DE2254896C2 - Belüfteter Mehrfachverschluß für die Belüftungs- bzw. Füllöffnungen von Akkumulatoren - Google Patents
Belüfteter Mehrfachverschluß für die Belüftungs- bzw. Füllöffnungen von AkkumulatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen belüfteten Mehrfachverschluß nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Das Befüllen von Akkumulatoren mit Wasser bei der Herstellung eines entsprechenden Elektrolyten und das
Verhindern einer Gasansammlung beim Laden und Entladen der Akkumulatoren stellt bisher ein Problem
dar. Als Verschlüsse für die einzelnen Zellen werden derzeit üblicherweise gekoppelte Mehrfachverschlüsse
verwendet, die bis zu einem gewissen Grad einen schnellen Zugang zu den einzelnen Zellen eines
Akkumulators und eine Entlüftung der Zellen ermöglichen.
In der US-PS 35 97 280 ist ein Mehrfachverschluß der
eingangs genannten Art beschrieben, der aus einem Hohlkörper mit einem Boden, Seitenwänden und einem
Deckel besteht Mehrere kreisförmige Stopfenteile können an Füllöffnungen angreifen. Diese Stopfenteile
sind über Schlitze in Verbindung mit dem Hohlkörper. Außerdem sind Trenn- oder Leitwände vorlunden, die
sich quer über den Hohlkörper erstrecken. Dieser Mehrfachverschluß hält den Elektrolyten zurück, der
sich aus im Mehrfachverschiuß kondensierten Dämpfen bildet, und verhindert ein Auslaufen des Elektrolyten,
wenn der Akkumulator aus seiner waagerechten Lage gebracht wird.
Weiterhin ist aus der US-PS 34 66 199 eine Batterie mit einer verbesserten Entlüftung bekannt, bei der eine
für Gas durchlässige mikroporöse Scheibe auf einer Schulter in einem Zylinder gelagert ist, der sich von der
Oberseite der Batterie aus erstreckt Diese Scheibe dient zur Entlüftung von Gasen, die beim Laden der
Batterie entstehen.
Ferner ist in der US-PS 33 69 940 ein Mehrfachverschluß
mit erhobenen Bodenabschnitten beschrieben, die den entweichenden Elektrolyten zurückfließen
lassen, während in den US-PS 32 65 538 und 32 84 244 eine offene Schlit?entlüftung für einen Mehrfachverschluß
vorgesehen ist
Derzeit ist aber kein Mehrfachverschluß für Akkumulatoren verfügbar, der ein maximales Entweichen von
Gasen zur Außenluft zur Verringerung möglicher Explosionsgefahren und gleichzeitig ein zwangsläufiges
Zurückhalten des Elektrolyten für den Fall gewährleistet, daß der Akkumulator nicht in waagerechter Lage
gehalten wird. Außerdem gibt es auch keinen gekoppelten Entlüftungsverschluß für Akkumulatorzellen-Einfüllöffnungen,
bei dem ein zwangsläufiges Zurückfließen des Elektrolyten gewährleistet wird, selbst wenn im
Verschluß nur eine sehr !deine Elektrolytmenge vorhanden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen belüfteten Mehrfachverschluß für Akkumulatoren
zu schaffen, bei dem die Explosionsgefahr weitgehend vermindert ist und der dabei in konstruktiver Hinsicht
so ausgelegt ist, daß ein Auslaufen unmöglich und ein vollständiges Rückfließen des Elektrolyten gewährleistet
ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Mehrfachverschluß nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß
durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Mehrfachverschluß ist also in einem Hohlkörper eine Kammer vorgesehen, in der
sich ein poröser Diffusor befindet, wobei die Kammer und Trenn- bzw. Leitwände so ausgebildet und
angeordnet sind, daß sie dem Austritt von flüssigem Elektrolyt einen Widerstand entgegensetzen, ein Entweichen
von Gasen aus den Akkumulatorzellen zu der den porösen Diffusor enthaltenden Kammer aber
zulassen. Zusätzlich ist eine weitere Kammer eines kleinen Volumens zwischen dem porösen Diffusor und
einem Auslaßschlitz vorgesehen. Bei einer Entzündung von entlüfteten Gasen infolge eines äußeren Funkens
oder einer Flamme entsteht zwar eine Explosion, die aber in vollkommen unschädlicher Weise auf diese
kleine weitere Kammer begrenzt ist. Der Diffusor verhindert nämlich, daß sich die Entzündung weiter in
den Hohlkörper oder in das Batteriegehäuse ausbreitet.
