DE10297445B4

DE10297445B4 - Ventileinheit für die Abdichtung und Entlüftung elektrischer Akkumulatoren

Info

Publication number: DE10297445B4
Application number: DE10297445T
Authority: DE
Inventors: Franco Stocchiero
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: ITVI20010240A1; US20050005979A1; DE10297445T5; RU2273917C2; WO2003043106A1; RU2004117879A; CN1615553A; US7228875B2

Abstract

Ventileinheit (1) für die Abdichtung und Entlüftung von elektrischen Akkumulatoren, umfassend:
– wenigstens einen rohrförmigen Kragen (2), der am Deckel (C) des Akkumulators ausgebildet ist und eine Verbindung zwischen der Umgebung und einem oder mehreren Entlüftungskanälen (S) herstellt, die in den Deckel (C) eingearbeitet sind,
– eine elastische Kappe (3), die auf die Außenfläche des rohrförmigen Kragens (2) aufgesetzt ist und ein geschlossenes Ende (5), ein offenes Ende und einen rohrförmigen Mantel (4) hat, der seinerseits aus zwei zylindrischen Abschnitten (41, 42) besteht, die miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (T1) des Mantelabschnittes (41), der an das geschlossene Ende anschließt, dünner als die Wandstärke (T2) des in das offene Ende übergehenden Mantelabschnittes (42) ist, daß die Wandstärke des ersten Abschnittes und die Wandstärke des zweiten Abschnittes über den gesamten Umfang gleich bleiben und daß beide Wandabschnitte die Mantelfläche des Kragens berühren, wobei die elastische...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinheit für die Abdichtung und Entlüftung elektrischer Akkumulatoren.
Bekanntlich entwickeln sich im Inneren von Akkumulatoren während des Betriebes und/oder der Aufladung Gase aufgrund der Elektrolyse und der Verdampfung des Wassers, welches in der elektrolytischen Lösung enthalten ist; diese besteht bekanntlich aus Schwefelsäure und destilliertem Wasser.
Eine besondere Bauart von Akkumulatoren sind die sogenannten Rekombinations-Akkumulatoren, bei denen die Gase, die sich während des Betriebes entwickeln, innerhalb des Akkumulators kondensieren, wodurch kein destilliertes Wasser verbraucht wird und damit die Notwendigkeit von Wassernachfüllung entfällt. Aus Sicherheitsgründen sind die Rekombinations-Akkumulatoren mit einer Reihe von Kanälen versehen, die in den Deckel eingearbeitet sind, der das Gehäuse mit den Elementen abschließt, welche die einzelnen Elektrolytzellen des Akkumulators mit einer Sicherheitsventileinheit verbinden, die eine Entlüftung der Gase nach außen gestattet, sobald diese einen vorbestimmten Druck überschreiten. Die genannte Ventileinheit muß auch verhindern, daß Luft in den Akkumulator eindringt, wenn während der Abkühlphase die Temperatur und damit auch der Druck im Gehäuseinneren absinkt.
Eine Ventileinheit für die Abdichtung und Entlüftung elektrischer Akkumulatoren des Standes der Technik ist als Beispiel in 1 dargestellt und mit A bezeichnet. Wie zu sehen ist, hat diese Einheit einen im wesentlichen rohrförmigen Kragen B, der von dem Deckel C des Akkumulators absteht und in Verbindung mit dem Innenraum des Akkumulators ist. Eine insgesamt mit D bezeichnete, elastische Kappe ist auf den Akkumulator aufgesetzt und besteht aus einem zylindrischen Körper E, der durch einen Boden F abgeschlossen ist.
Die Kappe D ist auch in den 2 und 3 dargestellt, wo zu erkennen ist, daß sie in ihrem Inneren mit drei Auskehlungen G versehen ist, die einen Winkelabstand von jeweils 120° voneinander haben und von denen jede aus einer Nut besteht, die sowohl in einen Teil des zylindrischen Körpers E als auch des Bodens F eingearbeitet ist.
Im Bereich jeder Auskehlung G ist am Ende des zylindrischen Körpers E eine Lippe H ausgebildet, die an dem rohrförmigen Kragen B anliegt und dadurch die Abdichtung herstellt. Bei einem Überdruck im Inneren des Akkumulators strömt das sich bildende Gas über den Kanal I von innen nach außen, der in 1 dargestellt und zwischen dem rohrförmigen Kragen B und der Auskehlung G gebildet ist; dabei wird die Lippe H abgehoben, so daß der Überdruck nach außen entweichen kann. Umgekehrt drückt bei einem Unterdruck innerhalb des Akkumulators der Außendruck die Lippen H gegen den rohrförmigen Kragen B, wodurch verhindert wird, daß Luft in den Akkumulator eindringt.

Ähnliche Ventileinheiten sind aus dem Aufsatz Busak – Shamban "Soupapes à la carte" (Ingenieur de l'Automobile, Raip. Boulogne, Frankreich, Nr. 690, 01.06.1994, Seite 15 – XP000510579, ISSN: 0020 – 1200), aus der entsprechenden US-A 5 455 124 (Busak + Shamban GmbH & Co) sowie aus EP-A 756 338 bekannt.

Ein Nachteil der erläuterten Ventilgruppen besteht in der geringen Tiefe der Auskehlungen G und damit in der geringen Größe der Kanäle I zwischen der Kappe D und dem rohrförmigen Kragen B; dadurch sind der Abbau des Überdrucks und das nachfolgende Abschließen schwierig und wird die Trägheit der Ventileinheit erhöht, die dadurch verhältnismäßig langsam reagiert, wenn der Druck im Inneren des Akkumulators größer oder kleiner wird. Das kann dazu führen, daß der Druck über zulässige Maximalwerte ansteigt.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Dichtfläche nur auf die Berührungsfläche zwischen dem Zylinderkörper der Kappe und dem rohrförmigen Kragen begrenzt ist, was häufig nicht ausreicht, um eine Dichtwirkung gegen das Eindringen von Außenluft in den Akkumulator zu gewährleisten, sobald dieser in den Unterdruckzustand kommt.

Im allgemeinen haben alle Ventileinheiten des Standes der Technik, auch wenn sie in anderer Weise als die beschriebene und dargestellte Ventileinheit ausgebildet sind, dieselben Nachteile bezüglich der erhöhten Funktionsträgheit beim Öffnen und Schließen nach außen und der begrenzten Dichtwirkung nach innen.

Um einige der erläuteren Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, schlägt der Gegenstand der WO 01/82395 desselben Anmelders einen rohrförmigen Körper vor, der am Ende in einen Hals übergeht, welcher relativ zur Außenfläche des Entlüftungsrohres verjüngt ist. Das Entlüftungsrohr ist in Wirkverbindung mit der Innenfläche einer elastischen, zylindrischen Kappe, die auf die Außenseite des rohrförmigen Kragens abnehmbar aufgesetzt ist. Dabei wird zwischen dem Kragen und der Kappe eine ringförmige Kammer ausgebildet, so daß die Druckgase, die sich im Inneren des Akkumulators bilden, den rohrförmigen Körper der Kappe gleichzeitig über den gesamten Umfang radial nach außen drücken. Dadurch können die Gase leichter nach außen abströmen, so daß die Funktionsträgheit der Ventileinheit insgesamt etwas reduziert wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich während des Betriebs gefährliche Druckerhöhungen im Akkumulator einstellen.

Zwar werden durch die Konstruktion in dem genannten Dokument einige Nachteile des vorbekannten Standes der Technik ausgeschlossen, aber es kann nicht übersehen werden, daß einige Nachteile weiterhin vorhanden sind, beispielsweise hinsichtlich der Funktionszuverlässigkeit der Ventileinheit. So kann insbesondere manchmal nicht verhindert werden, daß die Ansprechzeit zwischen dem Öffnen und dem Schließen der Kappe länger ist, was bedeutet, daß die Kappe nicht in der Lage ist, das angesammelte Gas bis zu demselben Druckpegel entweichen zu lassen. Das beruht darauf, daß der synthetische oder natürliche Gummi, aus dem die Kappe besteht, an dem rohrförmigen Kragen anhaftet, so daß ein höherer Widerstand als der vorbestimmte Widerstand erzeugt wird. Das erwähnte Anhaften der Kappe wird verursacht durch chemische Erosionsphänomene aufgrund der Gasdurchströmung während der Entlüftung. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die bekannten Entlüftungsventile keine Funktionszuverlässigkeit gewährleisten, die über lange Zeit im wesentlichen unverändert bleibt.

In JP-A 59 191 260 ist eine Ventileinheit gezeigt, bei der auf den zylindrischen Kragen des Entlüftungskanals eine elastische Kappe aufgesetzt ist, die im oberen Bereich eine Ringkammer mit dem Kragen bildet, an dem sie nicht anliegt, während sie nur im unteren, stärkeren Bereich mit ihrer Innenseite an der Außenseite des zylindrischen Kragens anliegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erläuterten Nachteile zu vermeiden.

Eine wesentliche Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Funktionszuverlässigkeit der Ventileinheit für die Abdichtung und Entlüftung elektrischer Batterien zu erhöhen, um zu gewährleisten, daß die Ventileinheit und insbesondere die auf den rohrförmigen Kragen aufgesetzte Kappe eine Ansprechzeit zwischen dem Öffnen und Schließen gewährleistet, die über die Einsatzzeit der Ventileinheit im wesentlichen unverändert bleibt.

Gemäß einer weiteren Aufgabe soll die Ansprechzeit zwischen dem Öffnen und dem Schließen so kurz wie möglich sein, so daß die Zeit zwischen dem Beginn des Überdrucks in der Batterie und der Entlüftung der Gase nach außen so gering wie möglich ist, damit sich kein gefährlicher Überdruck im Inneren der Batterie aufbauen kann.

Es ist ferner von Bedeutung, daß bei den Rekombinations-Batterien keine Luft von außen nach innen eintreten kann, so daß die Ventileinheit für die Abdichtung und Entlüftung auch ihre Dichtigkeit bebehält, wenn im Inneren der Batterie möglicherweise ein Unterdruck vorhanden ist.

Die oben genannten Aufgaben, die nachstehend noch näher erläutert sind, werden durch eine Ventileinheit für die Abdichtung und Entlüftung elektrischer Akkumulatoren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäß vorgesehene, geringere Wandstärke des ersten Abschnittes im Anschluß an den Boden der Kappe hat den Vorteil, daß sich eine große elastische Verformbarkeit ergibt, so daß sich im Fall von Überdruck die Kappe leichter von dem Kragen lösen kann, insbesondere dann, wenn sie aufgrund von Alterungserscheinungen dazu neigt, an der Oberfläche anzuhaften.

Es ist ferner sehr vorteilhaft, daß die Kappe gemäß der Erfindung in ihrem Randabschnitt eine hervorragende Abdichtung aufgrund ihrer Steifigkeit gewährleistet und an der Kragenoberfläche ohne Unterbrechungen anliegt, wenn die Batterie im Ruhezustand ist. Dies tritt dann ein, wenn die Batterie abkühlt und sich in den Entlüftungskanälen des Batteriedeckels ein Unterdruck einstellt.

Dank der erläuterten Eigenschaften der Kappe gemäß der Erfindung wird eine Funktionszuverlässigkeit erreicht, die über die Zeit unverändert bleibt. Ferner wird die Ansprechzeit beim Entlüften zwischen dem Öffnen und dem Schließen verringert, so daß die Kappe über lange Zeit ihre Funktionskennwerte im wesentlichen unverändert beibehält.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen, die in nicht einschränkender Weise in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:
1, 2 und 3 verschiedene Ansichten einer bekannten Ventileinheit für die Abdichtung und Entlüftung von Batterien nach dem Stand der Technik,
4 eine Ventileinheit gemäß der Erfindung im Längsschnitt,
5 die Ventileinheit der 4 in Explosionsdarstellung,
6 und 7 vergrößerte Darstellungen der Ventileinheit der Erfindung in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen und
8 und 9 zwei unterschiedliche Betriebsphasen einer Ventileinheit mit einem Kragen, dessen Form von derjenigen der
6 und 7 abweicht.
In den 4 und 5 ist die Ventileinheit gemäß der Erfindung insgesamt mit 1 bezeichnet und an einem Deckel C eines Akkumulators angebracht, und zwar am Ende eines oder mehrer Entlüftungskanäle S, welche die einzelnen Batteriezellen mit der Umgebung verbinden.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die elastische Kappe 3 aus geeignetem Kunststoff oder Elastomer, die in den vergrößerten Darstellungen der 6 bis 9 besser zu erkennen ist, an ihrer rohrförmigen Randfläche 4 einen ersten, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 41 hat, der an den Boden 5 anschließt und eine Wandstärke T1 hat, die geringer ist als die Wandstärke T2 des übrigen Abschnittes 42, der den Außenrand 43 der Kappe 3 enthält.
Wie 6 zeigt, liegen sowohl der zylindrische Abschnitt 41 mit der reduzierten Wandstärke T1 als auch der folgende Abschnitt 42 mit der der größeren Wandstärke T2 an der Außenseite des Entlüftungskragens 7 an. Daraus ergibt sich, daß der erste Abschnitt 41 eine in radialer Richtung größere Elastizität als der übrige Abschnitt 42 hat, was sich aus der geringeren Wandstärke ergibt. Wenn sich, wie die 7 und 9 zeigen, im Inneren der Batterie ein Überdruck einstellt, der den Entlüftungskanal S erreicht, um sich nach außen entspannen zu können, verformt dieser mit Leichtigkeit die Wand 41 der Kappe 3 in der Weise, daß sich gegenüber der Mantelfläche 21 des Kragens 2 eine Ablösezone 410 bildet. Auf diese Weise wird ein bevorzugter Entlüftungsweg für das Gas erzeugt, das auf diese Weise leicht nach außen abströmen kann.
Es ist ferner klar, daß die größere Wandstärke T2 des Endabschnittes 42 eine sichere Abdichtzone zur Folge hat, weshalb die besondere Ausbildung der elastischen Kappe 3 eine zuverlässige Betriebsweise gewährleistet, die über die Zeit im wesentlichen unverändert bleibt.
Die besondere Ausbildung mit einer teilweise geringeren Wandstärke der Kappe ermöglicht ein sicheres Ablösen der Kappe, während sich ein Überdruck einstellt, und damit eine Reaktionszeit beim Öffnen und Schließen, die sicher ist und im wesentlichen unverändert bleibt.
Es ist wesentlich, darauf hinzuweisen, daß im Ruhezustand der Batterie aufgrund der Batterieabkühlung innerhalb des Kanals 7 ein Unterdruck erzeugt wird. Es ist daher wichtig, daß die elastische Kappe dabei die Dichtwirkung gewährleistet, damit keine Luft in die Batterie eindringen kann. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Kappe sowohl an der zylindrischen Wand 7 als auch am Ende 71 des Kragens anliegt, wo der Boden 5 der Kappe 3 mit einer Ringfläche zur Anlage kommt.
Es ist erkennbar, daß der Einsatz der elastischen Kappe mit den Merkmalen gemäß der Erfindung nur teilweise von der Außenform des Kragen abhängt. So zeigen die 6 und 7 einen Kragen 7 mit einem im wesentlichen zylindrischen Querschnitt, während die 8 und 9 einen rohrförmigen Kragen 2 zeigen, der ein kegelstumpfförmiges Ende 22 hat, das zusammen mit der Kappe 3 eine Kammer bildet, in der sich das Gas ansammeln kann, bevor es eine Kraft zum radialen Aufweiten des dünneren Abschnittes 41 erzeugt.
Bezüglich der Merkmale hinsichtlich der Kappenform ist anzumerken, daß es vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt notwendig ist, wenn die Länge des Abschnittes 41 mit der geringeren Wandstärke gleich oder größer als die des übrigen Abschnittes 42 ist.
Ferner kann es vorteilhaft aber nicht unabdingbar sein, wenn die Wandstärke T1 des Abschnittes 41 gleich oder größer ist als die Hälfte der Wandstärke T2 des Abschnittes 42.
Im Ruhezustand der Batterie ergibt sich gemäß 8, daß die Kappe eine Dichtwirkung gewährleistet, und zwar sowohl mit ihrer Zylinderfläche, die an der Mantelfläche des rohrförmigen Kragens 2 anliegt, als auch mit ihrer Bodenfläche 5, die an der Ringfläche 23 des Kragens 2 anliegt.
Wie sich aus der Beschreibung ergibt, werden mit der Erfindung alle gesteckten Ziele erreicht. Bei der erläuterten Erfindung können weitere Ausführungsvarianten vorgesehen werden, beispielsweise unterschiedliche Formen für die elastische Kappe und/oder für den kegelstumpfförmigen Hals des rohrförmigen Kragens.

Claims

Ventileinheit (1) für die Abdichtung und Entlüftung von elektrischen Akkumulatoren, umfassend: – wenigstens einen rohrförmigen Kragen (2), der am Deckel (C) des Akkumulators ausgebildet ist und eine Verbindung zwischen der Umgebung und einem oder mehreren Entlüftungskanälen (S) herstellt, die in den Deckel (C) eingearbeitet sind, – eine elastische Kappe (3), die auf die Außenfläche des rohrförmigen Kragens (2) aufgesetzt ist und ein geschlossenes Ende (5), ein offenes Ende und einen rohrförmigen Mantel (4) hat, der seinerseits aus zwei zylindrischen Abschnitten (41, 42) besteht, die miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (T1) des Mantelabschnittes (41), der an das geschlossene Ende anschließt, dünner als die Wandstärke (T2) des in das offene Ende übergehenden Mantelabschnittes (42) ist, daß die Wandstärke des ersten Abschnittes und die Wandstärke des zweiten Abschnittes über den gesamten Umfang gleich bleiben und daß beide Wandabschnitte die Mantelfläche des Kragens berühren, wobei die elastische Radialverformungsmöglichkeit des ersten Abschnittes (41) größer als die des übrigen Abschnittes (42) ist, der die Dichtwirkung ausübt.
Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (41) der Kappe (3), der eine geringere Dicke hat, eine Länge aufweist, die gleich oder, größer als diejenige des übrigen Abschnittes (42) ist, welcher einen Außenrand (43) aufweist.
Ventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geringere Wandstärke (T1) des ersten Abschnittes (41) der Kappe (3) gleich oder größer als die Hälfte der Wandstärke (T2) des übrigen Abschnittes (42) ist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Kragen (2) eine angefaste oder verjüngte Kante (22) hat, wodurch ein Ringraum zwischen der Kappe (3) und dem Kragen (2) ausgebildet wird.