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Einrichtung zur Regelung der Spannung von mit veränderlicher Drehzahl
angetriebenen Stromerzeugern zur Ladung eines Stromsammlers, insbesondere in Anlagen
für Kraftfahrzeuge 1>ie Ertiiiihin g bezieht sich auf eine Einrichtung zur Regeluni,<
<lci- Spannung von mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen Stromerzeugern zur
Ladung eines Strom,;iniiiilers, insbesondere in Anlagen für Kraftfalirzeuge, mit
einem elektromagnetischen Zitterkontaktregler und einem die Arbeitsweise des Reglers
unmittelbar beeinflussenden wärmeempfindlichen Glied.
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Es sind Anlagen bekannt, bei denen im Erregerstromkreis des Reglers
ein wärmeempfindlicher Schnappschalter angeordnet ist. Dieser Schnappschalter ist
so angeordnet, daß er von der Außentemperatur abhängig ist. Er ist überdies so eingestellt,
daß er einerseits erst bei einer Außentemperatur von etiia 3o bis = 4o'(' den Regler
für eine Regelung auf niedrigere Spannung umschaltet, andererseits erst hei etwa
o his -- 5 (' wieder umschaltet für eine Regelung auf die höhere Spannung. Diese
Einrichtung vermag die Anlage nicht in dem erwünschten Maß den praktischen Bedürfnissen
hinsichtlich der Ladung des Sammlers anzupassen. Gemäß der Erfindung wird bei allen
vorkommenden Betriebsverhältnissen des Fahrzeugs einerseits eine befriedigende Ladung
des Sammlers erreicht und andererseits eine Überladung dadurch vermieden, daß das
die Arbeitsweise des Reglers beeinflussende Glied durch den im Erregerstromkreis
des Stromerzeugers liegenden Reglerwiderstand beheizt wird.
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In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. i das Schaltbild einer Anlage mit einem Spannungsregler
und einem dessen Amperewinduizgszahl beeinflussenden Bimetallschalter,
Fig.
2 das Schaltbild derselben Anlage mit einem zusätzlichen Stromregler, Fig. 3 einen
Spannungsregler mit einem aus Bimetall bestehenden Anschlag zur Änderung der Rückführkraft
des Reglerankers, Fig. 4 ein Schaubild über den Verlauf des Erregerstroms des Stromerzeugers
und der an den Klemmen des Regelwiderstandes herrschenden Spannung in Abhängigkeit
von der Drehzahl und Belastung des Stromerzeugers.
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In der Fig. i bedeutet io einen Nebenschlußgleichstromerzeuger, dessen
Pluspol über einen Selbstschalter ii mit einem Stromsammler 12 verbunden ist, während
der Minuspol des Stromerzeugers an 3fasse liegt. Zur Regelung der Spannung des Stromerzeugers
dient in bekannter Weise ein Zitterkontaktregler 13, welcher der Erregerwicklung
14 des Stromerzeugers periodisch einen Widerstand 15 vorzuschalten oder sie kurzzuschließen
vermag. Der Regler 13 hat zu diesem Zweck zwei feststehende Kontakte 16 und 17,
zwischen denen der Kontaktarm 18 des Reglerankers i9 liegt, der durch eine Erregerspule
2o entgegen dem Zug einer Feder 21 betätigt wird, die den Kontaktarm 18 gegen den
feststehenden Kontakt 16 zu drücken sucht. Ein Ende der Wicklung 20 ist an dem Pluspol
des Stromerzeugers angeschlossen, während das andere Ende über einen Widerstand
22 mit Masse verbunden ist. An einer bestimmten Stelle, z. B. bei 23, ist an dem
Widerstand 22 ein Bimetallschalter 24 angeschlossen, der diese Stelle des Widerstandes
mit Masse verbinden kann. Der Bimetallschalter ist in unmittelbarer Nähe des Regelwiderstandes
15 angeordnet, so daß dieser Schalter von der Temperatur des Widerstandes abhängig
ist, der auch auf den Bimetallstreifen des Schalters aufgewickelt sein kann. Der
Bimetallschalter ist so beschaffen, daß er im kalten Zustand offen ist und sich
bei Erwärmung zu schließen beginnt. Beim Schließen wird der zwischen der Anzapfstelle
23 und Masse liegendeTeil des W iderstandes 22 kurzgeschlossen und damit der Gesamtwiderstand
des Stromkreises der Reglerspannungsspule verringert.
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Die Einrichtung arbeitet in folgender Weise: Zunächst sei auf das
Schaubild in Fig. 4 hingewiesen. Die Kurve A zeigt den Verlauf des Erregerstroms
hei Halblast und die Kurve B bei Vollast, und zwar jeweils in Abhängigkeit von der
Drehzahl des Stromerzeugers. Die Kurve C läßt den Verlauf der an den Klemmen des
Regelwiderstandes 15 herrschenden Spannung in Abhängigkeit von der Drehzahl bei
Halblast und die Kurve D bei Vollast erkennen. Der Erregerstrom nimmt mit zunehmender
Drehzahl zunächst bis zu einem Höchstwert zu, der bei Halblast bei Drehzahl E und
bei Vollast bei Drehzahl F erreicht wird. Bei diesen Drehzahlen beginnt der Regler
zu arbeiten. Der erforderliche Erregerstrom fällt mit weiter steigender Drehzahl
bei Halblast wesentlich schneller ab als bei Vollast. Die Folge davon ist, daß mit
zunehmender Drehzahl die Spannung an den Klemmen des Regelwiderstandes 15 bei Vollast
langsamer ansteigt als bei Halblast. Um die Spannung des Stromerzeugers auf gleichbleibendem
Wert zu halten, muß bei geringer Belastung des Stromerzeugers natürlich mehr Erregerstrom
ausreguliert werden, d. h. der Regelwiderstand 15 wird öfter der Erregerwicklung
14 vorgeschaltet als bei großer Belastung. Die Heizleistung in dem Regelwiderstand
15 nimmt mit dem Quadrat der an ihm herrschenden Spannung zu. In dem Schaubild ist
z. B. bei 3000 Umdr./Min. die Spannung am Widerstand 15 bei Halblast etwa
3,8 Volt, während sie bei Vollast nur etwa 1,9 Volt beträgt, d. h. bei Halblast
ist die Heizleistung des Widerstandes vier mal so groß als bei Vollast. Der Bimetallschalter
wird also bei Vollast entsprechend weniger stark beheizt als bei Halblast und wird
daher während einer bestimmten Zeitdauer, wenn er sich überhaupt schließt, eine
viel kürzere Zeit geschlossen sein als bei Halblast, d. h. der Widerstand 22 bleibt
bei Vollast entsprechend lang voll in Ruhe mit der Reglerspule 20 geschaltet, so
daß der Regler auf erhöhte Spannung regelt.
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Die grundsätzliche Wirkungsweise des Spannungsreglers 13 ist bekannt.
Es soll daher hier nur die Einwirkung des Bimetallschalters auf die Wirkungsweise
des Reglers beschrieben werden. Durch das Schließen des Bimetallschalters wird'der
zwischen der Anschlußstelle 23 und Masse liegende Teil des mit der Reglerspannungsspule
2o in Reihe liegenden Widerstandes 22 kurzgeschlossen. Durch diese Verkleinerung
des Widerstandswertes steigt bei einer gegebenen Spannung die Amperewindungszahl
der Reglerspannungsspule 2o, wodurch der Regler auf eine niedrigere Spannung regelt,
bis der Gleichgewichtszustand am Regler wiederhergestellt ist. Durch eine passende
Wahl und Bemessung des Bimetallschalters und der Einstellung des Reglers kann die
Anlage weitgehend den Bedürfnissen des praktischen Betriebs angepaßt werden. Bei
einer Anlage mit 6 Volt Betriebsspannung z. B. wird man den Regler so einstellen,
daß er vor dem Ansprechen des Bimetallschalters auf etwa 8 Volt regelt und nach
dessen Ansprechen die Spannung um i Volt heruntersetzt. Ferner wird man den Bimetallschalter
so einstellen, daß er bei einer Heizleistung des Reglerwiderstandes schließt, die
sich bei Vollast und 4000 Umdrehungen des Stromerzeugers ergibt, also wenn die Spannung
an dem Reglerwiderstand 15 etwa 2,5Volt beträgt. Bei allen Betriebszuständen, bei
denen die Spannung am Widerstand 15 unter dem Betrag von 2,5 Volt bleibt, regelt
der Regler auf 8 Volt Spannung ein und bewirkt eine rasche Ladung des Stromsammlers.
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Der Vorteil der Erfindung wirkt sich besonders günstig aus bei Fahrten
in der Stadt, bei denen die Fahrt an Straßenkreuzungen oft unterbrochen werden muß,
meist nur kurze Strecken gefahren werden und der Anlasser häufig in Tätigkeit gesetzt
werden muß. Bei einem solchen Fahrbetrieb ist einerseits der Stromverbrauch groß,
andererseits sind die Ladeverhältnisse ungünstig. In den kurzen Fahrzeiten kommt
der Bimetallschalter selten auf die Temperatur, die zum Schließen des Schalters
erforderlich ist. Daher wird der Stromerzeuger dauernd auf die höhere Spannung eingeregelt
und der Stromsammler während der kurzen Fahrzeiten kräftig aufgeladen. Bei Überlandfahrten
andererseits läuft der Stromerzeuger meist mit seiner normalen Drehzahl, bei der
selbst bei Vollast die Spannung am Reglerwiderstand 15 über 2,5 Volt liegt und somit
der Bimetallschalter dauernd geschlossen ist.
Die Außentemperatur
wirkt sich auf die Regeleinrichtung in der Weise aus, daß bei kaltem Wetter die
Heizleistung zur Betätigung des Bimetallschalters größer sein muß, d. h. die Spannung
am Reglerwiderstand 15 muß auf etwa 3 Volt steigen, um den Bimetallschalter zu schließen.
Das bedeutet aber nach dem Schaubild, daß z. B. bei Vollast dauernd mit erhöhter
Spannung gefahren wird. Bei wärmeren Wetter dagegen wird die Heizleistung schon
bei niedriger Spannung, z. B. 2,2 Volt, erreicht und dadurch eine Überladung des
Stromsammlers vermieden.
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Bei dem eben beschriebenen Beispiel ist nur ein Spannungsregler vorhanden.
Eine noch bessere Anpassung an die praktisch vorkommenden Verhältnisse kann erreicht
werden, wenn außer dem Spannungsregler in bekannter Weise noch ein Stromregler benutzt
und wie bei dem zuerst beschriebenen Beispiel der Spannungsregler durch das von
dem Reglerwiderstand beheizte wärmeempfindliche Glied beeinflußt wird. In Fig. 2
ist eine derartige Regeleinrichtung dargestellt. Dabei sind für die mit dem ersten
Beispiel übereinstimmenden Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Diese Regeleinrichtung
unterscheidet sich von der in Fig. i dargestellten Einrichtung nur dadurch, claß
zwischen den Spannungsregler 13 und die Erregerwicklung 14 des Stromerzeugers noch
ein Stromregler 3o eingeschaltet ist. Dieser hat einen feststehenden Kontakt 31,
der mit dem beweglichen Ankerkontakt 18 des Spannungsreglers verbunden ist. Mit
dem Kontakt 31 arbeitet ein an dem Anker 32 des Stromreglers sitzender Kontakt 33
zusammen. Der Stromregler wird durch eine Spule 34 erregt, die in der Plusleitung
zwischen Stromerzeuger und Stromsammler liegt. Parallel zu den Kontakten des Stromreglers
ist ein Regelwiderstand 35 geschaltet. Der Stromregler beginnt zu arbeiten, wenn
der von dem Stromerzeuger gelieferte Strom einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Da die Kontakte des Spannungsreglers und des Stromreglers hintereinandergeschaltet
sind, wird der Spannungsregler in bekannter Weise außer Wirkung gesetzt, wenn der
Stromregler zu arbeiten beginnt.
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Wenn der Sammler ganz entladen oder nur schwach geladen ist, beginnt
der Stromregler kurz nach dem Anfahren sofort zu arbeiten, da die Ladespannung nieder
und daher dAr Ladestrom hoch ist. Der Sammler wird also mit starkem Strom geladen.
Solange der Stromregler arbeitet, ist der Spannungsregler nicht in Tätigkeit, d.
h. der Kontakt 18 bleibt mit dem Kontakt 16 in Berührung. In dieser Lage ist der
Regelwiderstand 15 kurzgeschlossen und somit stromlos. Der Bimetallschalter 24 bleibt
also offen und damit bleibt der Spannungsregler in dem Zustand, bei dem er auf erhöhte
Spannung regelt. Bis zum Arbeitsbeginn des Spannungsreglers muß daher der Sammler
durch Rufladung auf die erhöhte Spannung kommen, bei welcher der Spannungsregler
erst zu arbeiten beginnt. Der Sammler wird also bei Verwendung einer solchen Regeleinrichtung
sehr rasch aufgeladen. Sobald die Ladespannung des Sammlers den Wert erreicht hat,
bei welchem der Spannungsregler zu arbeiten und Strom durch den Widerstand 15 zu
fließen beginnt, wird der Bimetallschalter erwärmt. Nach ausreichender Erwärmung,
die eine gewisse Zeif beansprucht, schließt er einen Teil des Widerstandes 22. kurz,
wodurch der Regler auf einen tieferen Spannungsweit regelt.
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In den bisher beschriebenen Beispielen ist zur Steuerung des Spannungsreglers
ein Bimetallschalter verwendet. Statt dessen kann auch parallel zu dem Widerstand
22 ein Widerstand mit hohem negativem Temperaturbeiwert gelegt werden, dessen spezifischer
Widerstand mit steigender Erwärmung rasch abnimmt. Auch kann der Widerstand 22 selbst
aus einem Stoff mit hohem negativem Temperaturbeiwert bestehen.
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Eine weitere Möglichkeit, den Spannungsregler im Sinne der Erfindung
zu beeinflussen, besteht darin, daß man unmittelbar auf den Regleranker mechanisch
einwirkt. In Fig. 3 ist dafür ein Beispiel dargestellt. Sie zeigt einen Spannungsregler
üblicher Bauart mit einem am Magnetgestell 40 mittels einer Blattfeder 41 aufgehängten
winkelförmigen Anker 42, dessen einer mit der Blattfeder verbundener Schenkel 43
dem Kern 44 des Reglers in der Ruhelage mit einem vorbestimmten Abstand gegenübersteht.
Die Blattfeder ragt über den Schenkel hinaus. Ihr freies Ende liegt auf einem an
dem Magnetkern befestigten Anschlag 45 auf, der aus Bimetall besteht. Auf dem Bimetallanschlag
ist der im Stromkreis der Erregerwicklung des Stromerzeugers liegende Regelwiderstand
15 ganz oder teilweise aufgewickelt. Der Anschlag ist so ausgebildet, daß er im
kalten Zustand die Feder 41 stärker spannt, der Regler also erst bei höherer Spannung
anzusprechen vermag als in erwärmtem Zustand des Anschlages.