CN105359297B - 密封塞装置，壳体和蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于密封蓄电池的组合的填充和排气口的密封塞装置(1)，其中，密封塞装置(1)包括至少一个阀部件(2)、一个阀支架(3)和一个密封塞(4)，其中，阀部件(2)布置在阀支架(3)上并且与阀支架(3)形成在加压时可打开的阀机构(16)，其用于相对于周边区域密封蓄电池的至少一个内部空间，其中，密封塞(4)包括用于固定到填充和排气口的至少一个固定机构(7)并且同时使阀部件(2)受到朝向阀支架(3)的预紧力，其特征在于，阀支架(3)包括至少一个朝向阀部件(2)轴向突出的伸出部(6)，伸出部在面向阀部件(2)的表面(5)上形成为圆周密封边，阀部件(2)放置在该伸出部上。本发明此外涉及一种蓄电池的壳体以及一种蓄电池。

Description

密封塞装置，壳体和蓄电池
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的、用于密封蓄电池的组合的填充和排气口的密封塞装置。本发明此外涉及一种按照权利要求9所述的蓄电池的壳体以及一种按照权利要求11所述的蓄电池。
一般地，本发明涉及具有液态电解质的电化学蓄电池领域，例如铅酸蓄电池。蓄电池的壳体一般包括被划分成多个腔的壳体空间，在其中设置液态电解质。依据蓄电池的实施方式，液态电解质可以容纳在一种无纺材料中并且由此被约束。为了向壳体中填充液态电解质，设置至少一个壳体口作为填充口。为了正常运行蓄电池，填充口必须能够被密封，以防止不希望地渗漏出酸并且在蓄电池壳体中维持一定的过压，即使该过压很小。为了保护蓄电池免遭在壳体内的不希望地高的过压，有利的是设置过压保护机构，其在高的压力下允许气体从壳体排出，例如经由填充口，该填充口此时构成一种组合的填充和排气口。
在已知的蓄电池中，设置包括至少一个阀部件、阀支架和密封塞的密封塞装置以密封组合的填充和排气口。相应的建议的装置由例如WO2010/124684A2，DE102007061784A1和DE102009041417A1已知。
本发明基于的任务在于给出一种改进的密封塞装置，其可以更简单地制造并且仍然非常可靠。此外给出一种相应的壳体和一种相应的蓄电池。
这个任务按照权利要求1通过一种用于密封蓄电池的组合的填充和排气口的密封塞装置来解决，其中，密封塞装置包括至少一个阀部件、阀支架和密封塞，其中，阀部件布置在阀支架上并且与阀支架形成在加压时可打开的阀机构，其用于相对于周边区域密封蓄电池的至少一个内部空间，其中，密封塞包括至少一个用于固定到填充和排气口的固定机构并且同时使阀部件受到朝向阀支架的预紧力，其中，阀支架包括至少一个朝向阀部件轴向突出的伸出部，伸出部在面向阀部件的表面上形成为圆周密封边，阀部件放置在该伸出部上。本发明具有优点：密封边被构造为阀支架的一部分并且因此可以直接地由阀支架的材料制造。这允许简单地、经济地制造密封塞装置，因为密封边的制造可以直接地并入到阀支架的制造过程中并且由此不产生任何额外费用。因此，阀部件此时可以这样地构造，即它在接触区中没有轴向突出的密封唇，在该接触区中阀部件安置在阀支架上。阀部件尤其可以完全没有突出的密封唇地制造。这样做进一步简化了阀部件的制造。因为阀部件常常由橡胶弹性材料制造，因此以这种方式可以降低制造成本，因为在橡胶弹性构件上精确地制造密封唇比在诸如常常不是由橡胶弹性材料，而是由更硬的材料诸如塑料材料(例如聚丙烯)制造的阀支架的构件上成本更高。
此外本发明降低蓄电池的质量控制和检验的成本，因为由橡胶弹性材料制造阀部件可以减少废品数量。在制造具有一体成形的密封唇的阀部件时产生缺陷的风险相当大。如提到的那样，通过省去一体成形在阀部件上的密封唇减少了废品。
以这种方式也可以改善蓄电池的持续运行稳定性，一方面在于消除了在阀部件上一体形成的密封唇的未检测到的缺陷的风险。通过密封边能够由阀支架的材料(例如由更硬的塑料材料)制造，蓄电池的耐久性也由此附加地提高。与在阀部件上的橡胶弹性的密封唇相比较，密封边的使用寿命和它的密封作用能够由此提高。在阀部件和阀支架之间的密封受到蓄电池的酸的侵蚀，其可以从两个侧面进行。橡胶弹性材料比更硬的塑料材料更易受此影响。
密封塞的至少一个固定机构能够设计为例如外螺纹，它可以旋拧到填充和排气口的相应的内螺纹中。也可以设置其它的固定机构，例如卡扣固定机构或锁定机构，例如接合钩。
按照本发明的密封塞装置尤其适用于具有壳体的蓄电池，其中壳体的上部件具有保护盖，在其中形成一个或多个排气通道。有利地，密封塞装置此时不仅相对于保护盖的上部段而且相对于保护盖的下部段被密封，使得这个或这些位于其之间的排气通道也在密封塞装置的区域中向上和向下地被密封。密封塞装置的密封可以通过密封塞具有相应的密封环以相对于保护盖的上部段和下部段产生密封来实现。相应的密封环可以设计成径向密封环或轴向密封环。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，密封塞在轴向区域中在相对于上部段的密封和相对于下部段的密封之间具有至少一个排气口。有利地，密封塞的排气口此时这样地布置，即它与在保护盖中形成的排气通道直接接触并且借助于阀机构允许限定的气体经由密封塞的排气口流出到排气通道中。
本发明的一个有利的进一步扩展方案规定，阀部件在它与阀支架有关的接触区中没有轴向突出的密封唇。按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，阀支架的伸出部由比阀部件的材料更硬的材料形成。特别地，伸出部可以由阀支架的材料形成，阀支架可以由塑料材料，例如硬的塑料材料(诸如聚丙烯)制造。阀部件可以例如由橡胶制造。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，阀部件具有伸出部，所述伸出部布置在阀支架的内部空腔中并且起到用于将阀部件保持在阀支架中或保持在阀支架上的保持段的作用。这允许将阀部件牢固地保持在阀支架中以及使阀部件相对于阀支架简单并且可靠地位于中心。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，阀支架的内直径至少在被形成用于容纳阀部件的保持段的内部空腔的区域中大于-至少稍微大于-保持段的外直径。由此阀部件以一定程度的间隙保持在阀支架中，这允许保持段和阀支架之间的一定的相对运动。当蓄电池的内部处于高的气体压力下时，阀部件的上部区域(即阀支架的中空区域外部的阀部件区域)有一定的压缩，使得保持段相对于阀支架稍微向上移动。
该间隙允许阀部件在气体压力减小时可以再次扩大并返回到其原始位置，由此使得阀部件或密封突起能够确定地保证再次密封。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，阀支架的内部空腔的横截面朝着阀部件轴向地逐渐变窄。逐渐变窄的区域尤其可以旋转对称地设计。逐渐变窄的区域尤其可以布置在阀支架的轴向端部区域中，在其中阀部件布置在所述阀支架上。这具有优点，即在阀支架的上部支撑面上比在已知的密封塞装置中为阀部件提供更多的支撑面空间。此外可以减小阀部件的侧边间隙。
阀支架可以在它的内圆周上具有肋形凸起，在它们之间设置轴向延伸的间隙。这些间隙形成用于流出气体的流动通道。肋形凸起尤其可以布置在阀支架的前述逐渐变窄的内部区域中。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，阀部件具有凸缘，它在阀部件插入阀支架中时形成为止挡。这有利地允许将阀部件容易地插入阀支架中，其中，不费事地就可以将阀部件正确地定位。凸缘例如可以完全圆周环绕阀部件的中心段布置并且由此确保填充和排气口的密封。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，阀部件具有过压保护区，过压保护区在它的与阀支架远离的一侧上包括缺口。通过该缺口，阀部件的材料在过压保护区的区域中被削弱，使它可以更容易地变形。这由此在预先定义的过压下保证确定地打开阀机构。缺口可以有利地直接地在制造阀部件期间通过材料的适当的成形来制造，例如通过在硫化期间适当地形成。
备选地，该缺口可以通过在另一加工步骤中从阀部件上去除材料来实现，例如通过切削工艺。在与阀支架远离的一侧上，即在不承受气体压力的一侧上，设置缺口具有优点：缺口的成型和尺寸不影响在过压保护机构激活时用于流出气体的流动横截面。由此过压保护功能可以通过缺口的成型和尺寸更容易地和更选择性地适配于在反应压力方面存在的要求。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，缺口在阀部件的俯视图中具有基本上线性或部分圆形的轮廓。这允许简单的制造缺口。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，阀部件在过压保护区的区域中具有柔性提高的部位。该柔性提高的部位依据阀部件的实施例可以针对前述缺口附加地或备选地设置。该柔性提高的部位允许依据过压按照需要精确地规定过压保护功能参数，例如阀机构的打开压力或打开横截面。
该柔性提高的部位例如可以通过设置阀部件材料的削弱部实现。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，阀部件完全地或部分地由橡胶弹性材料制成。有利地，在此情况下尤其是在过压保护区中使用橡胶弹性材料。以这种方式可以不费力地制造过压保护机构，尤其是不需要附加的接头或铰链。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，密封塞具有用于容纳阀部件和阀支架的内腔。这具有优点：阀支架可以在相对较大的距离上通过管状伸出部被保持和支撑。由此可以实现阀支架在密封塞上的稳定的机械固定。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，密封塞在它的与由阀部件和阀支架构成的装置相对的端部区域上具有壁，当密封塞装置被插入填充和排气口中时，该壁将蓄电池的内部相对于周边区域密封，必要时通过添加密封件。这具有优点：密封塞能够完全地密封蓄电池壳体的外部，使得不仅液态电解质而且任何产生的气体都不可以通过填充和排气口直接地排出到周边区域中。气体最多可以通过排气通道被引导到壳体的确定的位置，在此处设置气体出口，它通常设有回火保护。但是气体不可以从各单独的填充和排气口直接地排出到大气中。
前面所述的壁除了具有前述的密封功能以外还具有其它的重要的功能。该壁用于在密封塞装置固定在填充和排气口中时通过咬入轮廓吸收扭矩和用于吸收力，以便提供相对于固定螺纹的固定力的反作用力。
开头所述的任务此外按照权利要求9通过一种蓄电池的壳体解决，其具有箱形的下壳体部件和用作壳体的盖的、可位于或被安放在下壳体部件上的上壳体部件，其中，上壳体部件具有蓄电池的至少一个组合的填充和排气口，其通过上述类型的密封塞装置密封。
按照本发明的一个有利的进一步扩展方案，上壳体部件包括至少一个在上壳体部件内延伸到壳体的至少一个气体出口的排气通道，其中，气体出口与组合的填充和排气口相间隔。
开头所述的任务此外按照权利要求11通过一种具有上面给出的类型的壳体的蓄电池解决。
本发明以下借助于实施例参照附图进行详细解释。
附图所示:
图1是插入蓄电池壳体的上壳体部件中的密封塞装置的侧视剖视图和
图2是阀支架和阀部件的侧视剖视图和
图3是阀部件的等轴视图和
图4是蓄电池局部的侧视剖视图。
在图中相同的附图标记用于相互相应的元件。
图1在侧视剖视图中示出密封塞装置1。可以看见阀部件2、阀支架3和密封塞4。阀支架3基本上为管形设计，例如具有圆环形横截面，并且包括内部空腔17，在其中布置阀部件2的保持段。阀部件2与布置在阀支架3的顶面5上的伸出部6形成阀机构16，阀机构16在空腔17中一定的过压时打开。空腔17在密封塞装置插入蓄电池的填充和排气口中时与蓄电池的内部连接。
密封塞4在它的顶面处具有指向蓄电池的外部的壁8，它是完全液体/气体密封的。密封塞4此外在它的与壁8相对侧(该侧面向蓄电池的内部)具有轴向延伸的管状伸出部9。管状伸出部9用于容纳和固定插入管状伸出部9的内腔40中的阀支架3。
壁8具有咬入轮廓，通过它密封塞装置1可以旋拧到填充和排气口的螺纹中。壁8此时放置在顶盖18上并且吸收由螺纹产生的固定力。壁8此外将蓄电池的内部相对于周边区域密封。为此可以在壁8和顶盖18之间设置一个或多个密封件，例如以密封环的形式，它们被模塑在形成该壁的密封塞4的头部上或下面。
图1此外示出，密封塞装置1插入构造为保护盖的蓄电池的上壳体部件32中。上壳体部件32包括上部段18和下部段19，它们相互连接成所述的保护盖。在上部段18和下部段19之间形成一个或多个排气通道36，通过该排气通道在蓄电池中产生的气体可以进入蓄电池壳体的气体出口。密封塞装置1或它的密封塞4具有排气口10，它与排气通道36连通。在蓄电池的内部中的相应的过压下气体可以经由空腔17通过阀机构16流出并且然后到达排气口10，从此处气体可以经由排气通道36排出。
作为能够固定到上壳体部件32的固定机构，密封塞4包括外螺纹7，它能够旋拧到上壳体部件32的例如在下部段19中的相应的内螺纹中。
密封塞4具有作为另一元件的阀加压面13，其例如可以布置在内部伸出部上，如图1所示。阀加压面13用于使与阀加压面13接触的阀部件2的加压伸出部20的上表面受到相对于阀支架3的一定的预紧力，使得阀机构16将不能打开，直到达到高于大气压力的一定的最小压力才打开。
如在图1中可以看见的，阀支架3在它的指向阀部件2的轴向侧面5处显示伸出部6。伸出部6构造为环绕轴向区域5的圆周密封边，如尤其通过图2可清楚地看见的。在图1中可以看见，阀部件2通过凸缘21的底面22放置在伸出部6上并且由此形成密封并且同时形成阀机构16。
图2局部地示出阀支架3的上部部分以及在被置于与阀支架3接触之前的阀部件2。
此外图3在放大的等轴视图中示例性地示出阀部件1。可以看见，阀部件1在它的面向密封塞4的阀加压面13的一侧上具有例如圆柱形的加压伸出部20。被称为凸缘21的较大横截面的区域附连到该加压伸出部。凸缘21在它的底面22上没有密封唇。阀部件1在凸缘21下面显示保持段24，如在图1中可看见的，保持段设置在阀支架3中。保持段24可以是圆柱形结构，朝着阀部件1的下端部过渡到锥形段25中。锥形段25用作引入斜面并且便于阀部件1插入阀支架3的中空区域17中。
为了实现具有确定的压力响应阈值的阀功能，阀部件1在凸缘21的顶面上可以显示缺口23。通过缺口23凸缘21的材料厚度在这个区域中被减小，以便产生柔性提高的部位。由此，产生的气体压力可以使凸缘21在缺口23的区域中比在凸缘21的其余的区段中更容易地变形。
图4在侧视剖视图中局部地示出具有壳体的蓄电池30，壳体包括上壳体部件32和下壳体部件33。描述的细节示出一个可充电蓄电池单元。蓄电池单元包括壳体室34，35，其用于容纳液态电解质。在壳体室34，35的上部区域中设置气体室35。液态电解质设置在下部区域34中。在上壳体部件32中提供组合的填充和排气口31，在其中插入前述类型的密封塞装置1。密封塞装置1通过外螺纹7旋拧到填充和排气口31的相应的内螺纹中。当气体在气体室35中聚集并且超过一定的过压时，阀机构16打开。由此过多的气体可以经由内部空腔17，阀机构16和密封塞4的排气口10进入在上壳体部件32中形成的排气通道36中。排气通道36与壳体32，33的气体出口连接，它又与周边区域连接。

Claims (11)

1.一种用于密封蓄电池(30)的组合的填充和排气口(31)的密封塞装置(1)，其中，所述密封塞装置(1)包括阀部件(2)、阀支架(3)和密封塞(4)，其中，所述阀部件(2)布置在所述阀支架(3)上并且与所述阀支架(3)形成在加压时可打开的阀机构(16)，所述阀机构(16)用于相对于周边区域来密封所述蓄电池(30)的至少一个内部空间(34，35)，其中，所述密封塞(4)包括至少一个固定机构(7)，所述至少一个固定机构(7)配置成固定到所述组合的填充和排气口(31)并且同时使所述阀部件(2)受到朝向所述阀支架(3)的预紧力，其特征在于，所述阀支架(3)包括朝向所述阀部件(2)轴向突出的至少一个伸出部(6)，所述至少一个伸出部(6)在面向所述阀部件(2)的顶部表面(5)上形成为圆周密封边缘，所述阀部件(2)放置在所述至少一个伸出部(6)上，其中所述至少一个伸出部(6)包括从所述阀支架(3)的所述顶部表面(5)朝向所述阀部件(2)轴向地逐渐变窄的锥形表面，所述阀部件(2)包括保持段(24)，其中所述阀部件(2)的所述保持段(24)延伸入所述阀支架(3)的内部空腔，其中所述阀支架(3)的所述内部空腔配置成至少部分地阻止所述阀部件(2)相对于所述阀支架(3)的侧向运动，并且其中所述至少一个伸出部(6)由比所述阀部件(2)的材料硬的材料形成。
2.根据权利要求1所述的密封塞装置，其特征在于，所述阀部件(2)在接触区(22)中没有轴向突出的密封唇，所述阀部件(2)通过所述接触区(22)安置在所述阀支架(3)上。
3.根据权利要求1所述的密封塞装置，其中，所述至少一个伸出部(6)包括聚丙烯，其中所述内部空腔的横截面朝向所述阀部件(2)轴向地逐渐变窄。
4.根据权利要求1所述的密封塞装置，其特征在于，所述阀部件(2)的所述保持段(24)配置成将所述阀部件(2)保持在所述阀支架(3)中或保持在所述阀支架(3)上。
5.根据权利要求4所述的密封塞装置，其特征在于，所述阀支架(3)的内直径至少在内部空腔(17)中大于所述保持段(24)的外直径，该内部空腔(17)被形成以容纳所述阀部件(2)的所述保持段(24)。
6.根据权利要求4或5所述的密封塞装置，其特征在于，所述阀部件(2)包括凸缘(21)，所述凸缘(21)在所述阀部件(2)插入所述阀支架(3)中时形成止挡。
7.根据权利要求1所述的密封塞装置，其特征在于，所述密封塞(4)包括用于容纳所述阀部件(2)和所述阀支架(3)的内腔(40)。
8.根据权利要求1所述的密封塞装置，其特征在于，所述密封塞(4)在所述密封塞的与由所述阀部件(2)和所述阀支架(3)构成的装置相反的端部区域中包括壁(8)，当所述密封塞装置(1)插入所述组合的填充和排气口(31)中时，所述壁(8)使得所述蓄电池(30)的所述至少一个内部空间(34，35)相对于所述周边区域密封。
9.一种蓄电池(30)的壳体，所述壳体具有箱形的下壳体部件(33)和用作所述壳体的盖的、用于被安放到所述下壳体部件(33)上的上壳体部件(32)，其中，所述上壳体部件(32)包括所述蓄电池(30)的组合的填充和排气口(31)，所述组合的填充和排气口(31)通过根据前述权利要求中任一项所述的密封塞装置(1)来密封。
10.根据权利要求9所述的壳体，其特征在于，所述上壳体部件(32)包括至少一个排气通道(36)，所述至少一个排气通道(36)在所述上壳体部件(32)内延伸到所述壳体的至少一个气体出口，其中，所述至少一个气体出口与所述组合的填充和排气口(31)相间隔。
11.一种蓄电池，其具有根据权利要求9或10中任一项所述的壳体。
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