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Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer nebenschlusserregten Lichtmaschine, und einer elektromagnetischen, nach dem Tirrillprinzip arbeitenden Regeleinrichtung, deren elektromagnetisches Relais ausser einer an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Spannungsspule noch eine Hilfsspule für die Stromregelung enthält, die in Reihe mit einem als nichtlinearer Stromleiter ausgebildeten Halbleiter parallel zu einem niederohmigen Widerstand liegt, der in einer Verbindungsleitung vom Generator zu seinen Verbrauchern angeordnet ist.
Bei Lichtanlagen dieser Art wird der von der Lichtmaschine gelieferte und den an sie angeschlossenen Verbrauchern zufliessende Laststrom über einen Widerstand geführt, der an das Reglergehäuse angebaut ist. Die an diesem Widerstand entstehende Wärme kann jedoch bei ungünstigem Einbau des Reglers in das Fahrzeug leicht dazu führen, dass das elektromagnetische Relais sich während des Betriebs aufheizt. Dies hat zur Folge, dass der Gleichstromwiderstand der Spannungsspule ansteigt und das Relais demzufolge auf eine zu hohe Lichtmaschinenspannung einregeil.
Dieser Nachteil ist verhindert und gleichzeitig der Vorteil einer getrennten Anordnung des Reglers geschaffen, wenn gemäss der Erfindung der den Laststrom der Lichtmaschine führende Widerstand samt einem als Rückstromschalter wirkenden Gleichrichter innerhalb der Lichtmaschine angeordnet und zur Verbindung des Reglers mit der Lichtmaschine an dieser fünf Klemmen vorgesehen sind, von denen die erste an die Masseleitung und eine Bürste der Lichtmaschine, die zweite an das Ende der mit ihrem Anfang an der andernLichtmaschinenbürste liegenden Feldwicklung der Lichtmaschine, die dritte an den Anfang der Feldwicklung und das maschinenseitige Ende des Widerstandes, die vierte an den Verbindungspunkt des andern Widerstandsendes mit dem Gleichrichter angeschlossen ist, während die fünfte Klemme zum unmittelbaren,
unter Umgehung des Reglers erfolgenden Anschluss der mit konstanter Spannung zu versorgenden Verbraucher dient.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 das Schaltschema einer Lichtmaschine und des Reglers, Fig. 2 einen Bauteil der zur Lichtanlage gehörenden Regeleinrichtung im Schnitt, Fig. 3 eine Stromspannungskennlinie des Bauteils nach Fig. 2.
Die Lichtanlage nach Fig. 1 hat eine Gleichstromlichtmaschine 10, deren Anker 11 mit dem nicht dargestellten Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs gekuppelt ist und je nach der Fahrgeschwindigkeit mit stark wechselnden Drehzahlen angetrieben wird. An die bei a angedeutete Plusbürste der Lichtmaschine ist ein Ende der Erregerwicklung 12 angeschlossen. Das andere Ende der Erregerwicklung ist zu einer an der Aussenseite der Lichtmaschine zugänglichen Klemme 13 geführt, während die Minusbürste b der Lichtmaschine an Masse liegt und mit derMinusklemme 14 verbunden ist. An die Plusbürste a ist ausserdem ein Steuerwiderstand 15 angeschlossen. Dieser hat einen Wert von etwa 0, 006 Ohm und ist so bemessen, dass er den gesamten von der Lichtmaschine gelieferten und den nicht näher dargestellten Verbrauchern zufliessenden Laststrom JL zu führen vermag.
Dieser Laststrom fliesst auch über eine an Stelle eines sonst üblichen elektromagnetischenRückstromschalters verwendetenRückstromdiode 16 aus Halbleitermaterial und wird der Lichtmaschine an der mit 17 bezeichneten Plusklemme entnommen. Von dort führt eine Leitung 18 zu der mit der Lichtmaschine zusammenarbeitenden Sammlerbatterie B, an die nicht dargestellte Verbraucher, z. B. Scheinwerfer für die Fahrbahnbeleuchtung, Signaleinrichtungen usw., angeschlossen werden können.
