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Stromversorgungsanlage für Kraftfahrzeuge Es sind Stromver sorgungsanlagen
für Eraftfahrzeuge bekannt, . bei denen eine Sammlerbatterie über einen Gleichrichter,
der beispielsweise einTrockengleichrichter sein kann, und eine Drosselspule durch
einen Wechselstromgenerator geladen wird. Die bekannten Einrichtungen hatten den
Nachteil, daß bei den Drehzahländerungen des Wechselstromgenerators, die mit der
wechselnden Fahrzeuggeschwindigkeit einhergehen, ein einfaches und sicher wirkendes
Mittel fehlte, um die dem Gleichrichter aufgedrückte Wechselstromspannung praktisch
konstant zu halten. Versieht man z. B., wie es für solche Stromversorgungsanlagen
gelegentlich vorgeschlagen wurde, die Drosselspule mit einem massiven Eisenkern,
so hat das verhältnismäßig starke Wirbelstromverluste zur Folge, die noch dazu mit
wechselnder Frequenz viel zu rasch ansteigen, um eine konstante Spannung bei wechselnden
Generatordrehzahlen zti gewährleisten. Verwendet man dagegen, wie es allgemein üblich
ist, für die Drosselspule einen geblätterten Eisenkörper mit sehr geringer Blechstärke,
so kann überhaupt keine wirklich befriedigende Regelungswirkung eintreten, weil
in diesem Falle die Wirbelstromverluste auch im oberen Frequenzbereich praktisch
unterdrückt werden. Man war aus den angegebenen Gründen, wenn man kostspielige automatische
Vorrichtungen zur Regelung der Wechselspannung vermeiden wollte, genötigt, auf den
in seinem Aufbau so einfachen und infolgedessen billigen Wechselstromgenerator normaler
Bauart ganz zu verzichten und eine Gleichstromdynamomaschine mit automatischer Spannungsregelung
und Rückstromschalter zu verwenden. Die Stromversorgungsanlage wurde aber auch dann
unerwünscht verwickelt und kostspielig.
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Die Erfindung bezweckt, sämtliche Nachteile der bekannten Einrichtungen
zu vermeiden und eine Stromversorgungsanlage für Kraftfahrzeuge mit Gleichrichter
und vorgeschalteter Drosselspule zu schaffen, die eine einwandfreie selbsttätige
Spannungsregelung ermöglicht und sich dabei durch größte Einfachheit auszeichnet.
Dies wird gemäß der Erfindung durch eine solche Wahl der Blechstärke für den geblätterten
Eisenkörper der dein Gleichrichter vorgeschalteten Drosselspule erreicht, -daß innerhalb
des Frequenzbereiches, der dein für die Batterieladung praktisch in Frage kommenden
Drehzahl-
Bereich des Wechselstromgenerators entspricht (etwa 5o
bis ioo °/a der maximalen Drehzahl), die Vergrößerung der Wirkkomponente der vom
Wechselstromgenerator abgegebenen Spannung in dem diesem Drehzahlbereich entsprechenden
oberen Frequenzbereich durch das mit steigender Frequenz immer stärker werdende
Anwachsen der Wirbelstromverluste der Drosselspule körnpensiert wird, so daß der
Gleichrichter bei allen Drehzahlen des angegebenen Bereiches praktisch an der gleichen
Spannung liegt. Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis daß sich das angestrebte
Ziel einer selbsttätigen Spannungsregelung und insbesondere auch die damit zusammenhängende
Konstanthaltung der Ladestromstärke ohne kostspielige zusätzliche Einrichtungen
einfach dadurch erreichen läßt, daß man bei der Auswahl der Blechstärke für den
Eisenkörper der Drosselspule einen mittleren Weg einschlägt, um mit wechselnder
Drehzahl des Wechselstromgenerators -die Vergrößerung der Wirkkomponente der von
diesem abgegebenen Spannung in dem für die Regelung in Frage kommenden Drehzahlbereich
selbsttätig zu kompensieren. Der Gleichrichter liegt dann bei allen Drehzahlen des
angegebenen Bereiches praktisch an der gleichen Spannung.
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Wenn dabei ein Teil der Stromverbraucher z. B. die Scheinwerferlampen,
um die Batterie und den Gleichrichter zu entlasten, nicht mit Gleichstrom, sondern
mit Wechselstrom gespeist werden soll, so läßt sich dies ohne Beeinträchtigung der
Konstanz der dem Gleichrichter aufgedrückten Wechselstromspannung dadurch erreichen,,
daß man die Drosselspule mit einer gegenläufigen Hilfswicklung versieht, an welche
die zusätzlichen Wechselstromverbraucher angeschlossen werden können, wobei man
die Hilfswicklung der Leistung der zusätzlichen Stromverbraucher so anpaßt, daß
beim Einschalten derselben keine wesentliche Änderung der Spannung eintritt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Fig.
i schematisch veranschaulicht. Fig. 2 stellt ein die Wirkungsweise erläuterndes
Vektordiagramm dar.
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Der mit einer Gleichstromerregerwicklung 2 versehene Wechselstromgenerator
i ist über die Hauptwicklung 4. der Drosselspule 3 mit dem in Vollwegschaltung angeordneten
Trockengleichrichter 6 verbunden. An den Gleichrichter ist eine Sammlerbatterie
7 angeschlossen: Parallel zu dieser liegt eine Reihe Gleichstromverbraucher, nämlich
Anlässermotör 2o, Zündspule 2r, Standlichter :22, Schlußlicht 23, Winker 2q. und
Horn 25. Ein Rücksttomschalter erübrigt sich, da der Trockengleichrichter eine Entladung
der Batterie in der verkehrten Stromrichtung nicht zuläßt.
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Die Drosselspule 3 ist noch mit einer gegenläufigen Hilfswicklung
5 versehen, an welche über einen Schalter 8 die Scheinwerferlampen 9 als Wechselstronrverbraucher
angeschlossen sind. Der Sehalter 8 ist. mit dem Schalter io der Standlichter 22
und des Schlußlichts 23 mechanisch gekuppelt. Hierdurch wird erreicht, daß
auch bei stillstehendem Motor am Wagen stets eine Beleuchtung vorhanden ist.
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Die Drosselspule 3 ist so aufgebaut, daß sie innerhalb des für die
Batterieladung praktisch in Frage konfmenden Drehzahlbereiches des Wechselstromgenerators,
also etwa zwischen 5o und ioo °%o der maximalen Drehzahl, weit höhere Wirbelstrom-
und Hysteresisverluste als eine normale Drosselspule aufweist. Man erreicht dies
gemäß der Erfindung dadurch, daß man den geblätterten Eisenkörper der Drosselspule
aus ungewöhnlich starken Blechen aufbaut, deren Dicke im Hinblick auf den beabsichtigten
raschen Anstieg der Wirbelstromverluste im oberen Frequenzbereich gewählt wird.
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Nachstehend soll dieser Zusammenhang an einem Zahlenbeispiel näher
erläutert werden, in welchem folgende Bezeichnungen verwendet und in welchem durch
Indizes i und 2 zwei Grenzfälle unterschieden werden, zwischen denen der normale
Arbeitsbereich der Maschine liegt: Egon = Generatorsfiannung, W = Windungszahl,
f = Periodenzahl, ryz = minutliche Drehzahl, 0 = Fluß, dE,l,= Spannungsabfall im
Gleichrichter, v",i,v = Wirbelstromverlüste, vtlvst = Hysteresisverluste.
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Es gilt dann für die Spannung des Wechselstromgenerators
Egon =C'f'W'(» =Cr'f. (i) Im ersten Grenzfall sei die minutliche Drehzahl
itl = i8oo, entsprechend f1 = 6o Hz" im zweiten , n2 = 36oo, entsprechend f2 = i2o
Hz. Dann ist
(J # R) entspricht der Summe der durch Wirkverluste entstehenden
Spannungsabfälle. Diese eingesetzt ergibt
Die Stromstärke sei in beiden Grenzfällen als konstant angenommen J = honst. (.@)
Wenn diese Voraussetzung erfüllt werden soll, so muß der Wurzelwert bei ra
= r8oo U/min = 1/2 des Wurzelwertes bei 36oo U/min sein. Nun sind die Wirbelstromverluste
worin e eine Materialkonstante, s die Blechstärke und V das Eisenvolumen der Drosselspule
bedeutet. Die Induktion B in der Drosselspule bleibt für beide Fälle konstant, wenn
J =konstant ist. Daher ist i',vii-b = c,vtt-h # f2. Hysteresisv erluste:
17 ist eine Materialkonstante.
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Bei J = konstant ist auch B = konstant. Vkyst = Ckyst i. Zahlenbeispiel
J = 5 Amp. ; Batteriespannung = Eßdtt = ö Volt. Selbstinduktionsziffer der
Spule
Bei den gewählten Verlustgrößen ist also entsprechend Gleichung (z)
Allein maßgebend für die Erfüllung dieser Forderung ist der Anteil der Wirbelstromverluste,
da diese sich mit der Frequenz quadratisch ändern, während die übrigen Größen konstant
bleiben bzw. sich proportional ändern.
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Die beschriebene Stromversorgungsanlage eignet sich insbesondere für
kleinere Fahrzeuge, z. B. Lieferwagen. Ihr Hauptvorteil liegt darin, daß sämtliche
automatisch arbeitenden Schalter und die mit diesen verbundenen Störungsmöglichkeiten
fortfallen, ohne daß dadurch die Konstanz der Ladespannung ungünstig beeinflußt
wird und ohne daß auf die Verwendung eines einfachen und billigen Wechselstromgenerators
verzichtet zu werden braucht. Die bei höheren Drehzahlen des Generators infolge
der Steigerung der Hysteresis- und Wirbelstromverluste vermehrten Gesamtverluste
spielen in der Energiebilanz des Fahrzeuges keine merkliche Rolle, da ja die Leistung,
die zum Antrieb des Wechselstromgenerators benötigt wird, nur einen Bruchteil der
Motorleistung darstellt.
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Bei größeren Anlagen, bei denen an die Konstanz der Spannung besondere
Anforderungen gestellt werden, könnte man als zusätzliche Mittel beispielsweise
noch folgende verwenden: Beeinflussung der Erregung des Wechselstromgenerators durch
denLadestrom oder die Batteriespannung, Parallelschaltung einer Kapazität, beispielsweise
eines elektrolytischen Kondensators zu den Generatorklemmen, und Verwendung eines
vielpoligen Generators zwecks weiterer Steigerung der frequenzabhängigen Hysteresis-
und Wirbelstromverluste. Das zuletzt genannte Mittel
hat zugleich
die Wirkung, - daß die Drosselspule verhältnismäßig kleine Abmessungen erhalten
kann.