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Batteriefüllgerät
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Die Erfindung betrifft ein Batteriefüllgerät für mit einem flüssigen
Elektrolyten arbeitende Batterien, zum Nachfüllen von Wasser und/oder Elektrolytflüssigkeit,
mit einem Ventil zum Dosieren der aus einem Vorratsgefäß entnebmbaren Füllmenge.
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Bekannte Füllgeräte dieser Art sind in der Art einer Spritzpistole
ausgebildet, die ein von Hand betätigbares Ventil aufweist, das über einen Schlauch
mit einem Vorratsgefäß verbunden ist.
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Die Füllstandshöhe in den einzelnen Zellen einer Batterie, beispielsweise
der Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges, muß dabei optisch
abgeschätzt werden.
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Dies ist wegen der Ebge der Zellenöffnungen, die praktisch nur eine
Beobachtungsrichtung senkrecht zum Flüssigkeit 5 spiegel zuläßt, oft sehr schwierig,
und es können leicht optische Täuschungen vorkommen, die dazu führen, daß die Batterie
nicht auf die ordnungsgemäße und für eine optimale lebensdauer notwendige Füllstandshöhe
aufgefüllt wird. Außerdem ist diese optische Kontrolle bei Batterien, die für
höhere
Spannungen als beispielsweise übliche 12 V Anlasserbatterien ausgelegt sind und
dementsprechend eine größere Anzahl von Zellen aufweisen, zeitraubend und mijhsam.
Es kann daher leicht vorkommen, dß die einzelnen Zellen unterschiedlich gefiillt
werden, was auch dann, wenn der Fjjllstqnd zwar innerhalb der hierftir vorgesehenen
Toleranzgrenzen, in einzelnen Zellen aber an der oberen und in einzelnen Zellen
an der unteren Toleranzgrenze liegt, zu einem erheblich unterschiedlichen Wartungsintervall
der Zellen im Vergleich zu einer stets gleichmäßig gefüllten Batterie fiihren kann.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Batteriefiillgerät
der eingangs genannten Art zu schaffen, das auf einfache Weise einen gleichmäßigen
Fiillstand aller Zellen einer Batterie gewährleistet und bequem zu handhaben ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventil
als ein elektronisch betätigbares Steuerventil tusgebildet ist, und daß eine das
Steuerventil in Abhängigkeit von der gewiinschten, elektronisch gemessenen Fiillhöhe
der Batterie steuernde elektronische Steuereinrichtung vorgesehen ist, die das Steuerventil,
durch das die nechzuffillende Flüssigkeitsenge zuströit, sperrt, wenn der vorgesehene
Füllstand einer Zelle erreicht ist.
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Durch die elektronische Messung der Füllstandshöhe und die elektronisch
gesteuerte selbstätige Sperrung des Dosierventils ist dann für alle Zellen der Batterie
eine absolut
gleichmäßige Füllstandshöhe und damit auch die optimal
erreichbare Lebensdauer der Batterie gewahrleistet.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Füllvorgang
bis zum Streichen der korrekten Füllstandshöhe in einem Zug durchgeführt werden
kann, so daß Zwischenkontrollen, die bei dem bekannten Nachfüllgerät ein Absetzen
zur optischen Kontrolle erfordern, völlig entfallen können.
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Der Füllvorgang wird dadurch erheblich vereinfacht und abgekürzt.
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Ein solches Nachfüllgerät, das in irgend einer Form mit einer elektronischen
Bestimmung der Füllstandshöhe in der Batteriezelle arbeitet, kann auf die verschiedenste
Art und Weise verwirklicht sein. Beispielsweise kann die elektronische Steuereinrichtung
als Meßfühler einen in einer Brückenschaltung angeordneten Plattenkondensator aufweisen,
dessen in parallelen Ebenen angeordnete Platten in einer Richtung senkrecht zu dem
Flüssigkeitsspiegel in den Elektrolyten der Batterie eintauchen und mit einer Isolierschicht
versehen sind. Wenn dann der Flüssigkeitsspiegel während des Nachfüllens zwischen
den Kondensatrplatten ansteigt, so ändert sich die Kapazität des Kondenßators, die
mit der Brücken schaltung überwacht wird, und es kann der Nachfüllvorgang unterbrochen
werden, wenn ein einer vorbestivaten Füllhöhe entsprechender Kapazitätawert erreicht
wird, oder wenn sich der Wert der Kapazität des Kondensators nicht mehr ändert,
wenn der Flüssigkeitsspiegel den oberen Rand der Kondensatorplatten erreicht hat.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der findung, die sich durch
einen besonders einfachen Aufbau der Neß- und Steuerelektronik auszeichnet, umfaßt
diese zwei als Elektroden ausgebildete fleßfühler, die bei der vorgesehenen Füllstandshöhe
in den leitenden Elektrolyten eintauchen, wobei die
elektronische
Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß sie eine bei dem Eintauchen der Meßfühler
zwischen diesen eintretende änderung des elektrischen Widerstandes erfassende Meßeinrichtung
umfaßt.
