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Regelungseinrichtung für Stromerzeuger, insbesondere in Anlagen auf
Fahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelungseinrichtung für Stromerzeuger,
insbesondere in Anlagen auf Fahrzeugen, mit der bis zu einem bestimmten Strom mittels
eines von der Spannung des Erzeugers abhängigen Reglers auf im wesentlichen gleichbleibende
Spannung und beim Erreichen des bestimmten Stromes mittels eines vom Strom des Erzeugers
abhängigen Reglers auf im wesentlichen gleichbleibenden Strom geregelt wird, wobei
derSpannungsregler als elektromagnetischer Regler ausgebildet ist.
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In Anlagen der genannten Art ist es üblich, auch den Stromregler als
elektromagnetischen Regler auszubilden. Beispielsweise werden sogenannte Zitterkontaktregler
für diesen Zweck sowohl als Spannungs- wie auch als Stromregler verwendet.
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Es ist an sich bekannt, einen Stromanstieg über ein bestimmtes Maß
hinaus durch eine auf Stromwärme ansprechende thermische Einrichtung, z. B. eine
vom Erzeugerstrom beheizte Bimetallfeder, zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung ist der Stromregler als auf den Anker des Spannungsreglers
einwirkender thermischer Regler ausgebildet. Durch die Vereinigung eines elektromagnetischen
Spannungsreglers mit einem thermischen Stromregler werden wesentliche Vorteile erzielt.
Gegenüber einem elektromagnetischen
Stromregler ist ein .geringerer
Aufwand an Werkstoffen, Raum und Gewicht sowie an Arbeitszeit erforderlich. Der
Stromerzeuger ist bei Anwendung eines thermischen Stromreglers für kurze Zeit in
gewissen Grenzen überlastbar, ohne daß die Spannung sofort heruntergeregelt wird,
da der thermische Regler mit Verzögerung anspricht. Störende Lichtschwankungen,
die bei elektromagnetischen Stromreglern -beim Zu- und Abschalten von Belastungen
in der Anlage auftreten können sind dadurch vermieden. Andererseits wird für dieSpannungsregelung
bis zumErreichen des bestimmten Stromes ein an sich bewährter und zuverlässiger
elektromagnetischer Spannungsregler verwendet, wie sie in Fahrzeuganlagen üblich
sind.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i das Schaltschema einer Fahrzeuganlage mit elektromagnetischem
Spannungs- und thermischem Stromregler, Fig. 2 eine Einzelheit des Stromreglers,
Fig. 3 eine andere Anordnung von Spannungs-und Stromreglern und Fig. 4 in einem
Koordinatensystem eine Kennlinie, die das mit der Regelungseinrichtung nach Abb.
i erzielte Verhalten der Spannung in Abhängigkeit vom Strom darstellt.
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In der Anlage nach Abb. i bedeutet i einen vom Fahrzeugmotor anzutreibenden
Stromerzeuger, der eine Nebenschlußerregerwicklung 2 aufweist. Mit der Erregerwicklung
2 liegt ein Widerstand 3 in Reihe, der in der Ruhestellung eines elektromagnetischen
Spannungsreglers 4 durch Konakte 5, 6 dieses Reglers kurzgeschlossen wird. Die Wicklung
7 dieses Reglers liegt an der Spannung ,des Erzeugers i. Der Kontakt 5 sitzt an
dem einen Schenkel eines winkelförmigen Ankers 8, der Kontakt 6 an einer ortsfest
angebrachten Kontaktschiene g dem Kontakt 5 gegenüber. Der Anker 8 ist mittels einer
Blattfeder io an einem Magnetwinkel i i des Elektromagneten 4 aufgehängt. Auf einem
Klotz 12r aus Isolierstoff ist eine U-förmige Bimetallfeder 13 mit ihren Schenkelenden
befestigt, die derart mit ihrem freien Ende über .den Anker 8 des Spannungsreglers
4 angeordnet ist, .daß eine an diesem Ende vorhandene Nase 14 in einem bestimmten
Abstand von einer unmittelbar auf dem Anker 8 aufliegenden _Isolierstoffscheibe
15 gehalten ist. Die Scheibe 15 soll die Bimetallfeder 13 gegen den Anker 8 elektrisch
isolieren, wenn die Bimetallfeder sich funktionsmäßig abbiegt und auf den Anker
einwirkt.
