DE3108847C2 - Einrichtung zum Laden von Akkumulatoren - Google Patents

Abstract

Das Ladegerät (1) weist einen Primärkreis (2) und einen mit diesem induktiv gekoppelten Sekundärkreis (3) auf. Der Sekundärkreis (3) läßt sich vom Primärkreis (2) räumlich trennen. Der Primärkreis (2) weist einen Gleichrichter (10) auf, der die niederfrequente Speisespannung (U) gleichrichtet. Diese Gleichspannung dient zur Speisung eines LC-Oszillators (15). Die Induktivität (19) des Serienschwingkreises (21) dieses Oszillators (15) bildet die Primärwicklung eines Transformators (24), dessen Sekundärwicklung (25) im Sekundärkreis (3) angeordnet ist. Diese Sekundärwicklung (25) ist mit einem Gleichrichter (26) verbunden. An die Ausgangsklemmen (29, 30) des Sekundärkreises (3) ist der aufzuladende Akkumulator (31) angeschlossen. Der Oszillator (15) erzeugt eine hochfrequente Wechselspannung, die auf die Sekundärseite des Transformators (24) transformiert und anschließend gleichgerichtet wird. Das Ladegerät (1) eignet sich insbesondere für den Einsatz mit elektrisch betriebenen Zahnpflegegeräten, insbesondere Zahnbürsten. Dabei wird der Primärkreis (2) in einer Halterung für das Zahnpflegegerät untergebracht, während der Sekundärkreis (3) im Innern des Zahnpflegegerätes angeordnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Laden von Akkumulatoren mit einem Primärkreis, der einen Oszillator zum Erzeugen einer an einen Sekundärkreis übertragbaren hochfrequenten Wechselspannung aufweist, wobei der mit dem Primärkreis induktiv gekoppelte und von diesem trennbare Sekundärkreis einen Ladestromkreis für wenigstens eine Akkumulatorzelle aufweist.

Eine Einrichtung der vorstehend genannten Art ist beisDielsweise aus der DE-OS 26 52 700 bekannt Um den Ladevorgang wirksamer zu gestalten und dadurch die Ladedauer ohne Gefahr für die Akkumulatoren za verkürzen, ist die bekannte Einrichtung so ausgebildet, daß das Wechselfeld durch eine Ladesteuereinrichtung abhängig vom jeweiligen Ladezustand der zu ladenden Batterie regelbar ist Diese Einrichtung ist relativ aufwendig und kompliziert in ihrem Aufbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und dennoch zuverlässig arbeitende Schaltung anzugeben, die mit einer möglichst geringen Anzahl von Bauelementen auskommt, um eine raumsparende und leichte Bauweise der Einrichtung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Der der induktiven Koppelung dienende Transformator zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis kann klein und auch eisenlos ausgebildet werden. Es ist somit eine kompakte und leichte Bauweise möglich. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt ferner darin, daß sich die Größe der niederfrequenten Speisespannung innerhalb eines großen Bereiches bewegen kann, ohne daß der Ladestrom auf einen Wert sinkt, der für ein vollständiges Aufladen des Akkumulators nicht mehr ausreicht

Wegen der leichten und kompakten Bauweise eignet sich die erfindungsgemäße Ladeeinrichtung insbesondere für den Einsatz in einem elektrisch betriebenen Zahnpflegegerät, das mit wenigstens einer Akkumulatorzelle ausgerüstet ist Der Primärkreis der Ladeeinrichtung wird dabei in einer Halterung untergebracht in welche das den Sekundärkreis enthaltende Zahnpflegegerät bei Nichtgebrauch eingesetzt wird.

Weitere und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspriichen.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema einer Einrichtung zum Aufladen von Akkumulatoren, und

F i g. 2 im Längsschnitt und rein schematisch eine in ihre Halterung eingesetzte, elektrisch betriebene Zahnbürste.

In Fig. 1 ist in Form eines Schaltschemas ein Ladegerät gezeigt, das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zum Aufladen des Akkumulators einer elektrisch betriebenen Zahnbürste dient Dieses Ladegerät 1 weist einen Primärkreis 2 und einen mit diesem induktiv gekoppelten Sekundärkreis 3 auf. Der Sekundärkreis 3 läßt sich, wie das anhand der F i g. 2 noch näher erläutert werden wird, vom Primärkreis 2 räumlich trennen.

Der Primärkreis 1 weist zwei Eingangsklemmen 4 und 5 auf, an die eine niederfrequente Wechselspannung, ζ. B. die Netzspannung von 110 oder 220 Volt (50 bzw. 60 Hz), angelegt wird. An die Klemme 4 ist in Serie ein Widerstand 6 und ein Kondensator 7 angeschlossen. Der Widerstand 6 dient zur Strombegrenzung beim Einschalten, während durch den Kondensator 7 eine Spannungsreduktion bewirkt wird. An die beiden Klemmen 4, 5 ist ein Widerstand 8 angeschlossen, der als Entladewiderstand für den Kondensator 7 dient. Um bei von der Wechselspannungsspeisequelle abgetrenntem Primärkreis 2 ein Entladen des Kondensators 7 zu ermöglichen, ist eine Diode 9 vorgesehen. In Serie zu diesem Kondensator 7 ist ein Gleichrichterelement 10 geschaltet, dessen Kathode mit einer Leuchtdiode 11 verbunden ist. Mit 12 ist ein Siebkondensator bezeichnet, zu dem eine Zenerdiode 13 parallel geschaltet ist

welche zur Spannungsstabilisierung dient Eine in Serie zur Leuchtdiode 11 geschaltete Drossel 14 dient zur Enstörung. Das Gleichrichterelement 10 bildet zusammen mit dem Siebkondensator 12 und der Zenerdiode 13 eine die Speisespannung U gleichrichteade Gleichrichterschaltung, der ein Oszillator 15 nachgeschaltet ist und der von dieser GleichrichterschalUaig gespeist wird. Dieser Oszillator 15 weist einen Transistor 16 auf, dessen Basis B an einen durch Widerstände 17 und 18 gebildeten Spannungsteiler angeschlossen ist Dieser Spannungsteiler dient zum Bestimmen des Basispotentials. Der Kollektor K des Transistors 16 ist mit einer Induktivität 19 verbunden, die in Serie zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 16 geschaltet ist Parallel zu dieser Kollektor-Emitter-Strecke ist ein is Kondensator 20 geschaltet, der zusammen mit der Induktivität 19 einen Serieschwingkreis 21 bildet An den Emitter £des Transistors 16 ist ein Widerstand 22 angeschlossen, zu dem ein Kondensator 23 für die Emitterstabilisierung parallel geschaltet ist Die Induktivität 19 des Serieschwingkreises 21 bildet die Primärwicklung eines eisenlosen Transformators 24, dessen Sekundärwicklung 25 Teil des Sekundärkreises 3 bildet Über die beiden Transformatorwicklungen 19 und 25 ist der Sekundärkreis 3 mit dem Primärkreis 2 induktiv gekoppelt Beim Entfernen des Sekundärkreises 3 vom Primärkreis 2 wird der Transformator 24 aufgetrennt.

An die Sekundärwicklung 25 des Transformators 24 ist ein Gleichrichterelement 26 angeschlossen. Mit der Kathode dieses Gleichrichterelement 26 ist einerseits eine Zenerdiode 27 und andererseits eine Diode 28 verbunden. Die Kathode dieser Diode 28 ist an eiisen Anschluß 29 angeschlossen. Mit einem zweiten Anschluß 30 ist das eine Ende der Sekundärwicklung 25 sowie die Zenerdiode 27 verbunden. An die Anschlüsse 29 und 30 ist ein Akkumulator 31 angeschlossen, der aus einer oder mehreren Akkumulatorzellen oder aus einer Akkumulatorenbatterie bestehen kann.

Der Transformator 24 weist eine dritte Wicklung 32 auf, die im Primärkreis 2 angeordnet ist. Die Anschlüsse dieser Wicklung 32 sind mit 33 und 34 bezeichnet. Die in der Wicklung 32 induzierte Spannung, die größer ist als die Spannung über der Wicklung 19, wird im vorliegenden Fall zur Erzeugung von Ozon verwendet, das zur Desinfektion der Zahnbürste, deren Borstenträger sowie des Ladegerätes 1 dient.

Die Wirkungsweise des Ladegerätes 1 ist wie folgt: Die an die Eingangsklemmen 4, 5 angelegte niederfrequente Wechselspannung U von z. B. 220 Volt, 50 Hz, wird durch das Gleichrichterelement 10 gleichgerichtet (Einweggleichrichtung). Durch den Siebkondensator 12 erfolgt eine Glättung der auf diese Weise erhaltenen Gleichspannung. Die Zenerdiode 13 sorgt wie bereits erwähnt für eine Spannungsstabilisierung. Mi«, der in der Gleichrichterschaltung 10,12,13 erzeugten Gleichspannung wird der Oszillator 15 gespeist, der auf an sich bekannte Weise eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt. Die Frequenz dieser Wechselspannung liegt vorzugsweise oberhalb des hörbaren Bereiches, d. h. über 16 kHz. Die in der Induktivität 19 erzeugte Wechselspannung wird mittels des Transformators 24 an den Sekundärkreis 3 übertragen und gleichzeitig auf einen für die Aufladung des Akkumulators 31 erforderlichen, niedrigeren Wert transformiert. Zudem wird wie bereits erwähnt, in der dritten Wicklung 32 eine höhere Spannung induziert. Durch das Gleichrichterelement 26 wird die transformierte Wechselspannung wieder gleichgerichtet (Einweggleichrichtung). An den Anschlüssen 29 und 30 des Ladegerätes 1 erscheint somit eine Gleichspannung. Die Glättung dieser Gleichspannung erfolgt durch den Akkumulator 31, so daß keine zusätzlichen Mittel für diese Glättung vorgesehen werden müssen. Die Zenerdiode 27 dient zur Ladestrombegrenzung, bzw. -reduktion, sobald die Ladespannung des Akkumulators 31 den Sollwert erreicht hat Die Diode 28 verhindert.daB sich der Akkumulator 31 über die Zenerdiode 21 entladen kann.

Die vorstehenden Ausführungen lassen erkennen, daß das Ladegerät 1 im wesentlichen aus einem Gleichspannungswandler, der durch den Oszillator 15, den Transformator 24 und den Gleichrichter 26 gebildet wird, und einem Gleichrichter 10 besteht der aus der Eingangswechselspannung U eine Gleichspannung zur Speisung des Gleichspannungswandlers erzeugt. Der Gleichspannungswandler weist die Besonderheit auf, daß dessen Übertrager 24 eisenlos ist und beim Entfernen des Sekundärteils 3 vom Primärteil 2 aufgetrennt wird. Im weitern ist noch zu bemerken, daß die Basis B des Transistors 16 nicht wie üblich an die Transformatorwicklung 19 angekoppelt ist, sondern zur Bestimmung des Basispotentials mit einem Spannungsteiler 17,18 verbunden ist.

