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Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf eine Lichtanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit
einer Sammlerbatterie und einem über Gleichrichter an die Sammlerbatterie angeschlossenen,
selbsterregten Drehstromgenerator, dessen Erregerwicklung mit einem ihrer Wicklungsenden
über einen Spannungsregler an eine der Gleichstrom führenden Verbindungsleitungen
von den Gleichrichtern zu der Batterie angeschlossen ist.
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Bei bekannten Lichtanlagen dieser Art sind in wenigstens einer der
Verbindungsleitungen zwischen den Gleichrichtern und der Sammlerbatterie Vorrichtungen
erforderlich, die bei stillstehendem oder ungenügend erregtem Generator ein Entladen
der Batterie über die Erregerwicklung verhindern, jedoch selbsttätig einen Stromfluß
vom Generator zur Batterie zulassen, wenn die an den Gleichrichtern entstehende
Ausgangsspannung des Generators größer als die mit dem jeweiligen Ladungszustand
der Batterie schwankende Betriebsspannung wird.
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Ein solches Entladen der Batterie über die Erregerwicklung ist deswegen
leicht möglich, weil die zum Steuern des über die Erregerwicklung fließenden Erregerstromes
erforderlichen, mit der Erregerwicklung in Reihe geschalteten Regeleinrichtungen
bei stillstehendem oder ungenügend erregtem Generator einen Stromfluß über die Erregerwicklung
gewährleisten müssen, damit sich der Generator aus dem Stillstand heraus selbsttätig
erregen kann, ohne daß hierfür besondere Schaltmaßnahmen getroffen werden müssen.
Bei den bekannten Anlagen ist die Erregerwicklung zwischen den zur Batterie führenden
Verbindungsleitungen in Reihe mit der Regeleinrichtung angeordnet.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu treffen,
bei der ein besonderer Rückstromschalter entbehrlich ist.
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Diese Aufgabe ist unter Verwendung der zwischen dem Generator und
der Batterie erforderlichen Gleichrichter zum Verhindern eines Rückstromes aus der
Batterie bei einer Lichtanlage der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß das andere Ende der Erregerwicklung an den Sternpunkt der in
bekannter Weise in sterngeschalteten Wechselstromwicklungen des Drehstromgenera-Eors
angeschlossen ist.
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In diesem Falle verhindern die Gleichrichter, die in der Stromflußrichtung
zur Batterie durchlässig sind, ein Entladen der Batterie über die Erregerwicklung,
weil die mit dem Minuspol der Batterie verbundenen Gleichrichter nur in der entgegengesetzten
Stromrichtung stromdurchlässig sind. Besondere Rückstromschalter sind daher nicht
mehr erforderlich.
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In der Zeichnung ist als mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine Lichtanlage in ihrem elektrischen Schaltbild dargestellt.
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Die Lichtanlage enthält einen Drehstromgenerator 10 mit drei im Ständer
des Generators untergebrachten, in Sternschaltung verbundenen Wicklungen
11,
12 und 13 und einer auf dem umlaufenden Anker sitzenden Erregerwicklung
14, sowie eine 110-Volt-Batterie 15, deren Minuspol über eine Leitung 16
und deren Pluspol über eine Leitung 18 mit einer Gleichrichteranordnung
20 verbunden ist, die aus sechs einzelnen Einweggleichrichtern 21 besteht.
Bei vier der sechs Gleichrichter 21, die paarweise hintereinandergeschaltet zwischen
der Minusleitung 16 und der Plusleitung 18 liegen, sind die Verbindungspunkte jeweils
eines Gleichrichterpaares an eine der Wechselstromwicklungen 11 und 12 des Generators
10 angeschlossen. Zwischen dem Verbindungspunkt des dritten Gleichrichterpaares
und der Generatorwicklung 1.3 ist die Primärwicklung 23 eines Stromtransformators
eingeschaltet.
