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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen
von Behältern bis zu einem vorbestimmten Flüssigkeitsstand, insbesondere zum Füllen
von Akkumulatorenzellen mit Elektrolyt, wobei der zu füllende Behälter über eine
Zuleitung und einen Füllkopf mit einer Kammer eines Gehäuses verbunden ist, in der
ein Unterdruck erzeugt wird, und über eine zweite Zuleitung des Füllkopfes mit einem
Elektrolytbehälter in Verbindung steht.
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Das Füllen oder Nachfüllen von Flüssigkeitsbehältern, die aus undurchsichtigem
Material bestehen und mit vefhältnismäßig kleinen Füllöffnungen versehen sind, auf
einen bestimmten Flüssigkeitsstand bereitet große Schwierigkeiten, zumal die Füllöffnung
noch durch das Füllrohr oder den Fülischlauch verdeckt ist. Dies ist besonders bei
Zellengehäusen für galvanische Primär- und Sekundärelemente der Fall, bei denen
es aber gerade auf die genaue Einhaltung der Höhe des Elektrolytspiegels ankommt.
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Ein großer Teil der Akkumulatoren, insbesondere der Starterbatterien,
die heute gefertigt werden, besitzt sogenannte trocken geladene Elektrodenplatten,
d. h. der Akkumulator wird im ungefüllten Zustand transportiert und erst kurz vor
dem Verkauf wird Elektrolyt in den Akkumulatorenbehälter eingefüllt.
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Da der Elektrolyt, bei Bleiakkumulatoren Schwefelsäure, stark korrodierend
wirkt, muß beim Einfüllen des Elektrolyten jegliches Spritzen oder Übertließen vermieden
werden. Diese Aufgabe des Einfüllens des Elektrolyten ist im allgemeinen zeitraubend
und hat damit hohe Kosten zur Folge.
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Zum Füllen derartiger Behälter, insbesondere zum Füllen von Akkumulatoren,
sind daher schon die verschiedensten Vorrichtungen entwickelt worden, beispielsweise
werden Füllvorrichtungen verwendet, bei denen am Füllrohr ein Schwimmer beweglich
angeordnet ist. Durch Beobachtung dieses Schwimmers kann der Flüssigkeitsstand im
Behälter abgelesen und eingestellt werden. Daneben ist es bereits vorgeschlagen
worden, am unteren Ende eines Füllrohres Drahtelektroden anzuordnen, über die, sobald
sie vom Elektrolyten bedeckt werden, ein elektrischer Stromkreis geschlossen wird,
der ein Signal zum Beendigen des Füllvorganges abgibt. Diese Vorrichtungen besitzen
jedoch verschiedene Nachteile. Bei Füllvorrichtungen, die beispielsweise mit Drahtelektroden
arbeiten, können die Elektroden schon vor endgültiger Füllung des Behälters durch
Kriechwege miteinander verbunden sein, so daß Fehlanzeigen entstehen. Daneben sind
diese Vorrichtungen aufwendig und ihr Gebrauch erfordert erfahrenes Personal.
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Weiterhin ist aus de-r britischen Patentschrift 429 612 eine Vorrichtung
zum Füllen von Behältern, die auch zum Füllen von Akkumulatorenzellen geeignet ist,
bekannt. Die zu füllende Zelle wird über einen Fülikopf und eine Zuleitung mit einer
Kammer eines Gehäuses, das durch eine elastische Membran in zwei Kammern aufgeteilt
ist und über eine zweite Zuleitung des Füllkopfes mit einem Elektrolytbehälter verbunden.
Vor dem Einsetzen des Füllkopfes wird in der einen Kammer des Gehäuses mit Hilfe
einer Pumpe ein Überdruck erzeugt, so daß die elastische Membran sich ausdehnt und
das Volumen der zweiten Kammer verkleinert wird. Der Füllkopf wird luftdicht in
die Zellenöffnung eingedrückt und anschließend wird ein Ventil der ersten Kammer
geöffnet, so daß die Membran in ihre ursprüngliche Lage zurückschnellt. Der entstehende
Unterdruck
saugt den Elektrolyten in die Zelle. Eine solche Füllvorrichtung ist sehr
umständlich zu bedienen und durch die beweglichen Teile nicht wartungsfrei. Hinzu
kommt, daß die Füllung eines Akkumulators viel Zeit in Anspruch nimmt, daß besondere
Anforderungen an das die Vorrichtung bedienende Personal gestellt werden und daß
die Flüssigkeitshöhe nicht genau einzustellen ist.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine billige, einwandfreie
arbeitende Füllvorrichtung herzustellen, die völlig oder nahezu wartungsfrei ist.
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Daneben soll bei der neuen Füllvorrichtung gewährleistet sein, daß
der Akkumulator ohne Verspritzen oder Überfiießen von Elektrolyt bis zu einer bestimmten
Flüssigkeitshöhe in kürzester Zeit gefüllt wird. Die neue Füllvorrichtung soll aus
Materialien hergestellt werden, die säurebeständig sind, und in der Füllvorrichtung
sollen möglichst keine beweglichen Teile enthalten sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Oberfließkammer mit Hilfe der von außen durch
ein Staurohr zugeführten Druckluft ein Unterdruck erzeugt wird, daß die Druckluft
in einer Dämpfungskammer dieses Gehäuses entspannt und nach außen abgeleitet wird
und daß durch diesen Unterdruck über eine Sperrkammer des Gehäuses und über die
Zuleitung des Füllkopfes aus dem Elektrolytbehälter Elektrolyt in den zu füllenden
Behälter angesaugt wird.
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Zur näheren Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung ist eine
Füllvorrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist, in den Figuren
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt die neue Füllvorrichtung teilweise im Querschnitt, die
auf einen nicht näher dargestellten Akkumulator aufgesetzt ist; Fig. 2 zeigt einen
Querschnitt des erfindungsgemäßen Füllkopfes aus Fig. 1.
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Gemäß F i g. 1 ist auf dem Akkumulator 12, der nur als Umrißlinie
dargestellt ist, ein Füllkopf 11 aufgesetzt. Wenn der erfindungsgemäße Füllkopf
11 in eine Füllöffnung eines Akkumulatorbehälters 12 eingeführt ist, kann durch
das Füllsystem Elektrolyt aus dem Elektrolytbehälter 14 in die Akkumulatorenzelle
12 übergeführt werden.
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Die Füllvorrichtung gemäß der Erfindung benutzt, um den Elektrolyten
vom Behälter 14 in den Akkumulator 12 zu bringen, einen Unterdruck. Dieser Unterdruck
wird dadurch geschaffen, daß Druckluft durch eine Venturidüse 15 geführt wird, die
im Gehäuse 16 der Füllvorrichtung angebracht ist. Die Venturidüse 15 hat eine, mit
einem Gewinde versehene Eingangsöffnung 17, in die ein übliches Druckreduzier-Ventil
18 eingeschraubt ist. Über dieses Reduzierventil 18 ist das Gehäuse 16 mit einer
geeigneten Druckluftquelle verbunden. Als Druckluftquelle dient die normalerweise
in jeder Tankstelle vorhandene Druckluft mit einem Druck von 4 bis 11 atm. Die Venturidüse
15 besitzt eine Verengung 21, die mit einer Überfiießkammer 22 über eine Öffnung
und ein Kugelventil 24 verbunden ist. Das Kugelventil 24 besteht im wesentlichen
aus einer Kugel 25, die, sobald Elektrolyt aus der tÇberfließkammer 22 durch die
Öffnung fließt, diese Öffnung verschließt.
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Die Oberfließkammer 22 hat eine Ausflußöffnung 27 in ihrem Boden,
die zu einer Sperrkammer 28
führt. Die Sperrkammer 28 ist über eine
flexible Leitung29 mit einem Siphon 31 verbunden, der dazu geeignet ist, in einen
Elektrolytbehälter 14 eingeführt zu werden. Zu diesem Zweck besitzt der Siphon 31
eine Kappe 32, die auf dem Elektrolytbehälter 14 mittels eines Gewindes aufgeschraubt
werden kann.
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Der Siphon 31 hat an seinem unteren Ende eine Mehrzahl von Öffnungen
33, durch die der Elektrolyt angesogen wird, wenn der Siphon einem Unterdruck ausgesetzt
wird. Die Sperrkammer 28 arbeitet ebenfalls als Ventil und besitzt eine Ventilkugel
34, die die Abfluß öffnung 27 schließt, wenn Elektrolyt durch die Sperrkammer 28
fließt. Die Ventilkugel 34 wird über einen Vorsprung 35 am Gehäuse 16 in der Nähe
der Abfluß öffnung 27 gehalten. Über ein Elektrolytzuführrohr36 ist die Sperrkammer
28 mit dem Äußeren des Gehäuses 16 verbunden.
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Der Füllkopf 11, der in Fig.2 im Querschnitt dargestellt ist, besteht
aus einem Teil 41, in das zwei Durchgänge 42 und 43 eingearbeitet sind. Der Durchgang
42 dient als Elektrolytzuführung und ist mit dem Elektrolytzufuhrrohr 36 im Gehäuse
16 über einen Stutzen 44 und eine flexible Leitung 45 verbunden.
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Der Durchgang 43 ist zur Zuführung des Unterdrucks bestimmt und mit
der Überfließkammer 22 über den Stutzen 47 und eine flexible Leitung 48 am Auslaßstutzen
46 verbunden. Der Füllkopf 11 besitzt ein Mundstück51, das dazu geeignet ist, in
der Füllöffnung eines Akkumulators eingeführt zu werden.
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Das Mundstück 51 ist mit einer Abdichtung 52 versehen, die aus einem
Kragen53 besteht, die einen dünnen elastischen Flansch 54 besitzt, der sich nach
unten erstreckt und die Füllöffnung abdichtet. Der elastische Flansch 54 besitzt
einen ausreichenden Durchmesser, um die Füllöffnung der Akkumulatorenzelle vollständig
zu bedecken. Wenn das Mundstück 51 in die Füllöffnung des Akkumulators eingeführt
ist, muß kein Druck angewandt werden, um die Füllöffnung dicht zu verschließen;
es ist nur notwendig, den Flansch 54 mit dem oberen Rand der Füllöffnung in Kontakt
zu bringen, so daß durch den in der Akkumulatorenzelle entstehenden Unterdruck der
Flansch heruntergezogen und zu einer dichten Verbindung mit der Akkumulatorenoberfläche
gezwungen wird. Die Höhe des Flüssigkeitsstandes in der Akkumulatorenzelle wird
bestimmt durch die Länge des Mundstückes51, das in die Füllöffnung hineinragt. Um
die Füllhöhe zu variieren, ist die Dichtung 52 am Füllkopf 11 beweglich angebracht,
so daß sie nach oben und nach unten verschiebbar ist. Die Elektrolytzuführung 42
ist gegenüber dem Mundstück 51 etwas zurückgesetzt. Wie später näher erläutert werden
wird, hat dies den Zweck, jegliches Tropfen des Elektrolyten nach dem Füllvorgang
zu vermeiden.
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Die Druckluft, die durch die Venturidüse 15 gedrückt wird, wird in
einer Dämpfungskammer 61 entspannt. Die Dämpfungskammer 61 ist mit einer Reihe von
Prallwänden 62 versehen, die so angeordnet und ausgebildet sind, daß das Volumen
der aus der Venturidüse 15 austretenden Luft erheblich vergrößert wird. Die Geschwindigkeit
der austretenden Luft wird dabei in der Dämpfungskammer 61 erniedrigt, so daß die
Luft, sobald sie über die Auspufföffnung 63 ins Freie tritt, nur noch einen Druck
besitzt, der etwa 0, 2°/o des Druckes am Einlaßende des Druckreduzierventils 18
beträgt. Die Dämpfungskammer 61 ist mit einer Mehrzahl von Abfluß öffnungen 64 zwi-
schen
den Prallwänden 62 versehen, damit Flüssigkeit, die im Luftstrom enthalten ist,
abgeschieden und in eine weitere Oberfließkammer 65 abgeführt werden kann.
