DE1438984C - Elektromagnetischer Zweikontakt-Zitter-Regler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Zwdkontakt-Zitter-Regler zum Regeln der Ausgangsspannung eines ir.it stark wechselnden Drehzahlen und wechselnder Belastung arbeitenden elektrischen Generators, insbesondere einer Drehstromlichtmaschine für Fahrzeuge, mit einer Nebenschluß-Feldwicklung, die über einen Kaltleiter-Widerstand an der Ausgangsspannung liegt, bei dem in der einen Endlage das eine feste Kontaktstück zusammen mit dem beweglichen Kontakt den Kaltleiter-Widerstand überbrückt und in der anderen Endlage das andere feste Kontaktstück zusammen mit dem beweglichen Kontakt die Feldwicklung überbrückt.

Ein derartiger Regler mit einem durch den beweglichen Reglerkontakt überbrückbaren, in Reihe mit der Feldwicklung geschalteten Kaltleiter-Widerstand ist aus der USA.-Patentschrift 2 689 936 bekannt. Dieser Regler weist ferner noch Widerstände zur Begrenzung der Schaltstrcme zwischen den festen Kcntaktstücken der Reglerkontakte und den Generatorklemmen auf. Eine wesentliche Verlängerung der Kontaktlebensdauer wird jedocrr~durch die Verwendung von ohmschen Widerständen im Kontaktstromkreis nicht erreicht.

Durch die britische Patentschrift 958 920 ist es bereits bekannt, zum Schutz der Reglerkontakte eine Drossel vorzusehen. Die dort verwendete Drossel schützt jedoch nur eines der beiden Kontaktpaare des Spannungsreglers und bringt daher im Ergebnis kaum eine Verbesserung, da die Lebensdauer des Reglers letzten Endes durch sein schwächstes Teil bestimmt ist. Bei Gleichstrom-Generatoren arbeiten die zuvor geschilderten bekannten Kontaktregler normalerweise zufriedenstellend und haben eine ausreichende Lebensdauer. Werden sie dagegen für Drehstromgeneratoren verwendet, wie sie sich heute bei Kraftfahrzeugen weitgehend durchgesetzt haben, so werden die Reglerkontakte sehr schnell abgenutzt, und die Lebensdauer ist nicht zufriedenstellend. Der Grund hierfür ist, daß Kontaktregler für Drehstromgeneratoren unter ungleich schwierigeren Bedingungen arbeiten als Kontaktregler für Gleichstromgeneratoren. Beim Drehstromgenerator wird nämlich die Maximal-Strombegrenzung durch eine starke Rückwirkung der Ständerwicklung erreicht. Dies bedeutet für den Regler einen wesentlich größeren Erregerstrombereich zwischen Leerlauf und Vollast. Bei einem Gleichstromgenerator ändert sich z. B. der Erregerstrom zwischen Leerlauf und hoher Last um den Faktor 1:2, beim Drehstromgenerator aber um den Faktor 1: 8. Hinzu kommt, daß bei Verwendung eines Drehstromgenerators die Batterie meist vollgeladen ist und daher nur einen geringen Ladestrom erfordert. Hierbei werden vor allem die Arbeitskontakte, welche die Feldwicklung kurzschließen, stark beansprucht. Innerhalb kurzer Zeit bilden sie lange, scharfe Kontaktspitzen, welche die Kontakte überbrücken und das Feld kurzschließen.

Die Ruhekontakte unterliegen einer starken Grobwanderung, die diese Kontakte in kurzer Zeit abnutzt oder gegeneinander verhakt. Aus der britischen Patentschrift 636 366 ist es bekannt, zur Schonung der Ruhekontakte parallel zu ihnen einen Kondensator und in Serie mit ihnen eine Induktivität zu schalten, wobei unter anderem ein Teil der Feldwicklung als Induktivität verwendet werden soll. Wie die Ausbildung der Induktivität als Teil der Feldwicklung zeigt, ist hier an eine ziemlich große Induktivität gedacht.

Versuche haben jedoch ergeben, daß bei Drehstromgeneratoren solche größeren Induktivitäten nicht die gewünschte Verbesserung bringen, sondern daß sie vielmehr eine Erhöhung der Kontaktspannung und damit eine Erhöhung der an den Kontakten zu vernichtenden Leistung ergeben. Außerdem läßt sich eine derartige Anordnung nur auf eine ganz bestimmte Schaltfrequenz und eine bestimmte Belastung abstimmen.

Durch die schweizerische Patentschrift 226 100 ist es bekannt, den mit dem positiven Pol der elektrischen Anlage verbundenen Reglerkontakt aus Silber und den mit dem negativen Pol verbundenen Kontakt aus Wolfram herzustellen. Für Gleichstromgeneratoren wurde durch diese Art der Kontaktausbildung zwar eine befriedigende Verbesserung der Kontaktlebensdauer erreicht, bei Drehstromgeneratoren ,brachten diese Maßnahmen jedoch kein befriedigendes Ergebnis. Instesondere hat es sich gezeigt, daß die Auswahl des Kontaktmaterials nach seiner Härte und der Höhe seines Schmelzpunktes kein befriedigendes Ergebnis brachte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und einen Kontaktregler zu schaffen, der auch unter erschwerten Betriebsbedingungen infolge stark wechselnder Drehzahlen und Belastungen eine ausreichend höre Lebensdauer hat. Die bekannten Regler sollen insbesondere dahingehend verbessert werden, daß Ausfälle auch bei Verwendung für Drehstromgeneratoren verhindert werden, bei welchen die zuvor geschilderten erschwerten Betriebsbedingungen regelmäßig auftreten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Drossel mit einem Induktivitätswert, der im Vergleich zum Induktivitätswert der Feldwicklung klein ist, zwischen das bewegliche Kontaktstück und den Verbindungspunkt von Kaltleiter-Widerstand und Feldwicklung geschaltet ist und daß das an der Spannung liegende Kontaktstück des die Feldwicklung überbrückenden Kontaktpaares als Goldkontakt mit einem Unedelmetallzusatz von höchstens 10 Gewichtsprozent ausgebildet ist.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Kombination einer Drossel kleiner Induktivität (z. B. 50 μΗ), durch die beim Schließen der Arbeitskontakte der Strom im Kaltleiter-Widerstand fließt und durch die Ausbildung des beweglichen Arbeitskontaktes als Goldkontakt mit einem Nickelzusatz von 3 bis 10°/₀ die Bildung von Kontaktspitzen weitgehend verhindert werden kann. Eine Erklärung für diese Wirkung ist nicht bekannt. Wird z. B. der Nickelger alt im Gold erhöht, so bilden sich diese Kontaktspitzen wieder. Die erwähnten Maßnahmen wirken also im Sinn einer Kombination zusammen.

Bei für Personenautos bestimmten Drehstromlichtmaschinen hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Drossel einen Induktivitätswert von

hat, wobei / der mittlere Erregerstrom ist, der sich bei der Hälfte der Nennleistung und bei der Hälfte der höchsten Betriebsdrehzahl des Generators einstellen muß, damit die Sollspannung erreicht wird.

Außerdem wird bei einer Drehstromlichtmaschine für Personenkraftwagen der Kaltleiter-Widerstand mit Vorteil so ausgebildet, daß er bei vollbelastetem

Generator etwa einen Wert von 2,5 Ohm, bei leer laufendem Generator etwa einen Wert von 8 Ohm aufweist. Durch die eingangs erläuterte erfindungsgemäße Austildung des Reglers wird es möglieb, einen solchen niederohmigen Kaltleiter-Widerstand zu verwenden, ohne die Arbeitskontakte zu gefärden. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise die Ruhelagekontakte geschont und ihre Lebensdauer erhöht.

Zur weiteren Verminderung des Kontaktverschleißes an den Ruhelagekontakten hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, die Kontaktstücke des den Kaltleiter-Widerstand überbrückenden Kontaktpaares aus Silber mit einer maximalen Kupferbeimengung von 4°/₀ herzustellen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Reglerkontakte liegt auch noch darin, das nicht an Spannung liegende Kontaktstück des die Feldwicklung überbrückenden Kontaktpaares ebenfalls aus Silber mit einer maximalen Kupferbeimengung von 4% herzustellen.

Die Zeichnung zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Mit 11 ist ein Drehstromgenerator bezeichnet, der vom Motor eines Personenkraftwagens mit stark wechselnden Drehzahlen angetrieben wird und der über einen nicht dargestellten Dreiphasen-Brückengleichrichter an zwei Laststromleitungen 12, 13 angeschlossen und über diese und eine Diode 20 mit einer Batterie 14 sowie nicht, dargestellten, an der Batterie 14 anschließbaren Verbrauchern verbunden ist. Die Leitung 13 ist mit Masse verbunden.

Der Generator 11 hat eine Nebenschluß-Feldwicklung 15, deren eine Seite mit Masse verbunden ist, während ihre andere Seite über eine Drossel 16 mit dem Schwing- bzw. Reglerkontakt 17 eines Einelementreglers verbunden ist, der aus einem Kontaktsatz 18 und einer zwischen den Leitungen 12, 13 liegenden Magnetspule 19 zum Betätigen des Reglerkontaktes 17 besteht. Die Drossel 16 liegt in unmittelbarer Nähe des Reglerkontaktes 17 und ist mit diesem direkt verbunden.

Der Reglerkontakt 17 ist in seiner oberen Schaltstellung gezeichnet, die gleichzeitig seine Ruhelage ist, in der er durch eine nicht dargestellte Feder gehalten wird. In dieser Ruhelage berührt sein oberes bewegliches Ruhelage-Kontaktstück 22 ein feststehendes Ruhelage-Kontaktstück 23, das über eine Entstördrossel 24 mit der Leitung 12 verbunden ist. Die beiden Ruhelage-Kontaktstücke 22, 23 bestehen aus Silber mit einer Kupferbeimengung von 0 bis 4%. Das feststehende Kontaktstück 23 ist, wie dargestellt, wesentlich größer dimensioniert als das bewegliche Kontaktstück 22, damit es sich auch bei starker Wärmeentwicklung nicht wesentlich über die Temperatur des Kontaktstückes 22 erhitzt.

In der unteren Schaltstelling des beweglichen Reglerkontaktes 17 kommt dessen unteres Kontaktstück 25 in Verbindung mit einem feststehenden Kontaktstück 26. Das bewegliche Kontaktstück 25 besteht aus Gold mit 3 bis 10°/₀ Nickelzusatz, das feste Kontaktstück 26 besteht aus Silber mit einer Kupferbeimengung von 0 bis 4⁰I₀. Das feste Kontaktstück 26 ist mit Masse verbunden.

Die Verbindung von der Drossel 16 zur Feldwicklung 15 ist über einen Durchführungskondensator 27 geführt und steht über einen Kaltleiter-Widerstand 28 mit der Leitung 12 in Verbindung. Zwischen den Leitungen 12 und 13 liegt ein Siebkondensator 29, der auch zur Funkenlöschung dient.

Im Betrieb liegt der bewegliche Reglerkontakt 17 zunächst in der dargestellten Lage, in der sich di2 Kontaktstücke 22 und 23 berühren. Es fließt dann ein Erregerstrom vom Generator 11 zur Feldwicklung 15, wodurch sich die Alisgangsspannung des Generators 11 erhöht, so daß die Magnetspule 19 schließlich den Reglerkontakt 17 anzieht und die Kontaktstücke 22,23 voneinander abhebt. Der Erregerstrom fließt dann nur noch über den Kaltleiter-Widerstand 28, der sich dadurch erhitzt und seinen Widerstand erhöht. St:igt die Spannung zwischen den Leitungen 12 und 13 noch weiter an, so wird der bewegliche Kontakt 17 von der Magnetspule 19 noch stärker angezogen, so daß sich die in der Arbeitslage geschlossenen Kontaktstücke 25 und 26 berühren und die Feldwicklung 15 kurzschließen, so daß die Feldwicklung 15 entregt und die Ausgangsspannung des Generators 11 wieder erniedrigt wird. Der bewegliche Reglerkontakt 17 schwingt nun ständig zwischen seinen verschiedenen Schaltstellungen hin und her und seine Kontaktstücke sind dadurch einem starken mechanischen und vor allem elektrischen Verschleiß ausgesetzt; bei den in der Ruhelage geschlossenen Kontaktstücken 22 und 23 tritt eine Grobwanderung auf, die diese Kontaktstücke abnutzt oder gegeneinander verhakt, und bei den in der Arbeitslage geschlossenen Kontaktstücken 25, 26 führen diese Vorgänge zu einer Feinwanderung mit scharfen, langen Kontaktspitzen, die den Kontaktabstand überbrücken.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird dieser Verschleißvorgang sehr stark verringert. Dies geschieht einmal dadurch, daß die Drossel 16 in den Feldkreis eingefügt wird, und zwar so, daß sie unmittelbar mit dem beweglichen Reglerkontakt 17 verbunden ist. Bei einem Drehstromgenerator für einen Personenkraftwagen soll diese Drossel etwa einen Induktivitätswert von

_{L =} 40... 60^· /

haben, wobei / der mittlere Erregerstrom durch die Feldwicklung 15 ist. Die Drossel 16 unterdrückt die durch die Induktivität des Feldes hervorgerufenen kurzen, aber hohen Stromspitzen im Augenblick des Berührens der Kontakte.

Weiter wird der Verschleißvorgang verringert durch die Verwendung des Kaltleiter-Widerstandes 28, der z. B. bei einer für einen Personenkraftwagen bestimmten Anlage so bemessen sein soll, daß er seinen Widerstandswert zwischen voll belastetem Generator (Widerstand 28 praktisch kurzgeschlossen) und leer laufendem Generator von etwa 2,5 Ohm auf etwa 8 Ohm erhöht. Dieser Widerstand bewirkt bei hohem Erreg;rstrom eine Minderung der Kontaktspannung in dem Betriebszustand, bei dem der bewegliche Reglerkontakt 17 zwischen der dargestellten Lage (Kontaktstücke 22 und 23 in Berührung) und seiner Mittellage (in der er kein festes Kontaktstück berührt) arbeitet, und bei niederem Erregerstrom eine Reduzierung des mittleren Schaltstromes in dem Betriebszustand, bei dem der bewegliche Reglerkontakt 17 zwischen seiner Mittellage und derjenigen Lage arbeitet, in der sich die Kontaktstücke 25 und 26 berühren.
Außerdem wird durch die bereits beschriebene, spezielle Ausbildung der Kontaktstücke 22, 23, 25, 26 eine weitere wesentliche Verlängerung der Lebensdauer erzielt. Alle drei Maßnahmen zusammengenommen verdreifachen etwa die Lebensdauer eines

herkömmlichen Reglers, und es ist mit einem Regler nach der Erfindung auch bei einem Drehstromgenerator möglich, bei allen Betriebszuständen von Leerlauf bis Vollast im Dauerbetrieb zu arbeiten, und zwar ohne besondere Maßnahmen, wie sie sonst zur Bekämpfung des genannten Effekts weitgehend üblich sind; solche Maßnahmen sind z. B. die Erhöhung des Feldwiderstands oder des Reglerwiderstands. Bei Verwendung eines Reglers nach der Erfindung kann man also einen Drehstromgenerator üblicher Bauart verwenden, wie er z. B. für die Verwendung mit einem Transistorregler ausgelegt ist, und erhält trotzdem die gewünschte Lebensdauer des Kontaktreglers.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Zweikontakt-Zitter-Regler zum Regeln der Ausgangsspannung eines mit stark wechselnden Drehzahlen und wechselnder Belastung arbeitenden elektrischen Generators, insbesondere einer Drehstromlichtmaschine für Fahrzeuge, mit einer Nebenschluß-Feldwicklung, die über einen Kaltleiter-Widerstand an der Ausgangsspannung liegt, bei dem in der einen Endlage das eine feste Kontaktstück zusammen mit dem beweglichen Kontakt den Kaltleiter-Widerstand überbrückt und in der anderen Endlage das andere feste Kontaktstück zusammen mit dem beweglichen Kontakt die Feldwicklung überbrückt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drossel (16) mit einem Induktivitätswert, der im Vergleich zum Induktivitätswert der Feldwicklung (15) klein ist, zwischen das bewegliche Kontaktstück (17) und den Verbindungspunkt von Kaltleiter-Widerstand

(28) und Feldwicklung (15) geschaltet ist und daß das an der Spannung liegende Kontaktstück des die Feldwicklung überbrückenden Kontaktpaares (25, 26) als Goldkontakt mit einem Unedelmetallzusatz von höchstens 10 Gewichtsprozent ausgebildet ist.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (16) einen Induktivitätswert (gemessen in μΗ) von

L = 40...60-^-7

aufweist, wobei / der mittlere Erregerstrom, gemessen in Ampere, ist, der sich bei der Hälfte der Nennleistung und bei der Hälfte der höchsten Betriebsdrehzahl des Generators einstellen muß, damit die Sollspannung erreicht wird.

3. Regler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltleiter-Widerstand (28) bei vollbelastetem Generator etwa einen Wert von 2,5 Ohm, bei leer laufendem Generator einen Wert von etwa 8 Ohm aufweist.

4. Regler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht an der Spannung liegende Kontaktstück (26) des Kontaktpaares (25, 26) aus Silber mit einer maximalen Kupfsrbeimengung von 4 °/₀ besteht.

5. Regler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstücke des den Kaltleiter-Widerstand überbrückenden Kontaktpaares (22, 23) aus Silber mit einer maximalen Kupferbeimengung von 4% bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen