RECIPIENTE DE BATERÍA DE PLÁSTICO QUE TIENE DEFLEXIÓN DE LA PARED EXTREMA REDUCIDA
CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona de manera general con recipientes de batería para baterías de plomo y ácido, y de manera más particular con diseños de recipiente de batería para reducir al mínimo la distorsión del panel extremo del recipiente en baterías selladas recombinantes.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las baterías y pilas de plomo-ácido han sido conocidas durante un periodo de tiempo sustancialmente largo y han sido empleadas comercialmente en una variedad relativamente amplia de aplicaciones. Tales aplicaciones han abarcado desde el principio, la iluminación e ignición para automóviles, camiones y otros vehículos (con frecuencia llamadas "baterías SLI" ) para aplicaciones marinas y de carros de golf y para varias aplicaciones de fuente de energía estacionaria y móvil (algunas veces llamadas aplicaciones de "batería industrial" ) . El sistema electroquímico de plomo-ácido proporciona una fuente de energía confiable la cual es capaz de ser manufacturada en una producción automatizada y proporcionar a la vez una calidad aceptable. Hasta ahora, los recipientes de batería son manufacturados de manera general en grandes volúmenes como partes de plástico moldeadas por inyección. Puesto que el recipiente de batería incluye cinco de los seis lados del exterior de la batería, este componente es en gran medida responsable de las dimensiones finales de la batería, así como de su apariencia cosmética. Más allá de la apariencia de la batería, las dimensiones de la batería superior del recipiente deben ser suficientemente precisas para permitir un sello entre el recipiente y la tapa de la batería para asegurar la operación apropiada y prevenir fugas. Durante su uso, sin embargo, las baterías de plomo-ácido pueden desarrollar o exponerse a temperaturas y presiones de operación extremadamente altas. Las reacciones electroquímicas dentro de las pilas de una batería de plomo-ácido particularmente en una batería sellada recombinante, dan como resultado el desarrollo de altas presiones, así como de altas temperaturas. Aunque los parámetros exactos alcanzados variarán en base al diseño de batería particular, la presión interna de una batería, por ejemplo, puede alcanzar el orden de tres a seis libras por pulgada cuadrada (3-6 p.s.i. (20.68-41.37 kPa) ) , mientras que la temperatura puede alcanzar más de 200°F (93°C) . Esas altas presiones y temperaturas dentro de la batería pueden hacer que el recipiente de la batería se doble y distorsione. Esta deflexión puede ser restringida a lo largo de las paredes laterales del recipiente en la medida en que las particiones entre las pilas se extiendan transversalmente a través de la batería de pared a pared lateral. En consecuencia, la mayor parte de tal deflexión ocurre sobre las paredes extremas del recipiente donde no existen particiones interiores para restringir la deflexión. En pruebas de un Grupo de 27 baterías del beneficiario de la presente invención, en la pared extrema del recipiente que tiene rebordes verticales, la deflexión medida puede ser de 0.085 pulgadas a 1 p.s.i. (0.22 centímetros a 6.89 kPa) , 0.236 pulgadas a 3 p.s.i. (0.59 centímetros a 20.68 kPa) , 0.342 pulgadas a 5 p.s.i. (0.87 centímetros a 34.47 kPa) . Esta deflexión puede afectar de manera adversa al funcionamiento de la batería, así como la apariencia cosmética. Cuando las paredes extremas se doblan, la pila se expande, permitiendo que las placas se separen y sean jaladas aparte. Esta reducción en la compresión de la pila da como resultado una reducción correspondiente en el funcionamiento de la batería. Además, la deflexión de las paredes extremas incrementa la longitud efectiva de la batería y hace disminuir la atracción total de la misma. Además, se ha observado que en casos severos, el recipiente de plástico puede fracturarse en puntos de alta deflexión y prensarse, dando como resultado fugas. Este problema puede ser exacerbado por las condiciones ambientales de la batería. Por ejemplo, los vehículos de corriente, particularmente los automóviles, enfatizan el estilo aerodinámico y están equipados con una variedad de características de comodidad y dispositivos de seguridad para el conductor. Esas características han dado como resultado que tales vehículos operen en muchas situaciones con temperaturas de motor debajo del cofre muy altas. La batería puede ser colocada en la parte frontal del compartimiento del cofre, donde existe poco movimiento de aire, o donde el ventilador del motor sopla aire caliente directamente sobre la batería. En consecuencia, durante la conducción y alto, mientras el motor del vehículo está funcionando, existe típicamente muy poco aire o movimiento de viento, haciendo que las temperaturas debajo del cobre con frecuencia exceda de 200°F (93°C) en algunas partes de los Estados Unidos. De este modo, esas temperaturas incrementadas pueden contribuir aún más a la distorsión del recipiente de la batería durante la operación . Al inicio del siglo veinte y hasta los sesentas, los recipientes de batería fueron construidos de caucho duro y moldeado, algunas veces utilizando carbón como rellenador. En ocasiones, el recipiente de caucho moldeado era rodeado por una caja de madera para permitir su fácil manejo o restringir las paredes del recipiente. Además, debido a que el recipiente estaba hecho de caucho moldeado, podía ser fácilmente moldeado a una dimensión más gruesa para reducir al mínimo cualquier deflexión del mismo. Las baterías selladas recombinantes, sin embargo, no se desarrollaron y no entraron en uso común sino gasta finales de los 70 y principios de los 80. En consecuencia, las altas presiones internas asociadas con éstas no eran típicamente aún un problema con las baterías que eran utilizadas como recipientes de caucho duro y moldeado antes del advenimiento del recipiente de batería de plástico. En consecuencia, la deflexión de las paredes extremas debido a que las baterías desarrollan altas presiones o temperaturas internas durante el uso típicamente no fue una consideración de diseño con los recipientes de caucho moldeados. Los recipientes de caucho moldeados también tenían ciertas desventajas. Debido al espesor, las paredes densas del recipiente, eran g
relativamente pesadas. Adicionalmente, tales recipientes eran relativamente frágiles. Aunque los recipientes de plástico moldeados son ventajosos en vista del tamaño y peso, el moldeo del plástico presenta ciertas limitaciones de procesamiento y diseño, particu] ármente en las baterías selladas recombinantes. En particular, los componentes de plástico moldeados exhiben diferentes factores de contracción dependiendo de la geometría y el espesor de la parte. Como resultado, y contrario al diseño de los recipientes de caucho, duros, moldeados, el espesor de las paredes extremas de un recipiente de batería no puede ser disparatadamente mayor que el espesor de las paredes laterales o las particiones entre la pila del recipiente sin dificultades de moldeo incumbentes . En consecuencia, los diseñadores de baterías han incorporado algunas veces rebordes verticales y horizontales en el recipiente de batería para reducir la deflexión de la pared del recipiente. Esta característica de diseño, sin embargo, ha tenido un éxito limitado.
OBJETOS DE LA INVENCIÓN En consecuencia, el principal objeto de la invención es proporcionar un recipiente para una batería de plomo-ácido sellada, recombinante, donde las paredes extremas demuestran deflexión reducida sobre aquélla de las paredes extremas convencionales. Un objeto más específico de la invención es proporcionar un recipiente de batería de plomo-ácido que retiene sustancialmente las dimensiones deseadas durante su uso. Un objeto más de la invención es proporcionar un recipiente de batería para una batería de plomo-ácido sellada, recombinante, que puede ser manufacturado económicamente. Un objeto más específico es proporcionar una batería de plomo-ácido sellada, recombinante, que puede ser moldeada en un tiempo de moldeo reducido utilizando materiales de plástico convencionales y técnicas de moldeo por inyección convencionales. Un objeto adicional de la invención es proporcionar un recipiente para una "batería de plomo-acido sellada, recombinante, que requiere trabajo de planta reducido para procesar el mismo. Un objeto relacionado es proporcionar un recipiente para una batería de plomo-ácido sellada, recombinante, donde el diseño presenta buenas características del material.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Para lograr esos y otros objetos de la invención, se proporciona un recipiente de plástico para una batería de plomo-ácido sellada, recombinante, donde la estructura de al menos una de las paredes extremas incluye una porción base que tiene una serie de rebordes moldeados integralmente a ésta. Los rebordes se colocan en un ángulo del orden de +/- 45° a la horizontal. De manera preferible, se proporcionan al menos cuatro o más rebordes sustancialmente paralelos en un arreglo similar a la rejilla. Los rebordes de este modo definen un arreglo de secciones planas en forma de diamante a lo largo de la porción base. Todos los bordes asociados con los rebordes están preferiblemente redondeados, es decir, que la cresta de cada reborde, así como las líneas en las cuales los lados del reborde se reúnen con los bordes de los diamantes son redondeadas. Las esquinas de los diamantes son de igual modo redondeadas, y redondeadas hacia las intersecciones de los rebordes. De este modo, se apreciará que los rebordes incrementan la resistencia y espesor efectivos de las paredes extremas sin que el espesor de las paredes extremas se incremente uniformemente. Además, el carácter redondeado de los rebordes proporciona muchas ventajas de procesamiento que reducen al mínimo los costos de fabricación. Primero, durante el moldeo, existe un incremento en el flujo del molde de plástico, dando como resultado una parte con menos porosidad y un tiempo de moldeo más rápido. Además, un recipiente moldeado de acuerdo, al diseño de la invención puede ser fácilmente moldeado, reduciendo el ciclo de tiempo y reduciendo la mínimo la oportunidad de desechar partes. Adicionalmente, durante el procesamiento adicional, las esquinas redondeadas de la pared extrema retienen una cantidad mínima de agua, reduciendo, además, el trabajo de planta. Aunque los bordes de los rebordes tienen esquinas cuadradas en oposición a las esquinas de los rebordes que tienen un carácter redondeado operarán de igual modo para reducir la expansión hacia afuera de las paredes extremas, las características de procesamiento de un recipiente de batería que tiene paredes extremas con rebordes diagonales que tiene esquinas cuadradas son menos ventajosas que aquéllas que tienen bordes redondeados. Por ejemplo, los recipientes que tienen rebordes con tales rebordes cuadrados, no son desmoldados tan fácilmente como aquéllos que tienen bordes redondeados. Además, puede ocurrir astillamiento en esas esquinas puntiagudas cuando los recipiente de batería entran en contacto durante el proceso de manufactura y manipulación. Esto no únicamente daña la apariencia estética del recipiente de batería, sino que en realidad puede causar un daño serio al recipiente, el cual puede en consecuencia, dar como resultado problemas de funcionamiento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La FIGURA es una vista en perspectiva de una batería que incluye un recipiente de batería de plástico que incorpora las enseñanzas de la invención. - La FIGURA 2 es una vista en elevación lateral de la batería de .1 a FIGURA 1. La FIGURA 3 es una vista fragmentada, amplificada, de la esquina izquierda inferior de la batería como se ilustra en la FIGURA 2. La FIGURA 4 es una vista en corte transversal, fragmentada, tomada a _lo largo de la línea 4-4 en la FIGURA 3. La FIGURA 5 es una vista en corte transversal, fragmentada, tomada a lo largo de la líneas 5-5 en la FIGURA 3. La FIGURA 6 es una vista en perspectiva, fragmentada, alargada, de la pared extrema del recipiente de batería como se ilustra en la FIGURA 1. La FIGURA 7 es una vista en corte transversal del recipiente de batería tomada a lo largo de la línea 7-7 en la FIGURA 1.
DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA Pasando ahora a los dibujos, en ellos se muestra en la FIGURA 1, una vista en perspectiva de una batería 10, la cual incluye una parte superior 12 y un recipiente 14. La modalidad ilustrada es una terminal superior de batería y, en consecuencia, la parte superior 12 incluye las terminales de la batería 16, 18 y una estructura de ventilación 20. Puede proporcionarse una estructura terminal alternativa, sin embargo, donde las terminales están a lo largo de un lado de la batería (como en una terminal lateral de batería) , o a lo largo de tanto la parte superior como de un lado de la batería (como en una batería de dispersiones terminales) . El recipiente de batería 14 se divide en una serie de pilas internas por particiones de pila 22. Como se ilustra, las seis pilas, las cuales contienen los componentes químicos de la batería 10, se proporcionan para una batería de doce voltios, como es por supuesto costumbre para las baterías SLI automovilísticas, para una batería de seis voltios, se utilizarán únicamente tres pilas, y similares. Las particiones de pila 22 están preferiblemente moldeadas integralmente con el recipiente 14, extendiéndose entre las paredes laterales del recipiente 26 y el fondo del recipiente 28 (véase la FIGURA 7) . Se apreciará que durante el uso, las 1-particiones de pila 22 restringen las paredes laterales 26, así como el fondo 28 para limitar cualquier combamiento de las misma como resultado de las presiones y temperaturas elevadas asociadas con la operación de una batería de plomo-ácido. De acuerdo con la invención, las paredes extremas 30 del recipiente 14 son de una estructura moldeada integralmente, que tiene una porción base 32 desde la cual se extiende una serie de rebordes 34, los cuales de igual modo restringen las paredes extremas 30 de la operación del recipiente 14. De acuerdo a una característica importante de la invención, los rebordes 34 están colocados en otro ángulo diferente al ángulo normal al fondo horizontal 28 del recipiente de batería 14, es decir, diagonalmente. De esta manera, los rebordes 34 presentan una configuración del tipo de panal que tiene' una serie de puntos relativamente planos aproximadamente en forma de diamante 38, en los cuales los rebordes 34 se reúnen en la porción base 32. Se ha determinado que los rebordes 34 colocados a aproximadamente +/- 45° en la superficie inferior horizontal del recipiente 14, como se muestra en las figuras, proporciona la mejor posición a las fuerzas de deflexión impuestas contra las paredes extremas del recipiente 30. Se apreciará, sin embargo, que los rebordes pueden ser colocados en ángulos ligeramente mayores o menores de +/- 45° y proporcionar aún una resistencia a la deflexión mejorada, aunque ligeramente menos efectiva. Para reducir al mínimo efectivamente la deflexión en las paredes 30 del recipiente 14 durante su uso, puede incorporarse un número suficiente de rebordes. El número de rebordes 34 incorporados depende de la separación, así como de la altura y ancho de la pared extrema del recipiente 30. De manera preferible, las crestas 40 de los rebordes 34 están separadas del orden de no más de 1.25 pulgadas (3.18 centímetros) . En el diseño actualmente preferido, se colocan seis rebordes 36 cada uno a +45° y -45°, de modo que las crestas 40 de los rebordes 34 están separadas menos de una pulgada (2.54 centímetros) . Será apreciado por aquellos expertos en la técnica, sin embargo, que la separación y número de rebordes 34 puede variar, en tanto se obtenga la resistencia deseada. Para reducir al mínimo las diferencias en la contracción de las diferentes porciones del recipiente 30, las paredes laterales del recipiente 26 y la porción base 32 de las paredes extremas 30 son de un espesor sustancialmente similar, y no son disparatadamente más gruesas que las particiones 22. De esta manera, las paredes del recipiente 26, 30 retienen sustancialmente a misma geometría relativa durante el moldeo para finalmente producir una apariencia de la parte moldeada de las dimensiones deseadas. Será apreciado por aquellos expertos en la técnica que los rebordes 34, de este modo, tendrán un efecto mínimo sobre la contracción de las paredes extremas 30, incrementando a la vez, la resistencia total de las paredes extremas 30 a la deflexión debida a fuerzas internas . En la modalidad preferida del diseño de recipiente, las paredes laterales del recipiente 26 tienen un espesor del orden de 0.150 pulgadas (0.38 centímetros) , mientras que las particiones 22 tienen un espesor de 0.065 pulgadas (0.17 centímetros) en el borde superior y un espesor -de 0.130 a 0.140 pulgadas (0.33 a 0.36 centímetros) en el fondo. La porción base 32 de las paredes extremas del recipiente tiene un espesor del orden de 0.210 pulgadas (0.53 centímetros). Los rebordes 34 son del orden de 0.175 pulgadas (0.44 centímetros). En un grupo de 27 baterías de este diseño, la deflexión de las paredes extremas 30 a 2 p.s.i. (13.79 kPa) fue de aproximadamente 0.014 pulgadas (0.036 centímetros); a 4 p.s.i. (27.58 kPa) fue de aproximadamente 0.028 pulgadas (0.071 centímetros); y a 6 p.s.i. (41.37 kPa) fue de aproximadamente 0.045 pulgadas (0.114 centímetros). En consecuencia, un recipiente construido de acuerdo a las enseñanzas de la invención produjo una deflexión considerablemente menor que el diseño de recipiente estándar que tiene rebordes verticales (expuesto en la sección de Antecedentes de la Invención) . De acuerdo a otras característica importante de la invención, para facilitar el moldeado y reducir al mínimo los costos asociados con "la producción del recipiente 14, cada una de las esquinas de la estructura del reborde están redondeadas. Como puede observarse en la FIGURA 5, los rebordes 34 están preferiblemente redondeados a lo largo de sus crestas 40, así como a lo largo de la intersección o bordes 42 en los cuales los lados 41 se reúnen a la porción base 32. Adicionalmente, las esquinas de los puntos planos en forma de diamante 38 están igualmente redondeadas en las esquinas, y redondeadas hacia arriba, hacia la intersección 44 de los rebordes 34, como se observa mejor en la FIGURA 4. En la modalidad preferida, las esquinas de los puntos planos en forma de diamante 38 (es decir, en las intersecciones 44 de los rebordes 34) tienen un radio w del orden de 0.090 pulgadas (0.23 centímetros); las crestas 40 de los rebordes 34 tienen un radio x del orden de 0.090 pulgadas
(0.23 centímetros); e] borde interior 42 en la porción base tiene un radio y de aproximadamente 0.060 pulgadas (0.15 centímetros); y los lados de la cresta 40 están en un ángulo de inclinación lateral z -del orden de 9° con respecto a la vertical. Será apreciado por aquellos expertos en la técnica que las mediciones identificadas para la modalidad preferida son, por supuesto, únicamente cifras ejemplares. Esos números pueden variar mientras se alcancen resultados similares a los deseados desde el punto de vista de la invención. Por ejemplo, las crestas 40 de los rebordes 34 pueden tener típicamente un radio x dentro de un intervalo de 0.060 y 0.120 pulgadas (0.15 y 0.3 centímetros). Se apreciará, además, que estas características redondeadas del recipiente 14 proporcionan una parte que puede ser desmoldada más fácilmente de lo que sería posible con bordes más puntiagudos. Adicionalmente, los bordes redondeados reducen al mínimo la retención de agua durante el procesamiento. Como resultado, el diseño de la invención reduce los costos de trabajo de planta asociados con la manufactura del recipiente 14. Además, se apreciará que los bordes redondeados de la parte proporcionan un flujo de plástico óptimo dentro del molde. Como resultado, la parte moldeada exhibe características de densidad superiores. De manera más específica, la parte moldeada tiene una porosidad menor que una parte moldeada con bordes que tienen una característica cuadrada. Además, las características de flujo mejoradas dentro del molde dan como resultado un tiempo de moldeo más rápido, reduciendo al mínimo aún más los costos de manufactura. Se apreciará que los rebordes 34 pueden dar como resultado un espesor efectivo adicional de la pared extrema 30, aún cuando la pared extrema no sea una estructura uniformemente gruesa. Para mantener la huella original de la batería 30, los rebordes 34 a lo largo del borde de la pared extrema 30 adyacente al fondo 28 del recipiente 14 están angulados hacia la porción base 32, como se observa mejor en la FIGURA 1. Como puede observarse en las FIGURAS 1-3, las intersecciones 44a de los rebordes 34 localizadas hacia las paredes laterales 26 del recipiente 14 están colocadas ligeramente hacia adentro del borde externo de la pared extrema 30. De manera preferible, la altura de esas intersecciones 44a se extiende hacía afuera del borde de la pared extrema. De esta manera, se proporciona resistencia adicional a la pared extrema 30 a lo largo de la unión crítica con las paredes laterales 26. Como se muestra en las FIGURAS 1 y 2, el punto de unión 48 para el asa está colocado a lo largo de la porción superior de la pared extrema 30. Se apreciará, sin embargo, que puede utilizarse cualquier diseño se asa y localización de unión apropiadas. Puede ser utilizado cualquier material termoplástico y rellenador que posean las características deseadas para moldear recipientes de batería de acuerdo a esta invención. Como es bien sabido, los materiales actualmente utilizados para baterías de plomo-ácido SLI comprenden un copolímero de etileno-propileno modificado de alto impacto, en el cual el polipropileno es un constituyente principal. En resumen, la invención proporciona un diseño de recipiente que proporciona mayor resistencia a la deformación que las paredes extremas debido a las presiones internas y las temperaturas externas desarrolladas durante el uso. La estructura de reborde incrementa el espesor y resistencia efectivas de la pared extrema sin incrementar uniformemente el espesor de la pared extrema. En consecuencia, el recipiente puede ser fabricado reduciendo al mínimo las dificultades de moldeo relacionadas con diferencias en las tasas de contracción. Adicionalmente, los bordes redondeados de sustancialmente todos los lugares donde los rebordes se reúnen con la porción base, proporcionan buenas características de flujo de material, una parte fácilmente moldeada, una retención mínima de "agua durante el procesamiento, proporcionando de este modo, una parte fabricada de manera fácil y económica. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos a que la misma se refiere.