CH422973A - Electrical device with a rechargeable battery and a portable DC power device - Google Patents

Electrical device with a rechargeable battery and a portable DC power device

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CH422973A
CH422973A CH1509563A CH1509563A CH422973A CH 422973 A CH422973 A CH 422973A CH 1509563 A CH1509563 A CH 1509563A CH 1509563 A CH1509563 A CH 1509563A CH 422973 A CH422973 A CH 422973A
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CH
Switzerland
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electrical
battery
current
direct current
rectifier
Prior art date
Application number
CH1509563A
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German (de)
Inventor
William Haydon Arthur
Original Assignee
Haydon Switch & Instr Inc
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    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction

Description

  

  Elektrische Einrichtung mit einer     wiederaufladbaren    Batterie  und einem tragbaren Gleichstromgerät    Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Elektro  geräte und betrifft insbesondere eine Einrichtung zum  Betreiben von tragbaren Elektrogeräten entweder  von einer dem Gerät zugeordneten     Eigenstromquelle     aus oder z. B. über das Stadtnetz oder eine andere       Sammel-Stromanlage.    Die Erfindung bezieht sich in  erster Linie auf Elektrogeräte, wie Elektrorasierer,  Staubsauger, Lötkolben,     Hand-Werkzeuggeräte    usw.,  bei denen z.

   B. der     uneingeschränkte    Betrieb und     die          Tragbarkeit    durch den Benutzer des Geräts bisher       typischerweise    durch die Notwendigkeit des Vorhan  denseins einer zu einer     elektrischen    Stromquelle füh  renden Anschlussleitung verhindert wurden.  



  Zur Vermeidung dieser Nachteile schafft die Er  findung eine elektrische Einrichtung mit einer     wie-          deraufladbaren    Batterie und einem an diese     an-          schliessbaren    tragbaren elektrischen Gleichstromgerät  und ist gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum  wahlweisen Verbinden:  a) des Geräts mit der Batterie, um das Gerät mit  deren Hilfe betreiben zu können,  b) des Geräts mit     Klemmen    für eine andere  Gleichstromquelle, um das Gerät mit deren Hilfe be  treiben zu können,  c) der Batterie mit     Klemmen    für eine weitere  Gleichstromquelle, um die Batterie aus dieser wieder  aufzuladen.  



  Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrich  tung, mit deren     Hilfe    ein elektrisches Gerät nach  einer beliebigen von     zwei    an sich möglichen Betriebs  arten betrieben werden kann. Im ersten Fall wird das  elektrische Gerät durch seinen ihm zugeordneten  Batteriesatz gespeist, während es im zweiten Fall  z. B. über eine     Anschlussleitung    vom Netz bzw. einer  stationären Stromquelle aus mit Gleichstrom betrie  ben wird. Da die stationäre Stromquelle zweckmässig    ein elektrischer Netzanschluss mit Wechselstrom ist,  sind bei gewissen Ausführungsformen der Erfindung  Mittel zum Gleichrichten des Wechselstroms vorge  sehen.

   Auf     Grund    dieser beiden zur Verfügung ste  henden Betriebsarten bleibt das elektrische Gerät je  derzeit für den vorgesehenen Zweck brauchbar, und  zwar selbst dann, wenn sich der dem Gerät zugeord  nete Batteriesatz bereits unter den für einen wirk  samen Betrieb erforderlichen Schwellwert entladen  hat.  



  Da zum Aufladen ein niedriger, sogenannter        Kriechstrom     erforderlich ist, benötigen die zurzeit  bekannten und für die Verwendung in tragbaren Ge  räten zur Verfügung stehenden Batteriesätze im all  gemeinen eine im Verhältnis zu derjenigen Zeit  spanne, während welcher der Batteriesatz während  der Verwendung als     Kraftquelle    für den Betrieb des  Geräts die gleiche Menge an elektrischer Energie ab  gibt, wesentlich längere     Aufladezeit.    Aus diesem  Grund sind bei einer Weiterausbildung der Erfindung  ausserdem Mittel vorgesehen, um zwei verschiedene  Aufnahmegeschwindigkeiten von Gleichstrom aus  der stationären Stromquelle zu gewährleisten,

   und  zwar     einmal    eine niedrige Stromaufnahme in der  Grössenordnung von einigen Zehntel     mA    zum Wie  deraufladen des Batteriesatzes, und zum anderen  eine verhältnismässig hohe Stromaufnahme von meh  reren     Ampere    zum     unmittelbaren    Betreiben des  Elektrogeräts selbst. Das Gerät kann sich somit in  einem der folgenden Aktivzustände befinden:  1. Betrieb des Geräts mittels der ihm zugeordne  ten Batterien.  



  z. Betrieb des Geräts durch Speisung aus einer       äusseren    Stromquelle.  



  3. Ruhezustand des Geräts bei gleichzeitiger Ruf  ladung seiner Batterien.      In den beiden letztgenannten Zuständen ist eine  Verbindung zwischen dem Gerät und einer Fremd  stromquelle     erforderlich.     



  Die     Erfindung    ermöglicht, dass,     mit    Ausnahme  eines zur Bestimmung der     Stromaufnahmemenge    die  nenden     Glieds,    sowohl zum Betrieb des Geräts über  eine     Fremdstromquelle    als auch zum Aufladen der  Batterien stets die gleiche     Schaltungsanordnung    ver  wendet werden kann. Weiterhin kann vorteilhaft die  die     Anschlussschnur    und den Batteriesatz umfassende       elektrische    Ausrüstung leicht zu einer Einheit zu  sammengestellt und dem Benutzer als Zusatzgerät  verkauft werden.  



