HU201686B

HU201686B - Drive for model railway vehicles modelling the mivement of real railway

Info

Publication number: HU201686B
Application number: HU620188A
Authority: HU
Inventors: Attila Halmai
Original assignee: Attila Halmai
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-12-28
Also published as: HUT51917A

Abstract

A találmány tárgya hajtómű nagyvasúti mozgást modellező modellvasúti járművekhez, amely hajtó egyenáramú gépből és az egyenáramú gép tengelye, valamint a jármű hajtott kereke közé beiktatott erőátviteli egységből áll. Lényege, hogy az egyenáramú gép soros motorként (1) van kialakítva, amelynek tengelyével (21) az erőátviteli egységgel csatlakoztatott lendkerék (2) van összekapcsolva. (2. ábra) HU 201 686 B A leírás terjedelme: 4 oldal, 1 rajz -1-Field of the Invention The present invention relates to an engine for model railroad vehicles modeling high-speed motion, consisting of a drive unit mounted on a drive DC and a DC machine axis and a vehicle driven wheel. The essence of this is that the DC machine is designed as a serial motor (1) with an axis (21) coupled to a flywheel (2) connected to the power unit. (Figure 2) EN 201 686 B Scope of the description: 4 pages, 1 drawing -1-

Description

A találmány tárgya hajtómű nagyvasúti mozgást modellező modellvasúti járművekhez, amely hajtó egyenáramú gépből és az egyenáramú gép tengelyére csatlakozó erőátviteli egységből áll.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a gear unit for a model railroad vehicle modeling a high-speed motion, comprising a drive DC machine and a power transmission unit coupled to the shaft of the DC machine.

A vasútmodellezői tevékenység nemcsak sokak által kedvelt szabadidős elfoglaltság, hanem a vasúti tisztképzésnek is fontos eszköze. Az igényes modellezők törekednek arra, hogy a létrehozott modellvasúti vontatójárműveik üzemeltetésével a lehető legpontosabban adják vissza a valódi vasúti járművek és szerelvények mozgását.Railway modeling is not only a popular leisure activity for many but also an important tool for train officers. The sophisticated modelers strive to reproduce the movements of real rail vehicles and trains as accurately as possible by operating the model rail vehicles they have created.

Az ismert modellvasúti vontatójárművekben az alkalmazott hajtóművek közös jellemzője, hogy hajtó egyenáramú gépeket és az egyenáramú gép tengelyére csatlakozó erőátviteli egységeket tartalmazó hajtóművekkel vannak felépítve. Az egyenáramú gépek olyan kis elektromos motorok, amelyek a kívánt sebességű hajtást képesek biztosítani. A motorok teljesítménye elsősorban a súrlódási veszteségek legyőzésére szolgál, a jármű és a vele kapcsolt modellszcrclvcny tehetetlensége - ellentétben a nagyvasúti szerelvényekkel - itt már nem játszik szerepet. Énnek oka az, hogy a hosszméretek lineáris csökkentésével a tömegek a harmadik hatvány szerint, köbösen csökkennek. így a modellvasúti járműveknél mindenek előtt a súrlódási erők legyőzésére szükséges a motor teljesítménye, tehát a csapágyazások, a kerékforgással kapcsolatos súrlódások, az ívekben jelentkező menetellenállások azok, amelyek a mozgást meghatározzák. Az általánosan használt 1 : 160 kicsinyítésű N és 1 : 220 kicsinyítésű Z jelű modellek ismert változatainál a tömegerők hiánya igen feltűnő. Ez például azt jelenti, hogy a feszültség bekapcsolásakor a feszültség változását igen gyorsan követő mozgás jön létre, és a leállás is adott esetben pillanatszerű. Mivel a modellvasútnak kis tömege következtében alig van lendülete, fokozott mértékben jelentkezik az áramszedesi zavarok hatása, például kitérőn való áthaladáskor, ahol a megállás veszélye igen nagy lehet. Ezeket a hátrányokat és a sok tényezőtől függő súrlódási tényező előre nem látható, vagy csak nehezen kivédhető hatásait a permanens mágnesű, fordulatszámtartó motorok felhasználásával próbálják megelőzni, amelyek fordulatszáma igen pontosan állítható be a tápfeszültséggel, maga a fordulatszám a nyomatékkai lineárisan változik. Ilyen motor alkalmazása mellett ismert olyan elektronikai kapcsolások beépítése, amelyek a tápfeszültséget úgy változtatják, hogy a modellvasúti szerelvény mozgása a tömegerőket imitálja. Ez azonban nem megbízható megoldás, a mozgásdinamikai problémák továbbra is fennmaradnak.A common feature of the gear units used in the known model railroad traction vehicles is that they are equipped with gear units comprising a direct-current machine and power units connected to the shaft of the direct-current machine. DC machines are small electric motors that can drive the desired speed. The performance of the engines is primarily used to overcome frictional losses, and the inertia of the vehicle and its associated model scrclvcny, unlike the high-speed rail fittings, no longer play a role here. The reason for this is that by linear reduction of the lengths the masses are reduced by the third power, cubic. Thus, for model rail vehicles, engine power is needed to overcome frictional forces, such as bearings, wheel friction, and arcing resistance, which determine movement. The known versions of the commonly used models of the 1: 160 reduction N and the 1: 220 reduction Z are very striking. This means, for example, that when the voltage is turned on, a movement follows the change in voltage very quickly, and the shutdown is also instantaneous. Due to the low momentum of the model railroad due to its low mass, the impact of pantographs is increased, for example when passing over detours, where the risk of stopping is very high. These disadvantages and the unpredictable or difficult to prevent effects of the many coefficients of friction are prevented by the use of permanent-magnet, speed-controlled motors whose speed can be adjusted very precisely with the supply voltage, and the speed itself changes linearly with the torque. With the use of such a motor, it is known to incorporate electronic circuits that change the supply voltage so that the movement of the model rail train mimics the mass forces. However, this is not a reliable solution and the problems of motion dynamics remain.

