DE2836875A1

DE2836875A1 - Einstueckig geformtes, duennwandiges sammlergehaeuse

Info

Publication number: DE2836875A1
Application number: DE19782836875
Authority: DE
Inventors: Thomas John Dougherty; Roy Erving Hennen; John Ronald Pierson
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1977-09-22
Filing date: 1978-08-23
Publication date: 1979-04-12
Also published as: JPS5448047A; FR2404310B3; IT1098067B; US4107402A; CA1111103A; FR2404310A1; IT7826724A0; GB2005061B; GB2005061A; MX145636A

Description

Globe-Union Inc.

Milwaukee, Wise, V.St.A. ²3. August 1978

Einstückig geformtes, dünnwandiges Sammlergehäuse

Die Erfindung bezieht sich auf Akkumulatoren bzw. Sammler sowie auf Behälter bzw. Gehäuse dafür. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Akkumulator- bzw. Sammlergehäuse mit einstückig geformtem Aufbau sowie mit Belüftungskanälen zur Verbesserung der Wärmeübertragung oder -abfuhr vom Sammler.

In jüngster Zeit sind Hybrid- bzw. Mischantriebfahrzeuge entwickelt worden, die als Hauptantrieb eine verhältnismäßig kleine Brennkraftmaschine und einen elektrischen Motorgenerator aufweisen, der bei hohem Leistungsbedarf, beispielsweise bei Beschleunigung zur Lieferung der zusätzlichen Beschleunigungsleistung, zum Einsatz kommt und beim Verzögern oder Abbremsen die kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln vermag. Bei solchen Fahrzeugen sind Batterien, d.h. Akkumulatoren bzw. Sammler, zur Speicherung der vom Motorgenerator beim Verzögern und Bremsen erzeugten elektrischen Energie sowie zur Lieferung der elektrischen Leistung zum Elektromotor bei Beschleunigungsvorgängen vorgesehen.

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Im Betrieb solcher Mischantriebfahrzeuge sind die Sammler'einem vergleichsweise schnell erfolgenden Entladungsvorgang unterworfen, während sie im Normalbetrieb vor dem Wiederaufladen nur einer schwachen oder geringen Entladung ausgesetzt sind. Während dieses schnellen Entladens und Aufladens der Sammler wird durch den Stromfluß durch die Sammler Wärme erzeugt. Wenn der Sammler nach einer Entladung anschließend wieder aufgeladen und dann erneut entladen wird, bevor die erzeugte Wärme abgeleitet worden ist, tritt ein Wärmestau auf, der zu einer thermischen Verschlechterung bzw. Zersetzung der für die Herstellung des Sammlers benutzten Werkstoffe führt. Der Wärmestau bewirkt auch einen übermäßigen Elektrolybverlust und ein unverhältnismäßiges Aufladen der Sammlerzellen, was zu einem Ausfall des Sammlers führen kann. Die Wärmeentwicklung bei einem üblichen, in einem Mischantriebfahrzeug eingesetzten Sammler kann ganz beträchtlich sein, weil der Sammler schnell wechselnden Lade- und Entladevorgängen unterworfen wird. Zudem ist die Wärmeentwicklung dann besonders auffällig, wenn der aufgeladene Sammler nahezu voll geladen ist; im Betrieb solcher Fahrzeuge tritt aber im allgemeinen nur eine geringe Entladung vor dem Wiederaufladen auf. Aufgrund dieser Wärmeentwicklung haben sich die bisherigen Blei/Säure-Sammler für die Verwendung bei Mischantriebfahrzeugen als nicht genügend haltbar erwiesen.

Für viele andere Einsatzzwecke in Industrie und dgl. werden Sammler verwendet, die von Luft- bzw. Belüftungskanälen zur Verbesserung der Kühlung durchsetzt werden; keiner dieser Sammler eignet sich jedoch zur Verwendung in einem Mischantriebfahrzeug. Bisherige Sammler dieser Art sind in den US-PSen 3.745.048, 2.273.244, 2.410.952 und

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3.767.468 beschrieben. Keiner dieser bisherigen Sammler ist jedoch mit zufriedenstellenden Ergebnissen in einem Mischantriebfahrzeug verwendbar.

Die Sammler gemäß der zuerst und der zuletzt genannten US-PS sind beispielsweise für stationäre bzw. industrielle Zwecke ausgelegt; sie umfassen ein starres Metallgehäuse, das eine Anzahl voneinander getrennter Zellen enthält. Ein Sammler mit einem solchen Metallgehäuse ist im allgemeinen schwer und daher für ein energiesparendes Fahrzeug ungeeignet. Außerdem bieten diese Sammler nicht die für den Einsatz bei Fahrzeugen gewünschte, ausreichend kompakte Bauweise.

Andere bisherige Sammler, z.B. diejenigen nach den US-PSen 3.338.452 und 3.147.151, besitzen ebenfalls einen Aufbau, bei dem eine Luftströmung zwischen den Sammlerzellen möglich ist. Solche Sammler sind jedoch für die Verwendung in Mischantriebfahrzeugen ebenfalls unbrauchbar. Die Sammler nach diesen ÜS-PSen enthalten eine Anzahl getrennter Zellen, die durch Schwalbenschwanzverbindungen unter Bildung von Anordnungen verschiedener Zellenzahlen miteinander verbindbar sind, wobei die Zahl der miteinander verbundenen Zellen von der gewünschten Größe des Sammlers abhängt. Solche Sammler sind zur Verwendung bei Mischantriebfahrzeugen nicht zweckmäßig, weil durch die Montage der Zellen die Herstellung unzulässig verteuert wird, die Sammler zudem nicht genügend kompakt sind und ihre Innen- oder Eigenwiderstände zu hoch sind, um die erforderliche Leistung zu bieten. Der zuletzt genannte Nachteil der bisherigen Sammler beruht auf der Verwendung vergleichsweise langer Verbindungselemente zum Zusammenschalten der elektrischen Klemmen oder Pole der Sammlerzellen; diese langen Verbindungselemente

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verursachen einen erhöhten elektrischen Innenwiderstand des Sammlers. Im Hinblick auf die schnellen bzw. häufigen Lade/Entladezyklen von Sammlern bei Mischantriebfahrzeugen ist jedoch ein niedriger Innen- oder Eigenwiderstand zur Herabsetzung der Wärmeentwicklung im Sammler erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Sammlers und eines verbesserten Sammlergehäuses, das einstückig gegossen bzw. geformt ist und einheitlich miteinander verbundene Zellenabschnitte sowie Belüftungskanäle zwischen den Zellen aufweist; aufgrund der dadurch erreichten besseren Kühlung soll sich der erfindungsgemäße Sammler vorteilhaft für den Einsatz bei Mischantriebfahrzeugen eignen.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Obgleich das erfindungsgemäße Sammlergehäuse für einen Luftstrom zwischen den Zellen zur Verbesserung der Kühlung und zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Temperatur in den einzelnen Zellen sorgt/ besitzt es auch, einen Aufbau, welcher die Verwendung von sehr kurzen elektrischen Zellenverbindern zwischen den Zellen ermöglicht und dadurch den elektrischen Widerstand zwischen den Zellen weitgehend verringert. Hierdurch werden die Leistung bzw. der Wirkungsgrad des Sammlers erhöht und die durch den Stromfluß über die Zellenverbinder hervorgerufene Wärmeentwicklung unterdrückt. Das einstückig geformte Gehäuse bietet trotz der einen Luftstrom durch den Sammler ermöglichenden Belüftungskanäle eine klein bauende (size efficient), robuste und dauerhafte Einheit, die eine für den Einsatz

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in Fahrzeugen zufriedenstellende Festigkeit besitzt und eine rauhe Behandlung auszuhalten vermag.

Obgleich die erfindungsgemäße Konstruktion

einen Luftstrom durch den Sammler gewährleistet, so daß dieser für den Einsatz in Mischantriebfahrzeugen besonders geeignet ist, kann sie selbstverständlich ohne Einschränkung auch für andere Zwecke eingesetzt werden.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Sammlers bzw. Sammlergehäuses mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Sammler nach Fig. 1 bzw. 2 mit teilweise weggebrochenem oberem Deckel und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Sammler 10 besteht im wesentlichen aus einem einstückig ausgebildeten Gehäuse 12, das in eine Anzahl von Zellen 14 unterteilt ist, und einem auf das offene Ende des Gehäuses 12 aufgesetzten und die Zellen 14 verschließenden Deckel 16. Der Deckel 16 trägt einen Plus- und einen Minuspol 18 bzw. 20 sowie mehrere

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getrennte Entlüftungskappen, die einen Zugang zu den Zellen 14 ermöglichen.

Das Gehäuse 12 besteht aus lotrechten Stirnwänden 22 und mit diesen verbundenen lotrechten Seitenwänden 24, und es enthält zudem zwischen den einzelnen Zellen eine Anzahl von lotrecht verlaufenden, schmalen, flachen (planar) Belüftungskanälen 26, die durch paarweise angeordnete, im wesentlichen parallele, auf Abstand stehende Trennwände 28 gebildet werden. Außerdem weist das Gehäuse 12 mehrere einstückige bzw. angeformte Zellen-Böden 2 9 auf. Die Steifheit des Sammlergehäuses wird durch die Seitenwände 24, die materialeinheitlich in die Seiten der Zellenkammern übergehen, und weiterhin durch den oberseitigen Deckel 16 gewährleistet, der mit den Oberkanten des Gehäuses 12 verschweißt ist und einen den oberen Teil des Gehäuses 12 umschließenden Dmfangsflansch 25 aufweist.

Die paarweise angeordneten Trennwände 28, welche die Zellen 14 voneinander trennen und zwischen diesen die schmalen Belüftungskanäle 26 festlegen, verlaufen senkrecht zu den Seitenwänden 24. Die oberen Ränder 28a der Trennwände 28 sind durch den Deckel 16 festgelegt, während ihre unteren Ränder jeweils materialeinheitlich mit den Zellen-Böden 29 verbunden sind. Die paarweise angeordneten Trennwände 28 gehen jeweils in einer mittigen Position ineinander über und bilden im Bereich ihrer oberen Abschnitte einen einzigen Trennwandteil 30 mit einer Materialdicke, die annähernd der Dicke einer Trennwand 28 entspricht. Der sich an die Trennwände 28 anschließende Trennwandteil 30 ist mit einer Bohrung 31 versehen, welche die Verbindung zwischen den Zellen auf noch zu beschreibende Weise vereinfachen soll. Ersichtlicher-

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weise besitzt der flache, schmale Belüftungskanal 26 in Richtung der Ebene der Stirnwände 22 eine sich nahezu über den Querschnitt des -Sammlers erstreckende Fläche, wobei nur die durch den einwandigen Trennwandteil 30 voneinander getrennten Abschnitte der Zellen 14 unmittelbar nebeneinander liegen. An den anderen Stellen sind die Zellen 14 jeweils durch einen Belüftungskanal 26 voneinander getrennt.

Ersichtlicherweise besitzt jeder dieser Belüftungskanäle 26, der zwischen zwei Sammler-Zellen durch zwei Trennwände 28 gebildet wird, an den Bodenwänden 29 des Sammlergehäuses eine langgestreckte, schmale Öffnung 26a, die sich zwischen den Seitenwänden 24 quer über das Sammlergehäuse erstreckt. Weiterhin besitzt jeder Belüftungskanal 26 gemäß Fig. 3 am oberen Ende des Gehäuses 12 zwei linear auf Abstand stehende Schlitze 34, die durch den Trennwandteil 30 voneinander getrennt sind. Dabei strömt die Luft aufwärts durch den Sammler und zwischen den Zellen 14 hindurch, und zwar zunächst durch die länglichen Öffnungen 26a am Boden des Sammlers 10 und sodann durch die voneinander getrennten Schlitze 34 an der Oberseite des Sammlergehäuses.

Gemäß Fig. 1 sind in den Seitenwänden 24 lotrecht verlaufende, langgestreckte Schlitze 36 ausgebildet, die parallel zueinander verlaufen und zur Gewährleistung einer zusätzlichen Luftströmung durch den Sammler mit den Belüftungskanälen 26 in Verbindung stehen. Die Anordnung der Schlitze 36 ist je nach der Größe des gewünschten Luftstroms durch den Sammler wahlfrei.

Der Sammler-Deckel 16 ist auf die oberen Ränder des Gehäuses 12 aufgesetzt und durch (thermisches) Schweißen oder anderweitige Verbindung an den (Außen-)Flächen der

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oberen Ränder des Gehäuses 12 befestigt. Zur Erleichterung dieser Verbindung des Deckels 16 mit dem Gehäuse 12 ist seine auf das Gehäuse 12 aufzusetzende Unterseite mit einer Anzahl von nach unten abstehenden Rippen 38 versehen, welche die Oberkanten der Trennwände 28 und der einwandigen Trennwandteile 30 beidseitig umfassen und dabei den Deckel 16 gegenüber den Trennwänden 28 und den Trennwandteilen 30 einwandfrei ausrichten.

Die Entlüftungskappen bzw. Zellenverschlüsse 21 entsprechen der Konstruktion nach der US-PS 3.879.227.

Der Deckel 16 ist weiterhin mit einer Anzahl von. parallel zueinander und paarweise angeordneten, auf Längsund Querabstände verteilten Schlitzen 42 versehen. Wenn der Deckel 16 auf das Sammlergehäuse aufgesetzt ist, sind die Schlitze 42 auf die korrespondierenden Schlitze 34 im Gehäuse 12 ausgerichtet, so daß eine in lotrechter Richtung erfolgende Luftströmung zwischen den Zellen 14 und durch den Deckel 16 hindurch stattfinden kann. Von der Unterseite des Deckels 16 um seine Schlitze 42 herum nach unten ragende Flansche 44 ragen jeweils in das obere Ende des zugeordneten Belüftungskanals 34 des Gehäuses 12 hinein, wenn der Deckel 16 mit dem Gehäuse 12 verschweißt ist.

Zur Gewährleistung einer verstärkten Luftströmung zwischen den Zellen können die lotrechten Schlitze 36 nach oben verlängert sein und in die Schlitze 42 übergehen.

Gemäß den Fig. 2 bis 4 enthält jede Sammler-Zelle 14 einen Stapel aus einer Anzahl von parallel miteinander vorschachtelten positiven und negativen Platten 46 bzw. 48, die durch nicht dargestellte dünne Separatoren in gegen-

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seitigem Abstand voneinander gehalten werden. Die positiven Platten' 4 6 weisen jeweils einen nach oben ragenden Gitteransatz (Fahne) 50 auf, und sie sind durch eine gegossene Blcileiste 52 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Dais Verfahren zur Verbindung der Gitterplatten 46 mittels angegossener Leisten 52 mit den sich daraus ergebenden Vorteilen ist in der US-PS 3.087.005 beschrieben. Diese Bleileisten 52 zur Verbindung der positiven Platten 46 umfassen jeweils ein nach oben ragendes Element 54, das an der Bohrung 31 des einwandigen Trennwandteils 30 einem komplementär ausgebildeten, nach oben ragenden Element 55 einer gegossenen Bleileiste 58 zur Verbindung der nach oben abstehenden Ansätze bzw. Fahnen 60 der negativen Platten 48 in einer benachbarten Zelle 14 zugewandt ist. Die Elemente 54 und 55 werden durch die Bohrung 31 hindurch miteinander verschweißt, so daß eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen den positiven Platten 46 der einen Zelle und den negativen Platten 48 einer benachbarten Zelle hergestellt wird. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung der Schweißverbindung durch die Bohrung 31 hindurch sind in der US-PS 3.897.269 beschrieben. Die elektrische Schweißverbindung durch den Trennwandteil 30 hindurch bietet den Vorteil, daß eine flüssigkeitssichere Verbindung um den Rand der Bohrung 31 herum hergestellt und dadurch ein Übertritt von Elektrolyt zwischen benachbarten Zellen 14 verhindert wird.

Obgleich die Zellen gemäß den Fig. 2 und 4 zur Erhöhung der Festigkeit des Gehäuses durch eine lotrechte Rippe 26 b miteinander verbunden sind, kann diese Rippe 26 b auch weggelassen werden, so daß die Luft auch in Querrichtung zwischen den benachbarten Zellen durch den Sammler zu strömen vermag.

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Zusammenfassend wird mit der Erfindung also ein Akkumulator bzw. Sammler mit einem Sammlergehäuse geschaffen, durch welches sich Belüftungskanäle erstrecken. Das Gehäuse enthält Trennwände, welche die einzelnen Zellen des Sammlers voneinander trennen und die jeweils aus zwei Abstand voneinander besitzenden, parallelen Trennwänden bestehen, die einen engen, im wesentlichen flachen Belüftungskanal zwischen den Sammler-Zellen bilden. Die auf Abstand stehenden Trennwände gehen in einem zentralen Bereich einstückig ineinander über, wobei in diesem Bereich eine Bohrung zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen benachbarten Zellen vorgesehen ist.

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Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänze! Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Globe-Union Inc Möhlstraße37

uioue union mc. D-8000München80

Milwaukee, Wise, V.St.A. _

Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

23. August 1978

Patentansprüche

< Einstückig geformtes, dünnwandiges Sammlergehäuse aus einem polymeren Werkstoff mit einer Anzahl von einheitlichen, einstückig miteinander verbundenen, einzelnen Zellen zur Aufnahme von Sammler- bzw. Gitterplatten und Elektrolyt, dadurch gekennzeichnet/ daß das Sammlergehäuse (12) parallel auf Abstand stehende, lotrechte Stirnwände (22) und entsprechende, die Stirnwände miteinander verbindende Seitenwände (24) mit in gegenseitigem Abstand angeordneten, im wesentlichen parallelen Trennwänden (28) aufweist, die sich quer zwischen den Seitenwänden erstrecken und mit diesen materialeinheitlich verbunden sind, und daß mindestens eine Trennwand (28) zwischen zwei Zellen (14) einen flachen Belüftungskanal (26) zur Ermöglichung einer Luftströmung zwischen den Zellen (14) des Sammlers (10) bildet.
2. Sammlergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trennwandeinheit zwei auf Abstand stehende Trennwände aufweist, die zwischen sich einen schmalen, im wesentlichen flachen Belüftungskanal festlegen und die sich im wesentlichen parallel zu den Stirnwänden erstrecken.

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3. Sammlergehäuse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelbereiche der Trennwände jedes Paars materialeinheitlich ineinander übergehen und einen einwandigen Trennwandteil· biiden, der von einer Bohrung durchsetzt wird.
4. Einstückig geformtes, dünnwandiges Sammlergehäuse aus einem poiymeren Werkstoff, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Anzahl von einheitlichen, voneinander getrennten und materialeinheitlich zusammenhängenden Sammler-Zellen zur Aufnahme von Gitterplatten und Elektrolyt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auf Abstand stehende, parallele, lotrechte Stirnwände, diese miteinander verbindende, lotrechte Seitenwände sowie paarweise angeordnete, quer zu den Seitenwänden verlaufende und materialeinheitlich mit diesen verbundene Trennwände aufweist, die jeweils zwischen sich einen schmalen, im wesentlichen flachen Belüftungskanal festlegen, daß die Trennwände obere Ränder aufweisen und daß die einander paarweise zugeordneten Trennwände an einem Abschnitt ihrer oberen Ränder unter Bildung eines einwandigen Trennwandteils materialeinheitiich miteinander verbunden sind.
5. Sammlergehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungskanäle an den oberen Rändern und auf gegenüberliegenden Seiten des einteiligen Trennwandteils zwei voneinander getrennte Abschnitte umfassen.
6. Sammlergehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände jeweils mit einer öffnung versehen sind, die mit einem der Belüftungskanäle in Verbindung steht und einen Luftstrom durch die betreffende Seitenwand zuläßt.
7. Sammlergehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einwandigen bzw. einteiligen Trennwandteile jeweils von einer Bohrung durchsetzt werden.

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8. Sammlergehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einteilige bzw. einwandige Trennwandteil zwischen den benachbarten Trennwänden des betreffenden Paars eine parallel dazu verlaufende Ebene festlegt.
9. Sammler unter Verwendung des Sammlergehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer offenen Oberseite und einer Reihe von parallelen, materialeinheitlich miteinander verbundenen Zellen, die jeweils Seitenwände und einen Boden aufweisen und einen Hohlraum bilden und in denen jeweils ein Sammler- bzw. Gitterplattenstapel angeordnet ist, und mit einem unter Abdichtung auf die offene Oberseite aufgesetzten Deckel zum Verschließen der Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammlergehäuse Paare von voneinander getrennten Trennwänden aufweist, die sich quer zu den Seitenwänden zwischen diesen erstrecken und materialeinheitlich mit ihnen verbunden sind, daß jedes Trennwandpaar zwei benachbarte Zellen voneinander trennt, zwischen sich einen schmalen, im wesentlichen flachen Belüftungskanal festlegt und obere Ränder aufweist und daß jedes Trennwandpaar in einem Bereich seiner oberen Ränder unter Bildung eines einwandigen bzw. einteiligen Trennwandteils materialeinheitlich zusammenläuft.
10. Sammler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel eine Anzahl von öffnungen aufweist, die mit den Belüftungskanälen in Verbindung stehen und eine Luftströmung durch den Deckel zulassen.
11. Sammler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen eine Anzahl von parallelen Schlitzpaaren sind, wobei die Schlitze jedes Paars jeweils linear,

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d.h. auf ihren Längsachsen miteinander fluchten.
12. Sammler nach Anspruch 9, dadurch gekenn-

zeichnet/ daß die einteiligen Trennwandteile jedes Trennwandpaars jeweils eine Bohrung aufweisen und daß sich durch jede Bohrung ein Verbindungsmittel zur elektrischen Verbindung der Gitterplatten benachbarter Zellen erstreckt.
13. Sammler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände jeweils mindestens eine öffnung aufweisen, die mit einem der Beluftungskanäle in Verbindung steht und eine Luftströmung durch die Seitenwand zuläßt.

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