Aus: „Fachkunde für Kraftfahrzeugschlosser“ VEB Verlag Technik Berlin 1961

42.3   Reglerschalter

Die in der Deutschen Demokratischen Republik hergestellten Reglerschalter vereinen in sich den Ladestromschalter, der die Lichtmaschine selbsttätig der Batterie zu- oder abschaltet, und den Spannungsregler, der trotz wechselnder Drehzahl und Belastung die Spannung selbsttätig auf den gewünschten Wert einstellt.

Für kleine und mittlere Leistung werden die Reglerschalter auf die Licht­maschine aufgebaut, während sie bei den modernen standardisierten Licht­maschinen, z. B. an der Spritzwand im Motorraum befestigt werden. Bei Motor­rädern werden Regler in Flachbauform verwendet die zusammen mit der Zünd­spule in einem Spulenkasten untergebracht sind. Zur Vereinfachung der Be­schreibung werden die Funktionsgruppen Ladeschalter und Spannungsregler getrennt erklärt.

Der Ladeschalter regelt die Verbindung Lichtmaschine—Sammler.

Bei stehendem oder mit niedriger Drehzahl laufendem Motor werden die ein­geschalteten Verbraucher vom Sammler gespeist. Die vom Motor angetriebene Lichtmaschine ist von der Kurbelwellendrehzahl abhängig. Bei niedrigen Dreh­zahlen liegt die Lichtmaschinenspannung unter der Sammlerspannung. Nimmt jedoch die Motordrehzahl zu, so steigt die Spannung an, bis sie bei einer be­stimmten Drehzahl mit der Sammlerspannung gleich ist und die Lichtmaschine nun die Stromversorgung der Verbraucher selbst übernehmen kann. Um zu verhindern, daß sich der Sammler über die Lichtmaschine entlädt, ist der Schalter so ausgeführt, daß er die Lichtmaschine erst dann mit dem Sammler verbindet, wenn ihre Spannung etwas höher als die Sammlerspannung ist. Im Fahrzeug wird der Einschaltvorgang durch das Verlöschen der am Instrumentenbrett angeordneten roten Ladeanzeigeleuchte sichtbar. Bild 42.7 zeigt die Prinzipskizze eines solchen Schalters, der in der technischen Ausführung mit dem Spannungsregler zusammengebaut ist. Die Spannungsspule ist unmittelbar zwischen die beiden Bürsten der Licht­maschine geschaltet und erhält daher die volle Klemmenspannung (Bild 42.8). Das von ihr erzeugte Magnetfeld wächst mit ansteigender Spannung und übt eine immer größer werdende Anziehungskraft auf den Magnetanker aus. Die Rückzugfeder wird durch die Magnetkraft erst dann überwunden, wenn die Lichtmaschinenspannung höher ist als die Betriebsspannung.

In diesem Fall  wird der Anker angezogen, die Kontakte schlagen aufeinander und der Strom­kreis zwischen Lichtmaschine und Sammler ist geschlossen (Bild 42.9). Der nunmehr über die Stromspule fließende Strom verstärkt das. Magnetfeld der Spannungsspule weiter, so daß der Anker kräftig festgehalten wird. Ist mit sinkender Motordrehzahl die Lichtmaschinenspannung so weit abgefal­len, daß sie unter der Sammlerspannung liegt, dann wird der Sammler nicht mehr geladen, sondern es fließt umgekehrt ein Strom vom Sammler zur Licht­maschine (Rückstrom). Da die Stromspule jetzt in entgegengesetzter Richtung durchflossen wird, wirkt ihr Magnetfeld dem der Spannungsspule entgegen (Bild 42.10) und schwächt es, so daß die Federkraft überwiegt und den Anker zurückzieht. Damit ist die Verbindung zwischen Lichtmaschine und Sammler wieder unterbrochen.

Der Spannungsregler hat die Aufgabe, die Lichtmaschinenspannung trotz wechselnder Drehzahlen auf einen fast gleichbleibenden Wert zu regeln.

Der Reglerschalter (Bild 42.11) kann in fünf Schaltungen betätigt werden.

 Bei dem im Bild 42.12 dargestellten minusregelnden Reglerschalter sind Lade­schalter und Regler zu einem Bauteil vereinigt (kombinierter Regler Schalter). Sie haben einen gemeinsamen Magnetkern, der die beiden von der Beschrei­bung des Ladestromschalters bekannten Wicklungen, die Strom- und Span­nungsspule, trägt. Auf der Stirnseite des Magnetkerns befindet sich eine recht­eckige Platte, deren Schmalseiten je ein Stahlstück, ein Schaltanker, gegen­überliegt. Die beiden Anker sind mittels Blattfedern beweglich am unteren Querjoch befestigt. Nach oben sind die Blattfedern verlängert und werden durch zwei Bügel nach außen gespannt, so daß sie die Anker mit einer bestimmten Vorspannung vom Magnet wegziehen. Durch Nachbiegen der Bügel kann in der Spezialwerkstatt die Federkraft verändert werden. Der rechte Anker Sa gehört zum Ladeschalter, der linke Ra zum Regler. Am Schalter stehen sich ein fester Kontakt Sk l und ein mit dem Anker ver­bundener beweglicher Kontakt S?d 2 gegenüber. Der Regler hat zwei Kontakt­paare, deshalb Zweikontaktregler. Zwischen zwei festen Kontakten Rk l und Rk 3 liegt der mit dem Anker JRa verbundene Doppelkontakt Rk 2. In Ruhe­lage ist das äußere Kontaktpaar des Reglers geschlossen, Rk 2 an Rk 1. Die Spannungsspule ist so geschaltet, daß sie in jedem Falle bei Betrieb der Lichtmaschine deren volle Klemmenspannung erhält, während in der Strom­spule erst dann Strom fließt, wenn die Schalterkontakte geschlossen sind. Da­bei wird je nach Stromrichtung (Lade- oder Rückstrom) die Wirkung der Spannungsspule unterstützt oder abgeschwächt.

Die Bügelfeder des Reglers mit dem Anker Ra und der Doppelkontakt Rk 2 sind isoliert angebracht und mit den Anfängen der Erregerspule Le sowie des Reglerwiderstandes Wd verbunden. Der linke Reglerkontakt Rk J! liegt an Masse, desgleichen auch das Ende des Reglerwiderstandes Wd. Der rechte Reg­lerkontakt ist über die Befestigungsschraube mit dem Magnetkern, der am Pluspol der Lichtmaschine angeschlossen ist, leitend verbunden.

42.11   Reglerschalter

Das Prinzip der Spannungsreglung besteht darin, daß die durch Drehzahl- und Belastungsschwankungen hervorgerufenen Spannungsunterschiede durch ent­sprechende Veränderung des Erregerstromes ausgeglichen werden. Dies geschieht mittels elektromagnetischer Schnellregler, die bei zu hoch ansteigender Spannung das Erregerfeld schwächen, indem sie in rascher Folge einen Wider­stand abwechselnd in den Erregerstromkreis einschalten und ihn dann wieder überbrücken (ausschalten) oder die Erregerwicklung kurzschließen. Zwecks Kühlung ist der Reglerwiderstand häufig frei unter dem Gehäuse des Regler­schalters angebracht.

Der Regler liegt im Erregerstromkreis entweder vor der Erregerwicklung, d. h. zwischen dieser und der Plusbürste des Ankers (plusregelnd) oder hinter der Erregerwicklung, d. h. zwischen dieser und dem Anschluß an Masse (minus­regelnd).

Es gibt eine Vielzahl verschiedenartigster Reglerausführungen, die aber alle nach dem gleichen Grundprinzip arbeiten. Es soll deshalb im folgenden nur die Arbeitsweise eines der am häufigsten verwendeten Regler für Lichtmaschinen­spannungen von 6 bis 12 V erläutert werden. Es ist der sogenannte Zwei­kontaktregler.

42.12   Lichtmaschine läuft mit niedriger Drehzahl

1. Die Lichtmaschine läuft mit niedriger Drehzahl: (Schaltstellung nach Bild 42.12).

Die Lichtmaschinenspannung ist noch sehr niedrig, so daß durch die Spannungsspule gleichfalls nur ein geringer Strom fließt. Der Stromkreis der Stromspule ist noch unterbrochen. Das Feld im Magnetkern reicht noch nicht aus, die Federkraft der Anker zu überwinden und diese anzuziehen.

Kennzeichen der Schaltstellung 1:

Ladeschalter geöffnet: Kein Laden des Sammlers, keine Beeinflussung des Erregerstromes.

42.13   Lichtmaschine läuft mit gesteigerter Drehzahl

2.Die Lichtmaschine läuft mit gesteigerter Drehzahl: (Schaltstellung nach Bild 42.13).

Die Spannung der Lichtmaschine ist gestiegen und mit ihr die Magnetkraft der Spannungsspule. Durch diese wird die etwas geringere Federkraft des Schalt­ankers Sa mit dem Schalterkontakt Sk 2 überwunden, und die beiden Kontakte Sk l und Sk 2 schließen sich (Unterlage von RJc 2).

Kennzeichen der Schaltstellung 2:

Ladeschalter geschlossen: Sammler wird geladen, keine Beeinflussung des Erregerstromes.

42.14   Lichtmaschinendrehzahl steigt weiter

3. Die Lichtmaschinendrehzahl steigt weiter: (Schaltstellung nach Bild 42.14).

Bei weitersteigender Drehzahl wächst die Magnetkraft der Spannungs- und der Stromspule immer mehr an, bis schließlich auch die Federkraft des Regler­ankers Ra überwunden und die Verbindung zwischen den Kontakten Rk l und Rk 2 unterbrochen wird. Dadurch ist der bisher kurzgeschlossene Reglerwider­stand Wd jetzt mit der Erregerwicklung  Le hintereinandergeschaltet  (Mittel­oder Schwebelage von Rk 2).

Der Widerstand Wd schwächt den Erregerstrom und die Lichtmaschinenspan­nung sinkt. Infolgedessen läßt auch die magnetische Kraft der Spannungsspule nach. Jetzt überwiegt die Federkraft der Ankerfeder und schließt die Kontakte Rk l — Rk 2. Der Widerstand Wd ist wieder kurz geschlossen. Damit ist aber die Lichtmaschine wieder voll erregt, und die Lichtmaschinenspannung steigt damit von neuem. Dieses Spiel wiederholt sich in derart schneller Folge, daß die Spannung annähernd konstant bleibt.

Kennzeichen der Schaltstellung 3:

Sammler wird geladen. Strom für Erregerwicklung Le zeitweise durch Regler­widerstand Wd geschwächt:. 1 Reglerstufe.

42.15   Lichtmaschine hat sehr hohe Drehzahl

4. Sehr hohe Drehzahl der Lichtmaschine: (Schaltstellung nach Bild 42.15).

Durch die gemeinsame Wirkung  der  Spannungs-  und  Stromspule  wird der Regleranker  Ra über die Mittellage hinaus angezogen und liegt  schließlich mit seinem Kontakt Rk 2 an dem Kontakt Rk l (Oberlage von Rk 2). Damit Ist die Erregerwicklung kurzgeschlossen und  der Erregerstrom nahe­zu  Null. Dieser  Vorgang findet  jedoch   nur  kurzzeitig statt. Die Spannung fällt stark ab. Dadurch geht der Anker Ra zurück. Der mittlere Reglerkontakt Rk 2 kommt in die Mittellage, wodurch die Erregerwicklung Le wieder arbeitet und die Spannung erneut ansteigt. Dabei wird der Anker abermals angezogen und die Erregerwicklung kurzgeschlossen. Somit trommelt der Kontakt Rk 2 gegen den Kontakt Rk, 3 und es stellt sich ein mittlerer Erregerstrom und da­mit gleichbleibende Spannung ein.

Kennzeichen der Schaltstellung 4:

Sammler wird geladen, Strom für Erregerwicklung zeitweise gleich Null: 2. Regelstufe.

42.16 Kurz vor dem Abschalten des Sammlers durch Rückstrom sinkt Drehzahl auf niedrige Werte ab

5. Die Lichtmaschinenendrehzahl sinkt auf niedrige Werte ab: (Stromverlauf nach Bild 42.16).

Mit abnehmender Drehzahl fällt die Maschinenspannung. Damit wird auch die Magnetkraft im Reglerkern schwächer.

 Der Regleranker geht in die Ausgangs- Stellung zurück. Gleichzeitig fließt vom Sammler ein Rückstrom durch die Stromspule, die entgegen der schwächeren Wirkung der Spannungsspule den Magnetkern fast völlig entmagnetisiert. Die Bügelfeder drückt jetzt den Anker Sa vom Magnetkern ab, wodurch die Kontakte Sk l und Sk 2 voneinander abgehoben werden. Damit sind Lichtmaschine und Sammler getrennt: Es kann kein Rückstrom mehr fließen. (Schaltstellung und Kennzeichnung wie bei Bild 42.12.)

Aus den vorstehend beschriebenen Regelvorgängen sollen die zwei wesentlichen Merkmale hervorgehoben werden:

1.   Die   Spannungsregelung der Lichtmaschinen erfolgt durch Reglung des Erregerstromes. Damit wird eine annähernd konstante Spannung induziert.

2.   Die Reglung  erfolgt bei  der beschriebenen Bauart in  zwei  Stufen:  Der Erregerstrom wird entweder durch einen eingeschalteten Widerstand ge­schwächt  oder  die  Erregerwicklung  wird  kurzgeschlossen,   so  daß  keine Spannung induziert wird.

Die Teilung der Reglung gestattet die Reglung über einen großen Drehzahlbereich sowie einen kleinen Regelwiderstand. Außerdem sind diese Regler verhältnismäßig unempfindlich gegen Erschütterungen.

Die IKA-Reglerschalter arbeiten nach dem Prinzip der nachgiebigen Spannungsreglung. Bei der Beschreibung der fünf Schaltstellungen ist zwecks Vereinfachung dieses Prinzip noch nicht erwähnt worden.

Wird die Magnetspule des Reglers lediglich durch die Klemmenspannung der Lichtmaschine beeinflußt, so kann es vorkommen, daß bei entladenem Sammler ein unzulässig hoher Ladestrom fließt, wodurch Lichtmaschine und Sammler geschädigt werden. Dies wird verhindert, indem sich die Lichtmaschinenspannung der Sammlerspannung „nachgiebig" anpaßt. Zu diesem Zweck befinden sich Spannungsspule und Stromspule auf einem gemeinsamen Magnetkern. Da­durch ergänzt die Stromspule die Wirkung der Spannungsspule in der Weise, daß sie bei Entnahme eines starken Stromes das Magnetfeld verstärkt, wodurch der Regler genauso anspricht, als wenn die Spannung zu hoch angestiegen wäre. Die Folge ist, daß die Spannung sinkt. Fließt hingegen nur ein schwacher Strom, dann beeinflußt dieser das Magnetfeld kaum, und der Regler regelt auf höhere Spannung. Weil die Spannung bei Belastung nachgibt, spricht man von „nachgiebiger Reglung".

Merkmale der nachgiebigen Spannungsreglung:

Die Spannung der Lichtmaschine schwankt in engen Grenzen, und zwar unabhängig von der Drehzahl, jedoch abhängig von der Stromaufnahme des Sammlers und der Verbraucher.

Die Stromstärke paßt sich der Stromaufnahme der Verbraucher bis zu einem für den entladenen Sammler unschädlichen Höchstwert an.

Knickregler: Neben der nachgiebigen Spannungsreglung gibt es noch soge­nannte Knickregler. Sie heißen deshalb so, weil ihre Spannung bis zu einem bestimmten Höchststrom gleichbleibend ist, um dann stark abzufallen, die Spannungskurve knickt ab. Diese Regler ermöglichen eine bessere Ausnutzung der Lichtmaschine und ein schnelleres Aufladen der Batterie. Ein zusätzliches Reglerbauteil, eine Stromspule, übernimmt nach Erreichen des Höchststromes die Regelung und setzt die Spannungsspule, die bis dahin allein gearbeitet hat, außer Betrieb.

Zusammenfassung der Aufgaben des Reglerschalters:

1.   Die Lichtmaschinenspannung soll bei allen Drehzahlen fast gleichbleibend sein.  Bei zu kleiner Spannung leuchten die Lampen zu schwach, bei zu hoher Spannung brennen sie durch.

2.   Bei stehendem oder langsam laufendem Motor muß die Lichtmaschine vom Sammler getrennt werden, da sich bei kleiner Lichtmaschinenspannung die Batterie über die Lichtmaschine entladen würde.

3.   Der Sammler soll stets gut und schonend geladen werden. Eine leere Batterie ist mit hoher Stromstärke, eine volle jedoch mit kleinem Lade­strom aufzuladen.

4.   Auch mit ausgefallenem Sammler sollte der Fahrbetrieb notfalls noch möglich sein.

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