Anhand der rein schematischen F i g. 2 wird nun der Einsatz des Ladegerätes 1 gemäß Fig. 1 in einem Zahnreinigungsgerät erläutert. Mit 35 ist eine elektrisch betriebene Zahnbürste bezeichnet, von der nur der hintere, dem Borstenträger abgewandte Teil dargestellt ist. Der nicht gezeigte Antrieb dieser Zahnbürste 35 ist von an sich bekannter Konstruktion. Im Gehäuse 36 der Zahnbürste 35 ist der Akkumulator 31 untergebracht, der als Speisequelle für den Antriebsmotor des Borstenträgers dient. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Akkumulator 31 aus zwei in Serie geschalteten Akkumulatorzellen 31a und 31b. Diese Akkumulatorzellen 31a, 31b sind beispielsweise herkömmliche Nickel-Cadmium-Batterien. Ebenfalls im Innern des Gehäuses 36 ist der Sekundärkreis 3 des Ladegerätes 1 untergebracht, von dem in F i g. 2 nur die Sekundärwicklung 25 des Transformators 29 dargestellt ist. Zum Abstellen der Zahnbürste 35 bei Nichtgebrauch ist eine Halterung 37 vorgesehen, die üblicherweise ortsfest ist. Diese Halterung 37 weist eine Vertiefung 38 auf, in die wie gezeigt die Zahnbürste 35 eingesetzt wird. Um diese Vertiefung herum verläuft die Primärwicklung 19 des Transformators 24. Diese Primärwicklung 19 ist so angeordnet, daß bei in die Halterung 37 eingesetzter Zahnbürste 35 die Sekundärwicklung 25 sich im Innern der Primärwicklung 19 befindet. Die dritte Transformatorwicklung 32 samt ihren Anschlüssen 33, 34 ist in Fig.2 nicht gezeigt. Die übrigen Bauteile des in der Halterung 37 untergebrachten Primärkreises 2 des Ladegerätes 1 sind mit Ausnahme der Leuchtdiode 11 in Fig. 2 nicht näher dargestellt. Diese Bauteile sind in dem nur schematisch dargestellten Block 39 untergebracht. Die Speisung des Primärkreises 2 erfolgt über ein Kabel 40, das an seinem Ende mit einem Stecker 41 versehen ist, der in eine Steckdose eingesteckt werden kann. Die von außen sichtbare Leuchtdiode 11 leuchtet auf, sobald der Primärkreis 2 mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist.

Wird die Zahnbürste 35 bei Nichtgebrauch in die Halterung 37 eingesetzt, so erfolgt auf die anhand der Fig. 1 beschriebene Weise eine Aufladung der Akkumulatorzellen 31a, 31b. Die Zahnbürste 35 ist durch diese dauernde Aufladung der Akkumulatorzellen dauernd einsatzbereit. Für den Gebrauch wird die

Zahnbürste 35 wie bekannt aus der Halterung 37 entfernt.

Die Anschlüsse 33,34 der Transformatorwicklung 32 werden auf geeignete Weise mit nicht gezeigten, in der Halterung 37 angeordneten Entladungselektroden zur Ozonerzeugung verbunden. Das auf diese Weise erzeugte Ozon bestreicht nun die Zahnbürste 35 und vor allem deren Borstenträger, sowie die Halterung 37, wodurch diese Teile desinfiziert werden.

Wie bereits erwähnt ist es möglich, den Transformator 24 eisenlos und klein auszubilden, was sich günstig auf das Gewicht des Ladegerätes 1 auswirkt und eine kompakte Bauweise ermöglicht Der Oszillator 15 ist einfach im Aufbau und zuverlässig in der Arbeitsweise. Das Ladegerät 1 läßt sich somit preisgünstig herstellen, im weitern hat das Ladegerät 1 den Vorteil einer kaum merklichen Erwärmung, die sich nicht nachteilig auf die Lebensdauer des Akkumulators 31 auswirkt. Wie die F i g. 2 deutlich zeigt, liegt zwischen den Wicklungen 19 und 25 des Transformators 24 die Wand der Vertiefung 38 der Halterung 37 sowie die Wand des Gehäuses 36 der Zahnbürste 35. Aus diesem Grund sind die Verhältnisse für die magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärkreis 2, 3 an sich sehr ungünstig. Dadurch, daß nun die Übertragung vom Primärkreis 2 zum Sekundärkreis 3 mit hoher Frequenz erfolgt, läßt sich dieser Nachteil beheben, d. h. die Kopplungsverhältnisse werden verbessert.

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15 Bei einer Speisung des Ladegerätes 1 mit einer Wechselspannung von sowohl 110 V wie auch von 220 V ist der Ladestrom für eine einwandfreie Ladung des Akkumulators 31 genügend groß. Das Ladegerät 1 läßt sich daher ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen Maßnahmen sowohl an eine Speisequelle von 220 V wie auch an eine solche von 110 V anschließen. Ein und dasselbe Ladegerät 1 läßt sich somit in Ländern mit unterschiedlicher Netzspannung verwenden.

Es versteht sich, daß sich dieses Ladegerät 1 nicht nur zum Aufladen von Akkumulatoren einer Zahnbürste verwenden läßt. So läßt sich dieses Ladegerät beispielsweise auch zusammen mit andern Zahn- bzw. Mundpflegegeräten, wie z. B. Massagegeräten für das Zahnfleisch, einsetzen. Daneben können mit dem Ladegerät 1 auch die Akkumulatoren von andern elektrisch betriebenen Handgeräten, die nicht der Zahnpflege und -reinigung dienen, aufgeladen werden. Als ein Beispiel eines solchen Handgerätes mag ein Rasierapparat dienen.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß das Ladegerät in verschiedenen Teilen anders als wie gezeigt ausgebildet werden kann. So lassen sich beispielsweise auch andere geeignete Oszillatoren verwenden. Auch kann die in der Teritärwicklung 32 des Transformators 24 induzierte Spannung zu andern Zwecken als zur Ozonerzeugung dienen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Laden von Akkumulatoren mit einem Primärkreis, der einen Oszillator zum Erzeugen einer an einen Sekundärkreis übertragbaren hochfrequenten Wechselspannung aufweist, wobei der mit dem Primärkreis induktiv gekoppelte und von diesem trennbare Sekundärkreis einen Ladestromkreis für wenigstens eine Akkumulatorzelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, Ό daß der Oszillator ein freischwingender, von einer an eine niederfrequente Wechselspannurgsquelle (U) anschaltbaren Gleichrichterschaltung (10, 12, 13) gespeister LC-Oszillator (15) mit einem Serienschwingkreis (21) und einem Transistor (16) ist, dessen Kollektor-Emitterstrecke zu einem Schwingkreiselement (20), vorzugsweise zur Kapazität, pirallelgeschaltet ist, daß die Parallelschaltung aus Schwingkreiselement (20) und Transistor (16) über eine ÄC-Parallelschaltung (22,23) an einen Pol (-) der Gleichrichterschaltung (10,12,13) angekoppelt ist und daß zwischen den Polen (+, —) der Gleichrichterschaltung (10, 12, 13) ein ohm'scher Spannungsteiler (17, 18) liegt, an dessen Mittelabgriff die Basis (B) des Transistors (16) angeschlossen ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (19) des Serienschwingkreises (21) die Primärwicklung eines vorzugsweise eisenlosen Transformators (24) bildet, dessen Sekum därwicklung (25) im einen Gleichrichter (26) aufweisenden Sekundärkreis (3) angeordnet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (24) eine weitere, vorzugsweise im Primärkreis (2) angeordnete Wicklung (32) aufweist

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des Sollwertes der Ladespannung der Akkumulatorzelle (31) der Ladevorgang unterbrechbar bzw. der.« Ladestrom reduzierbar ist, vorzugsweise mittels einer Zenerdiode (27).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Zahnpflegegerät (35,37).

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärkreis (3) der Ladeeinrichtung (1) im Gerät (35) und der Primärkreis (2) in einer Halterung (37) für das Gerät (35) untergebracht ist, wobei vorzugsweise bei in der Halterung (3) eingesetztem Gerät (35) sich die in letzterem untergebrachte Sekundärwicklung (25) des Transformators (24) im Innern der in den Primärkreis (2) geschalteten Primärwicklung (19) angeordnet ist.

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