Spielzeugtransformator. Die Erfindung betrifft einen Transforma tor für Spielzeuge, insbesondere für Spiel zeugeisenbahnen, und bezweckt, die bei Über strömen, namentlich bei Kurzschlüssen, auf der Sekundärseite gegebene Brandgefahr auf einfache Weise zuverlässig hintanzuhalten, das heisst den Transformator kurzschluss- sicher zu machen.
Es ist bekannt, die notwendige Kurz- schlusssicherlieitdurch Schutzschalter zu be wirken, welche den Transformator durch elektromagnetische oder thermische Wirkung im gegebenen Augenblick absehalten. Diese Lösung ist aber unbefriedigend, weil sie einen besonderen Sehutzschalter bedingt, welcher die Gestehungskosten der elektrischen Ein richtung 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 magneti schen Kraftlinien zu erreichen, indem ein be- wegliehes, als Anker wirkendes Glied einer Vberstrom-Sehutzv orrichtung den magneti schen Fluss ableitet oder indem durch die zwischen der Primär- oder Sekundärspule bei einem Kurzschluss auftretende elektrodyna mischen Kräfte die Sekundärspule gegen eine entsprechend bemessene bremsende Kraft ver schoben wird, wobei sich der Abstand zwischen beiden Spulen. vergrössern will.
Mit grösserem Abstand wird die magnetische Streuung eben falls vergrössert und der Strom in der Sekun därspule auf eine zulässige Höhe vermindert. In beiden Fällen sind bewegliche Teile erfor derlich, welche gelagert und gesteuert werden mässen, welche somit den Aufbau des Trans formators ebenfalls umständlich machen.
Es wurde nun gefunden, da.ss der notwen dige Überstromschutz gewährleistet werden kann, wenn nach der vorliegenden Erfindung dein Eisenkern der Transformatorwicklungen ein unbeweglicher, eine lastabhängige Kraft linienstreuung bewirkender magnetischer ebenschluss zugeordnet wird. Als solcher kann ein den Eisenkern des Transformators ganz oder teilweise umgebender, als Ring, Bügel, Steg oder dergleichen gestalteter magnetischer Nebenschluss dienen, dessen Ab stand vom Eisenkern so bemessen ist, dass in der Sekundärspule ein gesteigerter . Span nungsabfall entsteht, der eine schädliche Er wärmung ausschliesst.
Da in der Sekundär spule bei Nichtbelastung eine infolge der dann vorhandenen geringen Streuung ungefähr dem Windungsverhältnis von Primärspule und Sekundärspule entsprechende Spannung herrscht, jedoch mit dem Masse der Belastung die Kraftlinienablenkung grösser wird, so kann durch Wahl eines magnetischen Neben schlusses geeigneter Abmessung und richtigen Abstandes vom Eisenkern die beim Kurz schluss in der Sekundärspule herrschende Spannung auf das zulässige Mass begrenzt werden.
Infolge des vorhandenen magnetischen Nebenschlusses tritt in bekannter Weise mit zunehmender Belastung ein sich selbsttätig steigernder Spannungsabfall in .der Sekundär spule auf. Der dabei bei einem an einen sol chen Transformator angeschlossenen Motor sich ergebende Leistungsverlust kann einer seits in Anbetracht der bei Spielzeugen erfor- derliehen geringen Arbeitsleistung ohne weite res in Kauf genommen werden und hat ander seits den Vorteil zur Folge, dass auch die Motorwicklung vor thermischer Überlastung geschützt ist. Besonders fortschrittlich ist, dass durch die Erfindung der Überstromschutz ohne bewegliche Teile erreichbar ist. Es ist.
sogar möglich, einen besonderen, feststehen den magnetischen Nebenschluss zu vermeiden, und dem Eisenkern zugeordnete Tragteile und/oder das Gehäuse des Transformators als Nebenschluss auszubilden.
Wenn der Transformator nach der Erfin dung als Abgrifftransformator, also als Trans formator mit feststehender, Anzapfungen auf weisender Sekundärspule ausgebildet wird, so empfiehlt es sich, einen geschlossenen Eisen kern zu benutzen, auf dessen einem Schenkel die Primärspule und auf dessen gegenüber liegendem Schenkel die Sekundärspule für die Speisung der Verbraucher angebracht ist.
Es können zwei Sekundärwicklungen vorgesehen sein, die eine zum Beispiel für die Speisun- von Motoren, die andere für den Betrieb ande rer Verbraucher, bei Spielzeugeisenbahnen zum Beispiel für den Betrieb von Glühlampen, Weichen und dergleichen; dabei wird mit Vor teil ein Teil der Windungen der zweiten Sekundärwicklung auf dem gleichen Schenkel wie die Primärwicklung, der restliche Teil :der MV indungen dagegen auf dem gleichen Schen kel wie die erste Sekundärspule angeordnet.
