DE2444882A1 - Elektromagnetischer spannungsregler - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. F. Weickmann, Dipl. lfm· ri. Wein», nonii, Dipl. Phys. Dr. K. Fincke Oi;jl. Ing. F. A. Weickmann, Dipl. Chem. B. Huber 8 München 27, Möhlstr 2?

DUCELLIER ET CIE.

23, rue Alexandre Dumas

F-75 526 Paris Cedex 11

Elektromagnetischer Spannungsregler

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Spannungsregler, insbesondere einen schwingenden Regler, der den Stromfluß in der elektrischen Anlage eines Kraftfahrzeuges steuert, wobei die Anlage insbesondere von einer Batterie und einem Generator gebildet ist, der die Batterie auflädt.

Das Prinzip der Spannungsregelung von Generatoren mit einer Erregerwicklung in Abhängigkeit von der Dretozahl und der Ladung der Batterie mittels eines schwingenden Reglers ist an sich bekannt: Eine Wicklung F (U) erzeugt einen Fluß in

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der Spulenwicklung eines Relais. Dieses Relais wird derart gesteuert, daß der bewegliche Anker, der einen Kontakt des Relais trägt, sich unter dem Einfluß der magnetischen Anziehungskraft zu bewegen anfängt, wenn an den Klemmen der Detektorwicklung der Spannungwert U erscheint, der für die Regelung ausgewählt ist. Die Kontakte des Relais entfernen sich in diesem Fall, wodurch sie einen Widerstand R einschalten, der mit der Erregerwicklung in Reihe liegt.

Im Augenblick des Öffnens der Kontakte kann sich der Strom i wegen der Selbstinduktion der Erregerwicklung nicht unmittelbar ändern, und die an den Klemmen der Kontakte herrschende Spannung besitzt den Wert R*i. Diese Spannung kann dazu führen, daß zwischen den Kontakten ein Abreißfunken entsteht.

Bei den Spannungsreglern der vorbeschriebenen Art bewirken die unvermeidlichen Temperaturänderungen eine Veränderung der Spannung, die als Regelspannung ausgewählt wurde.

Wenn die unter der Schutzkappe des Reglers herrschende Umgebungstemperatur ansteigt, dann nimmt der Widerstand der Wicklung zu, was zu einer Verkleinerung der Amperewindungszahl der Spule führen würde, aber wenn man berücksichtigt, daß sich die mechanische Kraft der Rückstellfeder des beweglichen Ankers nicht ändert, dann entspricht das öffnen der Kontakte einer konstanten Amperewindungszahl, und die regulierte Spannung steigt an.

Der Nachteil dieses Anstieges der regulierten Spannung besteht darin, daß die Batterie mit einer zu hohen Ladespannung gespeist wird und daß die verschiedenen elektrischen Ver-

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braucher aufgeladen werden, wodurch sich insbesondere ihre Lebensdauer verkürzt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es notwendig, die geregelte Spannung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu ändern, damit man eine normal aufgeladene Batterie erhält.

Es ist deshalb bekannt, die Temperaturänderungen entweder auf mechanische Weise zu kompensieren, indem die Rückstellkraft für den Anker beeinflußt wird .(Bimetallfeder) oder indem der Einfluß auf elektrische Weise kompensiert wird(temperaturabhängiger Widerstand).

Wenn ein temperaturabhängiger Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (CTN) verwendet wird, dann nimmt der Widerstand bei steigender Temperatur ab. Dieser temperaturabhängige Widerstand (CTN) ist gewöhnlich zu einem Belastungswiderstand parallelgeschaltet, der mit der Erregerwicklung in Reihe liegt.

Während eines Temperaturanstieges nimmt der Ersatzwiderstand des temperaturabhängigen Widerstandes (CTN) und des Belastungswiderstandes ab, wodurch der Widerstandsanstieg der Wicklung ausgeglichen wird und die für die Kompensation erforderliche Spannungsabnahme gewährleistet wird.

Diese Korrektionselemente (Bimetallfeder, temperaturabhängiger Widerstand oder eine Kombination aus beiden Elementen) funktionieren befriedigend, wenn man eine sehr wesentliche Widerstandsänderung der Reglerkontakte über der Zeit außer acht läßt, die durch die Abnutzung und die durch den Abreiß-

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funken erzeugte Oxydation der Kontakte bedingt ist.

Diese Widerstandsänderung bewirkt ein Ansteigen der Temperatur, welche die vorgenannten Korrektionselemente beeinflußt, indem die Wärme durch Strahlung und Leitung über das Metall des Reglers übertragen wird und eine verstärkte Verringerung des Widerstandswertes des temperaturabhängigen Widerstandes mit dem negativen Temperaturkoeffizienten (CTN) bewirkt, wodurch sich eine verstärkte Verringerung der geregelten Spannung infolge der (iberkompensation des temperaturabhängigen Widerstandes (CTN) einstellt.

Für einen störungsfreien Betrieb des Reglers ist es unerläßlich, diesen Abfall der regulierten Spannung zu korrigieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der elektromagnetische Spannungsregler der vorgenannten Art eine zusätzliche Kompensationseinrichtung aufweist, welche die Einflüsse des Temperaturanstieges der Kontakte des Reglers kompensiert, wobei der Temperaturanstieg durch den im Laufe der Zeit zunehmenden Widerstand der Kontakte bedingt ist.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Kompensationseinrichtung von einem Widerstand mit negativem thermischen Koeffizienten (CTN) gebildet ist, der zu der Erregerwicklung des Reglers parallelgeschaltet ist.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Kompensationseinrichtung, die in Verbindung mit

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einem temperaturabhängigen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten die thermische Kompensationsvorrichtung bildet, aus einem Widerstand mit einem positiven thermischen Koeffizienten (CTP) besteht, der mit einem Widerstand parallelgeschaltet ist, welcher seinerseits mit der Erregerwicklung des Reglers in Reihe liegt.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Darin zeigen die Fig.1 und 2 zwei unterschiedliche elektrische Schaltungen für die erfindungsgemäße Regelvorrichtung zur Ladung einer Batterie mit einem Generator.

Die Fig. zeigen einen Generator 1, der von einer Erregerwicklung 2 erregt ist.

Die Ankerwicklung des Generators 1, die in den Fig. nicht dargestellt ist, ist mit einer Batterie 3 verbunden, welche eine Gruppe von elektrischen Verbrauchern speist, wobei die Verbrauchergruppe durch den Widerstand 4 angedeutet ist.

Ein Regler 5 steuert die Erregung des Generators 1. In an sich bekannter Weise weist der Regler 5 ein von einer Wicklung, 6 gebildetes Relais auf, das einen beweglichen, mit einem Kontakt versehenen Anker 7 steuert, welcher gegen einen festen Kontakt 8 anliegt.

Die Wicklung 6 ist über einen Zündschalter 9 mit dem Pluspol der Batterie 3 verbunden. Ein Absorptionswiderstand 11 kann gegebenenfalls den beweglichen Anker 7 mit der Masse ver-

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binden. In Abhängigkeit von den Zweigleitungen und den Widerständen der elektrischen Installationsleitungen des Fahrzeuges ist es bisweilen notwendig, dies zu tun, so daß man an den Klemmen des Reglers eine Spannung erhält, die sich umgekehrt zum Ladestrom linear ändert, damit an den Klemmen der Batterie eine konstante Spannung herrscht. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche Wicklung 12 zwischen der Plusklemme (+) des Reglers und dem Kontakt 8 vorgesehen sein. Diese zusätzliche Wicklung 12 besitzt jedoch den Nachteil, daß sie den Öffnungsvorgang der Kontakte beschleunigt, so daß man einen Verzögerungswiderstand 13 vorsehen muß.

Ein Kompensationswiderstand 14 kann in an sich bekannter Weise mit der Wicklung 6 in Reihe geschaltet sein, damit der infolge einer Erwärmung dieser Wicklung 6, die durch einen Anstieg des Widerstandes der Wicklung bedingt ist, auftretende Verlust in der Amperewicklung verringert wird.

Der Widerstand 10 ist der Reglerwiderstand, der mit der Erregerwicklung 2 in Reihe geschaltet ist, wenn die Kontakte 7 und 8 geöffnet sind.

Um bei bestimmten Betriebszuständen die Funktion des Reglers in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, die unter der Schutzkappe des Reglers herrscht, zu stabilisieren, wird zu dem Belastungswiderstand 14 ein temperaturabhängiger Widerstand 15 mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (CTN) parallelgeschaltet, wodurch erreicht wird, daß die Widerstände gleichmäßig verringert werden und damit die Zunahme des Widerstandes der Wicklung 6 ausgeglichen wird und die Änderung der geregelten Spannung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur erfolgt, was zum Ausgleich notwendig ist.

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Um eine noch weitere Temperatureteigerung zu vermeiden, die durch den Anstieg des Widerstandes der Kontakte 7 und 8 hervorgerufen wird, der durch die Abnützung oder durch die von dem Abreißfunken erzeugte Oxydation bedingt ist, wird gemäß der Erfindung ein temperaturabhängiger Widerstand 16 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (CTP) verwendet (siehe Fig.1), der in der Nähe der Kontakte 7 und 8 auf einem Metallteil angeordnet ist, welches die Kontakte trägt und mit dem temperaturabhängigen Widerstand 15 mit negativem Temperaturkoeffizienten (CTN) parallelgeschaltet ist.

Bei einem Temperaturanstieg, der durch einen Anstieg des Widerstandes der Kontakte 7 und 8 bedingt ist, wird der temperaturabhängige Widerstand 15 mit dem negativen Temperaturkoeffizienten (CTN) durch Strahlung und Leitung beeinflußt, so daß infolgedessen sein Widerstand oder die geregelte Spannung stärker verringert werden.

Der temperaturabhängige Widerstand 16· (CTP) dient zur Beschränkung der Verkleinerung des Ersatzwiderstandes aus den Widerständen 14 und 15 und damit zur Vermeidung der Verkleinerung der geregelten Spannung.

In der Tat bewirkt ein Widerstandsanstieg in Abhängigkeit von der Temperatur eine Steigerung des Ersatzwiderstandes von dem temperaturabhängigen Widerstand 15 (CTN), dem Belastungswiderstand 14 und dem temperaturabhängigen Widerstand 16 (CTP), wodurch die Widerstandsverkleinerung des temperaturabhängigen Widerstandes 15 (CTN) kompensiert wird und wodurch infolgedessen ein Anstieg der regulierten Spannung hervorgerufen wird, so daß ein Uberkompensieren

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des temperaturabhängigen Widerstandes 15 (CTN) vermieden wird.

Das in der Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich im wesentlichen von dem in der Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der temperaturabhängige Widerstand 16 mit dem positiven Temperaturkoeffizienten (CTP), der zum Belastungswiderstand 14 parallelgeschaltet ist, durch einen temperaturabhängigen Widerstand 17 mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (CTN) ersetzt ist, der zur Wicklung 6 parallelgeschaltet ist.

Diese Schaltung hat den gleichen Zweck wie die vorbeschriebene Schaltung, d.h. es soll eine Verkleinerung der geregelten Spannung vermieden werden, die durch eine von dem temperaturabhängigen Widerstand 15 (CTN) bewirkte Überkompensation hervorgerufen wird, welche durch eine Steigerung der Umgebungstemperatur bedingt ist, die ihrerseits durch eine Aufwärmung der Kontakte 7 und 8 erfolgt.

Die Funktion der neuen Schaltung ist folgende: Der Stromkreis weist jetzt zwei temperaturabhängige Widerstände (CTN) 15 und 17 auf, die zum besseren Verständnis als "Kompensationswiderstand" und als "Korrektionswiderstand" bezeichnet werden sollen.

Wenn also die Kontakte 7 und 8, wie bereits beschrieben, eine Temperatursteigerung verursachen, die den Kompensationswiderstand 15 beeinflußt, dann wird dieser infolge der zusätzlichen Widerstandsabnahme überkompensiert und führt infolgedessen eine Verringerung der geregelten Spannung herbei.

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Der Korrektionswiderstand 17 korrigiert diesen nicht erwünschten Spannungsabfall auf die folgende Weise. Es sei angenommen, daß die Spannung U zu einem bestimmten Zeitpunkt t konstant ist. Aufgrund des Temperaturanstieges, der durch das Erwärmen der Kontakte 7 und 8 hervorgerufen wird, wird der Korrektionswiderstand 17 verkleinert und bewirkt eine Verkleinerung des Ersatzwiderstandes der Wicklung 6 und des Korrektionswiderstandes 17.

Diese Widerstandsverkleinerung hat eine Verstärkung des die Wicklung 6 durchsetzenden Feldes I zur Folge und damit eine Vergrößerung des Belastungswiderstandes 14, der mit der Wicklung 6 in Reihe geschaltet ist. Die Vergrößerung des Feldes I würde eine Vergrößerung der Spannung U1 an den Klemmen des Belastungswiderstandes 14 erzeugen, und daher eine Verringerung der Spannung U2 an den Klemmen der Wicklung 6, denn die Spannung U wurde ja als konstant angenommen .

Es wurde aber angenommen, daß infolge der Funktion des Reglers selbst die an den Klemmen der Wicklung 6 herrschende Spannung U2 durch ein mehr oder weniger fortgesetztes öffnen oder Schließen der Kontakte 7 und 8 konstant gehalten wird, so daß die Verkleinerung der Spannung U2 nicht stattfinden kann und dadurch die Spannung U ansteigt, wodurch der Spannungsabfall, der anfänglich durch die Überkompensation des Kompensationswiderstandes 15 hervorgerufen wurde, kompensiert wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Elektromagnetischer Spannungsregler zur Steuerung der Aufladung von Batterien mittels eines Generators, wobei der Regler mit einer thermischen Kompensationsvorrichtung ausgestattet ist, die in Abhängigkeit von der unter der Schutzkappe des Reglers herrschenden Temperatur anspricht, dadurch gekennzeichnet , daß eine zusätzliche Kompensationseinrichtung (14, 15, 16, 17) vorgesehen ist, welche die Einflüsse des Temperaturanstieges der Kontakte (7, 8) des Reglers (5) kompensiert, wobei der Temperaturanstieg durch den im Laufe der Zeit zunehmenden Widerstand der Kontakte bedingt ist.

   Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kompensationseinrichtung von einem Widerstand (17) mit negativem thermischen Koeffizienten (CTN) gebildet ist, der zu der Erregerwicklung (6) des Reglers (5) parallelgeschaltet ist.

   Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kompensationseinrichtung, die in Verbindung mit einer Bimetallfeder die thermische Kompensationsvorrichtung bildet, aus einem Widerstand (15) mit positivem thermischen Koeffizienten (CTP) besteht, der zu einem Belastungswiderstand (14) parallelgeschaltet ist, welcher seinerseits mit der Erregerwicklung (6) des Reglers (5) in Reihe liegt.

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   4. Spannungsregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kompensationseinrichtung, die in Verbindung mit einem temperaturabhängigen Widerstand (16) mit negativem Temperaturkoeffizienten die thermische Kompensationsvorrichtung bildet, aus einem Widerstand (15) mit einem positiven thermischen Koeffizienten (CTP) besteht, der zu einem Widerstand (14) parallelgeschaltet ist, welcher seinerseits mit der Erregerwicklung (6) des Reglers (5) in Reihe liegt.

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