DE3347495C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1, wie sie aus der DE-OS 32 13 218 bekannt ist.

Derartige Schaltungsanordnungen sollen dafür sorgen, daß die Be­ leuchtung eines Fahrrads bei sehr langsamer Fahrt oder bei Still­ stand aus der Batterie gespeist wird, während bei schnellerer Fahrt der übliche Dynamo die Energieversorgung übernimmt. Zu­ sätzlich wird die Batterie bei schnellerer Fahrt durch den Dy­ namo aufgeladen.

Der Gesetzgeber fordert nun, daß bei einer Batteriespannung von 5 V die Umschaltung von Batteriebetrieb auf Dynamobetrieb dann erfolgt, wenn der mit der Lampe belastete Dynamo eine Span­ nung von mindestens 3 V, höchstens 4,5 V erzeugt. Die Um­ schaltung von Dynamobetrieb auf Batteriebetrieb soll dann er­ folgen, wenn die Spannung am Dynamo mindestens 2,5 V beträgt.

Der meßtechnisch kritische Fall ist derjenige, bei dem die Lampe von der Batterie betrieben wird und der Dynamo bei der bekannten Schaltung lastfrei betrieben wird. In diesem Fall steigt dann nämlich die Dynamoausgangsspannung bei re­ lativ niedrigen Drehzahlen aufgrund Fehlens der Gegen-EMK schnell an, bricht aber beim Ankoppeln der Last (Lampe) auf einen relativ geringen Wert zusammen, der auch durch den Innenwiderstand des Dynamos mitbestimmt wird. Nachdem die Größe der Last bzw. die Werte der Lampen festgelegt sind, kann man bei der bekannten Schaltung unter der Voraus­ setzung, daß die Daten des Dynamos bekannt sind, denjenigen Leerlauf-Spannungswert des Dynamos bestimmen, der mit der vom Gesetzgeber bestimmten Umschaltspannung des belasteten Dynamos korrespondiert, so daß die bekannte Schaltungsan­ ordnung dann korrekt funktioniert.

Wenn jedoch eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art mit einem Dynamo unbekannter Bauart kombiniert werden soll, kann sich die Schwierigkeit ergeben, daß der in der Schaltung festgelegte, auf die Leerlaufspannung bezogene Umschaltpunkt dann ein Umschalten bewirkt, wenn der bela­ stete Dynamo entweder eine zu niedrige oder eine zu hohe Spannung erzeugt. Im einen Fall werden die vom Gesetzgeber geforderten Daten nicht eingehalten, im anderen Fall wird die Schaltungsanordnung nicht optimal ausgenützt. Wenn wei­ terhin die Schaltungsanordnung zusammen mit einem Dynamo verwendet wird, der zum Betrieb relativ spannungs­ empfindlicher Halogen-Lampen ausgelegt ist und zu diesem Zweck gegeneinandergeschaltete Zenerdioden zur Begrenzung seiner Ausgangsspannung enthält, so wird der in der Schal­ tung fest vorgegebene Leerlaufspannungswert unter Umstän­ den gar nicht erreicht, so daß die Schaltungsanordnung funktionsuntauglich ist.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der ein­ gangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Umschaltung von Batteriebetrieb auf Dynamobetrieb in korrek­ ter Weise unabhängig von der Bauart des Dynamos erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentan­ spruches 1 angegebenen Merkmale gelöst, bevorzugte Ausfüh­ rungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild der Schaltungs­ anordnung nach der Erfindung.

Ein Dynamo G ist mit seinem einen Anschluß mit Masse und mit seinem anderen Anschluß mit einem Ruhekontakt S 1 eines Relaisschalters S verbunden. Der Schaltarm des Relaisschalters S ist mit einem Anschluß einer Lampe L verbunden, deren anderer Anschluß mit Masse verbunden ist. Statt einer Lampe L können natürlich auch zwei oder mehrere Lampen vorgesehen sein, die dann parallel geschaltet sind, beispielsweise für Rücklicht und Scheinwerfer. Der Arbeitskontakt S 2 des Relaisschalters S ist mit einem Pol einer Batterie verbunden, deren anderer Pol auf Masse liegt. Ein Pol der Relaisspule REL des Relais­ schalters ist mit dem Arbeitskontakt S 2 und damit dem einen Pol der Batterie B verbunden, während der andere Anschluß der Relaisspule über die Kollektor-Emitter- Strecke eines Transistors T 2 mit Masse verbunden ist. Der mit dem Ruhekontakt S 1 verbundene Anschluß des Dynamos G ist über eine Reihenschaltung aus einer in Durchlaßrichtung geschalteten Diode D 1 und einer Strommeßeinrichtung in Form eines Meß­ widerstandes R 1 mit dem Anschluß der Lampe L verbunden, der mit dem Schaltarm des Relaisschalters S verbunden ist. Ist der Relaisschalter S in seiner dargestellten Ruhestellung, so ist diese Reihenschaltung durch den Relaisschalter überbrückt, d. h. kurzgeschlossen.

Von dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen der Diode D 1 und dem Meßwiderstand R 1 zweigt eine Steuerlei­ tung ab, die zu einer Umschaltanordnung U führt. In dieser Steuerleitung liegt zunächst eine in Durchlaß­ richtung geschaltete Diode D 2, an deren Ausgang ein gegen Masse geschalteter Kondensator C liegt sowie eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R 2, einer Zenerdiode ZD 1 und einem Widerstand R 3. Weiterhin ist an dem Ausgang der Diode D 2 eine Zenerdiode ZD 2 in Reihe mit einem Widerstand R 4 geschaltet, wobei der Ausgang der letztgenannten Reihenschaltung mit der Basis des Transistors T 2 verbunden ist. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors T 2 liegt die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors T 1, dessen Basis an den gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 3 und der Zenerdiode ZD 1 angeschlossen ist. Zusätzlich liegt parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors T 2 ein Widerstand R 6. Weiter liegt zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R 2 und der Zenerdiode ZD 1 einerseits und dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors T 2 und dem einen Anschluß der Relaisspule REL eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R 5 und einer Diode D 3.

Schließlich ist zur Aufladung der Batterie B noch vor­ gesehen, daß der mit dem Schalter S verbundene Anschluß der Lampe L über eine Reihenschaltung aus zwei in Durch­ laßrichtung geschalteten Dioden D 4 und D 5 mit demjenigen Pol der Batterie B verbunden ist, der auch mit dem Arbeits­ kontakt S 2 verbunden ist. Die Reihenschaltung aus zwei Dioden dient dazu, eine ausreichende Spannungsdifferenz (z. B. 2 × 0,7 V) zwischen Lampe und Batterie vorzu­ sehen, so daß erst bei ausreichendem Spannungsüber­ schuß aus dem Dynamo die Batterie geladen wird.

Bevorzugt haben die beschriebenen Bauelemente folgende Werte:

Durchlaßspannungen der Dioden D 1, D 2, D 3 und D 4 = 0,7 V. R 1 = 6,8 Ohm, R 2 = 3,3 k Ohm, R 3 = 3,3 k Ohm, R 4 = 1 k Ohm, R 5 = 2,2 k Ohm.

Dynamo G und Lampe L haben jeweils eine Nennleistung von 3 W bei einer Nennspannung von 6 V.

Die Zenerdiode ZD 1 hat eine Zenerspannung von 3,3 V; die Zenerdiode ZD 2 eine Zenerspannung von 2,7 V. Der Kondensator C hat 100 µF.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltungs­ anordnung nach der Figur beschrieben. Es sind folgende 4 Betriebszustände zu unterscheiden:

• 1. Stationärer Fall bei für die Beleuchtung ausreichender Dynamo-Energie.
• 2. Absinken der Dynamoenergie aus dem stationären Fall 1.
• 3. Stationärer Fall der batterie-gespeisten Beleuchtung und
• 4. ansteigende Dynamo-Energie aus dem dritten Fall.

Im ersten Fall ist die Dynamo-Energie ausreichend groß, die Lampe L mit Energie zu versorgen. Der Relais­ schalter S ist in seiner Ruhestellung. Der Strom fließt von dem Dynamo G über den geschlossenen Ruhekontakt zur Lampe. Ist die Dynamo-Spannung mindestens um die Durchlaßspannung der Dioden D 4 und D 5 größer als die Batteriespannung, so fließt zusätzlich ein Ladestrom zur Batterie. Die Steuerleitung zu der Umschaltanordnung U liegt auf dem Potential der Dynamospannung vermindert um die Durchlaßspannung der Diode D 2 und vermindert um einen minimalen Spannungsabfall an dem Widerstand R 1. Es fließt somit ein kleiner Strom von dem Generator über den Ruhekontakt des Relaisschalters S, den Meß­ widerstand R 1 und die Diode D 2 zu der eingangsseitig sehr hochohmigen Umschaltanordnung U. Da in diesem Betriebszustand die Dynamospannung relativ groß ist, liegt die Basis des Transistors T 1 auf ausreichend hohem Potential, um den Transistor T 1 durchzuschalten. Ist der Transistor T 1 durchgeschaltet, d. h. leitend, so ist die Basis des Transistors T 2 nahezu auf Masse­ potential, so daß der Transistor T 2 sperrt. Die Relais­ spule REL ist damit von der Energieversorgung abgetrennt; der Relaisschalter S folglich in seiner stabilen Ruhestellung.

Es sei nun der zweite Fall behandelt, bei dem aus dem oben behandelten stationären Fall die Dynamo-Spannung absinkt. Hierdurch sinkt ebenfalls die Spannung auf der Steuerleitung ab, bis in dem Spannungsteiler R 2, ZD 1, R 3 die Basisspannung des Transistors soweit abge­ sunken ist, daß der Transistor T 1 von seinem leitenden Zustand in den gesperrten Zustand kippt. Hierdurch wird die Basis des Transistors T 2 freigegeben, so daß dieser Transistor durch die noch vorhandene Rest­ spannung auf der Steuerleitung durchschaltet. Die Zenerspannung der Zenerdiode ZD 2 in der Basisleitung zu dem Transistor T 2 ist kleiner als die Zenerspannung der Zenerdiode ZD 1 in der Basisleitung zu dem Transistor T 1. Damit ist sichergestellt, daß bei gesperrtem Transistor T 1 der Transistor T 2 noch durchschalten kann. Um für das Durchschalten des Transistors T 2 noch einen aus­ reichenden Basisstrom liefern zu können, ist der Konden­ sator C vorgesehen, der zusätzlich noch eine glättende Wirkung auf die Spannung der Steuerleitung ausübt.

Ist der Transistor T 2 durchgeschaltet, d. h. leitend, so wird die Relaisspule REL erregt, d. h. mit Batterie­ spannung verbunden; der Relaisschalter S schaltet in seine Arbeitsstellung um, bei der der Schaltarm mit dem Relaiskontakt S 2 verbunden ist. Die Lampe L wird nun über den umgeschalteten Relaiskontakt aus der Bat­ terie B mit elektrischer Energie versorgt. Zusätzlich gelangt die Batteriespannung über den Relaisschalter S, den Meßwiderstand R 1 und die Diode D 2 auf die Steuer­ leitung. Der Transistor T 1 schaltet gleichwohl nicht durch, da aufgrund des durchgeschalteten Transistors T 2 die Reihenschaltung aus dem Widerstand R 5 und der Diode D 3 nun auf Masse liegt. Der Widerstand R 2 und die Reihenschaltung aus Widerstand R 5 und Diode D 3 wirken jetzt als Spannungsteiler für die Basisspannung des Transistors T 1, wobei die Werte der Bauelemente so gewählt sind, daß die Spannung am Basisteilerabgriff, d. h. am Eingang der Zenerdiode ZD 1 kleiner ist als deren Zenerspannung, so daß die Basisspannung am Transistor T 1 so klein ist, daß der Transistor T 1 nicht durchschalten kann. Es wird also ein stabiler Zustand geschaffen, bei dem das Relais eine Selbst­ haltefunktion hat. Damit ist der oben erwähnte dritte stationäre Fall der niedrigen Dynamo-Spannung bzw. der batteriebetriebenen Beleuchtung erreicht.

Steigt nun aus diesem stationären Fall die Dynamo-Span­ nung wieder an, so wird ein Punkt erreicht, bei dem die Dynamo-Spannung um mindestens den Betrag der Durchlaßspannung der Diode D 1 größer ist als die Bat­ teriespannung vermindert um den Spannungsabfall an dem Meßwiderstand R 1. Somit steigt ab diesem Punkt die Spannung an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden D 1 und D 2, so daß auch die Spannung auf der Steuerleitung ansteigt. Hat diese Spannung einen durch die Bauelemente R 2, R 5, D 3, ZD 1 und R 3 festgelegten Wert von beispielsweise 8,0 V erreicht, so schaltet bei noch leitendem Transistor T 2 der Transistor T 1 durch. Hierdurch wird die Basisspannung des Transistors T 2 auf Masse gezogen, so daß der Transistor T 2 sperrt. Die Relaisspule REL wird von der Spannungsversorgung abgetrennt, der Relaisschalter S kippt in seine Ruhe­ stellung zurück und der Widerstand R 5 und die Diode D 3 werden für den oben erwähnten Spannungsteiler unwirk­ sam. Damit ist der erste Fall der stationären Energie­ versorgung der Lampe aus dem Dynamo erreicht. Durch das Wirksam- bzw. Unwirksamschalten der Bauelemente R 5 und D 3 erhält die Umschaltanordnung ein Hysterese- Verhalten, so daß ein zu häufiges Umschalten vermieden wird. Obwohl bei der obigen Funktionsbeschreibung auf Spannungswerte hingewiesen wurde, sei darauf hinge­ wiesen, daß im Ergebnis die vom Dynamo bereitgestellte Leistung maßgeblich für die Spannung auf der Steuer­ leitung ist. Im besonders kritischen vierten Fall, bei dem beim Stand der Technik die Leerlaufspannung des Dynamos entweder sehr hohe Werte bis zu 20 V an­ nehmen kann oder aufgrund einer Spannungsbegrenzung unter dem Triggerpunkt der Umschaltanordnung liegen kann, bleibt der Dynamo bei der vorliegenden Erfindung über die Strecke D 1, R 1 und L belastet. Erst wenn bei einem Dynamostrom über die Strecke D 1, R 1 und L aus­ reichende Dynamoleistung zur Verfügung steht, steigt die Spannung an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Dioden D 1 und D 2 an. Der Meßwiderstand R 1 ist weiterhin so gewählt, daß in ihm nur relativ kleine Leistung vernichtet bzw. in Wärme umgesetzt wird. Bei der oben angegebenen Dimensionierung der übrigen Bauteile liegt ein günstiger Wert für den Meßwiderstand R 1 bei 6,8 Ohm. Dadurch, daß die Strecke D 1, R 1 bei Dynamobetrieb durch den Schalter praktisch kurzgeschlossen ist, wird bei Dynamobetrieb praktisch überhaupt keine Leistung in dem Meßwiderstand R 1 vernichtet, da der durch den Meßwiderstand R 1 in dem stationären ersten Fall fließen­ de Strom aufgrund des hochohmigen Einganges der Umschalt­ anordnung U sehr klein ist.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung für Fahrrad-Beleuchtungsanlagen mit mindestens einer Lampe (L), einem Dynamo (G), einer Batterie (B), einer Umschaltanordnung (Rel, S), um die Lampe (L) entweder über den Dynamo (G) oder die Batterie (B) mit elektrischer Energie zu versorgen, und mit einer, die Umschaltanordnung (Rel, S) betätigenden Steuerschal­ tung (U), die mit mindestens einem Steuereingang (St) mit dem Dynamo (G) verbunden und derart ausgebildet ist, daß die Umschaltanordnung in Abhängigkeit vom Betriebs­ zustand des Dynamos (G) bzw. dessen Drehzahl betätigt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß eine, mit einer Gleichrichteranordnung (D 1) in Reihe geschaltete Strommeßeinrichtung (R 1) mit dem Dynamo (G) und der Lampe (L) verbunden ist, so daß im Batteriebe­ trieb eine aus dem Dynamo (G), der Gleichrichteranordnung (D 1) und der Strommeßeinrichtung (R 1) bestehende Reihen­ schaltung parallel zur Batterie (B) mit der Lampe (L) verbunden ist, wodurch nur dann, wenn die Ausgangsspannung des Dynamos (G) die Ausgangsspannung der Batterie (B) übersteigt, ein Strom durch die Strommeßschaltung (R 1) fließt,
daß die Steuerschaltung (U) derart ausgebildet und mit ihrem Steuereingang (St) mit der Strommeßeinrichtung (R 1) verbunden ist, daß die Umschaltanordnung (Rel, S) dann von Batterie-Versorgung auf Dynamo-Versorgung umschal­ tet, wenn der gemessene Strom einen festgelegten Wert überschreitet und
daß die Umschaltanordnung einen Relais-Um­ schalter (S) umfaßt, der in der Stellung für Dynamobe­ trieb die Reihenschaltung aus Gleichrichteranordnung (D 1) und Strommeßeinrichtung (R 1) kurzschließt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Relais-Umschalter (S) einpolig ist, und die Gleichrichteranordnung durch eine Diode (D 1) und die Strommeßeinrichtung durch einen Meßwider­ stand (R ) realisiert sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule des Relais (Rel) über die Schalt­ strecke eines Transistors (T 2), ein weiterer Transistor mit einem Pol der Batterie (B) verbunden ist, daß die Basis dieses Transistors (T 2) über einen Basis­ widerstand (R 4) und eine Diode (D 2) mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt zwischen Meßwiderstand (R 1) und Diode (D 1) verbunden ist, daß parallel zur Basis-Emitter­ strecke des Transistors (T 2) ein weiterer Transistor (T 1) geschaltet ist, dessen Basis an einen Spannungstei­ ler (R 2; ZD 1; R 3) angeschlossen ist, der zwischen Masse und den Ausgang der Diode (D 2) geschaltet ist, und daß ein Abgriff dieses Spannungsteilers über einen weiteren Widerstand (R 5) mit dem durch den Transistor (T 2) ge­ schalteten Anschluß der Erregerspule des Relais verbun­ den ist, wodurch ein weiterer, von dem Transistor (T 2) schaltbaren Spannungsteiler (R 2, R 5) gebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuereingang (St) und Masse ein Konden­ sator (C) angeordnet ist, der die Steuerspannung des Meßwiderstandes (R 1) glättet und zwischenspeichert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zur Basis des Transistors (T 2) führenden Lei­ tung eine Zenerdiode (ZD 2) geschaltet ist, und daß parallel zur Basis-Emitterstrecke des Transistors (T 2) ein Widerstand (R 6) liegt.