DEP0002175DA - Transformator für Spielzeugeisenbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen überstromgeschützten Transformator für Spielzeuge, insbesondere Spielzeugeisenbahnen, und bezweckt, die bei Überströmen namentlich bei Kurzschlüssen auf der Sekundärseite gegebene Brand- und Lebensgefahr auf einfache weise zuverlässig hintanzuhalten.

Es ist bekannt, die notwendige Kurzschluss-Sicherheit durch Schutzschalter zu bewirken, welche den Transformator durch elektro-magnetische oder thermische Wirkung im gegebenen Augenblick abschalten. Diese Lösung ist aber unbefriedigend, weil sie einen besonderen Schutzschalter bedingt, welcher die Bauweise des Transformators kompliziert und dessen Gestehungskosten erhöht und weil der Schutzschalter nach seinem Ansprechen von Hand wieder in die Ausgangsstellung gebracht werden muss, was häufig übersehen wird.

Ausserdem ist schon vorgeschlagen worden, die Kurzschlußsicherheit durch Ablenkung der der Sekundärspule zufliessenden magnetischen Kraftlinien zu erreichen, indem ein bewegliches, als Anker wirkendes Glied einer Überstrom-Schutzvorrichtung den magnetischen Fluss ableitet oder indem durch Bewegung der Sekundärspule gegen eine bremsende Kraft ein Spannungsabfall in der Sekundärspule erzeugt wird. In beiden Fällen sind bewegliche Teile erforderlich, welche gelagert und gesteuert werden müssen, welche somit den Aufbau des Transformators ebenfalls umständlich machen.

Es wurde nun gefunden, dass der notwendige Überstromschutz überraschenderweise gewährleistet werden kann, wenn eine künstlich vergrösserte Kraftlinienstreuung bewirkt und zu diesem Zweck dem Transformator ein unbeweglicher magnetischer Nebenschluss zugeordnet wird. Als solcher kann ein den Eisenkern des Transformators ganz oder teilweise umgebender, als Ring, Bügel, Steg o.dgl. gestalteter Nebenschluss dienen, dessen Querschnitt so gross und dessen Abstand vom Eisenkern so klein ist, dass in der Sekundärspule ein gesteigerter Spannungsabfall entsteht, der eine schädliche Erwärmung ausschliesst. Da in der Sekundärspule bei Nichtbelastung infolge der dann vorhandenen geringen Streuung ungefähr dem Windungsverhältnis von Primärspule und Sekundärspule entsprechende Spannung herrscht, jedoch mit dem Maße der Belastung der Kraftlinienablenkung grösser wird, so kann erfindungsgemäss durch Wahl eines magnetischen Nebenschlusses geeigneter Abmessung und richtigen Abstandes vom Eisenkern die bei Kurzschluss in der Sekundärspule herrschende Spannung auf das zulässige Maß begrenzt werden.

Gemäss der Erfindung tritt mit zunehmender Belastung ein sich selbsttätig steigernder Spannungsabfall in der Sekundärspule auf. Der dabei bezüglich des Motors sich ergebende Leistungsverlust kann einerseits in Anbetracht der bei Spielzeugen erforderlichen Arbeitsleistung ohne weiteres in Kauf genommen werden und hat andererseits den Vorteil zur Folge, dass auch die Motorwicklung vor thermische Überlastung geschützt ist. Besonders fortschrittlich ist, dass durch die Erfindung der Überstromschutz ohne bewegliche Teile erreichbar ist, daher der Transformator sich durch fertigungstechnische Einfachheit auszeichnet. Es ist - darin liegt ein weiteres Merkmal der Erfindung - sogar möglich, einen besonderen, feststehenden magnetischen Nebenschluss zu vermeiden, indem die den Eisenkern aufnehmenden Tragteile und/oder das Gehäuse des Transformators als Nebenschluss ausgebildet werden. Es ist somit erfindungsgemäss der überraschende Fortschritt erzielbar, einen Spielzeugtransformator ohne zusätzliche Einrichtungen oder Hilfsmittel lediglich mit Hilfe der ohnehin notwendigen Bauteile, nämlich Eisenkern, Spulen, Tragteile und Gehäuse, kurzschlußsicher zu machen.

In Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens ist es möglich, besonders empfindliche Geräte wie Gleichrichter o.dgl. gegen Überlastung zu sichern, indem durch einen weiteren oder einen verstärkten Nebenschluss ein zusätzlicher Spannungsabfall in der Sekundärspule erzeugt wird.

Wenn die Erfindung bei einem Abgrifftransformator also bei einem Transformator mit feststehender Sekundärspule angewendet wird, so empfiehlt es sich, einen geschlossenen Eisenkern zu benutzen, auf dessen einem Schenkel die Primärspule und auf dessen gegenüberliegenden Schenkel die Sekundärspule mit regelbarer Spannung für den Verbraucher angebracht ist. Ist in diesem Fall eine zweite Sekundärwicklung für den Betrieb anderer Verbraucher, bei Spielzeugeisenbahnen z.B. für den Betrieb von Glühlampen, Weichen u.dgl. vorzusehen, so wird ein Teil der Windungen dem zweiten Sekundären auf dem gleichen Schenkel wie die Primärwicklung, der restliche Teil der Windungen dagegen auf dem gleichen Schenkel wie die Sekundärspule angeordnet. Dadurch ist erreichbar, dass die Spannung der zweiten Sekundärwicklung nicht der Schwankung unterworfen ist, welcher, bedingt durch die Kurzschlußsicherheit, die Spannung der ersten Sekundärspule ausgesetzt ist.

Bei Anwendung der Erfindung auf einen Drehtransformator ist die Sekundärspule mit regelbarer Spannung auf dem Drehanker angeordnet. Auf dem freien Schenkel des Eisenkerns, welcher dem die Primärspule tragenden Schenkel gegenüberliegt, kann eine zweite Sekundärspule mit nicht geregelter Spannung für weitere Verbraucher vorgesehen sein.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen in schematischer Darstellung. Es zeigt

Fig. 1 einen Abgrifftransformator mit einer Sekundärwicklung,

Fig. 2 einen Abgrifftransformator mit 2 Sekundärwicklungen,

Fig. 3 die Ausbildung eines Abgrifftransformators mit Tragteilen und Gehäuse als magnetische Nebenschlüsse,

Fig. 4 einen Querschnitt dazu,

Fig. 5 einen Drehtransformator.

Beim Abgrifftransformator nach Fig. 1 trägt der Magnetkern a auf seinem Schenkel b die Primärspule c, welche an das Netz angeschlossen ist, und auf seinem Schenkel d die Sekundärspule e, welche über einen Stufenschalter f auf den Verbraucher g geschaltet werden kann. Als solcher mag beispielsweise der Motor der Lokomotive einer Spielzeugeisenbahn in Betracht kommen.

Dem Transformator ist ein magnetischer Nebenschluss h zugeordnet, welcher beim gezeichneten Ausführungsbeispiel als den Magnetkern umgebender Rahmen ausgebildet ist. Der Querschnitt dieses Nebenschlusses und dessen Abstand i von den Stirnflächen des Eisenkerns sind so bemessen, dass in der Sekundärspule e infolge Ablenkung der Kraftlinien ein lastabhängiger Spannungsabfall entsteht, der die bei Kurzschluss in der Sekundärspule herrschende Spannung auf ein unschädliches Maß begrenzt. Der Abstand des Rahmens h von den Schenkeln b und d des Eisenkerns kann grösser sein als der Abstand i.

Beim Abgrifftransformator gemäss Fig. 2 ist ebenfalls ein rahmenförmiger magnetischer Nebenschluss vorgesehen. Dieser Transformator besitzt jedoch für weitere Verbraucher k, wenn es sich um eine Spielzeugeisenbahn handelt z.B. für den Betrieb von Glühlampen, Weichen u.dgl., eine zweite Sekundärwicklung, welche jedoch erfindungsgemäss nicht auf den gleichen Schenkel wie die regelbare Sekundärspule e aufgebracht ist, um sie nicht deren Schwankungen auszusetzen. Die zweite Sekundärwicklung ist vielmehr mit einem Teil l(exp)1 ihrer Windungen auf dem Schenkel d, mit einem anderen Teil l(exp)2 ihrer Windungen auf dem Schenkel b des Eisenkerns a angeordnet. An sich kann es sich bei der zweiten Sekundärwicklung um eine solche mit nicht regelbarer Spannung handeln. Es ist aber auch möglich, den Teil l(exp)1 ihrer Windungen durch geeignete Anzapfung regelbar zu machen.

