DE9201423U1 - Actuator for models - Google Patents
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Description
Die Neuerung betrifft einen Stellantrieb für Modelle, insbesondere einen Stellantrieb für Weichen von Modelleisenbahnen, der im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschriebenen Gattung. Er kann aber auch für andere Stellantriebe Vervendung finden, wo es auf kleine Baugrößen ankommt und keine großen Stellkräfte erforderlich sind.The innovation relates to an actuator for models, in particular an actuator for switches on model railways, of the type described in the generic term of the main claim. It can, however, also be used for other actuators where small dimensions are important and no large actuating forces are required.
Bekannt sind Antriebe für Weichen und andere Zubehörelemente, die in einer linearen Bewegung auf die zu verstellenden Elemente wirken, die entweder durch einen Elektromagneten und eine Rückstellfeder oder durch zwei Elektromagnete betrieben werden. Die Nachteile dieser Antriebe sind ihre Baugröße und ihr hoher Energieverbrauch, bedingt dadurch, daß entweder einer der Magnete ständig beaufschlagt sein muß, um die Weichenzunge an die Schienenbacke anzudrücken, beziehungsweise der Elektromagnet die Weichenzunge gegen die Kraft der Rückstellfeder in der gewünschten Stellung festhalten muß.Drives for switches and other accessories are known that act in a linear movement on the elements to be adjusted, which are operated either by an electromagnet and a return spring or by two electromagnets. The disadvantages of these drives are their size and their high energy consumption, due to the fact that either one of the magnets must be constantly actuated in order to press the switch tongue onto the rail jaw, or the electromagnet must hold the switch tongue in the desired position against the force of the return spring.
Darüber hinaus sind Weichenantriebe bekannt, bei denen ein zwischen zwei Endstellungen drehbares, einen Permanentmagneten aufweisendes Stellglied verwendet wird, das sich in den Kraftlinienverlauf eines umkehrbaren Magnetfeldes einzustellen versucht, um die Weichenzungen zu verstellen. Aus der DE-OS 28 02 598 ist ein gattungsgemäßer Weichenantrieb bekannt, bei dem die Erregerspule umpolbar ist. Bei dieser bekannten Lösung ist ein über Federn mit dem eigentlichen Antrieb gekoppeltes Gestänge zur Verschiebung der Weichenzungen vorgesehen, wobei bei einem elastischen Aufschneiden der Weichenzungen durch ein Modellfahrzeug das Ge-In addition, switch drives are known in which an actuator with a permanent magnet that can be rotated between two end positions is used, which attempts to adjust itself to the line of force of a reversible magnetic field in order to adjust the switch tongues. A switch drive of this type is known from DE-OS 28 02 598 in which the excitation coil can be reversed. In this known solution, a rod is provided for moving the switch tongues, which is coupled to the actual drive via springs, whereby when the switch tongues are elastically cut open by a model vehicle, the rod
stänge und ein Teil des Getriebes bewegt werden. Das kann dazu führen, daß die Stellung des Getriebes nach einem derartigen Aufschneiden nicht wieder exakt eingenommen wird, weil durch die Bewegung einer Vielzahl von Teilen des Antriebsmechanismusses bei jedem Aufschneiden eine erhöhte Reibung auftritt.rods and part of the gear box are moved. This can lead to the gear box not being returned to its exact position after such a cutting operation, because the movement of a large number of parts of the drive mechanism causes increased friction each time the cutting operation is carried out.
Die CH-PS 241 022 beschreibt einen Weichenantrieb, bei dem die Bewegung einer Schub- und Zugstange über ein drehbares Umlenkelement auf eine andere mit den Weichenzungen verbundene Zugstange übertragen wird. Dabei ist keine Federmöglichkeit für die Weichenzungen gegeben und eine Selbsthemmung besteht nur in einer Richtung, wodurch die Weichenzungen ungewollt aus ihrer Endlage verschoben werden können.CH-PS 241 022 describes a switch drive in which the movement of a push and pull rod is transferred via a rotating deflection element to another pull rod connected to the switch tongues. There is no spring option for the switch tongues and self-locking only exists in one direction, which means that the switch tongues can be accidentally moved from their end position.
Bei einem Weichenantrieb mit einem Schwingankermotor, bei dem in einem Umlenkelement eine Längsführung vorgesehen ist, sind die Antriebselemente nicht über einen Totpunkt hinaus verschwenkt, wodurch eine Selbsthemmung in den Extrempositionen fehlt (DE-PS 1154 563).In a switch drive with an oscillating armature motor, in which a longitudinal guide is provided in a deflection element, the drive elements are not pivoted beyond a dead center, which means that self-locking in the extreme positions is missing (DE-PS 1154 563).
In der DE-PS 36 28 960 wird ein Weichenantrieb für eine Modelleisenbahn vorgeschlagen, bei dem ein von einem elektromagnetischen Feld einer Erregerspule beaufschlagter, in zwei Richtungen verstellbarer Permanentmagnet mit einer Weichenzunge über Getriebeeinrichtungen derart gekuppelt ist, daß eine von dem magnetischen Feld bewirkte Verstellung des Permanentmagneten die überführung der Weichenzungen in ihre Extremstellung zur Folge hat. Nachteile dieser Konstruktion sind darin zu sehen, daß die Konstruktion des öbertragungsmechanismus sehr aufwendig ist, daß für jede Verstellrichtung eine gesonderte Wicklung vorhanden ist und daß eine gesonderte Biegefeder vorhanden ist, um sicherzustellen, daß der Schlitten für die Weichenzungen gegenüber dem Verstellbalken eine stabile Mittellage einnimmt, aus der er in beiden Richtungen federnd auslenkbar ist, um ein Aufschneiden der Weiche zu ermöglichen.In DE-PS 36 28 960 a switch drive for a model railway is proposed in which a permanent magnet, which is acted upon by an electromagnetic field of an excitation coil and can be adjusted in two directions, is coupled to a switch tongue via gear devices in such a way that an adjustment of the permanent magnet caused by the magnetic field results in the switch tongues being moved to their extreme position. Disadvantages of this design are that the design of the transmission mechanism is very complex, that a separate winding is present for each adjustment direction and that a separate bending spring is present to ensure that the carriage for the switch tongues assumes a stable central position relative to the adjustment beam, from which it can be deflected in both directions in a spring-loaded manner to enable the switch to be cut open.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß alle bekannten Konstruktionen entweder keine definierten und sicheren Endstellungen der Weichenzungen aufweisen, oder die sicheren Endstellungen durch ein übertotpunktgetriebe realisieren, was einen erhöhten Leistungsaufwand beim Umstellen erfordert, der im Interesse einer möglichst geringen Baugröße sehr unerwünscht ist und Schwierigkeiten bezüglich des Aufschneidens der Weichenzungen in sich birgt.In summary, it can be stated that all known designs either do not have defined and safe end positions of the switch tongues, or the safe end positions are achieved by means of an over-dead-center gear, which requires increased power expenditure when changing over, which is very undesirable in the interest of the smallest possible size and involves difficulties with regard to cutting open the switch tongues.
Die Aufgabe der Neuerung besteht darin, einen Stellantrieb, insbesondere einen Weichenantrieb für eine Modelleisenbahn zu schaffen, der bei einfacher Konstruktion wenige Einzelteile aufweist, betriebssicher ist, eine kleine Bauart ermöglicht und eine verlustarme Kraftübertragung vom Antriebselement zu den Weichenzungen, bei sicherer Selbsthemmung in den Endpositionen , ohne Federbeaufschlagung gewährleistet, wobei ein elastisches Aufschneiden der Weichenzungen möglich ist.The aim of the innovation is to create an actuator, in particular a switch drive for a model railway, which has a simple design, few individual parts, is reliable, enables a small design and ensures low-loss power transmission from the drive element to the switch tongues, with safe self-locking in the end positions, without spring loading, whereby an elastic cutting of the switch tongues is possible.
