DE1596068A1

DE1596068A1 - Elektrische Akkumulatoren-Batterie

Info

Publication number: DE1596068A1
Application number: DE19651596068
Authority: DE
Inventors: Wilson Harland Darrell
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1964-07-08
Filing date: 1965-07-05
Publication date: 1971-04-01
Also published as: US3309232A; GB1051088A; BE666608A

Description

"Elektrische Akkumulatoren-Batterie"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Ser.No. 381 059 vom 8. Juli 1961 in den Vereinigten .Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Akkumulatoren-Batterie, insbesondere eine Batterie mit niedrigem Widerstand und Zellverbindungen mit niedrigen Verlusten.

Bei Kraftfahrzeugen werden Batterien nach ihrer Fähigkeit ausgewühlt, eine Maschine bei niedrigen Temperaturen anzulassen. Diese Fähigkeit hängt von einer Anzahl Faktoren ab, wie z.B. der öröase und der Anzahl der Platten pro Zelle, der Stärke und Porosität der Separatoren für die Platten, dem spezifischen Gewicht des Elektrolyten, nowle der Länge und dem Querschnitt der Verbindungen der Zellen, die die Zellen der Batterie in Reihe schalten.

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Bei üblichen Batteriekonstruktionen wird jede Zelle durch einen Deckel verschlossen, der eine öffnung enthält. Eine ventilierte Batteriekappe schliesst diese öffnung und lässt angesammelte Gase austreten. Sie dient auch zum Wiederauffüllen von Wasser. Jeder Deckel ist mit zwei zusätzlichen öffnungen versehen, durch welche die Zellenanschlüsse hindurch treten. Diese Anschlüsse sind mit Zellenverbindungsstücken verbunden, um eine Reihenschaltung der Zellen zu erreichen, so dass die Spannung der einzelnen Zellen sich in der Batterie addiert. Die Konstruktion ergibt einen nachteiligen langen und mit hohem Widerstand behafteten Kreis zwischen den Zellen, in dem ein wesentlicher Spannungsabfall bei hohen Batteriebelastungen auftritt.

Versuche, diesen Spannungsverlust zu vermindern, waren teilweise erfolgreich, wenn die Verbindungen der Zellen unterhalb der Deckeloberfläche gelegen waren. Es wurde ein einstückiger Deckel verwendet, der für jede Zelle eine Gasventilation vorsah und dabei standen aus dem Deckel lediglich die positiven und negativen Anschlüsse der Batterie hervor.

Es wurden viele Arten verwendet, auf die die Verbindungen der Zellen von Zelle zu Zelle unter einem einstückigen Deckel geführt wurden In jedem Falle mussten die Trennwände zwischen den Zellen durchbohrt oder genutet werden, um die Verbindung zwischen den Zeller unter dem Deckel bo herzustellen, dass der Deckel gegen Elektrolyt-Nebenschluss an den Kanten der Trennwände abgedichtet wurde,

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Eine dieser Arten sah eine öffnung durch jede Trennwand vor, durch welche ein Verbindungsstück hindurch trat. Eine Gummibuchse wurde vorgesehen, um einen flüssigkeitsdichten Sitz in der öffnung zu erreichen. Diese Konstruktion war indessen nicht besonders erfolgreich, weil die öffnung sich infolge von Vibrationen der Platten, die an jedem Ende des Verbindungsstückes befestigt waren, vergrösserte.