Die Erfindung ist selbstverständlich für Spielzeugtransformatoren verwendbar, gleichgültig ob diese Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren vorgeschaltet sind. Im letzteren Falle wird, wie dies beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Fall ist, zwischen die Sekundärspule e und den Verbraucher g ein Gleichrichter m und ein Polwender n geschaltet. Da schon aus Preisgründen die Gleichrichtersäule in der Regel so klein ausgelegt ist, dass trotz Kurzschlußsicherheit des Transformators die Gefahr einer thermischen Überlastung des Gleichrichters besteht, so wird in weiterer Anwendung des Erfindungsgedankens die zur Erzielung der Kurzschlußsicherheit des Transformators bereits künstlich vergrösserte Streuung der Kraftlinien zusätzlich gesteigert, indem ein weiterer Nebenschluss eingebaut oder der bislang vorgesehene

Nebenschluss verstärkt wird, um den gewünschten zusätzlichen Spannungsabfall in der Sekundärspule zu erzeugen. Solche Steigerung der lastabhängigen Streuung ist durch Verringerung des Abstandes i und der Vergrösserung des Querschnitts des Nebenschlusses k erzielbar.

Wie Figuren 3 und 5 zeigen, ist ein besonderer rahmen-, bügel- oder stegartiger Nebenschluss entbehrlich, wenn die Tragteile und/oder das Gehäuse des Transformators im Sinne der Erfindung als Nebenschluss ausgebildet werden. Bei der Ausbildungsform nach Figuren 3 und 4 sind zwei Träger n(exp)1 und n(exp)2 vorgesehen, welche mittels Armen o, die entlang den Schenkeln b und d in die Spulen eingeschoben sind, den Transformator aufnehmen. Diese Träger, welche leistenförmig aus Blech ausgestanzt sind, sind mittels abgewinkelter Fussteile p an der Grundplatte q des Gehäuses r angezapft. Sie dienen als magnetischer Nebenschluss. Als solcher ist auch das Gehäuse r mit seiner Grundplatte q ausgenutzt, indem es dicht genug an die Träger n(exp)1 und n(exp)2, mithin den Eisenkern, herangerückt ist und ausserdem einen die ausreichende Ablenkung der Kraftlinien ermöglichenden Querschnitt besitzt. Es ist möglich, den zur Kurzschlußsicherheit des Transformators erforderlichen Spannungsabfall beispielsweise durch die Träger und den darüber hinaus gehenden zum Schutz empfindlicher Geräte wie Gleichrichter u.dgl. zu erzeugenden Spannungsabfall durch das Gehäuse mit Grundplatte zu bewirken.

Bei Kleintransformatoren genügen diese Schutzmassnahmen meist. Bei Transformatoren grösserer Leistung muss gegebenenfalls ein zusätzlicher Rahmen o.dgl. gemäss Figuren 1 und 2 vorgesehen werden.

Ausgehend von der Erkenntnis, dass die Wände des Gehäuses r durch den austretenden magnetischen Streufluss an den Stirnflächen des Transformators im Falle eines Kurzschlusses einem starken magnetischen Wechselfluss unterliegen, geht ein weiterer Vorschlag gemäss der Erfindung dahin, die in Schwingungen geratenden Gehäusewände zur Abgabe eines akustischen Warnzeichens heranzuziehen, welches durch eine geeignet ausgebildete, an der Gehäusewand angeordnete Zunge verstärkt werden kann. Die Erfindung führt also zu dem Fortschritt, dass ein Kurzschluss o.dgl. sofort hörbar gemacht, die Kurzschlussursache also rasch behoben werden kann.

Der Drehtransformator, welcher in Fig. 5 dargestellt ist, besteht aus dem Magnetkern s und dem Drehanker t. Der erstere trägt die an das Netz angeschlossene Primärspule u, der letztere die Sekundärspule v mit regelbarer Spannung zum Betrieb des Verbrauchers g.

Der durch die Hörner w des Magnetkerns s gegebene Spannungsabfall in der Sekundärspule v wird erfindungsgemäss durch den rahmenartigen magnetischen Nebenschluss x in der mehrfach erläuterten Weise vergrössert, mithin der Transformator kurzschlußsicher.