Diese Aufgabe wird durch einen Stellantrieb mit einem Schrittmotor mit antiparallelen Lufspalten zwischen den Poleisen und der Magnetscheibe gelöst, der eine Leiterplatte als Grundplatte aufweist, über der ein Gehäuse angeordnet ist. Die Leiterplatte enthält die Anschlußkontakte und die Kontakte für für einen Endabschalter. Weiterhin ist auf der Leiterplatte die Magnetspule des Schrittmotors befestigt. Im Gehäuse sind die Weicheisenfeldbügel des Schrittmotors, ein Lagerzapfen für den Permanentmagneten des Schrittmotors und ein Schwenkzapfen für einen Weichenstellhebel angeordnet. Der kreisscheibenförmige Permanentmagnet des Schrittmotors ist auf dem genannten Lagerzapfen drehbar gelagert und weist ein mit ihm fest verbundenes Zahnritzel auf. Um den Schwenkzapfen schwenkbar ist ein Weichenstellhebel angeordnet, der einstückig aus einem Weichenbetätigungshebel, einem Schalterbetätigungshebel und einem Zahnsegment besteht. Das Zahnsegment des Weichenstellhebels steht mit dem Zahnritzel des Permanentmagneten in Eingriff, so daß der Weichenstellhebel und somit der Weichenbetätigungshebel und der Schalterbetätigungshebel bewegt werden, wenn sichThis task is solved by an actuator with a stepper motor with anti-parallel air gaps between the pole irons and the magnetic disk, which has a circuit board as a base plate, above which a housing is arranged. The circuit board contains the connection contacts and the contacts for a limit switch. The magnetic coil of the stepper motor is also attached to the circuit board. The soft iron field brackets of the stepper motor, a bearing pin for the permanent magnet of the stepper motor and a pivot pin for a switch lever are arranged in the housing. The circular disk-shaped permanent magnet of the stepper motor is rotatably mounted on the bearing pin mentioned and has a pinion firmly connected to it. A switch lever is arranged so that it can pivot around the pivot pin and consists in one piece of a switch operating lever, a switch operating lever and a toothed segment. The toothed segment of the switch lever engages with the pinion of the permanent magnet, so that the switch lever and thus the switch operating lever and the switch operating lever are moved when
der Permanentmagnet des Schrittmotors dreht. Weiterhin ist ein Endabschalter vorgesehen, dessen Kontakte sich auf der Leiterplatte befinden und dessen Schaltfeder in einer im Gehäuse geformten Schalterbahn geführt ist. Die Enden der Schalterbahn bilden Endanschläge zur Begrenzung der Bewegung der Schaltfeder, wodurch auch die Bewegung des Weichenstellhebels begrenzt wird. Die Schaltfeder besitzt ein Langloch, in das ein Mitnehmerzapfen des Schalterbetätigungshebels eingreift, wodurch die Schaltfeder in der Anlaufphase des Stellantriebs noch nicht bewegt werden muß, was zu einer beachtlichen Entlastung des Schrittmotors führt, der dadurch eine kleinere Baugröße erhalten kann.the permanent magnet of the stepper motor rotates. A limit switch is also provided, the contacts of which are located on the circuit board and the switching spring is guided in a switch track formed in the housing. The ends of the switch track form end stops to limit the movement of the switching spring, which also limits the movement of the switch lever. The switching spring has an elongated hole into which a driver pin of the switch operating lever engages, meaning that the switching spring does not have to be moved during the start-up phase of the actuator, which leads to a considerable reduction in the load on the stepper motor, which can therefore be made smaller.
Durch eine elastische Ausführung des Weichenbetätigungshebels können eventuell auftretende Maßungenauigkeiten, insbesondere zwischen dem montierten Stellantrieb und dem Stellglied, also gegebenenfalls zwischen dem Weichenantrieb und der Weiche, ausgeglichen werden.By making the switch operating lever elastic, any dimensional inaccuracies that may occur, particularly between the mounted actuator and the actuator, i.e., if applicable, between the switch drive and the switch, can be compensated.
Die Neuerung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels für einen Weichenantrieb, unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The innovation is explained in more detail below using an example of a switch drive, with reference to the accompanying drawing. Shown are:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Weichenantrieb mit einem Schrittmotor, im Schnitt entlang der Linie I-I in der Figur 2;Fig. 1 is a plan view of a switch drive with a stepper motor, in section along the line I-I in Figure 2;
Linie H-II in der Figur 1.
30Line H-II in Figure 1.
