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Anordnung für die Ladung von Akkumulatoren, insbesondere von Kleinsammlern
Für die Ladung von Akkumulatoren sind viele Schaltungen bekannt.
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Es werden für die Herabsetzung der Spannung aus dem Netz auf die Ladespannung
sowohl Transformatoren als auch Kondensatoren verwendet. Die Anwendung von Transformatoren
ist aber bei transportablen Geräten wegen des hohen Gewichtes und des großen Raumbedarfes
von vornherein auf die Ladung von größeren Akkumul"atorem beschränkt. Bei Schaltungen
mit Kondensatoren werden diese bisher als Blindwiderstand verwendet, Derartige Anordnungen
haben aber außerordentlich große Nachteile. Beim Einsehalten liegt zunächst die
hohe Spitzenspannung des Netzes voll an dem Ladeteil und den daraus gespeisten Verbrauchern.
Es ist daher beispielsweise nicht möglich, die Verbraucher während der Ladung eingeschaltet
zu lassen. Bestehen die Verbraucher beispielsweise aus Glühlampen, so brennen diese
jeweils beim Einschalten durch. Weiterhin besteht der Nachteil, daß bei Defekten
am Kondensator die volle Spannung am gesamten Ladeteil wirksam wird, was zur völligen
Zerstörung der Akkumulatoren und Schaltelemente führt, da auch diese Schaltelemente
nur für die niedrigen Ladespannungen bemessen sind. Eine Überdimensionierung dieser
Schaltelemente isst einmal wegen des dafür erforderlichen Aufwandes und zum anderen
wegen des dadurch entstehenden viel größeren Raumbedarfes praktisch unmöglich. Außerdem
liegt auch an den Schaltelementen während der Einschaltung die hohe Spitzenspannung,
und es tritt ein entsprechend viel größerer Verschleiß ein, der sich zwangläufig
aus der Verwendung eines Kondensators als reiner Blindwiderstand ergibt. Im übrigen
ist bei derartigen Schaltungen die Spannung sehr stark abhängig von dem aufgenommenen
Ladestrom, da ja die zu ladenden Akkumulatoren in Reihe mit dem Kondensator geschaltet
sind. Es liegen daher gegen Ende der Ladung wesentlich höhere Spannungen an dem
Ladeteil. Die vor allem für derartige Anwendungszwecke verwendeten gasdichten Akkumulatoren
sind aber außerordentlich spannungsemÜfi.ndli.ch, und es ist eine genaue Einhaltung
der Spannungswerte für den Ladevorgang erforderlich.
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Es ist weiterhin die Verwendung von Widerständen mit negativem Temperaturkoeffizienten
sowie von Glimmlampen in Verbindung mit Ladeanordnungen bekannt, Vor allem für elektronische
Geräte und auch für Taschenlampen mit eingebauten Akkumulatoren ist eine einfache
und betriebssichere Ladeanordnung erwünscht, welche mit in die Geräte eingebaut
werden kann. Die modernen elektronischen Hilfsmittel, wie Transistoren, bietendie
Möglichkeit, Gerätein Taschenausführung herzustellen, die sich bisher wegen des
erforderlichen Netzanschlusses und des damit bedingten großen Raumbedarfes und Gewichtes
nicht in so kleiner Größe ausführen ließen. Die elektronischen Schaltelemente für
derartige Geräte benötigen nur niedrige Spannungen und geringe Leistungen, welche
aus Kleinstsammlern entnommen werden können. Für andere Geräte, wie z. B. Taschenlampen,
Rasierapparate, Elektronen-Blitzgeräte, müssen die erforderlichen Schaltelemente
für die Wiederladung der Kleinstsammleir mit im gleichen Gehäuse untergebracht werden,
wobei die Gehäuse zweckmäßig so ausgeführt werden, daß durch vorgesehene Stecker
ein direktes Einstecken in eine Lichtsteckdose möglich ist. Bei Verwendung von Kondensatorschaltungen,
bei denen der Kondensator als Blindwiderstand angeordnet ist, kann der Raumbedarf
für die Ladeeinrichtung nur unter Verzicht auf Betriebssicherheit niedrig gehalten
werden. Die Ladezeit für die Akkumulatoren beträgt im allgemeinen viele Stunden,
da die Einhaltung der vorgeschriebenen Ladeströme z. B. bei gasdichten Zellen zwingend
vorgeschrieben ist und eine Erhöhung der Ladeströme zu.r sofortigen Zerstörung der
Zellen führt. Die Kondensatoren müßten daher für eine Dauerbetriebsspannung entsprechend
der Spitzenspannung der Netzspannung hergestellt sein. Derartige Kondensatoren hätten
aber räumlich eine Abmessung, welche die Verwendung in Kleinst- und Taschengeräten
ausschließt.
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Erfindungsgemäß wird eine Schaltung angegeben, welche für alle Ladezwecke
verwendet werden kann, besondere Vorteile aber für Kleinstgeräte in Taschen-
Format
bietet. Bekanntlich folgt die Ladekurve eines Kondensators dem Gesetz
wobei die Spannung U, .die- augenblicklich an dem Kondensator liegende Spannung
zu der Zeit t darstellt. Im ersten Augenblick, im dem der Kondensator noch vollkommen
entladen ist, fließt der volle, nur durch den Widerstand-begrenzte Strom. Dieser
Widerstand, welcher vor dem Kondensator in den Netzkreis geschaltet ist, kann daher
so bemessen werden, daß der erforderliche Ladestrom für die Aufladung der Akkumulatoren
in dem Stromkreis fließt. Die Ladekurve des K ndensators in einem Schwingungskreis,
gebildet aus Widerstand und Kondensator, bietet die Möglichkeit, durch entsprechend
große Dimensionierung des Kondensators die Zeitkonstante der Zusammenschaltung so
zu wählen, daß an dem Kondensator selbst nur die erforderliche Ladespannung für
die Akkumulatoren auftreten kann. Die Zeitkonstante des Wechselstromnetzes ist durch
die Frequenz gegeben. Wählt man die Zeitkonstante der Zusammenschaltung Widerstand
-I- Kondensator um ein' Vielfaches größer, so reicht die Zeitkonstante der Netzfrequenz
nur aus, um den Kondensator bis auf die Ladespannung aufzuladen. Eine derartige
Schaltung bietet den Vorteil, daß als Kondensator ein Elektrolytkondensator verwendet
werden kann. Derartige Elektrolytkondensatoren, die außerdem bei Verwendung in der
Ladeschaltung gemäß der Erfindung nur für Niederspannung in der Höhe der Ladespannung
bemessen zu sein brauchen, werden in kleinsten Größen und für eine unbegrenzte Lebensdauer
hergestellt. Aus dem Kondensator wird der Ladestrom für die Akkumulatoren entnommen.
Zur Gleichrichtung genügt für kleine Geräte eine einfache Kristalldiode, für größere
Geräte mit einem höheren Ladestrom ein einfacher Trockengleichrichter. Der besondereVorteil
der Schaltung liegt noch darin, daß außer dem Kondensator auch die Kristalldiode
oder der Gleichrichter nur für die Niederspannung bemessen zu sein braucht. Auch
beim Einschalten oder Einstecken können an den Schaltelementen keine hohen Spannungen
wie bei anderen Schaltungen auftreten. Selbst bei Defekten werden die Schaltelemente
nicht zerstört. Hierdurch ergeben sich sowohl für die Betriebssicherheit als auch
für den Aufwand ganz außerordentliche Vorteile. Der Raumbedarf beträgt nur einen
Bruchteil, verglichen mit anderen Schaltungsanordnungen, insbesondere verglichen
auch mit Schaltungsanordnungen unter Verwendung von Kondensatoren als Blindwiderstand.
Durch Bemessung der Zeitkonstante des Kondensator-Widerstands-Gliedes kann man jede
gewünschte Ladespannung erzielen. Bei kleinem Kapazitätswert und großem Widerstandswert
ist die jeweils fließende Stromstärke zur Erzeugung der Ladung des Kondensators
klein, da der große Widerstandswert den fließendem Strom beschränkt. Bei großem
Kapazitätswert und entsprechend gewähltem Widerstandswert kann sich die Aufladung
des Kondensators nur mit dem durch den Widerstand fließenden Strom vollziehen. Die
Ladezeit des Kondensators bis zur Auf ladung auf die Netzspannung würde daher ein
Vielfaches der zur Verfügung stehenden Zeit bis zum Einsetzen des nächsten Wechsels
mit entgegengesetzter Polarität betragen. Innerhalb der zur Verfügung stehenden
Zeit für einen Wechsel kann daher, bestimmt durch die Zeitkonstante des Kondensator-Widerstands-Gliedes,
an dem Kondensator nuir die Ladespannung entstehen. Der Widerstand 1 kann sowohl
ein Ohmscher Widerstand als auch ein kleiner Kondensator 7 oder eine Glimmlampe
8 sein. Besonders vorteilhaft ist es, als Widerstand 1 einen Halbleiterwiderstand
zu verwenden. Derartige Widerstände sind bekanntlich sehr stark mit ihrem Widerstandswert
von der Temperatur oder von der anliegenden Spannung abhängig. Da im Anfang des
Ladevorganges ein hoher Strom fließt, erwärmt sich der Halbleiterwiderstand, und
sein Widerstandswert geht auf einen Bruchteil des Kaltwertes zurück. Läßt der Ladestrom
nach, so geht auch die Temperatur des Widerstandes wieder zurück, und damit steigt
der Widerstandswert des Halbleiterwiderstandes an. Es erfolgt somit eine automatische
Regelung des Ladestromes- und der Ladespannung, so daß selbst eine vielfache Zeitdauer
für die Ladung, welche versehentlich oder aus anderen Gründen vorkommen kann, niemals
eine Zerstörung der Akkumulatoren oder der Schaltelemente herbeiführt.
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Als Gleichrichter 3 kann für Kleingeräte eine Kristalldiode, welche
nur ein sehr geringes Gewicht und einen geringen Raumbedarf hat, Verwendung finden.
Für größere Ladeströme genügt ein Niedervolttrockengleichrichter. Als Kondensator
2 genügt gleichfalls ein Niedervoltkondensator. Die Batterie 4 kann beliebig aus
mehreren Zellen zusammengesetzt sein. Es ist auch ohne weiteres möglich, Glühbirnen
5 oder andere Verbraucher 6 während des Ladevorganges mitzubetreiben, da niemals,
auch nicht während des Einschaltvorganges, eine andere Spannung als die Ladespannung
an die Verbraucher gelangen kann. Bei Verwendung eines Kondensators 7 ist dieser
so zu bemessen, daß er den Widerstand 1 ersetzt. An dem Zeitkonstantenverhältni:s
ändert sich sowohl bei Verwendung eines Kondensators als auch einer Glimmlampe oder
eines sonstigen Strombegrenzungsschaltelementes nichts. Bei Verwendung einer Glimmrähre
kommt der zusätzliche Gleichrichter 3 in Wegfall. Vorzugsweise können derartige
Glimmröhren in Metallausführung und in kleinster Größe für Taschengeräte Anwendung
finden. Sowohl derartige Röhren als auch die anderen Schaltelemente und der Niedervoltkondensator
lassen sich in so kleinen Ausführungen anwenden, daß die gesamte Anordnung zur Wiederladung
selbst in einer normalen Taschenlampenhülse an Stelle der bisher verwendeten Trockenbatterie
eingesetzt werden kann, da auch entsprechende Kleinakkumulatoren zur Verfügung stehen.
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Bei Geräten, welche mach dieser Schaltung ausgeführt sind, tritt auch
eine Stromentnahme aus dem Lichtnetz auf, welche der wirklich entnommenen Leistung
entspricht, so d-aß die Geräte durch direkten Anschluß an das Lichtnetz entsprechend
den Bestimmungen der Elektrizitätswerke für die Ladung verwendet werden können.
Bekanntlich ist dies bei Schaltungen, welche den Blindwiderstand eines Kondensators
ausnutzen. nicht der Fall.
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Für manche elektronischen Geräte sind mehrere Spannteigen und entsprechend
mehrere Akkumulatoren für verschiedene Spannungen erforderlich. In diesem Fall wird
der Widerstand 1 mit entsprechenden Abgriffen versehen, und die Kondensatoren entsprechend
der erforderlichen Ladespannung werden jeweils an die Abgriffe gelegt, Auf diese
Weise kann mit einer Anzahl Kondensatoren, welche der Anzahl der verschiedenen Spannungsquellen
entspricht, gleichzeitig der gesamte Spannungsversorgungsteil wieder aufgeladen
werden. Die wenigen Schaltelemente können selbst in Kleinstgeräte jeweils mit eingebaut
werden. Es ist aber auch möglich, die gesamte Anordnung in
Form
eines normalen Zwischensteckers auszuführen, so daß dieser Zwischenstecker für die
Aufladung in die Netzsteckdose gesteckt wird und das Gerät wie bei einem normalen
Zwischenstecker in diesen eingesteckt wird.