DE2440218B2 - Ladegerät - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Ladegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 17 77917 ist ein Ladegerät der beschriebenen Art bekannt. Bei
diesem Ladegerät wird der Ladestromkreis gleichzeitig mit dem Einschieben oder Einsetzen der zu ladenden
Zellen zwischen zugehörige Federkontakte automatisch geschlossen, ohne daß dafür weitere Schaltmittel
erforderlich sind. Das aus der genannten Druckschrift bekannte Ladegerät zeichnet sich durch einen einfachen
Aufbau aus, ist aber mit dem Nachteil behaftet, daß die geladenen Zellen am Ende des Ladevorgangs unterschiedlich
hoch aufgeladen und möglicherweise überladen sein können. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die
zu ladenden Zellen zum einen eine nicht bekannte und zum anderen jeweils eine unterschiedlich hohe Restladung
haben können. Während eine Überladung der Zellen zu einer Leistungsminderung und vorzeitigen
Zerstörung führt, kommt es auch bei der Verwendung von unterschiedlich hoch aufgeladenen Zellen zu
schädlichen Wirkungen. Die ladbaren Zellen werden nämlich in zahlreichen Fällen während ihres Gebrauchs
als Energiequelle, beispielsweise zum Antrieb eines Modellflugzeugs, in Reihe geschaltet Wenn die in Reihe
geschalteten Zellen unterschiedlich hoch aufgeladen sind, wird die eine oder andere der Zellen vor den
übrigen entladen sein. An diesen vorzeitig entladenen Zellen kommt es dann zu einer Polaritätsumkehr und zu
einer äußerst schädlichen Rückwärtsladung der Zelle,
ίο die zu einer Herabsetzung der Lebensdauer der Zelle
führt
Aus der US-PS 36 81 673 ist bereits ein netzgespeistes Ladegerät für eine einzige Zelle bekannt, bei dem die
aufzuladende Zelle anfangs nach Niederdrücken einer Taste in einen Entladestromkreis eingeschaltet wird und
anschließend automatisch für eine etwa konstante Zeit geladen wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß
die zuvor vollkommen entladene Zelle am Ende der Ladezeit eine Ladungsmenge enthält, die näherungsweise
ihrer maximalen Ladekapazität entspricht, ohne daß eine Überladung auftritt. Dieses bekannte Ladegerät
weist aber aufwendige und energieverbrauchende Steuer- und Zeitgeberschaltungen mit einem Bimetallrelais
und einem Tastenschalter mit wenigstens einem Arbeitskontakt auf. Dieses bekannte Gerät ist daher
zum einen teuer und zum anderen als tragbares Ladegerät ohne Netzanschluß nicht geeignet
Ein Ladegerät, das als Stromquelle ebenfalls Versorgungszellen aufweist und das gleichfalls einen Parallel-Entladestromkreis
enthält, ist mit dem älteren Patent 24 17 718 bereits vorgeschlagen worden. Dieses Ladegerät
enthält einen von einem Motor angetriebenen Zeitgeber und eine Einstellnockenscheibe; es ist somit
aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes tragbares Ladegerät zu schaffen, mit dem
eine ungleichmäßige Aufladung oder Überladung der Zellen vermieden wird und das trotzdem keine
aufwendigen Steuer- und Zeitgeberschaltungen enthält.
ίο Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Ladegerät ist somit ein derart ausgebildeter Entladestromkreis vorgesehen, daß
die eingesetzten zu ladenden Zellen vor der Aufladung
Ί5 zunächst zwangsläufig und parallel zueinander entladen
werden. Dadurch wird sichergestellt, daß alle eingesetzten, zu ladenden Zellen vor Beginn der Aufladung
denselben definierten Ladezustand haben, nämlich vollkommen oder nahezu vollkommen entladen sind, so
so daß dann eine gleich hohe Aufladung erzielt wird.
Bei den ladbaren Zellen handelt es sich vorzugsweise um Nickel-Cadmium-Zellen, die zweckmäßigerweise
mit einem Entlüftungsventil ausgerüstet sind, um im Falle eines Überladens innere Gase freizugeben. Da der
Innenwiderstand solcher Zellen äußerst gering ist, haben diese Zellen trotz verhältnismäßig kleiner
Kapazität große Beachtung gefunden. Die Zellen können bei ihrem Gebrauch mit sehr hohen Strömen
von einigen Ampere entladen und bei ihrer Erschöpfung sehr schnell wieder aufgeladen werden, und zwar in
einigen wenigen Minuten, beispielsweise 10 Minuten.
Bevorzugte Weiterbildungen des Ladegeräts sind in den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ladegeräts, F i g. 2 ein elektrisches Schaltbild für dieses Ladegerät,
Fig.3 eine perspektivische Ansicht des Ladegeräts
bei voneinander getrennten Gehäuseteilen,
F i g. 4 einen Querschnitt durch das in der F i g. 1 dargestellte Ladegerät,
F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Ladegeräts mit einer Anzeigeeinrichtung,
F i g. 6 ein Schaltbild für das in der F i g. 5 dargestellte Ladegerät,
F i g. 7 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Druckknopf-Umschalters für
ein Ladegerät und
F i g. 8 einen Querschnitt durch den in der F i g. 7 dargestellten Umschalter bei einer Drehung der
Schnittebene um 90°.
Ein in den F i g. 1 bis 4 dargestelltes Ladegerät weist ein Gehäuse mit einem abnehmbaren Gehäuseoberteil 1
und einem Gehäuseunterteil 2 auf. Das Gehäuseoberteil 1 weist auf seiner Oberseite Räume 4 zum Einsetzen der
aufzuladenden Zellen 3 und einen manuell betätigbaren Druckknopf-Tast-Umschalter 5 auf. Die Räume 4, in die
die aufzuladenden Zellen 3 einsetzbar sind, weisen Anschlußkontakte 6 und 16 für die positiven bzw.
negativen Elektroden der aufzuladenden Zellen 3 auf. In der F i g. 1 sind lediglich zwei der Anschlußkontakte 6 zu
sehen. Zu beiden Seiten der die Zellen 3 aufnehmenden Räume 4 sind Ausnehmungen 7 ausgebildet, die das
Einsetzen und Herausnehmen der aufzuladenden Zellen
3 in das Ladegerät mit Hilfe der Finger erleichtern. Das Gehäuseunterteil 2 enthält als Speisespannungsquellen
dienende Versorgungs-Zellen 8. Die beiden Gehäuseteile sind durch geeignete Befestigungsmittel 2—1 lösbar
miteinander verbunden.
Der Zusammenhang zwischen dem Gehäuseoberteil 1 und dem Gehäuseunterteil 2 geht aus der Fig.3
hervor. Wie man sieht, können in das Gehäuseunterteil 2 beispielsweise vier als Spannungsquelle dienende Zellen
8 eingesetzt sein, bei denen es sich um Trockenzellen handeln kann.
Wenn das Gehäuseoberteil 1 und das Gehäuseunterteil 2 durch die Befestigungsmittel 2—1 miteinander
verbunden sind, stehen Anschlüsse 9 mit den positiven Elektroden der Zellen 8 und Anschlüsse 10 mit den
negativen Elektroden der Zellen 8 in elektrischem Kontakt. Wenn die zu ladenden Zellen 3 in den Räumen
4 angeordnet sind, liegen sie in einem Entladestromkreis, der durch den Ruhekontakt 11 des Umschalters 5
und Widerstände 13 vervollständigt wird. Wenn man die Zellen 3 für eine gewisse Zeit in dieser Lage läßt, wird
die in den Zellen 3 noch vorhandene Restladung nahezu vollkommen abgeführt. Danach kann man durch
Niederdrücken des Druckknopfes des Umschalters 5 mit dem Finger die entladenen Zellen 3 über den
Arbeitskontakt 12 des Umschalters 5 mit den als Spannungsquelle dienenden Zellen 8 verbinden und auf
diese Weise aufladen. Die Ladezeit wird von dem Benutzer bestimmt. Entsprechend lange bleibt der
Druckknopf des Umschalters 5 manuell niedergedrückt. Zum Bestimmen der Ladezeit kann man eine Uhr
beobachten. Ein zu langes Aufladen der Zellen 3 sollte angesichts einer schädlichen Überladung vermieden
werden.
In der Praxis wird als Stromquelle häufig eine Gruppe von schnell ladbaren Nickel-Cadmium-Zellen verwendet,
die in Reihe geschaltet sind. Wenn in einer derartigen Reihenschaltung bezüglich der Ladungsmenge
der einzelnen Zellen eine Unausgewogenheit auftritt, die bewirkt, daß einige Zellen früher vollständig
entladen sind als andere, kann es zu einer Rückwärtsladung kommen. An einer Zelle, die früher als die anderen
entladen ist, fällt somit infolge des Zelleninnenwiderstands an dieser Zelle eine Spannung ab, die derart
gepolt ist, daß sie an der negativen Elektrode der Zelle
positiv und an der positiven Elektrode der Zelle negativ ist. Infolgedessen tritt an dieser Zelle eine Rückwärtsladung
auf, die zu einer sehr schnellen Zerstörung der Zelle führt
Bei dem erfindungsgemäßen Ladegerät wird jeweils
Bei dem erfindungsgemäßen Ladegerät wird jeweils
to eine zu ladende Zelle 3 über den normalerweise geschlossenen Ruhekontakt 11 zunächst entladen (bei
mehreren Zellen erfolgt das Entladen in Parallelschaltung). Mit der Ladung wird erst begonnen, nachdem die
in das Ladegerät eingesetzte Zelle 3 entladen ist. Auf diese Weise werden in den zu ladenden Zellen 3
möglicherweise noch vorkommende Restladungen beseitigt Danach wird die vollkommen entladene Zelle
mit einer gewünschten Ladungsmenge geladen, die von der gewählten Ladezeit abhängt Eine solche Vorge-
2n hensweise verhindert das Auftreten von Rückwärtsladungen beim anschließenden Betrieb der geladenen
Zellen.
Die F i g. 4 zeigt einen Querschnitt des beschriebenen Ladegeräts. Wie man sieht, enthält der Umschalter 5
einen Druckknopf 14 und eine Sperrscheibe 18. Der Anschlußkontakt 6 für die positive Elektrode der Zelle 3
ist einstückig mit dem Kontaktstück IS ausgebildet, das ein U-förmiges Ende aufweist, das bei niedergedrücktem
Druckknopf 14 nach unten gedrückt ist und in
ju dieser niedergedrückten Stellung in elektrischem
Kontakt mit dem normalerweise geöffneten Arbeitskontakt 12 des Umschalters 5 steht. Auf diese Weise
wird ein Stromkreis gebildet der bei der positiven Elektrode einer Versorgungs-Zelle 8 beginnt und über
den normalerweise mit dem Arbeitskontakt 12 einstükkig ausgebildeten Anschluß 9 sowie den Arbeitskontakt
12, das U-förmige Ende des Kontaktstücks 15, den positiven Anschlußkontakt 6 des die zu ladende Zelle 3
aufnehmenden Raums, die zu ladende Zelle 3, den
■40 negativen Anschlußkontakt 16 des die zu ladende Zelle
aufnehmenden Raums, den Widerstand 13, den Anschluß 10, die negative Elektrode von einer weiteren der
Versorgungs-Zellen 8, die positive Elektrode dieser weiteren Zelle 8, und einen Verbindungsanschluß 17
zurück zu der zuerst genannten Versorgungs-Zelle 8 führt. Über diesen Stromkreis wird die zu ladende Zelle
3 geladen.
Beim Niederdrücken des Druckknopfes 14 wird der Kontakt des U-förmigen Endes des Kontaktstücks 15
mit dem in der Fig.2 dargestellten Ruhekontakt 11
unterbrochen.
Da zum Betrieb des beschriebenen Ladegeräts lediglich ein manuell betätigbarer Umschalter 5
erforderlich ist, erhält man ein preisgünstiges und nahezu fehlerfrei arbeitendes Gerät. Vor dem Ladevorgang
wird die zu ladende Zelle 3 von jeglicher Restladung über den Entladestromkreis mit dem
normalerweise geschlossenen Ruhekontakt 11 des Umschalters 5 befreit Da eine Ladung nur stattfindet
solange der Druckknopf des Umschalters 5 von Hand
niedergedrückt ist, besteht keine Gefahr, daß das öffnen
des Ladestromkreises nach Beendigung des Ladens in Vergessenheit gerät.
Bei dem beschriebenen Ladegerät ist somit die gesamte Anordnung derart getroffen, daß beim
Einsetzen der zu ladenden Zellen in das Ladegerät zunächst eine Entladung über den Ruhekontakt
ausgeführt wird, um vor der Ladung die zu ladenden
Zellen von jeglichen Restladungen zu befreien, also auf Null zu entladen. Vorzugsweise ist es allerdings
erwünscht, den Entladevorgang und bzw. oder den Ladevorgang visuell zu überwachen. Ein Ausl'ührungsbeispiel,
das solchen Anforderungen genügt, wird im folgenden beschrieben.