Dadurch ist erreichbar, dass die Spannung der zweiten Sekundärwicklung nicht der Schwan kung unterworfen ist, welcher, bedingt durch die Kurzschlusssicherheit, die Spannung der ersten Sekundärspule ausgesetzt ist. Der Transformator nach der Erfindung . kann auch als Drehtransformator ausgebildet sein, bei welchem. die eine regelbare Spannung abgebende Sekundärspule auf dem Drehanker angeordnet ist. Auf dem freien Schenkel. des Eisenkerns, weleher dem die Primärspule tra genden Schenkel gegenüberliegt, kann eine zweite Sekundärspule mit. nicht geregelter Spannung für weitere Verbraucher vorge sehen sein.
Die Zeichnung veranschaulicht einige Aus führungsbeispiele des Transformators nach der Erfindung in schematischer Darstellun,. Es zeigt: Fig. 1 einen Abgrifftransformator mit einer Sekundärwicklung, Fig. einen Abgrifftransformator mit zwei Sekundärwicklungen, Fig. 3 einen Drehtransformator, Fig. 4 eine Ansicht eines andern Transfor mators mit.
Schnitt durch das Gehäuse, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 4, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie B---B der Fig. 4-, Fig. 7 zwei Blechpaketlaniellen, Fig. 8 zwei Träger, Fig. 9 eine weitere Ausbildungsform.
Beim Abgrifftransforniator nach Fig. 1 trägt der geschlossene Eisenkern a auf seinem Schenkel b die Primärspule c, welche an da-, Netz anzuschliessen ist, und auf seinem Sehen kel d die Sekundärspule e, welche über einen Stufenschalter f auf den Verbraucher g ge schaltet werden kann. -Als solcher mag bei spielsweise der Motor der Lokomotive einer Spielzeugeisenbahn in Betracht kommen.
Dem Transformator ist ein magnetischer Nebenschluss h zugeordnet, welcher beim ge zeichneten Ausführungsbeispiel als den Eisen kern a der Windungen in Richtung des Kraft linienflussesumgebender Rahmen ausgebildet ist.
Der Querschnitt dieses Nebenschlusses und dessen Abstand i von den Stirnfläelieii des Eisenkerns sind so bemessen, dass in der Sekundärspule c infolge Ablenkung der Kraftlinien ein lastabhängiger Spannungsab fall entsteht, der den bei hurzschluss in der irspule vorhandenen Strom auf ein <B>S</B> \ekund, unschädliches -.Mass begrenzt. Der Abstand des Rahmens<I>h,</I> von den Sehenkeln b und<I>d</I> des h:isenkerns ist hier grösser als der Abstand i.
Beim Abgrifftransforznator gemäss Fig. 2 ist ebenfalls ein rahmenförmiger magnetischer Nebensehluss h vorgesehen. Dieser Trans formator besitzt jedoch für weitere Ver- brauelrer k, wenn es sieh um eine Spielzeug eisenbahn handelt, zum Beispiel für den Be trieb von Glühlampen, Weichen und der gleichen, eine zweite Sekundärwicklung, wel che jedoch nicht auf den gleichen Schenkel wie die regelbare Sekundärspule e aufgebracht ist, um sie nicht. deren Schwankungen aus zusetzen.
Die zweite Sekundärwicklung Lit vielmehr mit einem Teil 11 ihrer Windungen auf dein Sehenkel<I>cl,</I> mit. einem andern Teil 1' ihrer Windungen auf dem Schenkel b des Eisenkerns a angeordnet. An sieh kann es sieb bei der zweiten l"ekundärwickhing uni eine solche rnit nicht regelbarer Spannung handeln. Es ist aber auch möglich, den Teil 11 ihrer Windungen durch geeignete Anzapfung regelbar zu machen.
Über solche Spielzeugtransformatoren nach der .Erfindung können sowohl Weeliselstronr- als auch Gleichstrommotoren betrieben wer den. Für den letzteren Fall kann, wie dies beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gezeigt ist, zwischen die Sekundärspule e und den Verbraucher g ein Gleiehriehter in und ein Polwender ii. geschaltet werden.
