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Elektrische Fahrzeugsbeleuchtungsanlage mit Sammlerbatterie und einem Generator von wechselnder Drehzahl.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Feldstromkreis des Generators so zu regeln, dass eine im wesentlichen konstante Spannung (gleich der der voll geladenen Batterie) an den Generatorklemmen erzielt wird. Um die konstante Spannung zu erzeugen, ist bereits vorgeschlagen worden, eine Wheatstonebrücke zu benutzen, von der zwei gegenüber liegende Punkte an die Generatorklemmen angeschlossen sind, während die anderen beiden gegenüberliegenden Ecken im Feldstromkreise des Generators liegen.
Ferner ist vorgeschlagen worden, einen Amperestundenzähler in den Ladestromkreis einzuschalten, der bei vollgeladener Batterie Widerstände in den Erregerstromkreis des Generators einschaltet, um dessen Spannung herabzusetzen. Es wird ein Generator der bekannten von Rosenberg angegebenen Art benutzt, weil dieser Generator nur einen verhältnismässigen geringen Feldstrom braucht, um seinen primären Kraftfluss herzustellen. Bei einer solchen Anlage, bei welcher der Generator auf der Spannung der voll geladenen Batterie gehalten wird, fällt der in die Batterie eintretende Ladestrom selbsttätig auf einen zu vernachlässigenden Wert, wenn der Ladevorgang fortschreitet. Die Schwierigkeit eines solchen Systems liegt darin, dass eine Zeit von beträchtlicher Länge vergeht, bevor der Ladestrom auf den Nullwert fällt.
Es ist daher erwünscht, den Generator während der Ladung der Batterie eine konstante Spannung entwickeln zu lassen, welche höher liegt als die Spannung der vollgeladenen Batterie. Natürlich muss, wenn nach voller Ladung der Batterie der Generator die Lampenbelastung zu tragen hat, die Generatorspannung bis auf die Höhe der Spannung der voll geladenen Batterie verringert werden.
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Wenn der Generator mit zwei Ankerwicklungen versehen ist (Fig. 3), kann eine derselben so geschaltet werden, dass sie der oben erwähnten Quelle elektromotorischer Kraft entgegenarbeitet. Ist die Batterie voll geladen, so kommt einAmperestundenzähler od. dgl. Vorrichtung zur Wirkung, um die Verbindungen dieser Quelle mit den Ankerwicklungen zu verändern und die durch beide erzeugte elektromotorische Kraft entgegengesetzt zu schalten. Statt des Amperestundenzählers kann ein Wattmeter oder eine elektrolytische Vorrichtung benutzt werden oder es kann statt dessen eine Vorrichtung Anwendung finden, welche auf dem Gedanken des bekannten Kadiumapparates zur Feststellung der Batterieladung beruht.
Auf der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, Fig. 2 eine Abänderung derselben, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Verkörperung des Erfindergedankens.
Gemäss Fig. 1 ist ein Generator 10 der bekannten Rosenbergschen Ausführung vorgesehen. Der Generator besitzt einen Anker 11 und Feldpole 12. Der Anker ist mit Hauptbürsten 13 versehen, welche mit der Batterie 16 und dem Arbeitsstromkreis 17 durch die Leitung 14 und 15 verbunden sind. Der Kurz- schlussleiter 18 des Generatorankers ist an die Hilfsbürste 19 und 20 angeschlossen. An die Hauptleitung 14 und 15 ist in bekannter Weise die Wheatstonebrücke 21 angeschlossen. Zwischen den Punkten A und D sowie 0 und B ist ein Widerstand X eingeschaltet, welcher einen Temperaturkoeffizienten wesentlich vom Wert Null besitzt.
Zwischen den Punkten A und 0 sowie D und B liegen Widerstände Y mit positivem Temperaturkoeffizienten, beispielsweise aus Eisendraht. Die Feldwicklung 22 des Generators liegt zwischen
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eingeschaltet, um die Ladung und Entladung der Batterie zu messen. Er kann von beliebiger Ausführung sein, gehört aber vorzugsweise zu der Art, welche ihr Registrierverhältnis für die Entladung der Batterie ändert, um den Energieverlusten in der Batterie Rechnung zu tragen, so dass der Zähler also jederzeit die in der Batterie verfügbare Ladung angibt. Zwischen den Punkten 0 und D der Wheatstonebrücke liegt ein Stromkreis, welcher den Widerstand 26 und die Kontakte 24, 25 enthält.
