DE1959108C3 - Verschlußvorrichtung für galvanische Lagerelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verschlußeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer aus der US-PS 31 73 811 bekannten Verschlußeinrichtung dieser Art liegt die Membran auf einer durch eine Durchmesserabstufung der öffnung in der Trennwand gebildeten Fläche auf und ist durch einen Federring in ihrer Lage gesichert. Für Langzeit-Lagerelemente reicht eine solche Abdichtung zwischen dem den Elektrolyten oder ein Elektrolytlösungsmittel aufnehmenden Aktivierungsbehälter einerseits und dem die zu aktivierenden Zellen aufnehmenden Zellenbehälter andererseits insbesondere dann nicht aus, wenn das Lagerelement beim Transport oder im Einsatz vor der Aktivierung starken Erschütterungen oder Beschleunigungen ausgesetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verschlußvorrichtung für ein solches Lagerelement zu schaffen, welche einerseits einen zuverlässigen und dauerhaften dichten Abschluß der öffnung in der Trennwand gewährleistet und andererseits bei einem genau vorbestimmten Aktivierungsdruck den Durchlaß freigibt.

Diese Aufgaeb wird gelöst durch die im Anspruch I gekennzeichnete Erfindung. Die Verwendung einer allseitig mit der Trennwand verlöteten Membran sorgt für den dauerhaften und zuverlässigen Abschluß der zu beiden Seiten der Trennwand befindlichen Behälter gegeneinander. Beim Verlöten der Membran mit den sie umgebenden Flächen der Trennwand besteht jedoch die Gefahr, daß Lötmaterial in unkontrollierbarer Webe Randteile der Membranfläche bedeckt und somit die wirksame Membranfläche nicht exakt vorherbestimmbar ist Der Druck, bei dem die Membran zerreißt, hängt

ίο jedoch nicht nur von der Festigkeit des Membranmaterials und von deren Dicke, sondern auch von der wirksamen Membranfläche ab, die dem auf die Membran wirkenden Differenzdruck ausgesetzt ist Je nachdem wie sich das flüssige Lötmaterial zwischen der Membran und der die Membran festhaltenden Flächen der Trennwand verteilt, ergibt sich eine etwas größere oder kleinere, nicht von Lötmaterial bedeckte Membranfläche, welche der wirksamen Membranfläche entspricht Je größer die durch das Lötmaterial eingenommene Fläche ist, desto kleiner ist die wirksame Fläche und desto höher ist der zum Zerreißen der Membran erforderliche Druck. Dieser Gefahr wird durch das zweite Merkmal der Erfindung abgeholfen, wonach sich die Membran vor dem Zerreißen mit ihrer lötmittsllFreien Fläche gegen eine umlaufende Kante des Durchgangsloches legt welche die wirksame Membranfläche genau definiert. Damit ist gewährleistet, daß die Membran jeweils bei einem vorgegebenen Differenzdruck zerreißt

JO Die Verwendung von Melallmembranen ist an sich bekannt, beispielsweise aus der GB-PS 5 18 468 als durch eine Lanze mechanisch zerstörbarer Verschluß der Ausströmöffnung eines Feuerlöschers.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile ergeben

sich nicht nur beim Verlöten oder Hartverlöten der Membran mit den Teilen der Trennwand, sondern auch beim Ankleben der Membran. Die Membran besteht vorzugsweise aus kaltgewalztem Stahlblech. Je nach Art und chemischer Aggressivität der Aktivierungsflüssigkeit können jedoch auch andere Materialien verwendet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung wiederge-

«5 gebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 in geschnittener Darstellung ein galvanisches Lagerelement, das mit der erfindungsgemäßen Verschlußvorrichtung versehen ist,
F i g. 2 in größerem Maßstab die in F i g. 1 dargestellte

so erfindungsgemäße Verschlußvorrichtung,

F i g. 2A und F i g. 2B die Verschlußvorrichtung nach F i g. 2 während verschiedener Stadien der Aktivierung des Elements nach F i g. 1.

F i g. 1 zeigt ein verzögert aktivierbares galvanisches

Element, das mit einem zylinderförmigen Gehäuse versehen ist. Das Innere dieses Gehäuses ist in einen zur Speicherung eines Elektrolyten dienenden Raum 11 und einen zur Aufnahme der Batteriezellen dienenden Raum 12 aufgeteilt. Die beiden Räume sind durch eine Zwischenwand 13 voneinander getrennt. Das die Batteriezellen tragende Ende des Gehäuses 10 ist durch eine Verschlußplatte 14 abgeschlossen, in der die Anschlußklemmen der Batterie untergebracht sind. Der obere, den Elektrolyten aufnehmende Raum 11 ist durch

b*> einen Deckel 15 abgeschlossen.