Da schon aus Preisgründen in der Regel eine derart kleine (ileiehriehter:säule vorgesehen wird, da.ss trotz Kurzsehlusssieherheit des Transformator;
die (efahr einer thermischen Überlastung des Gleie hriehters besteht, so ist es zweekmässig, die zur Erzielung der hurzsehlusssicherheit des Tranformators bereits künstlich ver- #-,-rö sserte Streuung der Kraftlinien zusätzlich zu steigern, indem ein zusätzlicher Neben- sehluss den entsprechenden Speisewieklungs- teil magnetisch überbrückt,
um den gewünsch- ten zusätzlichen Spannungsabfall in der Sekundärspule zu erzeugen. Das kann nach Fig. 'durch den Einlagesteg 1z' bewirkt wer clen. Solche Steigerung der lastabhängigen Streuung ist aber auch durch Verringerung des Abstandes i und Vergrösserung des Quer schnittes des 1\Tebensehlusses h erzielbar.
Der Drehtransformator, welcher in Fig. 3 dargestellt ist, besteht aus dein Eisenkern 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 infolge der Hörner 2t) des Eisenkerns s und der Polschuhe des Drehankers t erzeugte Spannungsabfall in der Sekundärspule v ist. durch den rahmenartigen magnetischenNeben- schlusskörper x in der mehrfach erläuterten Weise derart vergrössert, dass der Transforma tor kurzschlusssieher ist.
Auf dem freien Schenkel des Eisenkerns kann eine weitere Sekundärspule y mit unge regelter Spannung zum Betrieb weiterer Ver braucher z angeordnet sein. Im übrigen gilt das, was zum obenerläuterten Abgrifftransfor- mator ausgeführt wurde, grundsätzlich auch für den Drehtransformator.
Bei diesem durchsetzt die Sekundärspule v nur bei der höchsten Sekundärspannung der gesamte oder nahezu gesamte Primärfluss. Bei kleineren. Spannungen wird der Primärfluss mehr oder weniger an der Sekundärspule vor beigeleitet. Der an sieh durch die Polstücke, das heisst durch die Hörner u, bewirkte Span nungsabfall, der mit kleiner werdender Span nung immer grösser wird, erfährt. durch den zusätzlichen magnetischen Nebenschluss eine erhebliche Steigerung.
Die Spannung ändert sieh daher mit grösser werdendem Ver drehungswinkel des Drehankers mehr als bei einem Transformator ohne zusätzlichen ma- gnetisehen Nebenschluss. Somit ergibt sich eine erleichterte Regelung, da der Anker zur Erzielung eines bestimmten Regeleffektes nicht so weit verdreht werden muss. Die Regel arbeit wird also verkleinert und die Hand habung erleichtert.
Wie die Fig. .1 bis 8 zeigen, ist ein beson derer rahmen-, bügel- oder stegartiger Neben schluss entbehrlich, wenn die Tragteile und/ oder das Gehäuse des Transformators als magnetischer Nebenschluss im Sinne der Er findung ausgebildet werden.
Der Transformator besitzt bei diesem Aus führungsbeispiel einen geschlossenen Eisen kern. Er ist aus U-förmigen Lamellen 1 gemäss Fig. 7 gebildet, welche derart aneinander gelegt sind, dass die U-Öffnung 2 der einen Lamelle nach der einen Richtung, diejenige der nächsten Lamelle nach der entgegengesetz ten Richtung gerichtet ist.
Auf dem Schenkel 3 des Eisenkerns ist die Primärspule 4 angeordnet, während der Schenkel 5 die Sekundärspule 6 trägt, deren Spannung regelbar ist.
Das aus dem Kern und den Spulen be stehende Gebilde ist in dem Gehäuse 7 unter gebracht und vorzugsweise auf dessen Boden 8 befestigt. Gegebenenfalls kann es auch an. einer der Gehäusewände angebracht sein.
Zur Festhaltmng der aktiven Teile des Transformators in seinem Gehäuse dienen Träger beziehungsweise Halter 9, die zugleich als Teile magnetischer Nebenschlüsse gestaltet sind. Diese ferromagnetischen Träger v erbin- den zwei Stellen des Transformer-Eisenkerns mit dem ebenfalls aus ferromagnetiscl:em Material bestehenden Gehäuseboden 8, so dass durch die Tragteile 8 und 9 zugleich ein ma- gnetischer Nebenschluss gebildet wird.
Dabei bilden die Träger 9 einen Bestandteil Ges Eisenkerns, indem abgewinkelte Haltearme dieser Träger in das den Eisenkern bildende Blechlamellenpaket eingeschoben sind, die da mit ausser. der magnetischen Verbindung atieli die mechanische Verbindung des Bodens 8 reit dem Eisenkern des Transformators herstellen.
Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel sind Träger von besonderer Einfachheit vor gesehen. Es finden F-förmige Halter 9 Ver wendung, welche der Form und Grösse nach mit den das Blechpaket des Eisenkerns bilden den Lamellen 1 übereinstimmen beziehungs- weise sich von diesen nur durch das Fussteil 10 unterscheiden, welches als Verlängerung des U-Quersteges 11 vorgesehen ist.
Diese Hal. ter 9, welche zweckvoll etwas dicker als die Lamellen 1 sind, bilden die beiden äussern Blechpaketlamellen. Ihre Schenkel 12 liegen auf den entsprechenden Lamellenschenkeln 1a. der Lamellen 1, während die Fussteile 10 zur Befestigung des aktiven Transformatorteils am Gehäuse beziehungsweise dessen Boden dient, so da.ss besondere Tragmittel entfallen. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung durch Umbiegen eines Teils der Fussteile 10, wie namentlich Fig. 5 erkennen lässt.
Die stirnseitig am Transformator ange brachten Halter 9 sind einerseits Bestandteile des Eisenkerns, und ihre Fussteile 10 bilden anderseits Teile eines magnetischen Neben schlusses und tragen insoweit zur Kurzschluss- sicherung bei.
Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, dass das Annieten, Anschrauben oder sonstige Verbinden von Tragteilen mit dem Eisenkern entbehrlich ist. Es haben also.die Träger dreier lei Funktionen: Sie sind zum einen Bestand teil des Eisenkerns, sie bilden zum andern einen zusätzlichen magnetischen Nebenschluss zwecks Überstromsehutz und dienen ferner als Tragteile zur Lagesieherung des Eisenkerns.
Bei Kleintransformatoren genügen diese Schutzmassnahmen meist.. Bei Transformato ren grösserer Leistung muss gegebenenfalls ein zusätzlicher Rahmen oder dergleichen gemäss Fig. 1 und 2 vorgesehen werden.
Einen weiteren magnetischen Nebenschluss kann, soweit erforderlich, das Gehäuse 7 dar stellen, das dann aus ferromagnetischem Mate rial herzustellen ist und möglichst nahe den Stirnseiten des Kerns zu verlaufen. hat Ein anderes Ausführungsbeispiel des Transformators ist. in Fig. 9 dargestellt, bei welchem die Träger nicht, einstückig mit den Bleehpaketlamellen sind. Es sind vielmehr Winkelstücke 13 vorgesehen, welche mittels Lappen 14 an dem Boden des Transformator gehäuses 7 befestigt sind.
Die obern Schenkel dieser winkelförmigen Träger sind zwischen das Bleehlamellenpaket und die Spule 5 ein gesteckt, wodurch die Träger Teile eines magnetischen Nebensehlusses bilden. Bei die ser Ausbildung stellen zwar die Träger nicht zugleich Teile des Eisenkerns dar. Sie hat aber den Vorteil, dass das Blechlamellenpaket in seiner Lage gegenüber den Spulen fest- gespannt wird, wenn der Ilalteschenkel der Träger zwischen das Paket und die Primär spule eingesteckt beziehungsweise eingepresst wird.
Ausgehend von der Erkenntnis, dass dir. Wände des Gehäuses 7 durch den austreten den magnetischen Streufluss an den Stirn- 1'läclien des Transformators ini Falle eines Kurzschlusses einem starken magnetischen Weeliselfluss unterliegen, können die in Sehwingun gen geratenden ferroniagnetischen Geliä usewä nde zur Abgabe eines akustiscberi Warnzeichens herangezogen werden,
welches durch eine -eeignet ausgebildete, an der Ge- häusewand angeordnete Zunge verstärkt wer den kann. Das führt ztt dem Fortschritt, dass eiii Kurzschluss oder dergleichen sofort. hör bar geniaeht, die Kurzsehlussursaehe also rasch behoben werden kann.
Ausser den bereits erläuterten Vorteilen haben als Abgrifftransformatoren ausgebil dete Transformatoren nach der Erfindung den Vorzug, class die Regelung weicher ge- niachl werden kann. Da zwischen den ver schiedenen Spannungsstufen eines Abgriff- ti#anfoi#niatoi-s ein bestimmter Spannungs- bereielr liegt, so ist an sich eine sprunghafte Regelung gegeben.
Infolge des im Sinne der Erfindung vorgesehenen magnetischen Neben schlusses, dessen Wirkung sich in jeder Stufe bemerkbar niaeht, wird Ader Übergang von Stufe zii Stufe flüssiger, die Regelung mithin feinstufiger.
Die Erfindung ist. bei Transformatoren rür Hauptstrommotoren ebenso geeignet wie bei Transformatoren für Nebenschlussmotoren. Sie ist mit besonderem Vorteil bei Transfcr- niatoren für den Betrieb von Motoren mit durch Dauermagneten erzeugtem Magnetfeld anwenclbai@, da solche Nebensehlussmotoren gegen therinisehe Überlastung besonders ge fährdet sind