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Einrichtung zur Prüfung des Entladungszustandes von Akkumulatoren.
Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen zur Beurteilung des Entladungszustandes von Akkumulatoren vorgeschlagen worden, der dabei beispielsweise durch Prüfung des spezifischen Gewichtes der Säure, des inneren Widerstandes der Zellen oder des Aussehens der Platte bestimmt werden soll. Alle diese Einrichtungen gestatten aber nur ungefähre Orientierung, keineswegs jedoch eine einigermassen genaue Feststellung des Entladungszustandes. Auch gestatten sie nicht eine unmittelbare Ablesung des gesuchten Wertes.
Die Erfindung gestattet die einfache Ablesung des Entladungszustandes der Akkumulatoren an einem elektrischen Messgerät. Sie ist darauf gegründet, dass bei einem bestimmten Entladungszustande eines Akkumulators zu jeder ihm entnommenen Stromstärke eine bestimmte Klemmenspannung gehört, so dass also bei gleicher Stromentnahme verschiedenen Entladungszuständen verschiedene Klemmenspannungen entsprechen. Es sind dementsprechend gemäss der Erfindung zwei Messsysteme vorgesehene deren eines von dem Entladungsstrom, deren anderes von der Klemmenspannung beeinflusst wird. Die gegenseitige Stellung der beweglichen Organe dieser Messsysteme ergibt an einer den zu prüfenden Akkumulatoren angepassten Kurventafel den jeweiligen Ladungszustand.
Fig. i zeigt beispielsweise ein derartiges Kurvenblatt, bei dem für verschiedene Entladungszustände als Abszissen die Entladungsstromstärken, als Ordinaten die Klemmenspannungen einer Akkumulatorenzelle der zu prüfenden Art gemäss empirischer Untersuchung aufgetragen sind. Man erhält auf diese Weise eine Schar von Kurven (starke Linien), deren jede die Strom-und Spannungsverhältnisse bei einem bestimmten Entladungszustand erkennen lassen.
Diese Zustände sind in Prozenten der Gesamtkapazität des Akkumulators angegeben, ; Wenn also beispielsweise das voltmetrische Messgerät eine Spannung von I'9 Volt und eine Entladungsstromstärke von 5 Ampere zeigt, so ergibt die dem Schnittpunkt beider Koordinaten entsprechende Kurve, dass der Akkumulator noch über 40% seiner Kapazität verfügt. In der Kurventafel ist noch eine weitere Schar von Kurven (dünne Linien) eingetragen, welche erkennen lassen, wieviel Stunden hindurch der Akkumulator noch Strom derselben Stärke abzugeben vermag.
In dem gewählten Beispiel mit 5 Ampere und 1'9 Volt ergibt ein Vergleich des Schnittpunktes der Koordinaten mit den benachbarten zwei Kurven, dass der Akkumulator die gleiche Stromstärke ungefähr noch 11/2 Stunden zu liefern vermag.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht. Fig. 2 stellt ein Messgerät dar, das zwei Messsysteme mu'mi beispielsweise der Bauart nach Deprez enthält. Das eine davon 11tl wird durch die Entladungsstromstärke, das andere m2 durch die Akkumulatorenspannung beeinflusst. Ihre Eiger razz spielen über
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seitig derart angeordnet, dass sie sich für alle praktisch vorkommenden Betriebszustände des Akkumulators kreuzen.
Ausser den beiden Skalen i, S2 ist unter den Zeigern ein Kurvenblatt s3. vorgesehen, das die den Entladungszustand mit Bezug auf Entladungsstrom
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und Spannung entsprechenden Kurven der Fig. i, jedoch in einer Anordnung enthält, die der Winkelbewegung der beiden Zeiger an Stelle des in Fig. i gewählten rechtwinkeligen Koordinatsystems entspricht. Es ergibt der Kreuzungspunkt der beiden Zeiger Zl'Z2 ohne weiteres den nach Fig. i erst auf den Koordinatenlinien zu ermittelnden Punkt der zusammengehörigen Stromstärken und Spannungen und damit an der unter den Punkt fallenden Kurve den Entladungszustand des Akkumulator.
Auf der Kurventafel s3 können auch die in Fig. i dargestellten zwei Kurvenarten oder noch sonstige, auf beliebige interessierende Werte gerichtete Kurven angebracht sein. Das Kurvenblatt s3 ist zweckmässig auswechselbar, so dass man das Messgerät ohne grössere Veränderungen verschiedenen Akku- mulatoren anpassen kann. Jedoch auch für dieselbe Batterie wird es erforderlich sein, um der Abnutzung (Kapazitätsschwund) Rechnung zu tragen, die Kurven während des Betriebes nach längeren Zeiträumen auszuwechseln. Die Aufstellung neuer Kurven erfolgt auf Grund einer neuen Kapazitätsprobe der Batterie.