Die Zellen in dem als Zellenbehälter ausgestalteten Raum 12 sind um eine koaxial zum Gehäuse 10 liegende Trägersäule 20 angerodnet, die sich fast über die

gesamte Länge des Zellenbehälters 12 erstreckt. Die Säule 20 besitzt eine zur Säulenlängsache koaxiale Durchgangsbohrung 21, die von der Verschlußplatte 14 bis zur Zwischenwand 13 reicht, und ist darüber hinaus noch mit einer Anzahl in radialer Richtung verlaufender öffnungen 17 versehen, die über die gesamte Länge der Säule 20 verteilt sind. Die Rdialbohningen 17 gewährleisten einen Flüssigkeitsausgleich zwischen der Durchgangsbohrung 21 und den um die Trägersäule 20 herum angeordneten Batteriezellen.

In der Mitte der Zwischenwand 13 befindet sich ein Durchgangsloch 22, das durch eine zerstörbare Membran 25 verschlossen ist Die Membran 25 ist so aufgebaut, daß sie bei einem bestimmten auf sie einwirkenden Flüssigkeitsdruck zerstört wird.

Der Durchmesser des Durchgangsloches 22, vor dem die Membran 25 liegt, ist ungefähr so groß wie der Durchmesser der Durchgangsbohrung 21 in der Trägersäule 20. Die Längsachse des Durchgangsloches 22 liegt koaxial zur Durchgangsbohrung 21, so daß beim Zerreißen der Membran 25 Elektrolytflüssigkeit von dem als Aktivierungsbehälter dienenden Raum Il über die Durchgangsbohrung 21 und die radialen öffnungen 17 in den Zellenbehälter 12 fließen kann.

Innerhalb des Raumes 11 ist ein zusammenpreßbarer Behälter 16 untergebracht, dessen Abmessungen in etwa denen des Raumes 11 entsprechen. Die untere Begrenzungsfläche des zusammenpreßbaren Behälters 16 wird durch die Zwischenwand 13 gebildet, mit der der untere Rand der Seitenwand des Behälters 16 fest verbunden ist Der Behälter 16 ist so aufgebaut, daß aus ihm die Elektrolytflüssigkeit nur über das Durchgangsloch 22 in der Zwischenwand 13 in den Zellenbehälter 12 fließen kann. Dies geschieht aufgrund eines Druckes, der gleichzeitig auch die Membran 25 zerstört.

Am Deckel 15 ist ein Initiaizünder 31 befestigt, der mit einer Zündlagung 30, einer Zündpille, einem Schlagbolzen 32, einem Hammer 33 und einer Auslösevorrichtung 34 versehen ist Der die Zündladung 30 aufnehmende Raum ist über eine öffnung 35 im Deckel 15 mit dem Aktivierungsbehälter 11 verbunden, so daß bei der Betätigung der Initialzündung die durch die Explosion erzeugten Gase in den Raum U eintreten und einen plötzlichen Druckanstieg innerhalb des Behälters 16 und damit in der in diesem Raum enthaltenen Flüssigkeit bewirken.

Aus den F i g. 2 bis 2B ergibt sich, daß die Membran 25 mittels einer Hülse 27 in dem Durchgangsloch 22 der Zwischenwand 13 festgehalten wird Der Durchmesser des Durchgangsloches 22 ist stufenförmig abgesetzt und die Hülse 27 in den Teil des Durchgangsloches 22 eingeschoben, der den größten Durchmesser aufweist Die Hülse 27 wird durch Lötmaterial 29 innerhalb des Durchgangsloches 22 festgehalten. Über den größten Teil der Länge des Durchgangsloches 21 in der Trennwand 13 und der öffnung 23 in der Hülse 27 haben beide den gleichen Innendurchmesser. Der Öffnungsdurchmesser von Zwischenwand 13 und Hülse 27 ändert sich an der Stelle, wo die Membran 25 festgehalten wird. An dieser Stelle nimmt sowohl der Innendurchmesser der Hülse 27 als auch der Durchmesser der Zwischenwandöffnung 22 stufenförmig zu, so daß sich ein zylinderförmiger Raum ergibt, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser des nicht eingespannten Teils der Membran 25 ist. Am der Zwischenwand 13 abgewandten Ende der Hülse 27 geht der Hülsendurchmesser 26 in einen engeren zweiten Durchmesser 28 über, wodurch sich eine Blende ergibt Das der Zwischenwand 13 abgewandte Ende der Hülse 27 besitzt an seiner Außenfläche einen ringförmigen Ansatz. Der am membranseitigen Hülsenende liegende größte Innendurchmesser der Hülse 27 ist unterhalb der Membran 25 zu einem kleineren, zweiten Durchmesser hin abgesetzt, der noch weiter unter der Membran in den erwähnten noch kleineren dritten Durchmesser 28 übergeht Durch den stufenförmigen Obergang vom ersten zum zweiten Durchmesser ergibt sich eine

ίο scharfe umlaufende Kante 26, gegen die sich die Membran 25 legt sobald der auf den Elektrolyten in dem Aktivierungsbehälter U ausgeübte Druck sich erhöht und damit die Membran 25 in Richtung zur Blende 28 hin ausgedehnt wird (siehe F i g. 2B).

