stehender und wieder
weiterfahrender Lokomotive nicht erlischt.
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Wie ersichtlich, ist der neue Fernumschalter äußerst einfach und billig.
Zu dem gewöhnlichen Motor sind nur die bewegliche Litze :1, die Fiberscheibe q und
die Riegelklappe 7, 8, also lediglich einige an sich sehr billige und stets zuverlässig
arbeitende Bauglieder hinzugefügt. Im Vergleich mit dem eingangs geschilderten Fernumschalter
sind also die Teilung des Lamellenmagneten in einen ortsfesten und einen schwingbaren
Schenkel, der Umschalthebel, das Sternrad und vor allem die kostspielige Umschaltwalze
sowie die besondere Handumschaltstange erspart. Wegen der äußerst niederen Gestehungskosten
des neuen Fernumschalters lassen sich auch kleinere und kleinste Spielzeuglokomotiven
mit demselben auszurüsten, ohne daß ihr Preis den konsumfähigen Preis von nicht
umschaltbaren Spielzeuglokomotiven nennenswert übersteigt. Das schließt natürlich
die Anbringung des neuen Schalters an grollen, schweren und an sich schon sehr teuren
Spielzeuglokomotiven nicht aus, die sich wegen des hohen Preises des beschriebenen
bekannten Fernumschalters nicht in der wünschenswerten Anzahl absetzen ließen.