Eine weitere Ausführung sah eine Nut an der Kante jeder Trennwand f vor, an der die Verbindung zwischen den Zellen hergestellt ist und zwar in einer Höhe etwas unterhalb der Kante der Trennwände. Es wurde ein geflanschter einstückiger, mehrere Zellen überdeckender Deckel benutzt, um einen säuredichten Verschluss sämtlicher Zellen zu bewirken, und um einen elektrolytischen Nebenschluss zwischen den Zellen zu verhindern. Diese Art der Ausführung war zwar erfolgreich vom Standpunkt der Säuredichtheit aus, machte es indessen erforderlich, dass die Verbindungen zwischen den Zellen oberhalb der Trennwände in einer Länge lagen, durch die ein wesent- a licher Spannungsverlust auftrat, wenn die Batterie hoch beansprucht war.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Konstruktion vor, durch die eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Zellen mit sehr geringem Widerstand erreicht wird. Wenn also die Batterie hoch beansprucht ist, so sind die Verluste minimal. Gemäss der Erfindung ist die Trennwand mit einer tiefen Nut versehen, die eine untere Wand besitzt, welche im wesentlichen in der gleichen Höhe liegt, wie die oberen Kanten der Batterie-platten in den einzelnen Abtellen. Eine gerade Stange aus elektrisch leitendem Material dient

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sowohl als Plattenbügel, der die Batterieplatten in jeder Abteilung miteinander verbindet, als auch als Verbindungsstück zu den Zellen, welches die Batterieplatten einer Abteilung mit den Batterieplatten der danebenliegenden Abteilung verbindet. Es sind Dichtungen vorgesehen, um,diese gerade Stange aus elektrisch leitendem Material gegenüber der Trennwand abzudichten. Die Stange liegt unterhalb des normalen Blektrolyt-Spiegels in den Zellen und die Dichtvorrichtung verhindert einen elektrolytischen Nebenschluss zwischen den nebeneinander liegenden Zellen, Diese Konstruktion bietet das fc Beste an niedrigem Widerstand und niedrigem Verlust in der Verbindung zwischen den Zellen.

Die Dichtung, zum Abdichten der Stange aus leitendem Material gegenüber der Trennwand enthält einen Vorsprung aus dem Batteriedeckel, Dieser Vorsprung greift in die Nut ein und besitzt vorzugsweise parallele Flanschen an den Seitenwänden, die über die Seitenwände der Nut in der Trennwand greifen. Ein Dichtmittel sitzt in Nuten an diesen Planschen und rund um die Stange aus elektrisch leitendem Material, um eine Tlüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den Zellen bzw. zwischen den Batterieplatten in den nebeneinanderliegenden Abteilungen zu erreichen, die die Zellen der Batterie bilden.

Die, Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer elektrischen Akkumulatoren-Batterie, die einen we sent liehen. Spannung^ gewinn gegenüber bekannten Batterien bei niedrigen Temperaturen und hoher Belastung ergibt.

Eiqe Unteraufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Akkumulatoren-Batterie zu schaffen, welche Verbindungsstücke mit sehr niedrigem Widerstand zwischen den Zellen aufweist. BAD ORIGINAL

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Eine weitere Unteraufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektrische Akkumulatoren-Batterie zu schaffen, die einen niedrigen Widerstand besitzt, sowie Verbindungsstücke zwischen den Zellen mit niedrigen Verlusten, die eine wirksame ABdichtung zwischen den Elektrolyten nebeneinanderliegender Zellen der Batterie bilden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der i Erfindung an Hand der Zeichnungen, auf denen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Batterie, wobei Teile weggebrochen sind, um die Verbindungsstücke zwischen den Zellen oder Abteilungen der Batterie zu zeigen,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Batterie nach Fig. 1, bei der ein Teil im Längsschnitt dargestellt ist.

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. *» eine Ansicht des Batteriegehäuses in auseinandergenommener Form, die den Batteriedeckel und die Verbindung zwischen den Zellen darstellt.

Fig. 5 einen vergrösserten Querschnitt dünn das Verbindungsstück zwischen den Zellen der Batterie,

Fig. 6 eine vergrösserte Darstellung des Zellenverbindungsstückes, der Trennwand und des Deckels der Batterie in auseinandergenommener Form.

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In den Pig, der Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Fig. 1 zeigt eine elektrische Akkumulatoren-Batterie 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Batterie 10 besitzt ein Gehäuse 11 aus nicht leitendem Material, vorzugsweise Hartgummi und einen Deckel 12, ebenfalls aus nicht leitendem Material., wie ζ,B, Hartgummi, Das Gehäuse 11 ist in eine Anzahl Abteilungen oder Zellen 13 durch eine Anzahl von mit ihm aus einem Stück bestehenden Trennwänden 14 unterteilt. Bei einer normalen Kraftfahrzeugäbatterie sind sechs derartiger Zellen 13 vorhanden. Der Batteriedeckel 12 besitzt eine Anzahl öffnungen, die durch Batteriekappen 15 verschlossen sind, die die Zellen sowohl ventilieren, als auch zur Wiederauffüllung der Zellen mit Wasser dienen.

Wie aus Pig, 2 erkennbar, besitzt jede der Zellen 13 eine Anzahl Batterieplatten und zwar negative Platten 16, die von positiven Platten 17 durch übliche Separatoren 18 getrennt sin-d. In einer der Zellen 13, der rechten Zelle nach Pig, 2, besitzen die negativen Platten 16 hochstehende Fahnen 21, während in der benachbarten Zelle die positiven Platten hochstehende Fahnen 21 besitzen. Diese Fahnen 21 bilden den höchsten Teil der Platten 16 und 17, Es ist dieses eine Standard-Batteriekonstruktion, wie sie für elektrische Akkumulatoren-Batterien von Kraftfahrzeugen Verwendung findet.

Die positiven Platten 17 In der linken Zelle nach den Fig, I und sind untereinander verbunden, ebenso wie die negativen Platten 16 der rechten Zelle miteinander verbunden sind und diese beiden Zellengruppen sind duroh eine einzige Stange aus leitendem Material 22 miteinander verbunden. Diese einzige Stange aus leitendem Material 22 dient als Plattenkombinationsbügel und Verbindungsstück

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zwischen den Zellen. Die Stange 22 aus leitendem Material hat vorzugiweise rechtwinkeligen Querschnitt und besitzt eine flacheUnterseite, die im wesentlichen die gleiche Breite besitzt, wie die Oberkanten der Batterieplattenfahnen 21. Die Fahnen 21 sind mit der Stange aus leitendem Material 22 durch in der Technik übliches Verpuddeln oder Giessen verbunden«

Die Trennwand jeder Zelle 13 ist mit einer tiefen Nut 23 versehen, die vorzugsweise trapezoidal ausgebildet ist und einen flachen Boden besitzt, der im wesentlichen in der gleichen Höhe (bzw. | etwas unterhalb) der eberkanten der Fahnen 21 der Batterieplatten 16 und 17 angeordnet ist. Wie im einzelnen aus den Fig. 3 und 4 erkennbar, besitzt der Batteriedeckel 12 zwei Flanschen 2Ά und 25, am Umfang, die mit den abgestuften äusseren Seitenwänden des Batteri« gehäuses 11 zusammen wirken, um eine Dichtung zwischen dem Batteriegehäuse 11 und dem Deckel 12 an den Aussenwänden des Batteriegehäuses zu erzielen.

Der Deckel besitzt ausserdem. eine Anzahl paralleler Flanschen 27 und 28, wie aus den Fig. k und 6 erkennbar. Jeder Satz der Flanschen bildet eine Nut zur Aufnahme des Endes der Trennwand 14,

Ein Vorsprung 31 mit einer der Nut 23 jeder Trennwand Ik angepassten Gestalt sitzt an dem Deckel 12 für eine jede Nut, Bieser Vorsprung 31 weist abwärts aus dem Deckel 12 heraus und ist verjüngt, um einen Keil oder eine« Trapezoid zu bilden, dessen Gestalt der trapezoidalen flachen Nut 23 angepasst ist. Die Seitenwände 33 und 3A des Vorsprunges 31 passen, wie in gestrichelten Linien angegeben ist, in die Nut 23 dicht neben den Seitenwänden 36 und 37 der Nut, Sie sind von ih"^en etwas abstehend, um die Aufnahme eines

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Dichtmittels zu ermöglichen. Die Seitenwände 33 und 34 des Vorsprunges 31 besitzen parallel verlaufendeii Planschen 41 und 42, die Ansätze an die parallelen Planschen 27 und 28 darstellen* Diese greifen über die Seiten der Trennwand I¹I, wenn der Vorsprung 31 exakt in der Nut 23 sitzt,was aus den Pig, 5 und 6 erkennbar ist.