In der Fig.5 ist ein Ladegerät dargestellt, dessen Aufbau grundsätzlich mit dem Aufbau des in der F i g. 1
dargestellten Ladegeräts übereinstimmt. Die übereinstimmenden Teile sind daher mit denselben Bezugszahlen
versehen. In der F i g. 6 ist ein elektrisches Schaltbild für das in der F i g. 5 gezeigte Ladegerät dargestellt. Der
Unterschied gegenüber dem in der F i g. 1 dargestellten Ladegerät besteht darin, daß bei dem Ladegerät nach
der F i g. 5 die Widerstände 13 durch Lampen 13' ersetzt sind. Mit dem Einsetzen der zu ladenden Zellen 3 in das
Ladegerät wird somit ein Entladestromkreis geschlossen, der über den Ruhekontakt 11 des Umschalters 5 zu
den Lampen 13' führt. Die Menge der Restladung in den zu ladenden Zellen 3 wird durch die Helligkeit der
Lampen 13' angezeigt.
Sobald die Restladung in einer zu ladenden Zelle 3 auf Null abgefallen ist, geht die zugehörige Lampe 13' aus.
Wenn alle Lampen 13' erloschen sind, kann man mit einem Finger den Druckknopf des Umschalters 5
niederdrücken, so daß jetzt die Zellen 3 über den Arbeitskontakt 12 des Umschalters 5 von den
Spannungsquellenzellen 8 geladen werden. Während die Lampen 13' zu Beginn des Ladens verhältnismäßig
hell aufleuchten, nimmt ihre Helligkeit bei zunehmender Ladung allmählich ab, und sie gehen nahezu aus, wenn
die Ladung beendet ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es somit möglich, sehr leicht den ungeladenen und bzw. oder geladenen
Zustand einer Zelle 3 mit Hilfe einer Anzeigeeinrichtung, beispielsweise einer Lampe, festzustellen, die auf
den Entladestrom bzw. Ladestrom anspricht. Durch Beobachten der Anzeigeeinrichtung ist es möglich, das
Ende der Entladung einer zu ladenden Zelle zu erkennen und auf diese Weise sicherzustellen, daß bei
der nachfolgenden Ladung die zugeführte Ladungsmenge gleichbleibend ist. Auf diese Weise kann man selbst
mehrere Zellen gleichmäßig aufladen, ohne daß eine Überladung auftritt. Anstelle der bei dem gezeigten
Ausführungsbeispiel mit der zu ladenden Zelle in Reihe geschalteten Anzeigeeinrichtung kann man zum Anzeigen
des Endlade- bzw. Ladezustands der Zelle auch eine Anzeigeeinrichtung verwenden, die der Zelle parallelgeschaltet
ist und die somit beim Entladen oder beim Laden auf die an der Zelle anliegende Spannung
anspricht.
Anhand der F i g. 7 und 8 wird die Arbeitsweise des Druckknopf-Umschalters 5 im einzelnen erläutert. Die
F i g. 7 zeigt einen Querschnitt durch den Umschalter. In der Fig.8 ist ebenfalls ein Querschnitt durch den
Umschalter gezeigt, jedoch in einer um 90° verdrehten Richtung.
Der Druckknopf 14 ist auf der Oberseite de: Gehäuseoberteils 1 vorgesehen und ist mit Hilfe eine
Schraube 46 und einer Unterlegscheibe 45 (entsprich der Sperrscheibe 18 in Fi g. 4) verschiebbar in das
Gehäuseoberteil 1 eingepaßt. Unter der Schraube 46 des Druckknopfes 14 ist ein bewegbares biegsames
Kontaktstück 15 vorgesehen, das aus einem U-förmig gebogenen elastischen Band besteht, dessen unteres
ίο Ende fest eingespannt ist. In dem Raum zwischen dem
U-förmigen bewegbaren Kontaktstück 15 befindet sich der feste Arbeits-Kontakt 12, der federnd von einem
Kontaktelement 47 getragen wird, das mit eine Schraube 48 am Gehäuseoberteil 1 befestigt ist. Ein
fester Kontakt 50, der dem Ruhe-Kontakt 11 entspricht,
ist mit Hilfe einer Schraube 49 am Gehäuseoberteil 1 befestigt, wie es in der F i g. 7 dargestellt ist. Solange de
Druckknopf 14 nicht nach unten gedrückt wird, isi infolge der nach oben wirkenden elastischen Federkraft
des bewegbaren Kontaktstücks 15 der feste Kontakt 50 geschlossen und bildet daher den Ruhekontakt 11.