A találmány feladata olyan megoldás kidolgozása, amellyel a nagyvasúti mozgás jól modellezhető, a tömegerők valósan jelen vannak.It is an object of the present invention to provide a solution whereby high-speed rail movement can be well modeled and mass forces are actually present.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a nagy tömegű szerelvények mozgásának modellezése akkor válik lehetővé, ha a modcllvasút mozgását is tényleges tömegerő irányítja. Erre a lendkerék nyújt lehetőséget, de felismerésünk szerint ez önmagában véve nem elegendő, hanem az eddig alkalmazott fordulatszámtartó motorokat a nagy üresjárási fordulatszámú, nagy indílónyomatékú motorokkal, különösen soros motorokkal kell felváltani. Emellett felismerésünk szerint célszerű minden olyan intézkedést megtenni, amivel a mechanikai súrlódások csökkenthetők, a mágneses veszteségek minimalizálhatók.The invention is based on the discovery that modeling the movement of high-mass trains becomes possible when the movement of the modular rail is also controlled by actual mass force. The flywheel offers the opportunity, but we realize that this is not enough in itself, but that the existing speed control motors have to be replaced by high idle, high starting torque motors, especially serial motors. In addition, we recognize that it is advisable to take all measures to reduce mechanical friction and minimize magnetic losses.

A kitűzött feladat megoldására nagyvasúti mozgást modellező modellvasúti járművek olyan hajtóművét dolgoztuk ki, amely hajló egyenáramú gépből és az egyenáramú gép tengelye, valamint a jármű hajtott kereke közé beiktatott erőátviteli egységből áll, ahol a találmány szerint az egyenáramú gép soros motorként van kialakítva, amelynek tengelyével az erőátviteli egységre csatlakoztatott lendkerék van összekapcsolva.In order to solve this problem, we have developed a gear train for model railroad vehicles modeling high-speed rail which consists of a bending DC machine and a transmission unit mounted between the shaft of the DC machine and the driven wheel of the vehicle. a flywheel connected to a transmission unit is connected.

