DE1596093C - Ventil für ein gasdichtes Zellengefäß eines Akkumulators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ventil für ein gasdichtes Zellengefäß eines Akkumulators mit einem die Ventilöffnungen verschließenden, dehnbaren Ring.

Ventile dieser Art dienen dazu, bei einem Anstieg des Gasdruckes im Zellengefäß eine Entspannung herbeizuführen, sobald der Innendruck einen durch die Betriebssicherheit des Zellengefäßes bestimmten Grenzwert erreicht. Bei den meisten bekannten Ventilen erfolgt beim Erreichen dieses Grenzwertes eine spontane Entspannung. Bei einem hier besonders zu ' würdigenden Ventil für ein gasdichtes Zellengefäß wird als dehnbarer Ring ein Dichtungsring erhebliehen Querschnitts aus Stahl oder Gummi verwendet, dessen Elastizität und damit Empfindlichkeit nicht ausreicht, um auch bei sehr kleinen Druckanstiegen über einen Maximalwert hinaus sofort eine entsprechende Entspannung des Gasdrucks zu bewirken. Dies ist darin begründet, daß der Dichtungsring am äußeren Ende eines von dem Gefäß und dessen Deckel gebildeten, konischen Ringspaltes an- ao geordnet ist und aus seinem Sitz herausrutschen kann, wenn er sich nur geringfügig dehnt. Denn dann entsteht auf Grund der Konizität des Spaltes sofort eine relativ große Öffnung, die zu einer schlagartigen Entspannung des Zellengefäßdruckes führt. Dieses Ventil ist deshalb ein ziemlich ungenau und grob arbeitendes Entspannungselement, das in vielen Fällen und vor allem dann nicht befriedigen kann, wenn eine feine Abstufung der Entspannungswirkung erforderlich ist und damit ein rasch aufeinanderfolgendes öffnen und Schließen des Ventils ohne Störungsgefahr, damit festgelegte Maximal- und Minimalwerte des Zellengefäßdruckes eingehalten werden können.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Ventil so auszubilden, daß sich in der Oberfläche des Zellendeckels eine zylindrische Aussparung befindet, an die sich eine zentrische Bohrung anschließt, durch die ein mit einem Zylinderkopf und einem Schaft versehenes, nietähnliches Teil hindurchragt, das an dem Zellendeckel durch Umschlagen des Schaftendes befestigt ist, und ein an den Zylinderkopf sich anschließender geriffelter Teil des' Schaftes mit der Wand der Bohrung Strömungskanäle bildet, und auf dem Schaft zwischen Zylinderkopf und Aussparung der elastische Dichtungsring oder O-Ring angeordnet ist, der bei steigendem Gasdruck radial über die Außenkante des Zylinderkopfes bis zur Berührung der Aussparungswand ausdehnbar ist, so daß das Gas bei Überschreitung eines maximalen Gasdruckes zwischen Bodenfläche des Zylinderkopfes und Ring entweichen kann. 1

Dadurch wird erreicht, daß sich der Dichtungsring unter der Wirkung des Gasdruckes im Zellengefäß sehr viel stärker verformen kann, ohne aus seinem Sitz herauszurutschen oder am Anfang der radialen Dehnung Öffnungsspalten freizugeben, die auf Grund ihrer Größe zu einer unerwünscht schnellen und starken Entspannung führen. Dies ermöglicht ein zwischen dem Zylinderkopf und dem Boden der Aussparung vorgesehener Spielraum für die Ausdehnung des Dichtungsringes.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des abgedichteten Zellengcfäßes eines Akkumulators, wobei ein Teil zur Verdeutlichung des Ventils gemäß der Erfindung weggelassen ist,

F i g. 2 eine auseinandergezogene Darstellung des Zellendeckels und der Ventilelemente,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht des Bodens des Zellendeckels,

F i g. 4 Schnittansichten des mit dem Ventil gemäß der Erfindung versehenen Zellendeckels, wobei sich das Ventil in drei verschiedenen Zuständen befindet,

F i g. 5 eine auseinandergezogene Ansicht des Zellendeckels und der Ventilelemente gemäß einer anderen Ausführungsform und

F i g. 6 Schnittansichten des mit dem Ventil versehenen Zellendeckels von F i g. 5, die das Ventil in drei verschiedenen Betriebszuständen zeigen.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 befindet sich der Akkumulator in einem metallenen Zellengefäß 10, das einen Zellendeckel 11 in Form einer zylindrischen Scheibe aufweist, der aus Isoliermaterial besteht, das gegen das Zellengefäß 10 abgedichtet ist.

Das neuartige, selbstschließende Ventil läßt sich in dichten Zellengefäßen, insbesondere Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, verwenden, die dazu neigen, Gase zu entwickeln, infolge deren der Druck im Zellengefäß ansteigt. In solchen Akkumulatoren besteht gewöhnlich auf der Cadmiumelektrode ein Überschuß an negativer Ladung, der zur Wiedervereinigung bei der Beladung mit durch die Nickelelektrode gebildetem Sauerstoff benötigt wird, nachdem diese vollständig aufgeladen ist. Bei abnormalem Gebrauch kann sich der Sauerstoff nicht schnell genug an der Cadmiumelektrode wieder vereinigen, so daß es notwendig ist, das entstandene Sauerstoffgas abzugeben. Das selbstschließende Ventil kann beispielsweise in dem Gefäß Verwendung finden, das von dem wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Akkumulator umschlossen und durch die Lamellenkonstruktion 12 dargestellt ist. Das metallene Zellengefäß 10 bildet den einen Kontakt der elektrischen Vorrichtung, während das nietähnliche Teil 13 den anderen Kontakt darstellt. Das nietähnliche Teil 13 ist mit dem Akkumulator durch einen leitfähigen Metallstreifen 15 verbunden.

Das selbstschließende Ventil besteht aus dem nietähnlichen Teil 13, dem Zellendeckel 11, einem elastischen O-Ring 16 und einem Metalldichtungsring 17, wie am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist. Das nietähnliche Teil 13 ist mit einem Zylinderkopf 18 und einem zylindrischen Schaft 19 versehen. Der Schaft weist im Anschluß an den Zylinderkopf 18 einen geriffelten Teil 20 auf sowie ein Schaftende 21, das einen kleineren Durchmesser besitzt. Die Oberfläche des Zellendeckels 11 ist mit zylindrischen Aussparungen 22 versehen. In der Mitte der Aussparung 22 erstreckt sich durch den Zellendeckel 11 eine Bohrung 23. Der Schaft 19 des nietähnlichen Teils reicht durch die Bohrung 23, und der elastische O-Ring 16 ist zwischen dem Zylinderkopf 18 und der Aussparung 22 angeordnet. Der Metalldichtungsring 17 wird über das Schaftende 21 geschoben, worauf der Schaft über dem Metalldichtungsring umgeschlagen wird, wie dies bei 24 gezeigt ist. Der elastische O-Ring 16 wird zwischen dem Zylinderkopf und der Aussparung leicht zusammengedrückt gehalten, so daß er zwischen diesen beiden Teilen eine Dichtung bildet.

Der geriffelte Teil 20 des Schaftes bildet zwischen ■

der Wand der Bohrung 23 im Zellendeckel 11 und dem Schaft 19 Strömungskanäle. Der Boden des Zellendeckels 11 ist, wie aus F i g. 3 hervorgeht, mit Nuten 25 versehen, die zwischen dem Metalldichtungsring 17 und dem Zellendeckel 11 Durchgänge schaffen. In Fig.4 zeigen die Teilet, wie das Gas aus dem Gefäßinneren in die Nuten 25 eintritt, in denen es durch die zwischen dem Zellendeckel 11 und dem Metalldichtungsring 17 befindlichen Durchgänge in die von dem geriffelten Teil 20 zwischen dem Schaft 19 und dem Zellendeckel 11 gebildeten Kanäle strömt. Das Gas bewegt sich dann entlang dem geriffelten Teil 20 in den Raum 26, der zwischen der Bodenfläche 27 des Zylinderkopfes, der Bodenfläche 28 der Aussparung und dem O-Ring 16 gebildet wird.

Das selbstschließende Ventil ist in seiner normalen, geschlossenen Stellung im oberen Teil von F i g. 4 gezeigt. Der O-Ring 16 liegt dabei an dem geriffelten Teil 20 des nietähnlichen Teils 13, der flachen, glatten Bodenfläche 27 des Zylinderkopfes 18 und der flachen, glatten Bodenfläche 28 der Aussparung 22 an. Wenn der O-Ring in dieser Weise zwischen den flachen, glatten Flächen 27 und 28 zusammengedrückt ist, werden diese Flächen gegen den O-Ring so abgedichtet, daß Gas weder in das abgedichtete Zellengefäß einströmen noch aus ihm entweichen kann.

Wenn der Druck innerhalb des Zellengefäßes ansteigt, dehnt sich der O-Ring, und zwar so lange, bis er die Lage b in F i g. 4 erreicht hat, in der er gerade die zylindrische Aussparungswand 29 der Aussparung 22 berührt. In dieser Lage dichtet der O-Ring die Bodenfläche 27 des Zylinderkopfes 18 und die Bodenfläche 28 der Aussparung noch gasdicht ab.

Wenn der Gasdruck dann noch weiter ansteigt, wird der O-Ring gegen die Aussparungswand 29 gepreßt. Sobald der Gasdruck im Zellengefäß einen bestimmten Maximalwert übersteigt, löst sich der O-Ring von der Bodenfläche 27 des Zylinderkopfes 18 ab, wodurch Gas zwischen dem O-Ring 16 und dem Zylinderkopf 18 aus dem Zellengefäß entweichen kann, wie dies in der Darstellung c von F i g. 4 gezeigt ist. Nach dem momentanen Entweichen des Gases und dem daraus resultierenden Druckabfall im Zellengefäß bewirkt die in dem O-Ring 16 durch seine Zusammenpressung an der Aussparungswand 29 der Aussparung 22 gespeicherte Verformungsenergie, daß er in die in der Darstellung b von F i g. 4 gezeigte Lage und von dort wieder in die Lage α von F i g. 4 zurückkehrt, sich also wieder zusammenzieht. Der O-Ring wird aber nicht nur infolge der in ihm gespeicherten Verformungsenergie in die Lage α von F i g. 4 zurückbewegt, eine Energie, die er auf Grund der Verformung gegen die Aussparungswand 29 erhält, sondern auch infolge seines Bestrebens, die elastische Dehnung rückgängig zu machen und wieder seine normale Größe anzunehmen.

Eine zweite Ausführungsform des neuartigen, selbstschließenden Ventils weist ebenfalls die vier Elemente der Ausführungsform von Fig. 1 auf, allerdings mit einigen Abänderungen, die am besten aus Fig.5 ersichtlich sind. Das nietähnliche Teil30 besitzt einen glatten, zylindrischen Schaft 31 einheitlichen Querschnitts und einen Zylinderkopf 32. Die Bodenfläche 33 des Zylinderkopfes ist glatt und flach, jedoch in der Nähe ihrer Umfangskantc mit Zähnen 34 versehen. Der Zellendeckel 35 gleicht dem Zellendeckel der ersten Ausführungsform insofern, als auch er in seiner Außenfläche mit einer zylindrischen Aussparung 36 und einer Bohrung 37 versehen ist, die in der Mitte der Aussparung 36 durch den Zellendeckel hindurchführt.

Der zylindrische Schaft 31 des nietähnlichen Teils weist einen geringeren Durchmesser auf als die Bohrung 37, wodurch der Schaft lose in der Bohrung steckt, wobei sich zwischen dem Zylinderkopf 32 und

ίο der Aussparung 36 ein elastischer O-Ring 38 befindet. Über den Schaft 31 ist ein Dichtungsring 39 geschoben, und das Schaftende ist daraufhin über dem Dichtungsring zusammengestaucht bzw. umgeschlagen worden.

Der Zylinderkopf 32 des nietähnlichen Teils hat einen größeren Durchmesser als die zylindrische Aussparung 36, wie am besten aus F i g. 6 ersichtlich ist Die Zähne 34 werden in die Oberseite des Zellendeckels 35 so eingedrückt, daß die Bodenfläche 33 des nietähnlichen Teils auf der Oberseite des Zellendeckels aufliegt. Die Zähne 34 dienen dazu, ein Drehen des nietähnlichen Teils 30 in bezug auf den Zellendeckel 35 zu verhindern. Wenn der Schaft 31 umgeschlagen ist, wie dies bei 40 dargestellt ist, steht

as die Bodenfläche 33 des nietähnlichen Teils mit der Oberseite des Zellendeckels in fester Berührung. Der O-Ring 38 weist einen Innendurchmesser auf, der annähernd gleich dem Außendurchmesser des zylindrischen Schaftes 31 ist, wie dies aus der Darstellung α von F i g. 6 ersehen werden kann. Der Querschnitt des O-Rings 38 ist etwas größer als die Tiefe der Aussparung 36, wodurch der O-Ring 38 zwischen der flachen Bodenfläche 33 des Zylinderkopfes 32 und der flachen Bodenfläche 41 der Aussparung 36 leicht zusammengedrückt ist.

Wie in bezug auf die erste Ausführungsform erläutert wurde, sind in die Bodenfläche des Zellendeckels 35 Nuten 42 eingearbeitet, wodurch zwischen dem Dichtungsring 39 und dem Zellendeckel 35 Durch-

gänge geschaffen werden. Die Teile B zeigen, daß der Gasstrom aus dem Zellengefäßinneren in die Nuten 42 eintritt, in denen er durch die zwischen dem Zellendeckel 35 und dem Dichtungsring 39 vorhandenen Durchgänge in den Spalt einströmt, der zwisehen der Bohrung 37 und dem zylindrischen Schaft 31 vorhanden ist, welcher lose in der Bohrung steckt. In der Darstellung α von F i g. 6 ist das selbstschließende Ventil in seiner normalen, geschlossenen Stellung gezeigt. In dieser Stellung liegt der O-Ring 38 an dem zylindrischen Schaft 31, der flachen glatten Bodenfläche 33 des Zylinderkopfes 32 und der flachen, glatten Bodenfläche 40 der Aussparung 36 an. Da der O-Ring zwischen den flachen, glatten Bodenflächen 33 und 41 zusammengedrückt ist, dichtet er diese Flächen ab und verhindert, daß Gas in das abgedichtete Zellengefäß eindringt oder aus dem abgedichteten Zellengefäß entweicht.

Steigt der Druck im Zellengefäßinneren an, so dehnt sich der O-Ring, und zwar fortlaufend, wie dies in der Darstellung b von F i g. 6 gezeigt ist, wo er einen größeren Durchmesser und eine kleinere Querschnittsfläche aufweist, sich jedoch immer noch zwischen den flachen Bodenflächen 33 und 41 in einem zusammengedrückten Zustand befindet, wodurch er die Flächen weiterhin abdichtet. Eine weitere Zunahme der Dehnung des O-Rings innerhalb der Aussparung hat eine ständige Abnahme seiner Querschnittsfläche zur Folge, bis sich diese, wie aus der

Darstellung c von F i g. 6 ersichtlich ist, bei Überschreitung eines bestimmten Maximaldrucks so weit verringert hat, daß sich der O-Ring von der flachen, glatten Bodenfläche 33 des Zylinderkopfes 32 abhebt, was zur Folge hat, daß das Gas zwischen dem O-Ring 38 und dem Zylinderkopf 32 entweichen kann. Die Nuten 43 in der Oberseite des Zylinderkopfes ermöglichen, daß das Gas aus der Aussparung in die umgebende Atmosphäre ausströmt, wie dies durch die Pfeile B angedeutet ist. Nach dem momentanen Entweichen des Gases und dem dadurch bedingten Abfall des Gasdrucks innerhalb des Zellengefäßes bewirkt die durch die beträchtliche Streckung in dem O-Ring 38 gespeicherte Verformungsenergie, daß sich der O-Ring wieder zusammenzieht, wobei er über die in F i g. 6 gezeigte Lage b in seine Ausgangslage α zurückkehrt. Der mit dem selbstschließenden Ventil versehene Zellendeckel 11, 35 wird, wie in beiden Ausführungsbeispielen gezeigt wurde, über dem in dem metallenen Zellengefäß 10 befindlichen ao Akkumulator 12 angeordnet. Das metallene Zellengefäß wird dann über den Zellendeckel gebogen, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist, wodurch der Zellendeckel mit dem Gefäß verbunden wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ventil für ein gasdichtes Zellengefäß eines Akkumulators mit einem die Ventilöffnungen verschließenden, dehnbaren Ring, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Oberfläche des Zellendeckels (11) eine zylindrische Aussparung

(22) befindet, an die sich eine zentrische Bohrung

(23) anschließt, durch die ein mit einem Zylinderkopf (18) und einem Schaft (19) versehenes, nietähnliches Teil (13) hindurchragt, das an dem Zellendeckel (11) durch Umschlagen des Schaftendes (21) befestigt ist, und ein an den Zylinderkopf (18) sich anschließender, geriffelter Teil (20) des Schaftes (19) mit der Wand der Bohrung (23) Strömungskanäle bildet und auf dem Schaft (19) zwischen Zylinderkopf (18) und Aussparung (22) der elastische Dichtungsring oder O-Ring (16) angeordnet ist, der bei steigendem Gasdruck radial über die Außenkante des Zylinderkopfes (18) bis zur Berührung der Aussparungswand (29) ausdehnbar ist, so daß das Gas bei Überschreitung eines maximalen Gasdrucks zwischen Bodenfläche (27) des Zylinderkopfes (18) und O-Ring (16) entweichen kann.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nietähnliche Teil (13) einen leitfähigen Metallstreifen innerhalb des Gehäuses als elektrische Kontaktierung aufweist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellendeckel aus Isoliermaterial hergestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen