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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befüllung von Batteriezellen eines Batteriegehäuses mit Elektrolyt während der Herstellung einer VRLA-AGM-Batterie, wobei das Batteriegehäuse mit jeweils einem Glasfaservlies bestückte erste und zweite Batteriezellen bereitstellt, wobei jede erste Batteriezelle nur unmittelbar benachbart zu zweiten Batteriezellen und jede zweite Batteriezelle nur unmittelbar benachbart zu ersten Batteriezellen im Gehäuse angeordnet ist, wobei unmittelbar benachbarte Batteriezellen durch gemeinsame Zellwände voneinander getrennt sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Aus dem Stand der Technik VRLA-Batterien (Valve-Regulated Lead-Acid battery) des AGM-Typs (Absorbent Glass Mat) bekannt. Solche Batterien sind Bleiakkumulatoren in einer verschlossenen Bauform, wobei der Akkumulator ein Überdruckventil enthält. Der AGM bezeichnet dabei eine weitere Bauform des Bleiakkumulators, bei der der Elektrolyt in einem Vlies aus Glasfaser gebunden ist. Batterien dieses Bautyps haben den Vorteil, dass der Säure-Elektrolyt nicht auslaufen kann und diese daher auch liegend verwendbar sind.
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Es ist in diesem Zusammenhang ferner bekannt, Batteriegehäuse mit Säure unter Verwendung eines Vakuums zu befüllen. Dabei werden gleichzeitig sämtliche Batteriezellen eines Batteriegehäuses unter Vakuum gesetzt, wodurch die Säure in die Batteriezellen eingesogen wird. Es sind beispielsweise sechs Batteriezellen vorgesehen, die so gleichzeitig mit Säure beaufschlagt werden. Dabei wird das Vakuumverfahren insbesondere bei VRLA-AGM-Batterien angewendet, um in das Glasfaservlies die Säure regelrecht einsaugen bzw. einpressen zu können. Man spricht hier auch vom „Imprägnieren“.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz des Anlegens eines Vakuums eine vollständige Durchdringung des Vlieses mit Säure nicht sicher erreicht werden kann. Es bilden sich regelmäßig trockene Stellen aus, was es zu vermeiden gilt, da bei einer Erstbestromung der Batterie an diesen Stellen Kurzschlussströme entstehen können.
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Es besteht daher Verbesserungsbedarf mit Blick auf Betriebssicherheit und Lebensdauer der bekannten VRLA-AGM-Batterien.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welchen VRLA-AGM-Batterien mit verbesserter Betriebssicherheit und Lebensdauer herstellbar sind.
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Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung verfahrensseitig ein eingangs genanntes gattungsgemäßes Verfahren zur Befüllung von Batteriezellen eines Batteriegehäuses mit Elektrolyt während der Herstellung einer VRLA-AGM-Batterie vor, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt die ersten Batteriezellen unter Vakuumbeaufschlagung mit Elektrolyt befüllt werden und die zweiten Batteriezellen belüftet werden und dass in einem zweiten Verfahrensschritt die zweiten Batteriezellen unter Vakuumbeaufschlagung mit Elektrolyt befüllt werden und die ersten Batteriezellen belüftet werden.
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Das neuartige Verfahren sieht im Gegensatz zum Stand der Technik eine alternierende Vakuumbeaufschlagung der ersten und zweiten Batteriezellen vor. Demnach werden nicht sämtliche Batteriezellen gleichzeitig mit Vakuum beaufschlagt, sondern nur jeweils nicht unmittelbar benachbarte Batteriezellen, und dies abwechselnd, d. h. alternierend. Bei einer 6-Batteriezellen-Batterie werden beispielsweise die ersten Batteriezellen 1, 3 und 5 vakuumbeaufschlagt, gefolgt von einer Vakuumbeaufschlagung der zweiten Batteriezellen 2, 4 und 6. Diese Vakuumbeaufschlagung wird abwechselnd durchgeführt, so dass beispielsweise die Batteriezellen 1, 3 und 5 unter Vakuum stehen, die Batteriezellen 2, 4 und 6 aber nicht, da sie zeitgleich belüftet werden. Dies wird dann im nächsten Zyklus umgekehrt. Infolge der alternierenden Vakuumbeaufschlagung beulen sich die die einzelnen Batteriezellen voneinander trennenden Zellwände aus, je nach Vakuumbeaufschlagung entweder konvex oder konkav. Eine unter Vakuum stehende Batteriezelle saugt mithin die Zellwände der benachbarten Batteriezellen, die nicht unter Vakuum stehen an, wodurch sich eine konkave Ausgestaltung ergibt. Wird diese ehemals unter Vakuum stehende Batteriezelle nun nicht mehr evakuiert, die benachbarten Batteriezellen hingegen schon, so beulen sich die Zellwände in die andere Richtung aus, mithin konvex. Durch diese Wandbewegung entsteht eine Art Pumpeffekt, der dafür sorgt, dass der Säure-Elektrolyt optimierter in die Vliesmaterialien eingepresst wird. Im Ergebnis können trockene Stelle im Vliesmaterial vermieden werden. Im Ergebnis führt dies in vorteilhafter Weise zu einer VRLA-AGM-Batterie, die hinsichtlich Betriebssicherheit und Lebensdauer verbessert ist.
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Der Begriff „Vakuumbeaufschlagung“ dient lediglich der Vereinfachung technischer Zusammenhänge und ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass in dem betreffenden Volumenraum, insbesondere den Batteriezellen, ein Vakuum erzeugt wird, indem dieser mit einer entsprechenden Vakuumeinheit, insbesondere einer Vakuumpumpe, strömungstechnisch verbunden wird.
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Erfindungsgemäß können der erste und zweite Verfahrensschritt nur ein einziges Mal oder wiederholt durchgeführt werden. Bevorzugt ist es, dass der erste und zweite Verfahrensschritt wiederholt durchgeführt werden. Dabei schließt sich an den zweiten Verfahrensschritt wieder der erste Verfahrensschritt an. Es hat sich gezeigt, dass durch den alternierend dynamischen Wechsel zwischen Vakuumbeaufschlagung und Belüftung der durch die Zellwände induzierte Pumpeffekt verstärkt werden kann. Dies hat eine weitere Verbesserung der Imprägnierung des Glasfaservlieses zur Folge. Es ist dabei bevorzugt, dass der erste und zweite Verfahrensschritt zwischen 2 und 10 Mal wiederholt werden.
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Erfindungsgemäß können Vakuumbeaufschlagung und Belüftung innerhalb eines Verfahrensschritts in beliebiger zeitlicher Abfolge erfolgen. Also nacheinander, überlappend oder gleichzeitig. Die verschiedenen Abfolgen haben unterschiedliche Vorteile. Es ist jedoch bevorzugt, dass innerhalb eines Verfahrensschritts jeweils gleichzeitig die einen Batteriezellen belüftet und die jeweils anderen Batteriezellen evakuiert werden. Hierdurch wird der Pumpeffekt der Zellwände weiter verstärkt, was im Ergebnis eine Verbesserung der Imprägnierung des Glasfaservlieses bewirkt. Es ist bei dieser Ausgestaltung insbesondere vorgesehen, dass im ersten und zweiten Verfahrensschritt im Wesentlichen über die gesamte Dauer des jeweiligen Verfahrensschritts evakuiert und belüftet wird.
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Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung vorrichtungsseitig ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, aufweisend eine Vakuumeinheit, zwei gesonderte jeweils über Absperrhähne, strömungstechnisch mit der Vakuumeinheit einerseits und der Umgebungsluft andererseits verbindbare Strömungskanäle und eine Steuerungseinrichtung, wobei der erste Strömungskanal mit den ersten Batteriezellen strömungstechnisch verbindbar ist und wobei der zweite Strömungskanal mit den zweiten Batteriezellen strömungstechnisch verbindbar ist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Vakuumeinheit und die Absperrhähne derart anzusteuern, dass über den ersten Strömungskanal die ersten Batteriezellen mit einem Vakuum beaufschlagbar sind und gleichzeitig über den zweiten Strömungskanal die zweiten Batteriezellen mit Umgebungsluft belüftbar sind und umgekehrt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem sie die Mittel für die alternierende Vakuumbeaufschlagung der ersten Batteriezellen einerseits und die Belüftung der zweiten Batteriezellen andererseits und umgekehrt bereitstellt. Aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtungen erlauben gerade keine alternierende Vakuumbeaufschlagung. Gerade diese ist für die erfindungsgemäße Verfahrensführung jedoch wesentlich, da erst durch sie sich die die einzelnen Batteriezellen voneinander trennenden Zellwände ausbeulen, je nach Vakuumbeaufschlagung entweder konvex oder konkav. Eine unter Vakuum stehende Batteriezelle saugt mithin die Zellwände der benachbarten Batteriezellen, die nicht unter Vakuum stehen an, wodurch sich eine konkave Ausgestaltung ergibt. Wird diese ehemals unter Vakuum stehende Batteriezelle nun nicht mehr evakuiert, die benachbarten Batteriezellen hingegen schon, so beulen sich die Zellwände in die andere Richtung aus, mithin konvex. Durch diese Wandbewegung entsteht eine Art Pumpeffekt, der dafür sorgt, dass der Säure-Elektrolyt optimierter in die Vliesmaterialien eingepresst wird. Im Ergebnis können trockene Stelle im Vliesmaterial vermieden werden. Im Ergebnis führt auch die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise zu einer VRLA-AGM-Batterie, die hinsichtlich Betriebssicherheit und Lebensdauer verbessert ist, indem sie die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
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Erfindungsgemäß sind die Strömungskanäle jeweils über Absperrhähne mit der Vakuumeinheit und der Umgebungsluft strömungstechnisch verbindbar. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Absperrhähne als 2-Wege-Absperrhähne ausgebildet sind. Auf diese Weise ist es möglich, die jeweils benötigte Strömungsverbindung mit nur einem Absperrhahn pro Strömungskanal zu schalten. Beispielsweise ist der im ersten Strömungskanal angeordnete Absperrhahn im ersten Verfahrensschritt derart ausgerichtet, dass es die Vakuumeinheit mit dem ersten Strömungskanal strömungstechnisch verbindet, die Strömungsverbindung zur Umgebungsluft jedoch fluiddicht sperrt. Demgegenüber ist der im zweiten Strömungskanal angeordnete Absperrhahn im ersten Verfahrensschritt derart ausgerichtet, dass es die Umgebungsluft mit dem zweiten Strömungskanal strömungstechnisch verbindet, die Strömungsverbindung zur Vakuumeinheit jedoch fluiddicht sperrt. Prinzipiell kann der bevorzugte 2-Wege-Absperrhahn jeweils durch zwei 1-Weg-Absperrhähne ersetzt werden. Jedoch vereinfacht ein 2-Wege Hahn die Steuerung der Vorrichtung insgesamt und verringert durch Reduzierung von beweglichen Teilen den Wartungsaufwand.
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Erfindungsgemäß sind die Strömungskanäle mit den korrespondierenden Batteriezellen strömungstechnisch verbindbar. Vorzugsweise ist hierzu wenigstens eine Anschlussvorrichtung vorgesehen, welche eine fluiddichte strömungstechnische Verbindung der Strömungskanäle mit den jeweiligen Batteriezellen erlaubt.
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Erfindungsgemäß ist eine Vakuumeinheit vorgesehen, mittels welcher die Batteriezellen mit Vakuum beaufschlagt werden. Bevorzugt weist die Vakuumeinheit hierzu eine Vakuumpumpe auf. Die Vakuumpumpe ist weiter bevorzugt als Membranpumpe zur Erzeugung eines Hochvakuums ausgebildet. Hierdurch kann die für die Verfahrensführung notwendige Saugleistung bereitgestellt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von für den Fachmann nicht beschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein in einem Verfahren gemäß der Erfindung eingesetztes Batteriegehäuse einer VRLA-AGM-Batterie in schematischer seitlicher Schnittdarstellung;
- 2 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt ein Batteriegehäuse 1 mit Außenwänden 2. Das Gehäuse 1 stellt vorliegend sechs Batteriezellen 3 bereit. Vorliegend sind die Batteriezellen 3 in erste Batteriezellen A und zweite Batteriezellen B unterteilt.
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Erste Batteriezellen A sind dabei ausschließlich zu zweiten Batteriezellen B unmittelbar benachbart und umgekehrt. Unmittelbar benachbarte Batteriezellen A, B sind durch gemeinsame Zellwände 4 voneinander getrennt.
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In jeder Batteriezelle 3 ist ein nicht dargestelltes Glasfaservlies angeordnet.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 5. Die Vorrichtung 5 weist eine Vakuumeinheit 6 in Form einer Vakuumpumpe, einen ersten Strömungskanal 7, einen zweiten Strömungskanal 8, einen ersten 2-Wege-Absperrhahn 9, einen zweiten 2-Wege-Absperrhahn 10 sowie eine nicht dargestellt Anschlusseinrichtung auf.
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Die Vakuumeinheit 6 ist strömungstechnisch mit den beiden 2-Wege-Absperrhähnen 9, 10 verbunden. Die 2-Wege-Absperrhähne 9, 10 sind ferner jeweils mit der Umgebungsluft 11 strömungstechnisch verbunden.
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Es ist darüber hinaus zu erkennen, dass der erste 2-Wege-Absperrhahn 9, den ersten Strömungskanal 7 in Abhängigkeit seiner Sperrstellung entweder mit der Umgebungsluft 11 oder mit der Vakuumeinheit 6 strömungstechnisch verbindet. Gleichermaßen verbindet der zweite 2-Wege-Absperrhahn 10, den zweiten Strömungskanal 8 in Abhängigkeit seiner Sperrstellung strömungstechnisch entweder mit der Umgebungsluft 11 oder mit der Vakuumeinheit 6.
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Der erste Strömungskanal 7 ist mit den ersten Batteriezellen A strömungstechnisch verbunden, während der zweite Strömungskanal 8 mit den zweiten Batteriezellen B strömungstechnisch verbunden ist.
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Ferner verfügt die Vorrichtung über eine nicht dargestellte Steuerungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Vakuumeinheit 6 und die Absperrhähne 9, 10 derart anzusteuern, dass über den ersten Strömungskanal 7 die ersten Batteriezellen A mit einem Vakuum beaufschlagbar sind und gleichzeitig über den zweiten Strömungskanal 8 die zweiten Batteriezellen B mit Umgebungsluft 11 belüftbar sind und umgekehrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriegehäuse
- 2
- Außenwände
- 3
- Batteriezellen
- 4
- Zellwände
- 5
- Vorrichtung
- 6
- Vakuumeinheit
- 7
- erster Strömungskanal
- 8
- zweiter Strömungskanal
- 9
- erster Absperrhahn
- 10
- zweiter Absperrhahn
- 11
- Umgebungsluft
- A
- erste Batteriezellen
- B
- zweite Batteriezellen