  Die Erfindung ist speziell auf elektrische Geräte  der beschriebenen Art anwendbar, wobei es sich hier  um Geräte mit geringer Grösse und niedrigem Ge  wicht,     Transportierbarkeit,    Beweglichkeit, kurzzeiti  gem sowie längerem Betrieb und verhältnismässig  hoher Wirksamkeit handelt.   Die Erfindung sei nunmehr anhand der Zeich  nungen beispielsweise erläutert.

   Es zeigen:       Fig.        1A    ein Blockschaltbild der elektrischen Aus  rüstung einer Vorrichtung mit den Merkmalen der  Erfindung für den Fall der ersten Betriebsart, bei  welcher das Elektrogerät mit     Hilfe    des ihm zugeord  neten Batteriesatzes betrieben wird,       Fig.    1B ein Blockschaltbild der elektrischen Aus  rüstung dieser     Vorrichtung    für den Fall, dass ihr Bat  teriesatz von einer elektrischen     Fremdstromquelle    aus  aufgeladen wird,       Fig.    1 C ein Blockschaltbild der elektrischen Aus  rüstung der Vorrichtung für den Fall der zweiten Be  triebsart,

   bei welcher das Elektrogerät unmittelbar  von einer     Fremdstromquelle    gespeist wird,       Fig.    2A eine dem Blockschaltbild     gemäss        Fig.        1A     entsprechende elektrische Schaltung für den Fall der  ersten Betriebsart,       Fig.2B    eine dem Blockschaltbild gemäss     Fig.     1B entsprechende elektrische Schaltung,       Fig.    2C eine dem Blockschaltbild gemäss     Fig.     1C entsprechende elektrische Schaltung für den Fall  der zweiten Betriebsart,

         Fig.3    eine bildliche Darstellung einer beispiel  haften Ausführungsform der Erfindung in Form eines  elektrischen Rasierapparats, bei welcher das Gerät  nach der ersten Betriebsart arbeitet,       Fig.4    eine     bildliche    Darstellung der Ausfüh  rungsform der Erfindung gemäss     Fig.    3, bei welcher  die Batterien der Vorrichtung nachgeladen werden,       Fig.    5 eine teilweise im     Schnitt    längs der Linie  5-5 in     Fig.    4 dargestellte Detailansicht gewisser elek  trischer Anschlüsse dieser Ausführungsform der Er  findung,

   und       Fig.    6 eine bildliche Darstellung der Ausfüh  rungsform der     Erfindung    gemäss     Fig.    3, bei welcher  das nach der zweiten Betriebsart arbeitende Gerät  mit Netzstrom gespeist wird.  



  In     Fig.        1A    ist eine auf die erste     Betriebsart    ge  schaltete Vorrichtung 30 dargestellt, die aus der  Kombination eines     Arbeits-    bzw. Gebrauchsgeräts 10,    beispielsweise eines Elektrorasierers, Staubsaugers,  Lötkolbens, einer elektrischen Bohrmaschine oder  dgl., mit einem Batteriesatz 20 besteht, welcher das  Gerät 10 über eine Leitung 25 mit Gleichstrom speist.  Die Kombination ist als     Ganzes    in einem Behälter  untergebracht, der gemäss der vorgesehenen Funk  tion und Arbeitsweise des Elektrogeräts ausgebildet  ist. Der Batteriesatz 20 kann aus einer Reihen- oder  Parallelanordnung wiederaufladbarer Batteriezellen  bestehen.

   Eine für den beschriebenen Zweck beson  ders geeignete     Batteriezellenart    ist ein geschlossener       Nickel-Cadmium-Akkumulator,    da derartige Samm  ler viele Male wieder aufgeladen werden können und  somit eine lange Betriebslebensdauer gewährleisten,  die durch langes Stehenlassen weder in geladenem  noch ungeladenem Zustand     nachteilig    beeinflusst  werden.  



  Elektrogeräte der vorstehend genannten Art ent  nehmen ihrer zugeordneten Batterie eine     verhältnis-          mässig    hohe Stromstärke und sind im allgemeinen so  konstruiert, dass sie von dieser Stromquelle aus ma  ximal etwa eine Stunde lang betrieben werden kön  nen. Zur einwandfreien     Aufladung    des Batteriesatzes  20 ist ein Ladestrom erforderlich, der wesentlich ge  ringer ist als der vom Arbeitsgerät 10 aufgenommene       Entladestrom.    Dieser niedrige bzw.      Kriech -Lade-          strom    muss daher über verhältnismässig lange Zeit  spannen von     typischerweise    mehreren Stunden an die  Batteriezellen angelegt werden.  



  In     Fig.    1B ist das Nachladen des Batteriesatzes  20 mit von einer äusseren     Netz-Wechselstromquelle     50 entnommener     elektrischer    Energie veranschau  licht, nachdem der Wechselstrom zuerst durch einen  Gleichrichter 40 in Gleichstrom umgewandelt wurde.  Das     Glied    60 ist eine     blockschaltbildliche    Darstellung  einer Einrichtung zum Gleichrichten und Begrenzen  des über die     Leitung    65 dem     Batteriesatz    20 zuge  führten Ladestroms. Es ist zu beachten, dass in die  sem Zustand keine elektrische Verbindung zwischen  dem Batteriesatz 20 und dem Arbeitsgerät 10 der  Kombination 30 besteht.  



