DE1438977B2 - Von einer Drehzahl abhängige Schalteinrichtung, insbesondere zur Verwendung als Batterie-Trennrelais - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine von einer Drehzahl abhängige Schalteinrichtung, bestehend aus einem Schalter, der mit einer zur Drehzahl proportionalen Frequenz öffnet und schließt, einer Speichereinrichtung für die von diesem Schalter abgegebenen Impulse mit einem Kondensator und einem diesem zugehörigen Entladewiderstand, einer Transistorkippstufe mit zwei gegenphasig arbeitenden Transistoren, nämlich einem Haupttransistor, der ein mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Serie liegendes Relais steuert, und einem den Haupttransistor steuernden Vortransistor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug zum selbsttätigen Anschließen einer Zweitbatterie an die Lichtmaschine zur Ladung.

Kraftfahrzeuge, die mit Funksprechgeräten ausgerüstet sind, stehen oft längere Zeit hindurch mit ruhendem Motor, wobei sie durch ihr Funkgerät dauernd mit einer Zentrale verbunden sind. Naturgemäß wird hierbei die Batterie stark entladen. Es ist deshalb üblich, zur Stromversorgung des Funkgeräts neben der Hauptbatterie, die vor allem zum Anlassen dient (im folgenden kurz Starterbatterie genannt), noch eine zweite Batterie (im folgenden Funkbatterie genannt) vorzusehen. Die Starterbatterie soll hierbei bevorrechtigt geladen werden, damit das Fahrzeug auch dann gestartet werden kann, wenn durch langen Funkverkehr die Funkbatterie entladen ist.

Hierzu ist es bereits bekannt, ein Relais vorzusehen, das bei Erreichen der Ladespannung die Funkbatterie an die Lichtmaschine anschließt, sie jedoch wieder abschaltet, wenn ein Strom von einigen Ampere aus der Funkbatterie in die Fahrzeuganlage zurückfließt. Derartige Rückstromrelais erfordern jedoch einen beträchtlichen Aufwand, wenn sie bei kleinem Abschaltstrom betriebssicher arbeiten und bei den auf Fahrzeugen auftretenden Beschleunigungen einwandfrei zu- und abschalten sollen.

Aus der schweizerischen Patentschrift 361 607 ist es bekannt, zwei Batterien über jeweils eine Diode an eine Lichtmaschine anzuschließen. Hierbei wird jeweils die am stärksten entladene Batterie über die ihr zugeordnete Diode aufgeladen; bei starker Beanspruchung der Funkbatterie wird also nur diese geladen, und die Starterbatterie erhält wenig oder gar keinen Ladestrom.

Aus der französischen Patentschrift 1 156 539 ist es bekannt, eine zweite Batterie erst dann an die Lichtmaschine anzuschließen, wenn diese Lichtmaschine eine bestimmte Spannung erreicht hat. Da die Lichtmaschine diese Spannung jedoch schon im Leerlauf erreichen kann, in dem sie noch keine Leistung abzugeben vermag, ist diese Schaltung ungeeignet, da im Leerlauf ein Ladestrom von der Starterbatterie zur Funkbatterie fließen kann, wobei die Starterbatterie entladen wird.

Ferner ist es aus der britischen Patentschrift 979 696 bekannt, eine Batterie direkt und eine zweite Batterie über eine Diode an eine Lichtmaschine anzuschließen. Wegen der unvermeidlichen Schwellenspannung von Dioden, die etwa 1 V beträgt, ist diese Schaltung jedenfalls bei den in Kraftfahrzeugen verwendeten Betriebsspannungen ungeeignet.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 184 395 ist eine Schaltung bekannt, bei der aus der Zündanlage eines Fahrzeugs Spannungsimpulse abgenommen werden, wobei diese Impulse dazu verwendet werden, an einem Kondensator eine mit der Drehzahl ansteigende Spannung zu erzeugen. Diese Spannung dient zur Steuerung eines Transistorverstärkers, der seinerseits ; ein Relais steuert. Diese Einrichtung arbeitet an sich ; zufriedenstellend. Jedoch ist der Drehzahlwert, bei ; dem das Relais schaltet, von Betriebsspannung und Betriebstemperatur abhängig.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine drehzahlabhängige Schalteinrichtung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Schalteinrichtungen vermeidet und die insbesondere eine Funkbatterie erst dann

ίο an eine Lichtmaschine anschließt, wenn diese eine Ladeleistung abgibt, welche auch zum Laden der Starterbatterie ausreicht.