Die Anordnung nach Fig. 2 hat den Nachteil, dass sie im Verhältnis zu der Gesamt- grösse des Messgerätes eine kleine Kurventafel ergibt, die die Erreichung eines hohen
Genauigkeitsgrades erschwert. In Fig. 3 ist eine Einrichtung dargestellt, die diesen Nachteil vermeidet. Das Kurvenblatt $3 ist dabei auf einer Trommel t angeordnet, die mittels einer
Zahnradübersetzung 1t von dem amperemetrischen Messsystem 1IZ1 derart angetrieben wird, dass der grössten Systemverdrehung nahezu eine volle Umdrehung der Trommel entspricht.
Über der Trommel bewegt sich der Zeiger Z3 des voltmetrischen Messsystems.
Eine etwas andere Ausführungsform derselben Bauart zeigt Fig. 4. Da insbesondere bei kleinem Durchmesser der Trommel und bei einem kurzen Zeiger, dessen Ende einen'
Kreisbogen von verhältnismässig grosser Pfeilhöhe beschreibt, der Zeiger beispielsweise in den
Endlagen auf der Trommelfläche nahezu aufliegt, dagegen in der Mittellage einen erheblichen
Abstand von der Trommelfläche hat, so wird hierdurch die Genauigkeit der Ablesung in den Mittelstellungen stark beeinträchtigt.
Eine Vergrösserung des Trommeldurchmessers oder der Zeigerlänge vergrössert, jedoch die Abmessungen des ganzen Instrumentes und erschwert seine Unterbringung ; daher wird im vorliegenden Falle zur Abhilfe an Stelle der Zeiger- spitze für die Ablesung der Schnitt des Zeigers mit einer über der Trommel fest ange- brachten Marke benutzt, In dem Gehäuse a ist eine Trommel b mittels der Achse c dreh- bar gelagert. d ist ein dynamometrisches Instrument, dessen Anker über Kollektor und
Bürsten an eine konstante Spannung gelegt und dessen Feld proportional der Stromstärke erregt ist.
Die Trommel b wird wird also in Abhängigkeit vom Strom bewegt, und zwar kann für die Skala nahezu der volle Ausschlag von 3600 ausgenutzt werden. Als Gegenkraft des dynamometrischen Instrumentes dient die Spiralfeder i, die einerseits am Gehäuse a und andrerseits an der Trommel b befestigt ist. e ist der an die Spannung der Batterie angeschlossene Drehspulen-Spannungsmesser. Sein Zeiger f spielt so über der Trommel b, dass er in seiner mittleren Stellung senkrecht zur Trommelachse steht und dass er bei den vorkommenden Spannungsänderungen die volle Trommelfläche bestreicht. In der Vorderwand des Gehäuses a ist eine Glasscheibe g eingesetzt, die auf ihrer Unterseite als feststehende
Marke einen eingeätzten Strich lt besitzt.
Beim Ausschlagen der Instrumente ist die Lage des Schnittpunktes des Spannungszeigers f mit der festen Marke h in bezug auf die Kurven auf der Trommel b leicht ablesbar.
Fig. 5 stellt die Kurven auf der Trommel b in der Abwicklung dar. Um die Ablesung bei geringen Stromstärken zu verbessern, sind die Ausschläge und die Teilung in Richtung des Trommelumfanges (Ampere) unproportional gemacht, wie dies in der Messtechnik häufig ausgeführt wird, um bei grossen und kleinen Ausschlägen prozentual gleiche Genauigkeit zu erhalten. Entsprechend dem praktischen Bedürfnis für die wohl häufigste Benutzung des
Instrumentes auf Fahrzeugen geben ferner die Kurven an Stelle von Hundertteilen der Kapazität oder von Amperestunden der Restladung unmittelbar die Zeitdauer an, für die die Restladung bei dauernd gleichem Stromverbrauch noch den Betrieb gestattet.
Es wird hierdurch gleichzeitig dem Irrtum vorgebeugt, dass man etwa durch Division der Ampere- stunden durch eine andere als die gerade verbrauchte Stromstärke die Benutzungsdauer für die neue Verbrauchsstromstärke finden könnte.
Die Ablesung geschieht folgendermassen : Steht beispielsweise zu einer bestimmten Zeit der Zeiger f auf"94 Volt und die Trommel auf 150 Ampere, so ergibt die Ablesung (Schnittpunkt des Zeigers f mit der Marke lt) unmittelbar, dass mit diesem Stromverbrauch noch 10 Stunden weitergefahren werden kann. Auf die Werte von Spannung und Strom ist hier nur zur Erläuterung hingewiesen ; ihre Ablesung insbesondere des Spannungswertes ist ) natürlich nicht erforderlich.
Neben den ausgezogenen Kurven für die Fahrtdauer ist noch eine Schar punktierter
Kurven eingezeichnet, die die anderen schneidet. Diese Kurven sind geometrische Orte der
Punkte gleichen Entladungszustandes und dienen zur Bestimmung der Fahrtdauer bei Strom-
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stärken, die von dem augenblicklichen VerbrÅauch abweichen. Soll beispielsweise schneller gefahren und hierzu die Stromstärke erhöht werden, so ergibt die Verfolgung der durch den Ablesepunkt hindurchgehenden punktierten Kurve, dass bei einer Steigerung des Stromverbrauches auf etwa 270 Ampere noch eine Fahrtdauer von fünf Stunden möglich ist ; andrerseits würde eine Verringerung des Stromverbrauches auf etwa 85 Ampere noch eine Fahrtdauer von 20 Stunden gestatten.
Um zur Erleichterung dieser Ablesung eine Drehung der Trommel vornehmen zu können, ist auf der Achse c ein aus dem Gehäuse herausragender Knopf o befestigt, durch den die erforderliche Bewegung entgegen der Richtkraft des Instrumentes mit der Hand ausgeführt wird.
Für die Genauigkeit der Angaben des Entladezustandes einer Batterie ist beachtlich, dass die Spannung der Batterie nur bei einer ganz bestimmten Säuredichte in Verbindung mit dem Entladestrom die Kapazität kennzeichnet. Bei anderer Säuredichte ist die derselben Kapazität entsprechende Spannung eine andere. Es empfiehlt sich daher den Nullpunkt des Spannungsanzeigers verschiebbar zu machen, damit der Zeiger von Zeit zu Zeit bei vollgeladener Batterie auf denjenigen Spannungswert eingestellt werden kann, der diesem Zustand bei normaler Säuredichte entspricht,
Bei der Anordnung der Kurven auf dem Umfang einer Trommel kann durch Lagerung der Spannungszeigerachse und der Trommelachse in derselben Geraden eine sehr gedrängte Bauart des Instrumentes erzielt werden. Als- Ablesemarke muss hierbei eine schraubenförmige Kurve auf einer zylindrischen Glasfläche verwendet werden.
An Stelle der Anordnung der Kurven auf dem Umfang einer Trommel können sie auch auf eine ebene Ringfläche übertragen werden. Es ergibt sich dann der Vorteil, dassihr Verlauf mit einem Blick übersehen werden kann und eine Drehung des Kurventrägers von Hand nicht mehr nötig ist, wenn die Fahrtdauer für Stromwerte bestimmt werden soll, die von dem augenblicklichen Stromverbrauch abweichen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. n ist der das Skalenblatt tragende scheiben-
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die Ablesemarke dar.
An Stelle der in Fig, 6-dargestellten konzentrischen Lagerung der Scheibe n und des Spannungsmessers e kann der letztere auch ausserhalb der Scheibe n gelagert sein, wie dies Fig. 7 zeigt. In diesem Fall kann die besondere Ablesemarke h entfallen, und die Ablesung geschieht an der Stelle, wo sich die Spitze des Zeigers befindet.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass naturgemäss die Kurvenschar auch an dem beweglichen Teil des Spannungsmessers angebracht sein und der Zeiger von einem dynamometrischen Instrument proportional der Stromstärke bewegt werden kann.
Wird der Batterie kein Strom entnommen, so geht das dynamometrische Instrument in seine Nullage. Der Spannungsmesser stellt sich zwar auf einen bestimmten Wert ein, der jedoch keine Rückschlüsse auf den Entladezustand der Batterie zulässt. Um auch dann den Entladezustand zu kennen, werden die beweglichen Teile des Instrumentes zweckmässig mit Feststellvorrichtungen versehen, durch die sie in der letzten Betriebsstellung gehalten werden, ehe der Batteriestromkreis geöffnet wird. Geschieht die Feststellung von Hand, so wird sie zweckmässig in irgendeiner bekannten Weise von aussen deutlich erkennbar gemacht, damit sie bei Weiterbenutzung der Batterie wieder aufgehoben wird.
Die Feststellung kann auch selbsttätig erfolgen, indem beispielsweise unter Federspannung stehende Bremsbacken die beweglichen Teile des Instrumentes festhalten, solange nicht durch Solenoide die Federspannung aufgehoben wird. Mit dem den Batteriestrom schliessenden Schalter werden dann Hilfskontakt verbunden, die die Solenoide speisen, Wenn die Batterie eingeschaltet wird. Sind auf einem Fahrzeug ausser dem Fahrstromschalter noch Beleuchtungsschalter vorhanden, so werden zweckmässig die Hilfskontakte an dem Fahrstromschalter angebracht. Sofern dieser gestattet, den Batteriestrom auf sehr kleine Werte herabzuregeln, ehe er unterbrochen wird, empfiehlt es sich, die Hilfskontakt so anzuordnen, dass sie unterbrochen werden, solange der Batteriestrom noch einen für die Kapazitätsbestimmung geeigneten Wert besitzt.
PATENT-ANSPRüCHE : I. Einrichtung zur Prüfung des Entladungszustandes von Akkumulatoren, gekennzeichnet durch zwei Messvorrichtungen, deren eine von dem Entladungsstrom, deren andere von der Klemmenspannung beeinflusst wird, wobei die gegenseitige Stellung der beweglichen Glieder dieser Messvorrichtungen an einer den Eigenschaften der zu prüfenden Akkumulatoren entsprechenden Kurventafel unmittelbar den jeweiligen Entladungszustand, die bei einer bestimmten Stromstärke noch vorhandene Entladezeit o. dgl. erkennen lässt.