30
Der Weichenantrieb für eine Modelleisenbahn enthält einen Schrittmotor 1 bestehend aus einer, auf einer Leiterplatte 6 angeordneten Magnetspule 2, zwei im Gehäuse 20 angeordneten Weicheisenfeldbügeln 3 und 4 und einem kreisscheibenförmigen polarisierten Permanentmagneten 5. Der Permanentmagnet 5 ist um einen Lagerzapfen 7 drehbar gelagert, der am Gehäuse 20 angeformt ist und weist ein mit ihm fest verbundenes Zahnritzel 8 auf. Der LuftspaltThe switch drive for a model railway contains a stepper motor 1 consisting of a magnetic coil 2 arranged on a circuit board 6, two soft iron field brackets 3 and 4 arranged in the housing 20 and a circular disk-shaped polarized permanent magnet 5. The permanent magnet 5 is rotatably mounted about a bearing pin 7, which is formed on the housing 20 and has a pinion 8 firmly connected to it. The air gap
zwischen jedem Weicheisenfeldbügel 3 beziehungsweise 4 und
dem Permanentmagneten 5 ist antiparallel ausgeführt. Um einen ebenfalls am Gehäuse angeformten Schwenkzapfen 9 ist ein
Weichenstellhebel 10 schwenkbar angeordnet, der einstückig aus einem Weichenbetätignungshebel 11, einem Schalterbetätigungshebel
12 und einem Zahnsegment 13 geformt ist. Das Zahnsegment 13 steht mit dem Zahnritzel 8 des Permanentmagneten
5 in Eingriff. Weiterhin enthält der Weichenantrieb 1 einen Endabschalter 14, dessen Kontakte (in der Zeichnung
nicht dargestellt) sich auf der Leiterplatte 6 befinden. Die vom Schalterbetätigungshebel 12 betätigte Schaltfeder 15
ist in einer im Gehäuse 20 geformten Schalterbahn 16 geführt und weist ein Langloch 17 auf, in das ein Mitnehmerzapfen
18 des Schalterbetätigungshebels 12 eingreift. Die Enden 19 der Schalterbahn 16 bilden Endanschläge zur Begrenzung der
Stellbewegung des Weichenantriebs.between each soft iron field bracket 3 or 4 and the permanent magnet 5 is designed antiparallel. A switch lever 10 is pivotably arranged around a pivot pin 9, which is also formed on the housing. The switch lever is formed in one piece from a switch operating lever 11, a switch operating lever 12 and a toothed segment 13. The toothed segment 13 engages with the pinion 8 of the permanent magnet 5. The switch drive 1 also contains a limit switch 14, the contacts of which (not shown in the drawing) are located on the circuit board 6. The switch spring 15 actuated by the switch operating lever 12 is guided in a switch track 16 formed in the housing 20 and has an elongated hole 17, in which a driver pin 18 of the switch operating lever 12 engages. The ends 19 of the switch track 16 form end stops for limiting the
Adjusting movement of the switch drive.
Beim Zusammenbau des Weichenantriebs werden die Weicheisenfeldbügel 3 und 4, der Permanentmagnet 5, der Weichenstellhebel 10 und die Schaltfeder 15 des Endabschalters 14 in das Gehäuse 20 eingesetzt und die Magnetspule 2 wird auf der Leiterplatte 6 befestigt, die mit den erforderlichen elektrischen Anschlüssen versehen ist. Danach werden die beiden bestückten Teile des Antriebs zusammengefügt.When assembling the switch drive, the soft iron field brackets 3 and 4, the permanent magnet 5, the switch setting lever 10 and the switching spring 15 of the limit switch 14 are inserted into the housing 20 and the magnetic coil 2 is attached to the circuit board 6, which is provided with the necessary electrical connections. The two assembled parts of the drive are then put together.
Bei einer polarisierten Erregung der Magnetspule 2 dreht sich der kreisscheibenförmige polarisierte Permanentmagnet 5 entsprechend seiner Polung in einer bestimmten Richtung. Dabei versucht er eine Stellung einzunehmen, in der sich seine magnetiche Achse an der engsten Stelle des Luftspalts mit den Weicheisenfeldbügeln 3 und 4 befindet. Bei seiner Rotation bewegt der Permanentmagnet 5 über das Zahnsegment 13 den Weichenstellhebel 10 und mit diesem den Schalterbetätigungshebel 12, der die Schaltfeder 15 verschiebt, bis diese gegen das Ende 19 der Schalterbahn stößt und etwa 45 % vor dem Erreichen der Endstellung, in der die magnetische Achse des Permanentmagneten 5 die engste Stelle des Luftspalts erreichen würde, die weitere Bewegung verhindert. Der Perma-When the magnetic coil 2 is polarized, the circular disk-shaped polarized permanent magnet 5 rotates in a certain direction according to its polarity. In doing so, it tries to assume a position in which its magnetic axis is at the narrowest point of the air gap with the soft iron field brackets 3 and 4. When it rotates, the permanent magnet 5 moves the switch setting lever 10 via the toothed segment 13 and with it the switch operating lever 12, which moves the switch spring 15 until it hits the end 19 of the switch track and prevents further movement approximately 45% before reaching the end position in which the magnetic axis of the permanent magnet 5 would reach the narrowest point of the air gap. The permanent magnet 5
nentmagnet 5 hat dann, auch nach dem Abschalten der Magnetspule, immer das Bestreben, die genannte Endstellung zu erreichen, wodurch sich eine Federvirkung für die Weichenzungen ergibt, die das sichere Anliegen der Weichenzungen und das Auffedern derselben beim Passieren eines Modellfahrzeugs in der Gegenrichtung gewährleistet.The solenoid 5 then always strives to reach the end position mentioned, even after the solenoid coil has been switched off, which results in a spring effect for the switch tongues, which ensures that the switch tongues are securely in place and that they spring back when a model vehicle passes in the opposite direction.
Die Vorteile der vorliegenden Lösung bestehen darin, daß eine Federwirkung ohne den Einsatz von Federelementen erreicht wird, die nicht nur konstruktiv und materialmäßig einen erheblich höheren Aufwand bedingen, sondern auch einen höheren Kraft- und damit Energieaufwand beim Betätigen des Weichenantriebs erfordern, der wiederum in einer größeren Bauform resultiert. Durch die Verwendung eines Ritzels und eines Zahnsegments zur Kraftübertragung sind im Vergleich zu den bekannten ubertotpunktgetrleben extrem geringe Reibungskräfte zu überwinden, die, insbesondere in der ersten Bewegungsphase, das Anlaufen des Weichenantriebs behindern würden.The advantages of the present solution are that a spring effect is achieved without the use of spring elements, which not only require a considerably higher level of effort in terms of construction and material, but also require a higher level of force and thus energy when operating the switch drive, which in turn results in a larger design. By using a pinion and a toothed segment for power transmission, extremely low friction forces have to be overcome in comparison with the known over-center gears, which would hinder the start-up of the switch drive, especially in the first phase of movement.
Durch die elastische Ausbildung des Weichenbetätigungshebels können eventuell auftretende Maßungenauigkeiten zwischen dem Slellantrieb und dem Stellglied, im Falle des vorliegenden Beispiels zwischen dem Weichenantrieb und der schon montierten Weiche, ausgeglichen werden.The elastic design of the switch operating lever allows any dimensional inaccuracies that may occur between the switch drive and the actuator, in the case of the present example between the switch drive and the already installed switch, to be compensated.
1 Schrittmotor1 stepper motor
2 Magnetspule2 Magnetic coil
3 Weicheisenfeldbügel3 soft iron field brackets
4 Weicheisenfeldbügel4 soft iron field brackets
5 Permanentmagnet5 Permanent magnet
6 Leiterplatte6 Circuit board
7 Lagerzapfen7 bearing journals
8 Zahnritzel8 pinions
9 Schwenkzapfen9 pivot pin
11 Weichenbetätigungshebel11 Switch operating lever
12 Schalterbetätigungshebel12 Switch operating lever
LanglochLong hole
EndeEnd
GehäuseHousing
Claims (2)
Gehäuse angeordnet sind, und der Permanentmagnet (5) des Schrittmotors um einen am Gehäuse (20) angeordneten Lagerzapfen (7) drehbar gelagert ist und ein fest mit ihm verbundenes Zahnritzel (8) aufweist, daß ein, um einen ebenfalls am Gehäuse (20) angeordneten Schwenkzapfen (9) schwenkbarer Weichenstellhebel (10), der einstückig aus einem Weichenbetätigungshebel (11), einem Schalterbetätigungshebel (12) und einem Zahnsegment (13) geformt ist, mit seinem Zahnsegment (13) mit dem Zahnritzel (8) des Permanentmagneten (5) in Eingriff steht, daß ein Endabschalter (14) vorgesehen ist, dessen Kontakte sich auf der Leiterplatte (6) befinden, und dessen Schaltfeder (15) in einer im Gehäuse (20) geformten Schalterbahn (16) geführt ist, deren Enden1. Actuator for models, in particular actuator for switches of model railways, with a stepper motor with antiparallel air gaps between the pole irons (3,4) and the magnetic disk (5), characterized in that the magnetic coil of the stepper motor (1) is attached to a circuit board (6) serving as a base plate, while the soft iron field brackets (3;4) in the
Housing are arranged, and the permanent magnet (5) of the stepping motor is mounted rotatably about a bearing pin (7) arranged on the housing (20) and has a pinion (8) firmly connected to it, that a switch setting lever (10) which can be pivoted about a pivot pin (9) also arranged on the housing (20), which is formed in one piece from a switch actuating lever (11), a switch actuating lever (12) and a toothed segment (13), engages with its toothed segment (13) with the pinion (8) of the permanent magnet (5), that a limit switch (14) is provided, the contacts of which are located on the circuit board (6), and the switching spring (15) of which is guided in a switch track (16) formed in the housing (20), the ends of which
Priority Applications (1)
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