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Wechselstrom-, insbesondere Drehstromlichtmaschine für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine zum Betrieb auf Kraftfahrzeugen bestimmte Wechselstrom-,
insbesondere Drehstromlichtmaschine mit Erregung über Gleichrichter und mit einer
über mindestens einen weiteren Gleichrichter an die Wechselstromwicklung bzw. an
die Drehstromwicklungen angeschlossenen Sammlerbatterie, an welche die Erregerwicklung
zur Sicherstellung der Selbsterregung bei Anlauf des Generators aus dem Stillstand
heraus anschaltbar ist mit Hilfe eines Schalters (Zünd- oder Fahrschalters), der
zum Fahrbetrieb in seine Schließstellung gebracht werden muß und dabei zwangläufig
die Erregerwicklung über einen Spannungsregler an die Batterie anschließt.
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Bei bekannten Drehstromlichtmaschinen, deren Wechselstromwicklungen
über je drei Gleichrichter mit einer an Masse angeschlossenen Minusleitung und einer
Plusleitung verbunden sind, kann die mit der Erregerwicklung verbundene Plusleitung
über einen Zündschalter, der zum Starten der Brennkraftmaschine in seine Schließstellung
gebracht werden muß, an die Batterie angeschlossen werden. In diesem Falle arbeitet
die Lichtmaschine mit Fremderregung, und bei unterhalb des Sollwertes liegender
Spannung der Lichtmaschine fließt dann über deren Erregerwicklung ein hoher, nur
durch den Gleichstromwiderstand dieser Wicklung begrenzter Erregerstrom, der rasch
zur Beschädigung der Wicklung führen kann, wenn bei eingeschalteter Zündung die
Brennkraftmaschine beispielsweise infolge Brennstoffmangels stehenbleibt oder aus
anderen Gründen beim Starten nicht anspringt. Der hohe, die Fremderregung ergebende
Erregerstrom ist außerdem beim Starten im Winter oder bei nur schwach geladener
Batterie unerwünscht, da er die Zündleistung beeinträchtigt. Vor allem hat jedoch
die Fremderregung den Nachteil, daß infolge des hohen aus der Batterie entnommenen
Erregerstromes sämtliche Gleichrichter gefährdet sind, wenn auch nur ein einziger
von ihnen aus irgendwelchen Gründen zerstört wird und ausfällt. Diese Umstände lassen
es, zweckmäßig erscheinen, Lichtmaschinen der eingangs beschriebenen Art nicht mit
Fremderregung, sondern mit Selbsterregung zu betreiben.
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Bei dieser Betriebsart ist es jedoch möglich, daß während eines längeren
Stillstandes der Lichtmaschine die in ihren Eisenteilen remanente Magnetkraft so
geschwächt wird, daß sich die Lichtmaschine nicht oder nur sehr langsam erregt,
weil die zur Gleichrichtung des Erregerstromes vorgesehenen Gleichrichter bei einer
Lichtmasch-inenspannung, die kleiner als der Schwellwert dieser Gleichrichter ist,
praktisch keinen Strom durchlassen. Wenn zur Erregung der Lichtmaschine ein mit
Transistoren bestückter Schnellregler verwendet wird, sind seither besondere Schaltmaßnahmen
erforderlich gewesen, um die Selbsterregung des Generators beim Anlauf aus dem Stillstand
heraus sicherzustellen. Es ist in diesem Fall bereits eine Anordnung bekannt, bei
der ein Schaltkantaktpaar auf einem elektromagnetischen Rückstromschalter vorgesehen
ist, das so lange geschlossen ist und dabei den im Erregerstromkreis liegenden Leistungstransistor
des Reglers überbrückt, bis die Generatorspannung annähernd auf den Sollwert angestiegen
ist. Die Verwendung von elektromagnetischen Schaltern ist jedoch in vielen Fällen
unerwünscht, weil sie bei den im Stadtfahrbetrieb häufig vorkommenden niedrigen
Drehzahlen zum Rattern neigen und. dann den Regler in unzulässiger Weise beeinflussen.
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Eine wesentlich einfachere Anordnung, bei welcher das oben geschilderte
vorteilhafte Betriebsverhalten bei Selbsterregung erzielt und andererseits eine
Anfangserregung beim Anlauf des Generators aus dem Stillstand heraus sichergestellt
wird, ergibt sich, wenn gemäß der Erfindung von der Reihenschaltung aus Erregerwicklung
und Regler zum Schalter ein Widerstand führt und parallel zu dem Widerstand und
dem Schalter wenigstens ein Gleichrichter vorgesehen ist, der bei unter der Batteriespannung
liegender Lichtmaschinenspannung in seiner Sperrichtung beansprucht wird.
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Der mit dem Schalter in Reihe liegende Widerstand soll so bemessen
sein, daß der beim Schließen
des Schalters aus der Battsrie über
den Widurgtäpd und den Regler der Erregerwicklung zufließen& die Anfangserregung
ergebende Strom zwar klein bleibt, aber mindestestens ein desj@nlgQn Wertes erreicht,
den der Erregerstrom bei Lrerlaufdreh@ zahl der antreibenden Brennkraftmaschine
haben muß, damit die unbelastete Lichtmaschine sich auf den Sollwert erregen kann.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand zweier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Drehstromnaschine
in der Ansicht, Fig. 2 den olektrischen Schaltplan dieser Lichtmaschine und Fig.
3 den Schaltplan einer anderen Lichtmaschine, die mit einer Batterie zusammenarbeitet.
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Die Lichtmaschine nach Fig. 1 enthält in ihrem zylindrIsehen Gehäuse
10 drei gleichmäßig über ihren Umfang verteilte, in Fig. 1 nicht dargestellte, jedoch
in Fig. 2 bei 11, 12 und 13 angedeutete Ständerwicklungen. Auf der eine Keilriemenscheibe
14 tragenden Lichtmaschinenwelle 15 sitzt ein nicht dargestellter Anker. Dieser
trägt eine in Fig. 2 bei 16 angedeutete Erregerwicklung.
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Die Drehstromwicklungen 11, 12 und 13 sind untereinander in Sternschaltung
verbunden. Jedes der Wicklungsenden der Drehstromwicklungen liegt an dem Verbindungspunkt
je eines Gleichrichterpaares 17, 18 bzw. 19, 20 bzw. 21, 22. Alle diese Gleichrichter
sind in einem von der Kühlluft der Lichtmaschine durchströmten Gehäuse 101 untergebracht,
das den Lagerschild für das dem Antrieb abgekehrte Ende der Ankerwelle bildet. Die
Zuleitungselektroden der Gleichrichter 17, 19, 21 sind miteinander verbunden und
über eine gemeinsame Minusleitung 23 an den Minuspol einer 6-V-Batterie 24 angeschlossen.
Die Ableitungselektroden der Gleichrichter 18, 20 und 22 stehen reit einer gemeinsamen
Plusleitung 25 in Verbindung, die über eine für den vollen Lichtmaschinenlaststrom
bemessene Germaniumdiode 26 an den Pluspol der Batterie 24 führt. Außerdem ist ein
elektromagnetisches Spannungsrelais 27 vorgesehen, dessen Spannungsspule 28 über
eine Leitung 29 mit der Minusleitung 23 und mit der Plusleitung 25 über eine Leitung
30 in Verbindung steht. Es enthält außerdem ein Ruhekontaktpaar, das aus einem Schaltarm
31 und einem mit diesem zusammenarbeitenden feststehenden Kontakt 32 besteht. Der
Schaltarm wird durch eine nicht dargestellte Rüchstellfeder in seiner Schließlage
gehalten, solange die zwischen der Minusleitung 23 und der Plusleitung 25 herrschende,
von den Wechselstromwicklungen 11, 12, und 13 über die Gleichrichter 17 bis 22 gelieferte
Spannung unterhalb eines durch die Federspannung festgelegten Sollwertes von etwa
6,8 V bleibt oder diesen Wert unterschreitet. Er gelangt in die Offenstellung, sobald
das von dem über die Spannungswicklung 28 fließenden Strom erzeugte Magnetfeld
die Federspannung übei@viegt und dabei einen mit dem Schaltarm 31 gekoppelten, in
der Zeichnung nicht dargestellten Anker anzuziehen vermag.
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Da die als Rückstromschalter wirkende Germaniumdiode 26 beim .Anlauf
des Generators keinen Erregerstrom über die dann geschlossenen Reglerkontakte 31,
32 der Erregerwicklung 16 aus der Batterie 24 zugießen Zßt, kann eine Selbsterregung
des Generatgrs nur dann erfolgen, wenn das in den Eisenteilen der Lichtmaschine
vorhandene remanente Magnetfeld so groß und die Antriebsdrehzahl der Lichtmaschine
so hoch liegt, daß die in den Wechselstramwieklungen 11, 12 und 13 induzierten Spannungen
mindegtens die Größe des Schwellwertes der Gleichrichter 17 bis 22 erreichen. Um
jedoch bereits bei niedrigen, geringfügig über der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine
liegenden Drehzahlen eine ausreichende Erregung der Lichtmaschine sicherzustellen,
ist erfindungsgemäß die als Rückstromschalter dienende Diode 26 durch einen Widerstand
33 und einen mit dieser in Reihe geschalteten, beim Betrieb der Brennkraftmaschine
sich in seiner Schließstellung befindenden Zündschalter 34, 35 überbrückt. Der Widerstand
33 ist an die von der Plusleitung 25 zum Reglerkontakt 32 führende Leitung 30 angeschlossen
und so bemessen, daß zur Unterstützung der Selbsterregung der Erregerwicklung 16
ein Erregerstrom zufließen kann, der mindestens ein Zwanzigstel desjenigen Wertes
beträgt, den der Erregerstrom J,, bei geschlossenen Reglerkontakten haben muß, damit
die unbelastete Lichtmaschine sich bei Leerlaufdrehzahl der antreibenden Brennkraftmaschine
auf den Sollwert von 6,8 V erregen kann. Auf diese Weise entsteht beim Anfahren
ein kleines elektromagnetisches Feld im Anker der Lichtmaschine, das auch bei niedrigen
Drehzahlen ausreicht, um den Schwellwert der Gleichrichter 17 bis 22 -ni überwinden,
Bei Verwendung einer derartigen Vorerregung besteht jedoch bei Lichtmaschinen, die
mit stark wechselnden Drehzahlen angetrieben werden, die Gefahr, daß die Lichtmaschine
bei hohen Antriebsdrehzahlen und abgeschalteter Belastung durch den Regler nicht
auf ihrem Sollwert gehalten werden kann, weil dann der über den Widerstand 33 gießende
Erregerstrom eine zu große Erregung der Lichtmaschine ergeben würde. Daher ist der
Widerstand 33 nicht unmittelbar mit der Erregerwicklung 16 verbunden, sondern an
den feststehenden Kontakt 32 des Reglers 27 geführt, so daß der bei geschlossenem
Zündschalter 34, 35 über diesen Widerstand fließende Strom von den Reglerkontakten
unterbrochen werden kann, wenn die zwsichen den Ausgangsleitungen 23 und 25 entstehende
Lichtmaschinenspannung über ihren Sollwert ansteigt.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 enthält die Lichtmaschine
40 ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel drei feststehende Drehstrorrrwicklungen
41, 42 und 43, eine mit dem nicht dargestellten Anker umlaufende Erregerwicklung
46 und drei nicht näher bezeichnete Gleichrichterpaare, die in einem gemeinsamen
Gehäuse 47 untergebracht sind und dazu dienen, die bei 44 angedeutete Batterie sowie
eine Reihe von licht dargestellten, an diese. anschließbaren Verbrauchern mit Strom
zu versorgen. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist in die von
den Gleichrichtern im Gehäuse 47 zur Plusklemme der Batterie führende Plusleitung
45 keine als Rückstromschalter dienende Diode eingeschaltet. Die für die selbsterregende
Lichtmaschine erforderliche Gleichstromanregung wird vielmehr von drei an je eine
der Drehstromwicklungen 41, 42 und 43 angeschlossenen Gleichrichtern 51, 52 und
53 geliefert, deren Ableitungselektroden an eine gemeinsame Leitung 54 an @eschlossen
sind. Zwischen der mit einem ihrer beiclan Wicklungsenden an die Minusklemme der
Batterie angeschlossenen Erregerwicklung 46 und der Leitung
54
ist ein Spannungsregler 55 vorgesehen, der sowold ein elektromagnetischer Kontaktregler
als auch ein bekannter, mit Transistoren bestückter Spannungsregler sein kann. Damit
sich trotz der verhältnismäßig hohen Schwellwerte der Gleichrichter 51, 52 und 53
die Lichtmaschine auch bei niedrigen Drehzahlen auf ihre Sollspannung erregen kann,
ist zwischL-n der Leitung 54 bzw. dem Regler 55 und der Plusklemme der Batterie
44 wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Widerstand 56 vorgesehen. Dieser
läßt über den im Ruhezustand Stromleitenden Regler 55 und die Erregerwicklung 46
aus der Batterie einen Erregerstrom J,, fließen, sobald der mit ihm in Reihe liegende
Zündschalter 57 zum Anwerfen der Brennlraftmaschine geschlossen wird. Wie beim Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2 wird der über den Widerstand 56 fließende, die Vorerregung des Generators
ergebende Erregerstrom dann durch den Regler 55 unterbrochen, wenn die Lichtmaschine
ihren Sollwert erreicht bzw. überschreitet.
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An Stelle eines Zündschalters kann bei zum Antrieb der Lichtmaschine
dienenden Dieselbrennkraftmaschinen irgendein anderer elektrischer Schalter verwendet
werden, der zum Betrieb der Brennkraftmaschine in seine Schließstellung gebracht
werden muß.
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Der besondere Vorteil der beschriebenen Anordnungen liegt darin, daß
man durch geeignete Wahl der Größe der Widerstände 33, 57 bereits bei sehr niedrigen
Drehzahlen eine genügende Erregung der Lichtmaschine sicherstellen kann und in diesem
Fall auch beim Stadtfahrbetrieb eine rasche Nachladung der Batterie im unteren Drehzahlbereich
erhält.