DE102005063540B4

DE102005063540B4 - Bleibatterie und Kunststoff-Batteriedeckel

Info

Publication number: DE102005063540B4
Application number: DE102005063540.7A
Authority: DE
Inventors: Gerolf Richter; Peter Streuer; Olaf Sielemann; Hans-Heinrich Schirmer
Original assignee: Johnson Controls Autobatterie GmbH and Co KGaA
Current assignee: Clarios Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2025-09-28

Abstract

Kunststoff-Batteriedeckel (1) zum Verschließen eines Batteriegehäuses mit einer im auf das Batteriegehäuse aufgesetzten Zustand in das Batteriegehäuse weisenden Unterseite (U) und einer gegenüberliegenden Oberseite (O), und mit mindestens einem durch den Batteriedeckel (1) geführten metallischen Anschlusspolelement (2), wobei der Bereich zwischen dem mindestens einen Anschlusspolelement (2) und der Oberseite (O) des Batteriedeckels (1) derart angepasst ist, dass nach der Volumenreduktion vom Kunststoff in diesem Bereich bei der Spritzgussherstellung des Batteriedeckels (1) ein Spalt zwischen Anschlusspolelement (2) und angrenzendem Kunststoff des Batteriedeckels (1) an der Oberseite (O) verhindert wird, wobei das mindestens eine Anschlusspolelement (2) eine vom Umfang des Anschlusspolelements (2) hervorragende Anschlussflanke (4) angrenzend an die Oberseite des Batteriedeckels (1) hat, wobei die Anschlussflanke (4) am Außenumfang eine mindestens teilweise umlaufende Nut (N) hat, wobei im Abstand voneinander auf einem Kreisumfang an der Oberseite (O) des Batteriedeckels (1) halbkugelartige Abstandshalter (8) aus Kunststoff integral mit dem Kunststoff-Batteriedeckel (1) ausgeformt sind, und wobei an dem Anschlusspolelement (2) wulstartige Abstandshalter (9) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoff-Batteriedeckel zum Verschließen eines Batteriegehäuses mit einer im auf das Batteriegehäuse aufgesetzten Zustand in das Batteriegehäuse weisenden Unterseite und einer gegenüberliegenden Oberseite, und mit mindestens einem durch den Batteriedeckel geführten metallischen Anschlusspolelement.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Bleibatterie mit einem in Zellen unterteilten Kunststoffgehäuse, einer Vielzahl von Elektrodenplatten in den Zellen des Kunststoffgehäuses und mit Elektrolyt in den Zellen.
Bei der Herstellung von Batterien stellt ein besonderes Problem die Ausführung dichter und dicht bleibender Durchführungen z. B. für Polanschlüsse und Zellenverbinder dar. Die Durchführungen müssen preiswert und einfach herstellbar sein und dem hochkriechfähigen Elektrolyten standhalten können. Hierzu werden in der Regel Bleibuchsen als Poldurchführungen in den Batteriedeckel oder in die Zellenwände eingepresst oder eingespritzt.
Dabei ist trotz unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metall und Kunststoff ein fester Sitz zu gewährleisten. Hinzu kommen weitere Probleme durch die Anwesenheit von Säure innerhalb und während der Batterieherstellung.
Aus der DE 1 671 999 ist eine Poldurchführung in Form einer Bleibuchse mit Labyrinthringen beschrieben, bei der in den Labyrinthringen umlaufende oder unterbrochene Hinterschneidungen vorgesehen sind. Die Labyrinthringe haben an ihren Außendurchmessern Verdrehsicherungen. Die erforderliche Dichtung für Gas und Säure wird einerseits durch die Verschweißung der Anschlusspole mit den Polbuchsen und andererseits durch die Umspritzung des unteren Teils der Polhülse erreicht. Die Dichtigkeit zwischen Kunststoff und Polhülse wird durch die labyrinthförmige Ausführung mit möglichst glatten (metallisch blanken) Oberflächen im Zusammenwirken mit dem dreiachsigen Schrumpf des Kunststoffs bei der Spritzgussfertigung der Batteriedeckel erreicht.
Aus der Druckschrift US 4,410,610 A ist eine Lagerbuchse für die Pole von elektrischen Batterien und Akkumulatoren bekannt. Die Lagerbuchse besteht aus einer mit Aussparungen versehenen, in Dichtungsmaterial eingebetteten, ein Dichtelement bildenden Metalldüse mit einer äußeren Deckel der Batterie bzw. des Akkumulators anliegenden Umfangsfläche und mit einer inneren, wenigstens zum Teil mit dem den Deckel durchgreifenden Polbolzen in festem Kontakt verbundenen Umfangsfläche. Das eine Ende der Metalldüse steht gegenüber dem Dichtungsmaterial vor und bildet einen Ring, dessen Innenfläche einen Teil der inneren Umfangsfläche des Dichtungselements gebildet und wenigstens zum Teil in fester Verbindung mit dem Polbolzen steht. Dabei ist vorgesehen, dass das Dichtungsmaterial aus einem elastischen federnden Material besteht, und dass die äußere Umfangsfläche des Dichtungselements derart ausgebildet ist, dass sie in einem beweglichen unmittelbaren Kontakt mit dem Deckel steht und eine Dichtfläche für den Deckel bildet.
Andere Ausführungsformen für einen Anschlusspol für einen Akkumulator bzw. Batterie sind aus den Druckschriften US 3,775,730 A , US 2,066,597 A und US 2,052,499 A bekannt.
Aus der DE 42 41 393 C2 ist ein Anschlusspol für einen Akkumulator bekannt, bei dem die Rippen des Labyrinths widerhakenförmig ausgeführt sind. Auch bei einer Erwärmung verlieren sie damit ihre Dichtwirkung über ein weites Temperaturintervall nicht.
In diesem Zusammenhang hat sich ein Einbettverfahren durchgesetzt, bei dem der Kunststoffanspritzpunkt in der Nähe der Poldurchführung liegt, so dass diese Zone zuletzt erstarrt und damit einen optimalen Anpressschrumpf des Kunststoffs gewährleistet. Um dieser Art der Polbuchsendurchführung eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegen tordiertes Verdrehen zu geben, sind die Polbuchsen auf der Höhe der Batterie außen auf der Oberfläche mit einer in den Hülsenring angebrachten Verzahnung versehen.
Ein Problem besteht nun darin, dass in dem Bereich der jeweils am Ende des Polbuchsenlabyrinths befindlichen Füge- bzw. Trennlinie zwischen Kunststoff und Metall ein drei-dimensionaler Schrumpf nicht gewährleistet werden kann. Dies gilt insbesondere für die nach außen gerichtete Oberfläche des Batteriedeckels mit dem schon für den zwei-dimensionalen Dichtschrumpf des Kunststoffs problematischen Bereich des Verdrehschutzes.
Die Folge ist ein, wenn auch nur örtlich kurzes und begrenztes Eindringen von Säure in einem nur μ-Meter breiten Spalt sowie der Verbleib der Säure trotz intensivster Bemühungen einer Reinigung.
Wird nun nach Einbau der Batterie in ein Fahrzeug zur elektrischen Kontaktierung die Polklemme auf die Polbuchse gesetzt und verschraubt, kann es bei Anwesenheit von Wasser zum Eindringen von Säure an den Grundstoff Messing aufgrund von Rissen in der Polklemmenverzinnung kommen. Dies führt dazu, dass sich der Messing-Grundkörper der Polklemme durch Auslösen von Zink zersetzt.
Zur Lösung dieses Problems kann das später mit Kunststoff zu spritzende Polbuchsenlabyrinth vorab mit einem Haftvermittler oder durch Pulverbeschichtung behandelt werden. Dies führt jedoch zu höheren Kosten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten Kunststoff-Batteriedeckel mit einem verbesserten Übergang zwischen Kunststoff und Anschlusspolelement zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, dass die jeweils vom Umfang eines Anschlusspolelementes hervorragende Anschlussflanke, die angrenzend an die Oberfläche des Batteriedeckels angeordnet ist, an ihrem Außenumfang eine mindestens teilweise umlaufende Nut hat. Bei der Spritzgussfertigung des Batteriedeckels dringt Kunststoff in die Nut ein, so dass die Tiefe eines möglicherweise entstehenden Spalts an der Trennlinie zwischen dem Metall des Anschlusspolelements und dem Kunststoff des Batteriedeckels reduziert wird.
Dies kann durch Veränderung des Labyrinthgeometrie erreicht werden, mit dem Ziel, auch an der Trennlinie zwischen Kunststoff des Batteriedeckels und Metall des Anschlusspolelementes, die sich auf der Batterieaußenseite befindet, den dreiachsigen Schrumpf des Kunststoffs bei der Spritzgussfertigung des Batteriedeckels zu nutzen.
Eine besonders einfache Ausführungsform sieht vor, dass das mindestens eine Anschlusspolelement eine vom Anschlusspolelement in Richtung Batteriedeckel hervorragende und zur Oberseite des Batteriedeckels angeschrägte Anschlussflanke am Umfang des Anschlusspolelementes hat und Kunststoff auf der geneigten Oberseite der Anschlussflanke aufliegt. Durch die vom Anschlusspolelement weg in Richtung zur Unterseite schräg verlaufende Anschlussflanke wird erreicht, dass auf der Oberseite der Anschlussflanke aufliegender Kunststoff beim Schrumpfen immer ohne Belassung eines Spalts bündig in die Anschlussflanke übergeht.
Eine weitere Ausführungsform sieht einen umlaufenden Einstich in dem an die Oberseite des Batteriedeckels angrenzenden Bereich des Anschlusspolelementes zur Aufnahme von Kunststoff vor. Der in dem Einstich bei der Spritzgussfertigung vorhandene Kunststoff füllt auch bei Volumenreduktion diesen immer noch ausreichend aus, um einen spaltfreien, bündigen Anschluss des Batteriedeckels an das Anschlusspolelement sicherzustellen.
Als vorteilhaft hat es sich auch herausgestellt, wenn die Außenfläche des Anschlusspolelements nicht metallisch blank, sondern aufgerauht ist. Hierzu kann die Außenfläche beispielsweise gewellt, gerillt, geschuppt oder vernarbt sein.
Der nach VDI-Richtlinie 3400 bestimmte optimale Rauhigkeitsgrad sollte in dem Bereich der Rauhigkeitsstufen 36 bis 50 und bevorzugt von 39 bis 42 liegen.
Es ist aber auch denkbar, jeweils einen auf den Umfang des zugeordneten Anschlusspolelementes aufgepressten separaten Kunststoffring vorzusehen, um einen Abstand eines Ringspalts zwischen Kunststoff-Batteriedeckel und Anschlusspolelement sicherzustellen. Der aufgrund der Volumenreduktion von Kunststoff bei der Spritzgussfertigung problematische Anschlussbereich zwischen Kunststoff-Batteriedeckel und Anschlusspol wird somit an den Außenumfang des ringförmigen Abstandshalters aus Kunststoff verlegt.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen kann die Anschlussflanke als Verdrehschutz mit zwei oder mehr am Umfang des Anschlusspolelementes vorstehenden Fingern ausgebildet sein. D. h., dass durch konstruktive Ausgestaltung des Verdrehschutzes ein Spalt am Übergang zwischen Kunststoff-Batteriedeckel und Anschlusspolelement verhindert wird.
Alternativ hierzu kann aber auch eine ringförmige, dem Pol umgebende Kunststoffwulst als Teil des Batteriedeckels mit einer Größe von etwa 0,5 bis 1,5 mm vorgesehen sein. Diese integral mit dem Batteriedeckel bei der Spritzgussfertigung erstellte Kunststoffringwulst grenzt an das zugeordnete Anschlusspolelement an und umschließt dieses.
Damit sich innerhalb dieses Ringbereiches keine Feuchtigkeit ansammelt bzw. aufstaut, ist es vorteilhaft, wenn die Ringwulst an mindestens einer Stelle geschlitzt ist. Vorteilhaft sind mindestens ca. 2 mm breite Schlitze in Verbindung mit einer zur Kunststoffringwulst geneigten, also leicht kegeligen Innenfläche. Neben den Ringwulstelementen sind auch halbkugelartige Abstandshalter denkbar.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen:
1 Schnitt-Ausschnittsansicht eines nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Batteriedeckels mit einem angeschrägte Anschlussflanken aufweisenden Anschlusspolelement;
2 Schnitt-Ausschnittsansicht eines nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Batteriedeckels mit Einstich in das Anschlusspolelement und vergrößte Ausschnittsdarstellung des Einstichs;
3 Schnitt-Ausschnittsansicht eines nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Batteriedeckels mit einer widerhakenförmig hinterschnittenen Anschlussflanke eines Anschlusspolelements;
4 Schnitt-Ausschnittsansicht eines nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Batteriedeckels mit auf den Umfang des Anschlusspolelementes aufgepresstem Kunststoffring;
5 Schnitt-Ausschnittsansicht eines zur beanspruchten Erfindung gehörende Batteriedeckels mit halbkugelartigen Abstandshaltern am Anschlusspolelement und der Oberseite des Batteriedeckels;
6 Ausschnittsansicht aus 5 als Draufsicht auf die halbkugelartigen Abstandshalter.
Die 1 lässt eine Schnitt-Ausschnittsansicht eines nicht zur beanspruchten Erfindung gehörenden Batteriedeckels 1 erkennen, der aus Polypropylen PP in Spritzgusstechnik hergestellt ist. Bei der Spritzgussfertigung wird ein Anschlusspolelement 2 in Form einer Polhülse in den Batteriedeckel 1 eingespritzt. Das Anschlusspolelement 2 hat umlaufende Vorsprünge 3 mit widerhakenförmigem Profil. Im Bereich der Batterieaußenfläche ist eine umlaufende Anschlussflanke 4 vorgesehen, die gleichzeitig einen Verdrehschutz ausbildet. Hierzu ist die Anschlussflanke 4 mit zwei oder mehr vom Umfang des Anschlusspolelementes 2 vorstehenden Fingern ausgebildet.
Die Anschlussflanke 4 hat eine vom Anschlusspolelement 2 in Richtung der Unterseite u des Batteriedeckels geneigte, d. h. angeschrägte Oberfläche, so dass auf der Oberfläche aufliegender Kunststoff des Batteriedeckels 1 bei der im Spritzgussfertigungsvorgang auftretenden Volumenreduktion auf der geneigten Oberfläche der Anschlussflanke 4 nach unten wandert. Aufgrund der geneigten Form der Anschlussflanke 4 wird dabei sichergestellt, dass an der Oberseite O des Batteriedeckels 1 ein spaltfreier Übergang zwischen dem Kunststoff des Batteriedeckels 1 und der Anschlussflanke 4 besteht.
Die 2 lässt eine andere nicht zur beanspruchten Erfindung gehörende Ausführungsform erkennen, bei dem angrenzend an eine widerhakenförmige Anschlussflanke 4 ein Einstich 5 vorgesehen ist, der um den gesamten Außenumfang des Anschlusspolelementes 2 herum läuft. Bei der Spritzgussfertigung dringt Kunststoff in den Einstich 5 ein und verhakt sich bei dem Schrumpfungsprozess in der Spritzgussfertigung dort, so dass ein spaltfreier Übergang zwischen Anschlusspolelement 2 und Oberseite des Batteriedeckels sichergestellt ist.
Die 3 lässt eine andere nicht zur beanspruchten Erfindung gehörende Ausführungsform erkennen, bei der lediglich eine vom Kunststoff-Batteriedeckels 1 an der Oberseite O abgedeckte Anschlussflanke 4 mit widerhakenförmigem Profil vorgesehen ist. Durch das widerhakenförmige Profil verhakt sich der Kunststoff auch im Schrumpfungsprozess in der Trennlinie zwischen Anschlusspolelement 2 und Anschlussflanke 4, so dass wiederum ein spaltfreier Übergang zwischen Anschlusspolelement 2 und Kunststoff-Batteriedeckel 1 an der Batterieaußenseite sichergestellt ist.
Der Batterieschutz 6 ist von der Oberseite O des Batteriedeckels 1 in den mittleren Bereich zwischen Oberseite O und Unterseite U des Batteriedeckels 1 verlegt.
Die 4 lässt eine Schnitt-Ausschnittsansicht einer anderen nicht zur beanspruchten Erfindung gehörende Ausführungsform eines Batteriedeckels 1 erkennen, bei dem ein Kunststoffring 7 auf das Anschlusspolelement 2 aufgepresst ist. Dieser Kunststoffring 7 steht von der Oberseite des Batteriedeckels 1 um etwa 0,5 bis 1,5 mm hervor und bildet damit einen ringförmigen Abstandhalter. Der kritische Bereich der Trennlinie zwischen Anschlusspolelement 2 und Kunststoff-Batterie mit Deckel 1 ist durch den Kunststoffring 7 an den Außenumfang des Kunststoffrings 7 verlegt.
Damit sich innerhalb des Ringbereiches keine Feuchtigkeit ansammelt bzw. aufstaut, ist es vorteilhaft, wenn der Kunststoffring 7 an mindestens einer Stelle geschlitzt ist. Vorzugsweise sind hier zumindest ca. 2 mm breite Schlitze in Verbindung mit einer zum Kunststoffring 7 geneigten, also leicht kegeligen Innenfläche vorgesehen.
Die 5 lässt eine zur beanspruchten Erfindung gehörende Ausführungsform des Batteriedeckels 1 in Schnitt-Ausschnittsansicht erkennen. Anstelle eines Ringwulstelementes, d. h. des Kunststoffrings 7 aus der 4, sind im Abstand voneinander auf einem Kreisumfang an der Oberseite O des Batteriedeckels 1 halbkugelartige Abstandshalter 8 aus Kunststoff integral mit dem Kunststoff-Batteriedeckel 1 ausgeformt. Gleichermaßen sind an dem Anschlusspolelement 2 wulstartige Abstandshalter 9 angeordnet. Damit wird ein direkter mechanischer Kontakt von auf die Anschlusspole aufgeklemmten Polklemmen mit möglicher in einem Spalt zwischen Anschlusspolelement 2 und Kunststoff-Batteriedeckel 1 befindlichem Elektrolyt verhindert und damit eine Polklemmenkorrosion vermieden bzw. verzögert.
Weiterhin ist eine am Außenumfang der Anschlussflanke 4 umlaufende Nut N erkennbar, in die Kunststoff bei der Spritzgussfertigung eindringt, so dass die Tiefe eines möglicherweise entstehenden Spalts an der Trennlinie zwischen Metall und Kunststoff verringert wird. Das Einbringen der Nut N kann auch separat oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen erfolgen.
Die 6 lässt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Batteriedeckels 1 im Bereich des Anschlusspolelementes 2 erkennen. Es wird deutlich, dass die halbkugelartigen Abstandshalter 8 im Abstand voneinander auf einem Kreisumfang als integraler Teil des Kunststoff-Batteriedeckels 1 ausgeformt sind. Aus der Draufsicht der 6 sind auch die einen Verdrehschutz bildenden Finger 10 der Anschlussflanke 4 erkennbar.

Claims

Kunststoff-Batteriedeckel (1) zum Verschließen eines Batteriegehäuses mit einer im auf das Batteriegehäuse aufgesetzten Zustand in das Batteriegehäuse weisenden Unterseite (U) und einer gegenüberliegenden Oberseite (O), und mit mindestens einem durch den Batteriedeckel (1) geführten metallischen Anschlusspolelement (2), wobei der Bereich zwischen dem mindestens einen Anschlusspolelement (2) und der Oberseite (O) des Batteriedeckels (1) derart angepasst ist, dass nach der Volumenreduktion vom Kunststoff in diesem Bereich bei der Spritzgussherstellung des Batteriedeckels (1) ein Spalt zwischen Anschlusspolelement (2) und angrenzendem Kunststoff des Batteriedeckels (1) an der Oberseite (O) verhindert wird, wobei das mindestens eine Anschlusspolelement (2) eine vom Umfang des Anschlusspolelements (2) hervorragende Anschlussflanke (4) angrenzend an die Oberseite des Batteriedeckels (1) hat, wobei die Anschlussflanke (4) am Außenumfang eine mindestens teilweise umlaufende Nut (N) hat, wobei im Abstand voneinander auf einem Kreisumfang an der Oberseite (O) des Batteriedeckels (1) halbkugelartige Abstandshalter (8) aus Kunststoff integral mit dem Kunststoff-Batteriedeckel (1) ausgeformt sind, und wobei an dem Anschlusspolelement (2) wulstartige Abstandshalter (9) angeordnet sind.
Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Anschlusspolelement (2) eine vom Anschlusspolelement (2) in Richtung Batteriedeckel (1) hervorragende und zur Oberseite (O) des Batteriedeckels (1) angeschrägte Anschlussflanke (4) am Umfang des Anschlusspolelementes (2) hat und Kunststoff auf der Oberseite der Anschlussflanke (4) aufliegt.
Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein umlaufender Einstich im an die Oberseite (O) des Batteriedeckels (1) angrenzenden Bereich des Anschlusspolelementes (2) zur Aufnahme von Kunststoff und Vermeidung eines Spalts zwischen Anschlusspolelement (2) und Oberseite (O) des Batteriedeckels (1) vorgesehen ist.
Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein widerhakenförmiger Hinterschnitt einer am Umfang des Anschlusspolelementes (2) hervorragende Anschlussflanke (4) vorgesehen ist zur Aufnahme von Kunststoff im Hinterschnitt und Vermeidung eines Spalts zwischen Anschlusspolelement (2) und Oberseite (O) des Batteriedeckels (1).
Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlussflanken (4) als Verdrehschutz mit zwei oder mehr vom Umfang des Anschlusspolelementes (2) vorstehenden Fingern (10) ausgebildet ist.
Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenfläche der Anschlussflanke (4) ganz oder teilweise aufgerauht ist.
Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach Anspruch 6, wobei die Außenfläche der Anschlussflanke (4) gewellt, gerillt, geschuppt oder vernarbt ist.
Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein in den mittleren Bereich zwischen Oberseite (O) und Unterseite (U) des Batteriedeckels (1) verlegter Verdrehschutz mit zwei oder mehr vom Umfang des Anschlusspolelementes (2) vorstehenden Fingern (10) vorgesehen ist.
Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Anschlusspolelement (2) eine Polhülse zur Aufnahme eines Anschlusspolzylinders ist.
Bleibatterie mit einem in Zellen unterteilten Kunststoffgehäuse, einer Vielzahl von Elektrodenplatten in den Zellen des Kunststoffgehäuses und mit Elektrolyt in den Zellen, wobei das Kunststoffgehäuse mit einem Kunststoff-Batteriedeckel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche abgeschlossen ist und die Elektroden mit einem negativen und einem positiven Anschlusspol elektrisch kontaktiert sind.