DE1496285A1

DE1496285A1 - Federnde Spannvorrichtung

Info

Publication number: DE1496285A1
Application number: DE19631496285
Authority: DE
Inventors: Shinn Byron Henry
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1962-02-28
Filing date: 1963-02-27
Publication date: 1969-01-16
Also published as: GB1026486A; SE206648C1; CH422921A; BE629029A; NL289441A; NL123998C; FR1354370A; US3253958A

Description

Aachen, den 26.2.1963

.. ,.,.veil· Mein Zeichen* P 11 535

AAC.Hii.-ί, üoüernstr. 1 1

Telefon; 3 21 92 und 25182 '

United Aircraft Corporation, 4-00 Main Street, East Hartford, Connecticut, USA

Priorität aus der US-Patentanmeldung Ser.Uo. 176 508 vom 28. Februar 1962

Federnde Spannvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine federnde Spannvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung zum Zusammenspannen eines Stapels von Brennstoffelementen,

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Es ist häufig erforderlich, eine Vielzahl von Brennstoffelementen zusammenzubauen, um die nötige Ausgangsleistung zu erhalten. In einem solcxien Fall muß der Zusammenbau der Zellen in solcher Y/eise · zusammengehalten werden, daß der Elektrolyt in jeder Zelle in dem für ihn vorgesehenen Raum festgehalten wird und daß ferner der Zusammenbau unter einem Druck gehalten wird, welcher wesentlich größer ist als der Druck des Brennstoffes und des Oxydationsmittels, mit denen die-Zellen versehen werden. Außerdem arbeiten Brennstoffelemente vielfach bei hohen 'Temperaturen mit dem Ergebnis, daß erhebliche bpannungsänderungen auftreten infolge thermischer Ausdehnung, wenn die Zelle in Betrieb genommen wird. Ein merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung, um den Zellenzusammenbau unter einer nachgiebigen Spannwirkung zusammenzuhalten. .Ein weiteres Merkmal ist die Verwendung eines Torsionsstabes zur Erzielung der Spamtwirkung. Hoch ein weiteres kerkmal ist die Anwendung einer opannwirkung mit großem Hub (follow-up), um plastisches Fließen und .als Folge davon ein Dünnerwerden der abschließenden Abdichtungen zu kompensieren.

Erfindungsgemäß ist eine Anordnung vorgesehen, die für ein. nachgiebiges Spannen eine Vielzahl von zusammen— wirkenden Vorrichtungen aufweist mit einer Torsionsstabwirkung:, so daß der gleiche Spanndruck angewendet

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ist an allen Teilen der zusammenzuspannenden Einrichtung. Bei der vorgesehenen Torsionsstabspannwirkung kann eine Vielzahl voneinander getrennter Spannelemente auf einer großen Fläche angewendet werden mit einer im wesentlichen gleichgerichteten Spannwirkung.

Andere Merkmale und Vorteile sind dargestellt in dem nachfolgenden Teil der Beschreibung und in den Patentansprüchen und in der zugehörigen Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder gibt.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Brennstoffzellenzusammenbau.

g. 2 ist eine Draufsicht auf die erfindun^sgemäße Vorrichtung.

Fig. 3 ist in vergrößertem Maßstabe eine Teildarstellung, gesehen in i-iichtung des Pfeiles 3

° in Fig. 2.

"•^ Fi£. 4 ist in eberiialls vergrößertem Laßstabe ein

^¹ Sciinitt gemäß der Linie 4-4 von Fig. 2.

Fi^. i? ist in ebenfalls vergrößertem Maßstäbe eine

Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 3» jedoch von einer ab^ewa-icielten Ausf\ihruri£su.rt.

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Die Erfindung sei dargestellt im Zusammenhang mit einem Brennstoffelement, das mit Ziffer 2 bezeichnet ist und das eine Vielzahl einzelner Brennstoffzellen 4 umfaßt, die in einem Stapel angeordnet sind. Jede Zelle umfaßt ein Paar von Elektroden 6 und 8 in Abstand voneinander, welche zugleich eine Kammer für einen Elektrolyten abgrenzen. Jede der Elektroden ist hohl, um beispielsweise in einer Elektrode 6 einen Raum 12 für Brennstoff fthrxBTiHiitlfg und in einer Elektrode 8 einen Raum 14 für ein Oxydationsmittel zu bilden. Die mit dem Elektrolyten in Berührung stehenden Wandungen der Elektroden sind porös, um eine Berührung zwischen dem Elektrolyten und den Brennstoff- und Oxydationsflüssigkeiten innerhalb der porösen Wandungen zu ermöglichen.

Die Elektroden 6 und 8 haben am Umfange an ihnen befestigte Scheiben 16 und 18, und am Umfange dieser Scheiben sind Ringe 20 und 22 vorgesehen. Diese Ringe 20 und 22 sitzen an den äußeren Flächen der Scheiben 16 und 18 in Bezug auf Jede einzelne Zelle. Zwischen den Scheiben 16 und 18 ist ein Verschlußorgan 24 vorgesehen, welches gleichlaufend ist mit den Ringen 20 und 22 und welches einen Abschluß am äußeren Hände des Elektrodenraumes 10 bildet.

Gemäß Fig. 1 sind alle üinge 20 und 22 und die Ver-' schlußorg.ane 24 in' einer gestapelten Anordnung vor^e-

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sehen, so daß die Anwendung eines Druckes in axialer Richtung auf den Zusammenbau von Ringen und Verschlußorganen eine dichte Verbindung der Verschlußorgane ergibt. Man erkennt, daß der Hing 22 einer Zelle und der Ring 20 der nächst angrenzenden Zelle solche Abmessungen hat, daß die Elektrode 8 der ersten Zelle und die angrenzende Elektrode 6 der benachbarten Zelle in einem geeigneten Abstand zueinander gehalten werden, wenn die Ringe 20 und 22, wie dargestellt, in Berührung sind.

Der Stapel von Brennstoffzellen ist zwischen einer Grundplatte 26 und einer Spannplatte 28 angeordnet, wobei die obere Spannplatte in Berührung ist mit einer Verschlußplatte 29, die einen Umfangsring 30 aufweist, welcher durch die Mitte der Vorsprünge 31 der Spannplatte läuft. Ein Kranz von Verbindungsbolzen 32 umgibt den Stapel von Brennstoffzellen, wobei die Verbindungsbolzen sich zwischen dem Boden und den Spannplatten erstrecken, so daß beim Festschrauben dieser Bolzen der nötige Spanndruck auf die Ringe 20 und 22 und die Verschlußringe 24 ausgeübt wird.

Wie man am besten aus S¹Ig. 2 erkennt, besteht die

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Spannplatte 28 aus einem zentralen Tragorgan/i aus dem eine Vielzahl radial verlaufender Rohre 36 herausragen, die Torsionsstäbe bilden und die jeder für sich gegen Drehung im Tragorgan 34· gesichert sind.

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Auf dem äußeren j^nde jedes Rohres 36 ist ein sich, seitwärts erstreckender Arm 38 befestigt, der in ein flaches Armende 40 ausläuft mit einer durchgehenden Öffnung 42 und mit einer kugelförmigen Ausnehmung 44 an seiner oberen Seite. Diese Ausnehmung enthält eine angepaßt ge£ea?&e geformte Scheibe 46, gegen die eine Spannmutter 48 drückt, die sich auf dem oberen Jinde eines der Verbindungsbolzen 32 befindet. Wenn die Spannmutter 48 befestigt wird, wird der Arm 38 entgegen dem Uhrzeigersinne gegen den V/iderstand des Hohres 36 gedreht. Angrenzend an den Arm 38 ist der Abstandhalter 31 montiert, welcher auf den Hing 30 drückt. Wie man aus Fig. 3 erkennt, hat dieser Abstandhalter eine gewölbte Fläche 50, die auf den Hing 30 drückt. ..ertn der Arm 38 sich um einen kleinen Winkel entgegengesetzt dem Uhrzeiger dreht, wird die Fläche 50 auf dem Hing 30 abgerollt.

Man erkennt, daß Jedes Rohr 36, das sich nach außen vom Tragorgan 34 erstreckt, einen entsprechenden Arm 38 trägt, und daß je ein Rohr und ein zugehöriger Arm für jeden der Verbindungsbolzen vorgesenen ist.. Auf diese Weise wird ein Spanndr-uck ausgeübt coif am-Umfangskreis dicht beieinander liegende Punkte, die gleichförmig um den Umfang des Hing.es 30 verb eilt sind« Die Nachgiebigkeit der Rohre 36 kann so ausge-

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wählt sein, daß mit Rücksicht auf den Winkel des Hebels eine sehr geringe änderung der Torsion des Rohres innerhalb der normalen Grenzen der Temperaturveränderung in dem Brennstoffzellensystem gegeben ist. Die Einstellung der Verbindungsbolzen kann so erfolgen, daß für eine bestimmte Torsion jedes der Torsionsstäbe "auf ein vorherbestimmtes Moment ein kleines Maß an Federspannung bei jedem der sich axial ausdehnenden Verbindungsbolzen berücksichtigt wird.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 ist eine etwas abwei* chende Befestigungsart zwischen dem Verbindungsbolzen 52' und dem Hebel 38' angewendet. Bei dieser Anordnung weist das äußere Ende des Hebels 38' eine Ausnehmung 52 auf, in' der sich eine Kugel 5^· befindet, die von einer Fassung 56 aufgenommen wird, die sich in einer Kappe 58 befindet, die am Kopf 60 am Ende des Verbindungsbolzens 32' angebracht ist. Eine Gewindehülse umgibt den Verbindungsbolzen unterhalb des Kopfes 60 und hat Eingriff mit einem mit Gewinde versehenen Teil 64 in der Fassung 56, so daß die Länge des Verbindungsbolzens und dadurch die Torsion des zugeordneten Torsionsrohres eingestellt werden können.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehende spezifische Beschreibung oder die spezifischen Figuren der Zeichnung.. Vielmehr fallen auch andere Ausführungsund Anwendungsarten unter den Erfindungsg.edanken.

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Claims

Pat entanspräche

M))Nachgiebige Spannvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit einer Mehrzahl von gestapelten Brennstoffzellen, von denen jede am Umfang Ringe . aufweist sowie Verschlußorgane zwischen den Ringen, um den Elektrolyt in den Zellen zurückzuhalten, und die in einer Halterung angeordnet sind mit einer Basishalterung und einer oberen Ver-

platte

schlußliitJiplP, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsbolzen außerhalb der Brennstoffzellen sich von der Basishalterung erstrecken zu einem Kopfstück, welches nachgiebige Glieder aufweist, die in Berührung sind mit der oberen Platte und die verbunden sind mit den Verbindungsbolzen ,* um die Zellen nachgiebig in ihrer Stellung zu halten und um die Verschlußorgane zusammenzuspannen.

2) Spannvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück im wesentlichen die Form eines Rades hat mit einer zentralen Nabe

_t£> und langgestreckten nachgiebigen Gliedern, die

to sich von der zentralen Habe radial nach außen er-

ο strecken.

-j 5) Spannvorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2» G* _i dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück aus einem hohlen scheibenförmigen Organ besteht und _F.,_r.

daß die nachgiebigen Glieder langgestreckte röhren-

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förmige Elemente sind, die sich radial von der Nabe erstrecken und fest mit dieser verbunden sind α

4) Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Glieder einen Arm aufweisen, welcher an ihrem äußeren Ende befestigt ist und welcher mit einem Verbindungsbolzen verbunden ist, um die nachgiebigen Glieder in Torsion zu versetzen und um einen Spanndruck auf die Verschlußorgane auszuüben.

5) Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm einen abwärts gerichteten Vorsprung aufweist, welcher gegen den Ümfangsring der Verschlußplatte drückt.

6Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5i" dadurch gekennzeichnet, daß der Arm einen flachen seitlichen Teil hat und daß das obere Ende des Verbindungsbolzens mit diesem flachen seitlichen Teil verbunden ist.

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7) Spannvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Glieder die Spannung der Verbindungsbolzen auf die Umfangsringe und die Verschlußorgane der Brennstoffzellen übertragen.

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