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- Damit die Lichtmaschine unabhängig von ihrer jeweiligen Antriebsdrehzahl und von der Grösse des ihr entnommenen Laststroms JL auf einer praktisch gleichbleibenden Spannung von 6, 3 V gehalten werden kann, ist der in Fig. 1 bis 21 angedeutete Regler vorgesehen. Dieser hat ein aus thermoplastischem Werkstoff bestehendes nicht näher dargestelltes Gehäuse, das vier gegeneinander isolierte Stecker 25, 29, 30
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sches Relais untergebracht, das ausser einer an die zu regelnde Spannung angeschlossenen, aus etwa 1200 Windungen dünnen Drahtes bestehenden Spannungsspule 22 noch eine Hilfsspule 23 für die Stromregelung trägt.
Diese hat etwa 100 Windungen eines wesentlich stärkeren Kupferdrahtes ; ihr freies Ende ist an einen nichtlinearen, weiter unten näher beschriebenen Stromleiter 24 angeschlossen, dessen andere Elektrode mit dem Stecker 25 verbunden ist.
Das elektromagnetische Relais hat ausserdem einen beweglichen Schaltarm 26, dermit einem feststehenden Kontakt 27 zusammenarbeitet. Wenn das Relais infolge ungenügend hoher Spannung der Lichtmaschine eine so geringe Erregung hat, dass eine in der Zeichnung nicht dargestellte Feder den Schaltarm gegen den Kontakt 27 drückt, schliesst der Schaltarm 26 einen Widerstand 28 kurz, der bei abgehobenem Schaltarm 26 in Reihe mit der Feldwicklung 12 geschaltet ist und. dann den durch die Feldwicklung fliessenden Erregerstrom der Lichtmaschine auf einem sehr niedrigen Wert hält. Das eine Ende des Vorwiderstandes 28 ist an den Stecker 29 und das andere an den Stecker 30 angeschlossen. Die Stekker 29 und 30 stehen über zwei nicht näher bezeichnete Verbindungsleitungen mit den Klemmen 13 und 14 der Lichtmaschine in Verbindung.
Der in Fig. 2 in vergrössertem Massstab dargestellte Stromleiter 24 hat einen aus einer Kupferplatine durch Fliesspressen hergestellten Becher 40 von etwa 7 mm Höhe und 6 mm Durchmesser. Innen am Becherboden 41 ist mittels einer Zinnscheibe 42 eine etwa 0, 3 mm starke Halbleiterscheibe 43 festgelötet.
ZurHerstellung der Halbleiterscheibe wird vonhochgereinigtem Germanium ausgegangen, das auf 109 -1010 Germaniumatome nur höchstens ein Fremdatom enthält. Dieses Germanium wird unter Zugabe von Antimon in einem Tiegel geschmolzen und erhält durch das zugegebene Antimon n-Leitfähigkeit. Aus der Schmelze wird in bekannter Weise ein zylinderförmiger Einkristall gezogen, der auf je 2, 5. 106 Germaniumatome ein Antimonatom enthält und daher einen verhältnismässig niedrigen spezifischen Widerstand von etwa 0, 1 Ohm. cm hat. Durch quer zur Längsachse des Kristalls geführte Sägeschnitte werden dann 0, 3 mm starke Scheiben 43 gewonnen.
Auf der vom Becherboden 41 abgekehrten Seite der Germaniumscheibe 43 ist mittels einer Pille 44 aus 99, 999 % reinem Indium ein Kupferdraht 46 festgelötet, der durch die zentrale Bohrung einer Isolierscheibe 45 hindurchgeführt ist und aus dem Becher herausragt. Der über der Scheibe 45 befindliche Hohlraum iSt. mit einer Vergussmasse 47 ausgefüllt.
Das Zusammenlöten der beschriebenen Halbleiteranordnung erfolgt in einem einzigen Arbeitsgang durch Erhitzen auf etwa 520 - 5300C unter Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum, wobei die zwischen der Halbleiterscheibe 43 und dem Boden des Bechers befindliche Zinnschicht 42 schmilzt und gleichzeitig die als Lötmittel für den Anschlussdraht 46 dienende Indiumpille so weit in die Germaniumscheibe einlegiert, dass sich dort die mit 49 angedeutete p-n-Schicht bildet. Gleichzeitig löst die etwa 4 mms betragende Indiummenge aus dem Anschlussdraht 46 etwa 0,6 mms Kupfer. Dieses legiert sich ebenfalls mit dem Indium und dringt bis zu der p-n-Grenzschicht 49 vor.