Ein automatischer Schalter 27 ist vorgesehen, um den Generator 10 in einen Stromkreis mit der Batterie 16 und dem Arbeitsstromkreis 17 zu schalten, wenn der Generator die Betriebsspannung entwickelt.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende : Es sei angenommen, dass die Batterie 16 bei Betriebsbeginn teilweise entladen ist. In diesem Falle sind die Kontakte 24 und 25 getrennt. Wenn der Generator die Betriebsspannung entwickelt, wird der automatische Schalter 27 geschlossen und der Strom fliesst in der Ladungsrichtung durch den Amperestundenzähler in die Batterie 16. Auch in den Arbeitsstromkreis 17 kann Strom fliessen.
Es ist klar, dass Strom durch die Feldwicklungen 22 mit dem Bestreben fliessen wird, einen ausgeglichenen Spannungszustand in allen vier Zweigen der Wheatstonebrücke aufrecht zu erhalten, das heisst, dass in den Feldwicklungen 22 Strom in genügendem Werte fliessen wird, um einen Spannungsabfallzwischen den Punkten 0 undD hervorzurufen, gleich der Spannungsdifferenz, welche zwischen den den Widerstand X enthaltenden Zweigen und den den Widerstand Y enthaltenden Zweigen der Brücke vorhanden ist.
Die Klemmenspannung zwischen den Punkten A und B kann niemals einen bestimmten Endwert überschreiten, weil bei Erreichung einer gewissen Generatorspannung der Strom die Eisendrahtwiderstände erwärmen und deren Widerstand so steigern würde, dass gleiche Spannungen zwischen den Zweigen X und Y entwickelt werden, was zur Folge hätte, dass die Potentialdifferenz zwischen den Punkten 0 und D gleich Null würde, so dass das Generatorfeld nicht erregt würde. Wird nun der Widerstand zwischen den Punkten 0 und D verringert, so fliesst ein stärkerer Strom zwischen C und D, welcher einen ausgeglichenen Spannungszustand an der Brücke bei einer verringerten Spannung zwischen den Punkten A und B hervorruft. Diese Verringerung des Widerstandes zwischen den Punkten C und D wird gemäss Fig. 1 durch die Wirkung des Amperestundenzählers 23 zustande gebracht.
Wenn der Zähler die volle Ladung der Batterie anzeigt, so kommen die Kontakte 24 und 25 in Eingriff und schalten den Widerstand 26 zwischen die Punkte 0 und D parallel mit der Feldwicklung 22. Der im Widerstand 26 fliessende Strom fällt praktisch so gering aus, dass die Kontakte 24 und 25 des Zählers diesen Strom ohne Gefahr des Verschmelzen führen können. Durch richtige Einstellung kann die Generatorspannung auf die Spannungshöhe der geladenen Batterie verringert werden, und der Generator fährt fort Strom für den Arbeitsstromkreis 17 zu liefern.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 schalten die Kontakte 24, 25 des Amperestundenzählers, wenn sie geschlossen sind, eine Spule 28 unmittelbar zwischen die Hauptleitungen 14, 15. Die Spule steuert einen Schalter 29 zwecks Schliessung einer Kurzschlussleitung zum Widerstand 30, der zwischen einen der Punkte A, B und einen Hauptleiter zwischengeschaltet ist. Wenn der Zähler 23 anzeigt, dass die Batterie voll geladen ist, wird die Spule 28 mit Strom gespeist, um den Widerstand kurz zu schliessen, wodurch der Widerstand im Stromkreis der Wheatstonebrücke zwischen den Hauptleitern 14 und 15 vermindert wird. Dies ändert den Regulierbereich der Brücke, so dass eine niedrigere Spannung zwischen den Generatorklemmen konstant gehalten wird.
Durch richtige Einstellung kann diese niedrigere Spannung gleich der Spannung der voll geladenen Batterie gemacht werden, so dass dieselben Ergebnisse wie früher erzielt werden.
