-
Elektrische Anlage für Kraftfahrzeuge mit einem Wechselstromgenerator
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Anlage für Kraftfahrzeuge mit einem
Wechselstromgenerator, der über Gleichrichter eine Batterie speist, bei der die
Feldwicklung über einen Schalter und eine Signallampe an die Batterie anschließbar
ist und bei der ein Spannungsrelais vorgesehen ist, das nach Erreichen einer bestimmten
Spannung des Generators den Schalter und die Signallampe überbrückt.
-
Die Erfindung löst bei einer elektrischen Anlage dieser Art die Aufgabe,
das Feststellen von Fehlern in der elektrischen Anlage zu erleichtern.
-
Die Erfindung besteht darin, daß der Schalter einen mit dem einen
Pol der Batterie verbundenen Eingangskontakt, einen über einen Widerstand mit der
Feldwicklung verbundenen ersten Ausgangskontakt für Hilfsgeräte und einen zweiten
mit der Zündanlage verbundenen Ausgangskontakt hat und daß die Signallampe zwischen
der Feldwicklung und dem zweiten Ausgangskontakt liegt. Die erfindungsgemäße Schaltung
hat den weiteren Vorteil, daß Rückströme vermieden sind, die ein fehlerhaftes Arbeiten
der elektrischen Anlage bedingen könnten.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Spannungsregeleinrichtung
vorgesehen, deren Ausgang mit der Feldwicklung und deren Eingang mit dem ersten
Ausgangskontakt über den Widerstand und mit dem anderen Ausgangskontakt über die
Signallampe verbunden ist.
-
In der Zeichnung ist ein Schaltbild einer Ausführungsform des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt.
-
Eine elektrische Stromquelle 10 enthält einen Wechselstromgenerator
mit einer im Stern geschalteten Dreiphasenausgangswicklung 12 und einer Feldwicklung
14. Die Ausgangswicklung 12 ist mit einem Dreiphasen - Doppelwegbrücken - Gleichrichternetzwerk
16 verbunden, das einen geerdeten Gleichspannungsauslaß und einen weiteren Gleichspannungsauslaß
20 hat. Der Wechselstromgenerator kann von jeder bekannten Bauart sein, z. B. kann
die Ausgangswicklung 12 die Ständerwicklung und die Feldwicklung 14 eine
Läuferwicklung sein, wobei der Läufer von dem Motor 22 des Kraftfahrzeugs angetrieben
wird.
-
Die elektrische Stromquelle 10 versorgt die elektrische Anlage des
Kraftfahrzeugs, zu der eine Batterie 24 gehört, die, einseitig geerdet, über einen
Leiter 26 mit dem Gleichspannungsauslaß 20 des Gleichrichters 16 verbunden
ist. Abschaltrelais sind nicht vorhanden, da die Dioden des Gleichrichters 16 ein
Entladen der Batterie 24 zum Wechselstromgenerator 12 verhindern. Diese Dioden sind
zweckmäßig PN-Halbleiterdioden, z. B. Silikondioden.
-
An den Leiter 26 sind über einen Anschlußpunkt 28 ein Leiter 30 und
über einen Anschlußpunkt 34 ein Leiter 32 angeschlossen. Der Leiter 32 führt zu
einem Kontakt B eines Zündschalters 36, der einen Gerätekontakt A, einen Zündkontakt
1 und einen Anlaßkontakt S aufweist. Ein dreieckiges von Hand betätigtes Schaltglied
38 bewirkt die wahlweise Verbindung des Kontaktes B mit den Kontakten
A, 1
und S. In der Ausschaltstellung des Zündschalters 36 ist das Schaltglied
38 außer Berührung mit dem Kontakt B, kann jedoch mit einem der anderen Kontakte.
beispielsweise A, in Berührung sein.
-
Der Kontakt S des Zündschalters 36 ist über einen Leiter
40 mit der einseitig geerdeten Magnetspule 42
eines elektrischen Anlassers
44 verbunden. Die erregte Magnetspule 42 bewegt einen Schaltarm 46 gegen zwei feste
Kontakte 48 und 50. Zum Kontakt 48 führt der Leiter 30, während der Kontakt 50 mit
einem einseitig geerdeten Anlassermotor 52 verbunden ist.
-
Der Zündkontakt 1 des Zündschalters 36 ist über einen Leiter 54 und
einen Anschlußpunkt 56 mit einer Zündspule 60 des Motors 22 verbunden,
die die Zündanlage versorgt. Von dieser sind zur Vereinfachung die üblichen Unterbrecherkontakte
und Zündverteiler nicht dargestellt, sondern lediglich eine Zündkerze 62.