A tehetetlenségi nyomaték és a csapágyazásokra ható súlyerők hatásának aránya kedvezően változtatható, ha a lendkerék a soros motor állórészét befogadó belső nyílással van kiképezve, amelynek átmérője előnyösen a lendkerék külső átmérőjének legalább fele, legfeljebb háromnegyede. Célszerűen a soros motor forgórésze és a lendkerék között állandó merev kapcsolatot biztosítunk.The ratio of the moment of inertia to the impact of the bearing forces on the bearings can be advantageously varied if the flywheel is provided with an internal opening for receiving the stator of the serial motor, preferably having a diameter of at least half to not more than three quarters of the outer diameter of the flywheel. Preferably, a constant rigid connection is provided between the rotor of the serial motor and the flywheel.

A soros motor állórésztekcrcselésénck két részre bontásával, a két tekercsrésszel csatlakoztatott vezérelt elektronikus kapcsoló alkalmazásával a távvezérlés és az irányváltás egyszerű megoldásai hozhatók létre.By splitting the serial motor stator into two parts, using a controlled electronic switch connected to the two coil parts, simple solutions for remote control and reversal can be created.

A soros motor axiális terhelésének csökkentésére célszerű a lehető legkisebb átmérőjű, hengeres alakú kommutátor alkalmazása, ahol a kommutátor átmérője előnyösen legfeljebb kétszerese a motortengely átmérőjének, amelynek nagysága célszerűen legfeljebb egyhuszada a lendkerék átmérőjének.In order to reduce the axial load of the serial motor, it is desirable to use a commutator having the smallest possible diameter, the commutator preferably having a diameter of not more than twice the diameter of the motor shaft, preferably up to one-half the diameter of the flywheel.

A súrlódási és áttételi veszteségek csökkentése szempontjából célszerű, ha a javasolt hajtómű a soros motor tengelyével csatlakozó, a lendkerékre kapcsolt erőátviteli egységgel van kialakítva, ahol az erőátviteli egység bemenetén a lendkerékkel összekapcsolt homlokkerék van elrendezve, amely hengeres fogazású fogaskerékként van kialakítva, míg az erőátviteli egység hengeres fogazású fogaskerekekből van felépítve, ahol előnyösen a lendkeréktől a hajtott kerékig a fogazással ellátott kerekek összesen 15 :1 = 80:1 áttételi arányt biztosítanak.In order to reduce friction and gear losses, it is expedient that the proposed gear unit is formed by a gear unit coupled to a flywheel connected to a serial motor shaft, wherein the gear unit is provided with a flywheel geared at the input of the gear unit, It is made up of gears with cylindrical gears, whereby gear wheels with a gear ratio from the flywheel to the driven wheel provide a total gear ratio of 15: 1 = 80: 1.

A találmány szerint a hajtóművel a nagyvasúti mozgás modellezése az eredetire nagymértékben hasonlító módon valósítható meg.According to the invention, the modeling of high-speed rail movement with the gear unit is very similar to the original one.

A találmány tárgyát a továbbiakban pcldakcnti kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon azThe present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, with reference to the accompanying drawings. In the drawing it is

1. ábra a találmány szerinti hajtómű keresztmetszete a motor tengelye mentén, aFIG

2. ábra a találmány szerinti hajtómű oldalnézete, a lendkerék kimetszésével, aFigure 2 is a side view of the gear unit according to the invention, with the flywheel cut out, a

3. ábra a találmány szerinti hajtómű előlnézete, míg aFig. 3 is a front view of the gear unit according to the invention, while Fig

4. ábra a találmány szerinti hajtómű elektromos elrendezésének vázlatos kapcsolási rajza.Figure 4 is a schematic diagram of the electrical arrangement of the gear unit according to the invention.

