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Selbsttätiger Ladeschalter für Akkumulatorenbatterien Die Frhndtiiig
betrifft einen selbsttätigen Ladeschalter für A kkumulatorenbatterien. Solche Ladeschalter
benutzen die Tatsache, daß jede Batterie vorn Beginn der Gaseiitwicklting bis zur
vollständigen Aufladung, also bis zu ioo°,/o ihrer Kapazität, eine ganz bestimmte
Energiemenge aufzunehmen vermag; gleich große Batterien haben also vorn Beginn der
Gasetitwicklutig bis zu tooo/oiger Aufladung dieselbe \achladezeit, die ja nach
der Batteriegröße etwa i bis 6 Stunden beträgt. Der Beginn der Gasentwicklung äußert
sich z. 13. bei Bleiakkumulatoren dadurch, daß die Ladespannung von 2,4 Volt ali
bis etwa 2,7 Volt Vorübergehend rascher ansteigt. Bekannte Ladeschalter, wie z.
B. der 1'öhler-Schalter, sind daher mit einer die \achladezeit vorausbestimmenden
7eitscli:titeini-iclittitig ausgestattet, die durch ein auf die Gasspannung (2,4
Volt pro Zelle) ansprechendes Relais ausgelöst wird.
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Der Ladeschalter nach der Erfindung ist durch eine besondere Zeitschalteinrichtung
gekennzeichnet, und zwar durch eine Schaltuhr mit elektromagnetisch gesteuertem
Schnellrücklauf. Hieraus ergibt sich eine verhältnismäßig einfache Bauart des Ladeschalters
neben weiteren im folgenden hervorgehobenen Vorteilen. Schaltuhren mit Schnellrücklauf
sind an sich bekannt, aber bisher nicht für Ladeschalter verwendet und auch nicht
mit elektrischer Rücklaufsteuerung versehen worden.
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Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der
Ladeschalter für das Laden mehrerer Batterien in selbsttätiger Aufeinanderfolge
eingerichtet ist.
Die Zeichnung gibt zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung im Schaltbild wieder, und zwar zeigt Fig. i die Schaltung für die Ladung
nur einer Batterie, Fig. 2 die Schaltung für die Ladung zweier Batterien von verschiedener
Zellenzahl in selbsttätiger Aufeinanderfolge.
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Nach Fig. i ist eine zu ladende Akkumulatorenbatterie B mit ihrem
Pluspol an den Pluspol eines Ladegeräts i angeschlossen, das aus einem Gleichrichter,
einem Umformersatz oder einem aus dem Netz gespeisten Gleichstromverteiler bestehen
kann. DerMinuspol desLadegerätsi wird über die Hauptkontakte Hl und H2 des Ladeschalters
)c an den Minuspol der Batterie B gelegt. Die Ladeleitung wird also durch den Hauptscha.lterh
einpolig unterbrochen. An der Batteriespannung liegt über einen Vorwiderstand zeli
oder w2 die Spule s eines die nicht besonders dargestellte Schaltuhr steuernden
Spannungsrelais. Je nach der Anzahl der Batteriezellen wird der mit der Klemme I
verbundene Vorwiderstand -zu, oder der mit der Klemme 11 verbundene Vorwiderstand
w2 mit der Minusleitung verbunden. Die die Relaisspule s enthaltende Leitung ist
über den Kontakt c eines von der Schaltuhr mechanisch gesteuerten Kontaktsatzes
und über Nebenkontakte a, b des Hauptschalters h zum Pluspol geführt. Die Netzzuleitung
des Ladegeräts ist über Klemmen 1, 11 einpolig an weitere Nebenkontakte
i, k des Hauptschalters h angeschlossen und wird bei dessen Öffnen zugleich
mit der Ladeleitung unterbrochen.
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Die Schaltuhr ist beispielsweise eine Ankeruhr mit Handaufzug und
hat für die Ladung einer Batterie etwa eine Gesamtlaufzeit von 12 Stunden. Sie ist
für Schnellrücklauf eingerichtet, der durch das Ansprechen des Spannungsrelais s
selbsttätig ausgelöst wird. Auf der Schaltuhrachse sitzt eine einstellbare Steuerscheibe
e, die bei ihrem Umlauf auf die Kontaktfedern f mechanisch einwirkt und dadurch
die Kontakte c und d steuert. Die Scheibe e
hat eine Rast r, in die
eine mit dem Kontaktfedersatz f verbundene Nase n einfallen kann,
sobald die Rast r im Zuge des Schnellrücklaufs zur Nase ii gelangt ist. Die
Rast r ist so gestaltet, daß die Nase ic ruckartig in sie einfällt; dies bewirkt
das öffnen der Kontakte c und d in der Art einer Momentschaltung. Durch das Abschalten
der Relaisspule s wird der Schnellrücklauf der Schaltuhr unterbrochen, und diese
läuft nunmehr entsprechend der gewonnenen Einstellung weiter. bis die vorausbestimmte
Nachladezeit vollendet ist; diese Nachladezeit kann mittels der Einstellscheibe
e zwischen i und 6 Stunden beliebig gewählt werden. Die Einstellscheilye wird zweckmäßig
mit einem zeigerartig gestalteten Aufziehknopf verbunden, der von einer kreisförmigen
Skala umgeben ist. An dessen Stellung ist auch der Stand der Aufladung hei geschlossenem
Schalter erkennbar; Signallampen sind hierfür nicht erforderlich.
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Damit der Ladevorgang nicht durch Stehenbleiben der Uhr gefährdet
wird, ist die Schaltuhr so eingerichtet, daß ihre Unruhe am Beginn der Nachladezeit
selbsttätig wieder angestoßen wird. Diese kann z. B. in Abhängigkeit von dein Einfallen
des Kontaktfedersatzes in die Rast r oder von dem Abfallen des Ankers des Spannungsrelais
s geschehen.
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Das Spannungsrelais s ist beispielsweise als Klappankerrelais ausgebildet.
Es kann mittels der regelbaren Vorwiderstände w, und w. auf Spannungen zwischen
2o und l 200 Volt eingestellt werden. Hat die Batterie etwa 20 Zellen, so wird sie
z. B. an den Widerstand wi angeschlossen, während bei 40zelligen Batterien der Widerstand
zc@, benutzt wird. Für eine Gasspannung von 2,4 X'olt pro Zelle muß das Spannungsrelais
s bei Zwanzigzellenbatterien auf 48 Volt, bei Vierzigzellenibatterien auf 96 Volt
ansprechen.
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Der Hauptschalter )r hat etwa eine Abschaltstromstärke von (>o A.
Seine Hauptkontakte sind als Silberkugelkontakte ausgebildet und arbeiten mit starkem
Kontaktdruck. Die Nebenkontakte sind etwa für 6 A Abschaltstromstärke bemessen und
werden gleichzeitig mit Gien Hauptkontakten betätigt. Eines der N ebenkontaktpaare
kann für Ruhestrom, das andere für Arbeitsstrom eingerichtet sein. Die 6o A-Anschlüsse
sind zweckmäßig nur vor der Rückseite der Schaltergrundplatte zugänglich; die Anschlüsse
der Nebenkontakte können so angeordnet werden, daß sie sowohl von der Rückseite
als auch von ,der Vorderseite des Schalters aus benutzbar sind. Sie werden z. B.
an Reihenklemmen angeschlossen, die unter einer Abdeckplatte liegen.
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Der vollständige Ladevorgang mit dieser Einrichtung verläuft wie folgt:
Nach Anschluß der zu ladenden Batterie an das Ladegerät und an die geeignete Klemme
I oder 11 des Ladeschalters wird das Uhrwerk der Schaltuhr bis zum Anschlag aufgezogen.
Dann wird der Hauptschalter geschlossen; seine Druckkontakte "verden dabei so tief
heruntergedrückt, bis die Schaltbrücke einklinkt und in dieser Stellung verbleibt.
Dies ist nur bei aufgezogener Uhr möglich. Bei abgelaufener Uhr wird das Einschalten
des 1-lauptschalters durch eine Sperrklinke verhindert, um ein Funkenziehen bei
loser Kontaktgabe zu verhindern. Durch das Einschalten des Hauptschalters erhält
zugleich die Unruhe der Schaltuhr einen Anstoß. Diese beginnt daher mit Sicherheit
zu laufen. Sie ist zunächst auf eine Höchstladezeit eingestellt, die etwas länger
ist als die richtige Ladezeit und mit etwa io bis 12 Stunden bemessen wird. Die
Schaltuhr läuft somit während des ganzen Ladevorgangs und schützt die Batterie vor
dem Verbrennen durch übermäßiges Laden auch dann, wenn die beschriebene Nachladeeinrichtung
nicht funktionieren sollt:. Wenn beispielsweise durch schadhaft gewordene Zellen
das Spannungsrelais am Ansprechen gehindert würde, unterbleibt zwar der Schnellrücklauf
der Schaltuhr und deren Neueinstellung auf die richtige Nachladezeit, aber das Schaltwerk
wird nach Ablauf der an der Uhr von Anfang eingestellten Höchstladezeit ausgelöst.
Bei
ungestörter Wirkungsweise spricht dagegen das Spannungsrelais s all, sobald die
Batterie die Gasspannung von 2,I Volt pro Zelle erreicht hat. Der Klappanker löst
den Schnellrücklauf aus, wobei die auf der Uhrachse angeordnete Einstellscheibe
c in der Richtung des eingezeichneten Pfeils so lange gedreht wird, bis nach Verlauf
von i bis 2 Minuten die auf (lern Scheibenrand gleitende Nase n des Kontaktfedersatzes
f in die Rast r eingeklinkt ist. Hierbei wird in der schon erwähnten Weise der Uhrrücklauf
unterbrochen. Die am Beginn des Rücklaufs zum Stillstand gekommeneUhrunruhe erhält
zugleich einen neuen Anstoß und die Uhr läuft mit Einstellung auf die vorausbestimmte
Nachladezeit weiter.
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Der Kontaktfedersatz enthält außer dem das Relais s abschaltenden
Kontakte noch einen weiteren Kontakt d, der zum Steuern eines nicht dargestellten
Ladewiderstairods oder Umschalters benutzt werden kann. Dieser \Widerstand liegt
in Reihe mit der Batterie R im Ladestromkreis und ist z. B. durch ein Schaltschütz
überbrückt, dessen Steuerkreis mit den zum Kontakt d führenden Klemmen 1r1, tt,
verbunden ist. Im erstell Abschnitt des Ladevorgangs wird der Ladewiderstand durch
das geschlossene L"herbrückungsschütz unwirksam gemacht, wogegen er während der
Nachladung bei offenem Cherbrückungsschütz voll wirksam ist und den Ladestrom entsprechend
herabsetzt. Nach Ablauf der C.'lir wird der Ilauptschalter selbsttätig geöffnet
und die Nachladung abgebrochen.
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Fig.2 der "Zeichnung stellt einen Ladeschalter für zwei Batterien
im Schaltbild dar. Der Schalter enthält auf der Uhrachse zwei Einstellscheiben cl
und e, oder eine kombinierte Scheibe mit zwei Aussparungen. Außerdem ist zur Ladung
von zwei Batterien b1 und b.= in zeitlicher Aufeinanderfolge ein zweipoliger Nullspannungsumschalter
oder ein zweipoliges nuecksilberumschaltschütz lts mit Einschaltknopf k erforderlich.
Die Einstellscheibe ei für die Ladung der Batterie 1)1 hat zum Unterschied von der
Einstellscheibe e, für Batterie b._, eine Rast r1 mit zwei Raststufen. Die Schaltung
ist im einzelnen folgende: Der Pluspol des Ladegeräts i und die Pluspole beider
Batterien b1 und b, werden miteinander verbunden. Der Minuspol der Batterie b, wird
an die Klemme io des Umschaltschützes us gelegt, während der 1f inuspol der Batterie
111 über ein Regelmittel h, einen Schiebewiderstand od. dgl., all die Klemme i i
des Schützes as gelegt wird. Dieses schaltet an den unteren Kontaktpaaren
t und x den Ladestromkreis von Batterie 1l auf Batterie 1l., um. Der
gemeinsame Teil des Ladestromkreises ist von der Klemme 9 über die Hauptkontakte
Hl und H., des Ladeschalters zum Ladegerät t geführt. Der gemeinsame Pluspol der
Batterien wird all der Klemme Plus des Ladeschalters angeschlossen und damit wie
nach Fig. i über die Kontakte a. und b sowie den Kontakt cl mit der Spule
s des Klappankerrelais verbunden. Der :Minuspol der Batterie 1l wird ferner über
die Anschlüsse 5 und G und damit Tiber den Kontakt dl sowie über die Klemme I an
den Vorwiderstand zol der Relaisspule s gelegt. Der Minuspol der Batterie b2 ist
hinter dem Kontakt H2 auf dem Weg 3-cl-.I-7 mit dem Umschaltschützkontakt p verbunden.
Nach Umschaltung des Schützes us wird dieser Weg über die Klemme 12 bis zur Klemme
II des Ladeschalters ergänzt. Hierdurch erhält die Relaisspule s über den Vorwiderstand
7e", ihre Auslösespannung. Die Batterie bi habe beispielsweise 20 Zellen, die Batterie
bz :I0 Zellen.
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Der Schaltvorgang bei der Ladung der zwei Batterien vollzieht sich
wie folgt: Nachdem die Batterien in der geschilderten Weise über das Schütz und
den Ladeschalter an das Ladegerät angeschlossen sind und ebenso das Ladegerät über
die Klemmen i und 2 mit den Hilfskontakten i, k verbunden ist, wird die längstens
in 18 bis 2o Stunden ablaufendeZeitschaltuhrbis zumAnschlag aufgezogen. Dabei werden
die Federkontakte c2, d2 sowie cl, dl
geschlossen, wie das Schaltbild zeigt.
Sodann wird der Ladestromkreis durch tiefes Herunterdrücken des Einschaltknopfes
eingeschaltet. Das Umschaltschütz us ist zunächst noch abgefallen; somit würde die
Ladung der Batterie b., zuerst anlaufen. In dieser Schaltung könnte das Gerät benutzt
werden, wenn nur eine Batterie zu laden ist; hierbei wird also die Spule des Umschaltschützes
nicht betätigt. Durch Drücken des am Umschaltschütz us allgebrachten Schaltknopfes
k wird dieses dagegen umgeschaltet, so daß die Batterie b1 zuerst geladen wird.
Durch Selbsthaltekontakte o wird das Umschaltschütz in der oberen Lage gehalten.
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Während die Ladung der Batterie bi ihren normalen Verlauf nimmt, drehen
sich die beiden Einstellscheiben cl und e2 an der Schaltuhr in der in der Zeichnung
angegebenen Pfeilrichtung. Ist die Gasspannung der Batterie b1 erreicht, das ist
2,4 Volt pro Zelle, löst das Spannungsrelais s den Schnellrücklauf der Schaltuhr
aus, und dieser dauert solange, bis die Nase n1 des Federsatzes f1 die erste Raststufe
der zweistufigen Einstellscheille ei erreicht hat. Hierdurch wird der Kontakt dl
geöffnet und das Spannungsrelais stromlos gemacht, worauf die nunmehr auf die vorausgestimmte
Nachladezeit der Batterie bi eingestellte Schaltuhr in der üblichen @,#'eise weiterläuft.
Der Kontakt cl bleibt hierbei noch geschlossen und wird erst nach Ablauf der Nachladezeit
dadurch geöffnet, daß die Nase lzl des Federsatzes f1 auf die einige Millimeter
tiefer liegende zweite Raststufe der Einstellscheibe ei fällt. Durch das Öffnen
des Kontaktes cl wird die Spannungsspule des Umschaltschützes us spannungslos; der
Umschalter fällt all und schaltet über die Kontakte x die Batterie b, zur Ladung
ein, wogegen die Batterie bi an den Kontakten t abgeschaltet wird.
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Während kurzer Zeit ist das Spannungsrelais völlig spannungslos, da
der Kontaktsatz cl, dl unterbrochen ist. Da aber die Uhr sich in derselben Richtung
weiterdreht, läuft die Nase n1 wieder aus der Rast r1 aus, und die Kontakte cl und
dl schließen sich von neuem. Die Relaisspule s wird nunmehr durch den Kontakt cl
auf dem Weg s-II-i2-p-7-.I-cl-3-b-Iinus an den Minuspol der .Iozelligen
Batterie
gelegt. Von nun an wird die Batterie b2 geladen, da das Umschaltschütz auf sie umgestellt
ist. Der Verlauf dieser Ladung ist der bereits geschilderte, d. h. das Spannungsrelais
löst bei Erreichen seiner eingestellten Auslösespannung von 2,4 Volt pro Zelle den
Schnellrücklauf aus, und dieser geht so lange vor sich, bis die Nasen.. des Federsatzes
f2 in die Rast r2 der Einstellschraube e2 einklinkt und sich somit die Kontakte
c2 und d2 öffnen. Hierdurch wird der Rücklauf abgeschaltet, indem die Relaisspule
s spannungslos wird. Von da an durchläuft das Uhrwerk die eingestellte Nachladezeit
der Batterie b2, bis durch den an der Uhr angebrachten Auslösenocken die völlige
Abschaltung des Ladeschalters herbeigeführt wird. Die Hauptkontakte Hl, H2 sowie
alle Nebenkontakte werden geöffnet, so daß über die Nebenkontakte i, k
auch
das Ladegerät i abgeschaltet wird.
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Die Einstellung der Nachladezeiten erfolgt durch @"erdrehen der auf
der Uhrachse angebrachten Einstellscheiben ei und e2. Diese können durch eine sie
festklemmende Kordelmutter auf der gewünschten Einstellung arretiert werden.
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Die zur Einstellung der Auslösespannungen des Spannungsrelais dienenden
Vorwiderstände können als Drehwiderstände ausgebildet sein und ebenfalls durch geeignete
Feststellmittel, z. B. Feststellmuttern, in ihrer jeweils eingestellten Lage gesichert
werden.
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Nach dem eingangs Gesagten eignen sich spannungsabhängige Ladeschalter
für solche Batterien, deren Ladekurve einen zur Auslösung von Schaltvorgängen geeigneten
Spannungsanstieg aufweist, also im besonderen für Bleibatterien. Bei Stahlbatterien
ist man im allgemeinen auf rein zeitabhängige Steuerung des Ladevorganges angewiesen.
Der Ladeschalter nach der Erfindung eignet sich zum Unterschied von bekannten Ladeschaltern
ohne jede Umänderung auch für rein zeitliche Überwachung der Ladevorgänge. Man kann
auch auf der von außen ablesbaren Skala der Schaltuhr Anschläge und Bezeichnungen
für den Grad der Entladung der Batterie, die geladen werden soll, anbringen. Das
Uhrwerk braucht darin nur bis zu dem entsprechenden Anschlag oder der zugehörigen
Marke, z. B. 1/a entladene, 1/E entladene oder ganz entladene Batterie, aufgezogen
zu werden, um die betreffende Ladedauer einzuhalten.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispiele. So besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, an Stelle
des erläuterten Rücklaufs ein Gesperre vorzusehen, däs mittels einer Torsionsfeder
auf die vorbestimmte Nachladezeit sich einstellt.