DE1671798A1 - Akkumulator - Google Patents

Description

DR-INa. DIPL . DIPL.-PHYS. HÖGER-STELLRECHT-GRIESSBACH-HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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GLQBE-UiUOIi IFG. MILWAUKEE, WISCONSIN, U*S.A.

Me Erfindung betrifft sineß Akkumulator iQit einem Säure-Elektro-IySoJTi₉ vtnä swar insbesondere einen Bleiakkumulator mit Schwefel-

Blei-Äkim:siilatorsn₅ tuB'besonders Iraftfahrssug-Akkumiilatoreri, werci-jn üblicherweise in trockenem, aufgeladenem Zustand gelagert und rersohiekt. Das heißt also, daß die Akkuiaulatorplatton sich im geladenen Zustand befinden, jedoch enthält der Akkumulator keine flüssige Schwefelsäure als Elektrolyt, welche für die I^?«rtk'öion des Akkumulators erforderlich ist. um ihn einsaiz-■bei/elt κι? raaehsn, beispielsweise für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug_? wird der flüssige Elektrolyt - die Schwefelsäure - in das .'llcku^iulatorgehäuae gegossen. Diese etwas um- ?uänclliohe Verfahrensweise ist immer noch besser, als den Akku-■üula^or gsfüllt mit Pliissigkoit zu verschicken, da dabei in

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dsr Regel die Säure auslaufen würde, Bsi der ulsllchan Verfahrensweise muß die Säure in besonderen Behältern versandt werden, was die Kosten weiter erhöht und außerdem die aiit dem !Transport von Säuren verbundenen Gefahren auch nicht beseitigt. Schließlich ist däis "Einfüllen der Schwefelsäure in den Akkumulator in eiaer Tankstelle oder in der Werkstatt eines Händlers auch keine ungefährliche Tätigkeit, so daß die bisherige Yerfahrsnswsise insgesamt außerordentlich nachteilig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe augrunde, einen Akkumulator der erwähnten Ari ssu schaffen _s bei dem keine Sransportprolsleae auftreten und der außerdem bei seiner Inbetriebnahme eine außerordentlich einfache Handhabung erlaubt. Dieoe Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Elektrolyt in einer unbeweglichen Form itü Akkumulator angeordnet und durch Zugabe von Wasser in den frei fliesenden Zustand überführbar ist. Besonders zweckmäßig ist es ₃ &enn der unbewegliche Elektrolyt ^iae Mischung aus,.,konsentriarter Säure und einem Geliermittel od.dgl» ist, wobei es sich bei üem. Mittel; xait clessan Hilfe dar Elok«?clyt in seine unbewegliche Form übergeführt wird, um KieseleWe handelt. Bai Anwendung der Lehre muß also die Säure nicht mehr gesondert transportiert

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werden, und trotadem ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten dadurch, daß der Akkumulator die erforderliehe Säure schon enthält. Auch die Inbetriebnahme wird gegenüber dem seitherigen Stand der Technik wesentlich erleichtert, da der Akkumulator lediglich noch jsit eivbionisiertera Waoser gefüllt werden muß.

Bar G-rundgedanlre der Erfindung kann in der Weiae verallgen>e.tnert werden, daß eine neuartige Form für einen Säure-Elektrolyten gefunden wurde, durch die die seither be.im Transport der i't.Uosigen Säure auftretenden Probleme beseitigt werden können.

Der in seiner unbeweglichen form vorliegende Elektrolyt kann leicht in aonst freien Räuaen des trockenen und geladenen Blei-Akkuisulators untergebracht werden, so daß sich der letztere in diener Form versenden läßt.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbcsispiel der ,Erfindung wird eine 96#ige Schwefelsäure dadurch in eine verhältnismäßig feste Brikettform gebracht, daß sie mit Kieselerde vermischt wird, und awar im Verhältnis von ungefähr zwischen 24 und 30 Gramm Kieselerde pro 100 cm 96^iger Schwefeleäure, worauf

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die Mischung in die gewünschte Form gepreßt wird.

Bei einem sweiten, besonders zweckmäßigen Ausfuhruagsbeispiel wird rauchende Schwefelsäure (Oleum) mit einem geeigneten Geliermittel, insbesondere mit Kieselerde gemischt_s so daß die Mischung bis au 30 oder 40 Gew„# rauchende Schwefelsäure enthält. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das von dem verhältnismäßig unbeweglichen Gemisch eingenommene Volumen im allgemeinen kleiner als das von der Mischung gemäß dem ersten Ausführungsheispiel beanspruchte.

Weitere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung darstellende Merkmale ergeben 3ich aus den Patentansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung, die der Erläuterung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels dient; es zeigen:

Pig. 1 einen Vertikalschnitt eines Akkumulators mit einer erfindungsgemäßen Füllung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Akkumulator gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine der außenliegenden Zellen des in Fig. 1 dargestellten Akkumulators, und

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Fig* 4 einen ?ertikalschnlt durch eine der innenliegenden Zellen dieses Akkumulators»

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen typischen 12-Volt&kkumulator für Kraftfahrzeuge, und die Erfindung ist auch besonders für eine Anwendung auf solche Akkumulatoren geeignet, jedoch, nicht auf diese beschränkt.

Der dargestellte Akkumulator weist ein Gehäuse 10 und einen Deckel U auf, die beide aus einem üblichen Akkumulatorgehäusewerkstoff bestehen, beispielsweise aus Hartgummi oder Kunststoff. Im G-elfäüse sind fünf innere Zwischenwände 15 angeordnet, die das Innere des Akkumulators in sechs voneinander getrennte Zellen 16 und 17 aufteilen. Die beiden Zellen 16 sind elektrisch unmittelbar mit zwei Änsehlußzapfen 18 verbunden<, mit deren Hilfe der Akkumulator an einen äußeren Stromkreis anschließbar ist. Jede der Zellen 16₉17 enthält ein Paket 19 aus positiven und negativen Akkumulatorplatten, die durch übliche Abstandshalter im Abstand voneinander gehalten werden. Der Aufbau der Akkumulatorplatten kann der übliche sein, und es lasse.» sich

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auch konventionelle Abstandshalter verwenden, insbesondere dann, wenn der Akkumulator nicht zu lange gelagert werden soll; für längere Lagerzeiten eignen sich allerdings besser solche Abstandshalter, die unter dem Einfluß der ausgeprägten Trockungs- oder Entwässerungseigenschaften konzentrierter Schwefelsäure nicht zerfallen (wie später noch zu erläutern sein wird, enthält der Akkumulator ja während seiner Lagerung konzentrierte Schwefelsäure, vorzugsweise in Form von Preßkörpern). Als besonders geeignet haben sich Abstandshalter aus dlasfasermaterial erwiesen. Getragen werden die Plattenpakete 19 in erster Linie von vier Rippen 20, die längs des Bodens des Akkumulato35geh.ausea verlaufen.

Jede der beiden außenliegenden Zellen 16 (s. ?ig.3) weist einen Bügel 22 auf, der die Platten gleicher Polarität miteinander verbindet: der Bügel 22 in einer der Außenzellen 16 verbindet alle positiven Platten miteinander, während der andere Bügel 22 in der anderen Außenzelle 16 alle negativen Akkumulatorplatten miteinander verbindet. Die Bügel können entweder an die Platten angegossen oder angeschweißt sein. Sie sind ferner mit den Anschlußzapfen 18 verbunden, die sich durch passende Durch-

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führungsring® 26 im Deckel 11 hindurcherstrecken, so daß ein äußerer Stromkreis an sie angeschlossen werden kann.

Die restlichen Platten einer jeden Außenzelle 16 werden von einem weiteren Bügel 23 miteinander verbanden, der an einem Anschlußsapfen 29 befestigt ist, welcher sich durch den Deckel 11 des Akkumulators hindurcherstreckt, um so mit einer Hälfte eines Zwischensellenbügels 30 verbunden zu werden, über den er mit einem A&schlußaspfen 32 entgegengesetzter Polarität der benachbarten Innenzelle 17 in Verbindung steht (Fig. 1). Diese Innenzellen 17 haben entsprechende Anschlußzapfen 35 und Zwischensellenbügel 36 zur Verbindung der Zellen untereinander. Das Deckelstück über jeder der sechs Zellen 16,17 weist einen Einfüllkanal 40 auf, über den der Akkumulator normalerweise mit dem Elektrolyten gefüllt oder durch den Wasser im Betrieb zugegeben wird**—-*

Die bisher beschriebenen Seile des Akkumulators sind bekannt und typisch für die meisten 12 Volt-Kraftfahrzeug-Akkumulatoren. Ein solcher Akkumulator wird im aufgeladenen Zustand gelagert oder verschickt, und dann bestehen die positiven Platten aus

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Bleiperoxyd und die negativen Platten aus Bleischwamm. Im Gegensatz zum seitherigen Stand der Technik wird nun die Akkumulatorsäure nicht gesondert transportiert, sondern in eine unbewegliche Form übergeführt, und zwar insbesondere in relativ feste Presslinge*,- die im Akkumulatorgehäuae untergebracht werden. Soll der Akkumulator betriebsbereit gemacht werden, so ist lediglich Wasser zuzugeben, um die Presslinge aufzulösen und die Säure wieder in ihren freifließenden Zustand überzuführen.

Die Schwefelsäure wird dadurch in eine unbewegliche Form übergeführt, daß sie mit verhältnismäßig reiner Kieselsäure (Cab-O-? SiI, wie es von der Cabot Co. hergestellt wird) vermischt wird, und zwar in einem Verhältnis von ungefähr 24-30 Gramm Kieselerde auf 100 cm⁵ 96#iger H9SO4. Biese Mischung führt zu einem Pulver, dessen spezifisches Volumen ungefähr 1,8 mal größer als dasjenige der flüssigen HgSO. ist. Dieses Pulver wird mit Hilfe irgendeines geeigneten Werkzeugs so verdichtet und zusammengepreßt, daß feste Briketts entstehen, deren spezifisches Volumen ungefähr 1,1 mal größer als dasjenige der flüssigen Säure ist.

Die Zeichnung verdeutlicht eine Anordnung der den Elektrolyten enthaltenden Presslinge, die es gestattet, mehr als die unbedingt

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erforderliche Säuremenge in jeder Zelle unterzubringen. Infolgedessen ist es nicht in allen Fällen erforderlich, alle gezeigten Briketts zu verwenden. Alle sechs Zellen 16,17 enthalten fünf Preßkörper 51 smter den Platten in den fünf von den dieHPlatten tragenden Rippen 20 geformten Räumen. Die beiden Außenzellen 16 enthalten ferner drei Preßkßrper 52-54 über den Platten, und · zwar einen Preßkörper 52 unmittelbar über den Platten, der sich über die Länge der Zelle erstreckt, und zwei Preßkörper 53 und 54 über dem ersteren zu beiden Seiten des Einfüllkanals 40. Der untere Preßkörper 52 hat einen Durchbruch 59, der es gestattet, daß das in den Akkumulator gegossene Wasser die unteren Preßkörper 51 erreicht. Die Anschlußzapfen 29 passen längs der Außenseite der Preßkörper 52 und 54« während die Anschlußzapfen 18 durch verhältnismäßig große Löcher 55 hindurchgreifen, die in den Preßkörpern 52 und 53 gebildet sind. Die Innenzellen 17 m enthalten jeweils zwei Preßkörper 57 und 53 über den Akkumulatorplatten. In diesen Innenzellen sind lediglich swei Preßkörper erforderlich, um in ihnen dasselbe Volumen unterzubringen, wie dies die drei Preßkörper 52 - 54 in den Außenzellen 16 ermöglichen, da in den Innenzellen die großen Löcher 55 entfallen·

Die besonderen Abmessungen der Preßkörper hängen natürlich von der Akkumulatorgröße ab. Bei einem typischen Akkumulator für

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Kraftfahrzeuge benötigt .jede Zelle ungefähr 175 cm"* des Elektro-IytQ (193 cm des festen Elektrolyts) und hat den folgenden freien Raum für die Preßkörper zur Verfügung:

Außengellen

Fünf Blöcke unter den Platten Block unmittelbar über den Platten

Block an der kurzen Seite dea Einfüllkanals

Block an der langen Seite des Einfüllkanals

Gesamtvolumen

Innenzellen

Fünf Blöcke unter den Platten

Block an der langen Seite des Einfüllkanals

Block an der kurzen Seite des Einfilllkanale

Gesamtvolumen

Tolumen, korrigiert im Hinblick auf d^löcher

110	em*1
72	cm3
16	cm3
22	ca3

220 c©

Volumen, korrigiert im Hinblick auf die löcher

110	CET*
67.	5
52.	5 enr

230 cnr

Diese Aufstellung seigt, daß innerhalb des Akkumulators genügend freier Raum zur Verfügung steht, um die gesamte S&urß in ihrer unbeweglichen form unterzubringen. Obwohl das Einbringen der

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Säure in Form von Preßkörpern am zweckmäßigsten ist, kann sie natürlich auch in anderer Form im Akkumulator gespeichert werden. So könnte beispielsweise das sich durch Mischen der Säure mit Kieselerde ergebende Pulver in kleine Kugeln statt in quaderförmige Preßkörper zusammengepresst werden, die sich dann in die leeren Räuma-des Akkumulators einfüllen lassen· ^

Bei einigen Anwendungsbeispielen der erfindungsgemäßen Lehre kann es erwünscht sein, daß die feste Säure ein kleineres Volumen einnimmt. Dieses Volumen lädt sich noch dadurch verringern, daß man rauchende Schwefelsäure (Oleum) verwendet, und zwar in Konzentrationen bis zu 30 und 40 Gew.-#, so daß naturgemäß weniger Pulvei^-er-f orderlich ist, als bei Verwendung gewöhnlicher Schwefelsäure. Auch hier hat eich die Verwendung von Kieselerde als Geliermittel als zweckmäßig erwiesen. Eine Berechnung er- £ gibt, daß sich das erforderliche Volumen des Gemisches bei der Verwendung raucEender Schwefelsäure gegenüber dem mit konzentrierter Schwe-f-e-l^äure hergestellten Gemisch um ungefähr 15, 5# verringern läßt.

In beiden lallen kann jedoch der Säure-Elektrolyt durch die Zugabe von Wasser in den Akkumulator in seinen frei fließenden

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Zustand übergeführt werden. Dabei schwimmt dann die mit der Säure vermischte Kieselsäure entweder an die Oberfläche der Elektrolytflüssigkeit auf» oder sie setzt sich am Boden des Gehäuses zwischen den Rippen 20 ab. Ob die Kieselerde nun hochschwimmt oder sich absetzt, hängt hauptsächlich von der !!teilchengröße der Kieselerde ab.

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   Patentansprüche

   (l) Akkumulator mit einem Säure-Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in einer unbeweglichen Form la Akkumulator angeordnet und durch Zugabe von Wasser in den frei fließenden Zustand überführbär ist.

   2, Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unbewegliche Elektrolyt sine Mischung aus konzentrierter

   Säure und einem Geliermittel oder dergleichen ist, * """

   3* Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unbewegliche Elektrolyt in Porm von Presskörpern vorgegebenar Gestalt vorliegt.

   4. Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prößkörper Brikett- oder Kugelform haben.

   5. Akkumulator nach einem oder mehreren der vorstehenden Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der unbewegliche Elektro lyt eine Mischung aus Schwefelsäure, vorzugsweise rauchender Schwefelsäure und Kieselerde ist.

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   6. Akkumulator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefelsäure vor dem Miechen aus 90 bis 100£ H₂SO₄ besteht.

   7. Akkumulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß 100 car 96^-iger Schwefelsäure mit 24 bis 30g Kieselerde

   Ιφ vermischt sind.

   8. Akkumulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 3-7» dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Kieselerde und Säure so stark zusammengepresst ist, daß ihr Volumen ungefähr das 1,1-fache des Volumens der Säure allein ist.

   9. Akkumulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 3-8» mit in den Zellen des Akkumulators angeordneten Platten, dadurch gekennzeichnet, daQ die Presskörper über und unter den Platten angeordnet sind.

   10. Akkumulator nach einem oder mehreren der Ansprüche 2-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefalsäure bis zu 40

   # freies SO, enthält.

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