DE2757818B2

DE2757818B2 - Anordnung zum Abschalten des Anlassers von zum Antrieb von Ersatzstromanlagen verwendeten Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2757818B2
Application number: DE19772757818
Authority: DE
Inventors: Artur Dipl.-Ing. 8034 Germering Hamacher
Original assignee: Knorr Bremse Nucletron GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Electronic GmbH
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2757818A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abschalten des Anlassers von zum Antrieb von Ersatzstromanlagcn verwendeten Verbrennungskraftmaschinen, wobei die Ersatzstromanlage einen, den Ersatzstrom liefernden, von der Verbrennuiigsmaschine angetriebenen Generator enthält.

Ersatzstrom- bzw. Notstromanlagen, bei denen ein Generator von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, sollen bei Ausfall des Energieversorgungsnetzes die Energieversorgung der Verbraucher (z. B. Krankenhäuser, Radaranlagen, Notbeleuchtung. Fabrikanlagen) übernehmen, wobei die zeilliche Energielücke zwischen Netzausfall und vollständiger Übernahme der Energieversorgung durch die Ersatzstromanlage nur wenige Sekunden, in manchen Fällen nur Bruchteile von Sekunden (/. B. bei Radaranlagen) betragen darf. Hierzu wird üblicherweise die Verbrennungskraftmaschine von einem aus einer Batterie gespeisten Anlasser über eine automatische, elektrische Einrichtung gestartet.

Ein Problem bei diesem Startvorgang besteht in der Ermittlung der Drehzahl, bei der die Verbrennungskraftmaschine sicher angesprungen ist und der Anlasser abgeschaltet werden muß, um ihn vor Zerstörungen zu schützen. Diese Abschaltdrehzahl für den Anlasser liegt erfahrungsgemäß bei Drehzahlen, die 10 bis 20% der Nenndrehzahl der Verbrennungskraftmaschine beträgt.

Zur Ermittlung dieser Drehzahl wird bei auf dem Markt erhältlichen Ersatzstromanlagen ein zusätzlicher Tachogenerator, wie z. B. eine zusätzliche Lichtmaschine, ein optoelektronischer Abtaster oder sonstige bekannte Vorrichtungen zur Messung von Drehzahlen rotierender Teile verwendet Das von diesen Vorrichtungen erzeugte Drehzahlsignal wird in einer nachgeschalteten Auswerteelektronik zu einem Abschaltsignal für den Anlasser aufbereitet.

Derartige zusätzliche Vorrichtungen zur Ermittlung der Drehzahl bedeuten einen nicht unbeachtlichen Kostenfaktor, verursachen einen zusätzlichen Wartungsaufwand und stellen einen zusätzlichen Störfaktor dar, der die Betriebssicherheit der Ersatzstromanlage herabsetzt

Aus der DE-AS 11 45 395 ist ein Drehzahlmesser für Kraftfahrzeuge bekanntgeworden, bei dem die Steuerspannung für die Drehzahlmessung von der Wechselspannung der vorhandenen Drehstromlichtmaschine geliefert wird. Zur Auswertung dieser Wechselspannung wird ein selbstlaufender Synchronmotor verwendet, dessen Anker unmittelbar mit dem Magneten eines Wirbelstromtachometers gekuppelt ist.

Ein derartiger Drehzahlmesser ist zur Bestimmung des Abschaltzeitounktes des Anlassers von zum Antrieb von Ersatzstromanlagen verwendeten Verbrennungskraftmaschinen nicht geeignet, da die Abschaltdrehzahl des Anlassers im Vergleich zu der Nenndrehzahl der Verbrennungskraftmaschine sehr klein ist. Übliche Drehstromlichtmaschinen oder auch Ersatzstromgeneratoren liefen, bei geringen Drehzahlen nur sehr geringe Spannungen, wobei der Anstieg dieser Spannung bezogen auf die Drehzahl im unteren Drehzahlbereich sehr klein ist, was das genaue Erfassen der relativ kleinen Anlaßdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine bedeutend erschwert.

Andererseits muß bei Ersatzstromanlagen gerade dip Anlaßdrehzahl sehr genau erfaßt werden, da Meßungenauigkeiten ein zu frühes oder zu spätes Abschalten des Anlassers verursachen würden. Beides kann jedoch nicht in Kauf genommen werden, da im ersten Fall der Anlaßvorgang mehrfach wiederholt werden müßte, was

•Ό zu einer unnötig langen Unterbrechung der Ersatzstromlieferung führen würde, während im zweiten Falle — bei einem zu spaten Abschalten des Anlassers — der Anlasser aufgrund der Überdrehzahl zerstört werden könnte.