Der
Gerätekontakt A des Zündschalters 36 ist über einen Leiter 64 mit einem Anschlußpunkt
66 verbunden, an den die Geräte, wie Radio, Signallampen usw. angeschlossen sind,
deren andere Seite geerdet ist. Diese Stromverbraucher sind schematisch durch einen
Widerstand 68 dargestellt.
-
Die elektrische Anlage hat eine Regeleinrichtung 70, die einen Spannungsregler
und ein Feldrelais enthält. Der Doppelkontakt-Spannungsregler hat eine Spule 72
und einen beweglichen Anker 74 mit Kontaktarmen für Kontakte 76 und 78, die mit
festen Kontakten 80 und 82 zusammenarbeiten. Die Kontaktarme sind voneinander isoliert.
Der Anker 74 ist durch eine nicht dargestellte Feder in eine Stellung gedrückt,
in der sich die Kontakte 82 und 78 berühren. Die Kontakte 80 und
82 sind über einen gemeinsamen Leiter 84 mit einem Anschlußpunkt 86 verbunden.
-
Der Kontakt 76 ist geerdet, und der Kontakt 78 ist über einen Anschlußpunkt
88 mit einem Leiter 90 und der einen Seite der Spule 72 verbunden. Die andere Seite
der Spule 72 liegt über einen Widerstand 92 an Erde.
-
Das Feldrelais hat eine Relaisspule 94, einen beweglichen Anker
mit einem Kontakt 98, der bei genügender Erregung der Spule 94 gegen einen festep
Kontakt 96 gezogen wird.
-
Die einseitig gerdete Relaisspule 94 ist über einen Leiter
100 mit einem Anschlußpunkt 102 verbunden, der zwischen zwei der Dioden
des Gleichrichters 16 liegt und mit einer der Phasenwicklungen der Ausgangswicklung
12 verbunden ist. Die Relaisspule 94 wird daher bei vom Wechselstromgenerator gelieferter
Spannung durch einen zwischen dem Anschlußpunkt 102 und Erde fließenden Strom
erregt. Erreicht diese einen bestimmten Wert, so schließen die Kontakte 96 und 98.
Die Wirkung dieses Schaltvorganges wird später noch erläutert.
-
Der Anschlußpunkt 86 liegt über einen Leiter 104 an der einseitig
geerdeten Feldwicklung 14 und ist ferner über einen Widerstand 106 mit einem Anschlußpunkt
108 verbunden, an den die Leiter 90,
110 und 112 angeschlossen sind.
Der Leiter 110 ist mit dem Anker des Feldrelais, also dem Kontakt 98, verbunden.
-
Der feste Kontakt 96 des Feldrelais ist über einen Leiter 114 mit
einem Anschlußpunkt 116 verbunden, der zwischen der Batterie 24 und dem Gleichspannungsauslaß
20 des Gleichrichters 16 liegt. In der praktischen Ausführung sollte
der Anschlußpunkt 116 so dicht als möglich neben der isolierten Anschlußklemme der
Batterie 24 liegen.
-
Der Leiter 112 führt zu einem Anschlußpunkt 118, der über einen Widerstand
120 von beispielsweise 10 Ohm mit dem Anschlußpunkt 66 und damit mit dem Gerätekontakt
A des Zündschalters 36 verbunden ist. Der Anschlußpunkt 118 ist über eine Signallampe
122 mit einem zum Anschlußpunkt 56 führenden Leiter 58 verbunden. Die Lampe
122 ist eine 12-Volt-Lampe mit zwei Lichtstärken, die beispielsweise bei 6 Volt
einen Widerstand von 38 Ohm und bei 12 Volt einen Widerstand von 53 Ohm hat. Die
Lampe 122 liegt über den Leiter 58, den Anschlußpunkt 56 und den Leiter 54 am Zündkontakt
1 des Zündschalters 36.
-
Zum Anlassen des Motors 22 wird das Schaltglied 38 zunächst aus der
Anschaltstellung nach rechts bewegt, um den Kontakt B mit den Kontakten
I
und S zu verbinden. Der Anlassermotor 52 erhält dann über den Leiter 30
Strom von der Batterie 24
und dreht den Motor 22 durch. Der Zündkreis wird
von der Batterie 24 über den Zündkontakt 1, den Leiter 54 und den Anschlußpunkt
56 gespeist. Springt der Motor 22 an, so wird der Zündschalter losgelassen, wodurch
sich das Schaltglied 38 in die im Schaltbild gezeichnete Stellung zurückbewegt.
-
In dieser Stellung wird die Feldwicklung 14 des Wechselstromgenerators
anfangs von der Batterie 24
gespeist. Der Strom läuft vom Anschlußpunkt 28
über den Leiter 26, den Anschlußpunkt 34, den Leiter 32, den Kontakt B des Zündschalters,
das Schaltglied 38 zum Gerätekontakt A und Zündkontakt 1 des Zündschalters. Der
Erregerstrom der Feldwicklung 14 fließt durch zwei parallele Kreise; der
eine Kreis geht vom Zündkontakt I über die Leiter 54 und 58 durch die Signallampe
122, und der andere vom Gerätekontakt A über den Leiter 64 und den Widerstand
120 zum Anschlußpunkt 118. Von diesem fließt der Strom über den Leiter
112, den Anschlußpunkt 108, den Leiter 90, die Kontakte
78 und 82, den Leiter 84, den Anschlußpunkt 86 und den Leiter 104
zur Feldwicklung 14. Der Widerstandswert, den der Batteriestrom auf seinem
Weg zur Feldwicklung 14 zu überwinden hat, wird durch die parallel zueinander liegenden
Werte des Widerstandes 120 und der Signallampe 122 und die Widerstandswerte
der sonstigen Leiter bestimmt und gestattet den Aufbau eines Feldes im Wechselstromgenerator.
-
Erreicht der Wechselstromgenerator eine bestimmte Spannung, so wird
die Relaisspule 94 ausreichend erregt, um die Kontakte 96 und
98 schließen zu können, wodurch dann der anfängliche Erregerkreis für Feldwicklung
14 und Spannungsrelais 72 durch die Leiter 114, 110 umgangen wird. Der Erregerstrom
fließt nunmehr über den Anschlußpunkt 116, den Leiter 114, die Kontakte 96 und 98,
den Leiter 110, den Anschlußpunkt 108, den Leiter 90, die Kontakte
78 und 82 den Leiter 84, den Anschlußpunkt 86 und den Leiter
104 zur Feldwicklung 14. Der Spannungsregler fühlt nunmehr die Spannung am Anschlußpunkt
116 gegenüber Erde ab, da die Relaisspule 72 mit dem Leiter 90 am
Anschlußpunkt 88 verbunden ist.
-
Der Spannungsregler steuert die Erregung der Feldwicklung 14, um eine
im wesentlichen konstante Spannung zwischen dem Anschlußpunkt 116 und Erde
aufrechtzuerhalten, wobei die Regelung durch gelegentliches Vibrieren des Ankers
74 in bekannter Weise die Verbindung der Kontakte 78 und 82 unterbricht und
wiederherstellt.
-
In der Schaltung ist es wichtig, daß die Signallampe 122 mit
dem Zündkontakt I und der Widerstand 120 mit dem Gerätekontakt A des Zündschalters
36 verbunden werden, weil sonst Rückströme auftreten können, die das einwandfreie
Arbeiten der Anlage gefährden. Wäre nämlich der Widerstand 120 an dem Zündkontakt
I angeschlossen, so könnte der Motor 22 nicht angehalten werden, selbst wenn
der Kontakt B vom Zündkontakt 1 getrennt würde. Bei laufendem Motor und Sollspannung
des Wechselstromgenerators wären die Kontakte 96 und 98 geschlossen. Bei Bewegen
des Schaltgliedes 38 in die Anschaltstellung würde trotzdem ein Strom zum
Anschlußpunkt 56 über den Widerstand 720 fließen, und zwar vom Anschlußpunkt 116
über den Leiter
114, die Kontakte 96 und 98, den Leiter 110, den
Leiter 112 und den Widerstand 120 zum Anschlußpunkt 56. Damit bliebe
der Zündkreis in Tätigkeit und verhinderte das Abstellen des Motors trotz Abschaltens
des Zündschalters.
-
Die beschriebene elektrische Anlage speist zur Auferregung die Feldwicklung
des Wechselstromgenerators von der Batterie über die Zündschalterkontakte, wobei
der Erregerstrom zum 'feil durch die Signallampe 122 fließt, die dadurch brennt.
Bei Schließen der Kontakte 96 und 98 des Feldrelais wird ein neuer Erregerkreis
für die Feldwicklung geschlossen, der den Widerstand 120 und die Signallampe
122 umgeht. In diesem Falle erlischt die Signallampe 122 und zeigt
dem Fahrer an, daß der Wechselstromgenerator seine Sollspannung liefert. Erlischt
die Signallampe 122 nicht, so zeigt dies an, daß in der elektrischen Anlage ein
Fehler vorliegt.
-
Die durch das Weiterleuchten angezeigten Fehler und die Ermittlung
ihrer Ursache werden nachstehend erläutert: Ist eine der Dioden 16a, 16b oder 16c
bei Betrieb des Wechselstromgenerators kurzgeschlossen, so steigt die Spannung am
Anschlußpunkt 102 zwischen den Dioden 16a und 16d, so daß die Feldrelaiskontakte
96 und 98 stärker gegeneinandergezogen werden und die Signallampe nicht erlischt.
Hat eine der Dioden 16a bis 16c Kurzschluß, so bleibt die Signallampe brennen, selbst
wenn der Zündschalter ausgeschaltet wird, weil an der Feldrelaisspule 94 eine Spannung
direkt durch die kurzgeschlossene Diode und zwei der Statorphasenwicklungen geringen
Widerstandes auftritt. Angenommen, die Diode 16 a sei kurzgeschlossen, so läuft
der Strom zur Feldrelaisspule 94 über die Anschlußpunkte 28, 116, 34 und 20, durch
die Diode 16a, den Anschlußpunkt 102, den Leiter 100 durch die Relaisspule 94 zur
Erde. Die Relaiskontakte 96 und 98 sind geschlossen, und für die Signallampe 122
besteht ein Kreis über die Anschlußpunkte 28 und 116, den Leiter 114, die geschlossenen
Kontakte 96 und 98, den Leiter 110, den Anschlußpunkt 108, den Leiter 112, den Anschlußpunkt
118, die Signallampe 122, den Anschlußpunkt 56 und durch die Primärwicklung der
Zündspule 60 zur Erde. Es ist klar, daß der Kreis von der Signallampe zur
Erde auch über andere Stromverbraucher, z. B. die Armaturenbrettbeleuchtung oder
eine ölanzeigerlampe, zur Erde führen kann. Bei ausgeschaltetem Zündschalter 36
und Belastung durch irgendwelche Stromverbraucher an dessen Zündseite bleibt die
Signallampe 122 brennen, sofern eine Diode kurzgeschlossen ist. Eine zusätzliche
Anzeige für eine kurzgeschlossene Diode wird beim Anlassen erzielt, denn bei geschlossenem
Zündschalter bleibt vor dem Durchdrehen des Motors die Signallampe abgeschaltet,
während sie normalerweise aufleuchten müßte.
-
Hat die negative Diode 16d Kurzschluß, so fällt die Spannung am Anschlußpunkt
102 ausreichend, um die Relaiskontakte 96 und 98 zu öffnen. Das Aufleuchten der
Signallampe 122 bei laufendem Motor zeigt diesen Fehler unmittelbar an. Bei
Kurzschluß der negativen Dioden 16e und 16f hingegen fällt die Spannung am
Anschlußpunkt 102 nicht so stark, um eine Öffnung der Relaiskontakte 96 und
98 zu bewirken, so daß in diesem Fall bei laufendem Motor keine unmittelbare Anzeige
dieses Fehlers eintritt. Beim Anlassen des Motors hingegen wird eine kurzgeschlossene
negative Diode den Aufbau des Feldes des Wechselstromgenerators verhindern, und
die Spannung am Anschlußpunkt 102 reicht dann nicht aus, die Relaiskontakte 96 und
98 zu schließen, so daß die Signallampe 122 brennenbleibt. Der Ausfall einer der
negativen Dioden wird also auf jeden Fall vor dem Anlassen des Motors angezeigt,
der der Diode 16d jedoch bereits bei laufendem Motor.
-
Sollte die Diode 16d leiten und eine andere Belastung außer der Batterie
oder der Zündanlage vorliegen, so fällt die Spannung am Anschlußpunkt 102 genügend,
um die Relaiskontakte 96 und 98 zu öffnen, so daß die Signallampe 122 aufleuchtet.
-
Werden die Dioden 16 e oder 16 f leitend, so erfolgt keine unmittelbare
Anzeige dieses Fehlers durch die Signallampe 122. Beim Wiederanlassen des Motors
jedoch bleibt bei diesem Fehler die Signallampe 122 so lange brennen, als
der Wechselstromgenerator im Leerlauf läuft. Bei überschreiten dieses Drehzahlbereichs
erlischt die Lampe bis zu einem erneuten Anlaßvorgang. Das Leitendwerden einer negativen
Diode wird also bei Leerlaufdrehzahl des Motors angezeigt, das der Diode 16a wird
sofort angezeigt, wenn eine Belastung durch irgendein Gerät der Anlage erfolgt.
-
Sollte die mit dem Anschlußpunkt 102 verbundene Phasenwicklung Erdschluß
bekommen, so ergeben sich gleiche Verhältnisse wie beim Kurzschluß in der Diode
16d und daher die gleiche Anzeige.
-
Hat eine Diode oder eine Phasenwicklung an Stellen, die nicht mit
dem Anschlußpunkt 102 verbunden sind, Erdschluß, so baut beim Anlassen der Generator
ein Feld auf, und die Signallampe 122 erlischt. Im allgemeinen wird keine Anzeige
erfolgen, wenn bei geringen Drehzahlen des Motors die Spannung an der Relaisspule
94 genügend groß ist, um die Kontakte 96 und 98 zu schließen, wodurch die Signallampe
122 erlischt. Das Schließen der Kontakte 96 und 98 hängt von dem Ladezustand der
Batterie 24, der Belastung der Anlage und der Einstellung des Relais 94 ab. Ist
die Batterie gut geladen, die Belastung der Anlage niedrig und die Relaiseinstellung
geringer als normal, so wird die Signallampe 122 wahrscheinlich erlöschen, so daß
keine Anzeige erfolgen kann.
-
Bei Schluß im Stator reicht der Spannungsabfall am Anschlußpunkt 102
normalerweise nicht aus, um eine sofortige Anzeige zu veranlassen, jedoch wird dieser
Fehler bei einem Wiederanlassen des Motors angezeigt, da die Signallampe 122 im
Leerlaufdrehzahlbereich des Generators eingeschaltet bleibt. Dies hängt von der
elektrischen Charakteristik des Generators und der Einstellung des Relais ab. Bei
überschreiten dieser Drehzahl erlischt die Signallampe 122 bis zu einem erneuten
Anlaßvorgang.
-
Hat die Feldwicklung 14 an der nicht geerdeten Seite Erdschluß, so
fällt die Auslaßspannung des Wechselstromgenerators auf Null und damit die Spannung
am Anschlußpunkt 102, so daß die Kontakte 96 und 98 öffnen
und die Signallampe 122 über den Erdschluß der Feldwicklung an Erde liegt.
Ein Erdschluß der Feldwicklung auf der anderen Seite beeinflußt die Arbeit des Generators
nur unwesentlich, und es wird daher dieser Fehler nicht angezeigt.
-
Bei Schäden am Riemen, der den Generator vom Motor her antreibt, gibt
der Generator keine Spannung, und die Signallampe 122 wird von der Batterie
über
die Feldwicklung 14 und die Spannungsreglerspule 72 gespeist.
-
Sollten zwei Phasenwicklungen miteinander Schluß bekommen oder eine
Statorwicklung durch Kurzschluß völlig ausfallen, so fällt die Spannung am Anschlußpunkt
102 etwas, jedoch nicht ausreichend, um die Signallampe 122 zum Erlöschen
zu bringen. Beim Wiederanlassen des Motors wird dieser Fehler jedoch angezeigt,
da die Signallampe 122 während des Leerlaufdrehzahlbereichs des Generators brennenbleibt,
der von der elektrischen Charakteristik des Generators und der Einstellung des Feldrelais
abhängt. Bei Überschreiten dieses Drehzahlbereichs geht die Signallampe
122 aus und bleibt aus bis zum Wiederanlassen des Motors. Erstreckt sich
der Kurzschluß der Phasenwicklung nur über wenige Windungen, so wird der Auslaß
des Generators nur wenig beeinflußt und es tritt keine Lichtanzeige ein. Bei weiteren
Kurzschlüssen zwischen den beiden erwähnten Grenzfällen wird die Anzeige ein Kompromiß
entsprechend dem Umfang des Fehlers.
-
Im Beispiel ist die Feldrelaisspule 94 mit dem Anschlußpunkt zwischen
den beiden Dioden 16a und 16d und einem Gleichspannungsauslaß des Netzwerks
verbunden. Sie könnte aber auch in anderer Weise gespeist werden. So könnte z. B.
der Leiter 100 mit dem neutralen Punkt der Dreiphasenwicklung 12 anstatt
mit dem Anschlußpunkt 102 zwischen den Dioden 16a und 16d verbunden
sein.