  In     Fig.    1C ist die Arbeitsweise der Kombination  30 im Fall der zweiten Betriebsart dargestellt, bei  welcher das Arbeitsgerät 10 von der     Netz-Wechsel-          stromquelle    50 aus gespeist wird, nachdem der Wech  selstrom durch den Gleichrichter 40 in Gleichstrom  umgewandelt worden ist. Das     Glied    80 ist eine block  schaltbildliche     Darstellung    eines Ausgangs des  Gleichrichters 40, der dem Gerät 10 über die Lei  tung 85 einen Arbeitsstrom     grosser    Stromstärke zur  Verfügung stellt. Bei dieser Betriebsart der Anord  nung besteht keine elektrische Verbindung zwischen  dem Batteriesatz 20 und dem Gerät 10.

   Die elek  trische Trennung des Batteriesatzes 20 vom Arbeits  gerät 10 in den in den     Fig.    1B bzw. 1C dargestellten  Betriebszuständen     ist    notwendig wegen des Unter  schieds     zwischen    den     jeweiligen    Stromstärken, wie sie       einmal    für die      Kriechstrom -Nachladung    des Bat  teriesatzes und zum anderen Mal     für    die Speisung des      Geräts     erforderlich    sind, welches im Betrieb eine  hohe Stromaufnahme hat.  



  Die     Fig.        2A-2C    sind beispielhafte schematische  Darstellungen elektrischer Schaltungen zur Gewähr  leistung der Ziele der Erfindung.  



       Fig.2A    entspricht dem Blockschaltbild gemäss       Fig.    1A und veranschaulicht eine aus einem Batterie  satz 20 und einem durch einen Gleichstrommotor 12  angetriebenen Arbeitsgerät 10 bestehende elektrische  Kombination 30 für den Fall der ersten Betriebsart.  In diesem Fall liegt der Gleichstrommotor 12 über  einen in einer Stellung 14a stehenden Schalter 14 am  Batteriesatz 20, welcher den Motor 12 mit Gleich  strom speist, so dass die Vorrichtung 30 an von ver  fügbaren Netzanschlüssen entfernten Stellen und  ohne jede Anschlussleitung, welche den Betrieb des  Geräts behindern könnte, benutzt werden kann.

   Für  die vorher beschriebenen, vorgesehenen Anwen  dungszwecke ist die Vorrichtung 30 so ausgebildet,  dass sie einen zufriedenstellenden Betrieb in dieser  Betriebsart erlaubt, um Aufgaben kurzer Dauer von  beispielsweise etwa 30 min bis zu etwa 1 Stunde  durchführen zu können. Wegen der verhältnismässig  hohen Stromaufnahme des Geräts 10, die in der  Grössenordnung von einem oder mehreren Ampere  liegen kann, würde ein längerer Betrieb eine entspre  chende Erhöhung der Speicherfähigkeit der Batterien  erforderlich machen. Zu diesem Zweck wären wie  derum mehrere grössere und schwerere Batteriezel  len     erforderlich,    welche die Grösse der die Vorrich  tung aufnehmenden Packung wesentlich erhöhen  würden.

   Da elektrische Vorrichtungen der genannten  Art im Idealfall niedriges Gewicht besitzen und leicht  handhabbar sein sollten, ist für jede spezielle Vor  richtung eine optimale konstruktive Kombination be  züglich der Grösse des Batteriesatzes und der ge  wünschten Betriebsdauer des Geräts in der ersten  Betriebsart, d. h. durch Speisung von den Batterien  aus, massgeblich. Wenn das Gerät über die ge  wünschte Zeitspanne hinweg mit Hilfe der Batterien  20 in der ersten     Betriebsart    betrieben worden ist, ist  für das weitere Arbeiten nach dieser Betriebsart zu  vor das Nachladen der Batteriezellen notwendig.  



       Fig.    2B zeigt die elektrische Schaltung der Vor  richtung zum Wiederaufladen des Batteriesatzes 20  aus einer äusseren     Wechselstromquelle    50. Bei der  dargestellten Ausführungsform wird der     Netz-Wech-          selstrom    mit Hilfe eines aus einem Transformator 42  mit     Mittelanzapfung    und zwei in Brückenschaltung  angeordneten Dioden 44 und 46 bestehenden     Voll-          weggleichrichters    40 gleichgerichtet. Selbstverständ  lich können auch andere     Gleichrichterschaltungen     ohne weiteres für diesen Zweck verwendet werden.  



  Die elektrische Verbindung zwischen dem Gleich  richter 40 und der Vorrichtung 30 zwecks Nach  ladung von deren Batteriesatz 20 erfolgt über ein  zwischen die     Anschlussklemmen    110a und 100b bzw.  110d und 100c eingeschaltetes zweiadriges Kabel 65.  Bei in Stellung 14b stehendem Schalter 14 ist der       Batterie-Aufladekreis    geschlossen und ist der Motor    12 vom Batteriesatz 20 getrennt, da das Gerät 10  nicht an Spannung liegt, solange sich die Vorrich  tung im     Aufladezustand    befindet.

   In diesem Auf  ladezustand wird ein     Strombegrenzerglied,    beispiels  weise ein entsprechend dimensionierter Widerstand  48, in den     Aufladekreis    eingeschaltet, um den Lade  gleichstrom auf einen niedrigen     Wert    in der     Grössen-          ordnung    von einigen Zehnteln     mA    zu reduzieren.  



  Wegen der Notwendigkeit für eine langsame bzw.        Kriechstrom -Aufladung    des Batteriesatzes 20 ist im  Verhältnis zur Betriebszeit des Geräts von etwa einer  halben Stunde, während welcher dieses vom Batterie  satz aus gespeist werden kann, eine lange Zeitspanne       erforderlich,    um die Batterien wieder voll aufzuladen.  Diese     Aufladezeit        kann    beispielsweise zehn- bis hun  dertmal so lang sein wie die     Entladezeit,    so dass für  die vorher erwähnten     Nickel-Cadmium-Sammler    eine  Ladezeit von 12 bis 24 Stunden benötigt wird.