Auf dem freien Schenkel des Eisenkerns kann eine weitere Sekundärspule y mit ungeregelter Spannung zum Betrieb weiterer Verbraucher k angeordnet sein. Im übrigen gilt das, was zum oben erläuterten Abgrifftransformator ausgeführt wurde, grundsätzlich auch für den Drehtransformator.

Bei diesem durchsetzt die Sekundärspule nur bei der höchsten Sekundärspannung der gesamte oder nahezu gesamte Primärfluss. Bei kleineren Spannungen wird der Primärfluss mehr oder weniger an der Sekundärspule vorbeigeleitet. Der an sich durch die Polstücke d.h. durch die Hörner w bewirkte Spannungsabfall, der mit kleiner werdenden Spannung immer grösser wird, erfährt durch den zusätzlichen magnetischen Nebenschluss eine erheblich Steigerung. Die Spannung ändert sich daher mit grösser werdendem Verdrehungswinkel des Drehankers mehr als bei einem Transformator ohne zusätzlichen magnetischen Nebenschluss. Somit ergibt sich eine erleichterte Regelung, da der Anker zur Erzielung eines bestimmten Regeleffektes nicht so weit verdreht werden muss. Die Regelarbeit wird also verkleinert und die Handhabung erleichtert.

Ausser den bereits erläuterten Vorteilen hat die Erfindung mit Bezug auf Abgrifftransformatoren noch den Vorzug, dass die Regelung "weicher" wird. Da zwischen den verschiedenen Spannungsstufen jeweils ein bestimmter Spannungsbereich liegt, so ist an sich eine sprunghafte Regelung gegeben. Infolge des erfindungsgemäss erzeugten Spannungsabfalls, der naturgemäss sich in jeder Stufe bemerkbar macht, wird der Übergang von Stufe zu Stufe flüssiger, die Regelung mithin feinstufiger.

Die Erfindung ist bei Transformatoren für Hauptstrommotren ebenso geeignet wie bei Transformatoren für Nebenschlussmotoren. Sie ist mit besonderem Vorteil bei Motoren mit durch Dauermagneten erzeugtem Magnetfeld anwendbar, da solche Nebenschlussmotoren gegen thermische Überlastung besonders gefährdet sind.

Claims (8)

1) Transformator für Spielzeuge, insbesondere Spielzeugeisenbahnen, dessen Überstromschutz durch Ablenkung der der Sekundärspule zufliessenden magnetischen Kraftlinien erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Transformator ein unbeweglicher, eine lastabhängige Kraftlinienstreuung bewirkender magnetischer Nebenschluss zugeordnet ist.

2) Transformator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den Eisenkern ganz oder teilweise umgebenden, als Rahmen, Bügel, Steg o.dgl. gestalteten Nebenschluss, dessen Querschnitt so gross und dessen Abstand von den Stirnseiten des Eisenkerns so klein ist, dass in der Sekundärspule ein erhöhter, schädliche Erwärmung ausschliessender Spannungsabfall entsteht.

3) Transformator nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutz angeschlossener, besonders empfindlicher Geräte wie Gleichrichter u.dgl. durch einen weiteren oder einen verstärkten Nebenschluss ein zusätzlicher Spannungsabfall in der Sekundärspule erzeugbar ist.

4) Transformator nach Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die den Eisenkern aufnehmenden Tragteile und/oder das Gehäuse des Transformators als magnetische Nebenschlüsse ausgebildet sind.

5) Transformator nach Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewände als schwingende, akustische Anzeigemittel ausgebildet und gegebenenfalls mit tonverstärkenden Zungen versehen sind.

6) Abgrifftransformator nach Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossener Eisenkern auf einem Schenkel der Primärspule und auf dem gegenüberliegenden Schenkel die Sekundärspule mit regelbarer Spannung für den Verbraucher trägt.

7) Abgrifftransformator nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine zweite Sekundärspule für weitere Verbraucher derart, dass ein Teil ihrer Windungen auf dem gleichen Schenkel wie die Primärwicklung, der restliche Teil ihrer Windungen dagegen auf dem gleichen Schenkel wie die Sekundärwicklung angebracht ist.

8) Drehtransformator nach Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der auf dem Drehanker befindlichen Sekundärspule mit regelbarer Spannung für einen Verbraucher auf dem freien Schenkel des Eisenkerns eine zweite Sekundärspule mit ungeregelter Spannung für weitere Verbraucher angeordnet ist.