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Einrichtung zur Konstanthaltung der einer konstant belasteten Batterie
entnommenen Verbraucherspannung Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur
Konstanthaltung vonVerbraucherspannungen, die konstant belasteten Batterien, vorzugsweise
Stahl- (Nickel-Eisen-) Akkumulatoren oder Trockenbatterien, entnammen werden.
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Es ist bekannt, daß die Klemmenspannung von Batterien unter Belastung
im Laufe der Zeit abfällt. Es ist weiterhin bekannt, zur Konstanthaltung von Spannungen
einen Vorwiderstand zwischen Stromerzeuger und Verbraucher derart zu verändern,
daß die Verbraucherspannung konstant bleibt. Man hat hierbei die Regelung zwangsläufig
in Abhängigkeit fron der Stromstärke vorgenommen. Derartige Vorrichtungen, z. B.
Tyrrilregler, sind außerordentlich kompliziert aufgebaut und können bei der Speisung
von transportablen Geräten, bei denen Batterien im allgemeinen eingesetzt werden,
praktisch überhaupt nicht verwendet werden. Es sind an sich auch weitere Mittel
bekannt, um den Verbraucherstrom oder die Verbraucherspannung konstant zu halten.
Zur Stabilisierung des Stromes lassen sich Eisenwasserstoff- oder Urandioxydwiderstände
und zur Konstanthaltung der Spannung Glimmstrecken oder Röhrenschaltungen verwenden.
Bei Wechselstrombetrieb, der auch bei Akkumulatoren unter Verwendung eines Zerhackers
möglich ist, lassen sich die bekannten Stabilisierungsverfahren mit gesättigter
Eisendrossel anwenden. Alle diese bisher bekannten und verwendeten Verfahren haben
aber den gemeinsamen Nachteil, daß die Anordnungen selbst sehr viel elektrische
Energie als Eigenverbrauch benötigen und damit der Wirkungsgrad der gesamten Batterieanlage
stark herabgesetzt wird. Z. B. ergeben sich bei der Anwendung von Eisenwasserstoffwiderständen
Wirkungsgrade von 2o bis 3o0%. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zur Erreichung
des
Arbeitstemperaturbereiches ein bestimmter Spannungsabfall am
Eisenwiderstand notwendig ist. Auch bei Beendigung der Entladung muß dieser noch
vorhanden sein, so daß unabhängig vom Entladungszustand ständig eine große Z"erlustleistung
abgegeben wird. Die Batterie wird stärker belastet und muß dementsprechend größer
und schwerer gewählt werden. Diese Volumen- und Gewichtszunahme ist bei tragbaren
Geräten äußerst unerwünscht, da z. B. statt eines Akkumulators von 20 kg ein solcher
mit einem Gewicht von 3o kg verwendet «erden muß.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die praktisch überhaupt keine
oder nur sehr wenig elektrische Energie zu ihrer Steuerung benötigt, so daß der
elektrische Wirkungsgrad der Anlage, wie Versuche ergeben haben, in jedem Falle
besser als 950'o ist. Erfindungsgemäß erfolgt die zwangsläufige Änderung des zwischen
Batterie und Verbraucher eingeschalteten Vorwiderstandes durch ein Triebwerk in
Abhängigkeit von der Entladezeit. Eine derartige Maßnahme setzt eine konstante Belastung
voraus, die aber in den meisten Fällen vorhanden ist. Die Einrichtung ist überall
dort anwendbar, wo es auf eine genaue Einhaltung der Betriebsspannung ankommt, also
z. B. beim Betrieb von Nachrichtengeräten, bei Kleinsendern für sehr kurze Wellen
und bei Meßgeräten. Die Spannung kann durch diese Einrichtung ohne Schwierigkeiten
genauer als auf i0/00 konstant gehalten «-erden. Die größte Genauigkeit läßt sich
erzielen, wenn der Regelwiderstand möglichst stetig ist und stets Batterien mit
gleicher Entladecharakteristik verwendet werden.
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Die zeitliche Änderung des Vorwiderstandes erfolgt z. B. auf mechanischem
Wege, indem der Schleifer des veränderlichen Widerstandes von einem Uhrwerk oder
einem elektrischen Kleinmotor, der etwa 1/, bis i!. Watt Eigenverbrauch besitzt,
bewegt wird. Die zeitliche Änderung des Widerstandes ist nicht nur mit mechanischen
Mitteln durchführbar; es lassen sich z. B. auch Ausführungen herstellen, bei denen
die gewünschte Widerstandsänderung auf chemischem Wege von dem durchfließenden Strom
verursacht wird, indem der Widerstand mit zunehmender Zeit kleiner wird und am Ende
den Betrag o oder nahezu o annimmt.
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Abb. i zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf eines Stahlakkumulators,
Abb. 2 eine beispielsweise Ausführung der Erfindung.
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In dem Diagramm der Abb. i ist als Abszisse die Entladezeit und als
Ordinate die Klemmenspannung der Batterie aufgetragen. Aus dem Kurvenverlauf 2 ist
das Absinken der Klemmenspannung bei einer Batterie; die z. B. für einen 5-Stundenbetrieb
gebaut ist, zu ersehen. Die Spannung ist nach 5 Stunden von 1,4 Volt auf etwa i,i
Volt abgesunken, d. h. um etwa 2ooo, wobei das Absinken zu Beginn der Entladezeit
besonders stark ist, während die Entladungskurve nach dieser Zeit vollkommen linear
verläuft.
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Abb.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Spannungsänderung
durch eine mechanische Änderung des Vorwiderstandes ausgeglichen wird. Die Batterie
3 speist den Verbraucher 4. Zwischen beiden ist ein regelbarer Widerstand 5 eingeschaltet.
Die Anlage kann durch einen Schalter 6 in Betrieb gesetzt werden. Der Schleifer
des Widerstandes 5 wird durch ein mechanisches Triebwerk 7 betätigt, und zwar erfolgt
der Betrieb derart, daß z. B. beim Aufladen des Akkumulators das Uhrwerk aufgezogen
wird und dieses beim Umlegen des Schalters 6 selbsttätig zu arbeiten beginnt. Die
Steuerung des Uhrwerkes erfolgt z. B. -derart, daß zwangsläufig mit dem Einschalten
eine Bremse am Uhrwerk 7 gelöst wird. Bei einer Unterbrechung des Entladevorganges
durch Abschalten von der Stromquelle wird gleichzeitig das' mechanische Triebwerk
stillgesetzt. Ist der Entladevorgang gemäß Kurve 2 in Abb. i beendet, so wird entsprechend
einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Verbraucher durch den Uhrwerktrieb selbsttätig
abgeschaltet oder eine Signallampe zum Aufleuchten gebracht, so daß vermieden ist,
daß der Akkumulator zu weit entladen wird oder eine Verminderung der Spannung am
Verbraucher eintritt. Der Vorwiderstand 5 ist entsprechend der Größe des Verbraucherstrimes
so ausgeführt, daß er die Ungleichmäßigkeiten der Entladungskurve vollkommen ausgleicht.
Die Widerstandsänderung dieses Regelwiderstandes ist z. B. verschieden über seine
Länge verteilt.
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An Stelle eines Uhrwerkes ist auch ein elektrischer Kleinmotor verwendbar,
da dieser den Vorteil kleinerer geometrischer Abmessungen gegenüber dem Uhrwerksbetrieb
besitzt. Die elektrische Antriebsleistung für den Motor ist sehr klein und beträgt
bei heutigen technischen Ausführungen, die für diesen Zweck in Frage kommen, ungefähr
1/1 bis 1/2 Watt. Der elektrische Eigenverbrauch der Regeleinrichtung ist klein,
wenn man annimmt, daß die gesamte Anlage 1o, 20 oder 3o Watt elektrische Leistung
verbraucht. Diese Leistung wird z. B. bei transportablen Kleinsendern für Nachrichtenzwecke
verbraucht, bei denen es auf Konstanthaltung der Spannung ankommt. Der Wirkungsgrad
bei einer derartigen Anlage unter Anwendung eines elektrischen Kleinmotors beträgt
im vorgegebenen Beispiel etwa 95 bis 99%. Bei Anwendung dieses Kleinmotors ist die
selbsttätige Abschaltung
bei Unterbrechung des Betriebes sehr einfach
dadurch lösbar, daß der Motorstrom mit dem Hauptausschalter ebenfalls unterbrochen
wird. Auf diese Weise wird die Stellung des veränderlichen Widerstandes eindeutig
in Abhängigkeit von der Zeit des Entladevorganges festgelegt.
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Dieses mechanische Regelverfahren läßt natürlich auch eine Einstellung
des Span-@nungsausgleiches durch den veränderbaren Vorwiderstand zu. Nimmt man z.
B. an, daß zur Speisung dauernd die gleiche Batterieart verwendet wird, z. B. Stahlakkumulatoren,
und wählt man eine Batterie, die eine andere Entladungskurve aufweist, dann braucht
nur der mechanische Antrieb schneller oder langsamer eingestellt zu werden, da sämtliche
Entladungskurven, wenn sie auf gleiche Länge in Richtung der Zeitachse gebracht
werden, sich überdecken. Obgleich sich die Entladungskurven der gleichen Batterie
innerhalb der aufeinanderfolgenden Entladungsvorgänge praktisch nur geringfügig
ändern, also nach der 5oo. Entladung um etwa i : 20/00 gegenüber der ersten Entladung,
kann man doch eine gewisse Nachregelung vorsehen. In gleicher Weise kann dem geringen
Temperatureinfluß auf - die Entladungskurve Rechnung getragen werden.