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Einrichtung zum selbsttätigen Steuern eines Ladegerätes für elektrische
Akkumulatoren Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum selbsttätigen Steuern
eines Ladegerätes für elektrische Akkumulatoren, bei der ein von einer Membrane
abgeschlossener Hohlraum mit dem Batterieraum in Verbindung steht und bei der die
Membrane in Abhängigkeit vom Gasdruck einen Ladeschalter betätigt, derart, daß der
Schalter bei mittlerem Gasdruck geschlossen und bei zu niedrigem und zu hohem Gasdruck
geöffnet ist und daß beim Anschalten der Batterie zum Laden der Gasdruck von außen
auf den zum Schließen des Schalters erforderlichen mittleren Wert gebracht wird,
und hat eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung zum Gegenstand, durch welche der
Steuervorgang wesentlich verbessert wird.
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Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist ein luftaufpumpbarer
Gummiball vorgesehen, der mit Hilfe eines Handballes auf den zum Schließen des Schalters
erforderlichen mittleren Druckwert gebracht werden kann. Diese Ausführung hat jedoch
den Nachteil, daß ein zusätzlicher Gasball erforderlich ist und außerdem ein besonderer
Arbeitsvorgang erforderlich ist, da außerdem zuvor eine luftdichte Verbindung des
Zellengehäuses mit der betreffenden Rohrleitung hergestellt werden muß.
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Demgegenüber ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Hohlraum durch
einen abnehmbaren Deckel gegen die Außenluft verschließbar ist, wobei dieser Deckel
mit einem Stutzen des Gehäuses so zusammenwirkt, daß bei Aufsetzen des Deckels auf
den Stutzen im Gehäuseinneren eine plötzliche Druckerhöhung über die genannte untere
Druckgrenze erfolgt, wodurch die Membrane anspricht und das Anschalten des Ladegerätes
an die Stromquelle bewerkstelligt.
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In vorteilhafter Weise übt der Deckel beim Aufsetzen auf den Gehäusestutzen
eine zweifache Wirkung aus. Einerseits wird der direkt mit dem Zelleninneren in
Verbindung stehende Hohlraum im Inneren des Gehäuses, der über ein Röhrchen an die
Membrane angeschlossen ist, von der Außenluft abgeschlossen, und andererseits wird
gleichzeitig der Gasdruck innerhalb dieses Luftraumes auf das vor Anschaltung notwendige
Minimum erhöht, wozu zusätzliche Pumporgane nicht erforderlich sind. Diese druckgesteuerte
Einrichtung arbeitet sehr genau.
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Erfindungsgemäß ist ein von der Membrane mit Spiel mitnehmbares federbelastetes
Organ vorgesehen, das mit einem Stellglied zur Betätigung einer nockenförmig ausgebildeten
Schaltfeder in Wirkverbindung steht, die den Ladeschalter steuert. Eine solche Ausgestaltung
ist besonders einfach und ermöglicht ein genaues Ansprechen des Schalters.
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Zweckmäßig ist der Deckel am Gehäusestutzen mit Hilfe eines die rasche
Druckerhöhung bewirkenden Bajonettverschlusses befestigbar. Dieser Bajonettverschluß
ermöglicht ein schnelles Aufsetzen mit einer plötzlichen Drucksteigerung. Zum Aufbau
dieses mittleren Druckes trägt der Deckel einen in den Stutzen hineinragenden Pfropfen,
der bei Aufsetzen des Deckels die im Gehäuseinneren befindliche Luft komprimiert.
Der Pfropfen ist zweckmäßig aus einem elastischen Material hergestellt und kegelstumpfförmig
ausgebildet.