Da der aus der DE-AS 11 45 J95 bekannte Drehzahlmesser im Bereich der Nenndrehzahl der Verbrennungskraftmaschine genau arbeitet — nicht jedoch im Drehzahlbereich des Anlaßvorganges — ist dieser Drehzahlmesser für die Verwendung bei der oben genannten Anordnung zum Abschalten des Anlassers nicht verwendbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung zum Abschalten des Anlassers der oben genannten Art zu schaffen, die bei geringem technischen Aufwand ermöglicht, die Abschaltdrehzahl des Anlassers sehr genau zu erfassen.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der Generator selbst mit einer hochempfindlichen Auswerteschaltung verbunden ist,

bo die ausgangsseitig mit einer Vorrichtung zum Abschalten des Anlassers bei einer vorgegebenen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

f>5 Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß keine zusätzliche Vorrichtung zum Abtasten der Drehzahl des Generators bzw. der Verbrennungskraftmaschine benötigt wird und

trotzdem ein zuverlässiges Drehzahlsignul auch bei verhältnismäßig niedrigen Drehzahlen bezogen auf die Nenndrehzahl erhalten wird.

Mit der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird eine hochempfindliche Auswerteschaltung angegeben, mit der das sehr kleine Spannungssignal des Generators ausgewertet werden kann- Durch die im Anspruch 3 angegebene Ausgestaltung wird eine galvanische Trennung zwischen Generator und Auswertescha'iung erreicht, wodurch der Einfluß von Störspannungen klein gehalten wird und damit die Genauigkeit der Auswertung vergrößert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Figuren ausführlicher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den relativen SpannungsveHauf des Generators in Abhängigkeit von der auf die Nennfrequenz bezogenen Frequenz der Generatorausgangsspannung;

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Teiles der erfindungsgemäßen Anordnung; und _'O

Fig.3 ein Meßdiagramm der Generatorspannung aus einem Relais 13 mit dessen zugeordnetem Schaltkontakt 14 besteht.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der in Fig.2 dargestellten Anordnung beschrieben. Die Generator-Ausgangsspannung liegt an den Klemmen 8 der Primärseite des Transformators an und wird potentialfrei (galvanisch getrennt) der Auswerteschaltung I zugeführt. Durch den Längswiderstand 2 wird der durch die an die antiparallel geschalteten Dioden 3 und 4. die z. B. auch Zenerdioden sein können, fließende Strom begrenzt. Die an den antiparallel geschalteten Dioden 3 und 4 liegende Spannung ist bei normalen Dioden auf 0,7 Volt und bei Zenerdioden auf deren Zenerspannung begrenzt. Sobald die an sich sinusförmige Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators 7 die Spannung von 0,7 Volt bzw. die gewählte Zenerspannung übersteigt, wird der diese Spannung übersteigende Spannungsanteil der Transformatorspannung abgeschnitten. Die Diodenspannung der Dioden 3 und 4 wird den Eingängen des Schmitt-Triggers 5 zugeführt. Die Schalthysterese des Schmitt-Trägers 5 ist verhältnismä-

wä'hrcnd des Anlaßvorganges sowie der am Anlasser Big klein gewählt, damit der Sch-nitt-Triggcr 5 auch bei

der Verbrennungskraftmaschine anliegenden Spannung.

In F i g. 1 ist der Spannungsverlauf des Generators (in 's Prozenten bezogen auf die Nennspannung) über der Frequenz (bezogen auf die Nennfrequenz) in den Kurven 15 und 16 dargestellt, wobei die Kurve 15 den Spannungsverlauf während des Hochfahrens und die Kurve 16 den Spannungsverlauf während des Herunterfahrens des Generators zeigen. Der Unterschied zwischen den Kurven 15 und 16 ergibt sich aus der Hysterese des Eisens des Generators. Die Kurve 17 stellt eine Grenzkurve dar, der sich der Spannungsverlauf des Generators im oberen Drehzahlbereich etwa zwischen 80 bis 100% der Nenndrehzahl asymptotisch annähen.