A találmány szerinti modellvasútakhoz létrehozott hajtómű (1. ábra) 1 sorosmotorként kialakított egyenáramú gépet és ez utóbbival kapcsolt, fogaskerekekből álló erőátviteli egységet tartalmaz (1. ábra). Az 1 soros motor 24 vasmaggal és 25 tekerccsel ellátott 13 forgórészt, valamint 26 vasmaggal és 27 tekerccsel ellátott állórészt, 23 csapágyakban megfogott 21 tengelyt, valamint ez utóbbin elrendezett 28 kommutátort és 29 keféket tartalmaz. A 28 kommutátor célszerűen hengerszerű fémes elem, átmérője legfeljebb kétszerese a 21 tengelyének; az axiális terhelés csökkentésére előnyös a tárcsaszerű kialakítás elkerülése.The gear unit (Fig. 1) for the model railroads of the present invention comprises a DC machine in the form of a series motor and a gear unit (Fig. 1) connected to the latter. The 1-series motor comprises a rotor 13 with an iron core and 25 coils, and a stator with an iron core and 27 coils, an axle 21 held in bearings 23, and a commutator 28 and brushes 29 arranged in the latter. The commutator 28 is preferably a cylindrical metallic element having a diameter of up to twice its axis 21; it is advantageous to avoid a disk-like design to reduce axial load.

Az 1 spros motor tengelyére 2 lendkerék van csatlakoztatva, amely célszerűen a 13 forgórésszel egybe van építve. A 2 lendkerékben 20 belső nyílás van kiképezve, aminek réven a 2 lendkerék lényegében harangszerűA flywheel 2 is connected to the shaft of the motor 1, preferably integrally with the rotor 13. The flywheel 2 has an inner opening 20, on which the flywheel 2 is essentially bell-shaped

HU 201 686 Β alakot ölt. A tömegerők kedvező hatását jól biztosítja, ha a 20 belső nyílás átmérője a 2 lendkerék külső átmérőjének legalább fele, legfeljebb háromnegyede, vagyis a 2 lendkerék tömege lényegében egy vékony, de viszonylag nagy külső átmérőjű gyűrűben van elrendezve. Anyaga valamilyen nagyobb sűrűségű fém, például sárgaréz.HU is 201,686 Β. The beneficial effect of the mass forces is well ensured if the diameter of the inner opening 20 is at least half to no more than three-quarters of the outer diameter of the flywheel 2, i.e. the mass of the flywheel 2 is substantially arranged in a thin but relatively large outer diameter ring. It is made of a higher density metal such as brass.

A 21 tengely, amelynek átmérője célszerűen legfeljebb egyhuszada a 2 lendkerék átmérőjének, a 23 csapágyba ágyazva célszerűen lemezből kialakított 22 házban van megfogva.The shaft 21, preferably up to one-half the diameter of the flywheel 2, is embedded in the bearing 23, preferably in a plate 22 housing.

Az erőátviteli egységet alkotóan a 21 tengelyen célszerűen 3 homlokkerék van elrendezve, amely 4,5,6,7 fogaskerekeken keresztül van 8 kerekekre csatlakoztatva (2. és 3. ábra). A 8 kerekek 9 és 10 sínszálakon mozognak, azokkal vannak elektromos kapcsolatban és a hajtást 11 egyenáramú feszültségforrás biztosítja (4. ábra). A fogazás célszerűen mindenütt hengerfogazásként van kiképezve.Forming the power unit, the shaft 21 is preferably provided with a front wheel 3 which is connected to the wheels 8 by means of 4,5,6,7 gears (Figures 2 and 3). The wheels 8 move on rail 9 and 10, are electrically connected therewith, and the drive is provided by a DC voltage source 11 (Fig. 4). The tooth is preferably provided everywhere as a cylindrical tooth.

A találmány szerinti hajtómű erőátviteli egységében a 2 lendkerék egynél nagyobb áttételű, hengeres fogazású 3 homlokkerekeket, valamint 4,5,6,7 fogaskerekeket tartalmalzó elrendezés található. Célszerűen az áttételi arány legalább 15 : 1, de általában 80:1 alatt van. Ennek egyik célszerű megoldása, ha a 3 homlokkerék 25 nálánál nagyobb átmérőjű 4 fogaskerékkel kapcsolódik, az utóbbinak 19 tartólemezben és a 22 házban megfogott tengelyén kisebb 5 fogaskerék van belékelve, amely szintén nálánál nagyobb 6 fogaskerékre csatlakozik. A 8 kerék hajtását közbeiktatott 7 fogaskerék biztosítja. 30In the transmission unit of the gear unit according to the invention, the flywheel 2 has an arrangement comprising more than one gear, cylindrical toothed front gears 3 and 4,5,6,7 gears. Preferably, the ratio is at least 15: 1, but generally less than 80: 1. One solution is to have the gearwheel 3 engaged with a gear 4 having a diameter greater than 25, the latter having a smaller gear 5 engaged in its support plate 19 and the shaft 22, which is also connected to a gear larger than 6. The drive of the wheel 8 is provided by an intermediate gear 7. 30