   Aus  diesem Grund     kann    das Gerät 10 während dieser  Zeitspanne, während welcher die     Aufladung    erfolgt,  nicht ohne weiteres mit     Hilfe    der     Batterie-Stromver-          sorgung    betrieben werden. Bei herkömmlichen Vor  richtungen dieser Art würde dieser Umstand den       Ausfall    der Vorrichtung für die Dauer des     Auflade-          vorgangs    zur Folge haben. Falls jedoch der Benutzer  der Vorrichtung das Gerät 10 in Betrieb nehmen  möchte, bevor der Batteriesatz 20 Zeit hatte, voll  ständig aufgeladen zu werden, kann die Vorrichtung  auf den Betrieb nach der zweiten Betriebsart umge  schaltet werden.  



       Fig.    2C entspricht dem die Vorrichtung in ihrer  zweiten     Betriebsart    veranschaulichenden Blockschalt  bild gemäss     Fig.1    C und ist ein Schaltbild einer für die  sen Zweck     zufriedenstellenden    Schaltung. Wie aus     Fig.     2C ersichtlich ist, kann dieselbe     Gleichrichteranord-          nung    wie im Fall der Schaltung gemäss     Fig.    2B ohne  Änderung auch für den Betrieb des Elektrogeräts 10  durch die     Netz-Wechselstromquelle    50 verwendet  werden.  



  Der aus dem Transformator 42 und den Dioden  44 und 46 bestehende     Vollweggleichrichter    40 ver  sorgt die Anschlussklemmen 110a und 110b     mit     Gleichstrom, der über eine Leitung 85, typischer  weise ein zweiadriges Kabel, den     Anschlussklemmen     100a und 100c der Vorrichtung 30     zugeführt    wird.  Bei in Stellung 14b stehendem Schalter 14     liegt    das  den Motor 12 aufweisende Arbeitsgerät 10 über der       Gleichrichter-Stromquelle,    während der Batteriesatz  20 von diesem Stromkreis getrennt ist.

   Da das Strom  begrenzer-Widerstandsglied 48 bei dieser Betriebsart  nicht zwischen den Gleichrichter 40 und die Vorrich  tung 30 eingeschaltet ist, vermag das Arbeitsgerät 10  die für den zufriedenstellenden Betrieb     erforderliche     hohe Strommenge     aufzunehmen.    Es ist zu beachten,  dass der Schalter 14 der Vorrichtung 30 in dieser Be  triebsart einen     doppelten    Zweck     erfüllt,    d. h. neben  dem Schliessen der Verbindung zwischen dem Ar  beitsgerät 10 und der stationären Stromquelle trennt  er ausserdem den Batteriesatz 20 von dem an Span  nung liegenden Stromkreis und verhindert hierdurch      einen andernfalls vorhandenen hohen Ladungsstrom  fluss zum Batteriesatz, welcher nachteilige Folgen für  die Batterien haben würde.  



  In     Fig.    3 ist eine     beispielhafte    Ausführungsform  der elektrischen Vorrichtung 30 gemäss den     Fig.    1  und 2 in Form eines elektrischen Rasierapparats dar  gestellt. Diese     bildliche    Darstellung eines speziellen  Ausführungsbeispiels dient zur Erläuterung     derArt    und  Weise, auf welche     die        Erfindung    ohne weiteres auf  andere elektrische Vorrichtungen derselben allgemei  nen Art, wie     Handbohrmaschinen,    Staubsauger usw.,  angewandt werden     kann.        Fig.    3,

   gemäss welcher der       Elektrorasierer    durch seinen ihm zugeordneten Bat  teriesatz gespeist wird, veranschaulicht die elektrische  Vorrichtung in der ersten, im     wesentlichen    den     Fig.          1A    und 2A entsprechenden Betriebsart. Bei, wie dar  gestellt, in Stellung 14a stehendem Schalter 14     liefert     der Batteriesatz 20     (Fig.    2A), der zusammen mit dem  Gleichstrommotor 12     (Fig.    2A) in das Gehäuse 150  des Rasierapparats eingebaut ist, die elektrische An  triebsenergie für zwei umlaufende Scherköpfe 120  und 122.  



       Fig.    4     veranschaulicht    den elektrischen Rasier  apparat mit seinem Batteriesatz während des Ruf  ladens über einen     Gleichrichterkreis,    der in ein Ge  häuse 140 eingebaut ist und über eine mit einem  nicht dargestellten     Netzanschluss    verbundene Lei  tungsschnur 160 mit Wechselstrom gespeist wird. So  wohl der Rasierapparat als auch sein Gleichrichter  sind in einer gedrängt zusammengebauten Anordnung       in    einem Gehäuse 170 angeordnet.

   Wenn der Bat  teriesatz wieder aufgeladen werden soll,     wird    der  Schalter 14 in die Stellung 14b umgelegt, wobei die       Anschlussklemmen    100b und 100c mit ihren zuge  hörigen Gegenstücken, d. h. den Anschlussklemmen  110c und     1lOd    des Gleichrichters 40     (Fig.2B)    in  Verbindung stehen.

   Wie am besten aus     Fig.    5 ersicht  lich ist, werden diese Verbindungen beispielsweise  durch     Federberührung    von in der Bodenfläche 152  des Elektrorasierers vorgesehenen     Stiften    100b und  100c mit     Gabelgliedern    110c bzw. 110d in der Steck  dose 142 des     Gleichrichtergehäuses    140 hervorge  bracht. Die     Anschlussklemme    100a, die während des  Rufladens an sich     stromlos    ist, dient als mechanischer  Festleger für die     Polung,    um die     Anschlussklemmen     der elektrischen Vorrichtung 30 mit den richtigen  Klemmen des Gleichrichters 40 zu verbinden.

   Wäh  rend des Rufladens des Batteriesatzes liegt der Ra  sierapparat     räumlich    eng am     Gleichrichterteil    an, so  dass die Kombination dicht zusammengedrängt in  nerhalb des geschlossenen Gehäuses<B>170</B> angeordnet  ist. Der Benutzer kann somit die     Vorrichtung    zwecks  Rufladung der Batterien über Nacht stehen lassen,  nachdem er sie über das Kabel 160 an ein elektri  sches Netz angeschlossen hat, um das Gerät am näch  sten Tag     mittels    seines zugeordneten Batteriesatzes  betreiben zu können.  



       Fig.6    veranschaulicht den elektrischen Rasier  apparat beim Betrieb nach der zweiten Betriebsart,  wobei er über die Leitung 85 mit. gleichgerichtetem    Strom gespeist wird. Der Gleichrichter ist in diesem  Fall wiederum über die Zuleitung 160 mit einem       Wechselstromanschluss    verbunden. In dieser, im we  sentlichen den     Fig.    1 C und 2C entsprechenden Be  triebsart wird der Elektrorasierer über den Gleich  richter unmittelbar durch Netzstrom und nicht von  den ihm zugeordneten Batterien gespeist. In dieser  zweiten Betriebsart kann das Gerät über längere  Zeitspannen hinweg betrieben werden, welche die  durch die Speicherfähigkeit des Batteriesatzes 20 er  möglichte Betriebsdauer bei weitem übersteigen.

   Aus  diesem Grund kann der Elektrorasierer in diesem Fall  selbst dann für den vorgesehenen Zweck eingesetzt  werden, wenn die Batteriezellen bis auf einen unter  halb des für einen wirksamen Betrieb erforderlichen  Werts liegenden Wert entladen wurden und keine  Zeit zur Verfügung steht, um die Batterien nachzu  laden. Wie dargestellt, erhält der elektrische Rasier  apparat in diesem Fall seine     Antriebsenergie    über  eine zweiadrige Zuleitung 85, welche die     Anschluss-          klemmen    100a und 100c des Geräts mit den zugehö  rigen Anschlüssen 110a und 110b     (Fig.    4 und 2C)  des im Gehäuse 140 angeordneten     Gleichrichterkrei-          ses    verbindet.

   Bei dieser Betriebsart wird der Schalter  14 in seiner Stellung 14b belassen, so dass der Bat  teriesatz vom Stromkreis getrennt ist, während der  Netzbetrieb des Rasierapparates stattfindet.  



  Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte dem  Fachmann die Art und Weise, auf welche sich die  Erfindung gleichermassen auf andere Elektrogeräte  der allgemein beschriebenen Art anwenden lässt,  ohne weiteres     ersichtlich    sein. Die Erfindung schafft  eine Einrichtung, mit deren     Hilfe    ein elektrisches  Gleichstromgerät nach zwei Betriebsarten betrieben  werden kann, nämlich     einmal    unter     Verwendung     eines ihm zugeordneten Batteriesatzes und zum ande  ren von z. B. einem Wechselstromnetz aus.

   In den  häufig vorkommenden Fällen, in denen der Benutzer  des Geräts entweder übersehen hat, den Batteriesatz  nachzuladen oder in denen er die Batterien im Ver  lauf des Betriebs entleert hat, gewährleistet die Er  findung ein Mittel zur unmittelbaren Wiederbenut  zung des Geräts, indem dieses auf die zweite Be  triebsart umgeschaltet werden kann, statt dass bis zur  Beendigung des Rufladens der Batterien gewartet  werden muss.

   Ausserdem ermöglicht die Erfindung  eine Einrichtung zur Gewährleistung der Zufuhr von  gleichgerichtetem Strom bestimmter Stärke aus einem  Wechselstromnetz, während das Gerät nach der zwei  ten Betriebsart betrieben wird, und der Zufuhr von  gleichgerichtetem Strom niedrigerer Stromstärke,  wenn die Vorrichtung nicht in Betrieb steht und statt  dessen ihr Batteriesatz nachgeladen wird, so dass  letzterer auf die wirksamste und bequemste Weise  und ohne Schädigung der Zellen wieder voll aufge  laden werden kann.  



  Die vorstehend verwendeten Begriffe und Aus  drücke sollen lediglich zur Erläuterung der Erfindung  dienen und diese in keiner Weise einschränken und  den dargestellten und beschriebenen Merkmalen bzw.      Teilen     gleichwertige    Merkmale nicht ausschliessen, da  dem     Fachmann        ersichtlicherweise        zahlreiche    Ände  rungen und Abwandlungen möglich sind, ohne dass  der Rahmen der Erfindung verlassen wird.



  Electrical device with a rechargeable battery and a portable direct current device The invention relates generally to electrical devices and relates in particular to a device for operating portable electrical devices either from a power source associated with the device or z. B. via the city network or another collective power system. The invention relates primarily to electrical appliances such as electric shavers, vacuum cleaners, soldering irons, hand tool devices, etc., in which z.

   B. the unrestricted operation and portability by the user of the device have typically been prevented by the need for the presence of a lead to an electrical power source.



  To avoid these disadvantages, the invention creates an electrical device with a rechargeable battery and a portable electrical direct current device that can be connected to it, and is characterized by a device for optionally connecting: a) the device with the battery in order to connect the device with the battery Help to operate, b) the device with terminals for another direct current source to be able to operate the device with their help, c) the battery with terminals for another direct current source to recharge the battery from this.



