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Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf eine Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit
einer nebenschlußerregten Drehstromlichtmaschine sowie mit einer an diese über mehrere
Gleichrichter anschließbaren Sammlerbatterie und mit einem nach dem Tirrill-Prinzip
arbeitenden, in einem eigenen Gehäuse untergebrachten und räumlich getrennt vom
Lichtmaschinengehäuse befestigbaren Spannungsschnellregler, der ein elektromagnetisches,
mit seinen Schaltkontakten mittelbar über einen elektronischen Verstärker oder unmittelbar
durch Kurzschließen eines im Erregerkreis der Lichtmaschine liegenden Regulierwiderstandes
auf den Erregerstrom einwirkendes Relais enthält, das auf seinem Eisenkern außer
einer an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Spannungsspule noch eine Hilfsspule
enthält, die mit einem einen pn-Übergang enthaltenden Halbleiter in Reihe geschaltet
und an eine Strombegrenzungseinrichtung angeschlossen ist, die eine mit steigendem
Laststrom der Lichtmaschine ansteigende Spannung liefert.
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Bei bekannten Lichtanlagen dieser Art sind die zur Gleichrichtung
des Laststromes dienenden Gleichrichter im Gehäuse der Lichtmaschine untergebracht
und verhältnismäßig hohen Belastungen ausgesetzt. Sie können mit vergleichsweise
wesentlich kleineren Kühlflächen ausgerüstet werden, wenn sie innerhalb des Lichtmaschinengehäuses
so angeordnet werden, daß sie dem Kühlluftstrom der Lichtmaschine ausgesetzt sind.
Es hat sich in diesem Falle als zweckmäßig erwiesen, die Regeleinrichtung getrennt
von der Lichtmaschine anzuordnen. Bei Drehstromlichtmaschinen entfällt die sonst
erforderliche Rücksicht auf die Belastbarkeit eines Kollektors. Man kann daher die
zulässigen Betriebstemperaturen, die am Gehäuse der Lichtmaschine auftreten, höher
wählen. Bei der seither üblichen Befestigung der Regeleinrichtung auf dem Gehäuse
der Lichtmaschine würde jedoch eine starke Beeinflussung der Regelgenauigkeit entstehen,
weil bei zunehmender Erwärmung der Spannungsspule des Kontaktreglers auch deren
Widerstand steigt und der Regler dann auf eine höhere Spannung einregelt.
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Es sind auch bereits Lichtmaschinen bekanntgeworden, bei denen der
Regler abnehmbar auf dem Lichtmaschinengehäuse sitzt und an seiner dem Maschinengehäuse
zugekehrten Unterseite Bolzen trägt, die beim Aufsetzen des Reglers in am Maschinengehäuse
befestigte Kontaktbüchsen eingesteckt werden und dabei die notwendigen elektrischen
Verbindungen zwischen dem Regler und der Lichtmaschine herstellen. Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen einheitlichen, für Lichtmaschinen
verschiedener Leistungsgröße verwendbaren Regler zu schaffen, der einen besonders
einfachen und die jeweiligen Raumverhältnisse berücksichtigenden Einbau der Lichtmaschine
und des Reglers erlaubt. Dies läßt sich erreichen, wenn gemäß der Erfindung außer
den zur Gleichrichtung des Lichtmaschinenlaststromes erforderlichen Gleichrichtern
auch die Strombegrenzungseinrichtung im Innern des Lichtmaschinengehäuses untergebracht
wird und ferner am Lichtmaschinengehäuse mindestens drei Kabelanschlüsse vorgesehen
sind, an denen der Spannungsregler über Kabel anschließbar ist, die nicht vom Lichtmaschinenlaststrom
durchflossen werden.
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In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung zwei
Lichtanlagen dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Lichtanlage in raumbildlicher Darstellung
und teilweise schematisch, Fig. 2 das elektrische Schaltbild dieser Lichtanlage,
während Fig. 3 das elektrische Schaltbild der zweiten Lichtanlage wiedergibt.
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Die Lichtanlage nach Fig. 1 umfaßt eine Drehstromlichtmaschine 10,
deren Ankerwelle 11 von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetrieben
werden kann. Auf dem Lichtmaschinengehäuse ist ein Anschlußbolzen 12 isoliert befestigt,
von dem ein Leitungsstück 13 zur Plusklemme 14 einer Sammlerbatterie 15 führt, die
mit ihrer Minusklemme 16 an Masse angeschlossen ist. Von der Anschlußklemme 12 führt
außerdem ein Kabel 17 zu nicht näher dargestellten Verbrauchern, die bei
laufender Lichtmaschine von dieser mit Strom versorgt werden und bei stillstehender
Maschine aus der Batterie 15 gespeist werden können.
Damit auch
bei stark wechselnden Antriebsdrehzahlen und verschieden großen, der Lichtmaschine
entnommenen Lastströmen die an der Anschlußklemme 12 zur Verfügung stehende Ausgangsspannung
der Lichtmaschine auf einem gleichbleibenden Wert gehalten werden kann, ist eine
Regeleinrichtung 20 vorgesehen, die über ein vieradriges Kabel 21 mit Hilfe einer
Steckerkupplung an die Lichtmaschine 10 angeschlossen ist. Die Kupplung umfaßt ein
auf dem Lichtmaschinengehäuse sitzendes Mutterstück 22 mit vier in Fig. 2 bei 23,
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nicht dargestellten Steckerstiften, von denen jeder mit einem der Kabeladern 21
a, 21 b, 21 e, 21 d des Kabels 21 verbunden ist.
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Die Regeleinrichtung 20 enthält ein elektromagnetisches Relais 30,
dessen Kern 31 außer einer an die zu regelnde Ausgangsspannung der Lichtmaschine
über einen Zündschalter 33 anschheßbaren Spannungsspule 32 noch eine Hilfsspule
35 trägt, die mit den Buchsen 25 und 26 über die Kabeladern 21 c und 21 d beim Aufsetzen
des Steckers 27 in Verbindung kommt. In Reihe mit dieser Stromspule ist ein Halbleitergerät
40 geschaltet, das eine durch Einlegieren einer Indiumpille 41 in eine n-Germaniumscheibe
42 entstandene pn-Grenzschicht enthält. Die Germaniumscheibe hat die Aufgabe, in
Verbindung mit der Hilfsspule 35 die Erregung der Lichtmaschine stark in der weiter
unten näher beschriebenen Weise herabzusetzen, wenn der der Lichtmaschine entnommene
Laststrom einen festgelegten Höchstwert zu überschreiten droht.
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Die Lichtmaschine enthält drei in bekannter Weise in Sternschaltung
verbundene Wechselstromwicklungen 41, 42 und 43 und außerdem sechs Siliziumgleichrichter
44. Jeweils drei Gleichrichter sind mit ihren Zuleitungselektroden untereinander
verbunden und an Masse angeschlossen. Die übrigen drei Gleichrichter, von denen
jeder mit seiner Zuleitungselektrode an die Ableitungselektrode eines der anderen
Gleichrichter und außerdem an eine der Wicklungen 41, 42, 43 angeschlossen ist,
sind an ihren Ableitungselektroden untereinander verbunden und führen beim Betrieb
der Lichtmaschine positives Potential. Sie sind an einen niederobmigen, nur etwa
1 .10-4 Ohm betragenden Steuerwiderstand45 angeschlossen; dieser führ zur Anschlußklemme
12.
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Für die Beschreibung der Wirkungsweise der Regeleinrichtung wird davon
ausgegangen, daß die zum Antrieb der Lichtmaschine dienende, nicht dargestellte
Brennkraftmaschine aus ihrem Stillstand heraus gestartet und dazu der Zündstromschalter
33 der Brennkraftmaschine in seine Schließstellung gebracht wird. Dadurch erhält
die mit der Ankerwelle 11 umlaufende, in Fig. 2 bei 46 angedeutete Erregerwicklung
der Lichtmaschine über die Kabelader 21 b und die Buchse 24 Strom. Das mit dem Anker
umlaufende, von der Erregerwicklung 46 erzeugte Magnetfeld induziert dann mit zunehmender
Antriebsdrehzahl ansteigende Wechselspannungen in den Wicklungen 41, 42 und 43.
Sobald die an der gemeinsamen Pluselektrode der Gleichrichter 44 entstehende Gleichspannung
der Lichtmaschine den Sollwert der Regeleinrichtung erreicht, fließt über die Spannungswicklung
32 ein solch starker Strom, daß das von ihm erzeugte Magnetfeld ausreicht, den am
Anker 48 des Relais sitzenden, über das Eisengestell 49 des Relais mit Masse verbundenen
Kontakt 50 entgegen der Rückstellkraft einer Feder 52 von seinem Gegenkontakt 51
abzuheben, der über die Kabelader 21a an die Steckerbuchse 23 angeschlossen ist.