Dadurch wird das Halbleitergerät für Gleichrichtungszwecke praktisch ungeeignet, bekommt jedoch oberhalb einer Betriebsspannung von 0, 3 V eine erhebliche Flussstromsteilheit, wie die Kennlinie des Schaubildes nach Fig. 3 erkennen lässt.
In diesem Schaubild sind waagrecht verschiedene Werte für die in Fig. 2 angedeutete, zwischen dem Anschlussdraht 46 und dem Kühlkörper 40 wirksame Betriebsspannung UAK aufgetragen. Die jeweilige Höhe des das Halbleitergerät durchfliessenden Stromes J für die einzelnen Werte der Betriebsspannung ist aus der Kennlinie ersichtlich, die bis zu etwa 0, 2 V mit geringem Anstieg annähernd geradlinig verläuft und bei etwa 0, 2 V einen Strom von 0, 08 A in der Durchlassrichtung führt. Bei einer angelegten Spannung U von 0, 25 V vermag der Stromleiter einen Strom J von etwa 0, 15 A und bei 0, 3 V von 0, 3 A zu führen, während bei 0, 35 V ein Strom J von 1, 5 A zu fliessen vermag.
Der für Stromleiter dieser Art
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setzen, wenn an die Leitung 18 Verbraucher angeschlossen werden, deren Widerstand so niedrig ist, dass der Laststrom JL einen unzulässig hohen Wert annehmen würde. Dieser Laststrom erzeugt nämlich am Steuerwiderstand 15 einen Spannungsabfall U, der als treibende Spannung in dem von dem Stromleiter 24 und derStromspule 23 gebildeten Stromkreis wirksam wird.
Wenn dieser Spannungsabfall bei einemStromwert JL = 50 A den Wert von 0, 3 V erreicht, beginnt gemäss dem in Fig. 3 dargestellten Zusammenhang zwischen dem Strom J und der an dem Stromleiter 28 wirksam'en Spannung UAK ein hoher Strom J zu flie- ssen, der in der Stromspule 23 eine zusätzliche, die Wirkung der Spannungsspule 22 unterstützende Erregung des elektromagnetischen Relais hervorruft. Während dieser Steuerstrom fi bis zum angegebenen Laststromwert JL = 50 A ungefähr linear ansteigt, wächst er sehr viel rascher als der Laststrom r. sobald der vom Laststrom erzeugte Spannungsabfall U den Wert von 0, 3 V überschreitet.
Dadurch wird die Lichtmaschinenspannung so stark emiedrigt, dass der angegebene Höchstwert des Laststroms praktisch nicht überschritten werdenkannund die Lichtmaschine daher vor Überlastung geschützt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer nebenschlusserregten Lichtmaschine, und einer elektromagnetischen, nach dem Tirrillprinzip arbeitenden Regeleinrichtung, deren elektromagnetisches Relais ausser einer an die zu regelnde Spannung angeschlossenen Spannungsspule noch eine Hilfsspule für die Stromregelung enthält, die in Reihe mit einem als nichtlinearer Stromleiter ausgebildeten Halbleiter parallel zu einem niederohmigen Widerstand liegt, der in einer Verbindungsleitung vom Generator zu seinen Verbrauchern angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Widerstand (15) samt einem als Rückstromschalter wirkenden Gleichrichter (16) innerhalb der Lichtmaschine angeordnet ist und dass zur Verbindung des Reglers mit der Lichtmaschine in dieser fünf Klemmen vorgesehen sind,
von denen die erste (14) an die Masseleitung und eine Bürste (b) der Lichtmaschine (10), die zweite (13) an das Ende der mit ihrem Anfang an der andern Lichtmaschinenbürste (a) liegenden Feldwicklung (12), die dritte (20) an den Anfang der Feldwicklung und das maschinenseitige Ende des Widerstandes (15), die vierte (19) an den Verbindungspunkt des andern Widerstandsendes mit dem Gleichrichter (16) angeschlossen ist, während die fünfte Klemme (17) zum unmittelbaren, unter Umgehung des Reglers erfolgenden Anschluss der mit konstanter Spannung zu versorgenden Verbraucher dient.