Wie die Fig. 4 und 6 zeigen, besitzt der Vorsprung 31 einen flachen Boden 43, der die gleiche Abmessung besitzt, wie die Breite der Stange 22 aus leitendem Material. Die Planschen 41 und 42 an den Seitenwänden 33 und 34 des Vorsprunges 31 erstrecken sich his unterhalb dieses Bodenteiles, um eine bessere Ablichtung zu erzielen.

Die Trennwände 14 besitzen jeweils einen verbreiterten Teil, um

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unterhalb der Nut 23 einen Pfeiler/zu bilden. Dadurch entsteht eine grössere Dichtfläche zwischen der Stange 22 aus leitendem Material, die das Verbindungsstück zwischen den Zellen bildet.

Beim Zusammensetzen der Batterie 10 werden zunächst die Batterieplatten 16 und 17 und die Separatoren 18 in die Zelle 13 der Batterie 10 eingesetzt. Der Plattenbügel und das Verbindungsstück zwischen den Zellen, bestehend aus der geraden Stange aus leiten« dem Material 22 wird alsdann mit dem obersten Teil der Fahnen 21 der positiven Anschlüsse in einer Zelle und der negativen Anschlüsse in der danebenliegenden Zelle durch Verpuddeln oder Giessen elektrisch verbunden. Das Ganze kann alsdann in die Batterie eingesetzt werden, nebfci das Verbindungsstück zwischen den Zellen bzw, die Stange 22 aus elektrisch leitendem Material in die Hut 23

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eingesetzt wird. Vorher wird eine Lage aus thixotropischem Harz auf Epoxy-Basis von butterartiger Konsistenz am Boden der Nut 23 (oben auf dem Pfeiler 44) in der Trennwand 14 aufgetragen· Wenn die verbundenen Zellen in ihre Ibteilungen 13 abgesenkt werden, so setzt sich das Verbindungsstück zwischen den Zellejn und zwar die Stange 22 aus elektrisch leitendem Material von selbst auf die Harzlage auf und bettet sich ein.

Die Nuten in den Flanschen 24 und 25 am Umfang des Batteriedeckels

12 und die Nuten, die aus den Planschen 27 und 28 und aus den Planschen 41 und 42 der Seitenwände 33 und 34 des Vorsprunges 31 gebildet sind, werden mit demselben tiixotropischen Harz auf Epoxy-Basis vor dem Aufsetzen des Deckels auf das Gehäuse 11 gefüllt. Der Keilartige Vorsprung 31 passt in die Nuten 23 und füllt diese oberhalb der Verbindungsstücke 22 zwischen den Zellen, Das Epoxy-Harz in den Nuten, die durch die Planschen 41 und 42 gebildet sind, dichtet den Raum zwischen dem keilförmigen Vorsprung 31 und der Nut 23 ab und vervollständigt die Umhüllung des Verbindungsstück-es zwischen den Zellen, welches aus der Stange 22 aus leitendem Material besteht, sobald der kellartige Vorsprung in die Nut 23 eingedrückt wird. Das thixotropische Epoxy-Harz dichtet auf diese Welse das aus der Stange aus leitendem Material 22 bestehende Verbindungsstück zwischen den Zellen gegenüber der Trennwand 14 und dem keilartigen Vorsprung 31 vollständig ab, wodurch eine flUsaigkeltedichte Verbindung zwischen den Zellen

ist für die Batterieplatten hergestellt sind, die in den Abteilungen

13 der Batterie 10 untergebracht sind, Kb können auch andere Abdichtmateriallen verwendet werden.

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Durch die Erfindung wird eine Verbindung zwischen den Batteriezellen geschaffen, die einen seht» geringen elektrischen Widerstand hat und daher hat die Verbindung zwischen den Zellen nur geringe Verluste, wenn die Batterie stark belastet ist. Gegenüber üblichen Batterien wurde ein Spannungsgewinn von etwa 1/2 Volt erreicht, wenn eine 12-V-Batterie gemäss der Erfindung mit etwa 300 Ampere bei -30° C belastet wurde. Es ist dieses ein sehr wesentlicher Gewinn an Batteriespannung bei einem Kaltstart, ' Um dieselben

Spannungsvorteile bei üblichen Batteriekonstruktionen zu erreichen,

etwa, müsste die Kapazität der Batterie in Ampere-Stunden Aim den

sehr wesentlichen Betrag von z.B. 15 bis 2055 gesteigert werden.

Eine 6-zellige Batterie, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, besitzt 5 Zellenverbindungsstücke, wie sie beshhrieben wurden und diese Zellenverbindungen verbinden die verschiedenen Batterieplatten und Zellen elektrisch in Reihe (Fig, 1). Die Batterie ist ausserdem mit einem negativen Batterieanschluss 46 und einem positiven Batterieanschluss 47 versehen, die mit den negativen Batterieplatten 16 in der Zelle unmittelbar unter dem negativen Batterieanschluss 46 und den positiven Batterieplatten 17 in der Batteriezelle unmittelbar unter dem positiven Anschluss 47 verbunden sind.

Das Zellenverbindungsstück, bestehend aus der geraden Stange 22 aus elektrisch leitendem Material sitzt unterhalb des normalen Elektrolytepiegels in der Zelle 13» wie aus der gestrichelten Linie naoh Pig, 3 erkennbar, der am unteren Ende der Hülse 48 verläuft, die die Batteriekappe 15 aufnimmt.

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Die Erfindung ergibt also eine elektrische Akkumulatoren-Batterie, bei welcher der elektrische Widerstand der Zellenverbindungsteile auf einen sehr minimalen Wert gesenkt ist, indem Zellenverbindungsstücke vorgesehen werden, die sehr geringe elektrische Verluste haben. Dadurch ergibt sich eine Steigerung der Batteriespannung, die bei einer Brennkraftmaschine bei sehr niedrigen Temperaturen zum Anlassen zur Verfügung steht.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die genaue Konstruktion, wie sie beschrieben ist, es sind vielmehr Abänderungen möglich, ohne aus dem Rahmen des Erfindungsgedankens herauszutreten.