Sobald der Kontakt 50 von seinem Gegenkontakt 51 abhebt, kommt ein seither über
diese Kontakte kurzgeschlossener Regelwiderstand 53 zur Wirkung, der mit der Erregerwicklung
46 in Reihe geschaltet und mit dieser zusammen an die Steckerbuchse 23 angeschlossen
ist. Der Regelwiderstand 53 ist so hoch gewählt, daß der dann die Erregerwicklung
46 durchfließende Erregerstrom schnell absinkt und die Ausgangsspannung der Lichtmaschine
nicht mehr auf dem seitherigen Wert gehalten werden kann, sondern geringfügig erniedrigt
wird. Dann kann die Spannungsspule 32 die Kontakte 50 und 51 nicht mehr in ihrer
Schließstellung halten. Diese berühren sich wieder und überbrücken den Regelwiderstand
53, so daß das beschriebene Spiel von neuem beginnen kann.
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Der Strombegrenzungsvorgang, der mit Hilfe des Steuerwiderstandes
45 des Germaniumhalbleiters 40 und der Hilfsspule 35 bewirkt werden soll, kommt
folgendermaßen zustande: Der über den Steuerwiderstand 45 zur Anschlußklemme 12
fließende Laststrom J der Lichtmaschine erzeugt am Steuerwiderstand 45 eine Spannung.
Sobald diese Spannung einen bei etwa 0,3 V liegenden, durch die Schleusenspannung
des Germaniumhalbleiters festgelegten Mindestwert überschreitet, kann über diesen
Halbleiter und die mit ihm in Reihe geschaltete Hilfsspule 35 ein Steuerstrom J1
fließen, der ein zusätzliches, die Wirkung der Spannungsspule 32 unterstützendes
Magnetfeld liefert. Hierdurch tritt auch dann eine erhebliche Erniedrigung der Erregung
an der Lichtmaschine ein, wenn die Ausgangsspannung der Lichtmaschine ihren Sollwert
nicht mehr überschreitet, jedoch der Laststrom so stark angestiegen ist, daß der
von ihm am Steuerwiderstand 45 erzeugte Spannungsabfall mehr als 0,3 V beträgt.
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Während beim vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel die Erregerwicklung
46 über den Zündschalter 33 aus der Batterie 15 auch dann mit Strom versorgt werden
kann, wenn die Lichtmaschine stillsteht, ist bei dem zweiten, in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel die Anordnung so getroffen, daß die Lichtmaschine als selbsterregter
Generator arbeitet. Soweit bei diesem Ausführungsbeispiel gleiche oder gleichwirkende
Teile wie bei der Schaltung nach Fig. 2 verwendet sind, tragen diese die gleichen
Bezugszeichen. Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 und 2 ist jedoch
beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 die Spannungsspule 32 des Relais 30 unmittelbar
an die Steckerbuchse 26 angeschlossen. Diese steht zwar ebenfalls mit dem Steuerwiderstand
45 in unmittelbarer Verbindung. Abweichend von der Schaltung nach Fig. 2 ist jedoch
zwischen den Steuerwiderstand 45 und die Ausgangsklemme 12 der Lichtmaschine eine
für den vollen Laststrom bemessene Siliziumdiode 70 eingeschaltet. Diese verhindert,
daß sich bei stillstehender oder ungenügend erregter Lichtmaschine die Batterie
15 über die Erregerwicklung 46 bzw. die Spannungsspule 32 entladen kann. Darüber
hinaus wird sichergestellt, daß das Arbeitsspiel der Kontakte 50 und 51 nur von
der jeweiligen Höhe der Lichtmaschinenspannung abhängig ist, aber durch die Spannung
der Batterie 15 nicht beeinflußt werden kann. Der besondere Vorteil dieser Schaltung
besteht außerdem darin, daß sich die Lichtmaschine im Gegensatz zu der mit Fremderregung
arbeitenden Lichtmaschine nach Fig. 2 im
vorliegenden Falle selbsttätig
auf eine niedrigere Spannung einregelt, wenn einer der Gleichrichter 44
beispielsweise
durch Ablösen einer seiner Elektroden einen hohen Durchlaßwiderstand bekommt und
dadurch die übrigen Gleichrichter der Gefahr der überlastung aussetzt. Durch den
Anschluß der Spannungsspule 32 an die Kabelader 21 d erübrigt sich ferner die in
Fig. 2 vorgesehene Steckerbuchse 24 samt der zugehörigen Kabelader 21b. Man
kommt daher mit einem dreiadrigen Verbindungskabel zwischen der Regeleinrichtung
und den Steckerbuchsen der Lichtmaschine aus.