Nach der Erfindung wird dies bei einer eingangs genannten Schalteinrichtung dadurch erreicht, daß der Schalter in Reihe mit einem Steuerwiderstand an die Betriebsstromleitungen für die Schalteinrichtung angeschlossen ist, daß die Basis des Vortransistors an den Verbindungspunkt zweier Widerstände angeschlossen ist, die mit zwei hintereinander in Durchlaßrichtung geschalteten Gleichrichtern in Reihe liegend mit den Betriebsstromleitungen verbunden sind, daß zu den beiden Gleichrichtern ein erster Konden- * sator parallel geschaltet ist und daß zwischen den ! Verbindungspunkten des Steuerwiderstandes und des Schalters einerseits und der beiden Gleichrichter andererseits ein zweiter Kondensator vorgesehen ist, der während des einen der beiden Schaltzustände des Schalters über einen der Gleichrichter jeweils aufgeladen und während des anderen Schaltzustandes über den anderen Gleichrichter auf den ersten Kondensator entladen wird.

Der drehzahlproportional öffnende und schließende Schalter kann hierbei ein Transistor sein, dessen Eingang an die Zündspule einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein drehzahlabhängiges Batteriesteuerrelais in seinem elektrischen Schaltbild,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus diesem Schaltbild zur Erklärung der Wirkungsweise,

Fig. 3 ein Schaubild zur Erläuterung der wirksamen Spannungswerte in Abhängigkeit von der Drehzahl und

Fig. 4 ein Schaubild für den Schaltzustand des Relais in Abhängigkeit von der Drehzahl.

Die Schalteinrichtung nach F i g. 1 enthält einen mit seinem Emitter über einen Vorwiderstand R₀ an

Masse angeschlossenen Haupttransistor T₁ und einen Vortransistor T₂, dessen Kollektor mit der Basis des Haupttransistors und dessen Emitter direkt mit Masse verbunden ist. Die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T₁ liegt in Serie mit der Wicklung 10 eines Relais, dessen Arbeitskontakte 11, 12 die als Stromquelle dienende Starterbatterie SB eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs über eine Plusleitung 14 mit dem Pluspol einer Funkbatterie FB dann in Verbindung bringen sollen, wenn die von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine des Fahrzeugs angetriebene, ebenfalls nicht dargestellte Lichtmaschine mit einer für die Ladung beider Batterien ausreichenden Drehzahl angetrieben wird. Um diese drehzahlabhängige Steuerung zu erreichen, ist die Schalteinrichtung an den nicht mit Masse verbundenen, feststehenden Kontakt 15 des Zündunterbrechers der Brennkraftmaschine angeschlossen, dessen umlaufender Unterbrechernocken mit 16 und dessen an Masse

liegender Unterbrecherhebel mit 17 bezeichnet ist. Die Unterbrecherkontakte 15, 17 liegen in Reihe mit der Primärwicklung 18 einer Hochspannungszündspule, deren Sekundärwicklung 19 über einen nicht dargestellten Zündverteiler in üblicher Weise zu den ebenfalls nicht dargestellten Zündkerzen der Brennkraftmaschine geführt ist. Synchron mit dem Unterbrecher 15, 17 wird ein als elektronischer Schalter wirkender pnp-Transistor T₃ abwechslungsweise von seinem stromleitenden in den nichtleitenden Zustand umgesteuert. Der Transistor T₃ ist stromleitend, solange die Unterbrecherkontakte 15, 17 geschlossen sind, und gesperrt, solange die Unterbrecherkontakte offen sind. Zur Unterdrückung der an der Primärwicklung 18 beim Öffnen der Unterbrecherkontakte 15, 17 auftretenden induktiven Spannungsspitzen ist zwischen der Basis des Transistors T₃ und dem Unterbrecherkontakt 15 ein als Tiefpaß wirkendes Siebglied vorgesehen, welches zwei Widerstände 20 und 21 und einen Querkondensator 22 enthält.

Der als Schalter wirkende Transistor T₃ ist mit einem Steuerwiderstand R₁ und einem zur vollständigen Sperrung dieses Transistors dienenden Gleichrichter 23 in Reihe geschaltet und an die Starterbatterie SB angeschlossen.

Um eine mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigende Steuerspannung für den Vortransistor T₂ zu erzielen, ist die Basis des Vortransistors T₀ an den Verbindungspunkt zweier Widerstände R₉ und R₃ angeschlossen, die in Serie mit zwei in ihrer Durchlaßrichtung hintereinandergeschalteten Gleichrichtern D₁ und D₀ zwischen der Plusleitung 14 und der Masseleitung 24 liegen. Zu diesen beiden Gleichrichtern ist ein im folgenden als erster Kondensator bezeichneter Speicherkondensator C₁ parallel geschaltet. Außerdem liegt zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Gleichrichter D₁ und D₂ und dem mit seinem Kollektor an dem Steuerwiderstand R₁ angeschlossenen Schalttransistor T₃ ein im folgenden als zweiter Kondensator bezeichneter Ladekondensator C,. Solange der Schalttransistor bei geschlossenen Unterbrecherkontakten 15,17 stromleitend ist, kann sich der Ladekondensator C«, auf die Betriebsspannung aufladen, wobei die Ladezeitkonstante wegen des sehr niedrigen Durchlaßwiderstandes im Gleichrichter 23, in der Emitter-Kollektor-Strecke des Schalttransistors und im Gleichrichter D₁ so kurz ist, daß auch bei den höchsten Drehzahlen der Kondensator C, bis zum Öffnungszeitpunkt des Unterbrechers seine höchste Spannung erreicht. Die im Ladekondensator C₀ gespeicherte Energie wird auf den Speicherkondensator C₁ umgeladen, sobald die Unterbrecherkontakte 15,17 öffnen und der Schalttransistor T₃ daher in seinen Sperrzustand übergeht. Dann steht die eine eine stark positive Ladung aufweisende, mit dem Kollektor des gesperrten Transistors T₃ verbundene Elektrode des Ladekondensators C, über den Widerstand ^₁ mit der Masseleitung 24 in Verbindung, so daß die auf der anderen Kondensatorelektrode sitzende negative Ladung über den zweiten Gleichrichter D₂ der mit der Basis des Vortransistors T₉ in Verbindung stehenden Elektrode des Speicherkondensators C₁ zugeführt werden kann. Diese Elektrode erhält daher ein gegenüber der Masseleitung 24 negatives Potential, so daß am Speicherkondensator C₁ eine in F i g. 3 in Abhängigkeit von der Drehzahl η wachsende negative Steuerspannung U_c entsteht. Wie die zur Verdeutlichung der Spannungsverhältnisse dienende F i g. 2 erkennen läßt, liegen dann die beiden Widerstände R₂ und R₃ an der Summe aus der Batteriespannung U_B und der Spannung U_c am Kondensator C₁.

Für den Leitungszustand des Vortransistors T₂ ist jedoch die Spannung U_EB zwischen dem Emitter und der Basis dieses Transistors maßgebend, deren Verlauf in Abhängigkeit von der Drehzahl η in F i g. 3 mit einer strichpunktierten Kurve wiedergegeben ist. Der jeweilige Wert dieser Spannung wird durch das Verhältnis der Teilwiderstände R₂ und R₃ bestimmt. Der Vortransistor T₂ ist bei stillstehender Brennkraftmaschine und bei niedrigen Drehzahlen stromleitend, weil dann die Spannung U_EB positiv und größer als die Mindestspannung U₀ ist, bei welcher der Vortransistor gerade noch stromleitend gehalten werden kann. Bei auf 1250 U/min ansteigender Drehzahl folgen die dem Kondensator C₁ zugeführten Ladestromstöße, von welchen jeder einen von der Drehzahl unabhängigen Energieinhalt hat, so rasch aufeinander, daß der zeitliche Mittelwert der am Kondensator C₁ gespeicherten Ladung eine Spannung U_c ergibt, welche die Emitter-Basis-Spannung U_EB auf den Mindestwert U₀ erniedrigt, so daß oberhalb von 1250 U/min der Vortransistor T₂ in seinen Sperrzustand übergeht. Sobald dies geschieht, wird der zum Vortransistor T₂ gegenphasig arbeitende, seither gesperrte Haupttransistor T₁ stromleitend und bringt das Relais über die Relaiswicklung 10 in seine Einschaltstellung. Um ein rasches Umkippen der beiden einen Schmitt-Trigger bildenden Transistoren T₁ und T₂ in den entgegengesetzten Schaltzustand zu erzwingen, ist zwischen dem Kollektor des Haupttransistors T₁ und der Basis des über seinen Kollektorwiderstand/?₄ mit der Plusleitung 14 verbundenen Vortransistors T₂ ein Rückkopplungswiderstand R₅ vorgesehen. Dieser hat einen Wert von etwa 100 kOhm, welcher gegenüber den übrigen Widerständen verhältnismäßig groß ist, da der Gleichstromwiderstand der Relaiswicklung 10 etwa 100 Ohm, der Wert des Widerstandes R₂ etwa 25 kOhm und der Wert des Widerstandes R₃ etwa 12 kOhm beträgt. Durch die jeweilige Größe dieses Rückkopplungswiderstandes wird darüber hinaus erreicht, daß die Antriebsdrehzahl η beim vorliegenden Ausführungsbeispiel um etwa ein Fünftel unter die Einschaltdrehzahl von 1250 U/min bis auf 1000 U/min zurückgehen kann, ohne daß die Schalteinrichtung in ihren Ausschaltzustand zurückspringt. Erst unterhalb von 1000 U/min werden die Relaiskontakte 11, 12 wieder geöffnet, und die Funkbatterie FB wird von der Starterbatterie SB und der Lichtmaschine abgeschaltet. Auf diese Weise wird verhindert, daß das Batterietrennrelais im Drehzahlbereich zwischen 1000 und 1250 U/min ständig zwischen Ein- und Ausschaltzustand wechselt und dabei den Betrieb der an die Funkbatterie FB angeschlossenen Geräte stört. Um den Einfluß der Welligkeit der Spannung U_c am Speicherkondensator C₁ gering zu halten, ist zwischen dem Kollektor und der Basis des Vortransistors T₀ ein Kondensator C₃ vorgesehen, welcher eine Kapazität von etwa 0,5 μΡ hat.