Um aber die Batterie rascher zu laden, kann der Generator für gewöhnlich so geregelt werden, dass er eine höhere Spannung als diejenige der voll geladenen Batterie aufrecht erhält. Durch die Einwirkung
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des Amperestundenzählers aber kann diese Spannung nach Beendigung der Ladung auf den Wert der Spannung der vollgeladenen Batterie vermindert werden, so dass die Batterie weder Strom aufnimmt noch liefert.
Gemäss der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der Erfindungsgedanke in Anwendung auf das an sich bekannte System Grob (U. S. P. Nr. 994510) gezeigt. Bei diesem System ist ein Generator mit zwei Ankerwicklungen vorgesehen, die Bürsten a und b gehören zu dem einen Kommutator, der init der Haupt-
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bunden ist. F ist die Feldwicklung für beide Ankerwicklungen und W eine Ausgleichwicklung, welche den vollen Generatorstrom führt und dazu benützt wird, die Ankerrückwirkung zu vernichten. Bei diesem System werden zwei Batterien Bl und B2 verwendet, die eine derselben liefert den Erregerstrom für den Generator durch die Spule F. Die andere Batterie erhält Ladestrom vom Generator. Ein Um- schalter H ist vorgesehen, der durch einen an der Generatolwelle angebrachten Fliehkraftregler He ver- stellt wird.
Letzterer dient dazu, den Schaltmechanismus entweder nach rechts oder nach links zu ver- stellen, wenn der Generator ober-oder unterhalb einer bestimmten Drehzahl arbeitet. So wie dargestellt, ist der Umschalter H nach links verstellt worden und verbindet die Batterie Bl so, dass sie geladen wird, während die Batterie Bs den Erregerstrom für die Spule F liefert. Wenn die Geschwindigkeit des Generators unter die bestimmte Grenze fällt, so verstellt der Fliehkraftregler den Umschalter in seine Mittellage und öffnet gleichzeitig den Schalter Bt, so dass der Generator vom Arbeitsstromkreise T abgeschaltet wird und die Batterien Bl, B zwecks Speisung des Arbeitsstromkreises geschaltet werden.
Wenn die
Generatorgeschwindigkeit wieder über die bestimmte Grenze steigt, so verstellt der Fliehkraftregler den
Schalter H nach rechts und schliesst gleichzeitig den Schalter Ht. Die Batterien werden dadurch aus ihrer ersten Verbindung umgeschaltet. Es ist ersichtlich, dass jede Beschleunigung oder Verzögerung des Generatorlaufes den Fliehkraftregler zwecks Verstellung des Umschalters H zur Wirkung bringt. Hieraus ergibt sich eine hin-und hersehwingende Bewegung des Umschalters und eine Umsteuerung der Batterieschaltung. Der Fliehkraftregler und der Umschalter sind bekannt und deshalb nicht dargestellt. Das hier behandelte an sich bekannte System soll eine konstante Spannung an den Generatorklemmen auf Grund der Tatsache hervorbringen, dass das Generatorfeld durch die Differenz zwischen zwei sich entgegenwirkenden Spannungsquellen erregt wird, deren eine konstant ist.
Eine der Sammlerbatterien, beispielsweise Ba, welche sich etwas entlädt, um den Erregerstrom zu liefern, stellt die konstante Spannungsquelle dar, während der Generatoranker die entgegengesetzte Kraft darstellt. Offenbar kann die Spannung des Ankers nicht diejenige der Batterie Bs überschreiten, da dies zur Folge haben würde, dass der Erregerstrom in der Feldwicklung F durch den Nullwert hindurchgehen würde und seine Richtung umkehren müsste. Bei diesem System könnte offenbar, da die Spannung an den Hauptbürsten a, b stets etwas geringer als die Spannung der die Erregung liefernden Batterie ist, eine zweite Batterie von der gleichen Zellenzahl durch den Generator nicht geladen werden.
Daher ist eine zweite Ankerwicklung vorgesehen, welche ungefähr 20% der Windungszahl der Hauptankerwicklung besitzt und daher an ihrem Kommutator eine Spannung entwickelt, welche 20% der Spannung zwischen den Hauptbürsten ausmacht. Dadurch, dass diese beiden Ankerwicklungen (wie auf der Zeichnung dargestellt) in Reihe geschaltet werden, kann die Summe ihrer elektromotorischen Kräfte benutzt werden, um zu gewährleisten, dass die Batterie Bi einen geeigneten Ladestrom empfängt. Die Spannung, die zwischen den Hauptbürsten a, b und den Hilfsbürsten e, d entwickelt werden, stehen in einem festen Verhältnis, so dass die Ladespannung für die Batterie Bl zwischen den Bürsten a, c eine konstante Spannung ist.
Um den Strom zu begrenzen, welcher in die zu ladende Batterie Bl eintritt, die sich zeitweise in etwas erschöpftem Zustande befinden könnte, ist ein Ankerwiderstand RB in den Ladestromkreis eingeschaltet. Der in die Batterie eintretende Ladestrom würde rasch abnehmen, da die gegenelektromotorische Kraft entsprechend rasch anwächst. Er würde aber niemals den Wert Null erreichen, da die Spannung zwischen den Bürsten a, c beträchtlich höher als die Batteriespannungist ; Erfindungsgemäss dient nun ein Amperestundenzähler dazu, die Ladespannung bei vollgeladener Batterie zu verringern.
Er kann von beliebiger Art sein, ist aber vorteilhaft ein Ausgleichszähler, welcher die in der Laderichtung gelieferten Amperestunden registriert und automatisch sein Anzeigeverhältnis bei der Entladung ändert, um innere Batterieverluste auszugleichen, so dass er jederzeit die Battedeladul1g genau anzeigt. Es ist zu beachten, dass der Zähler M so geschaltet ist, dass er den vom Generator zu einer der Batterien fliessenden Strom misst, gleichviel welche Batterie sich im Ladestromkreis befindet. Der von den Batterien zu den Lampen entladenene Strom lässt den Zähler in umgekehrter Richtung wirken, so dass er die Summe der Ladung in den beiden Batterien anzeigt.
Wenn die Drehzahl des Generators unter den kritischen Wert fällt, liefern wie früher gezeigt beide Batterien im Verhältnis ihrer Kapazität Strom an den Lampenstromkreis. Ferner fliesst ein Strom von der stärkeren Batterie zu der anderen Batterie. Auf diese Weise zeigen im praktischen Betriebe die Batterien das Bestreben, einen gleichen Ladezustand zu erhalten.
Es ist zu beachten, dass der von der Batterie Bs ausgehende geringe Erregerstrom durch den Zähler M nicht angezeigt wird. Dieser Entladungsstrom von der Batterie Ba geht durch die Spule F, der Widerstand R, wird durch die Spannung zwischen den Bürsten d, e beeinflusst und hilft die Batterie Blladen.
Was aus der Batterie Bs entnommen wird, kommt der Batterie Bl zugute, so dass die Ladungssumme der
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beiden Batterien durch den Erregerstrom nicht beeinträchtigt wird. Der Zähler M zeigt daher jederzeit die Summe der Ladungen in den beiden Batterien an und da die beiden Batterien dem Ausgleich zustreben, so zeigt der Zähler auch an, wann die in der Ladeperiode begriffene Batterie voll geladen ist. Ein Schalter L ist mit einer Solenoidwicklung Ll versehen, welche an die Batterie Bl angelegt ist, wenn die Kontakte des Amperestundenzählers in Eingriff sind, bespielsweise also, wenn die Batterie Bl eine Ladung von einer bestimmten Amperestundenzahl empfangen hat.
Das Schliessen des Schalters L hat die Wirkung, die linke Klemme der Feldwicklung an die von der Bürste c herkommende Leitung anzuschliessen, so dass jetzt die Spannung, welche zwischen den an die Sammlerbatterie angeschlossenen Bürsten a und c herrseht, auf den Wert der vorher zwischen den Bürsten a und b herrschenden Spannung vermindert wird, die an den Klemmen der Erregerbatterie B2 herrscht. Die Spannung zwischen den Bürsten a und b wird naturgemäss entsprechend verringert, nichtsdestoweniger aber wird dieselbe Klemmenspannung im Lampenstromkreis aufrecht erhalten, die von den Bürsten a und c geliefert wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrische Fahrzeugbeleuchtungsanlage mit Sammlerbatterie und einem Generator von wechselnder Drehzahl mit Einrichtung zur Spannungsregelung, dadurch gekennzeichnet, dass der Regulierbereich der Spannungsregelungseinrichtung durch eine auf den Ladezustand der Batterie unmittelbar ansprechende Vorrichtung selbsttätig geändert wird.