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Weitere Merkmale dieser Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
sowie aus den Zeichnungen, und zwar zeigt F i g. 1 ein Ladegerät für Batterien in
einer seitlichen Ansicht, wobei Gehäuseteile fortgelassen sind, um die Einzelheiten
der Schaltvorrichtung zu zeigen, F i g. 2 einen Querschnitt durch die Deckeleinrichtung
nach F i g. 1, F i g. 3 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel ähnlich
dem nach F i g. 1 mit einem geänderten Aufbau und einer geänderten Anordnung der
Schaltvorrichtung; F i g. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltvorrichtung
in seitlicher Ansicht, welche in dem Gerät nach F i g.1 verwendbar ist; F i g. 5
ist eine Teilansicht des Gegenstandes der F i g. 4 in einer Ansicht von rechts,
wobei die verschiedenen
Arbeitsstellungen der elektrischen Kontaktteile
dargestellt sind, F i g. 6 die schematische Darstellung einer weiteren .Ausführung
einer in dem Gerät nach F i g. 1 verwendbaren Schaltvorrichtung und F i g. 7 ein
Schaltbild, welches die elektrischen Anschlüsse des vorliegenden Ladesystems zeigt.
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In den Zeichnungen, in denen die gleichen Elemente der verschiedenen
Ausführungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist das Ladegerät mit
1 gezeigt. Es besteht aus einem hohlen, am Boden offenen Grundteil 3 von rechteckigem
Querschnitt, an dem ein Transformator 5 angebracht ist. Durch eine Öffnung im Deckel
dieses Grundteils 3 ragt ein zylindrisches Gehäuse 7, welches an seinen beiden Enden
offen ist. Das untere Ende des Gehäuses 7 ist durch einen Block 9 abgeschlossen,
der vorzugsweise aus einem synthetischen Plastikmaterial, beispielsweise aus »Lucit«,
besteht. Der Block 9 ist an der unteren Fläche des Deckels vom Grundteil 3 auf übliche
Art und Weise befestigt.
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Auf dem Boden des zylindrischen Gehäuses 7 sind ein Paar federnde
elektrische Kontakte 11 und 11' befestigt, welche mit den Batteriepolen der Batterie,
die zum Zweck des Ladens in das Gehäuse 7 eingeführt wurden, Kontakt geben. Die
Kontaktteile 11 und 11' sind elektrisch an die Kontaktteile 13 und 13' angeschlossen,
welche in Reihenschaltung mit der Ladequelle verbunden sind. Die Kontaktteile 13
und 13' sind vorzugsweise in Löchern angeordnet, welche durch den Block 9 hindurchführen.
Die nicht dargestellten Drähte, welche die Kontaktteile 13 und 13' mit der Ladestromquelle
verbinden, sind im Grundteil 3 angeordnet.
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Der Block 9 ist mit einem zentrisch angeordneten hohlen Rohrstück
15 versehen, welches in eine größere Ausnehmung 17 im unteren Teil führt. Die Ausnehmung
17 dient zur Aufnahme der druckempfindlichen mechanischen Teile.
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Zwischen dem Rohrstück 15 und der Ausnehmung 17 ist eine flexible
Membrane 19 aus einem üblichen Material angeordnet. Dieses Material soll flexibel
genüg sein, um bei dem in der Batterie entstehenden Gasdruck gedehnt werden zu können.
Dünne, für diese Zwecke geeignete Gummimembranen haben eine Dicke von etwa 0,76
mm.
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Die Membrane wird mittels eines Ringes 21 in Stellung zwischen dem
Rohrstück 15 und der Ausnehmung 17 gehalten. Dieser Ring wird wiederum von einer
unteren abnehmbaren Platte 23 in Stellung gehalten, welche an der unteren Fläche
des Blockes 9 befestigt ist.
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Innerhalb der Ausnehmung ist ein Kolbenelement 25 angeordnet, welches
einen scheibenförmigen Horizontalteil 27 und einen vertikalen Stangenteil 29 umfaßt,
die beide eine Baueinheit bilden. Der Scheibenteil 27 ruht auf einer Feder 31, welche
diese nach oben drückt. Der Stangenteil 29 paßt durch die Öffnung in der
unteren Platte 23 und wirkt mit einem Hebelarm 33 zusammen, der weiter unten näher
beschrieben wird.
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Die im zylindrischen Gehäuse 7 entstehenden Gase gelangen durch das
Rohrstück 15 und drücken gegen die flexible Membrane 19. Hierdurch wird die flexible
Membrane 19 nach unten ausgedrückt und kormnt mit dem horizontalen Scheibenteil
27 des Kolbenelements 25 in Berührung. Der Gasdruck wirkt entgegen der Feder
31 und drückt das Kolbenelement 25 nach unten- gegen den linken Teil des Barunterliegenden
Hebelarmes 33.
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Der Hebelarm 33 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material
und ist um einen Bolzen 35 schwenkbar, -der auf einer Trägerplatte 37 angeordnet
ist. Die Trägerplatte 37 kann von dem Block 9 abzweigen oder auf irgendeine andere
Weise befestigt sein. Die nach unten gehende Bewegung des Kolbenelements 25 schwenkt
den Hebelarm 33 in einer der Uhrzeigerrichtung entgegengesetzten Richtung. Das Ende
des um den Bolzen 35 schwenkbaren Hebelarmes 33 wirkt bei seiner Schwenkung auf
eine abgewinkelte und dadurch pockenförmig ausgebildete Schaltfeder 39 und bewegt
diese in Richtung des Schalters 41. Durch diese Bewegung stößt die Feder 39 den
Schaltknopf 43 in den Schalter und schließt den Ladestromkreis, so daß die Ladung
beginnt.
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Wie in F i g. 2 zu erkennen ist, ist die Kappe 45 des Deckels im Inneren
mit einem dünnen geränderten konischen Gummiteil 51 versehen. Dieser ist
an der Unterseite des Daches der Kappe 45 mittels einer Schraube 53 befestigt.
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Der konische Gummiteil 51 hat verschiedene Funktionen. Er dient einmal
als Abdichtung, um die Gase im zylindrischen Gehäuse 7 abzudichten, welche von den
Batterien während des Ladevorganges erzeugt werden. Darüber hinaus dient er als
Sicherheitsvorrichtung, um das Gas abzulassen, welches sich im Gehäuse 7 aufbaut,
wenn der Druck darin zu hoch wird. Dies wird durch ein Eindrücken der dünnen Wände
des konischen Teils bewirkt, wenn der überdruck auf etwa 0,7 bis 1,07 kg/cm2 ansteigt.
Der konische Gummiteil 51 dient außerdem dazu, die Luft zusammenzudrücken, die im
Gehäuse vorhanden ist, wenn die Kappe 45 in ihre Haltestellung gedreht wird. Die
Bedeutung dieser Merkmale wird weiter unten näher beschrieben.
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Um die obere Öffnung des zylindrischen Gehäuses zu verschließen, ist
die durch Bajonettverschlüsse abnehmbare Kappe 45 vorgesehen. Die Kappe 45 ist mit
einem Paar winklig angeordneter Schlitze 47 versehen, welche mit Bajonettstiften
49 zusammenwirken. Diese Anordnung erlaubt einen guten und dichten Verschluß.
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Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, kann der Hebelarm 33 drei wichtige
Stellungen in bezug auf die Schaltfeder 39 einnehmen. In der ersten Stellung liegen
die Enden des Hebelarmes 33 unter der pockenförmigen Abwinkelung der Schaltfeder
39, so daß der Knopf 43 in seiner äußeren Stellung bleibt und der Schalter nicht
wirksam ist.
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In der zweiten Stellung ist der Hebelarm 33 mit dem Nocken der Schaltfeder
39 völlig im Eingriff, und der Knopf ist völlig eingedrückt. In dieser Stellung
ist der Schalter wirksam und der Ladestrom eingeschaltet.
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In der dritten Stellung liegt der Hebelarm 33 über dem Nocken der
Steuerfeder 39, so daß kein Druck mehr auf den Knopf 43 ausgeübt wird. Infolgedessen
ist der Schalter in dieser Stellung nicht wirksam, und der Ladestrom ist unterbrochen.
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Der Rückholknopf 55 wird verwendet, um den Hebelarm 33 aus der dritten
Stellung in die erste Stellung zurückzustellen.
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Wenn auch F i g. 1 ein Ladegerät zeigt, von dem das Gehäuse 7 ein
einheitlicher Bauteil ist, in welchen die Batterien eingeführt und während des Ladens
gelassen werden und welcher mit einem Deckel 45 zum
Abschließen
des Kopfteils vom Gehäuse versehen ist, ist erfindungsgemäß auch beabsichtigt, das
Gehäuse 7 und den Deckel 45 durch eine Batterie zu ersetzen, welche einen eigenen
abgedichteten Behälter hat. Der abgedichtete Behälter kann die Batteriezellen aufnehmen
und mit einer Öffnung für den Austritt des Gases versehen werden, das in den genannten
Zellen entwickelt wird. Dieser abgedichtete Behälter kann so ausgeführt sein, daß
er auf dem Ladegerät befestigt und der Gasaustritt mit der druckgasgesteuerten Schaltvorrichtung
in einer ähnlichen Weise wie bei F i g. 1 verbunden werden kann. Beim Einführen
des abgedichteten Batteriebehälters in das Ladegerät würden geeignete Drücke auf
die flexible Membrane und die druckempfindliche Hebelvorrichtung einwirken, so daß
das Ladesystem aktiviert wird. Äußere Anschlußorgane sind auf dem abgedichteten
Behälter vorgesehen, welche mit den Anschlüssen des Ladegerätes in Eingriff kommen.
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Beim Arbeiten wird die zu ladende Batterie in das Zylindergehäuse
7 eingeführt, so daß die Anschlüsse derselben mit den Kontakten 11 und 11' in Eingriff
kommen. der Hebelarm 33 ist mittels des Rückholknopfes 55 in seine untere Lage gebracht.
Der Deckel 45 wird dann auf das Gehäuse 7 gebracht und in seine Haltestellung gedreht.
Hierdurch wird die Luft imZylinder 7 zusammengedrückt. Dadurch, und durch die Bewegung
der flexiblen Membrane 19 und des Kolbenelements 25, schwenkt der Hebelarm 33 von
der untersten Stellung in eine zweite Lage. In dieser ist, wie bereits beschrieben,
der Ladestromkreis geschlossen, und die Ladung der Batterie beginnt.
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Wenn der Ladevorgang der Batterie seinem Ende zugeht, beginnt eine
Gasentwicklung, welche den Druck innerhalb des Gehäuses 7 steigen läßt. Diese Änderung
wird auf den Hebelarm 33 in der beschriebenen Art übertragen, und der Hebelarm 33
wird von seiner zweiten Lage in die dritte Lage übergeführt, in welcher der Ladestrom
in einer ebenfalls vorbeschriebenen Art und Weise unterbrochen ist. Wenn in dem
Gehäuse 7 eine Undichtigkeit während des Ladevorganges entstehen sollte, wird der
Gasdruck darin unter den zum Halt des Hebelarmes 33 in der zweiten Lage notwendigen
Druckes fallen. Deshalb wird er in die erste Stellung zurückfallen, und der Ladestrom
wird unterbrochen. Hierdurch ist ein Überladen der Batterie infolge des Entstehens
von Gasundichtigkeiten ausgeschaltet.
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Eine andere Ausführungsform dieser Erfindung ist in F i g. 3 dargestellt.
Bei dieser ist das zylindrische Gehäuse 7 mit einem Boden 2 versehen, der mit dem
Gehäuse 7 aus einem Stück besteht. Ein Vorstück, welches nicht dargestellt ist,
ist an einer Ecke des Bodens 2 angeordnet, von dem ein kleiner, ebenfalls nicht
dargestellter Nippel abzweigt. An diesem Nippel ist ein flexibles Rohrstück 4 angeordnet,
welches diesen Nippel mit einer druckempfindlichen Schalteinheit 6 verbindet.
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Die druckempfindliche Einheit 6 besteht aus einem Metallbecher 8,
der mit einem hohlen Stutzen 10 versehen ist, welcher mit dem Inneren der Steuereinheit
6 verbunden ist und auf dem ein Rohrstück 4 befestigt ist. Eine flexible Membrane
19, die identisch mit der für die F i g. 1 beschriebenen ist, liegt gegen den Boden
des Bechers 8 an und bedeckt die innere Öffnung des Stutzens 10.
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Die druckempfindliche Steuereinheit 6 ist ebenfalls mit einem Ring
21 und einem Kolbenelement 25 versehen, welches mit der Ausführung nach F i g. 1.
übereinstimmt. Die druckempfindliche Einrichtung wird im Becher 8 mittels eines
Deckels 12 gehalten, welcher mit einer zentralen Öffnung versehen ist, durch welche
die Stange 29 des Kolbenelements 25 paßt.
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Die druckempfindliche Steuereinheit 6 bildet somit keine Baueinheit
mit dem Gehäuse 7, sondern ist unter und seitlich neben dem Boden des Gehäuses 7
angeordnet und mit dem letzteren nur mittels des Rohrteils 4 verbunden. Die Steuereinheit
6 kann auf übliche Art und Weise befestigt sein, beispielsweise mittels einer Trägerplatte
14, die am Boden 3 festgemacht ist.
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Die Schalteinrichtung bei dieser Ausführung entspricht im wesentlichen
der nach F i g. 1. Der Hebelarm 33 ist schwenkbar am Bolzen 35 befestigt und betätigt
den Schalter 41 bzw. setzt ihn außer Tätigkeit in der vorstehend beschriebenen Art
und Weise. Nach Beendigung der Ladung kann der Hebelarm 33 von einem Rückholknopf
55 zurückgeholt werden.
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Eine andere Ausführung der druckgesteuerten elektrischen Schalteinrichtung,
die in dem Ladegerät nach F i g. 1 verwendet werden kann, ist in den F i g. 4 und
5 dargestellt. Bei dieser Ausführung besteht der Hebelarm 33 aus einem isolierenden
Material und trägt einen elektrischen Kontaktteil 57, der zwei in verschiedenen
Höhen befestigte Kontaktteile 59 und 61 überbrückt, wenn sich der Hebelarm 33 in
der in F i g. 4 voll ausgezogen dargestellten Lage befindet. Der Hebelarm 33 ist
bei 35 schwenkbar angeordnet. An dem dem Kontakt 57 gegenüberliegenden Ende arbeitet
er entgegen der Wirkung der Feder 63 mit einer Stange 29 zusammen. 55 bezeichnet
einen Rückholknopf ähnlich wie er in F i g. 1 gezeigt ist.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist folgende: der Hebelarm
33 ruht auf dem Kontakt 61, wenn der Ladestromkreis geöffnet ist. Beim Einführen
der Batterie in das Gehäuse 7 zum Laden und nach dem Schließen des Gehäuses mittels
der Kappe 45 wird die Stange 29 unter der Wirkung des innerhalb des Gehäuses entwickelten
Druckes nach unten bewegt und verursacht, daß der Arm in die Lage II gemäß F i g.
4 und 5 gelangt, wobei die Kontakte 59 und 61 überbrückt werden und der Ladestromkreis
geschlossen wird. Der Arm 33 bleibt während des ganzen Ladevorganges in dieser Lage.
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Wenn der Ladevorgang beendet ist, bewegt sich die Stange 29 weiter
nach unten und führt das kontakttragende Ende des Hebelarmes 33 über den Kontakt
59, so daß die elektrische Verbindung zwischen 59 und 61 unterbrochen wird. Bei
der Bewegung über den Kontakt 59 kommt der Kontakt 57 in die Stellung III, die in
den F i g. 4 und 5 in gestrichelter Linie dargestellt ist, und bleibt in dieser
Stellung verriegelt, bis der Hebelarm 33 mittels des Rückholknopfes 55 in seine
ursprüngliche Lage zurückgeführt wird, in der der Kontakt 57 auf dem Kontakt 61
ruht.
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Eine weitere Ausführungsform der druckgesteuerten elektrischen Schaltvorrichtung,
die in dem Ladegerät gemäß F i g. 1 verwendbar ist, ist schematisch in F i g. 6
dargestellt.