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Diese Ausführungsform der Erfindung hat daduit, daß beim Eintauchen
der Elektroden eine Widerstandsverringerung eintritt, die zu einem Widerstandswert
führt, der um mehrere Zehnerpotenzen geringer ist als derJenige, wenn die Elektroden
im liLiftraum der Zelle angeordnet sind1 den Vorteil, daß eine sehr empfindliche
Steuerung des Füllvorgangs möglich ist, durch die die Einhaltung sehr enger Toleranzgrenzen
für die Füllstandshöhe erreichbar ist.
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Damit das erfindungsgemäße Füllgerät auch für verschiedene Typen von
Batterien, die mit werschiednen, einen unterschiedlichen spezifischen Widerstand
aufweisenden Elektrolyten arbeiten, in gleicher Weise verwendbar ist, ist es vorteilhaft,
wenn die Eipfindlichkeit der Meßeinrichtung einstellbar ist, wie es gemäß einer
iusfiihrungsfori der Erfindung vorgesehen ist, und in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung dadurch realisiert ist, daß die Meßeinrichtung als Neßverstärker ausgebildet
ist, dessen Steuereingang mit dem einen Meßfühler und über einen Widerstand mit
dem einen Pol einer Spannungsquelle verbunden ist, und daß der andere ßfühler über
einen einstellbaren Widerstand mit dem anderen Pol der Spannungsquelle verbunden
ist.
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Der Steuereingang des Meßverstärkers liegt dann an einer Mittelanzapfung
eines Spannungsteilers, dessen einer Zweig durch den Festwiderstand gebildet ist,
und dessen anderer Zweig die Meßstrecke zwischen den rLeßfühlern und den einstellbaren
Widerstand umfaßt. Das Meßsignal ist dann durch
den Spennungsabftll
iiber dem Festwiderstand bzw. der Differenz der von der Spannungsquelle gelieferten
Versorgungsspannung und der an dem den einstellbaren Widerstand und die Meßstrecke
umfassenden Zweig des Spannungteilers abfallenden Spannung bestimmt. Wenn sich der
Widerstand dieses Zweiges verändert, so kanne dadurch bedingte Empfindlichkeitsänderung
auf einfache Weise dadurch ausgeglichen werden, daß der Widerstandswert verringert
und dadurch der Empfindlichkeitsverlust ausgeglichen wird. Die Einstellung der Empfindlichkeit
ist wichtig bei der Wartung verschiedener Datterie-Typen.
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Das Steuerventil kann auf die verschiedenste Art und Weise ausgebildet
sein und beispielsweise einen längs seiner Achse gesteuert verschiebbaren kegelförmigen
Ventilkörper aufweisen, der gegen einen komplementär kegelförmigen Ventilsitz geführt
verschiebbar ist, was eine sehr feine Dosierung und Regelung der Flüssigkeitszufuhr
ermöglicht. In dieser Weise regelbare Ventile werden dann benötigt, wenn der Meßvorgang
ffir die Istwertmessung der Fiillstendshöhe aus Genauigkeitsgr;jnden iiber einen
bestimmten Zeitraum ausgedehnt werden muß, damit sich Schwankungen der Istwertmessung
herausmitteln können.
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Dank der hohen Empfindlichkeit des bei dem erfindungsgemäßen Fiillgerätess
ausgenutzten Meßprinzips, das eine sehr schnelle und präzise Erfassung des Istwertes
der Fjjllstandshöhe gestartet, ist es aber möglich, ein sehr schnell im Sinn einer
EIN-AUS-Regelung ansprechendes Steuerventil zu verwenden und dieses, wie es gemäß
einer bevorzugten Ausftihrungsform der Erfindung vorgesehen ist, als ein Magnetventil
auszubilden, das über eine von der Meßeinrichtung gesteuerte Ansteuerstufe betätigbar
ist, durch die die für das schnelle Sperren des Ventils erforderliche elektrische
Leistung schaltbar ist.
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Das erfindungsgemäße Füllgerät kann in der Weise ausgebildet sein,
daß nach Beendigung des Nachfüllvorganges die Spannungsversorgung für die Steuorlektronik
und das Magnetventil unterbrochen werden muß, damit dieses in seinem gesperrten
Zustand
bleibt und nicht erneut Batterieflüssigkeit ntchströen
kann, wenn das Nachffjllgerät aus der Batteriezelle herausgenommen wird und sich
der Widerstand zwischen den Meßfiihlern wieder erhöht, was von der Meßeinrichtung
als "zu niedriger Füllstand" gedeutet werden könnte. Das Fiillgerät muß dann fiir
jeden Nachfüllvorgang erneut eingeschaltet werden.
