DEP0011268DA

DEP0011268DA - AC charger for small accumulators

Info

Publication number: DEP0011268DA
Authority: DE
Inventors: Richard Cziharz
Original assignee: Königshofener Kleinakkumulatoren Dr. Böning KG, Großbardorf
Publication date: 1950-09-21

Description

Es ist bekannt, Kleinakkumulatoren fuer Taschenlampen und aehnliche Verwendung in Ladegeraeten aufzuladen, die ebenso wie andere elektrische Hausgeraete an das Lichtnetz angeschlossen werden. Fuer Wechselstromnetze sind fuer diesen Zweck Gleichrichterkonstruktionen, fuer Gleichstromnetze besondere Einrichtungen zur richtigen Polung des Ladestroms zu treffen.It is known to charge small accumulators for flashlights and similar use in chargers, which are connected to the power supply as well as other electrical household appliances. For this purpose, rectifier constructions are required for AC networks, and special devices for correct polarity of the charging current are required for DC networks.

Eine bekannte Ladegeraetschaltung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. K1 und K2 sind die Netzanschlussklemmen, R ein Vorschaltwiderstand in Serie mit einem Trockengleichrichter V und dem aufzuladenden Akkumulator A geschaltet. Der aus dieser Schaltung sich ergebende Strom- und Spannungsverlauf ist in Fig. 3 diagrammatisch aufgezeichnet. Hier bedeuten U1 die Momentanwerte der Netzspannung, Uv die Spannung am Ventil, J die Momentanwerte der Stromstaerke und Jm die mittlere Ladestromstaerke.A known charger circuit is shown in Fig. 1 of the drawing. K1 and K2 are the mains connection terminals, R a series resistor connected in series with a dry rectifier V and the accumulator A to be charged. The current and voltage curves resulting from this circuit are shown diagrammatically in FIG. 3. Here U1 means the instantaneous values of the mains voltage, Uv the voltage at the valve, J the instantaneous values of the current and Jm the mean charging current.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass bei Anschluss an ein Wechselstromnetz der Strom nur in einer Halbwelle fliessen kann, waehrend er durch die Ventilwirkung in der anderen Halbwelle gesperrt ist. Der Vorschaltwiderstand ist also nur waehrend des Stromflusses einer Halbwelle wirksam. Waehrend der gesperrten Halbwelle steht daher am Ventil V die Spannung der Momentanwerte vermehrt um die Spannung des Akkumulators. Bei 220 Volt Netzspannung kann das im unguenstigsten Falle bei Erreichung des Scheitelwertes eine Spannung von 300 Volt am Ventil ergeben. Aus Sicherheitsgruenden muessen also die Gleichrichterelemente einer solchen Schaltung fuer die vorerwaehnte hoechste Spannung dimensioniert werden, das ergibt bei Verwendung der bekannten aus Selen oder Kupfer - Kupferoxydul bestehenden Gleichrichterplaettchen die Notwendigkeit, eine grosse Anzahl dieser Gleichrichterplaettchen in Serie hintereinander zu schalten, was zu vergroessertem Raumbedarf und teuren Konstruktionen fuehrt. Um diesen Nachteil zu begegnen, ist vorgeschlagen worden, die Wechselspannung durch einen Transformator herabzusetzen. Ein Beispiel einer solchen Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Hierin bedeuten K1 und K2 die Netzanschlussklemmen, Tr den Transformator und V zwei Gleichrichterventile. Zwar werden in dieser Ausfuehrungsform die Maximalspannungen im Gleichrichterteil herabgesetzt, so dass man mit einer kleinen Anzahl von Gleichrichterplaettchen auskommen kann, dafuer muss aber der Transformator als zusaetzliches Konstruktionselement in Kauf genommen werden, dessen Mindestabmessungen nicht unterschritten werden können. Ueberdies ist die Schaltung nur fuer Wechselstrom verwendbar.The diagram shows that when connected to an alternating current network, the current can only flow in one half-wave, while it is blocked by the valve action in the other half-wave. The series resistor is only effective during the current flow of a half-wave. During the blocked half-wave, the voltage of the instantaneous values is at valve V, increased by the voltage of the accumulator. At 220 volts mains voltage, in the worst case, this can result in a voltage of 300 volts on the valve when the peak value is reached. For safety reasons, the rectifier elements of such a circuit must be dimensioned for the aforementioned highest voltage, which results in the use of the known rectifier plates consisting of selenium or copper - copper oxide, the need to connect a large number of these rectifier plates in series, which leads to increased space requirements and expensive constructions. In order to counter this disadvantage, it has been proposed to reduce the alternating voltage by means of a transformer. An example of such a circuit is shown in FIG. Here, K1 and K2 mean the mains connection terminals, Tr the transformer and V two rectifier valves. It is true that in this embodiment the maximum voltages in the rectifier part are reduced so that a small number of rectifier plates can be used for this However, the transformer must be accepted as an additional construction element, the minimum dimensions of which cannot be fallen below. In addition, the circuit can only be used for alternating current.

Diesen bekannten Einrichtungen gegenueber bezweckt die Erfindung die Schaffung eines fuer Gleich- und Wechselstrom verwendbaren Ladegeraetes mit moeglichst kleinen Gleichrichterventilen zu schaffen.In relation to these known devices, the invention aims to create a charger that can be used for direct and alternating current with rectifier valves as small as possible.

Erreicht wird das Ziel durch die Massnahmen, jede Netzanschlussklemme des Ladegeraetes mit beiden Anschlusspolen des Akkumulators mit Hilfe von je einem Paar Trockengleichrichtern so zu verbinden, dass die Ladestromrichtung im Akkumulator bei jeder Polung der Anschlussklemmen die gleiche bleibt.The goal is achieved through the measures to connect each mains connection terminal of the charger with both connection poles of the accumulator with the help of a pair of dry rectifiers so that the charging current direction in the accumulator remains the same with every polarity of the connection terminals.

Eine Ausfuehrungsform der neuen Schaltung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt, Fig. 5 zeigt den dazugehoerigen Strom- und Spannungsverlauf.One embodiment of the new circuit is shown schematically in FIG. 4, FIG. 5 shows the associated current and voltage curve.

Hier bedeuten: K1 und K2 die Anschlussklemmen, R einen Vorschaltwiderstand, V1, V2, V3, V4 Gleichrichterplaettchenventile, A den aufzuladenden Akkumulator, S einen Sicherheitsschalter und Rs einen Schutzwiderstand.Here: K1 and K2 mean the connection terminals, R a series resistor, V1, V2, V3, V4 rectifier plate valves, A the accumulator to be charged, S a safety switch and Rs a protective resistor.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass jede der beiden Anschlussklemmen K1 und K2 an den positiven Akkumulator ueber je ein Strom durchlassendes Ventil V1 und V2 und an den negativen Akkumulatorpol ueber je ein Strom sperrendes Akkumulatorventil V4 und V3 angeschlossen ist. Diese als Graetz'sche Schaltung bekannte Gleichrichteranordnung ist bisher bei Messinstrumenten benutzt worden, ihre Anwendung auf Kleinakkumulatoregeraete ist aber neu und bringt auf diesem Gebiete ungewoehnliche Vorteile. Die Schaltung arbeitet wie folgt:From the drawing it can be seen that each of the two connection terminals K1 and K2 is connected to the positive accumulator via a current-passing valve V1 and V2 and to the negative accumulator pole via a current-blocking accumulator valve V4 and V3. This rectifier arrangement, known as Graetz's circuit, has hitherto been used in measuring instruments, but its application to small accumulator devices is new and brings unusual advantages in this area. The circuit works as follows:

Liegt K1 am Pluspol des Netzes, dann fliesst der Strom ueber R, V1, den Akkumulator, und das Ventil V3 nach K2. Liegt K2 am Pluspol, dann fliesst der Strom ueber Ventil V2, den Akkumulator, Ventil 4 und den Widerstand R nach K1. Bei Anschluss an ein Wechselstromnetz wird also der Stromfluss in beiden Halbwellen in gleicher Richtung durch den Akkumulator erfolgen.If K1 is at the positive pole of the network, the current flows through R, V1, the accumulator, and the valve V3 to K2. If K2 is at the positive pole, the current flows through valve V2, the accumulator, valve 4 and the resistor R to K1. When connected to an alternating current network, the current will flow through the accumulator in both half-waves in the same direction.

Da bei jeder Halbwelle durch den Strom ein entsprechender Spannungsabfall U = R 1 hervorgerufen wird, steht jedesmal an den Ventilen nur die geringe Restspannung Ur. Infolgedessen koennen die Ventile dieser geringen Spannung entsprechend dimensioniert werden und bestehen im Minimum aus je einem Trockengleichrichterplaettchen. Die neue Anordnung gewaehrleistet bei Wechselstrom eine groessere Ladestromstaerke, weil sich der Mittelwert aus den Ladeimpulsen infolge der Ausnutzbarkeit beider Halbwellen auf das Doppelte gegenueber der Anordnung nach Fig. 1 stellt. Als weiterer Vorteil ergibt sich die Verwendbarkeit des neuen Geraetes fuer Gleich- und Wechselstromanschluss, wobei auf die Pola- ritaet nicht geachtet zu werden braucht.Since a corresponding voltage drop U = R 1 is caused by the current with every half-wave, only the small residual voltage Ur is present at the valves each time. As a result, the valves can be dimensioned accordingly for this low voltage and consist at least of one dry rectifier plate each. The new arrangement ensures a greater charging current for alternating current, because the mean value of the charging pulses is twice that of the arrangement according to FIG. 1 due to the fact that both half-waves can be used. Another advantage is that the new device can be used for direct and alternating current connections. ritaet does not need to be respected.

Um zu vermeiden, dass bei leerstehendem Geraet, d.h. wenn kein Akkumulator eingeschaltet ist, an den Ventilen die gesamte Spitzenspannung des Netzes steht, wird ein Sicherheitsschalter S angeordnet, der beim Einschieben des Akkumulators selbsttaetig geoeffnet wird, und beim Herausnehmen des Akkumulators selbsttaetig wieder schliesst, und dadurch einen Kurzschluss herstellt, so dass der Stromfluss kurz geschlossen und ueber den Widerstand R erfolgt.In order to avoid that when the device is empty, i.e. when no accumulator is switched on, the entire peak voltage of the mains is present at the valves, a safety switch S is arranged, which opens automatically when the accumulator is inserted and closes again automatically when the accumulator is removed, and thereby creates a short circuit, so that the current flow is short-circuited and takes place via the resistor R.

Beim Herausziehen des Akkumulators aus dem Ladegeraet tritt ein Moment ein, in dem der Kurzschlussschalter S zwar schon geschlossen ist, der Akkumulator jedoch noch mit beiden Polen am Ladegeraet haengt. Das wuerde ein Kurzschliessen des Akkumulators in diesem Augenblick verursachen. Um das zu verhindern, ist ein kleiner Schutzwiderstand Rs vorgesehen, der den Akkumulatorstrom nach oben hin begrenzt. Fuer den Ladevorgang selbst hat dieser Schutzwiderstand keinen stoerenden Einfluss, weil das Verhaeltnis Rs : R verschwindend klein ist, und somit Rs den Ladestrom nicht beeinflussen kann.When the battery is pulled out of the charger, a moment occurs in which the short-circuit switch S is already closed, but the battery is still attached to the charger with both poles. That would cause a short circuit of the accumulator at this moment. To prevent this, a small protective resistor Rs is provided, which limits the accumulator current upwards. This protective resistor has no disruptive influence on the charging process itself, because the ratio Rs: R is negligibly small, and therefore Rs cannot influence the charging current.

Es ist bekannt, bekannt, dass die erwaehnten Trockengleichrichterplaettchen sehr temperaturempfindlich sind. Um eine Funktionsbeeintraechtigung des Ladegeraets zu vermeiden, wird daher gemaess der Erfindung der Vorschaltwiderstand raeumlich von der Gleichrichteranordnung so getrennt, dass die im Vorschaltwiderstand auftretenden Temperaturerhoehungen die Gleichrichter nicht beruehren koennen. Das laesst sich technisch in sehr einfacher Weise so durchfuehren, dass man den Vorschaltwiderstand in den Stecker einbaut, mit dessen Hilfe das Ladegeraet an die Steckdose eines Lichtnetzes angeschlossen wird, waehrend das Ladegeraetgehaeuse lediglich die Gleichrichter, den Sicherheitsschalter und den Schutzwiderstand, sowie die Mittel zum Anschluss des Akkumulators oder des den Akkumulator enthaltenden Geraetes, z.B. einer Taschenlampe, enthaelt. Da bei dieser Einrichtung im Gleichrichterteil keine hohen Temperaturen auftreten koennen, ist es möglich, diesen Teil der Einrichtung auch aus einem Material herzustellen, dass verhaeltnismaessig waermeempfindlich ist, z.B. gewissen Kunstharzpressmassen verschiedenen Typs.It is known, known, that the aforementioned dry rectifier plates are very temperature-sensitive. In order to avoid impairment of the function of the charger, according to the invention the series resistor is spatially separated from the rectifier arrangement so that the temperature increases occurring in the series resistor cannot affect the rectifier. This can be done technically in a very simple way by installing the series resistor in the plug, with the help of which the charger is connected to the socket of a lighting network, while the charger housing only the rectifier, the safety switch and the protective resistor, as well as the means for Connection of the accumulator or of the device containing the accumulator, for example a flashlight, included. Since no high temperatures can occur in the rectifier part of this device, it is possible to manufacture this part of the device from a material that is relatively heat-sensitive, e.g. certain synthetic resin molding compounds of different types.

Eine praktische Ausführungsform eines Ladegeraetes gemaess der Erfindung ist in den Fig. 6 bis 8 dargestellt. Es besteht aus einem unten offenen zylindrischen Gehaeuse 1 aus Isolierstoff, z.B. Kunstharz, das durch einen Zwischenboden 2 in einen oberen und einen unteren Raum unterteilt ist. Im oberen Raum, der durch einen in der Mitte gelochten Deckel abgeschlossen wird, befindet sich der Gleichrichter 4, dessen innere Einrichtung der Fig. 4 entspricht. Dieser Gleichrichter 4 ist an das Netz durch ein biegsames Kabel 5 mittels eines Steckers 6 anzuschliessen. An den Gleichrichter 4 ist einerseits ein in den Zwischenboden 2 eingesetzter Kontakt 7, andererseits eine Leitung 8 angeschlossen, die nach unten an einen flachen Metallring 9 fuehrt.A practical embodiment of a charger according to the invention is shown in FIGS. It consists of a cylindrical housing 1, open at the bottom, made of insulating material, e.g. synthetic resin, which is divided into an upper and a lower space by an intermediate floor 2. The rectifier 4, the internal arrangement of which corresponds to FIG. 4, is located in the upper space, which is closed off by a cover perforated in the middle. This rectifier 4 is to be connected to the network by a flexible cable 5 by means of a plug 6. On the one hand, a contact 7 inserted into the intermediate base 2 and, on the other hand, a line 8, which leads down to a flat metal ring 9, are connected to the rectifier 4.

Zwei Kleinakkumulatoren 10 sind in einem zylindrischen Gehaeuse 11 aus Isolierstoff eingesetzt, das ein Handlampengehaeuse sein kann. Es wird mit seinem oberen Randgewinde 12 in das Ladegehaeuse eingeschraubt. Mit der Unterseite liegt der untere Akkumulator auf einer Feder 13 auf, die gegen einen Kontaktstreifen drueckt. Dieser Kontaktstreifen, der aus einem einfachen Stueck Messing oder Kupferblech bestehen mag, erstreckt sich ueber die ganze Laenge des Lampengehaeuses 11, in dessen Inneren bis zu einem oberen Rande und stellt hier beim Einschrauben in das Ladegeraet die metallische Verbindung mit dem an den einen Pol des Gleichrichters 4 mittels der Leitung 8 angeschlossenen Metallring 9 dar. Der Stecker besteht, wie die Fig. 7 und 8 zeigen, aus einem U'foermigen Koerper 15 aus geeignetem Isolierstoff, der auf der Unterseite die Steckerstifte 16 traegt. Mittels Schraeubchen 17 sind zwei federnde Schellen 18 auf dem Boden des Steckergehaeuses befestigt. In diese wird der auswechselbare Widerstand 19 eingeklemmt. Nach aussen hin ist der Steckerkoerper abgeschlossen durch ein gelochtes Schutzblech 20, das mit Krallen in den Boden des Steckerkoerpers eingreift und zum Zwecke der Auswechselung des Widerstandes 19 leicht abgenommen werden kann. Das Kabel 5 ist durch ein Loch des Schutzbleches 20 eingefuehrt. Eine seiner Adern geht an einen Steckerstift, die andere an eine der federnden Schellen 17, deren andere mit dem zweiten Steckerstift leitend verbunden ist, wie man aus der Zeichnung 7 erkennt.Two small accumulators 10 are inserted in a cylindrical housing 11 made of insulating material, which can be a hand lamp housing. It is screwed with its upper edge thread 12 into the loading housing. The bottom of the lower accumulator rests on a spring 13 which presses against a contact strip. This contact strip, which may consist of a simple piece of brass or copper sheet, extends over the entire length of the lamp housing 11, inside it up to an upper edge and here, when screwed into the charger, provides the metallic connection with the one at one pole of the The metal ring 9 connected to the rectifier 4 by means of the line 8 is represented. As FIGS. 7 and 8 show, the plug consists of a U-shaped body 15 made of suitable insulating material, which carries the plug pins 16 on the underside. By means of screws 17, two resilient clamps 18 are attached to the bottom of the connector housing. The exchangeable resistor 19 is clamped into this. The connector body is closed to the outside by a perforated protective plate 20 which engages with claws in the base of the connector body and can easily be removed for the purpose of replacing the resistor 19. The cable 5 is inserted through a hole in the protective plate 20. One of its veins goes to a connector pin, the other to one of the resilient clamps 17, the other of which is conductively connected to the second connector pin, as can be seen from drawing 7.

Aus der Darstellung ergibt sich, dass aufgrund der Erfindung ein sehr einfaches und fuer jede Stromart geeignetes Ladegeraet gebaut werden kann.The illustration shows that, due to the invention, a very simple charger suitable for any type of current can be built.

Selbstverstaendlich ist die Erfindung nicht auf das gezeichnete Ausfuehrungsbeispiel beschraenkt, da die Haupterfindungsgedanken in verschiedener Form in die Praxis umgesetzt werden koennen.It goes without saying that the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown, since the main inventive ideas can be implemented in practice in various forms.

Claims

1. All-current charger for small accumulators, the mains connection terminals of which are connected to the accumulator poles via a series resistor and dry rectifier, characterized in that each mains connection terminal (K1, K2) is connected to both accumulator poles by a pair of dry rectifiers (V1, V4 and V2, V3) that the charging current direction at the battery poles remains the same regardless of the polarity of the mains connection terminals.

2. Allstromladegeraet according to claim 1, characterized in that each mains connection terminal (K1, K2) is connected to the positive accumulator pole by means of a current-carrying dry rectifier valve (V1, V2) and to the negative accumulator pole by means of a current-blocking dry rectifier valve (V4, V3).

3. Allstromladegeraet according to claim 1 and 2, characterized in that the ballast resistor (R) so far spatially separated from the dry rectifiers (V2, V1, V3, V4) is arranged that they cannot receive any harmful heating by the resistance heat.

4. Allstromladegeraet according to claim 3, characterized in that the series resistor (R) is arranged interchangeably in a plug which connects the charger housing containing the rectifier to the network by means of a connecting cord.

5. Allstromladegeraet according to claim 1 and 2, characterized by a safety switch (S) which short-circuits the accumulator connection poles when the accumulator (A) is removed from the charger.

6. Allstromladegeraet according to claim 1 to 5, characterized by a protective resistor (Rs) which prevents short-circuiting of the accumulator (A) when pulling it out of the charger.