DE1163376B - Extremwert-Signalgeber - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1 163 376

Aktenzeichen: D 40301 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 17. November 1962

Auslegetag: 20. Februar 1964

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche einen Schaltvorgang auslöst, sobald eine Meßgröße einen Extremwert durchlaufen hat.

Bei der Überwachung bzw. Regelung des zeitlichen Verlaufs von Meßgrößen tritt häufig die Aufgabe auf, einen Schaltvorgang auszulösen, sobald eine Meßgröße einen Extremwert, also ein Maximum oder Minimum, durchlaufen hat. Bisher benutzte man zur Lösung dieser Aufgabe verschiedene verhältnismäßig komplizierte Geräte, welche meist recht aufwendig waren und sich wegen ihrer Ansprechträgheit und Störanfälligkeit nicht bewährten.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schaltanordnung aus der Serienschaltung eines Kondensators und einer Diode besteht und daß die Eingangsspannung über dieser Serienschaltung abfällt, während dieAusgangsspannung über die Diode abgegriffen wird. Voraussetzung für die Anwendung dieser Anordnung ist lediglich, daß die betreffende Meßgröße als elektrisches Spannungssignal UeQ) vorliegt oder mit bekannten Mitteln in ein solches umgewandelt worden ist.

Die erfindungsgemäße Schaltanordnung läßt sich daher sehr vielseitig anwenden. Beispielsweise kann sie zur automatischen Steuerung von industriellen Produktionsprozessen benutzt werden, wo der zeitliche Verlauf von Drücken, Temperaturen, Konzentrationen, elektrischen Strömen usw. überwacht und geregelt werden soll.

In Fig. 1 ist die Schaltanordnung nach der Erfindung für den Fall dargestellt, daß sie anspricht, wenn die Eingangsspannung UeQ) ^em Minimum durchlaufen hat. Sie wird also angewandt, wenn beispielsweise der in Fig. la dargestellte Verlauf von UeQ) vorliegt. Die Diode 2 ist so gepolt, daß sie das Aufladen des Kondensators 1 verhindert. Durch kurzes Drücken der Taste 3 im Zeitpunkt t₀ wird die Diode überbrückt und der Kondensator 1 auf Ue(I₀) aufgeladen. Nach Lösen des Tastenkontaktes kann sich der Kondensator 1 beim Sinken von UeQ) über die Diode 2 entladen, so daß das Potential am Schaltungspunkt 6 auf denselben Minimalwert U_mt_n wie am Punkt 7 absinkt. Sobald die Spannung Ue (t) und damit das Potential am Punkt 7 wieder ansteigt, sperrt die Diode 2 den Stromfluß von 7 nach 6, so daß das Potential am Punkt 6 konstant bleibt. Infolgedessen ergibt sich bei steigendem UeQ) zwischen den Schaltungspunkten 6 und 7 eine wachsende Potentialdifferenz Uf = U_E(t) — U_min (s. Fig. la). Mit der Ausgangsspannung Uf wird erfindungsgemäß eine empfindliche spannungsabhängige Schaltanordnung gesteuert. Diese Anordnung bewirkt demnach Extremwert-Signalgeber

Anmelder:
Varta Deutsche

Edison-Akkumulatoren-Company G. m. b. H.,
Frankfurt/M., Neue Mainzer Str. 54

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Klaus Dehmelt, Frankfurt/M.,
Günter Strasen, Sprendlingen,
Georg Gräber, Rüsselheim/M.

einen Schaltvorgang, sobald Ue Q) ein Minimum durchlaufen und um einen geringen Betrag wieder angestiegen ist, d. h. sobald Uf = Ue(I) — Umin einen vorgegebenen Wert überschritten hat.

Die nachgeschaltete spannungsabhängige Anordnung kann beispielsweise aus der in Fig. 1 eingezeichneten Serienschaltung eines empfindlichen Relais 8 und einer Zenerdiode 9 bestehen. Die Zenerdiode 9 verhindert zunächst das Wiederaufladen des Kondensators 1 über das Relais 8. Erst wenn Uf die sogenannte Zenerspannung erreicht, wird der Kondensator 1 plötzlich über das Relais 8 aufgeladen, wobei dieses kurz anzieht und die gewünschte Schaltfunktion ausführt.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltanordnung für den Fall, daß ein Schaltvorgang ausgelöst werden soll, sobald die Eingangsspannung Ufern Maximum durchlaufen hat, also für den Fall, daß UeQ) beispielsweise den in Fig. 2a dargestellten Verlauf hat. Die Polung der Diode 10 und der Zenerdiode 11 ist hier lediglich gegenüber derjenigen in Fig. 1 vertauscht. Infolge dieser Maßnahme wird der Kondensator 1 aufgeladen, ohne sich zunächst wieder entladen zu können. Bei sinkender Eingangsspannung fällt über der Diode 10 eine wachsende Spannung Uf = U_ma% — Ue(I) ab (s. Fig. 2a), welche analog dem oben beschriebenen Fall zum Ansprechen der spannungsabhängigen Schaltanordnung, d. h. beispielsweise zum Zünden der Zenerdiode 11 und damit zum Schalten des Relais 8 führt. Die Starttaste 3 ist in diesem Fall nicht erforderlich.

Damit ein einwandfreies Funktionieren der erfindungsgemäßen Schaltanordnung gewährleistet ist, müssen lediglich die Selbstentladung des Kondensators 1, der Leckstrom der Diode 2 bzw. 10 in Sperrrichtung und der Leckstrom der Zenerdiode 9 bzw. 11

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vernachlässigbar klein sein. Mit der erfindungsgemäßen Schaltanordnung kann dann besonders einfach und sicher der zeitliche Verlauf von Meßgrößen überwacht werden. Erforderlichenfalls können der Anordnung zur weiteren Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit Verstärkungseinrichtungen vor- und/oder nachgeschaltet werden.

Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße Schaltanordnung beispielsweise zur Überwachung der Aufladung von gasdichten alkalischen Akkumulatoren verwenden. Bekanntlich besitzt der Ladestrom dieser Akkumulatoren bei Ladung mit konstanter Spannung einen zeitlichen Verlauf, welcher demjenigen von Ue in Fig. la entspricht. Solange während der Ladung noch aktive Masse umgesetzt wird, fällt der Ladestrom ab. Sobald die Zellen jedoch vollgeladen sind, beginnt er wieder anzusteigen und kann, falls die Ladung nicht überwacht wird, die Höhe des Anfangsladestromes, also ein Vielfaches des Nennladestromes, erreichen. Dabei tritt eine unzulässige Erwärmung der Zellen ein, welche zur Zerstörung des Akkumulators führen kann.

Der Ladestrom durchläuft also ein Minimum. Erfindungsgemäß wird daher die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung zu seiner Überwachung eingesetzt. F i g. 3 zeigt ein Beispiel für ein Ladeüberwachungsgerät nach der Erfindung, welches zwischen eine Konstantspannungsquelle 18, 19 und die aufzuladende Batterie 12 geschaltet wird. Im folgenden ist die Bezifferung der Zeichnung erläutert. In Klammern ist angegeben, wie die einzelnen Schaltelemente, beispielsweise bei der Ladung von zehnzeiligen gasdichten Akkumulatoren mit Sinterelektroden, dimensioniert werden können.

13 Widerstand (0,5 Ohm),

14 Transistor (OC 308),

15 Widerstand (10 Ohm),

16 Widerstand (470 Ohm),

17 Widerstand (28 Ohm),

18 negativer Pol der Konstantspannungsquelle,

19 positiver Pol der Konstantspannungsquelle,

20 Widerstand (64 Ohm),

21 Transistor (OC 304),

22 Transistor (ASY 13),

23 Widerstand (1000 Ohm),

24 Relais,

25, 26 Ruhekontakte des Relais 24,
25', 26' Arbeitskontakte des Relais 24,

27 Kondensator (2 μ F),

28 Kondensator (5 μ F),

29 Widerstand (1000 Ohm),

30 Relais,

31 Arbeitskontakt des Relais 30,

32 Signallampe,

33 Widerstand (150 0hm),

34 Widerstand (47 Ohm),

35 Kondensator (1OmF),

36 Diode (BA 104),

37 Schaltungspunkt,

38 Schaltungspunkt,

39 Starttaste,

40 Ruhekontakt der Starttaste 39,

41 Arbeitskontakt der Starttaste 39,

42 negativer Pol der Hilfsspannungsquelle,

43 positiver Pol der Hilfsspannungsquelle.

Die Funktionsweise der in F i g. 3 dargestellten Anordnung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator 35 durch Drücken der Starttaste 39 zunächst auf die volle Klemmenspannung der Konstantspannungsquelle 18. 19 aufgeladen wird und sich dann über die Diode 36 und den Widerstand 33 so weit entlädt, daß am Schaltungspunkt 37 dasselbe Potential liegt wie am Punkt 38. Das Potential im Punkt 38 aber ist dem Ladestrom direkt proportional und beträgt auf Grund der Spannungsteilung durch die Widerstände 33, 34 und 15 immer einige

ίο Volt weniger als die gesamte konstante Ladespannung.

Sobald der Ladestrom und gleichzeitig auch das

Potential am Schaltungspunkt 38 das für gasdichte alkalische Akkumulatoren charakteristische Minimum durchlaufen haben, bildet sich über der nunmehr sperrenden Diode 36 zwischen den Schaltungspunkten 37 und 38 eine wachsende Potentialdifferenz aus, und zwar so, daß die Basis des Transistors 21 gegenüber dem zugehörigen Emitter negativ vorgespannt wird. Hierdurch beginnt der Transistor Strom zu ziehen.

Der diesem Transistorstrom proportionale Spannungsabfall am Widerstand 16 steuert den Transistor 22 und führt zum Durchschalten des Relais 24. Damit wird das Relais 30 stromlos und beendet durch Lösen des Arbeitskontaktes 31 die Aufladung des Akku-

^a5 mulators.

Die übrigen Schaltfunktionen des Ladeüberwachungsgerätes, die nicht unmittelbar das erfindungsgemäße Abschalten des Ladestromes betreffen, sind aus dem Schaltbild in F i g. 3 klar ersichtlich.

In Fig. 3a ist zur Veranschaulichung der oben beschriebenen Vorgänge der zeitliche Verlauf des Potentials U im Schaltungspunkt 37 (gestrichelt) und im Punkt 38 (durchgezogen) aufgetragen. Aus dem Diagramm geht deutlich hervor, wie das Potential am Punkt 37 nach Einschalten des Gerätes im Zeitpunkt t₀ bis nahezu auf das Potential des Punktes 38 absinkt und dessen Verringerung bis zum Zeitpunkt tmin folgt. Nachdem der Ladestrom sein Minimum durchlaufen hat, ergibt sich zwischen den Punkten 37 und 38 eine wachsende Potentialdifferenz, welche erfindungsgemäß zur Steuerung des Abschaltmechanismus benutzt wird.

Wie Versuche gezeigt haben, zeichnet sich das Ladeüberwachungsgerät nach der vorliegenden Erfindung durch eine besonders große Ansprechempfindlichkeit und Betriebssicherheit aus. Bereits ein Ladestromanstieg von weniger als 100 mA nach Durchlaufen des Minimums führt zum Abschalten des Stromes.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltanordnung, welche einen Schaltvorgang auslöst, sobald die Eingangsspannung einen Extremwert durchlaufen hat, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus der Serienschaltung eines Kondensators und einer Diode besteht und daß die Eingangsspannung über dieser Serienschaltung abfällt, während die Ausgangsspannung über der Diode abgegriffen wird.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (2) so gepolt ist, daß sie das Aufladen des Kondensators (1) durch die Eingangsspannung verhindert und daß zu der Diode ein Schaltkontakt (3) parallel geschaltet ist.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (10) so gepolt ist,

daß sie das Aufladen des Kondensators (1) durch die Eingangsspannung gestattet, aber das Entladen verhindert.

4. Schaltanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgangsklemmen (6, 7) die Serienschaltung eines empfindlichen Relais (8) und einer Zenerdiode (9) bzw. 11) angeschlossen ist.

5. Ladeüberwachungsgerät für die Konstantspannungsladung von gasdichten Akkumulatoren unter Verwendung einer Schaltanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußpunkte eines Widerstandes, an welchem eine dem jeweiligen Ladestrom direkt proportionale Spannung abfällt, mit dem Eingang der Schaltanordnung nach Anspruch 2 verbunden sind, während der Ausgang der Anordnung nach Anspruch 2 über eine Verstärkeranordnung mit einer Vorrichtung zur Abschaltung des Ladestromes verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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