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Außerdem kann es vorkommen, daß dann, wenn zahlreiche Zellen nachgefiillt
werden miissen, das Abschalten der Spannungsversorgung auch einmal vergessen wird,
so daß das Gerät, wenn die Meßfjihler aus einer soeben aufgefüllten Zelle her zusgenommen
werden und sich der Widerstand zwischen diesen wieder erhöht, der Nachfüllvorgang
erneut einsetzt und zusätzliche Fliissigkeit nachströmt und ggf. beim Umsetzen des
Füllgerätes in eine andere Zelle Flüssigkeit verschüttet wird, durch die an der
Außenfläche des Batteriekörpers vorhandene Verunreinigungen in die Zellen der Batterie
hlneingespiilt werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn gemäß einer Ausfiihrungsfor
der Erfindung zwischen den Meßverstärker und die Ansteuerstufe ein Verzögerungsglied
geschaltet ist, das die elektrische Steuereinrichtung nach Herausnahme der Fühler
aus der Fliissigkeit für eine durch eine bestimnte Zeitkonstante begrenzte Zeitspanne,
die ausreichend groß ist, daß das Füllgerät in dieser Zeitspanne in die nächste
tufzufiillende Batteriezelle umgesetzt werden kann, in dem für das Sperren des Magnetventils
charakteristischen Schaltzustand hält und außerdem eine die Stellung des Nagnetventils
anzeigende Kontrolleinrichtung vorgesehen ist, wie beispielsweise ein. Kontrolllampe,
die aufleuchtet oder erlischt, wenn das Steuerventil aus dem geöffneten in den gesperrten
Zustand übergeht. Die Bedienungsperson erkennt dann das Ende des Füllvorganges und
kann sofort das Füllgerät in die nächste Zelle umsetzen, wonach der Füllvorgang
automatisch wieder einsetzt. Der Bedienungsaufwand für das Füllgerät reduziert sich
dadurch auf
das bloße Umsetzen des Gerätes, das sich innerhalb
weniger Sekunden durchfihren läßt, wobei die hierfürerforderliche Zeitkonstante
des Verzögerungsgliedes mit einfachen elektronischen Mitteln, wie einer geeigneten
RC-Kombination erreichbar ist. Außerdem ist dann gewährleistet, daß kein unerwijnschtes
Nachströmen von Batterieflüssigkeit eintreten kann1 sofern das Füllgerät in dem
durch die Zeitkonstante bestimmten Arbeitstakt umgesetzt worden ist.
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Zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes,
wie es gemäß einer Ausführungsfori der Erfindung vorgesehen ist, einstellbar ist,
damit in Fällen, in denen die Einfijllöffnungen der Batteriezellen schwer zugänglich
sind, eine größere Zeitkonstante gewählt werden kann, und in Fällen, in denen das
Füllgerät bequem in Bruchteilen von Sekunden umsetzbar ist, ggf. ein rascherer Arbeitstakt
eingestellt werden kann, um Arbeitszeit einzusparen Auch kann es in einzelnen Fällen
erwünscht sein, einen nachfolgenden Einfüllvorgang um eine beliebige Zeitspanne
zu verzögern, was ohne eine Abschaltung der Versorgungsspannung gemäß einer Ausfiihrungsform
der Erfindung auf einfache Weise dadurch möglich ist, daß die Ansteuerstufe einen
von dem Verzögerungsglied und der Meßeinrichtung unabhängig betätigbaren Schalter
zum Sperren des Magnetventils umfaßt, der beispielsweise so angeordnet sein kann,
daß er lediglich die Stromzufuhr zu dem Arbeitsmagneten des Magnetventils unterbricht,
die Steuerelektronik aber an die Versorgungsspannung angeschlossen bleibt. Es genügt
dann, wenn lediglich das Steuerventil und ggf. ein zur Betätigung des Steuerventils
vorgesehenes Relais beispielsweise durch in Sperrichtung gepolte Freilaufdioden
jiberbrückt sind.
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Das Verzögerungsglied kann auf verschiedene Art und Weise durch eine
mit der Versorgungsspannung der Steuerelektronik arbeitende elektronische Schaltung
verwirklicht sein, die einen Steuerimpuls variabler Länge an einen die Stromzufuhr
zu
dem Magnetventil steuernden elektronischen Schalter tbgibt. Beispielsweise kann
das Verzögerungsglied s'ls ein monostabiler Multivibrator mit einstellbarer Impuls
länge ausgebildet sein, der an einen als Thyristor ausgebildeten oder durch eine
geeignete Transistorschaltung verwirklichten elektronischen Schalter einen Steuerimpuls
abgibt, fiir dessen Dauer das Magnetventil gesperrt ist.
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Ein besonders einfacher Aufbau des Verzögerungsgliedes ist gemäß einer
Ausfiihrungsform der Erfindung auch in der Weise möglich, daß das Verzögerungsglied
eine Serienschaltung aus einem einstellbaren Widerstand und einem Kondensator umfaßt,
der iiber die Spannungsquelle aufgeladen wird1 wenn der durch die Batteriefliissigkeit
vermittelte elektrische Kontakt zwischen den Meßfühlern unterbrochen wird, nachdem
das Magnet ventil gesperrt worden ist, und daß die Ansteuerstufe eine Schwellenwerteinrichtung
umfaßt, die eine erneute Ansteuerung zum Öffnen des Magnetventils bewirkt, wenn
der Kondensator bis zu einem einer bestinten Schwellenspannung entsprechenden Ladungszustand
aufgeladen ist.
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Gemäß einer Ausfiihrungsform der Erfindung ist die am Ausgang des
Meßverstärkers auftretende Spannung durch eine Zenerdiode begrenzt, die zu einer
aus dem Kondensator und einem zwischen diesem und dem Ausgang des Meßverstärkers
angeordneten Festwiderstand, über den der Kondensator während des Füllvorgangs entladen
wird, bestehenden Serienschaltung parallel geschaltet ist, um bei variabler Betriebsspannung
die Verzögerungszeit konstant zu halten und die Schwellenwerteinrichtung umfaßt
eine weitere, in Sperrichtung an den Ausgang des Meßverstärkers angeschlossene
Zenerdiode
mit kleinerer Zenerspannung, zu der ein Yestwiderstand in Reihe geschaltet ist,
der einerseits über einen weiteren Festwiderstand mit dem mit dem Kondensator verbundenen
Pol der Spannungsquelle und andererseits mit dem Steuereingang eines den Betriebszustand
des Magnetventils steuernden elektronischen Schalter verbunden ist. B8 ist dann
mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln gewährleistet, daß das Gerät erst zu
einem definierten Zeitpunkt in seinen für den Bachfüllvorgang geeigneten Schaltungszustand
übergeht.
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Dieser Ubergang findet dann statt, wenn der Kondensator, der zuvor
entladen worden ist, nit einer durch seine Kapazität und die ihm vorgeschalteten
Widerständen bestinten Zeitkonstanten so weit aufgeladen ist, daß die Durchbruchspannung
der über den genannten Feetwiderstand mit dem elektronischen Schalter verbundenen
Zenerdiode erreicht ist und dem elektronischen Schalter ein Steuerstrox zufließen
kann.
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In der Regel ist das erfindungsgemäße Füllgerät so ausgebildet, daß
die Meßfühler an einer unteren, in die Binfüllöffnungen der Batterie einführbaren
Endabschnitt eines stabförmigen Rohres aus einem isolierenden Kunststoff angeordnet
sind, in dessen oberem Abschnitt, der einen größeren querschnitt aufweist, ds Magnetsentil
und die Steuerelektronik sowie die Anschlüsse für eine entfernt angeordnete 8pannungsversorgung
und für die Flüssigkeitszufuhr aus einem entfernt angeordneten Vorratsgefäß angeordnet
sind. Vorzugsweise enden die fleßfühler in gleicher Sohle, so daß beide gleichzeitig
von dem Elektrolyten umspült sind, wenn dieser die vorgesehene Füllstandshöhe erreicht
hat. Die Meßfühler können aber auch unterschiedlich weit in den Batterisraun hin
einreichend ausgebildet sein, wobei das meßsignal erst dann erzeugt wird, wenn beide
Elektroden von dem Elektrolyten umspült sind.
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Vorteilhaft ist es dann, wenn zumindest eine der Elektroden - bei
verschieden langen Elektroden die längere - durch einen unteren Endabschnitt der
von dem Magnetventil kommenden Flüssigkeitszuleitung gebildet ist, wie es gemäß
einer Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen ist, da dann gewährleistet
ist, daß die andere Elektrode nur infolge des in der Batterie ansteigenden Flüssigkeitsspiegels
mit de Elektrolyten in Berührung kommen kann, nicht aber mit der von oben her einströmenden
Nachfüllflüssigkeit, was ein zu frühes Rrreichen des korrekten Füllatandes vortäuschen
könnte.
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Damit das Füllgerät an verschiedene Batterietypen angepaßt werden
kann, bei denen der Elektrolytspiegel entsprechend verschiedene Abstände von der
oberen Begrenzungafläche des Batterieinnenraumes haben soll, ist es zweckmäßig,
wenn das untere Ende zumindest eines der fleßfühler auf den der Sollhöhe des Eiektrolytspiegels
entsprechenden Abstand von dieser oberen Begrenzungsfläche einstellbar ist. Hierzu
kann beispielsweise einer der fleßfühler - oder auch beide -einstellbar verschiebbar
in dem Rohr des Füllgerätes angeordnet sein.
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Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist
an dem Gehäuse des Fiillgeräts ein in seiner Höhenanordnung stufenlos einstellbarer
und feststellbarer Anschlag vorgesehen, mit dem das Gerät an der Außenseite des
Batteriegehäuses abstützbar ist, wobei zur genauen Höhen~ einstellung des Anschlages
an dem Gehäuse eine Skala angeordnet sein kann. Es ist dann nicht notwendig, die
E;1 ektroden, von denen in der Regel eine als dünner Drahtstift ausgebildet ist,
in einem Fähngskörper des Rohres zu terw schieben, wobei die Elektrode verbogen
werden könnte. Außerdem ist dann eine hermetische Abdichtung des Innenraumes des
Gehäuses, in dem die Elektronik angeordnet ist, auf einfache Weise dadurch möglich,
daß die Meßfühler in einen den unteren Abschluß des Gehäuses bildenden Körper eingegossen
sind, der seinerseits auf einfache Weise dicht mit dem Gehäuserohr verbindbar ist.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispites anhand einer Zeichnung.
Es zeigt: Fig. 1 ein erfindungsgesaßes Füllgerät in schematischer Darstellung,
Fig.
2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllgerätes im Schnitt längs einer
vertikalen syIaetrieebene, Fig. 3 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung zur
Steuerung der Flüssigkeitszufuhr und Fig. 4 ein Schaltbild der Steuerelektronik
des erfindungsgemäßen Füllgerätes.
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Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte elektronisch gesteuerte Einfüllgerät
1 weist als Gehäuse ein an seinen Enden durch stopfenartig ausgebildete Isolierstücke
5 und 16 abgeschlossenes Rohr 4 auf, in des ein die Flüssigkeitszufuhr zu einer
Batterie 18 in der Art einer Eln-iusRegelung steuerndes Magnetventil 9 und eine
den geöffneten oder gesperrten Zustand des Piagnetventils 9 steuernde Elektronik
8 angeordnet sind. Das Füllgerät 1 ist nach dem Abschrauben der Verschlußkappen
der einzelnen Batteriezellen senkrecht von oben her in die Einfüllöffnungen 17 der
Batterie 18 einführbar und in seiner Arbeitsstellung, in der zwei Meßfühler f1 und
f2 in den Zellenraum hineinragen, die an dem unteren Isolierstück 5 gehalten sind,
mittels eines in sein Hohe einstellbaren Anschlages 19 an der Oberseite des Gehäuses
20 der Batterie 18 abgestützt, so daß die unteren Enden der Meßfühler f1 und 12
in einer definierten Lage oberhalb des Elektrolytspiegels 21 der Batterie 18 gehalten
sind. An dem Rohr 4 ist eine Skala 43 eingraviert, mittels der die einer geviinschten
Füllstandshöhe entsprechende Stellung des Anschlages 19 ablesbar ist.
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Das untere Isolierstück 5 ist in der Art eines in das Rohr eingesteckten
zylindrischen 8topfens ausgebildet, der mit seiner Mantelfläche an der Innenwand
des Rohres 4 und mit
einem falzförmigen Rand 22 an der unteren
Stirnfläche 23 des Rohres 4 dicht anliegt und iit diesem verklebt ist oder auch
herausnehmbar an dem Rohr befestigt sein kann.
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Der Durchmesser dieses falzförmigen Randes ist etwas geringer als
der lichte Gewindedurchmesser einer als einstellbarer Anschlag 19 verwendeten Uberwurfoutter,
die den Rand des unteren Isolierstückes 5 an seiner Unterseite umgreifend in einem
Gewinde 24 am unteren Ende des Rohres 4 schraubbar geführt ist und mit ihrer unteren
Stirnfläche 25 an der Oberseite des Batteriegehäusos 20 abstützbar ist.