Die Erfindung ermöglicht so einen belüfteten Mehrfachverschluß für die Entlüftungs- bzw. Füllöffnungen
von Akkumulatoren, bei dem die Explosionsgefahr weitgehend vermindert ist Der Boden des Hohlkörpers
ist vorzugsweise giebelförmig ausgebildet, wobei an den Füll- bzw. Entlüftungsöffnungen angeordnete rohrförmige
Teile unter einem Winkel geneigt sind, um ein maximales Zurückfließen des entwichenen Elektrolyten
zu gewährleisten.
Der erfindungsgemäße Mehrfachverschluß ist auch ι ο
einfach und billig herstellbar.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung
näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines belüfteten Mehrfachverschlusses nach der Erfindung mit zur
Veranschaulichung des Innenaufbaus weggebrochenen Teilen,
F i g. 2 eine Aufsicht auf den Verschluß bei abgenommenem Deckel,
Fig 3 eine bodenseitige Aufsicht auf den den
porösen Diffusor bzw. Filter enthaltenden Deckel,
F i g. 4 einen lotrechten Schnitt durch den auf einen typischen Akkumulatordeckel aufgesetzten Mehrfachverschluß,
F i g. 5 eine Aufsicht auf die Unterseite des Mehrfachverschlusses,
F i g. 6 einen lotrechten Schnitt längs der Linie VI-VI in F i g. 4 und
F i g. 7 eine in vergrößertem Maßstab und im lotrechten Schnitt gehaltene Teilansicht eines der
rohrförmigen Entlüftungsverschlüsse bzw. -stopfen zur Veranschaulichung der Rückfließeigenschaften.
Ein Mehrfachverschluß 10 besteht aus einem Hohlkörper 11 in Form eines Unterteils 12 mit
umfangsmäßig hochragenden Seitenwänden 13 und eines Deckels 15. Der Unterteil 12 weist vier
hochragende Wandteile 14 in Form eines rechteckigen Rahmens 19 auf, der einen aus Keramikmaterial
bestehenden porösen Diffusor bzw. Verteiler 23 umgibt und geringfügig über letzteren hinausragt, um später
angeschmolzen und über die angrenzenden Diffusorkanten herabgedrückt werden zu können. Außerdem
sind im Unterteil 12 eine hochragende und im wesentlichen geradlinige Trenn- oder Leitwand 16
sowie halbkreisförmige Schürzen-l.?itwände 17 vorgesehen. Die Schürzen-Leitwände 17 umschließen jeweils
teilweise eine von drei Zellen-Entlüftungsöffnungen Wa, iSbund 18c
Gemäß Fig.2 bildet der Rahmen 19 zwischen den
beiden Füllöffnungen 18a und l&b eine rechteckige
Kammer 20 mit einer rechteckigen, umlaufenden Auflagefläche 21 für den Diffusor 23. Diese Auflage
umgibt einen den Boden 22 des Unterteils 12 und eine untere Unterteil-Wand 31 durchsetzenden rechteckigen
Schlitz 26, der bei der Endmontage vom porösen Keramik-Diffusor 23 verdeckt wird, der seinerseits
gemäß F i g. 1 und 4 größere Abmessungen besitzt als der Schlitz 26. Die bevorzugte Breite des Schlitzes 26
beträgt etwa 0,5 mm; sie kann jedoch auch auf etwa 0,25 mm verkleinert öder auf etwa 0,75 mm vergrößert
werden, sofern die angegebene Porengröße für den Diffusor 23 verwendet wird.
Gemäß Fig. 1 ist der Boden 22 im Unterteil 12 giebelartig geneigt, wobei sich die Zellen-Entlüftungsöffnungen
18a-18c an der tiefsten Stelle der Giebelform und die Wandteile J4 sowie die Leitwand 16 an der
höchsten Stelle derselben befinden. Ersichtlicherweise befindet sich auch der poröse Keramik-Diffusor 23 an
einer erhöhten Stelle des Bodens 22, Aus später in Verbindung mit der Arbeitsweise noch zu erläutertanden
Gründen werden die neben dem Diffusor 23 befindlichen Wandteile 14 später über letzteren
herumgestaucht wobei sie ein kurzes Stück von der Oberkante der Seitenwände 13 des Unterteils 12
entfernt enden. Infolgedessen wird ein Zwischenraum zwischen der Innenwand des Deckels 15, den Wandteilen
14 and der Oberseite des Diffusors 23 festgelegt Die zwischen den Entlüftungsöffnungen 186 und 18c
befindliche Leitwand 16 ist mittig mit einer U-förmigen Aussparung 27 versehen.
Gemäß Fig.3 erstrecken sich zwei Paare von auf
Abstand stehenden, geradlinigen Trenn- oder Leitwänden 28 quer über die Innenwand 15a des Deckels 15,
während vier Paare von kürzeren, geradlinigen Leitwänden 29 von den Innenwänden 156 des Deckels
15 nahe der Enden der Leitwände 28 abgehen und Durchgänge 30 festlegen. Die Leitwände 28 und 29 sind
in solchen Abständen angeordnet liaß sie zwischen die
Leitwände 16 und 17 sowie die Wandteile 14 des Unterteils 12 zu liegen kommen.
In Fig.4 ist der belüftete Mehrfachverschluß in
Betriebsstellung an einem mit üblichen Füllöffnungen 34 versehenen Akkumulatordeckel 33 angeordnet Vom
Boden des Unterteils 12 stehen Entlüftungs-Stopfenteile 35 ab, die in Dichtungsberührung mit den Wänden der
Füllöffnungen 34 sind. Vom Boden 22 des Unterteils 12 stehen außerdem sich verjüngende Boder.teile 37 ab, die
in rohrförmigen Gliedern 38 auslaufen. Der Diffusor 23 ruht über einem unteren Boden bzw. der Unterteil-Wand
31 auf der Auflagefläche 21 und legt dabei unter sich und neben dem rechteckigen Schlitz 26 eine zweite
Kammer 36 fest. Gemäß F i g. 7 verlaufen die die Zellen-Entlüftungsöffnungen 18a bis 18c bildenden
rohrförmigen Glieder unter einem Neigungswinkel und laufen effektiv in einer Spitze 39 aus.
Ein besseres Verständnis des Mehrfachverschlusses 10 ergibt sich aus der folgenden Beschreibung seiner
Arbeitsweise. Deckel 15 und Unterteil 12 werden auf übliche Weise aus einem polymeren Material, wie
thermoplastischem Polypropylen, unter Ausbildung der verschiedenen Trenn- und Leitwände 14,16 und 17, der
Entlüftungsöffnungen 18a bis 18c, der Stopfenteile 35
und der rohrförmigen Glieder 38 sowie der Leitwände 28 und 29 im Deckel 15 gegossen. Danach wird der
poröse Diffusor 23 zwischen die Wandteile 14 und den Rahmen 19 (F ig. 1) eingesetzt, worauf die Wandteile 14
mittels einer erhitzten Platte bis auf die Höhe des Keramikkörpers herab angeschmolzen werden. Der
geschmolzene Kunststoff wird dabei unter Herstellung einer Abdichtung in das poröse Keramikmaterial
hineingedrängt Hierauf wird der Deckel 15 auf beliebige Weise, beispielsweise durch Ultracchallschweißung,
unter Herstellung einer luftdichten Abdichtung und einer belüfteten Verschlußanordnung mit dem
Hohlkörper 11 am Unterteil 12 angeschweißt. Wenn der
Verschluß 10 *uf einen Akkumulator-Deckel 33 aufgesetzt ist und die Stopfenteile 35 an den
Füllöffnungen 34 angreifen, wird jeglicher Elektrolyt, der entweder durch Kondensation im Inneren des
Hohlkörpers 11 oder durch Kippen des Akkumulators entweicht von den Leitwänden 16, 17, 28 und 29
aufgefangen und s;.dann fiber den schrägen Boden 22 des Unterteils 12, die sich verjüngenden Bodenteile 37
und die rohrförmigen Glieder 38 in die Füllöffnung 34 zurückgeführt Dabei wird weeen der SDitzenförmieen
Endwände 39 der rohrförmigen Glieder 38, die jegliche Brückenbildung des Elektrolyten über die rohrförmigen
Glieder durch Herabsetzung seiner Kapillarwirkung und Oberflächenspannung an der rohrförmigen Wandfiäche
verhindern, auch die kleinste Elektrolytmenge in die Füllöffnungen 34 zurückgeführt. Die sich normalerweise
beim Laden und Entladen bildenden Zellen-Entlüftungsgase können schließlich über den rechteckigen
Schlitz 26 entweichen. Hierbei wird jedoch ein indirekter Entlüftungsdurchgang festgelegt, um zu
verhindern, daß etwa im Verschluß eingeschlossener Elektrolyt mit dem porösen Diffusor 23 in Berührung
gelangt. Die aus den Zellen entweichenden Gase strömen um die Enden der Schürzen-Leitwände 17
herum und /wischen den durch die Leitwände 16,28 und 29 festgelegten Querzwischenräumen hindurch. Etwas
Zwischenraum ist auch zwischen dem Boden 22 des Unterteils 12 und den Leitwänden 28 vorhanden, wie
(JiCb ^e/.ieii in r ι g. 4 uuicii einen Durchgang 45
angedeutet ist. Die in der Leitwand 16 zwischen den Entlüftungsöffnungen 186 und 18c ausgebildete U-förmige
Aussparung 27 ermöglicht einen zusätzlichen Durchstrom der aus den Zellen entweichenden Gase. Es
ist jedoch zu beachten, das in den anderen geradlinigen Leitwänden 28 keine derartigen mittigen Aussparungen
vorgesehen sind. Wenn der Deckel 15 auf den porösen Diffusor 23 aufgesetzt ist. wird zwischen diesem und
dem Deckel 15 ein kleiner Zwischenraum 47 festgelegt, über welchen das Gas durch den Diffusor 23, die
Kammer 36 und schließlich aus dem Schlitz 26 ausströmen kann. Auf diese Weise werden alle aus den
Zellen entweichenden Gase vor ihrer Entlüftung zur Außenseite des Verschlusses 10 um die Enden der
Leitwände 17 sowie um die Enden der Leitwände 28 und 29 herum und unter diesen hindurch geleitet, bevor sie
über den Zwischenraum 47 mit der Oberseite des Diffusors 23 in Berührung gelangen.
Bei bereits durchgeführten Versuchen wurde ein Akkumulator stark aufgeladen. Wenn dann am Auslaß-Schlitz
26 ein Funke induziert wurde, vermochte er keine Explosion herbeizuführen.
Der Hauptgrund hierfür liegt in der kombinierten Anwendung des Diffusors 23 und der darunter
liegenden Kammer 36. Wenn die Gase in die Kammer 36 einströmen und schließlich aus dem Schlitz 26
austreten, verursacht eine sie entzündende Flamme oder ein Funke wegen des kleinen Volumens der
Kammer 36 nur eine harmlose Explosion, d. h. Verpuffung in der Kammer 36. Der Druck dieser
Explosion reicht jedoch aus. kurzzeitig den Druck der entweichenden Gase zu überwinden, so daß der
Gasstrom unterbrochen und die Flamme gelöscht wird. Dies stellt effektiv ein Absperr- oder Rückschlagventil
dar, das im Fall von Funken- oder Flammenbildung automatisch arbeitet Es hat sich gezeigt daß anstelle
einer schlitzförmigen öffnung 26 eine runde, in der Mitte der Unterteil-Wand 31 angeordnete Bohrung
vorgesehen werden kann, wobei sich der Boden bzw. die Wand 31 vollständig über die Unterseiten der
Auflagefläche 21 erstrecken würde. Diese Ausführungsform wird jedoch nicht bevorzugt da sich eine einzige
Bohrung leicht verstopfen kann.
Ersichtlicherweise können unter tatsächlichen Betriebsbedingungen Schmutz und andere Fremdstoffe
mit dem Diffusor 23 in Berührung kommen. Diese Gefahr wird jedoch zum größten Teil dadurch beseitigt
daß der Diffusor durch den Deckel 15 abgedeckt ist und
sich die nach außen führende öffnung an der Unterseite des Mehrfachverschlusses befindet.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird ein poröser Diffusor 23 in einer Kammer 20 eingesetzt. Der
bevorzugte Werkstoff hierfür ist ein poröser Stein, wie er von jedem Hersteller von Keramikfiltern bei Angabe
der Teilchengröße, des Prozentsatzes an offenem Volumen (Poren) und der Grundstoffe bezogen werden
kann. Ein bevorzugtes Material für die Herstellung des
to Diffusors ist Tonerde (AI2O3) mit einem Glas-Bindemittel,
wobei das Material 16—17% offenes Volumen (Poren) und eine Teilchengröße im Bereich von
0,35 —0,25 mm besitzt. Obgleich es wegen seiner
Brennbarkeit nicht bevorzugt wird, kann gewünschten-
i"> falls mikroporöses Polyäthylen für den Diffusorwerkstoff
verwendet werden. Der Unterteil 12 und der Deckel 15 nebst allen zugeordneten Trenn- oder
Leitwänden. Wandteilen und rohrförmigen Abschnitten weiden aus einem Polypropylen iiergesieiii. Diese Teile
können aber aus jedem beliebigen Material gefertigt werden, das gegenüber der Akkumulatorsäure chemisch
inert ist und ausreichende Elastizität besitzt, so daß die Entlüftungsstopfen beim Einbau leicht deformiert
werden können, um einen Ausgleich für Fertigungstoleranzen in Lage und Form der Füllöffnungen 34 zu
schaffen. Hierbei können thermoplastische polymere Materialien, wie Olefinpolymere, einschließlich Polyäthylen,
Mischpolymere von Propylen und Äthylen sowie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) verwendet
werden, da sie sich nach herkömmlichen Verfahren, wie durch Spritzguß, ohne weiteres mit hoher Produktionsleistung
verformen lassen. Zur Erzielung gewünschter Färbung können dem Kunststoff vor dem Gießen bzw.
Formen verschiedene Pigmente untergemischt werden.
Mit der Erfindung wurde ein belüfteter Mehrfachverschluß für einen Sammler bzw. Akkumulator geschaffen,
der einen hohen Entlüftungsgrad der Sammler-Zellen gewährleistet und gleichzeitig den Elektrolyten zwangsläufig
zurückhält und zurückfließen läßt. Dieser
«ι Verschluß läßt sich z. B. durch Gießen einfach aus leicht
erhältlichen Werkstoffen herstellen und stellt eine Verteilung der Gase sicher, bevor sie zur Außenseite des
Verschlusses abgeführt werden. Der Diffusor ist so angeordnet, daß seine Funktion durch Fremdstoffe nicht
beeinträchtigt wird; außerdem ist er zur Verhinderung
eines Eingriffs oder eines Ausbaus gekapselt, wobei eine zusätzliche Kammer ein weiteres Sicherheitsmerkmal
darstellt.
Die Erfindung ermöglicht einen gekoppelten, belüfteten Verschluß für die Füllöffnungen von Akkumulatoren,
der eine Anzahl von Leitwänden zum Zurüt-Khalten
des Elektrolyten bei gleichzeitiger Ermöglichung eines Entweichens von in den Zellen entwickelten Gasen
durch einen porösen Diffusor bzw. Filter aufweist der in einer ersten Kammer angeordnet ist welche unmittelbar
an eine zweite, neben dem Gasauslaß befindliche Kammer angrenzt- Die Böden im Unterteil des
Verschlusses sind geneigt bzw. giebelartig ausgebildet um einen maximalen Rückfluß des Elektrolyten zu
ermöglichen, und rohrförmige, in einer spitz zulaufenden Wand endende und über der üblichen Zellen-Entlüftungs-
oder -Füllöffnung des Akkumulators angeordnete Durchlässe gewährleisten einen wirksamen Rückfluß
des Elektrolyten. Die ganze Verschlußanordnung ist vollständig gekapselt so daß ein maximales Entlüften
der Gase durch den Filter und gleichzeitig Eingriffsicherheit gewährleistet ist
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Belüfteter Mehrfachverschiuß für die Entlüftungs- bzw. Füllöffnungen von Akkumulatoren, mit
einem aus einem Unterteil, Umfangswänden und einem Deckel bestehenden Hohlkörper, mit mehreren
vom Unterteil abstehenden, an den Füllöffnungen angreifenden Stopfenteilen einschließlich jeweils
einer mit dem Hohlkörper kommunizierenden Öffnung und mit mehreren sich im wesentlichen quer i"
über den Hohlkörper erstreckenden Trenn- oder Leitwänden, gekennzeichnet durch eine im
Hohlkörper (11) vorgesehene Kammer (20), welche sich über dessen Unterteil (12) öffnet und mit den
Öffnungen der Stopfenteile (35) kommuniziert, einen ι >
porösen Diffusor (23), der in der Kammer (20) angeordnet ist und sich praktisch über deren
Gesamtausdehnung erstreckt, wobei die Kammer (20) vier Wandteile (14) aufweist, die an der
Oberseite des Diffusors (23) angreifen und diesen in den VerscJi&iß eindichten, ferner vom Unterteil (12)
geradlinige und gekrümmte Leitwände (16, 17) abstehen, die ein kurzes Stück vom Deckel (15)
entfernt enden, sowie vom Deckel (15) geradlinige Leitwände (28, 29) abstehen, die ein kurzes Stück
vom Unterteil (12) entfernt enden, um dazwischen Durchgänge festzulegen, und eine weitere Kammer
(36) eines kleinen Volumens, die mit der Gasauslaßseite des porösen Diffusors (23) kommuniziert und
einen schmalen Auslaßschlitz (26) zum Außenraum des Hohlkörpers (11) aufweist.
2. Verschieß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Κ,-mmer '20) und der poröse Diffusor (23) zwischen zwei Öffnungen der Stopfenteile
(35) angeordnet sind.
3. Verschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (23) aus einem porösen
Keramikstein besteht.
4. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil (12) mit einem giebelartigen
Boden (22) versehen ist, wobei die Stopfenteilöffnungen jeweils am tiefsten Punkt der Giebelform
angeordnet sind.
5. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenteil-Öffnungen aus je einem
rohrförmigen Teil (38) bestehen, dessen Endabschnitt (39) unter einem Winkel geneigt ist.
6. Verschluß nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinigen Leitwände an
den Spitzen bzw. höchsten Stellen der Giebelform so angeordnet sind.
7. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß aus einem polymeren,
thermoplastischen Material besteht.
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