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Claims

Ansprüche 1, Elektrische Akkumulatoren-Batterie, bestehend aus einem Gehäuse mit durch Trennwände abgeteilten Zellen, in denen Batterieplatten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Ränder der Batterieplatten zweier Zellen durch elektrisch leitende Stäbe (22) verbunden sind, die durch die Trennwände (14) hindurch »treten und in diesen flüssigkeitsdicht abgedichtet sind, und dass diese Stäbe (22) unterhalb des normalen Elektrolytspiegels angeordnet sind. 2, Akkumulatoren-Batterie nach Anspruch I8 dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (14) der Zellen mit tiefen Nuten (23) versehen sind, die bis unter die Oberkanten der Batterieplatten (16, 17) reichen und einen flachen Boden besitzen, dass die Verbindung^äbe (22) unten flach sind und in den Nuten (23) auf deren flachen Böden aufsitzen, und dass das Batteriegehäase (11) einen Deckel (12) " besitzt, der Dichtmittel trägt, durch welche die Stäbe (22) flüssigkeitsdicht in den Trennwänden (14) gehalten werden. 3» · Akkumulatoren-Batterie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (12) Vorsprünge (3D besitzt, die in die Nuten (23) eingreifen und dass die Stäbe (22) von einem Dichtmittel umschlossen sind, welches sie gegenüber den Trennwänden (14) und deniVorsprüngen (31) abdichtet. BAD ORIGINAL 1098U/0244 4. Akkumulatoren-Batterie nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (23) der Trennwände (14) trapezoidale Gestalt besitzen und dass die in die Nuten (23) eingreifenden Vorsprünge (3D ebenfalls trapezoidal gestaltet sind und genau in die Nuten (23) passen und sich von oben auf die Zellenverbindungs· stäbe (22) auflegen. 5. Akkumulatoren-Batterie nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (3D an den Gehäusedeckeln (12) mit äusseren Planschen (1Il, 42) die Nuten (23) der Trennwände (14) übergreifen. 6. Akkumulatoren-Batterie nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (12) Flanshen (279 2^) besitzt, die sich an die Planschen (41, 42) der Vorsprünge (II) anschlieeten und die Trennwände (14) übergreifen. BAD ORIGINAL 1 Π fl ö 1 ι* I 0 Ί U U Patentanwalt ,. Ing. Iv- s < 'ο3βι München, den 9. April 196 8 München 13 |<* Hohenstaufenstr.2, Tel.338111 '«* Az.: P 46 524 VIb-ASIi) L__i Anm.: Ford Motor Comp. Mein Zeichen: PoUS-5035 Patentansprüche

1. Elektrolytdichte Durchführung in einer Zellentrennwand eines trogariLgen Akkumulatorgehäuses zur Aufnahme einer Strombrücke, welche zur Verbindung einer Plattengruppe bestimmter Polung auf einer Seite der Zellentrennwand mit einer Plattengruppe entgegengesetzter Polung auf der anderen Seite der Zellentrennwand bestimmt ist, mit einem die Strombrücke aufnehmenden, sich trapezförmig nach unten verjüngenden EinschAitt an der Trennwandoberkante und einer in einem aufgesetzten Gehäusedeckel gegenüber der Trennwandoberkante verlaufenden Deekeltrennwand, deren Unterkante eine der Stärke der Zellentrennwand entsprechende Nut aufweist und die Trennwandoberkante beidseitig dicht umgreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombrücke (22), welche in an sich bekannter Weise geradlinig verlaufend ausgebildet 1st, mit jeder einzelnen Platte beider Plattengruppen unmittelbar sowie unterhalb des Pegelstandes des Elektrolyten verbunden ist, dass die Deckeltrennwand (27,28) gegenüber dem Einschnitt (23) der Zellentrennwand (14) einen hierzu komplementären, einstückig ausgebildeten Vorsprung (31) mit einer der Stärke der Zellentrennwand (14) entsprechenden Nut aufweist, welche die beiden Seitonkanten (36,37) des Einschnittes (23) beidseitig dicht umgreift, unl dass die untere Kante des Vornpt'urifea (H) einen dorn Oiuu'aohnLtt der ^Strombrücke (22) ent-

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sprechenden Profileinschnitt aufweist, welche bei aufgesetztem Gehäusedeckel (10) zumindest der Oberseite der Strombrücke (22) in geringem Abstand gegenübersteht.

2. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Breite des Einschnittes (23) derjenigen der Strombrücke (22) entspricht, welche in an sich bekannter Weise Rechteckquerschnitt aufweist. |

3. Durchführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Profileinschnitt sich trapezförmig nach unten erweitert und bezüglich der Länge seiner oberen Kante der Profilbreite der Strombrücke (22) entspricht.

Jl. Durchführung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombrücke (22) zwischen dem Einschnitt (23) an der Trennwandoberkante und dem Profileinschnitt des Vor- , Sprungs (31) in ein hochviskoses elektrolytbeständiges Dichtmittel eingebettet ist, welches auch einen gegebenenfalls vorhandenen Zwischenraum zwischen den Seitenkanten (36,37) des Einschnitts (23) und dem Boden (33) der umgreifenden Nut des Vorsprungs (31) ausfüllt.

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