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Vorrichtung, geeignet zur Spannungs- und/oder Stramwandlung mit aufladbarer
Batterie.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die zur Spannungs-und/oder
Stromwandlung geeignet ist und insbesondere für ein Blitzsichtgerät Verwendung findet,
und die mit einer Batterie versehen ist, die in der Vorrichtung am Netz (wieder-)aufladbar
ist.
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Elektronische Vorrichtungen dieser Art sind insbesondere als Hochspannungserzeuger
für Elektronen-Blitzgeräte bekannt. Durch entsprechende Schaltungen in diesen Vorrichtungen
ist es möglich,die in der Vorrichtung befindliche Batterie ohne Ausbau am Netz aufzulade.
Hierfür befindet sich in bekannten Vorrichtungen dieser Art ein zusStzliches Ladegerät.
Für den Spannungswandler, der von der
Batterie gespeist wird, und
der die Hochspannung für die Blitzlichtlampe liefert, ist ein spezieller Hochspannungstransformator
vorgesehen.
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Die bekannten Vorrichtungen der oben beschriebenen Art haben einen
oder mehrere der folgenden Nachteile: Für das Ladegerät und für den Hochspannungswandler
sind zwei getrennte Übertrager mit getrennten Ubertragerkernen vorgesehen.
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Für den Anschluß des Ladegerätes der Vorrichtung ist auf die Spannung,
die Art und gegebenenfalls auch die Frequenz des Netzes zu achten und eine entsprechende
Einstellung der Vorrichtung vorzunehmen. Im Regelfall ist eine Aufladung an einem
Gleichstromnetz ausgeschlossen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese und weitere nichtgenannte,
jedoch aus den weiteren Ausführungen zur Erfindung ersichtliche Nachteile bei Vorrichtungen
der bekannten Art auszuschließen bzw. zu beheben.
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Diese Aufgabe wird durch eine wie oben angegebene Vorrichtung gelöst,
die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Aufladung der Batterie ein
erster Wandler vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, daß er mit einer gegenüber
der Netzfrequenz höheren, und zwar vorzugsweise wesentlich hdheren,Frequenz arbeitet.
Insbesondere ist in der Vorrichtung ein Übertrager mit mehreren Wicklungen vorgesehen,
dessen Kern gemeinsam für den ersten Wandler und für einen zweiten Wandler, der
von der Batterie gespeist wird, verwendet ist. Vorzugsweise sind auch mehrere Wicklungen
des Übertragers für beide Wandler verwendet.
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Für den ersten Wandler ist ein Sperrschwinger bevorzugt.
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Durch entsprechend ausgebildete Regel- und Kontroll-Stromkreise, wie
sie im folgenden und insbesondere anhand einzelner bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben werden1 wird der Ladestrom für die Batterie stabilisiert
und nach erfolgter Aufladung der Batterie abgeschaltet. Vorteilhafterweise ist eine
derartige Ausführungstorm der Erfindung weitgehend unabhAngig von Änderungen einzelner
Parameter, wie Spannung und Frequenz des
Netzes.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist für die erfindungsgemäße
Vorrichtung eine Schaltung gewählt, bei der eine vollständige galvanische Isolierung
des Sekundärkreises der Vorrichtung, in dem sich die Batterie befindet, von dem
an dem Netz liegenden Primärkreis erreicht ist.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist eine derartige
Schaltung gewählt, bei der es möglich ist, die Leerlaufspannung der Batterie ohne
Verfälschung durch Spannungsabfälle, die durch andere Ströme in der Schaltung verursacht
werden, messen zu können Durch die erfindungsgemäße Verwendung nur eines einzigen
Ubertragers für die beiden Wandler ist es möglich, einen Fortschritt in der Miniaturisierung
und eine Verringerung des technischen Aufwandes zu erzielen. Dabei ist die Verwendung
einer gegenüber der Netz frequenz höheren Betriebsfrequenz für den ersten Wandler
von besonderer Bedeutung.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Verwendung
einer solchen Batterie berücksichtigt, bei der der Ladezustand durch eine Temperaturerhöhung
angezeigt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist durch Verwendung
eines Thermoschalters im Ladestromkreis der Batterie für einen Schutz gegenüber
übermäßig hohe. Umgebungstemperatur gesorgt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den Figuren und der Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Varianten sowie von Weiterbildungen
der Erfindung hervor.
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Die dargestellten und beschriebenen Einzelheiten geben dem Fachmann
auch Hinweise auf weitere im Rahmen des Erfindungsgedankens in Frage kommende äquivalente
Ausführungen.
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Fig. 1 zeigt die Schaltung einer ersten bevorzugten AusfUhrungsform
einer
Vorrichtung nach der Erfindung mit Weiterbildungen der Erfindung, Fig. 2 zeigt eine
Ausführungsform für den Aufbau eines erfindungsgemäß vorgesehenen gemeinsamen Übertragers
für beide Wandler, Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung vorgesehenen Thermoschalters, Fig. 4 zeigt die Schaltung einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform mit besonderen Weiterbildungen der Erfindung, Fig. 5
zeigt das Schema der Schaltstellungen für die Ausführungsform nach Fig. 4, Fig.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar mit gemäß Weiterbildungen
der Erfindung vorgesehenen Stromkreisen zur Stabilisierung bzw. zur Verminderung
oder Ausschaltung des Ladestromes bzw. zur fehlerfreien Prüfung der Batteriespannung,
Fig. 7 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform einer Vorrichtung nach Fig. 6.
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einem automatischen Batterie-Schnelladegerät, und zwar für die spezielle Anwendung
als Elektronen-Blitzgerät, das vorteilhafterweise mit einem Lichtdosierungs-Stromkreis
versehen ist.
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Die Ausführungsform nach Fig. 1 enthält eine Nickel-Cadmium-Batterie,
einen ersten Wandler zur Aufladung der Batterie, einen zweiten Wandler, der von
der Batterie gespeist wird und die weiteren, mit 107 bezeichneten Bestandteile eines
Blitzgerätes. Der zweite Wandler enthält einen Übertrager 102 mit den Wicklungen
121, 122 und 123, einen Transistor 103, einen Gleichrichter 104, einen Entladekondensator
105 und einen Lichtdosierungs-Stronkreis 106.
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Ein mehrfacher Umschalter mit je drei Schaltstellungen mit den Kontakten
124-128 erlaubt die Umschaltung der zwei Wandler zwischen den beiden Arbeitsweisen
"Batterieladen" und "Speisen".
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In der dritten Stellung des Schalters ist die Vorrichtung ausgeschaltet.
In der Fig. 1 ist der Umschalter in seiner Stellung Batter ieladen" dargestellt.
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Die Aufladung bzw. Wiederaufladung der Batterie lol geht auf folgende
seine vor sich: Der Netzstrom wird mit Hilfe eines Gleichrichters 108 gleichgerichtet
und lädt einen als Filterkondensator lo9 bezeichneten Kondensator auf. Die Spannung
des Kondensators 109 liegt über den Widerstand 110 und die Diode 111 an der Steuerelektrode
des Thyristors 112 an. Bei ausreichend hoher Spannung an der Steueniektrode wird
der Thyristor elektrisch leitend. Durch den Thyristor 112 fließt dann ein gleichgerichteter
Netzstrom, der den Entladekondensator los auflädt. Der Thyristor 112 wird sperrend,
sobald die Klemmenspannung am Entladekondensator 105 die Zenerspannung der Zenerdiode
113 erreicht. Damit wird der Ladevorgang des Entladekondensators 105 begrenzt.
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Der Ladevorgang beginnt erneut, sobald die Spannung am Entladekondensator
105 wieder auf Werte unterhalb der Zenerspannung der Zenerdiode 113 abgefallen ist.
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Die Spannung des Entladekondensators 105 wird für die üblichen Spannungen
eines Stromnetzes somit immer ungefähr gleich der Zenerspannung sein.
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Die Aufladung des Entladekondensators 105 speist einen ersten Wandler,
der den Ladestrom der Batterie 101 liefert. und der aus dem Übertrager 102, dem
Transistor 114 und dem Gleichrichter 115 besteht.
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Der Ladestrom der Batterie ist, unabhängig von der Spannung des angeschlossenen
Stromnetzes, gleichbleibend. Infolgedessen wird gemä dieser W»iterbildung der Erfindung
kein Wähler für die verschiedenen möglichen Spannungen eines nWechselstromnetzes
benötigt.
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Der Thyristor 116 und das Potentiometer 117 bilden gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung einen Abschalt-Stromkreis für die Aufladung der Batterie 101. Sobald
die Klemmenspannung der Batterie 101 den Endwert der Spannung für die Aufladung
erreicht, wird der Thyristor 116 elektrisch leitend. Die Zenerdiode 113 wird damit
kurzgeschlossen, was zur Folge hat, daß die Spannung an dem Entladekondensator 105
auf den Wert Null abgesenkt wird. Da der erste Wandler zur Aufladung der Batterie
jetzt nicht mehr gespeist wird, ist der Aufladevorgang für die Batterie 101 beendet.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist ein Thermoschalter
118 mit der Batterie 101 in Serie geschaltet. Dieser Schalter trennt den Lade-Stromkreis
der Batterie auf, sobald die Umgebungstemperatur eine bestimmte, vorgegebene Höhe
erreicht hat.
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Für das Wiedereinschalten des Thermoschalters ist ein zu betätigender
Druckknopf 119 vorgesehen.
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Fig. 2 zeigt den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform eines Ubertragers
mit seinen Zuleitungsdrähten, der erfindungsgemäß als gemeinsamer Übertrager für
die beiden Wandler vorgesehen und ausgebildet ist. Dieser Übertrager enthält einen
Magnetkern 204 und drei sficklungen 201, 202 und 203.
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In seiner Funktion als Übertrager in dem zweiten Wandler, nämlich
in demjenigen, der durch die Batterie gespeist wird, ist die Wicklung 201 die Sekundärwicklung
und die Wicklung 202 die Primärwicklung. In der Funktion als Übertrager für den
ersten wandler zur Aufladung der Batterie ist die Arbeitsweise der Wicklungen umgekehrt.
Die Wicklung 203 dient in beiden Fällen als Rückkopplungswicklung.
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Fig. 3 zeigt eine aus den zahlreichen Möglichkeiten ausgewählte Ausführungsform
für einen gemäß einer Weiterbildung vorgesehenen Thermoschalter. Der Gleichrichter
301 ist am feststehenden Koiitakt 303 des Thermoschalters angeschlossen. Der bewegliche
Kontakt 302 ist mit der positiven Klemme 304 der Batterie verbunden.
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Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen die
Figuren
4 und 5. Die Schaltung der Fig. 4 zeigt die beiden Wandler mit dem erfindungsgemäJs
nur einem gemeinsamen Übertrager 401, der sechs Wicklungen 402-407 aufweist.
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Der erste Wandler zur Aufladung der Batterie 419 wird von Netz 400
an den Klemmeii 408 gespeist. zu diesem Wandler gehören die Diode 410, der in dieser
Figur mit 412 bezeichnete Entladekondensator, der Transistor 411, die Diode 418
und die Wicklungen 402, 403 und 404 des Übertragers 401.
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Dieser erste Wandler wird von einem Regelstromkreis derart kontrolliert,
daß die Speisung dieses Wandlers aus einem jeglichen Wechselstrom- oder Gleichstromnetz
mit beliebiger Spannung und Frequenz möglich ist. Dieser Regelstromkreis besteht
aus der Diode 413, dem Kondensator 414 und den Widerständen 415, 416 und 417.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dient ein Kontrollstromkreis
dazu, den Ladezustand der Batterie 419 zu überwachen und den von dem ersten Wandler
geliefe: :en Ladestrom entsprechend zu steuern.
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Der Kontrollstromkreis enthält die Widerstände 422-431, den Kondensator
432 und die Transistoren 433, 434 und 435. Zur Speisung des Korltrollstromkreises
sind des weiteren die wicklung 406, der Gleichrichter 436, der Kondensator 437,
der Widerstand 438 und die Zenerdiode 439 vorgesehen.
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Gemäß einer anderen W-iterbildung der Erfindung ist bei dieser Ausführungsform
ein Anzeige-Stromkreis vorgesehen, der anzeigt, in welchem Zustand der erste Wandler
gerade arbeitet, d.h. ob augenblicklich Schnellaufladung oder Erhaltungs-Auf ladung
der Batterie erfolgt. Dieser Stromkreis besteht aus der Neonröhre 445 und aus der
Diode 409, dem Kondensator 440, den Widerständen 441-444 und dem Transistor 446.
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Der zweite Wandler, der von der Batterie gespeist wird und der
zur
Auladung des Entladekondensator 412 dient, besteht aus dem Transistor 447, den Wicklungen
402, 403, 405 und 407, den Dioden 449 und 450, den Widerstnden 420, 421, 451 und
452 und dem Kondensator 453.
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Die Kontaktsätze 454-558 des Umschalters dienen zum jeweiligen Einschalten
des einen oder des anderen Wandlers der erfindlmgsgemäßen Vorrichtung.
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Die Arbeitsweise der Schaltung dieser Ausführungsform ist die folgende:
Für den Betrieb des ersten Wandlers wird die Netzspannung 400 an die Klemmen 408
angelegte Der in den Wandler fließende Strom wird von der Diode 410 gleichgerichtet
und lädt den Entladekondensator 412 auf seine Ladespannung auf. Über den Kontakt
454 liegt diese Spannung an der Wicklung 402 und an dem Transistor 411 an. Die Wicklung
404 gewAhrleistet eine positive Rückkopplung auf die Basis des Transistors 411,
so daß der durch diesen Transistor fließende Strom oszilliert. Von der Wicklung
403 wird der Batterie 419 über den Kontaktsatz 457 und die Diode 418 ein Auf ladestrom
zugeführt.
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Der Regel-Stromk@eis wirkt gemäß einer besonderen Variante der Erfindung
in der folgenden Weise: In den Halbperioden mit negativer Spannung, die proportional
der Speisespannung des ersten Wandlers ist, wird der Kondensator 414 über die Diode
413 auf eine negative Spannung aufgeladen, die proportional der Netzspannung ist.
Diese negative Spannung liegt als Polarisierung an der Basis des Transistors 411
an, und zwar über die Widerstände 415, 416 und 417. Dies hat zur Folge, daß der
Strom des ersten Wandlers vermindert wird, wenn die Netzspannung größer ist. Auf
diese Weise wird die Ausgangsleistung des ersten Wandlers auf einem konstanten Wert
gehalten.
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Der Kontroll-Stromkreis arbeitet als Schmitt-TrigZr. Der Transistor
433 wird leitend, sobald die Spannung der Batterie 419 einen
vorher
festgelegten Wert, der durch den Widerstand 428 einstellbar ist, iiberschreitet,
Dieser leitende Zustand hat zur Folge, daß der Transistor 435 leitend wird und daß
das negative Potential an der Basis des Transistors 411 erhöht wird. Auf diese Weise
wird der Ausgangsstrom des ersten Wandlers herabgesetzt.
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Die Speisung des Kontroll-Stromkreises erfolgt durch die an der Wicklung
406 anliegende Spannung, die durch die Diode 436 gleichgerichtet, mit dem Kondensator
437 geglättet und durch den Widerstand 438 und die Zenerdiode 439 stabilisiert ist.
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Sobald der Transistor 433 leitend wird, d.h. die Batterie geladen
ist, leuchtet die Neonröhre auf. Dieser Vorgang erfolgt durch Steuerung mittels
des Transistors 446. zur Stromversorgung der Neonröhre aus dem Netz sind die Diode
409 und der Kondensator 440 vorgesehen.
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Der zweite Wandler funktioniert in an sich bekannter Weise.
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Fig. 5 gibt in einer Tabelle an, welche der verschie-»er,*n Stellungen
die Kontaktsätze 454 - 458 bei der jeweils gewählten Betriebsart " (Wieder-)Aufladung
der Batterie" oder "Speisung aus der Batterie" oder HAusschaltung" haben.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungform einer Vorrichtung nach der
Erfindung. Gemäß Weiterbildungen der Erfindung weiet diese Ausführungsform einzelne
Stromkreise auf, die es erlauben, den Ladestrom auf einen vorgegebenen Wert zu otabilisieren,
den Ladestrom zu vermindern oder auszuschalten undAer die Spannung der Batterie
fehlerfrei zu prüfen.
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In der Ausführung nach Fig. 6 bilden der Gleichrichter 601, der Kondensator
602, der Widerstand 603 und die Netzanschlußklemmen 604 und 605, den Versorgungs-Stromkreis
des ersten Wandlers. Dieser wandler wird durch den Transistor 606, die Wicklungen
607, 608 und 609 des Übertragers, den Gleichrichter 610, die Diode 611 und 612,
ciie W@derstände 613-616, und den Kondensator 617 gebildet.
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Der Stabilisierungs-Stromkreis setzt sich aus der Glühlampe 6h8 und
dem Fotowiderstand 619 zusammen.
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Dez Stromkreis zur Verminderung,beziehungsweise Absch@ltung des Ladestroms
für die Batterie setzt sich aus dem Thyristor 620 und der Glühlampe 621 zusammen.
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Ein Stromkreis zum Messen der Batteriespannung enthält die Widerstände
622 und 623 und die Steuerelektrode 624 des Thyristors 620.
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Ein Stromkreis zur Bemessung der Leerlaufspannung der Batterie setzt
sich auz dem Transistor 625 und dem Widerstand 626 zusammen.
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Diese Ausführungsform nach der Erfindung wird noch durch die Diode
627 im Stromkreis der Satterie 628 vervollständigt.
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Die Arbeitsweise der Schaltung dieser Ausführungsform nach Fig. 6
ist die folgende: Die Netzspannung, die an 604 und 605 anliegt, bzw. der Netzstrom
wird durch den Gleichrichter 601 und den Kondensator 602 gleichgerichtet und gegl@ttet.
Mit der Gleichspannung am Kondensator 602 wird der erste Wandler, ein Sperrschwinger,
gespeist. Die Spannung en der Sekundärwicklung 608 wird durch den Gleichrichter
610 und den Kondensator 617 gleichgerichtet und geglättet. Diese Spannung liefert
den Ladestrom für die Batterie 628, der durch die Diode 627 und durch die Glühlampe
618 fließt. Diese Lampe leuchtet, solange die netzspannung anliegt.
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Die Widerstände 613, 614 und 616 und der Fotowiderstand 619 bestimmen
das Potential der Basis des Transistors 606 des ersten Wandlers. Der Fotowiderstand
619 empfängt das durch die Glühlampe 618 ausgestrahlts Licht. Wenn der Ladestron
ansteigt, leuchtet die Glühlampe 618 heller auf und der Widerstandswert des Fotowiderstandes
619 vermindert sich. Dies hat zur Folge, daß die Basisspannung des Transistors 606
vermindert wird, was wiederum die Verminderung des Ausgangsstromes des w@ndlers
bewirkt. Wenn dagegen der Ladestrom sinkt, tritt die umgekehrte Folge ein. Auf diese
Weise
erhält man eine Stabilisierung des Eadestromes der Batterie auf einen vorbestimmten
Wert. Außerdem ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform des Stabilisierungs-Stromkreises
eine galvanische Isolierung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil der Vorrichtung
nach Fig. 6 erreicht.
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Ein Anteil der Spannung der Batterie 628 liegt über den Spannungsteiler
aus den Widerständen 622 und 623 an der Steueniektrode 624 des Thyristors 620 an.
Sobald dieser Spannungswert einen vorbestimmte Wert erreicht, zündet der Thyristor
620 und ein Anteil des Ladestrames wird durch den Thyristor 620 und durch die Gltihlampe
621 abgeleitet. Die Lampe 621 leuchtet somit auf, wenn die vorbestimmte Spannung
erreicht ist. Sie verlöscht, wenn man das Netz abschaltet.
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Sobald der Thyristor 620 gezündet ist, verbleibt als Strom zum Laden
der Batterie der Differenzwert zwischen dem stabilisierten Strom, der durch die
Lampe 618 fließt,und dem durch den Thyristor 620 und die Lampe 621 abgekiteten Strom.
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Die Spannung an der Sekundärwicklung 608 liegt über den Widerstand
626 an der Basis des Transistors 625 an. Dieser Transistor ist während den positiven
Halbwellen leitend und während den negativen Halbwellen gesperrt. D.h., daß im ersteren
Falle, in dem ein Ladestrom in die Batterie fließt, keine Spannung an der Steuerelektrode
624 anliegt und im zweiten Falle, in dem kein Ladestrom in die Batterie fließt,
die Spannung an der Steuerelektrode 624 durchdie Spannung der Batterie 628 und das
Verhältnis der Widerstände 622 und 623 bestimmt st. Nur im zweiten Falle, d.h. während
des Zeitraumes, ir dem der Ladestrom der Batterie gleich Null ist, kann der Thyristor
624 zünden. Dies erlaubt, die Leerlaufspannung der Batterie zu prüfen und zu messen,
und zwar frei von Fehlern, die durch in den verschiedenen Widerständen der Stromkreise
auftretende Spannungsabfälle verursacht werden könnten.
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Die Diode 627 verhindert die Entladung der Batterie 628, wenn das
Netz abgeschaltet list.
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Die Fig. 7 veranschaulicht eine vereinfachte Ausführungsform einer
Vorrichtung nach Fig. 6, und zwar ohne Stabilisation, jedoch mit einem thermischen
Fühler anstelle eines Spannungsfühlers.
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Die identischen Einzelheiten der Figuren 6 und 7 sind auf eine Weise
numeriert, bei der ihre zwei letzten Ziffern übereinstimmen.
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Die neuen Einzelheiten der Fig. 7 bilden den Stromkreis zur Verminderung
bzw. Abschaltung und den Stromkreis des Fühlers. Zu diesen Stromkreisen gehören
der Widerstand 729, der Thyristor 730, der Widerstand 732 mit positivern Temperaturkoeffizienten.
Der Widerstand 732 ist thermisch mit einer solchen Batterie 733 gekoppelt, deren
Ladungsende durch einen Anstieg ihrer Temperatur (anstatt einer Erhöhung ihrer Spannung)
angezeigt wird.
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Die Arbeitsweise der Stromkreise der Ausführungsform nach Fig. 7 ist
die folgende: Der Widerstand 729 und der Widerstand 732 mit positiven Temperaturkoeffizienten
bestimmen die Spannung an der Steuerelektrode 731 des Thyristors 730. Sobald die
Temperatur der Batterie 733 ansteigt, erhöht sich der Widerstandswert des Widerstandes
mit positivem Temperaturkoeffizienten und damit die Spannung an der Steuerelektrode
731 des Thyristors 730. Wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert erreicht, zündet
der Thyristor 730 und die Spannung an der Basis des Transistors 706 wird gleich
Null. Damit tritt eine Unterbrechung der Arbeit des Wandlers eint was eine Unterbrechung
der Batterieladung zur Folge hat.