  The present invention provides a device with the aid of which an electrical device can be operated in any of two possible operating modes. In the first case, the electrical device is powered by its associated battery pack, while in the second case, for. B. is operated ben via a connection line from the network or a stationary power source with direct current. Since the stationary power source is expediently an electrical mains connection with alternating current, means for rectifying the alternating current are provided in certain embodiments of the invention.

   Due to these two available operating modes, the electrical device remains usable for the intended purpose, even if the battery set assigned to the device has already discharged below the threshold value required for effective operation.



  Since a low, so-called leakage current is required for charging, the battery packs currently known and available for use in portable devices generally require a period of time in relation to the time during which the battery pack is used as a power source for operation the device emits the same amount of electrical energy, significantly longer charging time. For this reason, in a further development of the invention, means are also provided to ensure two different recording speeds of direct current from the stationary power source,

   On the one hand a low current consumption in the order of magnitude of a few tenths of a mA to recharge the battery set, and on the other hand a relatively high current consumption of several amperes for the direct operation of the electrical device itself. The device can thus be in one of the following active states: 1 Operation of the device using the batteries assigned to it.



  z. Operation of the device by supplying it from an external power source.



  3. The device is idle while its batteries are being charged. In the latter two states, a connection between the device and an external power source is required.



  The invention makes it possible that, with the exception of one to determine the amount of current consumption, the nenden member, the same circuit arrangement can always be used both for operating the device via an external power source and for charging the batteries. Furthermore, the electrical equipment comprising the connecting cord and the battery pack can advantageously be easily assembled into a unit and sold to the user as an additional device.



  The invention is particularly applicable to electrical devices of the type described, these being devices with small size and low Ge weight, portability, mobility, kurzzeiti gem and longer operation and relatively high effectiveness. The invention will now be explained with reference to the drawing calculations, for example.

   1A shows a block diagram of the electrical equipment of a device with the features of the invention for the case of the first mode in which the electrical device is operated with the aid of the battery pack assigned to it, FIG. 1B shows a block diagram of the electrical equipment of this Device for the case that your battery set is charged from an external electrical power source, Fig. 1 C is a block diagram of the electrical equipment from the device for the case of the second mode of operation,

   2A shows an electrical circuit corresponding to the block diagram according to FIG. 1A for the case of the first operating mode, FIG. 2B shows an electrical circuit corresponding to the block diagram according to FIG. 1B, FIG. 2C shows an electrical circuit corresponding to the block diagram according to FIG Block diagram according to FIG. 1C corresponding electrical circuit for the case of the second operating mode,

         3 shows a pictorial representation of an exemplary embodiment of the invention in the form of an electric shaver in which the device operates according to the first mode of operation, FIG. 4 shows a pictorial representation of the embodiment of the invention according to FIG. 3, in which the batteries of the device are reloaded, Fig. 5 is a partially in section along the line 5-5 in Fig. 4 shown detailed view of certain electrical connections of this embodiment of the He-making,

   and FIG. 6 shows a pictorial representation of the embodiment of the invention according to FIG. 3, in which the device operating according to the second operating mode is fed with mains current.



  In Fig. 1A, a ge on the first mode of operation device 30 is shown, which consists of the combination of a work or utility device 10, for example an electric shaver, vacuum cleaner, soldering iron, an electric drill or the like., With a battery pack 20, which feeds the device 10 via a line 25 with direct current. The combination is housed as a whole in a container that is designed according to the intended function and mode of operation of the electrical device. The battery pack 20 may consist of a series or parallel arrangement of rechargeable battery cells.

   A particularly suitable type of battery cell for the purpose described is a closed nickel-cadmium accumulator, since such collectors can be recharged many times and thus ensure a long service life that is not adversely affected by long periods of standing, either in a charged or uncharged state.



  Electrical devices of the type mentioned above draw a relatively high amperage from their associated battery and are generally designed in such a way that they can be operated from this power source for a maximum of about one hour. To properly charge the battery set 20, a charging current is required that is significantly lower than the discharge current received by the implement 10. This low or creeping charge current must therefore be applied to the battery cells over a relatively long period of time, typically several hours.



  In Fig. 1B the recharging of the battery pack 20 with electrical energy taken from an external AC power source 50 is illustrated after the alternating current has first been converted by a rectifier 40 into direct current. The element 60 is a block diagram representation of a device for rectifying and limiting the charging current fed to the battery pack 20 via the line 65. It should be noted that in this state there is no electrical connection between the battery pack 20 and the work device 10 of the combination 30.



  1C shows the mode of operation of the combination 30 in the case of the second operating mode, in which the working device 10 is fed from the mains AC source 50 after the alternating current has been converted into direct current by the rectifier 40. The member 80 is a block diagram representation of an output of the rectifier 40, the device 10 via the Lei device 85 is a working current of high amperage available. In this operating mode of the arrangement there is no electrical connection between the battery pack 20 and the device 10.

   The electrical separation of the battery pack 20 from the work device 10 in the operating states shown in FIGS. 1B and 1C is necessary because of the difference between the respective currents, as they are once for the leakage current recharge of the battery pack and the other time for the supply of the device is required, which has a high current consumption during operation.



  2A-2C are exemplary schematic representations of electrical circuitry for accomplishing the objectives of the invention.



       2A corresponds to the block diagram according to FIG. 1A and illustrates an electrical combination 30 consisting of a battery set 20 and a working device 10 driven by a DC motor 12 for the case of the first operating mode. In this case, the DC motor 12 is connected to a switch 14 in a position 14a on the battery pack 20, which feeds the motor 12 with direct current, so that the device 30 can be used at points remote from available mains connections and without any connection line that would allow the operation of the Device can be used.

   For the intended uses described above, the device 30 is designed such that it allows satisfactory operation in this mode of operation in order to be able to perform tasks of short duration, for example about 30 minutes to about 1 hour. Because of the relatively high current consumption of the device 10, which can be of the order of magnitude of one or more amperes, longer operation would require a corresponding increase in the storage capacity of the batteries. For this purpose, in turn, several larger and heavier battery cells would be required, which would significantly increase the size of the pack containing the device.

   Since electrical devices of the type mentioned should ideally have a low weight and should be easy to handle, an optimal constructive combination for each special device in terms of the size of the battery pack and the desired operating time of the device in the first mode, d. H. by feeding from the batteries, decisive. If the device has been operated for the desired period of time with the help of the batteries 20 in the first operating mode, the recharging of the battery cells is necessary for further work according to this operating mode.



       2B shows the electrical circuit of the device for recharging the battery set 20 from an external alternating current source 50. In the embodiment shown, the alternating current from the mains is generated with the aid of a transformer 42 with a center tap and two diodes 44 and 46 arranged in a bridge circuit existing full-wave rectifier 40 rectified. Of course, other rectifier circuits can easily be used for this purpose.



  The electrical connection between the rectifier 40 and the device 30 for the purpose of recharging its battery pack 20 is made via a two-wire cable 65 connected between the terminals 110a and 100b or 110d and 100c. When the switch 14 is in position 14b, the battery charging circuit is closed and the motor 12 is separated from the battery pack 20, since the device 10 is not connected to voltage as long as the device is in the charging state.

   In this charging state, a current limiter element, for example a suitably dimensioned resistor 48, is switched into the charging circuit in order to reduce the charging direct current to a low value in the order of a few tenths of a mA.



  Because of the need for slow or creeping current charging of the battery pack 20 is in relation to the operating time of the device of about half an hour, during which this can be powered from the battery pack, a long time is required to fully recharge the batteries. This charging time can be, for example, ten to one hundred times as long as the discharging time, so that a charging time of 12 to 24 hours is required for the aforementioned nickel-cadmium collectors.

   For this reason, the device 10 cannot easily be operated with the aid of the battery power supply during this period of time during which the charging takes place. In the case of conventional devices of this type, this circumstance would result in the failure of the device for the duration of the charging process. If, however, the user of the device wishes to operate the device 10 before the battery pack 20 has had time to be fully charged, the device can be switched to operation according to the second mode of operation.



       2C corresponds to the block diagram illustrating the device in its second mode of operation according to FIG. 1C and is a circuit diagram of a circuit which is satisfactory for this purpose. As can be seen from FIG. 2C, the same rectifier arrangement as in the case of the circuit according to FIG. 2B can also be used without modification for the operation of the electrical device 10 from the mains alternating current source 50.



  The full-wave rectifier 40, which consists of the transformer 42 and the diodes 44 and 46, supplies the connection terminals 110a and 110b with direct current, which is fed via a line 85, typically a two-wire cable, to the connection terminals 100a and 100c of the device 30. When the switch 14 is in position 14b, the working device 10 having the motor 12 is located over the rectifier power source, while the battery pack 20 is disconnected from this circuit.

   Since the current limiter resistor element 48 is not switched on between the rectifier 40 and the device 30 in this mode of operation, the implement 10 is able to absorb the high amount of current required for satisfactory operation. It should be noted that the switch 14 of the device 30 in this mode of operation serves a dual purpose; H. In addition to closing the connection between the work device 10 and the stationary power source, it also disconnects the battery set 20 from the voltage-carrying circuit and thereby prevents an otherwise high charge current flow to the battery set, which would have detrimental consequences for the batteries.



  In Fig. 3 an exemplary embodiment of the electrical device 30 according to FIGS. 1 and 2 in the form of an electric shaver is provided. This pictorial representation of a particular embodiment is provided to illustrate the manner in which the invention can readily be applied to other electrical devices of the same general kind, such as hand drills, vacuum cleaners, etc. Fig. 3,

   according to which the electric shaver is fed by its associated battery set, illustrates the electrical device in the first mode, essentially corresponding to FIGS. 1A and 2A. When, as shown, in position 14a standing switch 14 provides the battery pack 20 (Fig. 2A), which is installed together with the DC motor 12 (Fig. 2A) in the housing 150 of the shaver, the electrical power to drive two rotating shaving heads 120 and 122.



       Fig. 4 illustrates the electric shaver with its battery pack during the call charging via a rectifier circuit which is built into a housing 140 and is fed via a power cord 160 connected to a power supply, not shown, with alternating current. Both the shaver and its rectifier are arranged in a compactly assembled arrangement in a housing 170.

   When the battery pack is to be recharged, the switch 14 is toggled to position 14b, the terminals 100b and 100c with their associated counterparts, d. H. the connection terminals 110c and 1lOd of the rectifier 40 (FIG. 2B) are connected.

   As can best be seen from Fig. 5, these connections are brought out, for example, by spring contact between pins 100b and 100c provided in the bottom surface 152 of the electric shaver with fork members 110c and 110d in the socket 142 of the rectifier housing 140. The connection terminal 100a, which is de-energized during the call charging process, serves as a mechanical fixing for the polarity in order to connect the connection terminals of the electrical device 30 to the correct terminals of the rectifier 40.