Az 1 soros motor 13 forgórésze sorosan az állórész 25 tekercsét alkotó egymással párhuzamosan kapcsolt 14 és 15 tekercsre van vezetve, ahol mindkét tekercs egy-egy tranzisztorra van csatlakoztatva (4. ábra).The rotor 13 of the serial motor 1 is connected in series to the parallel windings 14 and 15 constituting the stator winding 25, each winding being connected to a transistor (Fig. 4).

A tranzisztorok 16 vezérelt elektronikus kapcsolórészét 35 képezik, amely távirányítási és irányváltási funkciók ellátására szolgál. A 16 vezérelt elektronikus kapcsoló áramköri egységei a korszerű elektronikai készüléképítési elvek szerint összeintegrálhatók, ami jelentős helymegtakarítást tesz lehetővé. A 9 és 10 sínszálakra a 40 modellvasúti vontatójármű meghajtására a 11 egyenáramú feszültségfonás, illetve távvezérlési feladatok ellátásra szükség szerint 12 váltakozó áramú feszültségforrás csatlakozik.The transistors consist of 16 controlled electronic switch portions 35 for remote control and reversal functions. The circuit units of the controlled electronic switch 16 can be integrated according to the state-of-the-art electronic device design principles, which results in significant space savings. The busbars 9 and 10 are connected to a DC traction vehicle 11 to drive the DC traction vehicle 40 and to provide remote AC power 12 as needed.

A találmány szerinti hajtómű működése a következő: 45The operation of the gear unit according to the invention is as follows:

A feszültség bekapcsolásakor az 1 soros motor - az eddig alkalmazott modellvasúti motorokkal ellentétben - nagy nyomatékkai indul, így biztosítva a 2 lendkerék felpörgetését. Az 1 soros motor tekercseléseit a kívánt tápfeszültségnek és forgatónyomatéknak megfelelően 50 választjuk meg, a motorral sorosan célszerű lehet ellenállás beiktatása - ez lehet például izzólámpa amely az indítóáramot korlátozza és ezzel az indítónyomatékot is, ha erre szükség van. Ez az ellenállás az üresjárási fordulatszámot alig befolyásolja, és bár jelenléte vesz- 55 teséget jelent, segítségével különböző felfutási idők állíthatók be azonos elektromos és mechanikai paraméterekkel jellemezhető hajtóművek esetében is.When the voltage is applied, the 1-series motor starts up at high torque, unlike the model railroad engines used hitherto, thus ensuring that the flywheel 2 is spun. The windings of the 1-series motor are selected according to the desired supply voltage and torque 50, and it may be advisable to apply a resistor in series with the motor - for example an incandescent lamp which limits the starting current and thus the starting torque if required. This resistance has little effect on idle speed, and although its presence is a loss, it can be used to set different ramp times for gears with the same electrical and mechanical parameters.

A tápfeszültség hatására a 2 lendkerék fokozatosan felveszi az 1 soros motor által biztosítható fordulatszá- 60 mot, vagyis a modellvasúti vontatójármű (szerelvény) elindul. Az indulás a valódi mozgást imitáló gyorsuló mozgással valósul meg, a végsebesség a feszültségtől, a terheléstől függő idő alatt áll be. A tápfeszültség megszakításakor ezzel szemben a 2 lendkerék viszonylag 65 hosszú ideig még fenntartja a modellvasút mozgását. Az állórész 14 vagy 15 tekercsének csatlakozásával a modellvasút mozgásiránya kívánság szerint változtatható. Ebben a 16 vezérelt elektronikus kapcsoló játszik 5 szerepet, amely elektronikus eszközökkel, esetleg a digitális vezérléstechnika ismert megoldásai révén fejti ki hatását. A távvezérlést a 12 váltakozó áramú feszültségforrás segítségével is lehet biztosítani. Mivel a modellvasúti távirányítás és távvezérlés eszközei önmagukban 10 ismertek, így ezek ismertetése nem szükséges, ezekben a találmány által javasolt hajtómű változást nem okoz.As a result of the supply voltage, the flywheel 2 gradually increases the speed provided by the 1-series motor, so that the model rail tractor (train) starts. The start is achieved by accelerating motion simulating real movement, the final speed is set in a time-dependent manner depending on the voltage and the load. In contrast, when the power is cut off, the flywheel 2 still maintains the model rail movement for a relatively long time. By connecting the stator coils 14 or 15, the direction of movement of the model rail can be varied as desired. In this, the controlled electronic switch 16 plays a role 5, which is effected by electronic means, possibly by known solutions of digital control technology. The remote control can also be provided by means of the 12 voltage source. Since the remote control and remote control devices of the model railroad are known per se, it is not necessary to disclose them, and there is no change in the gear unit proposed by the invention.

A találmány szerinti hajtómű egy megvalósult példájában az 1 soros motor tengelye 0,6 mm volt, amelyen • 1,0 mm átmérőjű kommutátort helyeztünk el. A motor 15 5 V feszültségen 12 s alatt 230 s'¹, 12 V feszültségen 15 s alatt 550 s¹ fordulatszámot ért el. A motorra sárgarézből készült 20 mm átmérőjű, 3,8 mm vastag lendkereket szereltünk, ahol a forgórész átmérője 10 mm volt. A lendkereket és a forgórészt összeépítés után stati20 kusan kiegyensúlyoztuk. A hét fogaskereket tartalmazó erőátviteli egységben 27,7-szeres áttételt biztosítottunk és a teljes sebességre felpörgetett motorral hajtott szerelvény kifutási útja 180 cm volt.In one embodiment of the gear unit of the present invention, the axis of the 1-series motor was 0.6 mm on which a commutator with a diameter of 1.0 mm was placed. The motor 15 after 15 seconds had a voltage of 5 V for 12 s 230 ^s-1, 550 and 12 volts in ^one speed. The motor was fitted with a brass flywheel of 20 mm diameter and 3.8 mm thick with a rotor diameter of 10 mm. The flywheel and rotor were equilibrated after assembly. In the seven-gear transmission unit, a 27.7-fold transmission was provided and the full-speed engine-driven assembly had a run-out of 180 cm.

Claims

PATENT CLAIMS

A drive unit for a model railroad vehicle modeling high-speed rail movement comprising a direct-current machine and a power transmission unit interposed between the axis of the DC machine and the drive wheel of the vehicle, characterized in that the DC machine is designed as a serial motor (1) the flywheel (2) connected to the transmission unit is connected.

Gear according to Claim 1, characterized in that the flywheel (2) is provided with an internal opening (20) for receiving the stator of the serial motor (1).

Gear unit according to claim 1 or 2, characterized in that the flywheel (2) is integral with the rotor (13) of the serial motor (1).

4. Gear according to one of claims 1 to 3, characterized in that the stator of the serial motor (1) is formed by two windings (14,15) connected to a controlled electronic switch (16) for remote control and reversal.

5. Gear unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the serial motor (1) is formed by a cylindrical commutator (28) having a diameter of up to twice the diameter of the shaft (21).

6. Gear unit according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a power unit is connected to the flywheel (2) connected to the shaft (21) of the serial motor (1), wherein a front gear (3) connected to the flywheel (2) is arranged at the input of the power unit. which is designed as a cylindrical toothed gear, while the transmission unit is constructed from cylindrical toothed wheels (4,5,6,7).

Gear unit according to Claim 6, characterized in that the transmission ratio of the gear units (4,5,6,7) and the spur gear (3) of the transmission unit from the flywheel (2) to the driven wheel (8) is at least 15: 1, at most 80: 1st

HU 201 686 Β

8. Gear unit according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the shaft of the serial motor (1) has a diameter of at most one-twentieth of the diameter of the flywheel (2).

9. Gear unit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the inner diameter (20) of the flywheel (2) has a dummy dimension of at least three to four quarters of the outer diameter.