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Der Abstand, den die Nase 14 von der Isolierscheibe 15 einhält, richtet
sich nach der gewünschten Einstellung der Temperatur, bei der die Bimetallfeder
13 ansprechen, d. h. den Anker 8 beeinflussen soll.
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Der Klotz 12 ist auf einer auf dem Magnetkern angebrachten erweiterten
Abzugsplatte 16 befestigt. Die Bimetallfeder 13 liegt im Leitungszug vom Erzeuger
i nach einer Sammlerbatterie 17 und Verbrauchern 18, die über einen schematisch
dargestellten selbsttätigen Schalter i9 rriit_.dem Erzeuger i verbunden werden können.
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Wird der Stromerzeuger i durch den Fahrzeugmotor angetrieben, so schließt
sich bei der einer bestimmten Drehzahl des Erzeugers entsprechenden Einschaltspannung
der selbsttätige Schalter ig und verbindet den Erzeuger i mit der Batterie 17 und
den Verbrauchern 18. Bei weiter zunehmender Drehzahl erreicht die Spannung des Erzeugers
den Wert, auf den geregelt werden soll. Wird dieser Wert überschritten, so beginnt
der Spannungsregler 4 seine Regeltätigkeit dadurch, daß er seinen Anker 8 entgegen
der Wirkung der Blattfeder io anzieht, wodurch die Kontakte 5, 6 geöffnet werden
und der Widerstand 3 in Reihe mit der Erregerwicklung 2 eingeschaltet wird. Dadurch
nimmt der Erregerstrom ab, die Spannung des Erzeugers i sinkt entsprechend, der
Anker 8 wird durch die Feder io in die Ruhelage zurückgezogen, die sich wieder schließenden
Kontakte 5, 6 schließen den Widerstand 3 kurz, und der iErregerstrom nimmt zu, so
daß die Spannung des Erzeugers wieder ansteigt. Dieses Spiel wiederholt sich in
rascher Folge.
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Der vom Erzeuger i in die Batterie 17 und die Verbraucher i8-fließende
Strom fließt unmittelbar über die Bimetallfeder 13 und erwärmt diese. Die Bimetallfeder
ist so bemessen, daß sie sich infolge der Stromstöße beim Erreichen eines bestimmten
Stromes, z. B. des für den Erzeuger i höchstzulässigen Dauerstromes, in Richtung
auf den Anker 8 durchbiegt, bis ihre Nase 14 die Isolierscheibe 15 berührt. Bei
weiter zunehmendem Strom erwärmt sich die B.imetallfeder 13 stärker und biegt sich
weiter durch. Sie drückt nunmehr auf den Anker 8 entgegen der Wirkung .der Blattfeder
io, wodurch ein Teil der vom Elektromagneten bei Überwindung der Gegenkraft der
Blattfeder io zu leistenden Arbeit von der Bimetallfeder 13 übernommen wird. Das
bedeutet, daß bereits eine geringere Durchflutung des Elektromagneten 4 genügt,
um den Anker 8 anzuziehen. Die geringere Durchflutung wird bereits bei einer niedrigeren
Spannung des Erzeugers erreicht, so daß .der Spannungsregler 4 die Spannung auf
einen niedrigeren Wert als vor Überschreiten des bestimmten Stromes regelt.
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Die Regelungsvorgänge seien an Hand der Fig. 4 näher erläutert: In
dem Koordinatensystem dieser Abbildung sind auf -der Ordinate die Belastungsströme
I und auf der Abszisse die Spannungen U des Erzeugers i aufgetragen. Die Geraden
Bi, I32 und B3 stellen Widerstandsgeraden dar, die .die Spannung als Funktion des
Stromes für jeweils einen bestimmten Widerstand der eingeschalteten Verbraucher
angeben. Die Spannung Ui sei der Wert, auf den der Spannungsregler 4 bestimmungsgemäß
regelt. Die Gerade Bi möge einem Widerstand der Verbraucher entsprechen, der beispielsweise
bei der Spannung U1 den für den Stromerzeuger i höchstzulässigen Dauerstrom 11 ergibt,
bei dessen Überschreiten der Stromregler ansprechen soll. Die Geraden B2
und
B3 entsprechen geringeren Verbraucherh iderständen, die bei unvermindert aufrechterhaltener
Spannung Ui die Überlastströme 14 und I5 ergeben würden.
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Die Spannung des Erzeugers i wird durch den Spannungsregler q. zunächst
auf dem Wert Ui entsprechend der waagerecht verlaufenden Kennlinie a gehalten. Werden
so viele Verbraucher eingeschaltet, daß sich die Widerstandsgerade Bi ergibt, so
erreicht der Strom deen Wert I1. Die durch diesen Strom erwärmte Bimetallfeder 13
ist so bemessen, daß sie bei diesem Strom gerade eben mit ihrer Nase 14 die Isolierscheibe
15 auf demAnker 8 berührt. Bereits eine geringe Erhöhung des Stromes über Il hinaus
würde eine stärkere Erwärmung der Bimetallfeder 13 ergeben, die sich dadurch stärker
durchbiegen und auf den Anker 8 drücken würde. Hierdurch würde aber die Spannung
des Erzeugers i durch den Regler auf einen niedrigeren Wert geregelt werden, da
ein Teil der vom Elektromagneten des Reglers ¢ zur Überwindung der Gegenkraft der
Blattfeder io aufzugbringenden Kraft bereits durch die Bimetallfeder 13 aufgebracht
wird. Werden also beispielsweise Verbraucher zugeschaltet, bis sich die Widerstandsgerade
B2 ergibt, so sucht der Strom von J1 aus anzuwachsen. Hierdurch wird die Bimetallfeder
stärker erwärmt und biegt sich stärker durch, so daß durch den auf den Anker 8 ausgeübten
Druck eine Spannungssenkung entsprechend der Kennlinie b eintritt. Es stellt sich
dann für das ganze System an dem Punkt P1 ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem
die Bimetall feder13 bei einem Strom J2 einen stetigen Druck von solcher Größe auf
den Anker 8 ausübt, däß der Regler q. die Spannung auf den Wert U, regelt. Um eine
möglichst steil Kennlinie b zu erzielen, ist die Bimetallfeder in ihren Abmessungen
und im Stoff so gewählt, daß sie schon bei einer geringfügigen Stromzunahme über
J1 hinaus einen genügend starken Druck ausübt.
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In gleicher Weise wie bei der Geraden B., am Punkt p1 stellt sich
ein. Gleichgewichtszustand am Punkt P2 ein, wenn durch Zuschalten weiterer Verbraucher
der Verbraucherwiderstand auf einen der Geraden B3 entsprechenden Wert zurückgeht.
An diesem Punkt P2 stellt sich der Strom auf den gegenüber dem Strom J. um ein geringes
höheren Wert J3 ein, bei .dem infolge des entsprechend stärkeren stetigen Druckes
der Bimetallfeder 13 auf den Anker 8 der Regler q. die Spannung auf dem Wert U3
hält.
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Durch den Stromregler, gebildet durch die unmittelbar vom Strom durchflossene,
auf den Regleranker 8 einwirkende Bimetallfeder 13, wird also der Strom bei Erreichen
eines bestimmten Wertes praktisch konstant gehalten.
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Die Einstellung der Ansprechtemperatur der Bimetallfeder und damit
des Ansprechstromes erfolgt durch Einhalten eines bestimmten Abstandes der Nase
14 von der Isolierplatte 15 im kalten Zustand der Bimetallfeder 13. Der Strom, bei
,dem die Ansprechtemperatur erreicht wird., hängt vom spezifischen Widerstand des
Werkstoffes der Bimetallfeder ab. Durch Wahl von Stoffen verschiedenen spezifischen
Widerstandes kann also die Ansprechtemperatur bei verschiedenen Stromstärken erreicht
werden. Ein anderer Weg hierzu ist :darin gegeben, in unmittelbarer Berührung mit
der Bimetallfeder, die aus einem Werkstoff mit hohem spezifischem Widerstand bestehen
möge, eine Metallfolie beispielsweise aus, Kupfer anzuordnen und mit der Bimetallfeder
parallel zu schalten, deren Querschnitt jeweils. dem Strom angepaßt ist, bei der
die Ansprechtemperatur .der Bimetallfeder erreicht werden soll. Die Folie erwärmt
sich infolge des Stromdurchganges, und ihre Wärme teilt sich der Bimetallfeder mit.
Dies ergibt eine gewisse grobe Einstellung für den Ansprechstrom. Eine Feineinstellung
läßt sich durch Einstellung der Länge des Stromwegesauf der Bimetallfeder erzielen.
Die Abb. 2 zeigt hierzu einAusführungsbeispiel. Indem Schlitz einer U-förmigen Bimetallfeder
20 ist eine Klemmschraube 21 vorgesehen, die an beliebiger Stelle des Schlitzes
festgeschraubt werden kann. Der Stromweg durch die ganze Feder 2o ist durch die
strichpunktierte Linie a, der mittels der Klemmschraube 21 verkürzte Stromweg durch
-die gestrichelte Linie b. angedeutet.
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Die Ausbildung des Stromreglers als auf den elektromagnetischen Spannungsregler
einwirkenden thermischen Regler ermöglicht einen geringenAufwand an Werkstoffen
für diesen Regler, dessen Gewicht und Abmessungen gering sind. Der Arbeitszeitaufwand
ist für den neuen Regler ebenfalls gegenüber dem für Regler anderer Bauart benötigten
wesentlich geringer.
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Der Stromerzeuger i ist kurzzeitig überlastbar, bevor der Stromregler
anspricht, da die Bimeta.llfeder erst mit gewisser Verzögerung wirksam wird. Es
wird auf diese Weise ein ruhigerer Lichtbetrieb auch bei schwankenden Belastungen
erzielt.
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Da nach der Anordnung gemäß Fig. i die B;imetallfeder 13 des Stromreglers
entgegen derBlattfeder io der Ankeraufhängung auf den Anker 8 einwirkt, wird, sobald
der Stromregler tätig ist, der Anker 8 zwischen zwei Federkräften gehalten. Die
Federn wirken gewissermaßen parallel auf den Anker B. Durch diese Anordnung der
Federn wird der Vorteil einer Verringerung der Schüttelempfindlichkeit des Reglers
im Bereich der Tätigkeit des . Stromreglers erzielt.
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Es kann auch eine Hintereinanderschaltung der Federn erwünscht sein,
wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. Eine mit ihrem einen Ende ortsfest eingespannte
Bimetallfeder 22 liegt im kalten Zustarnd mit ihrem freien Ende mit einer gewissen
Vorspannung gegen einen ortsfesten Anschlag 23 an. An dem freien Ende der Bimetallfeder
22 ist eine Schraubenfeder 24 befestigt, die andererseits an einem Anker 25 eines
elektromagnetischen Reglers 2,6 angreift. Die Bimetallfeder 22 liegt im Leitungszuge
von einem Stromerzeuger zu Verbrauchern, so daß sie durch den Strom des Erzeugers
erwärmt wird. Solange die Bimetallfeder kalt ist, wirkt die volle Gegenkraft der
Schraubenfeder 24 auf den
Anker 25 bei dessen Anzug durch den Elektromagneten.
Mit zunehmender Erwärmung wird die Vbrspannung der Bimetallfeder 22 gegen den Anschlag
23 kleiner, bis nach Überschreiten des bestimmten Stromes sich die Bimetallfeder
22 vom Anschlag 23 wegbiegt. Die Feder 2@4 wird dadurch in ihrer (Gegenkraft geschwächt,
und der Spannungsregler 26 regelt auf niedrigere Spannungen derart, daß ein etwa
gleichbleibender Strom erzielt wird.
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DerAnsprechstrom der Bimetallfedern sowohl im Ausführungsbeispiel
nach Fig. i als auch nach Fig. 3 ist auch von der Umgebungstemperatur der Federn,
d. h. von der Raumtemperatur der Luft am Regler abhängig. Bei hoher Raumtemperatur
wird die Ansprechtemperatur früher erreicht als bei niedrigerer. Infolgedessen genügt
bei hoher Raumtemperatur ein geringerer Strom zum Ansprechen der Bimetallfe.der
als bei niedriger. Dieses Verhalten kann der Erwärmungdes Stromerzeugers-durchentsprechende
Wahl der Ansprechtemperatur der Bimetallfeder in der Weise angepaßt werden, da der
Erzeuger bei jeder Raumtemperatur die für ihn zulässige Endtemperatur erreicht,
so daß der Erzeuger bei jeder Raumtemperatur voll ausgenutzt werden. kann. Andererseits
kann eine gegebenenfalls erwünschte Kompensierung .der Raumtemperatur in
bekannter Weise durch eine der den thermischen Stromregler bildenden, stromdurchflossenen
B,imetallfeder entgegenwirkende, nur von der Umgebungstemperatur abhängige Bimetallfeder
erzielt werden.