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ZEITSCHALTER tJR BATTERIELADEGERÄTE Die Erfindung betrifft einen
Zeitschalter für Batterieladegeräte.
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Batterieladevorgänge werden zweckmäßig mit Ladezeitschaltern gesteuert.
Dabei hat es sich bei Blei-Akkumulatoren als vorteilhaft erwiesen, den Gasungspunkt
zur Festlegung der Nachladedauer mit einem für die Nachladung zulässigen Strom heranzuziehen.
Im Bereich vor der Gasung, d.h. bei einer Zellenspannung unter 2,4 Volt, kann die
Batterie mit einem an sich beliebig großen Ladestrom geladen werden. Ladezeitschalter,
bei welchen die Nachladedauer in Abhängigkeit der Gasungsspannung bestimmt wird,
sind darüber hinaus meistens mit Sicherheitsabschaltungen ausgestattet. Diese sorgen
dafür, daß bei Nichterreichen der Gasungsspannung in Folge eines Batteriedefektes,
der Ladevorgang nach einer voreingestellten Zeit abgebrochen wird.
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Gasdichte Nickel-Cadmium-Batterien werden grundsätzlich mit einem
eingeprägten Strom geladen. Da darüber hinaus Oberladungen mit 11o' d.h. dem Wert
des zehnstündigen Entladestromes, nicht schädlich sind, können derartige Batterien
ohne Rücksicht auf den Füllungsgrad über eine vorgegebene Ladezeit geladen werden.
Die hier zum Einsatz kommenden Ladezeitschalter müssen also in Abhängigkeit des
Ladebeginns den Ladevorgang abbrechen.
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Es ist eine Einrichtung zum Laden elektrischer Sammler unter Verwendung
eines den Ladestrom zeitlich begrenzenden, vom Spannungsrelais beeinflußten Zeitwerkes
bekanntgeworden, bei welcher ein die Ladestromquelle nach einer fest eingestellten
uiid
von @adevorg@ng unabhängigen Zeit abschaltendes zusätzliches Zeitwerk gleicher Bauart
und Ausführung vorgesehen ist. Um ein zwangsläufigne Aufzichen der beiden Laufwerke
zu erreichen, werderl die Aufzugsvorrichtungen der Leitwerk gekuppelt. Solche Uhrwerke
unterliegen einem mechanischen Verschleiß und erfordern in bestimmten Abständen
Wartungs-und Pflegearbeiten. Ds Aufziehen ist zeitraubend und störend, es erfordert
darüber hinaus bei größerer Ladestellenzahl Anzeigeeinrichtungen, die dem Bedienenden
signalisieren, ob das Uhrwerk aufgezogen werden muß.
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Eine andere bekannte Anordnung zeigt einen Ladeschalter mit Uhrwerksantrieb,
bei welchem sowohl für die Hauptladung wie fiir (ìie Nachl,sdung ein Uhrwerk verwendet
wird Dabei wird eine Steuerscheibe, die über eine Rutschkupplung mit der Antriebswelle
verbunden ist, mit Hilfe eines von einem Hubmagneten bewegten Zahnsegments ruckartig
aus ihrer Stellung "Gasungsspannung" auf "Nachladebeginn" gebracht. Dieser Ladezeitschalter
hat einen besonders komplizierten mechanischen Aufbau, der besonders störanfällig
ist. Dies nicht zuletzt wegen der diffizilen Rutschkupplung, die in dem Schalter
eingesetzt ist.
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Weiter ist ein Ladeschalter bekannt, bei welchem dem Bedienenden angezeigt
wird, wenn eine Batterie wegen eines Defektes den Gasungspunkt nicht erreicht hat
und die Ladung aufgrund der Sicherheitsabschaltung unterbrochen wurde. Der Zeitschalter
verwendet ebenfalls zwei mechanische Zeitwerke der oben beschriebenen Art.
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Darüber hinaus ist es bekannt, Ladezeitschalter mit Synchronmotoren
auszustatten. Dies erfordert aber Wechselspannungsquellen, die sehr selten vorhanden
sind oder nur mit erheblichem Aufwand erstellt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zeitschalter für Batterieladegeräte
ohne mechanischen oder elektromechanischen Antrieb zu schaffen, um damit insbesondere
die Störanfälligkeit
und wie notwendige Wartung auszuschalten.
Dabei soll der Zeitschalter eine große Genauigkeit aufweisen und die Versorgungsspannung
soll direkt an den Klemmen der zu ladenden Batterie abgenommen werden können. Weiter
soll der Schalter ein geringes Bauvolumen aufweisen.
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Diese Aufgabe sird erfindungsgemäß dadurch gelöst, <laß einem Impulsgenerator
mit einstellbarer Frequenz ein Frequenzteiler nachgeschaltet ist, dessen Löscheingang
an einer von der geregelten Speisespannung getriggerten impulsschaltung liegt, daß
der Ausgang des Frequenzteilers über einen Verstärker an eine Schalteinrichtung
geführt ist, welche sowohl die ungeregelte Versorgungsspannung mittels eines Schalters
bis zum Überlauf des Frequenzteilers zuschaltet, als auch die Batterieladung einleitet
oder abbricht und daß die ungeregelte Eingangsspannung auf einen Schwellwertschalter
geführt wird, dessen Ausgang an einen ilalbleiterschalter und einen monostabilen
Multivibrator angeschlossen ist, wobei der Halbleiterschalter den Impulsgenerator
auf eine höhere Frequenz umschaltet und der monostabile Multivibrator den Inhalt
des Frequenzteilers löscht. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Zeitschalter
kontaktlos zugeschaltet werden.
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Der erfindungsgemäße Zeitschalter erfordert keine Wartung und ein
Aufziehen eines Uhrwerkes ist nicht notwendig. Von besonderem Vorteil ist weiter,
daß keine besonderen Steuer-und Betriebsspannungen erforderlich sind, und daß der
Zeitschalter nicht eingeschaltet werden kann, wenn die zu ladende Batterie nicht
angeschlos.en ist. Darüber hinaus ermöglicht eine Umschaltung den speziellen Einsatz
für Blei- oder NiCd-Batterieladungen. Die Anordnung ist aufgrund der geringen Bauelementeanzahl
besonders preisgünstig.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen:
FIG 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Ladezeitbestimmung
FIG 2 eine Anordnung zur Anschaltung mittels eines Halbleiterschalters in FIG 1
ist mit +U der positive Anschluß, mit -U24 und -U8 der negative Anschluß gekennzeichnet.
An diese Anschlüsse wird die zu ladende Batterie angeschlossen. Die Anschlüsse sind
hier für eine 12-zellige oder 40-zellige Bleibatterie vorgesehen. Der Anschluß -U24
ist direkt auf eine Spannungsregelschaltung 1 geführt, während der Anschluß -U80
über den ohmschen Widerstand 2 auf denselben Anschluß geführt ist.
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Damit ist es möglich, den Spannungsregler 1 ohne Umschaltung sowohl
für die 12- als auch 40-zellige Batterie einzusetzen.
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Das Gerät kann bei entsprechender Forderung mit weiteren negativen
Anschlüssen ausgestattet werden, die ebenfalls über Widerstände an den Spannungsregler
1 angeschlossen sind.
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Anstelle des Festwiderstandes 2 kann auch ein Potentiometer eingesetzt
werden. In die positive Anschlußleitung sind eine Ausschalttaste 3 und ein Arbeitskontakt
a in Serie geschaltet. Parallel zum Kontakt a liegt eine Einschalttaste 4.
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Die positive Versorgungsspannung wird vom Anschlußpunkt +U' an alle
Bauteile geführt, die positive Spannung erfordern.
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Diese T,eitungsführung ist wegen einer besseren Übersichtlichkeit
nicht ausgezogen. Der Spannungsregler 1 stellt eine geregelte Spannung U zur Verfügung,
wobei die Leitungs-Sp führung hier ebenfalls nicht bis zu den Bauelementen durchgezogen
ist, um die Übersichtlichkeit zu wahren, Die negativen Anschlußleitungen sind jeweils
über einen Kontakt des Schalters 5 auf eine Schwellwertschaltung 6 geführt.
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Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Schmitt-Trigger, wobei
die beiden Eingänge lediglich andere Schwellwerte besitzen. Der Tastenschalter 5
ermöglicht es, den spannungsabhängigen Funktionsteil des Zeitschalters abzuschalten.
Der Ausgang der Schwellwertschaltung ist auf einen monostabilen Multivibrator 7
und einen Schalttransistor 8 geschaltet, dem ein Ableitwiderstand 8' parallel zur
Basis-Emitter-Strecke
liegt. Im durchgeschalteten Zustand erfolgt
über diesen Transistor eine Parallelschaltung der Widerstände 9, 1o zu den Widerständen
11, 12. Mit Hilfe des Widerstandes 11 wird ein Festabgleich der Grundfrequenz des
Impulsgenerators 15 durchgeführt. Der Widerstand 9 ist als Potentiometer ausgebildet.
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An den Verbindungspunkt der Widerstände io und 12 schließt sich die
Reihenschaltung dt-s Widerstandes 13 und des nondensators 14 an. Die Abgriffe über
dein Widerstand 13 sind auf den Impulsgenerator 15 geschaltet. Die Widerstände 9
bis 13 und der Kondensator 14 sind dabei die frequenzbestimmenden Elemente des Generators.
Der Ausgang des Impulsgenerators ist auf den Frequenzteiler 16 geführt, der beispielsweise
aus zwei in Reihe geschalteten Teilern mit einer Untersetzung von jeweils 1.ovo
: 1 besteht. Der Ausgang des Frequenzteilers wird über den Verstärker 17 auf die
Basis des Transistors 18 geschaltet, in dessen Kollektorkreis das Relais A liegt.
Mit 19 ist eine Freilaufdiode bezeichnet. Der dem Transistor abgewandte Relaisanschluß
ist gegenüber allen anderen Schaltungsteilen nicht an die geregelte Spannung - Usp,
sondern an die ungeregelte Spannung -U24 angeschlossen. Dies ermöglicht es, den
Spannungsregler 1 für eine geringere Leistung auszulegen. Das Relais A besitzt mindestens
einen weiteren, nicht dargestellten Kontakt, der die Zu- und Abschaltung des Batterieladegerätes
an das Netz direkt oder indirekt vornimmt. An den Löscheingang 20 des Frequenzteilers
16 ist eine Löschimpulsschaltung 21 angeschlossen, die sowohl von der geregelten
Speisespannung -USp als auch von dem monostabilen Multivibrator 7 getriggert wird.
An die geregelte Spannung -USp und den Ausgang der Schwellwertschaltung können Anzeigeelemente
angeschlossen werden, wobei über -U der Einschaltzustand des Zeitschalters und über
den Aus-Sp gang der Schwellwertschaltung die Nachladung signalisiert wird.
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FIG 2 zeigt die Zu- bzw. Abschaltung des Zeitschalters mittels eines
Halbleiters. Dabei ist nur derjenige Schaltungsteil dargestellt, der sich gegenüber
FIG 1 verändert. Zwischen den positiven Anschluß +U und den Anschluß der ungerogeiten
Spannung
-U24 ist eine an sich bekannte Kippschaltung (Flip-Flop) 22 geschaltet. Der Kondensator
23 setzt das Flip-Flop in Grundstellung, wenn der Zeitschalter an eine zu ladende
Batterie gelegt wird. In Grundstellung ist Transistor 24 gesperrt und Transistor
25 leitend. Der leitende Transistor 25 bringt positives Potential an die Basis des
Transistors 26, womit dieser die Spannungszuführung an den Zeitschalter verhindert.
Die dem Frequenzteiler 16 nachgeschalteten Transistoren 27, 28, 29 stellen einen
Verstärker dar. Am Kollektor des Transistors 29 wird ein Signal abgenommen, das
über den Anschluß 30 zur Zu- und Abschaltung des Ladegerätes dient.
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Das Kollektorsignal des Transistors 28 wird über die Diode 31 auf
die Basis des Transistors 24 der Flip-Flop-Schaltung 22 geführt. An das Flip-Flop
22 ist die Ausschalttaste 32 und die Einschalttaste 33 angeschlossen. Die Verstärkerschaltung
der Transistoren 27, 28, 29 und das Flip-Flop 22 liegen an der ungeregelten Spannung
+U und -U24.
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Der Ablauf einer Batterieladung mittels einer erfindungsgemäßen Zeitschaltung
stellt sich wie folgt dar. Der Zeitschalter ist beispielsweise mit dem Ladegerät
zu einer Einheit zusammengebaut. Die Bedienungs- und Anzeigeelemente sind aus dem
Gerät herausgeführt. Die Anschlüsse +U, -U24 und -U80 des Zeitschalters sind an
diejenigen Anschlüsse des Gerätes geführt, an welche die zu ladende Batterie angeschlossen
wird.
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Es sei angenommen, daß eine 12-zellige Blei-Batterie geladen werden
soll. In die Netzanschlußleitungen sind Arbeits-Kontakte des Relais A des Zeitschalters
gelegt. Die Nachladedauer, also-die Ladezeit nach Eintritt der Gasung, wird am Potentiometer
9 eingestellt. Die Kontakte des Schalters 5 sind geschlossen. Bei Schließen der
Einschalttaste 4 wird der Zeitschalter sowohl direkt als auch über den Spannungsregler
1 an Spannung gelegt. Der Frequenzteiler 16 wird uber die Löschschaltung 21 zurückgestellt.
Damit hat der Verstärker 17 ausgangsseitig negatives Potential anstehen, der Transistor
18 wird durchgesteuert und das Relais A zieht an, Der Relaiskontakt a sowie die
nicht dargestellten Konta y ë, welche in der
Netzzuleitung des Batterieladers
liegen, werden geschlossen.
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Damit wird die Batterie entsprechend der Kennlinie des Ladegerätes
geladen. Das Loslassen der Einschalttaste 4 hat auf den Ladebetrieb keinen Einfluß
mehr, dd der Kontakt a den Zeitschalter weiterhin an die Eingangsspannung legt.