Der besondere Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß sich die zum Ein- bzw. Ausschalten führenden Drehzahlen mit Hilfe der Widerstände R₉ und R₃ leicht einstellen lassen, wobei die zwischen der Einschaltdrehzahl und der Ausschaltdrehzahl liegende Drehzahlspanne sich durch den Wert des Rückkopplungswiderstandes R₅ festlegen

läßt. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Schalteinrichtung von dem jeweiligen Ladezustand der Starterbatterie SB und daher von der Höhe der Betriebsspannung U₁₃ praktisch unabhängig, weil sich die Spannung U_c am Speicherkondensator C₁ proportional zur Batteriespannung U₁₁ ändert und der Schaltpunkt daher lediglich durch das Verhältnis der Spannungen am Widerstand R, und am Kondensator C₁ bestimmt wird. Außerdem ist die Temperaturabhängigkeit sehr gering, weil der Temperaturgang der Emitter-Basis-Strecke des Vortransistors T₂ durch den ebenfalls negativen Temperaturgang der beiden Gleichrichter D₁ und D., kompensiert wird. Der Haupttransistor T₁ braucht nur für eine kleine Kollektorverlustleistung bemessen zu sein, da er im Schaltbetrieb arbeitet.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Von einer Drehzahl abhängige Schalteinrichtung, bestehend aus einem Schalter, der mit einer zur Drehzahl proportionalen Frequenz öffnet und schließt, einer Speichereinrichtung für die von diesem Schalter abgegebenen Impulse mit einem Kondensator und einem diesem zugehörigen Entladewiderstand, einer Transistorkippstufe mit zwei gegenphasig arbeitenden Transistoren, nämlich einem Haupttransistor, der ein mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke in Serie liegendes Relais steuert, und einem den Haupttransistor steuernden Vortransistor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug zum selbsttätigen Anschließen einer Zweitbatterie an die Lichtmaschine zur Ladung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter in Reihe mit einem Steuerwiderstand (R₁) an die Betriebsstromleitungen (14, 21) für die Schalteinrichtung angeschlossen ist, daß die Basis des Vortransistors (7".,) an den Verbindungspunkt zweier Widerstände (R.,, R₃) angeschlossen ist, die mit zwei hintereinander in Durchlaßrichtung geschalteten Gleichrichtern (D₁, D₂) in Reihe liegend mit den Betriebsstromleitungen (14, 24) verbunden sind, daß zu den beiden Gleichrichtern ein erster Kondensator (C₁) parallel geschaltet ist und daß zwischen den Verbindungspunkten des Steuerwiderstandes (^₁) und des Schalters einerseits und der beiden Gleichrichter (D₁, D₂) andererseits ein zweiter Kondensator (C₀) vorgesehen ist, der während des einen der beiden Schaltzustände des Schalters über einen der Gleichrichter (D₁) jeweils aufgeladen und während des anderen Schaltzustandes über den anderen Gleichrichter (D₂) auf den ersten Kondensator (C₁) entladen wird.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehzahlproportional öffnende und schließende Schalter ein Transistor (T₃) ist, dessen Eingang an die Zündspule (18) einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen