DEP0011268DA - Allstromladegerät für Kleinakkumulatoren - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Kleinakkumulatoren fuer Taschenlampen und aehnliche Verwendung in Ladegeraeten aufzuladen, die ebenso wie andere elektrische Hausgeraete an das Lichtnetz angeschlossen werden. Fuer Wechselstromnetze sind fuer diesen Zweck Gleichrichterkonstruktionen, fuer Gleichstromnetze besondere Einrichtungen zur richtigen Polung des Ladestroms zu treffen.

Eine bekannte Ladegeraetschaltung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. K1 und K2 sind die Netzanschlussklemmen, R ein Vorschaltwiderstand in Serie mit einem Trockengleichrichter V und dem aufzuladenden Akkumulator A geschaltet. Der aus dieser Schaltung sich ergebende Strom- und Spannungsverlauf ist in Fig. 3 diagrammatisch aufgezeichnet. Hier bedeuten U1 die Momentanwerte der Netzspannung, Uv die Spannung am Ventil, J die Momentanwerte der Stromstaerke und Jm die mittlere Ladestromstaerke.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass bei Anschluss an ein Wechselstromnetz der Strom nur in einer Halbwelle fliessen kann, waehrend er durch die Ventilwirkung in der anderen Halbwelle gesperrt ist. Der Vorschaltwiderstand ist also nur waehrend des Stromflusses einer Halbwelle wirksam. Waehrend der gesperrten Halbwelle steht daher am Ventil V die Spannung der Momentanwerte vermehrt um die Spannung des Akkumulators. Bei 220 Volt Netzspannung kann das im unguenstigsten Falle bei Erreichung des Scheitelwertes eine Spannung von 300 Volt am Ventil ergeben. Aus Sicherheitsgruenden muessen also die Gleichrichterelemente einer solchen Schaltung fuer die vorerwaehnte hoechste Spannung dimensioniert werden, das ergibt bei Verwendung der bekannten aus Selen oder Kupfer - Kupferoxydul bestehenden Gleichrichterplaettchen die Notwendigkeit, eine grosse Anzahl dieser Gleichrichterplaettchen in Serie hintereinander zu schalten, was zu vergroessertem Raumbedarf und teuren Konstruktionen fuehrt. Um diesen Nachteil zu begegnen, ist vorgeschlagen worden, die Wechselspannung durch einen Transformator herabzusetzen. Ein Beispiel einer solchen Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Hierin bedeuten K1 und K2 die Netzanschlussklemmen, Tr den Transformator und V zwei Gleichrichterventile. Zwar werden in dieser Ausfuehrungsform die Maximalspannungen im Gleichrichterteil herabgesetzt, so dass man mit einer kleinen Anzahl von Gleichrichterplaettchen auskommen kann, dafuer muss aber der Transformator als zusaetzliches Konstruktionselement in Kauf genommen werden, dessen Mindestabmessungen nicht unterschritten werden können. Ueberdies ist die Schaltung nur fuer Wechselstrom verwendbar.

Diesen bekannten Einrichtungen gegenueber bezweckt die Erfindung die Schaffung eines fuer Gleich- und Wechselstrom verwendbaren Ladegeraetes mit moeglichst kleinen Gleichrichterventilen zu schaffen.

Erreicht wird das Ziel durch die Massnahmen, jede Netzanschlussklemme des Ladegeraetes mit beiden Anschlusspolen des Akkumulators mit Hilfe von je einem Paar Trockengleichrichtern so zu verbinden, dass die Ladestromrichtung im Akkumulator bei jeder Polung der Anschlussklemmen die gleiche bleibt.

Eine Ausfuehrungsform der neuen Schaltung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt, Fig. 5 zeigt den dazugehoerigen Strom- und Spannungsverlauf.

Hier bedeuten: K1 und K2 die Anschlussklemmen, R einen Vorschaltwiderstand, V1, V2, V3, V4 Gleichrichterplaettchenventile, A den aufzuladenden Akkumulator, S einen Sicherheitsschalter und Rs einen Schutzwiderstand.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass jede der beiden Anschlussklemmen K1 und K2 an den positiven Akkumulator ueber je ein Strom durchlassendes Ventil V1 und V2 und an den negativen Akkumulatorpol ueber je ein Strom sperrendes Akkumulatorventil V4 und V3 angeschlossen ist. Diese als Graetz'sche Schaltung bekannte Gleichrichteranordnung ist bisher bei Messinstrumenten benutzt worden, ihre Anwendung auf Kleinakkumulatoregeraete ist aber neu und bringt auf diesem Gebiete ungewoehnliche Vorteile. Die Schaltung arbeitet wie folgt:

Liegt K1 am Pluspol des Netzes, dann fliesst der Strom ueber R, V1, den Akkumulator, und das Ventil V3 nach K2. Liegt K2 am Pluspol, dann fliesst der Strom ueber Ventil V2, den Akkumulator, Ventil 4 und den Widerstand R nach K1. Bei Anschluss an ein Wechselstromnetz wird also der Stromfluss in beiden Halbwellen in gleicher Richtung durch den Akkumulator erfolgen.

Da bei jeder Halbwelle durch den Strom ein entsprechender Spannungsabfall U = R 1 hervorgerufen wird, steht jedesmal an den Ventilen nur die geringe Restspannung Ur. Infolgedessen koennen die Ventile dieser geringen Spannung entsprechend dimensioniert werden und bestehen im Minimum aus je einem Trockengleichrichterplaettchen. Die neue Anordnung gewaehrleistet bei Wechselstrom eine groessere Ladestromstaerke, weil sich der Mittelwert aus den Ladeimpulsen infolge der Ausnutzbarkeit beider Halbwellen auf das Doppelte gegenueber der Anordnung nach Fig. 1 stellt. Als weiterer Vorteil ergibt sich die Verwendbarkeit des neuen Geraetes fuer Gleich- und Wechselstromanschluss, wobei auf die Pola- ritaet nicht geachtet zu werden braucht.

Um zu vermeiden, dass bei leerstehendem Geraet, d.h. wenn kein Akkumulator eingeschaltet ist, an den Ventilen die gesamte Spitzenspannung des Netzes steht, wird ein Sicherheitsschalter S angeordnet, der beim Einschieben des Akkumulators selbsttaetig geoeffnet wird, und beim Herausnehmen des Akkumulators selbsttaetig wieder schliesst, und dadurch einen Kurzschluss herstellt, so dass der Stromfluss kurz geschlossen und ueber den Widerstand R erfolgt.

Beim Herausziehen des Akkumulators aus dem Ladegeraet tritt ein Moment ein, in dem der Kurzschlussschalter S zwar schon geschlossen ist, der Akkumulator jedoch noch mit beiden Polen am Ladegeraet haengt. Das wuerde ein Kurzschliessen des Akkumulators in diesem Augenblick verursachen. Um das zu verhindern, ist ein kleiner Schutzwiderstand Rs vorgesehen, der den Akkumulatorstrom nach oben hin begrenzt. Fuer den Ladevorgang selbst hat dieser Schutzwiderstand keinen stoerenden Einfluss, weil das Verhaeltnis Rs : R verschwindend klein ist, und somit Rs den Ladestrom nicht beeinflussen kann.

Es ist bekannt, bekannt, dass die erwaehnten Trockengleichrichterplaettchen sehr temperaturempfindlich sind. Um eine Funktionsbeeintraechtigung des Ladegeraets zu vermeiden, wird daher gemaess der Erfindung der Vorschaltwiderstand raeumlich von der Gleichrichteranordnung so getrennt, dass die im Vorschaltwiderstand auftretenden Temperaturerhoehungen die Gleichrichter nicht beruehren koennen. Das laesst sich technisch in sehr einfacher Weise so durchfuehren, dass man den Vorschaltwiderstand in den Stecker einbaut, mit dessen Hilfe das Ladegeraet an die Steckdose eines Lichtnetzes angeschlossen wird, waehrend das Ladegeraetgehaeuse lediglich die Gleichrichter, den Sicherheitsschalter und den Schutzwiderstand, sowie die Mittel zum Anschluss des Akkumulators oder des den Akkumulator enthaltenden Geraetes, z.B. einer Taschenlampe, enthaelt. Da bei dieser Einrichtung im Gleichrichterteil keine hohen Temperaturen auftreten koennen, ist es möglich, diesen Teil der Einrichtung auch aus einem Material herzustellen, dass verhaeltnismaessig waermeempfindlich ist, z.B. gewissen Kunstharzpressmassen verschiedenen Typs.

Eine praktische Ausführungsform eines Ladegeraetes gemaess der Erfindung ist in den Fig. 6 bis 8 dargestellt. Es besteht aus einem unten offenen zylindrischen Gehaeuse 1 aus Isolierstoff, z.B. Kunstharz, das durch einen Zwischenboden 2 in einen oberen und einen unteren Raum unterteilt ist. Im oberen Raum, der durch einen in der Mitte gelochten Deckel abgeschlossen wird, befindet sich der Gleichrichter 4, dessen innere Einrichtung der Fig. 4 entspricht. Dieser Gleichrichter 4 ist an das Netz durch ein biegsames Kabel 5 mittels eines Steckers 6 anzuschliessen. An den Gleichrichter 4 ist einerseits ein in den Zwischenboden 2 eingesetzter Kontakt 7, andererseits eine Leitung 8 angeschlossen, die nach unten an einen flachen Metallring 9 fuehrt.

Zwei Kleinakkumulatoren 10 sind in einem zylindrischen Gehaeuse 11 aus Isolierstoff eingesetzt, das ein Handlampengehaeuse sein kann. Es wird mit seinem oberen Randgewinde 12 in das Ladegehaeuse eingeschraubt. Mit der Unterseite liegt der untere Akkumulator auf einer Feder 13 auf, die gegen einen Kontaktstreifen drueckt. Dieser Kontaktstreifen, der aus einem einfachen Stueck Messing oder Kupferblech bestehen mag, erstreckt sich ueber die ganze Laenge des Lampengehaeuses 11, in dessen Inneren bis zu einem oberen Rande und stellt hier beim Einschrauben in das Ladegeraet die metallische Verbindung mit dem an den einen Pol des Gleichrichters 4 mittels der Leitung 8 angeschlossenen Metallring 9 dar. Der Stecker besteht, wie die Fig. 7 und 8 zeigen, aus einem U'foermigen Koerper 15 aus geeignetem Isolierstoff, der auf der Unterseite die Steckerstifte 16 traegt. Mittels Schraeubchen 17 sind zwei federnde Schellen 18 auf dem Boden des Steckergehaeuses befestigt. In diese wird der auswechselbare Widerstand 19 eingeklemmt. Nach aussen hin ist der Steckerkoerper abgeschlossen durch ein gelochtes Schutzblech 20, das mit Krallen in den Boden des Steckerkoerpers eingreift und zum Zwecke der Auswechselung des Widerstandes 19 leicht abgenommen werden kann. Das Kabel 5 ist durch ein Loch des Schutzbleches 20 eingefuehrt. Eine seiner Adern geht an einen Steckerstift, die andere an eine der federnden Schellen 17, deren andere mit dem zweiten Steckerstift leitend verbunden ist, wie man aus der Zeichnung 7 erkennt.

Aus der Darstellung ergibt sich, dass aufgrund der Erfindung ein sehr einfaches und fuer jede Stromart geeignetes Ladegeraet gebaut werden kann.

Selbstverstaendlich ist die Erfindung nicht auf das gezeichnete Ausfuehrungsbeispiel beschraenkt, da die Haupterfindungsgedanken in verschiedener Form in die Praxis umgesetzt werden koennen.

Claims (6)

1. Allstromladegeraet fuer Kleinakkumulatoren, dessen Netzanschlussklemmen mit den Akkumulatorpolen ueber einen Vorschaltwiderstand und Trockengleichrichter verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Netzanschlussklemme (K1, K2) mit beiden Akkumulatorpolen durch je ein Paar Trockengleichrichter (V1, V4 und V2, V3) so verbunden ist, dass die Ladestromrichtung an den Akkumulatorpolen bei jeder beliebigen Polung der Netzanschlussklemmen die gleiche bleibt.

2. Allstromladegeraet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Netzanschlussklemme (K1, K2) an den positiven Akkumulatorpol mittels je eines stromdurchlassenden Trockengleichrichterventils (V1, V2) und an den negativen Akkumulatorpol mittels je eines stromsperrenden Trockengleichrichterventils (V4, V3) angeschlossen ist.

3. Allstromladegeraet nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltwiderstand (R) so weit raeumlich getrennt von den Trockengleichrichtern (V2, V1, V3, V4) angeordnet ist, dass diese keine schaedliche Erhitzung durch die Widerstandswaerme erhalten koennen.

4. Allstromladegeraet nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschaltwiderstand (R) auswechselbar in einem Stecker angeordnet ist, der mittels Anschlusschnur das die Gleichrichter enthaltende Ladegeraetsgehaeuse an das Netz anschliesst.

5. Allstromladegeraet nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Sicherheitsschalter (S), der bei Entfernung des Akkumulators (A) aus dem Ladegeraet die Akkumulatoranschlusspole kurzschliesst.

6. Allstromladegeraet nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Schutzwiderstand (Rs), der ein Kurzschliessen des Akkumulators (A) beim Ausziehen desselben aus dem Ladegeraet verhindert.