Gleichzeitig beginnt der Impulsgenerator 15 mit einer Frequenz zu arbeiten, die
bestimmt wird durch das eitglied der Widerstand de 11, 12, 13 und des Kondensators
14. Die Widerstände 9 und 1o haben keinen Einfluß, da der Transistor 8 sich in gesperrtem
Zustand befindet. Die Impulse werden auf den Frequenzteiler 16 eingeschoben, der
in diesem Beispiel 106 : 1 unterteilt.
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Tritt bei der Ladung der Batterie keine Gasung ein, d.h. die Spannung
pro Zelle bleibt unter 2,4 Volt, so erscheint nach einer vorgegebenen Zeit am Frequenzteilerausgang
ein positives Signal, das über den Vorverstärker 17 auf die Basis des Transistors
18 geschaltet wird, was eine Entregung des Relais A zur Folge hat. Der Kontakt a
schaltet den Zeitschalter ab, gleichzeitig werden auch die in der Netzzuleitung
des Batterieladegerätes angeordneten Kontakte geöffnet, womit die Batterieladung
beendet ist.
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Geht die Batterie innerhalb der durch die Grundfrequenz bestimmten
Zeit in die Gasung, d.h. daß der Schwellwertschalter 6 aufgrund der Batteriespannung
schaltet, so erscheint an dessen Ausgang ein negatives Signal, das den Transistor
8 in den leitenden Zustand überführt und damit die Widerstände 9 und 1o den Widerständen
11 und 12 parallel schaltet. Der Impulsgenerator arbeitet nun mit einer höheren
Frequenz. Mit der Umschaltung des Schwellwertverstärkers wird gleichzeitig der monostabile
Multivibrator 7 angestoßen, der über die Löschschaltung 21 den bis dahin unterteiDen
Wert des Frequenzteilers löscht. Für die nun folgende Nachladezeit, welche am Potentiometer
9 eingestellt worden ist, steht demnach wieder die gesamte Teilerkapazität zur Verfügung.
Der Überlauf des Frequenzteilers führt wiederum zur Entregung des Relais A und damit
zur Abschaltung des Zeitschalters mittels des Kontaktes a, sowie zur Trennung des
Batterieladegerätes
vom Netz durch Kontakte, welche in der Netzzuleitung
liegen. Soll ein Ladevorgang vorzeitig abgebrochen werden, so ist dies durch kurzzeitiges
Betätigen der Ausschalttaste 3 möglich.
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Die Zuschaltung und Abschaltung des Zeitschalters nach FIG 2 erfolgt
mittels der Flip-Flop-Schaltung 22. Bei Anschluß der zu ladenden batterie an das
Ladegerät und den Zeitschalter wird dieses Flip-Flop durch den Kondensator 23 in
Grundstellung gebracht. Dabei ist der Transistor 25 leitend. Dieser leitende Transistor
sperrt den Transistor 26, womit der Zeitschalter sich im ausgeschalteten Zustand
befindet. Soll nun der Ladevorgang eingeleitet werden, so erfolgt dies über die
Taste 33, welche die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 25 kurzschließt. Die
Kippschaltung 22 ist damit umgesetzt und der Schalttransitor 26 wird leitend. Die
dem Frequenzteiler 16 nachgeschalteten Transistoren 27, 28 sind gesperrt, der Transistor
29 ist leitend. Das am Kollektor dieses Transistors anstehende positive Signal wird
dem Batterielader zugeführt, der aufgrund dessen an das Netz geschaltet wird. Nach
voreingestellter Lade- oder Nachladezeit erscheint am Ausgang des Frequenzteilers
16 ein positives Signal, das über die Transistoren 27, 28 und die Diode 31 auf das
Flip-Flop 22 geschaltet wird. Die darauffolgende Umsetzung der Kippschaltung hat
die Ausschaltung des Zeitschalters und damit den Abbruch der Batterieladung zur
Folge. Eine vorzeitige Beendigung des Ladevorganges kann über die Taste 32 eingeleitet
werden. Aus Gründen der besseren Verständlichkeit wurden als Ein- und Ausschalttaste
33, 32 Kontakte eingezeichnet, obwohl sich hier kontaktlos arbeitende Tasten besonders
eignen, die nach dem kapazitiven, induktiven oder optoelektronischen Prinzip arbeiten.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schaltungsbeispiel erfolgte die Sicherheitsabschaltung,
d.h. die Abschaltung des Ladevorganges bei Nichterreichen der Gasungsspannung, nach
zwölf Stunden. Der Impulsgenerator arbeitete dabei mit einer Periodendauer
von
43,2 msek. Die Nachladezeit nach Erreichen der Gasungsspannung betrug maximal drei
Stunden, wobei der Impulsgenerator auf eine Periodendauer von io,8 msek durch die
Schwellwertschaltung 6 und den Transistor 8 umgeschaltet wurde.
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5 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnungen