DE809569C - Fuell- und Entlueftungsvorrichtung fuer Sammler-Batterien - Google Patents

Description

Vorstehende Erfindung bezieht sich auf eine Füll- und Entlüftungsbauart für Sammler-Batterie-Zellen, durch die besonders übermäßiges Füllen der Zellen verhindert wird.

Zweck der Erfindung ist es unter anderem, eine neue und verbesserte Füll- und Entlüftungsanordnung vorbezeichneter Bauart zu entwickeln, die einfach in ihrem Aufbau ist und die deutlich erkennbar zum Anzeigen bringt, wenn der elektrolytische Flüssigkeitsspiegel die gewünschte bzw. zulässige Füllhöhe erreicht hat.

Bei der gemäß Erfindung zur Anwendung kommenden Bauart für das Füllen und Entlüften von Sammler-Batterie-Zellen sind zwei Durchflußkanäle vorgesehen, die in einen eingebauten Füllbehälter einmünden. Einer dieser Durchflußkanäle erstreckt sich nach unten bis an den normalen Elektrolytflüssigkeitsspiegel. Der zweite Durchflußkanal verläuft parallel zu dem ersteren nach abwärts, schneidet jedoch bereits oberhalb des Elektrolytspiegels ab. Das obere Ende des zweiten Durchflußkanals endet in einer in dem Füllbehälter ausgesparten Höhlung oder Vertiefung, die im Strömungspfad der in die Zelle einzuführenden elektrolytischen Flüssigkeit liegt. Der Durchflußkanal II hat in Nähe seines oberen Endes einen Abschnitt mit verengtem Durchmesser, wodurch ein von den Flüssigkeitsteilchen gebildeter Kanalverschluß bewirkt wird. Wenn im Verlaufe einer Füllung der gewünschte bzw. zulässige Elektrolytspiegel erreicht und das untere Ende des Durchflußkanals I bedeckt ist, tritt in der ausgesparten Vertiefung über dem Durchflußkanal II sichtbare Blasenbildung in Erscheinung, die durch entweichendes Gas, das durch den Kanal II und dessen verengten Abschnitt austritt, verursacht wird.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung soll im folgenden nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen werden. Hierin ist

Fig. ι ein von vorn gesehener, zum Teil nur bruchweise dargestellter Aufriß einer Sammler-Batterie-Zelle, in der gemäß Erfindung für Füllung und Entlüftung entwickelten verbesserten Bauart, teilweise im Schnitt gezeigt,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in »ο Fig. i, worin Einzelheiten des Füllbehälters sowie der darin ausgesparten Höhlung oder Vertiefung gezeigt werden,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. I, worin Einzelheiten hinsichtlich der Ausführung der Durchflußkanäle zur Darstellung kommen,

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. i,

Fig. 5 eine teilweise Schnittansicht des oberen Teiles einer abgeänderten Ausführungsform der Füllao und Entlüftungsbauart entsprechend der Erfindung. In der Zeichnung wird eine Füll- und Entlüftungsanordnung der gemäß Erfindung verbesserten Bauart in Anwendung bei einer Batterie-Zelle nicht verschüttbarer Ausführung nach dem Zweikammersystem ge- »5 zeigt. Die Zelle hat dabei einen Behälter 10 mit einer unteren Kammer 11 zur Aufnahme der üblichen positiven Platten 12, der negativen Platten 13 und der Trennzwischenlagen 14. Die Platten sind mit Bügeln 15 verbunden, die mittels Klemmschrauben 18 abwechselnd an jeweils zugehörige Zeil- oder Klemmverbinder 16 und 17 angeschlossen sind. Die Klemmschrauben treten jeweils durch die Seitenwandungen des Behälteis 10 hindurch und endigen in Aussparungen 19, die in einander gegenüberliegenden seitlichen Ausladungen 20 des Behälters 10 vorgesehen sind. Die in der unteren Kammer 11 angeordneten Platten- und Trennzwischenlagen werden von Elektrolytflüssigkeit bis zu dem unter 21 bezeichneten normalen Flüssigkeitsspiegel bedeckt. Eine isolierende Schutzvorrichtung 22 für die Trennzwischenlagen ist, wie gezeigt, zwischen und unter den "Bügeln 15 befindlich angeordnet.

Die Seitenwände des Behälters 10 sind nach oben vorspringend ausgebaut, so daß sie eine obere Kammer 23 abgrenzen, die durch einen Deckel 24 abgeschlossen ist, der bei 25 gegen die oberen Enden der Zellwandungen in irgendwie geeigneter Weise abgedichtet ist. Diese obere Kammer ist dafür bestimmt, den gesamten Elektrolytflüssigkeitsinhalt aufzunehmen, wenn die Zelle gestürzt wird, und schafft in Verbindung mit der Bauart gemäß vorliegender Erfindung eine nicht verschüttbare Ausführung für Batterie-Zellen, bei der gleichzeitig auch übermäßiges Füllen vermieden wird. In dem Deckel 24 befindet sich ein zylindrischer Füllbehälter 26 mit innen eingeschnittenem Gewinde, der den abnehmbaren und nicht durchlöcherten Verschlußstöpsel 27 und dessen Dichtungsmanschette 28 aufnimmt. Unterhalb des Füllbehälters 26 ist die die beiden Durchflußkanäle 29 und 30 enthaltende Konstruktionsanordnung zu sehen, die gemäß Erfindung übermäßiges Füllen der Zelle verhütet. Der Durchflußkanal 29 schneidet mit seinem unteren Ende bei dem mit 21 bezeichneten normalen Elektrolytflüssigkeitsspiegel ab und reicht mit seinem oberen Ende durch die Bödenwandung bzw. den Boden des Füllbehälters hindurch. Der Ausdruck normaler Elektrolytflüssigkeitsspiegel, wie er in vorstehender Beschreibung wiederholt verwendet wird, bedeutet hierbei die maximale Füllhöhe, bis zu welcher der Behälter 10 mit Elektrolytflüssigkeit zu füllen ist. Wie in der bildlichen Darstellung gezeigt, ist der Durchmesser des Durchflußkanals genügend weit gewählt, um das Rohr eines Säuremessers aufzunehmen. Es ist hierbei jedoch dem Konstrukteur Handlungsfreiheit gelassen, und der Durchmesser des Kanals 29 kann unter Umständen auch kleiner, als in der Darstellung gezeigt, gewählt werden. Er darf jedoch nicht so klein werden, daß der Durchflußkanal 29, beim Füllen vollständig mit Elektrolytflüssigkeit ausgefüllt wird, weil dann durch denselben keine Entlüftung mehr stattfinden könnte, was im folgenden noch ausführlicher beschrieben wird.

Ziemlich in Nähe des oberen Endes des Durchflußkanals 29 ist ein seitlich verlaufendes Ventilationsrohr 31 angeordnet, das, hermetisch abgedichtet, in der am Durchflußkanal 29 hierfür vorgesehenen Wandungsöffnung eingebaut ist bzw. durch dieselbe hindurchtritt. Das gegenüberliegende Ende des Ventilationsrohres 31 geht durch die Seitenwandung des Behälters 10 hindurch und steht mit einem in der _go Ausladung 20 vorgesehenen Entlüftungssammelrohr32 in Verbindung. Das Sammelrohr 32 wird durch hier nicht dargestellte Mittel nach der freien Atmosphäre hin entlüftet. Das Ventilationsrohr 31 ist in einem gewissen Abstand unterhalb der obersten Stelle des Durchflußkanals 29 angeordnet. Hierdurch soll der Verlust von Elektrolytlösung verhindert werden, wenn solche beim Umkehren der Zelle zufällig in die Durchflußkariäle gelangt.

Der Durchflußkanal 30 erstreckt sich, um einen geringen Abstand gegenüber dem unteren Ende des Durchflußkanals 29 verkürzt, nach abwärts und liegt daher etwas oberhalb des Elektrolytflüssigkeitsspiegels 21. Das obere Ende des Durchflußkanals 30 tritt unmittelbar neben dem oberen Ende des Durchflußkanals 29 durch den Boden des Füllbehälters 26 hindurch. Bei dem Durchflußkanal 30 ist in Nähe dessen obersten Endes ein kurzer Abschnitt 33 vorgesehen, der eine sowohl gegenüber dem Kanal 30 als auch gegenüber dem Kanal 29 im Durchmesser verengte Bohrung bzw. Durchlauf rille 34 aufweist. Dieser kurze Kanalabschnitt mündet nach oben in eine Vertiefung oder Höhlung 35, die im Boden des Füllbehälters 26 ausgespart ist. Die Durchlaufrille 34 ist hinsichtlich ihrer räumlichen Lage vorzugsweise so angeordnet, daß ein Teil ihrer Wandung mit dem entsprechenden Wandungsteil des unteren Abschnittes des Durchflußkanals 30 in senkrechter Ausrichtung verläuft, wodurch die Rille 34 und der Kanal 30 in exzentrische Stellung zueinander kommen. Diese An-Ordnung hat zur Folge, daß die durch die Rille 34 fließende Elektrolytflüssigkeit entlang der Wandung des Durchflußkanals 30 nach abwärts rinnt, ohne daß hierbei eine räumliche Ausbreitung derselben oder Verstopfung durch dieselbe möglich wird.

Die Länge und Mittellage der Durchflußkanäle 29

und 30 ist in Abstimmung auf die Abmessungen der oberen Kammer so gewählt, daß der Flüssigkeitsspiegel der Elektrolytlösung bei jeder anomalen Stellung der Zelle, d. h. bei Kippen oder Stürzen derselben, in der Kammer unterhalb der offenen Enden der Durchflußkanäle bleibt. Durch keinen der beiden Durchflußkanäle kann sonach Elektrolytflüssigkeit verschüttet werden.
Das untere Ende des Durchflußkanals 30 schneidet in genügendem Abstand oberhalb des unteren Endes des Durchflußkanals 29 ab, so daß die sich entwickelnden Gase auch dann noch durch den Kanal 30 entweichen können, wenn der elektrolytische Flüssigkeitsspiegel infolge enthaltender Gasblasen oder erhöhter Temperatur oder durch beides über das untere Ende des Durchflußkanals 29 hinaus angestiegen ist. In all diesen Fällen entweichen die entwickelten Gase durch den Durchflußkanal 30 über den im Füllbehälter 26 unterhalb des Verschlußstöpsels 27 frei gelassenen Raum in das obere Ende des Durchflußkanals 29 und von da durch das Ventilationsrohr 31 ins Freie.

Beim Auffüllen, d. h. wenn der Elektrolytspiegel auf den gewünschten Stand gebracht wird, ist der Verschlußstöpsel 27 abgenommen, und die elektrolytische Flüssigkeit wird in den Füllbehälter 26 eingegeben, von wo dieselbe in die Höhlung 35 einläuft. In der Hauptsache fließt die Elektrolytflüssigkeit über die Höhlung 35 durch die Kanäle 34 und 30 nach unten, wobei das, was überfließt, durch den Kanal 29 in die Zelle abläuft. Während des Füllens sind die Höhlung 35 und die Durchlaufrille 34 von Elektrolytflüssigkeit vollständig ausgefüllt, so daß hierdurch ein Dichtungspolster oder Flüssigkeitsverschluß gegen das Entweichen des unter dem Abschlußdeckel der Batterie-Zelle angestauten Gases gebildet wird. Das Gas kann duich den Durchflußkanal 29 und das Ventilationsrohr 31 so lange entweichen, bis der normale Elektrolytflüssigkeitsspiegel erreicht ist und das untere Ende des Durchflußkanals 29 hierdurch verschlossen wird. Sobald dieser Verschluß erfolgt ist, wird das Gas in den Raum oberhalb der elektrolytischen Flüssigkeit und unterhalb des Zellenverschlußdeckels aufgefangen bzw. gestaut. Jedes weitere Zugeben von Elektrolytflüssigkeit hat nun ein Ansteigen derselben im Kanal 29 sowie eine Drucksteigerung des unter dem Deckel aufgestauten Gases zur Folge. Dies setzt sich so lange fort, bis die Gasdracksteigerung ausreicht, um die Gefällhöhe der in der Durchlaufrille 34 und der Höhlung 35 befindlichen Flüssigkeitssäule zu überwinden. Sobald dieser Punkt erreicht ist, brodelt das Gas in Blasen aus der in der Höhlung 35 befindlichen Elektrolytflüssigkeit aus und gibt hierdurch sichtbar Anzeige, daß der Füllvorgang beendet ist.

Der Durchmesser der Bohrung oder Durchlaufrille 34 wird so gewählt, daß die von der Höhlung 35 durch die Rille nach unten durchlaufende Elektrolytflüssigkeit zu einem genügend schmalen Strömungsfader reduziert wird, damit keine Ausfüllung des Kanals 30 mit Elektrolytflüssigkeit zustande kommen kann. Letzteres würde nämlich eine anomale Flüssigkeitsgefällhöhe bewirken, die durch erhöhten Gasdruck zu überwinden wäre, was jedoch ein übermäßiges Ansteigen der Elektrolytflüssigkeit in den Durchflußkanal 29 zur Folge hätte und damit die Gefahr eines Überlaufens in das Entlüftungsrohr 31 mit sich brächte. Untersuchungen haben ergeben, daß ein zufriedenstellender Erfolg erreicht wird, wenn das Durchmesserverhältnis vom Kanal 30 zu Durchlaufrille 34 gleich 3:1 oder darüber ist. Bei der Wahl der Abmessung für die Durchlaufrille 34 muß unter Zugrundelegung vorstehenden Verhältnisses sowohl die Füll- als auch die Verschlußfunktion derselben in" Erwägung gezogen werden, und die richtige Festlegung dürfte wohl auf ein Abwägen zwischen lascher Fülleigenschaft und guter Verschlußwirkung hinauslaufen.

In Fig. 5 ist eine abgeänderte Form der Füll- und Entlüftungsanordnung entsprechend der Bauart der Erfindung gezeigt. Dieselbe ist für Batterien geeignet, die im Gebrauch über beliebig lange Zeiträume weder gestürzt noch gekippt werden. Hierher gehören die üblichen Starter-, Lichtmaschinen- und Zündbatterien für Personenkraftwagen oder größere Batterien, wie sie für Industrielastwagen gebräuchlich sind. Aus Fig. 5 ist zu erkennen, daß in einem Deckel 37, der gegen den Zellbehälter irgendwie passend abgedichtet ist, ein Füllbehälter 36 vorgesehen ist. Der Füllbehälter 36 hat ein an seiner Innenwandung eingeschnittenes Gewinde und kann einen durchbrochenen bzw. durchlöcherten Entlüftungsstöpsel 38 sowie dessen zugehörige Dichtungsmanschette 39 aufnehmen. Vom Boden des Füllbehälters 36 aus verlaufen Wandungen nach unten, die einen Füllungskanal 40 umgrenzen. Das untere Ende des Kanals 40 liegt in Höhe des normalen Elektrolytflüssigkeitsspiegels ähnlich wie bei dem Durchflußkanal 29 in Fig. 1. In gleicher Weise wie bei dem Durchflußkanal 29 ist auch der Durchmesser des Durchflußkanals 40 so bemessen, daß in letzterem das Rohr eines Säuremessers aufgenommen werden kann, wobei jedoch auch ein kleinerer Durchmesser gewählt werden kann. In dem Boden des Füllbehälters 36 ist eine Vertiefung oder Höhlung 41 ausgespart, und eine Öffnung im Boden der Höhlung 41 führt unmittelbar in den Durchflußkanal 42. Es fällt dabei auf, daß der Durchflußkanal 42 verhältnismäßig kurz ist und daß daher das untere Ende desselben mit dem Raum unter dem Deckel 37 und oberhalb des normalen Elektrolytflüssigkeitsspiegels in kommunizierender Verbindung steht.

Beim Füllen wird die elektrolytische Füllflüssigkeit in den Füllbehälter 36 gegeben, von wo sie in die ausgesparte Höhlung 41 weitergeleitet wird, um dann vorwiegend durch den Durchflußkanal 42 nach unten zu fließen, während das, was überfließt, durch.den Kanal 40 in die Zelle abläuft. Sobald dann der normale Elektrolytflüssigkeitsspiegel erreicht ist, wird das untere Ende des Durchflußkanals 40 von der Flüssigkeit bedeckt, und dieselbe fängt an, in dem Durchflußkanal 40 zu steigen, wobei gleichzeitig der Druck dei unter dem Deckel aufgestauten Gase erhöht wird. Infolge der Drucksteigerung brodelt das Gas blasenartig durch die im Kanal 42 und der Höhlung 41 vorhandene Flüssigkeitssäule hindurch aus und gibt hierdurch sichtbare Anzeige, daß der Füllvoigang beendet ist.

Die in Fig. 5 dargestellte Abänderung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Ausführung insofern,

als der Durchflußkanal 30 der Fig. 1 hier entfernt ist, während der Kanal 42 der Durohlaufrille 34 von Fig. 1 entspricht. Ebenso ist auch das Entlüftungsrohr 31 weggelassen, da hier die Zelle durch den durchbrochenen bzw. durchlöcherten Verschlußstöpsel in an sich bekannter Weise entlüftet wird.

Aus dem Vorausgehenden ist sonach ersichtlich, daß im Rahmen vorstehender Erfindung eine einfache und wirkungsvolle Bauart zur Verhütung übermäßigen

xo Füllens von Batterie-Zellen entwickelt wurde, die keinerlei bewegliche Ventilteile o. dgl. aufweist und bei der durch Gasblasenbildung eine sichtbare Anzeige erfolgt, wenn der Füllvorgang abgeschlossen ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Füll- und Entlüftungsvorrichtung für Sammler-Batterien, dadurch gekennzeichnet, daß bei derselben ein Durchflußkanal I vorgesehen ist, der in Höhe des normalen Elektrolytflüssigkeitsspiegeis endet und mit der äußeren Atmosphäre in Verbindung steht, um während des Füllens und solange der elektrolytische Flüssigkeitsspiegel unter der normalen Füllhöhe liegt, ein Entweichen der Luft zu gewährleisten; und daß ein zweiter Durchflußkanal zum Füllen der Batterie-Zelle vorgesehen ist sowie zum Entlüften derselben, wenn der elektrolytische Flüssigkeitsspiegel seine normale Füllhöhe erreicht hat oder darüber liegt, wobei wenigstens ein Teil des Durchflußkanals II im Durchmesser verengt ist, so daß von der hindurchgehenden Flüssigkeit ein dichter Kanalverschluß gebildet wird; und daß gleichzeitig ein Füllbehälter vorgesehen ist, der mit dem oberen Abschnitt des Durchflußkanals II in fortleitender Verbindung steht.

2. Bauart nach Anspruch 1, für eine Sammler-Batterie-Zelle nicht verschüttbarer Ausführung nach dem Zweikammersystem, bei der die untere Kammer die Zellenelemente und die elektrolytische Flüssigkeit enthält, während die obere Kammer beim Stürzen der Zelle die gesamte elektrolytische Flüssigkeit gegen Verschüttverluste abgedichtet aufzunehmen vermag, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllbehälter durch einen nicht durchlöcherten Stöpsel abgeschlossen ist und der Durchflußkanal I bei Aufrechtstellung der Zelle sich vom Boden des Füllbehälters nach unten bis zu dem normalen Elektrolytflüssigkeitsspiegel erstreckt, wobei der Durchflußkanal I einen Entlüftungsauslaß hat, der eine Verbindung zwischen dem oberen Kanalraum und der äußeren Atmosphäre herstellt; und daß bei gestürzter Batterie-Zelle die unteren Enden beider Durchflußkanäle sich jeweils oberhalb des Elektrolytflüssigkeitsspiegels befinden.

3. Bauart nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungsauslaß von dem oberen Ende des zugehörigen Durchflußkanals abgesetzt ist.

4. Bauart nach irgendeinem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalabschnitt mit verengtem Durchmesser gegenüber dem restlichen Kanalabschnitt mit größerem Durchmesser derart exzentrisch liegt, daß die Wandungen der beiden Kanalabschnitte auf einer Seite in fluchtliniengerader Verlängerung zueinander liegen, wodurch die eingelassene Flüssigkeit in dem Kanal mit größerem Durchmesser entlang dessen Wandung nach unten fließt.

5. Bauart nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit verengtem Durchmesser η ο vorgesehene Abschnitt des Durchflußkanals II sich unmittelbar unterhalb des Füllbehälters befindet.

6. Sammler-Batterie-Zelle.dadurch gekennzeichnet, daß bei derselben eine Füll- und Entlüftungsbauart nach einem der vorausgegangenen An- Sprüche zur Anwendung kommt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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