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.