Wenn der Druckknopf 14 gegen die Federkraft de Kontaktstücks 15 nach unten gedrückt wird, wie es in
der F i g. 7 durch den Pfeil angedeutet ist, wird der den Ruhekontakt 11 darstellende, normalerweise geschlossene,
feste Kontakt 50 geöffnet. Beim Erreichen der ir den Fig.7 und 8 dargestellten Stellung 15—1 berühr)
das Kontaktstück 15 den festen Kontakt 12. Da Kontaktstück 15 gelangt dann in die Stellungen 15—2
und 15—3, wobei der feste Kontakt 12 gegen dif elastische Federkraft des Kontaktelements 47 in dl·
Stellungen 12—2 und 12—3 gebracht wird. Bein-Niederdrücken
des Kontaktstücks 15 wandert de Kontaktpunkt zwischen dem Kontaktstück 15 und den
festen Kontakt 12 um eine Strecke t über dk Breitenrichtung des Kontaktstücks 15, wie es in de
Fig.8 gezeigt ist. Während des Niederdrückens de Druckknopfes 14 findet somit eine Gleitbewegung de
Kontaktpunktes zwischen dem bewegbaren Kontakt stück 15 und dem festen Kontakt 12 statt. Auf de
Oberfläche des Kontaktstücks 15 wird daher die Kontaktfläche poliert. Dadurch werden auf diese
Oberfläche möglicherweise vorhandene Oxidschichter entfernt, die den Kontaktwiderstand unnötigerweis'
erhöhen wurden. Der Winkel des Kontaktelements 4/ gegenüber der Horizontalen beträgt vorzugsweise 451
bis 50°, wobei die Elastizitätsgrenze berücksichtig wurde. Bei einem größeren Winkel, bis zu 90°, wäre die
Gleitbewegung größer. Obwohl der beschrieben
so Druckknopf-Umschalter klein und einfach aufgebaut ist kann er infolge seiner besonderen Konstruktion ohn
Verwendung eines besonderen Kontaktwerkstoffes be sehr niedrigen Widerstandsverlusten verhältnismäßig
große Ströme führen. Darüber hinaus kann de beschriebene Schalter preiswert hergestellt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Ladegerät für Kleinakkumulator-Zellen mit einem ersten Gehäuseteil zur Aufnahme und
Halterung einer oder mehrerer zu ladender Zellen, mit einem zweiten Gehäuseteil, das Versorgungs-Zellen,
die als Energiequelle für die zu ladenden Zellen dienen, enthält und mit einem manuell
betätigbaren Schalter mit einem Arbeitskontakt, der einen Ladestromkreis für eine oder mehrere der in
den Aufnahme- und Halterungsraum eingesetzten, zu ladenden Zellen vervollständigt, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schalter als ein im
ersten Gehäuseteil (1) untergebrachter Tast-Umschalter (5) ausgebildet ist, der außer dem im
Ladestromkreis liegenden Arbeits-Kontakt (12) einen Ruhe-Kontakt (11) aufweist, welcher Ruhe-Kontakt
einen Parallel-Entladestromkreis für die in den Aufnahme- und Halterungsraum (4) eingesetzte^),
zu ludende(n) Zelle(n) (3) schließt.
2. Ladegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (5) ein Druckknopf-Umschalter
ist, der einen Druckknopf (14), ein bewegbares Kontaktstück (15) mit einem elastischen,
durch das Niederdrücken des Druckknopfes bewegbaren Kontakt und zwei elastisch unterstützte
feste Kontakte (Ruhe-Kontakt 11, Arbeits-Kontakt 12) aufweist, die in dem Bewegungsraum des
bewegbaren Kontaktstücks angeordnet und, derart, daß das bewegbare Kontaktstück bei nicht betätigtem
Druckknopf an dem festen Ruhe-Kontakt (11), bei betätigtem Druckknopf an dem festen Arbeits-Kontakt
(12) anliegt.
3. Ladegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung (Lampe
13') vorgesehen ist, die auf die Spannung an der zu ladenden Zelle (3) oder auf den durch die zu
ladende Zelle fließenden Strom anspricht, um entweder das Ausmaß des Ladezustandes oder des
Entladezustands der zu ladenden Zeäle oder beide Zustände anzuzeigen.
4. Ladegerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (Lampe 13')
mit der zu ladenden Zelle (3) in Reihe geschaltet ist.
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