Es ist ersichtlich, daß in dem für den Anlaßvorgang interessierenden Bereich der Frequenz bzw. Drehzahl des Generators von etwa 10 bis 20% die Generator- -to spannung derart klein ist, daß ihre Messung bzw. Auswertung bisher für unmöglich gehalten wurde.

Das in F i g. 2 dargestellte Blockschal'bild eines Teiles der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt eine Auswerteschaltung 1 sowie mit dieser Auswerteschaltung verbundene weitere Teile bzw. Vorrichtungen. Die Auswerteschaliung 1 besteht aus einem Längswiderstand 2, dem zwei antiparallel geschaltete Dioden 3 u. 4 nachgeschaltet sind. Parallel zu diesen Dioden ist ein Schmitt-Trigger 5 geschaltet, dessen Ausgang mit einem in herkömmlichen Fre.(uenz-Spannungswandler 6 verbunden ist. Der Eingang der Auswcrteschaltung I ist über einen Transformator 7 mit einem (nicht dargestellten) Generator verbunden, der an die Anschlußklemmen 8 an der Primärscite des Transformators 7 angeschlossen 5> ist.

Der Ausgang des Frcquenz-Spannungswandlers 6 und damit der Auswerteschaltung 1 ist mit einem Eingang 10 eines Komparator 9 verbunden. Ein zweiter Eingang 11 des Komparators 9 ist mit einer Bezugsspannungsquelle 12 verbunden. Diese Bezugsspannungsquel-Ie 12 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem verstellbaren Widerstand, der an eine Konstantspannungsquelle, die z. B. aus der Starterbatterie der Ersatzstromanlage gespeist wird, angeschlossen ist. Der Ausgang des Komparators 9 ist mit einer Vorrichtung /.um Abschalten des Anlassers der Verbrennungskraftmaschine verbünde.1, die in diesem Ausführungsbeispiel niedrigen Spannungen noch einwandfrei umschaltet. Bei einem Ausführungsbeispiel einer Diodenspannung von 0,7 Volt liegt diese Hysteresespannung ungefähr bei 2 χ 0,1 bis 0,2 Volt.

Am Ausgang des Schmitt-Triggers 5 erhält man somit ein Rechtecksignal, dessen Frequenz der Frequenz der Generatorspannung entspricht. Dieses Rechtecksignul wird anschließend in dem Frequcnz-Spannungswandler 6 in eine dieser Frequenz proportionale Spannung umgewandelt. Der Frequenz-Spannungswandler stellt ein in der Elektrotechnik allgemein bekanntes Bauelement dar, so daß auf seine eingehende Beschreibung verzichtet werden kann. Am Ausgang der Auswerteschaltung 1 erhält man somit ein Spannungssignal, das der Frequenz und damit der Drehzahl des Generators direkt proportional ist.

Es sei noch darauf hingewiesen, dal? die Dimensionierung des Längswiderstandes 2 und der Dioden 3 und 4 so gewählt ist, daß die Nennspannung des Generators und der dabei fließende Strom die Dioden 3 und 4 uiiJ den Schmitt-Trigger 5 nicht zerstören kann. Diese Dimensionierung wird auch von dem gewählten Übersetzungsverhältnis des Transformators 7 abhängen. In einem realisierten Austührungsbeispiel der Erfindung ist dieses Übersetzungsverhältnis des Transformators 7 so gewählt, daß bei einer Primärspannung von 220 V auf der Sekundärseitc eine Spannung son 12 V erhalten wird.

Das Ausgangssignal der Auswerteschaltung 1 wird in dem Komparator 9 mit einer Bezugsspannung verglichen. Diese Bezugsspannung ist so gewählt, daß sie der Spannung bzw. Frequenz des Generators entspricht, bei der die Verbrennungskraftmaschine, die den Generator treibt, sicher angesprungen ist. Dieser Wert liegt, wie eingangs erwähnt, bei etwa 10 bis 20% der Ner.nfrequenz bzw Nenndrehzahl der Verbrennungskraftmaschine bzw. des Generators. Übersteigt die Spannung am Eingang .Odes Komparators 9 die Bezugsspannung am Eingang 11. so gibt der Komparator 9 ein Ausgangssignal ab, welches anzeigt, daß d'z eingestellte Bezugsspannung erreicht wurde und damit, daß die Verbrennungskraftmaschine angesprungen ist. Danvt wird also ein Signal erhalten, das den Anlasser der Verbrennungskraftmaschine abschalten soll. Das Ausgangssignal des Komparators 9 steuert dann die Vorrichtung zum Abschalten des Anlassers der Ver-

brcnnungskraflmaschine, die in diesem Ausfiihrungsbeispiel aus einem Relais 13 mit Schaltkontakicn 14 besieht. Selbstverständlich kann das Ausgangssignal des Komparators 9 auch einer sonstigen (elektronischen) Treiberschaltung zugeführt werden, mit der der Anlasser abgeschaltet werden kann.

Die Bezugsspannungsquelle 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Verstellwiderstand ausgeführt, mit dem der gewünschte Wert der Abschaltdrchzahl eingestellt werden kann. Fs sind natürlich auch alle sonstigen bekannten Vorrichtungen zur [Erzeugung einer Bezugsspannung verwendbar.

Γ i g. J zeigl Meßdiagramme tier (Jeneratorspannung I Ig und der Anlasserspannung t i;i über dor Zeit aufgetragen, wobei die Zeilachse hier von rechts nach links verläuft, /um Zeitpunkt l\ wird der Anlasser betätigt und dessen Versorgurigsspanniing eingeschaltet. Die (ieneratorspanming Up ist hierbei noch Null. Der anschließende Abfall der Anlasserspanniing Un ist

abgegebene Ausgangsspanniing sehr klein ist. Diese sehr kleine Spannung wird von der Auswertcschaltiinf bereits gemessen und ausgewertet. Zum Zeitpunkt ι. wird von der Auswerteschallung erkannt, daß die '· Viibicuiuiiigskiafiiuaschinc die vorbestimmte Dreh zahl erreicht hat. bei der der die Maschine angesprungen ist. Zu diesem Zeilpunkt wird der Anlasset abgeschaltet, was aus dem Abfall der Spannung Ui ersichtlich ist. In der darauffolgenden Phase wiril dii

in Verbrennungskraftmaschine auf ihre Nenndrch/ah hochgefahren, worauf clic Cicneralorspannung U^ ebenfalls auf ihre Nennspannung (/.H. 200 V) hochge !,ihren w ircl (\ gl. hierzu auch I ι g. I).

Schließlich und es empfehlenswert sein, wahrend dei

ι ^-> I lochlaufpliase der Vcrbrcnnungskraftnuschme. also ir dem /eitinter\ all \ on /> bis i_t den (ieneralor noch nieh zu belasten, sondern die elektrische Last ersl zuiv Zeitpunkt /ι zuzuschalten. Dies ist /. Ii. durch eini w eitere Anordnung möglich, bei der der Bezugsw erl dei

erklären und durch den Innenw iderstand der verwendeten Starterbatterie bedingt. Wahrend des Zeitinterv alles von i; nach h w ird die Verbrennungskraftmaschine \on dem Anlasser aniretrieben. wobei die vom (ieneralor

!».> Uf. 1'1-IMMMIIIf. 'I₁IIlMl I«. IMM MIl I · I I I I Il I I I I ί , 1,1 ,

eingestellt ist und bei tier das Relais Π mit seinen Schaltkontakt I4 so angeschlossen ist. daß du. elektrische Last mn dem (ieneralor \erblinden wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Abschalten des Anlassers von zum Antrieb von Ersatzstromanlagen verwendeten Verbrennungskraftmaschinen, wobei die Ersatzstromanlage einen, den Ersatzstrom liefernden, von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Generator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator selbst mit einer hochempfindlichen Auswerteschaltung (1) verbunden ist, die ausgungsseitig mit einer Vorrichtung (13, !4) zum Abschalten des Anlassers bei einer vorgegebenen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (1) einen Längswiderstand (2), zwei antiparallel geschaltete Dioden (3, 4), einen hierzu parallel geschalteten Schmitt-Trigger (5) und einen hierzu nachgeschalteten Frequcnz-Spannungswandler (6) emhäit.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (!) zusätzlich einen an ihren Eingang vorgesehenen Transformator (7) enthält.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (1) ausgangsseitig mit einem Eingang (10) eines Komparator (9) verbunden ist, dessen anderer Eingang (11) mit einer Bezugsspannungsquelle (12) verbunden ist und daß eier Ausgang des !Comparators (9) mit der Vorrichtung (13, 14) zum Abschalten des Anl?ssers verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden _V3,4) Zenerdioden sind.