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Erfindungsgemäß ist die Erregerwicklung 14 des Generators,
deren eines Ende über die noch zu beschreibende Regelschaltung an die Batterie
15 angeschlossen ist, mit ihrem anderen Ende nicht in der sonst üblichen
Weise zwischen der Minusleitung 16 und der Plusleitung 18, sondern an dem
Sternpunkt S der Drehstromwicklungen 11, 12 und 13 angeschlossen. Sie liegt in Reihe
mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines für hohe Stromstärken bemessenen Leistungstransistors
40, der zu der im folgenden näher
beschriebenen Regeleinrichtung
gehört und dazu bestimmt ist, den beim Betrieb des Generators über die Erregerwicklung
14 fließenden Erregerstrom JE jeweils kurzzeitig und periodisch zwischen einem hohen
Wert und einem sehr kleinen, praktisch bei Null liegenden Wert so zu ändern, daß
der sich hierbei einstellende zeitliche Mittelwert des Erregerstromes eine konstant
bleibende Ausgangsspannung des Generators zwischen den Leitungen 16 und
18
sicherstellt.
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Beim jeweiligen Sperrvorgang des Leistungstransistors 40 entsteht
infolge der großen Induktivität der Erregerwicklung 14 am Kollektor des Leistungstransistors
eine hohe Spannungsspitze, durch die der Leistungstransistor gefährdet werden kann.
Diese Spannungsspitzen sind jedoch durch den Anschluß der Erregerwicklung an den
Sternpunkt S stark herabgesetzt gegenüber den üblichen Schaltungen, bei denen die
Erregerwicklung an die Minusleitung der Lichtanlage angeschlossen ist und daher
an der vollen Generator-Ausgangsspannung liegt, solange der mit ihr in Reihe geschaltete
Leistungstransistor stromleitend ist.
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Auch bei üblichen Regeleinrichtungen, die mit Spannungsreglern mit
periodisch schließenden Kontakten an Stelle von Schalttransistoren arbeiten, wird
der Vorteil erreicht, daß durch die Art des Anschlusses der Erregerwicklung das
Kontaktfeuer der Reglerkontakte wesentlich vermindert wird. Die Ausbildung der beschriebenen
Regeleinrichtung ist daher nicht Gegenstand der Erfindung.
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Zum Steuern des Leistungstransistors 40 enthält die Regeleinrichtung
einen in Sperrschwingschaltung betriebenen Steuertransistor 41, einen zwischen dem
Leistungstransistor 40 und dem Steuertransistor 41
angeordneten Transformator
42, eine in Sperrichtung beanspruchte Zenerdiode 43 sowie einen in seiner
Durchlaßrichtung betriebenen, nichtlinearen Richtleiter 44, dessen Strom-Spannungs-Kennlinie
im Durchlaßbereich bei einer angelegten Spannung von etwa 0,3 Volt einen scharfen
Knick aufweist. Dieser Richtleiter ist mit einer seiner beiden Elektroden an die
Plusleitung 28 angeschlossen, die über einen beim Betrieb der Lichtanlage zu schließenden
Handschalter 29 mit der Plusklemme der Batterie 15 in Verbindung steht. Mit
seiner anderen Elektrode ist der Richtleiter 44 an den Verbindungspunkt P der beiden
Sekundärwicklungen 45 und 46 des Transformators 42 angeschlossen. Zwischen dem Punkt
P und der Minusleitung 26 ist ein Widerstand 82 angeordnet. Die Wicklung 45 hat
nur 20 Windungen und ist mit ihrem freien Ende sowohl an einen Germaniumgleichrichter
48, der zur Basis des Leistungstransistors 40 führt, als auch mit dem Emitter E
des Steuertransistors 41 verbunden. Die ebenfalls auf dem Eisenkern 49 des Transformators
42 sitzende Primärwicklung 50 hat ebenso wie die Sekundärwicklung 46 150
Windungen; sie liegt mit ihrem einen Ende am Kollektor K des Steuertransistors
41 und mit ihrem anderen Ende an der mit der Minusklemme der Batterie 15
verbundenen Minusleitung 26. Das freie Wicklungsende der Sekundärwicklung 46 ist
über einen Gleichrichter 52 ebenfalls an die Basis B des Leistungstransistors 40
geführt. Die Basis dieses Transistors liegt außerdem über einen Widerstand 55 an
der Minusleitung 26.
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Von der Basis des Leistungstransistors 40 zweigt ferner eine Verbindungsleitung
56 zu einer Stromregeleinrichtung ab, zu welcher der mit seiner Primärwicklung 23
an die Wicklung 13 des Generators angeschlossene Stromtransformator gehört. Dieser
trägt auf einem Eisenkern 24 eine Sekundärwicklung mit zwei Wicklungshälften 25
und 26. Von den Wicklungsenden der Sekundärwicklungen führen zwei Gleichrichter
30 und 31 zum Pluspol eines Elektrolytkondensators 32, dessen Minuspol mit dem Mittelabgriff
zwischen den Wicklungshälften 25 und 26 verbunden ist. Die am Kondensator 32 entstehende
Spannung U, ist annähernd proportional zum Belastungsstrom TL, der vom Generator
10 zu der Batterie 15 fließt, sobald die Spannung zwischen den Leitungen 16 und
18 größer wird als die dem jeweiligen Ladezustand entsprechende Spannung der Batterie
15. An den Minuspol des Kondensators 32 ist die Ableitungselektrode einer Germaniumdiode
60 angeschlossen, die mit ihrer Zuleitungselektrode an dem verstellbaren Abgriff
61 eines Potentiometers 62 liegt. Das eine der beiden Enden des Potentiometers 62
ist über einen Widerstand 63 von etwa 50 Ohm mit der Plusleitung 28 verbunden, während
das andere Ende über einen Widerstand 64 von etwa 300 Ohm an die Minusleitung 26
angeschlossen ist. Zwischen dem Schleifer des Abgriffs 61 und der Plusleitung 28
tritt die Spannung US auf, an der liegt ein Kondensator 65 von etwa 1 @F und die
bereits erwähnte Zenerdiode 43, die zur Basis B des Steuertransistors
41 führt, liegen. Diese Basis B liegt über einen Widerstand 66 von etwa 100
Ohm an der Plusleitung 18.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage ist folgende: Obwohl bei
stillstehendem oder ungenügend erregtem Generator die Batterie 15 über die Erregerwicklung
14 auch dann keinen Strom zu liefern vermag, wenn der Schalter 29 eingelegt
ist, weil in diesem Fall die Gleichrichter 21 den Stromfluß zum Sternpunkt S sperren,
vermag sich der Generator trotzdem aus dem Stillstand heraus zu erregen, weil bereits
bei niedrigen Drehzahlen durch das in den Eisenteilen des Generators verbliebene
Restmagnetfeld in den Wicklungen 11, 12 und 13 eine, wenn auch kleine Spannung induziert
wird. Da der Leistungstransistor 40 über den Widerstand 55 mit seiner Basis an der
Minusklemme der Batterie 15 liegt, während sein Emitter über die Plusleitung 28
an den Pluspol der Batterie angeschlossen ist, vermögen schon kleine in den Wicklungen
des Generators induzierte Spannungen einen Erregerstrom JE zu erzeugen, der das
Magnetfeld im Generator verstärkt, so daß die induzierten Spannungen rasch anwachsen.
Bei diesem Selbsterregungsvorgang fließt während jeder positiven in den Wechselstromwicklungen
11 bis 13 induzierten Spannungshalbwelle ein den Erregerstrom JE ergebender Teilstrom
über die von den Wicklungsenden der Wechselstromwicklungen zur Leitung
18 führenden Gleichrichter 21 und von dort über den Schalter 29, die Plusleitung
28 und die Emitter-Kollektor-Strecke des Leistungstransistors 40 zur Erregerwicklung
14.
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Sobald sich der Generator so weit erregt hat, daß die von ihm gelieferte
Gleichspannung zwischen den Leitungen 16 und 18 einen Wert von etwa 120 Volt erreicht
und sodann zur Batterie ein Ladestrom J, fließt, der den mittleren Entladestrom
der Batterie deckt, erreicht die an der Zenerdiode 43 wirksame Spannung US den Wert
der Durchbruchsspannung der Zenerdiode und macht diese stromleitend. Der dann über
den Steuertransistor 41 einsetzende Emitter-Basis-Strom macht den Steuertransistor
so stark
stromleitend, daß er eine selbsterregte Schwingung erzeugt,
durch die der Kondensator 80 über die Gleichrichter 48 und 52 an seiner mit der
Basis des Leistungstransistors 40 verbundene Elektrode positiv aufgeladen wird.
Wegen des an der Basis des Leistungstransistors sich einstellenden positiven, einen
Wert von etwa 5 Volt gegenüber dem Emitter erreichenden Potentials kann der seither
über die Emitter-Basis-Strecke des Leistungstransistors 40 gehende Steuerstrom nicht
mehr aufrechterhalten werden, weil der Leistungstransistor vom p-n-p-Typ ist und
daher nur bei einem gegenüber der Basis positiven Emitterpotential Strom führen
kann. Durch die vom Steuertransistor 41 erzeugten Schwingungen wird daher der Leistungstransistor
40 plötzlich gesperrt und unterbricht den seither fließenden Erregerstrom
Je, so daß die Erregung des Generators wegfällt und demzufolge auch die in den Wechselstromwicklungen
11 bis 13 induzierten Spannungen kleiner werden. Sobald die vom Generator gelieferte
Gleichspannung zwischen den Leitungen 16 und 18 jedoch geringfügig absinkt, wird
auch die an der Zenerdiode wirksame Spannung US kleiner und kann die Zenerdiode
nicht mehr in stromleitendem Zustand halten. Die Folge hiervon ist, daß der Steuertransistor
41 gesperrt wird und die von ihm erzeugten Sperrschwingungen abreißen, so daß der
Leistungstransistor 40 wieder in seinen stromleitenden Zustand zurückkehren und
das beschriebene Spiel von neuem beginnen. kann. Diejenige Spannung US, bei welcher
sich dieser Regelvorgang abspielen soll, kann am Abgriff 61 des Potentiometers 62
eingestellt werden.
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Der wesentliche Vorteil, der sich bei der beschriebenen Anlage durch
den Anschluß der Erregerwicklung an den Sternpunkt F der Wechselstromwicklungen
11 bis 13 ergibt, liegt darin, daß bei dieser Schaltung die zwischen den Wicklungsenden
der Wechselstromwicklungen 11 bis 13 und der zur positiven Batterieklemme
führenden drei der sechs Gleichrichter 21 nur in dieser Richtung stromdurchlässig
sind und daher in der umgekehrten Stromrichtung ein Entladen der Batterie über die
Erregerwicklung nicht zulassen. Über diesen Vorteil hinaus, der nicht nur bei mit
Transistoren bestückten Spannungsreglern, sondern auch bei elektromagnetischen Kontaktreglern
eintritt, hat diese Maßnahme bei Transistorreglern den weiteren großen Vorteil,
daß die Erregerwicklung nur an einem Teil der Ausgangsspannung des Generators liegt
und daher beim Sperren oder Unterbrechen des Erregerstromes wesentlich niedrigere
Spannungsspitzen an der mit der Erregerwicklung verbundenen Kollektorelektrode des
den Erregerstrom steuernden Transistors entstehen. Man kann deshalb in Verbindung
mit an den Sternpunkt angeschlossener Erregerwicklung Leistungstransistoren verwenden,
deren zulässige Kollektorspannung wesentlich kleiner sein kann als bei den seither
üblichen Schaltungen, bei denen die Reihenschaltung aus Erregerwicklung und Leistungstransistor
zwischen den Verbindungsleitungen von den Gleichrichtern zur Batterie liegt.