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An seiner Unterseite weist das untere Isolierstück 5 einen nach unten
abstehenden, durch eine zentrale Bohrung 26 der Uberwurfiutter 19 hindurchtretenden,
die beiden Meßfühler und f2 umschließenden und bei auf die Batterie aufgesetzten
Kinfüllgerät durch die Einfüllöffnun 17 der Batteriezelle hindurchtretenden rohrförmigen
Ansatz 27 auf, der die Meßfühler f1 und f2 gegen eine seitliche Anlage an dem Batteriegehäuse
20 schützt und das Einführen derselben in den Zellenraui erleichtert. Der eine der
beiden Meßfühler ist als eine durch das untere Isolierstück 5 hindurchtretende nadelförmige
leitende Elektrode 6 ausgebildet. Der andere meßfühler ist als ein unterer, durch
daß Isclierstück 5 hindurchtretender leitender Endabschnitt 7 des Nachfüllrohres
29 gebildet. Die beiden Meßfühler sind bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform
des Füllgerätes sQ angeordnet, daß sie parallel zur Längsachse des Rohres 4 verlaufend
gleich weit nach unten über den unteren Rand 30 des rohrföraigen Ansatzes 27 hinausragen.
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Um das Einfüllgerät 1 in einem über de Verstellbereich der tlberwurfiutter
19 hinausgehenden Bereich an verschiedene, unterschiedliche Typen von Batterien
entsprechende Füllstandshöhen anpassen zu können, ist die nadelförmige Elektrode
6 in ihrer Ingsrichtung in dem unteren Isolierstück 5 verschiebbar und mittels einer
vollständig in das Isolierstück eingelassenen, nach dem Abschrauben der Überwurfmutter
19 von außen betätigbaren Madenschraube 31 feststellbar ausgebildet und
mittels
einer flexiblen isolierten elektrischen Leitung 32 mit der im oberen Teil des Rohres
4 in einem geschlossenen Gehäuse angeordneten Steuerelektronik 8 verbunden. Das
Magnetventil 9 ist in einem mindestens dem möglichen Verschiebeweg dieser Elektrode
6 entsprechenden Abstand von deren inneren Ende oberhalb des Isolierstückes 5 innerhalb
des Rohres 4 angeordnet, während der elektrische Steuernagnet des magnetventils
9 in einem gesonderten Gehäuse 33 an der Außenseite des Rohres 4 angeordnet ist,
das eine Offnung 34 aufweist, durch die die von dem Magneten betätigten lechanischen
Steuerglieder des nagnetventils 9 hindurchtreten; die von der oberhalb des Steuerventils
angeordneten Steuerelektronik 8 konenden elektrischen Stroiversorgungsleitungen
35 und 35' für den Elektromagneten sind durch eine weitere Oeffnung 28 des Rohres
4 isoliert hindurchgeführt.
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Das das Rohr 4 an sein ei oberen Ende abschließende Isolierstück 16,
durch das ein von einer entfernt angeordneten Spannungs quelle 2 konendes Versorgungskabel
10 für die Steuerelektronik 8 und ein an das innerhalb des Rohres 4 angeordnete
Zuführungsroiir 29 zu da Magnetventil angeschlossener, von einem entfernten Vorratsbehälter
3 kommendes Schlauch 11 hindurchgeführt sind, ist ebenso wie das untere Isolierstück
5 als ein sylindrischer Stopfen 16 ausgebildet, der mit seiner Nantelfläche an der
Innenseite des Rohres 4 und mit eine. falzförmigen Rand 16' an der oberen Stirnfläche
des Rohres 4 dicht anliegt.
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Das Isolierstück 16 ist an da Rohr 4 abnehmbar befestigt, damit die
Steuerelektronik 8 ggf. leicht ausgetauscht oder außerhalb des Rohres 4 repariert
werden kann, wobei die von der Steuerelektronik 8 zu den Elektroden 6 und 7 und
da magneten des Nagnetventils führend flexiblen Leitungen 32, 32', 35 und 35' so
lang gehalten sind, daß die Steuerelektronik 8 aus da Rohr 4 herausgezogen werden
kann.
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Die Steuerelektronik 8 umfaßt, wie in da Blockschaltbild der Fig.
3 dargestellt ist, einen fleßv.rstärker 12, der ein
AUS-Steuersignal
zur Beendigung des Füllvorganges abgibt, wenn der Elektrolytspiegel 21 beide Meßfühler
f1 und f2 erreicht hat, sowie eine die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten des Magnetventils
9 steuernde Ansteuerstufe 14 und eine zwischen den Meßverstärker 12 und die Anstouerstufe
14 geschaltete Verzögerungsetufe 13, die die Ansteuerstufe 14 nach dem Auftreten
des AUS-Signales für eine bestimmte Verzögerungszeit in einem für das Absperren
des Magnetventils 9 erforderlichen Schaltzustand hält. Diese in der Fig. 3 als einzelne
Baugruppe dargestellten Elemente der Steuerelektronik 8 sind auf einer Leiterplatte
angeordnet oder in Festkörperbauweise zu einer elektronischen Baueinheit integriert,
deren Aufbau im einzelnen in dem Schaltbild der Fig. 4 dargestellt ist.
