DE2037938A1

DE2037938A1 - Entluftungs und Full Vorrichtung fur Akkumulatoren

Info

Publication number: DE2037938A1
Application number: DE19702037938
Authority: DE
Inventors: Roy E Mequon Wis Hennen (V St A)
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1969-08-04
Filing date: 1970-07-30
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1284637A; BE753892A; SE366428B; ES380806A1; US3630788A; FR2057796A5; JPS5030822B1

Description

aiobe-Union Ino. 3 (L Juli 1970

Milwaukee, Wise, VoSt,A,

Entlüftunas- und IHiIl-Vorri chtung für Akkumulatoren

Die Erfindung betrifft eine einstückig aufgebaute Vorrichtung zum Entlüften und !Tillen von Akkumulatoren, die ein explosionssicheres Entlüften gewährleistet und einen automatischen Niveauausgleich des Elektrolyten in stationären Akkumulatoren mit Flüssig-Elektrolyten ermöglicht.

Es sind bereits zahlreiche Entlüftungs-Vorrichtungen bekannt, welche die Einführung einer Flüssigkeit, z.B. eines sauren Elektrolyten oder Wasser, in eine Akkumulator-Zelle ermöglichen· Diese Vorrichtungen sind so aufgebaut, daß die vorhandenen Durchgänge, Öffnungen o.dgl· Entlüftungen für die im Inneren der Zelle befindliohen Gase während des Einfüllvorgangs geschlossen sind, so daß die eingefüllte Flüssigkeitsmenge einen vorbestimmten Füllstand in der Zelle nicht überschreitet, wobei diese Vorrichtungen nach dem Auffüllen üblicherweise so eingestellt werden, daß die im Betrieb des Akkumulators gebildeten gasförmigen Produkte durch die Entlüftungseinrichtung entweichen können. Beispielsweise zeigt die TJS-PS 2 175 993 eine Füll- und Entlüftungs-Vorrichtung zur Verwendung bei einer Akkumulator-Zelle, die ein Füllrohr aufweist, welches sich durch den Akkumulator-Deckel bis zum normalen Elektrolyt-Füllstand erstreckt, während eine das Rohr durchpetzende Entlüftung mit dem über dem Elektrolyten befindlichen Raum in der Zelle kommuniziert. Ein ringförmiges Ventil ist an einem federnden Ring montiert und durch letzteren in eine die Entlüftung schließende Stellung vorbelastet. In dieser Stellung wirkt diese Vorrichtung

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als automatischer Füllstandwächter. Ein im Füllrohr vorgesehener Entlüftungsstopfen kann in Berührung mit dem ringförmigen Ventil eingestellt werden, so daß das Ventil gegen die durch den federnden Ring ausgeübte Vorbelastungskraft ,in eine die Entlüftung öffnende Stellung verlagert wird. In dieser Stellung wirkt die Vorrichtung als Entlüftung für die Zelle.

Einer der Nachteile dieser bekannten Entlüftungs-Vorrichtung besteht darin, daß sie aus verschiedenen getrennten Bauteilen aufgebaut ist, beispielsweise aus dem Entlüftungs-Stopfen oder sonstigen Entlüftungsglied, die durch eine Bedienungsperson verstellt werden oder verloren gehen können, und Bauteile aufweist, die sieh abnutssen können und dann zu einer mangelhaften Arbeitsweise der Vorrichtung führeng wie dies beim federnden Hing der Fall sein kann· Außerdem gewährleisten diese Vorrichtungen keine explosionssichere Entlüftung der Zelle.

Heben diesen bekannten Vorriclvtaagen sind auch bereits andere Vorrichtungen geschaffen worden, die als explosionssichere Entlüftungs- und Füll-Stopfen oder Verschlußkappen für Akkumulatoren dienen» Biese Vorrichtungen weisen üblicherweise ein längliches Hohrglied, das sich unter die Oberfläche des im Akkumulator befindlichen Elektrolyten erstreckt, und eine Entlüftungeeinrichtung mit einem porösen Element auf, welches die in der Akkumulator-Zelle entwickelten explosiven Gase durch Diffusion durch das poröse Element hinduroh in der Weise zur Atmosphäre austreten läßt, daß die Gefahr einer Explosion infolge einer Entzündung der Gase vermindert wird. Eine derartige bekennte Vorrichtung ist in der US-PS 2 471 585 besehrieben· Diese bekannten Vorrichtungen bieten jedoch keine Gewähr dafür, daß der in den Akkumulator eingefüllte Elektrolyt auf einem vorbestimmten

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Füllstand gehalten und mithin eine Überfüllung des Akkumulators verhindert wird.

Demgegenüber schafft die Erfindung in vorteilhafter Weise eine einstückige Konstruktion, welche zahlreiche der den bekannten Entlüftungs-Vorrichtungen anhaftenden Nachteile vermeidet und durch einfache Handhabung als kombinierte explosionssichere Entlüftung, als Fülltrichter und als automatischer Elektrolyt-FÜllstandwäehter arbeitet.

Genauer gesagt, ist die erfindungsgemäße Entlüftungs- und Füll-Vorrichtung für. einen Akkumulator mit mindestens einer einen flüssigen Elektrolyten enthaltenden Zelle und einem Deckel, der eine öffnung zur Einführung von Elektrolyt in die Zelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein in die öffnung des Deckels einsetzbares Trichterrohr aufweist, das lotrecht aus einer unteren in eine obere Stellung verbringbar ist und sich in der unteren Stellung unter den Pegel des in der Zelle befindlichen Elektrolyten erstreckt und dabei einen Entlüftungs-Raum in der öffnung festlegt und sich in der oberen Stellung bis su einer praktisch dem richtigen Betriebs-Füllstand des Elektrolyten entsprechenden Höhe erstreckt und dabei den Entlüftungs-Raue verschließt, und daß dem Trichterrohr und dem Deckel eine explosionssicher e Entlüftungseinrichtung zur sicheren Ableitung von aus der Zelle austretenden explosiven Gasen über den Entlüftungs-Raum zugeordnet ist· Hierdurch wird in der unteren Stellung des Trichterrohrs ein explosionssicheres Ablassen von in der Zelle entwickelten explosiven Gasen gewährleistet und in der oberen Stellung ein automatisches Nivellieren des über das Trichterrohr eingeführten Elektrolyten auf den richtigen Füllstand innerhalb der Zelle ermöglicht

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Bine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Trichterrohr einen Oberteil mit einem herkömmlichen Trichter bzw. Konus und einen Unterteil in Form eines länglichen Rohrs und die explosionssichere Entlüftung'zwei konzentrische Rohrgebilde aus mikroporösem Material aufweist, die um den Oberteil des Trichters herum eine mit dem Entlüftungsraum in Verbindung stehende Entlüftungskammer bilden. Diese Rohrgebilde sind an der im Deckel vorgesehenen Öffnung der« art ineinandergepaßt, daß die in der Akkumulator-Zelle entwickelten Gase Tor dem Austritt zur Atmosphärenluft durch eine Doppelwand aus mikroporösem Material hindurchdiffundieren müssen.

Ersichtlicherweise können die aus mikroporösem Werkstoff bestehenden Rohrgebilde aus einem Metallsieb oder aus porösem Stein, Glas, Keramikmaterial, Kunststoff, o.dgl. Werkstoff hergestellt sein, welcher die explosiven Gase zur Atmosphäre hindurchdiffundieren läßt und vorzugsweise eine Kühlung der diffundierenden Gase bewirkt, so daß sie eine geringere Tendenz zu einer Entzündung besitzen. Ersichtlicherweise wirkt das mikroporöse Material auch als Siebschranke, die eine Plammenausbreitung in den Akkumulator verhindert, falls die Gase in 'Atmosphärenluft entzündet werden sollten. Vorteilhafterweise vermindert das mikroporöse Material außerdem einen Verlust an flüssigem Elektrolyt aus dem Akkumulator, da von den ausströmenden Gasen etwa mitgerissene Elektrolytmengen aus den Gasen abgetrennt werden, wenn diese durch das mikroporöse Material hindurchströmen. Der auf diese Weise abgetrennte flüssige Elektrolyt fließt in den Akkumulator zurück, wodurch die Häufigkeit des Nachfüllens von Elektrolyt herabgesetzt wird.

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Ein besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sie einstückig aufgebaut sein kann, indem das eine der mikroporösen Rohrgebilde am Oberteil des Trichterrohrs befestigt und das andere mit einem ringartigen Verschlußglied verbunden ist, welches die im Akkumulator-Deckel vorgesehene Öffnung abdichtet. Der Außenumfang des Verschlußglieds kann über Gewinde oder ähnliche Befestigungsmittel in der im Akkumulator-Deckel vorgesehenen Öffnung festgelegt sein. Das Verschlußglied weist eine durch seinen Innenumfang gebildete Öffnung auf, welche dem Unterteil des Trichterrohrs betrieblich zugeordnet ist und den Entlüftungsraum bildet, wenn sich das Rohr in seiner unteren bzw· "Entlüftungs^M-Stellung befindet.

Vorzugsweise erweitert sich der Unterteil des Trichterrohrs zunächst in Auswärtsrichtung und bildet einen Halsteil mit geringerem Außendurchmesser an der Verbindungsstelle zwischen Ober- und Unterteil des Trichterrohrs. Dieser Halsteil des Trichterrohrs kann so in der öffnung des Verschlußglieds angeordnet werden, daß er einen Entlüftungsraum in ^orm einer Ringöffnung festlegt. Zudem weist der untere Rohrteil des Trichterrohrs an seiner Außenfläche ein Dichtmittel in Form eines verdickten Umfangsteils unter dem Halsteil auf, welches in der öffnung des Verschlußglieds einzurasten und hierbei den Entlüftungsraum zu verschließen bzw. abzudichten vermag, wenn der Trichter in seine obere bzw· "Füll- und Nlvellier-Stellung¹¹ angehoben wird.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigern

Pig· 1 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Teils eines Akkumulators mit aufgeschnittenem Gehäuse zur Veransohaulichung der Anordnung der erfindungsgemäßen Entlüftungs- und Füllvorrichtung in ihrer unteren "Entlüftungs-Stellung" und

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Fig. 2 eine Fig. 1 ähnelnde Ansicht, welche die Entlüftungs- und Füll-Vorrichtung jedoch in ihrer oberen ¹¹PuIl- und Nivellier-Stellung" veranschaulicht.

Der in den Figuren dargestellte stationäre Akkumulator 2 weist ein Gehäuse 4 mit vier lotrechten Seiten-Wänden 8 auf, von denen nur zwei dargestellt sind und die unter Bildung einer geschlossenen Zellen-Kammer 10 mit einem Deckel 6 zu einem einstückigen Ganzen verbunden sind. In der Zellen-Kammer 10 ist eine schematisch bei 12 angedeutete Elektrodenanordnung vorgesehen, die von der üblicherweise in ³äure-Blei-Akkumulatoren verwendeten Art ist und einander abwechselnde, mit Separatoren versehene positive und negative Platten aufweist, an welche nicht dargestellte Leitungen angeschlossen sind» Ebenfalls nicht dargestellte ,Klemmenzapfen bzw. sonstige Anschlußmittel für die Elektrodenanordnungen dienen zur Herstellung von äußeren und/oder inneren elektrischen Anschlüssen für den Stronkreis, in welchem der Akkumulator verwendet wird. Der richtige Füllstand des Elektrolyten in der Zellen-Kammer 10 ist durch die Linie H angedeutet. Im Deckel 6 ist eine öffnung 16 zum Einfüllen des Elektrolyten in die Kammer 10 vorgesehen, welche von einem einen Bajonett-Anschluß aufweisenden, hinterschnitt enen Hingflansch 17 mit Ansätzen 18 mit kurvenförmigen Unterseiten umgeben ist und in welche die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 einsetzbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 20 weist ein ringförmiges Verschlußglied 22 auf, das mit mit dem Bajonett-Anschluß des Akkumulators zusammenwirkenden Aussparungen 24 versehen ist, welche bei Befestigung der Vorrichtung am Ringflansch 17 auf die Ansätze 18 ausgerichtet werden, woraufhin das Verschlußglied 22 unter Drehung im Uhrzeigersinn nach unten gedrückt wird· Selbstverständlich könnten der Außenumfang

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des Yerschlußglieds 22 und der Umfang der öffnung 16 anstelle der dargestellten Bajonett-Anschlüsse auch Gewinde aufweisen. Ebenso könnte das Versohlußglied 22 auch einstückig am Akkumulator-Deckel 6 vorgesehen sein.

Im Innenumfang des Verschlußglieds 22 ist eine Ausnehmung vorgesehen, in die ein lotrechtes Trichterrohr 28 eingesetzt ist, das einen Oberteil 30 mit einem Trichter bzw. Konus und einen Unterteil 32 in Form eines länglichen Rohrs aufweist. Der Oberteil des Trichterrohrs ist mit einem Ring*- flansch 31 versehen. Der am trichterförmigen Oberteil befind- ^ liehe Abschnitt des Unterteils erweitert sich auswärts unter Festlegung eines Halateils 34, welcher sich in der unteren bzw. "Entlüftungs"-Stellung (Fig. 1) des Trichterrohrs 28 in der Ausnehmung 26 befindet und dabei einen die Form einer Ringöffnung besitzenden Entlüftungs-Raum 36 festlegt. *

Der Ringflansch 31 des Trichterrohrs 28 ist mittels eines Klebstoffs oder eines anderen Bindemittels mit einem Rohrgebilde 38 aus mikroporösem Keramikmaterial verbunden, welches in der Entlüftungs-Stellung auf der Außenkante des VerschluBglieds 22 ruht.

Am Yerschlußglied 22 ist ein weiteres Rohrgebilde 40 aus m

mikroporösem Keramikaaterial befestigt, beispielsweise angeklebt, das'gemäß den Fig. 1 und 2 konzentrisch zum Rohrgebilde 38 angeordnet ist und mit diesem xJbürt: in GleitberührungX Die Oberkante des Rohrgebildes 40 berührt das Trichterrohr 28 an einer am Ringflansch 31 vorgesehenen waagerechten Schulter 41. Auf diese Weise sind die Rohrgebilde 38 und 40 teleskopartig konzentrisch zusammengesetzt und bilden eine Doppelwand aus mikroporösem Material sowie ein Stützmittel für daa Triehterrohr 28 in der Stellung gemäß Pig. 1.

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Injder Stellung gemäß Pig. 1 befindet sich der Boden des Trichterrohrs 28 ein beträchtliches Stück unterhalb der Oberfläche des in der Kammer 10 befindlichen Elektrolyten, so daß die in der Zelle entwickelten Gase keinen Zutritt zum Trichterrohr haben und nur über den Entlüftungs-Raum 36 austreten können. In dieser Stellung ist außerdem nur die kleine Querschnittsfläche innerhalb des Trichterrohrs 28 gegenüber der Außenluft offen. Innerhalb dieses kleinen Querschnitts erzeugte Gase sammeln sich nicht in einer solchen Konzentration an, daß eine Explosionsgefahr bestünde·

Das Verschlußglied 22, die Außenseite des trichterförmigen Oberteils 30 und die Doppelwand des mikroporösen Materials bilden eine Entlüftungs-Kammer 42, welche mit dem den Halsteil des Trichterrohrs 28 umgebenden Entlüftungs-Raum 36 in Verbindung steht und in welcher sich explosive Gase, wie Wasserstoff, die beim Laden und Entladen im Akkumulator entwickelt werden, ansammeln können, wobei sie sich auedehnen, so daß ihre Ausströmgeschwindigkeit herabgesetzt wird. Die Doppelwand aus mikroporösem Material verhindert ein unmittelbares Ausströmen der Gase zur Außenluft hin.

Ersichtlicherweise diffundieren die in der Entlüftungs-Kammer 42 gesammelten Gase langsam durch das mikroporöse Material hindurch zur Außenluft. Falls die diffundierten Gase zufällig durch eine flamme oder einen Funken außerhalb der Doppelwand des mikroporösen Materials gezündet werden sollten, läßt das mikroporöse Material infolge seiner Kühl- bzw. Wärmevernichtungswirkung die entstehende Flame schnell erlöschen und verhindert jede Flammenausbreitung über die Bntlüftunge-Kanmer 42 und den Entlüftungen Raum 56 in den Akkumulator hinein.

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Ersichtlicherweise erfüllt mithin die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Stellung gemäß Fig. 1 ihre Aufgabe einer explosionssicheren Entlüftung. Die im Akkumulator entwickelten Gase müssen über die das Trichterrohr 28 umgebende Ringöffnung in die Entlüftungs-Kammer 42 eintreten, von wo aus sie über das mikroporöse Material zur Außenluft diffundieren«

An der Außenfläche des Trichterrohrs 28 ist über der Ringöffnung an der Übergangsstelle zwischen Ober- und Unterteil des Trichterrohrs eine Leitplatte 44 vorgesehen, welche den Strom der aus dem Entlüftungs-Raum zu den mikroporösen Flächen entweichenden*Gase unterbricht und infolgedessen von den Gasen mitgeführten Elektrolyten sich vor Erreichen der mikroporösen Flächen auf ihr kondensieren läßt, so daß der Elektrolyt längs der Außenfläche des Trichterrohrs zur Zelle zurückfließen kann. Vorteilhafterweise dient die Leitplatte 44 auch als Spritzschutz zur Verhinderung eines unmittelbaren Auftreffens des flüssigen Elektrolyten auf das mikroporöse Material, wodurch eine Verstopfung dieses Materials durch Säuresättigung verhindert wird.

Der Unterteil des Trichterrohrs 28 ist mit einem Dichtmittel 46 in Form eines mit einer Ringnut 47 versehenen verdickten Umfangsabschnitts versehen und das Verschlußglied weist einen die Ausnehmung 26 festlegenden Dichtrand 48 auf.

Wenn die Vorrichtung als Fülltrichter und Füllstandregeleinrichtung verwendet werden soll, muß gemäß Fig. 2 der Oberteil des Trichterrohrs 28 in eine obere Stellung hochgezogen werden. Die Bedienungsperson braucht lediglieh den Trichter an der Oberseite hochzuziehen, bis die am verdickten Umfangsabschnitt vorgesehene Ringnut 47 in Anlage an den Diohtrand 48 in die ringförmige Ausnehmung einschnappt,

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wodurch eine Abstützung für das Trichterrohr geboten und außerdem die Ausnehmung 26 verschlossen wird» An diesem Punkt ist die Unterseite des Trichterrohrs 28 auf eine Höhe angehoben, welche den richtigen Elektrolyt=»Püllstand abzüg-

und/ lieh des Trichtervolumens festlegt» In dieser Füll-'Nivellierstellung kann Wasser oder zusätzlicher Elektrolyt über das Trichterrohr in die Zelle eingefüllt werden, bis der Füllstand in der Zelle den Trichterboden erreicht. An diesem Punkt bildet sich innerhalb der Zelle eine Luftschleuse, welche den Elektrolyt-Füllstand, mit Ausnahme im Trichter selbst, nicht mehr weiter ansteigen läßt_o Ersichtlicherweise kann das Trichterrohr bis auf einen vorbestimmten Füllstand aufgefüllt werden, der durch entsprechende Markierungen, wie einen Farbring o_edgl., festgelegt sein kann.

Nachdem die Zelle mit dem Elektrolyten gefüllt worden ist, wird der Oberteil des Trichterrohrs in die untere Stellung herabgedrückt, wodurch die zwischen dem verdickten Umfangsabschnitt und dem Dichtrand des Yerschlußglieds festgelegte Abdichtung aufgebrochen wird« Infolgedessen wird auch die Luftschleuse geöffnet. Die im Trichterrohr verbliebene Flüssigkeit fällt somit auf den gleichen Füllstand ab wie die restliche Flüssigkeit der Zelle, während die Vorrichtung wiederum die explosionssichere Entlüftung gewährleistet«

Das Trichterrohr und das VerschluSglied der erfindungsgemäßen Torrichtung .sind selbstverständlich aus säurebeständigen, nachgiebigen bzw» federnden Werkstoffen wie synthetischem Gummi, Polyäthylen, Polypropylen, Vinylharz und dgl. hergestellt.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine Entlüftungsund Füll-Yorrichtung für einen JJckumulator₉ die ein Triohterrohr aufweist, welches sich lotrecht durch eine

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Öffnung im Deckel des Akkumulators erstreckt und aus einer unteren in eine obere Stellung verbringbar ist. In der unteren Stellung legt das TricHterrohr in der öffnung einen Entlüftungs-Raum fest, während es sich unter den Pegel des im Akkumulator befindlichen Elektrolyten erstreckt, während es in der oberen Stellung den Entlüftungs-Raum verschließt und sich bis zu einer praktisch der richtigen Betriebsfüllhöhe des Elektrolyten im Akkumulator entsprechenden Höhe erstreckt. Dem Trichterrohr und dem Akkumulator-Deckel ist weiterhin eine explosionssicher Entlüftungseinrichtung zum sicheren Abiaasen der aus dem Akkumulator austretenden explosiven Gase über den Entlüftungs-Raum zugeordnet·

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Claims

Patentansp. rüche

Entlüftungs- und Füll-Vorrichtung für einen Akkumulator mit mindestens einer einen flüssigen Elektrolyten enthaltenden Zelle und einem Deckel, der eine Öffnung zur Einführung von Elektrolyt in die Zelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein in die öffnung (16) des Deckels (6) einsetzbares Trichterrohr (28) aufweist, das lotrecht aus einer unteren in eine obere Stellung verbringbar ist und sich in der unteren Stellung unter den Pegel (14) des in der Zelle befindlichen Elektrolyten erstreckt und dabei einen Entlüftungs-Raum (36) in der öffnung festlegt und sich in der oberen Stellung bis zu einer praktisch dem richtigen Betriebs— Füllstand des Elektrolyten entsprechenden Höhe erstreckt und dabei den Entlüftungs-Raum verschließt, und daß dem Trichterrohr und dem Deckel (6) eine explosionssichere Entlüfungseinrichtung (38, 40) zur sicheren Ableitung von aus der Zelle austretenden explosiven Gasen über den Entlüftungs—Raum zugeordnet ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die explosionssichere Entlüftungseinrichtung eine Entlüftungs-Kammer (42) mit einer Wand aus mikroporösem Material (33, 40) aufweist, welche den Oberteil (30) des Trichterrohrs (2S) umgibt und mit dem Entlüftunts-Raum (36 in Verbindung steht und in welcher sich durch den Entlüftungs-Raum entweichende Gase ansammeln können, um anschließend durch die Wand aus mikroporösem Material zur Atmosphärenluft zu diffundieren.

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3» Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschlußglied (22) zum Abdichten der im Deckel (6) vorgesehenen Öffnung (16) vorgesehen ist, welches eine vom Trichterrohr (28) durchsetzte Öffnung bzw. Ausnehmung (26) aufweist, und daß der Entlüftungs-Raum (36) eine zwischen dem Umfang der Ausnehmung und der Außenfläche des Trichterrohrs gebildete Ringöffnung aufweist.

4· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil (32) des Trichterrohrs (28) an seiner Außenfläche Mittel (46, 47) zum Verschließen der im Verschlußglied (22) vorgesehenen Öffnung bei in seiner oberen Stellung befindlichem Trichterrohr aufweist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die explosionssichere Ehtlüftungseinrichtung eine durch die Außenfläche des Oberteils (30) des Trichterrohrs (28), eine Doppelwand aus mikroporösem Material (38, 40) und das Verschlußglied (22) gebildete Entlüftungs-Kammer (42) aufweist und daß die Doppelwand aus zwei konzentrischen Rohrgebilden (38, 40) besteht, von denen das eine am Oberteil (30) des Trichterrohrs (28) und das andere am Verschlußglied (22) befestigt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

Leerseire