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Anordnung zur Dauerladung von Pufferbatterien Bei der selbstregelnden
Dauerladung von Pufferbatterien wird häufig mit Rücksicht auf die Verbraucher gefordert,
daß die Batteriespannung innerhalb enger Grenzen, z. B. -!- 5 °/o, konstant bleibt.
Diese Forderung wird z. B. bei Batterien gestellt, die in Fernsprechämtern verwendet
werden. Um eine solche selbstregelnde Dauerladung durchzuführen, hat man bereits
ein und auch mehrere Spannungsrelais vorgesehen, welche, sobald die obere Spannungsgrenze
erreicht wird, den Ladestrom von einem großen Wert auf einen geringen Restladestrom
herabsetzen und beim Unterschreiten der unteren Spannungsgrenze den Ladestrom von
.dem geringen Wert auf den vollen Wert umschalten.
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Es ist aber auch schon bekannt, für das Laden von Batterien für andere
Verwendungszwecke den Ladestrom beim Erreichen der oberen Spannungsgrenze nicht
auf einmal durch eine einzige Umschaltung auf einen kleinen Wert zu verringern,
sondern ihn in mehreren Zwischenstufen herabzusetzen. Die Ladung geht dann so vor
sich, daß beim Erreichen der oberen Spannungsgrenze der Ladestrom zunächst auf einen
geringeren Wert gesenkt wird. Dadurch sinkt auch die Batteriespannung. Wenn diese
dann nach einiger Zeit erneut den oberen Spannungswert erreicht, wird der Ladestrom
auf die nächstniedrigere Stufe umgeschaltet und so fort, bis der kleinste Ladestrom
erreicht wird. Für die selbstregelnde Dauerladung von Pufferbatterien, deren Spannung
innerhalb enger Grenzen konstant bleiben muß, sind diese Anordnungen ungeeignet.
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Gemäß der Erfindung werden bei der Dauerladung von Pufferbatterien,
deren Spannung mit Rücksicht auf die Verbraucher
möglichst konstant
zu halten ist, die einzelnen vorgegebenen Widerstandsstufen mittel eines oder mehrerer
Spannungsrelais, welche bei der gleichen oberen Spannungsgrenze ansprechen, eingeschaltet
und die Schaltmittel dieser Relais mit auf verschiedene Werte eingestellter Zeitverzögerung
derart gesteuert, daß bei wiederholtem Erreichen der oberen Batteriespannungsgrenze
die Widerstandsstufen einzeln und in der durch die Zeitverzögerungsmittel vorgegebenen
Reihenfolge eingeschaltet werden. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß zu dem
Aufbau der Ladeeinrichtung nur normale, listenmäßig hergestellte Relais bzw. Schütze
erforderlich sind. Die ganze Anordnung wird dadurch außerordentlich billig. Im Gegensatz
hierzu arbeiten die bekannten Anordnungen, die das -rwi iihiite Ladeverfahren benutzen,
mit Schalteinrichtungen in Sonderkonstruktion, die in der Herstellung wesentlich
teurer sind. Eine ebenfalls bekannte Ladeschaltung für Pufferbatterien arbeitet
mit einem spannungsabhängigen Relais, das jedesmal, wenn die obere Grenze erreicht
ist, einen Motor einschaltet, der dann den Regelwiderstand so lange verstellt, bis
durch entsprechende Spannungsabsenkung das Relais wieder abfällt. Bei einer solchen
Anordnung muß aber zwangsläufig eine erhebliche und für die Batterie schädliche
Überregelung eintreten, da die Batteriespannung einer Absenkung des Ladestromes
erst nach einer gewissen Zeit folgt. Außerdem benötigt auch diese Anordnung einen
verhältnismäßig großen Aufwand, der schon in der Notwendigkeit des Vorhandenseins
eines Verstellmotors begründet liegt.
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Zur Durchführung des Erfindnugsgedankens kann die stufenweise Vergrößerung
des im Ladekreis liegenden Widerstandes z. B. dadurch bewirkt werden, d.aß für jede
Stufe ein besonderes Relais vorgesehen wird. Diese Relais werden an die Batteriespannung
angeschlossen und steuern je ein den Widerstand im Ladestromkreis beeinflussendes
Schütz. Die Schütze werden- mit Z,eitver7ögerung ausgerüstet, so daß bei Erreichen
der oberen Spannungsgrenze zunächst das erste Relais sein Schütz ,derart betätigt,
daß es einen Widerstand im Stromkreis einschaltet. Dadurch sinkt die Ladestromstärke
und auch die Batteriespannung, so daß die Relais wieder abfallen, während der Widerstand
eingeschaltet bleibt. Erreicht die Ladespannung wieder ihren oberen Grenzwert, so
sprechen wieder die Relais an, und es wird jetzt das zweite Schütz durch das zweite
Relais betätigt, wodurch wieder ein Widerstand eingeschaltet und der Ladestrom verringert
wird. Dann wiederholt sich das Spiel von neuem. Vorteilhaft ist es jedoch, die Umschaltung
für alle Stufen durch ein und dasselbe Spannungsrelais vorzunehmen, welches beim
ersten Ansprechen das erste Schaltorgan, beim zweiten das zweite usw. betätigt.
Die richtige Reihenfolge des Schattens der einzelnen Schaltorgane kann durch entsprechend
gestaffelte Zeitverzögerung oder z. B. auch durch entsprechende Verriegelung erreicht
werden. 21Ian kann aber auch ein Schrittschaltwerk verwenden, das bei jedem Impuls
um eine Stufe weiterschaltet. Das Schrittschaltwerk wird durch ein einziges, an
den Klemmen der Batterie liegendes Höchstspannungsrelais mit Minimalkontakt gesteuert,
das den neuen- Impuls zum Fortschalten erst dann erteilt, wenn die durch die Verminderung
des Ladestromes zunächst abgesunkene Batteriespannung erneut die obere Grenze erreicht
hat, ohne daß hierbei der Minimalkontakt geschlossen wird. Man kann daher auch durch
ein derartiges Höchst-und hlindestspannungsrelais in gleicher Weise wie das Schrittschaltwerk
über ein Verzögerungsrelais einen Verstellmotor betätigen, welcher nach seinem Ansprechen
eine Umdrehung ausführt und sich dann selbst abschaltet, wobei durch die Umdrehung
der Schalter, weicher den Widerstand im Ladestromkreis betätigt, um einen Schritt
weitergeschaltet wird. Das Verzögerungsrelais wird aus dein Grunde vorgesehen, um
ein Durchlaufen des Motors zu verhindern, da bei Verringerung des Stromes die Spannung
erst allmählich kleiner wird und daher erst gewisse Zeit gewartet werden muß, bevor
ein neuer Impuls auf den Motor gelangen darf.
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Damit bei Erreichen der unteren Spannung wieder die volle Ladestromstärke
eingeschaltet wird, kann ein besonderes Spannungsrelais vorgesehen werden, «-elches
bei seinem Ansprechen alle Widerstände wieder ausschaltet. Es kann aber auch ein
und dasselbe Relais für beide Funktionen verwendet werden, wenn man es so ausbildet,
daß es sich bei der mittleren Spannung in einer Mittelstellung befindet. Vorzugsweise
wird man das Relais, welches die Widerstände zuschaltet, mit einer geringen Zeitverzögerung
versehen, damit bei nur kurzzeitig auftretenden hohen Spannungsspitzen keine Umschaltung
und Verkleinerung des Ladestromes erfolgt.
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Die vorgeschlagene Einrichtung kann sowohl für die Ladung aus Wechselstromnetzen
als auch aus Gleichstromnetzen Anwendung finden, wobei die einzelnen Stromstärken
stets durch Vorschalten von Widerständen in mehreren Stufen hervorgerufen werden.
Bei der Ladung über Gleichrichter wird man zweckmäßig vor allem bei den Stufen größerer
Leistung
Drosselspulen verwenden, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Die Drosselspulen können
in Reihe oder parallel geschaltet werden. Es ist jedoch auch möglich, Teile der
Drosselspulen kurzzuschließen und auf diese Weise die gewünschte Stromstärke einzustellen.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. In Fig. i wird die Batterie i über einen Vorschaltwiderstand 2 von
einem Gleichstromnetz 3 aufgeladen. Mit S1, S2 und S3 sind drei Schütze bezeichnet,
die bei ihrem Ansprechen Teile des Widerstandes 2 kurzschließen. Mit R, und R2 sind
zwei Relais bezeichnet, von denen das erste bei Unterschreitung der mittleren Spannung
um 5 % abfällt, während das andere, R2, seinen Anker anzieht, wenn die Spannung
um 5 % über den mittleren Wert gestiegen ist. Die Schaltung der Kontakte ergibt
sich aus Fig.2, und zwar sind die einzelnen Kontakte mit kleinen Buchstaben bezeichnet,
wobei die zu einem Relais bzw. Schütz gehörenden Kontakte dieselben Bezeichnungen
wie das Schütz selbst besitzen. Die Wicklungen der Schütze S1, S2 und S3 sind einerseits
über je einen Ruhekontakt r, bzw. r,' bzw. ri' des Relais R, an die Batteriespannung
angeschlossen, andererseits sind sie über den Ruhekontakt r2 des Relais R2 und je
einen eigenen Arbeitskontakt s1, s2 bzw. s3 an die Batteriespannung angeschlossen.
Das Schütz S, arbeitet ohne Abfallverzögerung, das Schütz S2 besitzt eine Abfallverzögerung
von z. B. 5 Sek. und das Schütz S3 eine Abfallverzögerung von z. B. io Sek. Die
Wirkungsweise ist nun folgende: Es sei angenommen, daß alle drei Schütze abgefallen
sind, dann wird ,die Batterie mit einem verhältnismäßig kleinen Strom geladen, der
gerade ausreicht, um die Verluste der Batterie zu decken. Sinkt die Batteriespannung
unter ihren unteren Grenzwert, so fällt das Relais R, ab, und die Kontakte r1, r,'
und ri' werden geschlossen. Dadurch kommen die Schütze S1, S2 und S3 in ihre Einschaltstellung,
schließen ihre Arbeitskontakte s1, s2 und s3 und werden über diese und durch den
geschlossenen Ruhekontakt r2 gehalten. Durch das Ansprechen der -Schütze wird der
Widerstand 2 zum größten Teil kurzgeschlossen, so daß jetzt die Ladung mit der größtmöglichen
Stromstärke erfolgt. Sobald die Batterie so weit aufgeladen ist, daß die obere Spannungsgrenze
erreicht wird, spricht das Relais R2 an und öffnet seinen Ruhekontakt r2. Da inzwischen.
das Relais R, angezogen und damit seine Ruhekontakte r1, r,', 7-i' geöffnet
hat, so werden die Stromspulen der drei- Schütze stromlos. Das Schütz S, fällt sofort
ab, da es ohne Abfallverzögerung arbeitet, und öffnet dadurch " s einen Arbeitskontakt
s, und den Arbeitskontakt s,', so daß der von ihm hervorgerufene Kurzschluß
des Widerstandes 2 aufgehoben wird. Dadurch sinkt die Ladestromstärke und damit
auch die Batteriespannung, so daß das Relais R., wieder seinen Ruhekontakt schließt.
Die Verzögerung der Schütze S2 und S3 ist dabei so gewählt, daß der Ruhekontakt
r2 eher geschlossen ist, bevor diese Schütze abgefallen sind, so daß die beiden
Schütze S2 und S3 eingeschaltet bleiben. Steigt die Batteriespannung durch die Ladung
neuerdings bis zu ihrem oberen Grenzwert, so wird wieder der Kontakt r2 geöffnet,
das Schütz S2 fällt ab, öffnet seinen Arbeitskontakt s2 und den einen Teil des Widerstandes
überbrückenden Kontakts.'. Dadurch wird die Stromstärke vermindert, und die Ladespannung
sinkt. Der Kontakt r2 schließt sich wieder, und S3, welches wegen seiner größeren
Abfallverzögerung noch nicht abgefallen ist, bleibt eingeschaltet. Die Batterie
wird jetzt mit einem kleinen Strom geladen. Sobald die obere Ladespannung wieder
erreicht ist, wird der Ruhekontakt r2 geöffnet, und das Schütz S3 fällt ab, öffnet
seine Kontaktes, und s,', so daß jetzt der ganze Widerstand -2 eingeschaltet
ist. Die in den Stromkreis nacheinander einzuschaltenden Teilwiderstände sind so
bemessen, :daß durch sie jeweils der Ladestrom so weit verringert wird, daß die
Batteriespannung unter die obere zulässige Grenze zunächst fällt.
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In Fig. 3 ist ein anderes AusfÜhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Hier wird die Batterie i über eine Gleichrichteranordnung q. vom Wechselstromnetz
5 - gespeist. R, und R2 sind wieder die beiden Relais, S,, S2 und S3 sind Schütze,
von denen das erste den Gleichrichter beim Ansprechen unmittelbar - an die Wechselspannung
legt. Parallel zum Schütz S, liegt die Reihenschaltung aus einer Drossel 6 und dem
Kontakt s2' des Schützes S2, ferner die Reihenschaltung aus der Drosselspule 7 und
dem Kontakts,' des Schützes S3 und ein Ohmscher Widerstand B. Sind alle Schütze
ausgeschaltet, so erfolgt die Speisung des Gleichrichters über den Widerstand 8,
der so gewählt wird, daß nur ein kleiner Reststrom der Batterie zugeführt wird.
Die Schaltung zeigt die Fig. d.. Die Wicklung des Schützes S, liegt einerseits über
dem Ruhekontakt r, des Relais R1, andererseits über einen eigenen Arbeitskontakts,
und einen Ruhekontakt r2 des Relais R2 an der Batteriespannung. Die Wicklung des
Schützes S2 liegt einerseits über einen Arbeitskontakt s;' des Relais S1, andererseits
über einen eigenen Arbeitskontakt
s., und einen Ruhekontakt r.,'
nies Relais R.. an der Batteriespannung. Die Wicklung des Schützes S3 liegt einerseits
über einen Arbeitskontakt s2" des Schützes S2, andererseits über einen eigenen '.rbeitsl:ontalzt
s3 und einen Ruhekontakt r.," des Relais R., an der Batteriespannung. Sinkt die
Batteriespannung unter ihren unteren Grenzwert, so wird der Kontakt r, geschlossen
und das Schütz S1 eingeschaltet, welches sich auch, nachdem der Kontakt r, geöffnet
ist, über seinen eigenen Arbeitskontakt s, und den Ruhekontakt r2 hält. Durch Einschalten
des Schützes S1 wird der größtmögliche Ladestrom eingestellt. Dadurch, daß das Schütz
S1 auch den im Stromkreis des Schützes S2 liegenden Arbeitskontakt s1 schließt,
spricht auch das Schütz S2 an, das seine Arbeitskontakte schließt und durch Schließen
des letzteren, s2 ", das Schütz S3 zum Ansprechen. bringt. Erreicht die Batteriespannung
die obere Spannungsgrenze, so werden die Kontakte r2, r2', r2" geöffnet. Das Schütz
S1 fällt ab, der Ladestrom wird verringert. Die Schütze S2 und S3 bleiben eingeschaltet,
da sie eine gewisse Verzögerungszeit besitzen und sich noch innerhalb der Verzögerungszeit
die Kontakte r..' und r2' wieder schließen. Steigt die Batteriespannung wieder auf
ihren oberen Grenzwert, so werden die Kontakte r2' und r2' wieder geöffnet, das
Schütz S2 wird ausgeschaltet, und da das Schütz S3 eine etwas größere Abfallverzögerung
wie S2 besitzt, so bleibt dieses eingeschaltet und wird erst dann ausgeschaltet,
wenn wieder der Kontakt r2" geöffnet wird.
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Um den Unterschied zwischen Ansprech-und Abfallspannung des Relais
R2 zu verringern, liegt im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 parallel zur Wicklung
des Relais R2 über einen Arbeitskontakt r.,"' dieses Relais ein Widerstand 9, und
das Relais ist über einen Widerstand 1o an die Batteriespannung angeschlossen. Beim
Ansprechen des Relais R2 wird der Widerstand parallel zur Spule des Relais geschaltet
und damit erreicht, daß das Relais ungefähr bei der gleichen Spannung wieder abfällt,
bei der es angezogen hat.
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In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Batterie i wird über einen 0uecksilberdampfgleichrichter 12, der an einem Transformator
13 angeschlossen ist, vom Wechselstromnetz 5 gespeist. In der Zuleitung liegt eine
Drosselspule 1.I, parallel zu dieser eine Drosselspule 15 in Reihe mit dem
Arbeitskontakt si des Relais S1, eine Drosselspule 16 in. Reihe mit dem Arbeitskontakt
s._' des Relais S2, eine Drosselspule i; in Reihe mit dem Arbeitskontakt
s,' des Relais S3 und eine Drosselrpule 18 in Reihe mit dein Arbeitskontakt
s4 3es Relais S4. Die Drosselspulen sind beispielsweise so bemessen, , daß durch
die Drosselspule 14 3 °/°, durch die Drosselspule 15 7 °/°, durch die Drosselspule
16 14%, durch die Drosselspule 17 26 °/° und durch die Drosselspule 18 50 °/° .des
Ladestromes fließt.
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Wie aus Fig.6 ersichtlich, erfolgt das Schalten der Schütze S1 bis
S4 durch ein Waagebalkenrelais 2o, welches an die Batteriespannung angeschlossen
ist. Macht es nach oben Kontakt, so gibt es einen Impuls auf die Spule 22 des Schrittschaltwerkes
21, wodurch die Hebel 23 um einen Schritt «eitergeschaltet werden. Jeder dieser
Hebel bestreicht eine Kontaktbahn, und die Schützspulen der Schütze S, bis S4 sind
so angeschlossen, d.aß in der linken Stellung der Hebel alle Schütze eingeschaltet
sind, nach dem ersten Schritt das Schütz S4 ausgeschaltet wird, nach dem nächsten
Schritt S3 usw. Sobald also die Batteriespannung das erntemal, nachdem mit vollem
Ladestrom geladen ist, ihre obere Spannungsgrenze erreicht, wird das Schrittschaltwerk
um einen Schritt weitergeschaltet und das Schütz S4 abgeschaltet. Dadurch sinkt
der Ladestrom und die Batteriespannung. Sobald diese wieder die obere Grenze erreicht,
wird das Schrittschaltwerk auf die zweite Stufe verstellt, wodurch das Schütz S3
abgeschaltet wird usw. Sobald die Ladespannung ihren unteren Grenzwert erreicht,
schließt das Relais 2o seine unteren Kontakte, wodurch die Spule 25 betätigt wird,
welche die Sperrung des Rades 24 des Schrittschaltwerkes 21 aufhebt, so daß dieses
durch die Feder 26 wieder in seine Nullstellung gebracht wird.