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Die Steuerelektronik 8 weist eine erste und eine zweite Ein gangsklemme
36 und 37 auf, an die die fleßfühler f1 und f2 angeschlossen sind. Die erste Eingangsklemie
36 ist über eine aus einem Festwiderstand R2 und eine einstellbaren variablen Widerstand
R1 bestehende Reihenschaltung mit dem Pluspol der Versorgungsspannungsquelle 2 verbunden;
die zweite Eingangsklemme 37 ist mit der Kathode einer in Sperrichtung gepolten
Zenerdiode n2 verbunden, deren Anode einerseits über einen Widerstand R3 mit dem
minuspol d er der Versorgungsspannungsquelle 2 und andererseits mit der Basis eines
npn-Transistors Tr1 verbunden ist, dessen ritter mit dem Minuspol der Versorgungsspannungsquelle
2 und dessen Kollektor über eine aus einem Festwiderstand R5 und einem einstellbar
variablen Widerstand R4 bestehende Reihenschaltung mit dem Pluspol der Versorgungsspannungsquelle
2 verbunden ist. Der Kollektor dieses Transistors Tr1 ist über einen Festwiderstand
R6 mit einer diesen Widerstand und einen Kondensator C umfassenden Reihenschaltung
verbunden, die zu der Kollektor-Emitter-strecke des Transistors Tr1 parallel geschaltet
ist, zu der außerdem eine in Sperrichtung gepolte zweite Zenerdiode n2 parallel
geschaltet ist, deren Anode mit dem Minuspol der Versorgungsspannungsquelle
2
verbunden ist. Der Kollektor des Transistors TrI bzw. der Widerstand i und die Kathode
der zweiten Zenerdiode n2 sind mit der Kathode einer ebenfalls in Sperrichtung gepolten
dritten Zenerdiode n3 verbunden, deren Durchbruchspannung etwas niedriger ist als
die Durchbruchspannung der zweiten Zenerdiode n2. Die Anode der dritten Zenerdiode
n3 ist über einen Festwiderstand R7 mit der Basis eines zweiten npn-Transistors
b 2 verbunden, die ihrerseits über einen Festwiderstand R8 mit dem minuspol der
Versorgungsspanungsquelle 2 verbunden ist. Der Emitter des zweite Transistors Tr2
ist mit der Basis eines dritten Transistors Tr3 verbunden, dessen Emitter ebenfalls
mit dem Minuspol der Versorgungsspannungequelle verbunden ist. Die Kollektoren der
beiden Transistoren Tr2 und Tr3 sind miteinander und mit einer Anschlußklemme 38
der Arbeitsspule eines Relais d verbunden, dessen andere Anschlußklemme 39 an den
Pluspol der Versorgnngsspannungsquelle 2 angeschlossen ist. Zwischen die Anschlußkleben
38 und 39 des Relais d ist zur Unterdrückung von Störspannungen eine in Sperrichtung
gepolte Freilaufdiode n4 geschaltet. Der Elektromagnet des Magnetventils 9, zu da
ebenfalls eine in Bperrichtung gepolte Freilaufdiode n5 parallel geschaltet ist,
ist mit seiner einen Anschlußklasse 40 an den Minuspol der spannungsversorgungsquelle
2 und mit seiner anderen Anschlußklemme 41 über einen von Rand betätigbaren mechanischen
Schalter b und den Arbeitskontakt des Relais d mit dem Pluspol der Spannungsquelle
verbunden.
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Weiter ist zu da Elektromagneten des Magnetventils 9 eine Anzeigelampe
h parallel geschaltet, die erlischt, wenn die Stromzufuhr zu da Magnetventil unterbrochen
wird.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist die folgende: Es sei zunächst
angenommen, daß sich das Füllgerät in einem Betriebszustand befindet, in dem Elektrolyt
oder destilliertes
Wasser in einer Zelle einer Batterie einströmt.
Der Arbeitskontakt 42 des Relais d und der mechanische Schalter b sind dann geschlossen
und der Elektromagnet des Steuerventils 9 erregt und dieses geöffnet. In diesem
Betriebszustand des Gerätes ist der Elektrolytspiegel 21 der Batterie 18 noch in
einem abstand von den unteren Enden der Meßfühler f1 und f2. Der Kondensator 10
ist so weit aufgeladen1 daß die an ihm abgreifbare Spannung durch die parallel zu
ihn geschaltete zweite Zenerdiode n2, die dann in Sperrichtung leitend ist, begrenzt
ist.
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Der Widerstand zwischen den Meßfühlern f1 und f2 entspricht in diese
Betriebszustand dem Widerstand der in der Batteriezelle enthaltenen Buft. Der erste
transistor r1, dessen Basis über die Zenerdiode n1 kein Strom zugeführt werden kann,
ist dann nichtleitend. Dagegen ist der durch die beiden weiteren Transistoren Tr2
und Tr3 gebildete, in der Art einer Derlington Stufe ausgebildete elektronische
Schalter leitend, da dessen Steuereingang, der an die Basis des einen Transistors
Xr2 angeschlossen ist, über die in Sperrichtung leitende dritte Zenerdiode n3 ein
Steuerstrom sugoriibrt ist, so daß Strom durch den Arbeitsmagneten des Relais d
fließt und der Arbeitskontakt 42 geschlossen gehalten ist. Wenn der Slektrolytspiel
21 die Meßfühler f1 und f2 erreicht, wird der zwischen diesen vorhandene Widerstand
auf einen durch den spezifischen Widerstand des Elektrolyten und die geometrischen
Abmessungen der Meßfühleranordnung bestimmten sehr niedrigen Wert erniedrigt und
die mit der Basis des ersten, den Meßverstärker bildenden Transistors Tr1 verbundene
erste Zenerdiode n1 in Sperrichtung leitend, so daB der Basis die Transistors ein
Steuerstrom zufließen kann und der Transistor Tr1 leitend wird, wobei das Kollektorpotential
nahezu auf den Wert des Emitterpotentials absinkt und der Kondensator C über den
mit ihn verbundenen Widerstand R6 und den Transistor Tr1 entladen wird. Die parallel
zu
der Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors Tr1 liegende zweite Zenerdiode
n2 und die mit ihrer Anode mit dem Eingang des elektronischen Schalters TR1, erbundene
dritte Zenerdiode n3 gehen in ihren ges ersten Zustand über, so daß der elektronische
Schalter keinen Steurstrom mehr erhält und in den nichtleitenden Zustand übers geht;
das Relais d fällt dann ab und dessen Arbeitskontakt 42 wird geöffnet, so daß die
Stromzufuhr zu dem Steuerventil unterbrochen und dieses gesperrt wird. Von dem Zeitpunkt
ab, zu dem der Transistor Trl des Meßverstärkers nicht mehr leitend ist, wird der
Kondensator C über die zwischen ihm und dem Pluspol der Versorgungsspannungsquelle
2 in Reihe liegenden Widerstände R41 R5 und R6 aufgeladen, wobei sich die an dem
Kollektor des ersten Transistors abgreifbare Spannung mit dem durch die Zeitkonstante
der aus diesen Widerständen und dem Kondensator gebildeten Reihenschaltung bestimmten
Zeitablauf erhöht. Überschreitet diese Spannung einen bestimmten, durch die Durchbruchspannung
der mit dem elektronischen Schalter Tr2, Tr3 verbundenen Zenerdiode n3 und die mit
dieser und mit das Schalter verbundenen Widerstände R7 und R8 definierten Schwellenwert,
so wird diese Zenerdiode n3 leitend, wodurch dem elektronischen Schalter wieder
ein Steuerstrom zugeführt wird und schließlich das Magnetventil wieder in Durchlaßrichtung
zum erneuten Nachfüllen betätigt wird. Das Füllgerät nuß dann in der Zwischenzeit
in eine andere aufzufüllende Zelle der Batterie umgesetzt sein. Um ein unerwünschtes
Nachströmen won Flüssigkeit zu verhindern, kann auch der von Hand betätigbare Schalter
d geöffnet werden, so daß das Magnetventil 9 auch dann nicht betätigt wird, wenn
das Relais d nach der genannten Zeitspanne wieder anzieht.
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Bei diesem Aufbau der Steuerelektronik können die meisten Elemente
derselben an die versorgungsspannungsquelle 2 angeschlossen 1eiben, so daß es, um
den Einfluß un@rwünschter
Schaltstöße wirksam zu verhindern1 genügt,
wenn das Relais d und das MAgnetwentil 9 durch Freilaufdioden überbrückt sind.
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Das Füllgerät ist für eine Gleichspannungsversorgung von 12 V ausgelegt,
so daß es mit einer üblichen Starterbatterie betrieben werden kann. Eine speisung
aus dem Wechselspannungsnetz ist ebenfalls möglich, Jedoch sollte dann ein Trenntransformator
verwendet werden, um eine Gefährdung des B-nutzers bei Berührung des Elektrolyten
oder anderer leitender Teile zu vermeiden. Auch ist eine Speisung aus der zu wartenden
Batterie möglich, jedoch ist dann auf einen potentialfreien Anschluß des Geräts
zu achten, da sonst über Speisr-und Meßleitungen Ströme fließen können, die zu einer
Pehlfunktion des Gorates führen können.