   During the call charging of the battery set, the shaving apparatus is spatially close to the rectifier part, so that the combination is arranged tightly together inside the closed housing 170. The user can thus leave the device for the purpose of charging the batteries overnight after he has connected it to an electrical network via the cable 160 in order to be able to operate the device on the next day using its associated battery pack.



       Fig. 6 illustrates the electric shaver in operation according to the second mode of operation, with it via the line 85. rectified current is fed. In this case, the rectifier is in turn connected to an alternating current connection via the supply line 160. In this, we sentlichen the Fig. 1 C and 2C corresponding Be mode of operation, the electric shaver is fed via the rectifier directly by mains current and not from the batteries assigned to it. In this second mode of operation, the device can be operated over longer periods of time which by far exceed the operating time made possible by the storage capacity of the battery pack 20.

   For this reason, the electric shaver can in this case be used for its intended purpose even if the battery cells have been discharged to a value below that required for effective operation and there is no time to recharge the batteries. As shown, the electric shaver in this case receives its drive power via a two-wire supply line 85 which connects the connection terminals 100a and 100c of the device with the associated connections 110a and 110b (FIGS. 4 and 2C) of the rectifier circuit arranged in the housing 140 - it connects.

   In this operating mode, the switch 14 is left in its position 14b, so that the battery pack is disconnected from the circuit while the shaver is operating from the mains.



  From the above description, the manner in which the invention can equally be applied to other electrical devices of the type generally described should be readily apparent to the person skilled in the art. The invention provides a device with the help of which an electrical DC device can be operated in two modes, namely once using a battery pack assigned to it and on the other hand Ren of z. B. an alternating current network.

   In the common cases in which the user of the device has either overlooked recharging the battery pack or in which he has drained the batteries in the course of operation, he guarantees a means of immediate reuse of the device by clicking on the second operating mode can be switched instead of having to wait until the call charging of the batteries has ended.

   In addition, the invention enables a device for ensuring the supply of rectified current of a certain strength from an alternating current network, while the device is operated according to the second mode of operation, and the supply of rectified current of lower amperage when the device is not in operation and instead you Battery pack is recharged so that the latter can be fully recharged in the most effective and convenient way and without damaging the cells.



  The terms and expressions used above are only intended to explain the invention and in no way limit it and do not exclude features equivalent to the features or parts shown and described, since numerous changes and modifications are evident to the person skilled in the art without affecting the scope the invention is abandoned.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Elektrische Einrichtung mit einer wiederauflad baren Batterie und einem an diese anschliessbaren, tragbaren, elektrischen Gleichstromgerät, gekenn zeichnet durch eine Vorrichtung zum wahlweisen Verbinden: PATENT CLAIM Electrical device with a rechargeable battery and a portable, electrical direct current device that can be connected to it, characterized by a device for optional connection: a) des Geräts mit der Batterie, um das Gerät mit deren Hilfe betreiben zu können, b) des Geräts mit Klemmen für eine andere Gleichstromquelle, um das Gerät mit deren Hilfe be treiben zu können, c) der Batterie mit Klemmen für eine weitere Geichstromquelle, um die Batterie aus dieser wieder aufzuladen. UNTERANSPRÜCHE 1. a) the device with the battery, in order to be able to operate the device with its help, b) the device with terminals for another direct current source, in order to be able to drive the device with their help, c) the battery with terminals for another direct current source to recharge the battery from this. SUBCLAIMS 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass sie als andere sowie als weitere Gleichstromquelle einen Gleichrichter zur Umwand lung eines von einer äusseren Stromquelle gelieferten Wechselstroms in Gleichstrom aufweist, und dass der Gleichrichter mit einer Einrichtung versehen ist, die gewährleistet, dass an den Ausgangsklemmen (110a, 110b bzw. 110c, 110d) wahlweise eine höhere oder eine niedrigere Stromstärke abgegeben werden kann. 2. Device according to patent claim, characterized in that it has a rectifier for converting an alternating current supplied by an external power source into direct current as the other and as a further direct current source, and that the rectifier is provided with a device which ensures that at the output terminals ( 110a, 110b or 110c, 110d) optionally a higher or a lower current intensity can be delivered. 2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichrichter einen Trans formator mit Mittelanzapfung, zwei Dioden zur Voll weggleichrichtung des elektrischen Wechselstroms, zwei direkte Ausgangsklemmen zur Abgabe von Gleichstrom höherer Stromstärke und zwei weitere Ausgangsklemmen mit vorgeschaltetem strombegren- zendem Widerstand (48) zur Abgabe von Gleichstrom niedrigerer Stromstärke aufweist. 3. Einrichtung nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum wahlweisen Verbinden ein Dreistellungsschalter ist. Device according to dependent claim 1, characterized in that the rectifier has a transformer with a center tap, two diodes for full path rectification of the electrical alternating current, two direct output terminals for delivering higher current DC currents and two further output terminals with an upstream current-limiting resistor (48) for delivery of direct current of lower amperage. 3. Device according to claim, characterized in that the device for optional connection is a three-position switch. 4. Einrichtung nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Gerät ein elektrischer Rasierapparat, ein Staubsauger, ein Lötkolben oder eine tragbare Werkzeugmaschine ist. 4. Device according to claim, characterized in that the device is an electric shaver, a vacuum cleaner, a soldering iron or a portable machine tool.
CH1509563A 1963-03-27 1963-12-10 Electrical device with a rechargeable battery and a portable DC power device CH422973A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3314251A1 (en) * 1983-04-20 1984-10-25 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Storage and transportation container for electrically operated domestic apparatuses or for electric tools

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3314251A1 (en) * 1983-04-20 1984-10-25 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Storage and transportation container for electrically operated domestic apparatuses or for electric tools

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