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In dieser Überfiießkammer 65 ist ein Rohr 66 angeordnet, über das
Flüssigkeit aus der Kammer abgezogen werden kann. Dieses Abzugsrohr 66 besitzt ein
Überfließventil, das aus einer Ventilkammer 67 mit einer Ventilkugel 68 besteht.
Die Ventilkugel 68 sitzt dichtend im oberen Ende der Ventilkammer 67, solange in
der Überfließkammer 65 ein Überdruck herrscht, der durch die Zufuhr von Druckluft
aus der Venturidüse 15 bewirkt wird, d. h. es ist nicht möglich, daß Flüssigkeit,
die sich in dieser Kammer 65 gesammelt hat, durch das Rohr 66 ausgeblasen wird.
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Die Ventilkammer 67 ist jedoch mit Absicht so gestaltet, daß die Ventilkugel
68 nur am oberen Ende der Ventilkammer 67 dichtend sitzt. Der Durchmesser des Abzugsrohres
66 ist groß genug, um das Mundstück 51 des Füllkopfes 11 aufzunehmen und die Ventilkammer
67 ist so angeordnet, daß die Ventilkugel 68 aus ihrem Dichtsitz am Ende der Kammer
67 herausgedrückt wird, wenn das Mundstück 51 in das Abzugsrohr 66 eingesetzt wird.
Dies ermöglicht es, Flüssigkeit aus der Oberfließkammer 65 abzuziehen und in den
Elektrolytb eh älter zurückzuführen, wobei nur das Mundstück 51 in das Abzugsrohr
66 eingesetzt werden muß.
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Die Füllvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus Materialien
hergestellt werden, die insbesondere gegenüber den Elektrolyten für Akkumulatoren,
beispielsweise gegenüber Schwefelsäure, inert sind. Das Gehäuse 16 sowie die Venturidüse
15 und die verschiedenen Prallwände und Abteilungen können aus noch stoß festem
Polystyren hergestellt werden. Die flexiblen Leitungen 29, 45 und 48 können aus
Vinyl hergestellt werden. Der Füllkopf 11 und die Kappe 32 können aus Polypropylen,
das nur geringe Tendenz dazu hat, Haarrisse zu bilden, zu splittern oder zu brechen,
bestehen. Die Ventilkugeln 25, 34 und 68 können beispielsweise aus Hartgummi sein.
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Die Wirkungsweise der Batteriefüllvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist im folgenden näher beschrieben.
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Die Luftströmung durch die Venturidüse 15 ruft in der Überfließkammer
22 einen Unterdruck in der Größenordnung von 0,2 bis 0,6 atm hervor. Wenn das Mundstück
51 des Füllkopfes 11 in die Füllöffnung einer Akkumulatorenzelle eingesetzt wird,
wobei die Dichtung 54 die Akkumulatorenzelle abdichtet, wird über die Leitung 48
und die Unterdruckführung43 im Füllkopf 11 der in der Überfließkammer 22 herrschende
Unterdruck an die Zelle angelegt. Dieser Unterdruck wirkt damit auch auf den Elektrolyt
13 im Elektrolytbehälter 14 über die Elektrolytzuführung 42 im Füllkopf 11, die
Zuleitung 45, das Elektrolytzufuhrrohr 36, die Sperrkammer 28, die Zuleitung 29
und den Siphon 31. Durch diesen Unterdruck wird Elektrolyt im Siphon 31 angesogen
und über die Zuleitung 29 in die Sperrkammer 28 gebracht. Elektrolytfluß in der
Sperrkammer 28 führt dazu, daß sich die Ventilkugel 34, die schwerer ist als die
Flüssigkeit, in Richtung auf die Abflußöffnung 27 bewegt. Durch den Unterdruck in
der tJberfließkammer 22 verschließt die Ventilkugel 34 die Abflußöffnung 27.
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Sobald die Abflußöffnung 27 verschlossen ist, wird
Elektrolyt
durch das Elektrolytzufuhrrohr 36, durch die Zuleitung 45 und die Elektrolytführung
42 im Füllkopf 11 in die Akkumulatorenzelle 12 gezogen.
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Während des Füllens steigt der Flüssigkeitsstand in der Zelle bis
er den Rand des Mundstückes 51 erreicht. Sobald dieser Punkt erreicht ist, wird
Elektrolyt durch die Unterdruckführung 43 und durch die Leitung 48 in die Uberfließkammer
22 gezogen. Wenn das Gehäuse 16 aus einem durchsichtigen Kunststoff hergestellt
ist, kann dies von außen festgestellt werden und der Füllkopf aus der Füllöffnung
der Akkumulatorenzelle entfernt werden.
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Durch die Entfernung des Füllkopfes 11 aus der Füllöffnung wird der
Unterdruck an der Dichtung 54 aufgehoben, so daß der Unterdruck in der tÇberfließkammer
22 sich ebenfalls ausgleicht und die Ventilkugel 34 die Abfluß öffnung 27 freigibt.
Elektrolyt aus der Oberfließkammer 22 läuft dann über die Sperrkammer 28, die Leitung
29 und den Siphon 31 in den Elektrolytbehälter 14 zurück. Da zu diesem Zeitpunkt
noch genügender Unterdruck in der Überfließkammer 22 herrscht, wird jeglicher Elektrolyt,
der noch in der Elektrolytführung 36 oder in der Leitung 45 enthalten ist, zurückgezogen.
Da das Ende der Elektrolytführung 42 im Füllkopf lt gegenüber der Vakuumführung
43 bzw. dem Mundstück 51 etwas versetzt ist, herrscht an dieser Stelle ebenfalls
ein Unterdruck.
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Dieser Unterdruck führt dazu, daß Elektrolyt in der Leitung 45 oder
in der Elektrolytführung 42 zurück in die Überfließkammer 22 über die Leitung 48
gezogen wird. Auf diese Weise wird jegliches Tropfen von Elektrolyt im Füllkopf
vermieden.
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Der Unterdruck am Mundstück 51 des Füllkopfes kann auch dazu verwendet
werden, Elektrolytreste auf der Akkumulatoroberfläche zu beseitigen, vorausgesetzt
wird dabei jedoch, daß das Gehäuse 16 oberhalb des Elektrolytbehälters 14 angeordnet
ist, solange die Füllvorrichtung in Benutzung ist; ist dies nicht der Fall, kann
der Elektrolyt nicht in den Elektrolytbehälter zurückfließen. Weiter soll darauf
hingewiesen werden, daß, falls das Gehäuse 16 so angeordnet ist, daß der Füllkopf
11 sich über dem Gehäuse 16 befindet, wenn er in einer Füllöffnung einer Akkumulatorenzellen
sitzt, schon die Schwerkraft dazu mithilft, daß Elektrolyt, der noch im Füllkopf
11 und in den Leitungen 45 und 48 enthalten ist, in den Behälter 14 zurückfließt.
An sich ist eine solche Anordnung jedoch nicht notwendig, da in der Überfließkammer
22, wie bereits vorher beschrieben, ein Unterdruck herrscht.
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Wenn der Füllkopf 11 versehentlich in der Füllöffnung der Akkumulatorenzelle
bleibt, so daß der Elektrolytstand in der Überfließkammer 22 bis zu einem Punkt
ansteigt, bei dem er durch die Öffnung in die Venturidüse 15 gezogen werden könnte,
schließt das Kugelventil 24. Die Bewegung des Elektrolyten um die Ventilkugel 25
hebt diese und verursacht das Schließen der Öffnung. In diesem Moment wird vom Unterdruck,
der durch die Venturidüse 15 erzeugt wird, die Ventilkugel 25 in der Öffnung festgehalten.
Damit wird der Unterdruck von der Überfiießkammer ferngehalten und die Ventilkugel
34 ergibt die Abfluß öffnung 27 frei, so daß der Elektrolyt aus der Überfließkammer
22 in den Elektrolytbehälter 14 zurückfließen kann. Dadurch, daß der Elektrolyt
aus der Kammer 22 herausfließt, wird ein Unterdruck im oberen Teil dieser Kammer
geschaffen, der dazu führt, daß der restliche Elektrolyt
aus der Zuleitung 45 und
der Unterdruckleitung 48 entfernt wird und in den Behälter zurückfließt. Sobald
aller Elektrolyt wieder aus der Überfließkammer 22 entfernt ist, kann das Uberfließventil
24 durch Schließen der Luftzufuhr zur Venturidüse 15 geöffnet werden. Das Kugelventil
24 macht die Arbeitsweise der Batteriefüllvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
praktisch narrensicher; falsche Behandlung kann nicht zu Unfällen führen, und vorsätzlicher
Mißbrauch ist ausgeschlossen.
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Wie schon vorher beschrieben, ist der Elektrolytstand in der Akkumulatorenzellen
festgelegt durch die Unterkante des Mundstückes 51 am Füllkopf 11. dieser Elektrolytstand
kann variiert werden durch Verschieben der Dichtung 52 auf dem Mundstück'51, so
daß das Mundstück 51 beliebig weit in die Füllöffnung hineinragt.
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Der Siphon 31 ist so gestaltet, daß er in den handelsüblichen Elektrolytbehältern
benutzt werden kann. Die Kappe 32 mit Gewinde dient nur als zusätzlicher Sicherheitsfaktor,
um zu verhüten, daß durch Umstoßen des Elektrolytbehälters Elektrolyt ausfließt.
Die Länge des Siphons wird der Höhe des Elektrolytbehälters angepaßt, so daß insbesondere
bei Verwendung von Elektrolytbehältern aus Kunststoff keine Zerstörungsgefahr besteht.
Wenn der Elektrolytbehälter aus einem Kunststoff besteht, so wird durch das langsame
Zusammenfallen dieses Behälters während der Aufnahme von Elektrolyt gewährleistet,
daß auch geringe Reste von Elektrolyt noch verwendet werden.
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Der zum einwandfreien Arbeiten der Füllvorrichtung notwendige Unterdruck
kann außer durch die verschiedenen Venturidüsen auch durch andere Staurohrarten
erzeugt werden. Die in der Druckluft meist enthaltene Feuchtigkeit wird durch die
Dämpfungskammer 61 entfernt und fließt in die tÇberfließkammer 65 ab. Die Öffnung
60 in der Dämpfungskammer ist im allgemeinen größer als die Öffnungen 64, so daß
sich in der Überfließkammer 65 kein Überdruck ausbilden kann, der dazu führen kann,
daß Flüssigkeitstropfen, die durch die Öffnungen 64 eintreten, durch die Öffnungen
60 wieder herausgeblasen werden.
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Das gesamte System gestattet es daher, überfließenden Elektrolyt
und kondensierte Luftfeuchtigkeit in der Überffießkammer 65 einzufangen, ohne daß
Gefahr besteht, daß diese Flüssigkeit durch die Auspufföffnung 63 ausgeblasen wird.
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Die Batteriefüllvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bietet
den wesentlichen Vorteil, daß jegliches Spritzen von Elektrolyt oder Überlaufen
der zu füllenden Behälter vermieden wird. Dadurch, daß die Füllvorrichtung durch
Druckluft betrieben wird, die praktisch überall vorhanden ist, kann diese Füllvorrichtung
universell angewendet werden. Daneben besitzt die neue Füllvorrichtung keinerlei
sich bewegende mechanische Teile, so daß sie vollkommen wartungsfrei ist. Da sie
vollständig aus Kunststoff bestehen kann, ist sie keinen Korrosionen unterworfen.