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Ein Satz flacher kontaktgebender Federn 65 ist auf dem Hebelarm und
der Schaltanordnung gemäß F i g. 1 angeordnet. Der eingefügte Pfeil 67 versinnbildlicht
die Stange 29. Die Federn 65 bestehen aus Platten 68 und 70, welche Kontakte 69
bzw. 71 tragen und aus einer Platte 73, welche Kontakte 75 und 77 hat. Der Kontaktsatz
65 ist mit seinem Kontakt
71 elektrisch an die Primärwicklung des
Transformators 5 angeschlossen, während der Kontakt 69 mit dem anderen Pol der Stromleitung
verbunden ist.
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Die Federn 65 wirken wie eine überbrückungsfeder. Sie bringen die
Kontakte 69 und 71 in fluchtende Anordnung gegenüber den Kontakten 75 und 77. An
ihrem freien Ende ist die Platte 73 in Kontakt mit einer gebogenen Feder 79, die
mit einer Ausstülpung 81 versehen ist. Der Pfeil 83 repräsentiert den Rückholknopf.
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Beim Einführen der zu ladenden Batterie in das Gehäuse 7 und nach
dem Schließen des Deckels 45 bewegt sich die Stange 29, d. h. der Pfeil 67 nach
oben, in eine Lage, in welcher die Kontakte 69 und 75 schließen, ohne daß die Verbindung
der Kontakte 6 und 77 unterbrochen wird, so daß das Ladegerät eingeschaltet wird.
Nach Beendigung der Ladung wird die Stange 29 ihre Aufwärtsbewegung wieder aufnehmen,
wobei sie die Platte 73 nach oben stößt und bewirkt, daß die Kontakte 71 und 77
geöffnet werden und der Ladekreis unterbrochen wird. Weil die Platte 73 nach oben
gestoßen wird, passiert sie den Vorsprung 81 und bleibt in der in gestrichelter
Linie dargestellten Lage verriegelt, wobei die Kontakte 71 und 77 getrennt sind,
bis die mit voll ausgezogener Linie dargestellte Lage mit Hilfe des Rückholknopfes
83 wieder erhalten ist.
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F i g. 7 zeigt das Schaltbild des Ladegerätes. Den Ladestromkreis
bilden die Sekundärwindung des Transformators 5 und in Reihe dazu die Batterie 85,
ein Gleichrichter 87 und eine Kontrollampe 89, zu der ein Widerstand 91 parallel
geschaltet ist. Die Primärwicklung des Transformators 5 ist über die Stromleitung
93 durch einen Schalter 41 mit dem Netz verbunden, der in der offenen Stellung gezeigt
ist.
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Beim Einführen der Batterie in das Gehäuse gemäß F i g. 1 und beim
Schließen des Gehäuses mittels der Kappe 45 wird der Schalter 41 geschlossen, wie
es in der Beschreibung ausgeführt ist.
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Der Schalter öffnet sich automatisch und schaltet das Ladegerät ab,
wenn der Gasdruck innerhalb des Gehäuses bei weiterer Ladung über einen vorbestimmten
Wert ansteigt.
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Die Ladevorrichtung gemäß der Erfindung kann sowohl einzelne elektrische
Zellen oder mehrere Batterieeinheiten von geeigneter Größe und Form bei entsprechender
elektrischer Ausführung und geeigneter Dimensionierung des Gehäuses 7 beladen. Wenn
z. B. die Batterie aus einer größeren Anzahl einzelner Zellen besteht, die in einem
gemeinsamen Behälter ; angeordnet sind, ist das Ladegerät auch zum Laden einer Batterie
geeignet, deren Zellen und Gehäusebehälter nicht hermetisch abgeschlossen zu werden
brauchen. Der Batteriebehälter erhält zwei Anschlüsse, die mit den Anschlußkontakten
11 und 11' zusammenwirken. Das Ladegehäuse 7 muß zur Aufnahme der Batterie geeignet
sein.