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Verschlußvorrichtung in Verbindung mit der in F i g. 1 gezeigten, verzögert aktivierbaren Batterie beschrieben. Die Aktivierung der Batterie erfolgt durch Zerstörung der Membran 25 und durch Einpressen der Elektrolytlösung vom Aktivierungsbehälter U in den Zellenbehälter 12. Bei der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Batterie werden beide Vorgänge durch einen Gaserzeuger am oberen Ende der Batterie bewirkt Dieser Gaserzeuger wird durch einen Zug oder einen Schlag auf die Auslösevorrichtung 34 ausgelöst, wodurch der Hammer 33 auf den Schlagbolzen 32 schlägt Der sich daraufhin nach unten bewegende Schalgbolzen 32 bringt die zur Initialzündung 31 gehörende Zündpille zur Explosion, die ihrerseits die gaserzeugende Zündladung 30 zündet.

Das durch die Zündladung 30 erzeugte Gas wird über die öffnung 35 im Deckel 15 in den Aktivierungsbehälter 11 gepreßt Der anwachsende Druck im Behälter U drückt den Behälter 16 zusammen, welcher die Elektrolytflüssigkeit enthält. Durch das Zusammenpressen des Behälters 16 wird der Druck auf die Membran 25 übertragen, die zerstört wird, sobald der Druck einen bestimmten Wert überschreitet Nachdem die Membran 25 zerstört ist wird die Elektrolytflüssigkeit über das Durchgangsloch 22 in den Zellenbehälter 12 gepreßt.

Die Aktivierung ist beendet, sobald die Elektrolytflüssigkeit mit den Batteriezellen in Berührung kommt.

Die zufriedenstellende Wirkung der in F i g. 1 gezeigten verzögert aktivierbaren Batterie hängt weitgehend von der Verläßlichkeit und Wiederholbarkeit der Meinbranzerstörung ab. Vor der Zündung der Zündladung 30 befindet sich die Membran 25 in ihrem unbelasteten Normalzustand, indem sie die in F i g. 2 gezeigte, im wesentlichen flache, Plattenform besitzt. Mit anwachsendem Druck in der Elektrolytflüssigkeit, der durch die Verbrennung der Zündladung bedingt ist, wirkt ein wachsender Druck auf die Membran 25 ein, wodurch sich diese in Richtung zum Zellenbehälter 12 hin ausdehnt bis sie sich gegen die umlaufende Kante 26 in der öffnung 23 legt (siehe F i g. 2A). Nachdem sich die Membran 25 gegen die umlaufende Kante 26 gelegt hat, ist die wirksame Membranfläche durch die von der umlaufenden Kante eingeschlossenen Fläche bestimmt. Da nun der Zerreißpunkt bei gleichbleibender Membranstärke und gleichbleibendem Material im wesentli-

bo chen von der wirksamen Membranfläche abhängt, bestimmt die umlaufende Kante den Druck, bei dem die Membran 25 zerstört wird.

Durch praktische Versuche hat sich ergeben, daß eine gemäß der hier beschriebenen Erfindung aufgebaute Verschlußvorrichtung immer bei dein gleichen auf die Membran wirkenden Druck zerreißt, ohne daß ein nennenswerter Druckunterschied festgestellt werden konnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Eine durch Druck zerstörbare Membran aufweisende Verschlußvorrichtung für eine öffnung in der Trennwand zwischen Zellenbehälter und Aktivierungsbehälter eines galvanischen Lagerelements, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (25) mit Teilen (13, 27) der Trennwand verlötet ist und daß die öffnung (22) in der Trennwand auf der dem Zellenbehälter (12) zugewandten Seite der Membran im Abstand von der Einspannebene der Membran eine umlaufende Kante (26) mit gegenüber der Einspannstelle verringertem Durchmesser aufweist, wobei dieser Abstand so gewählt ist, daß sich die Membran unter dem Einfluß des Aktivierungsdruckes erst gegen diese Kante legt, ehe sie zerreißt.

2. Verschlußeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (13) ein Durchgangsloch (22) mit abgestuftem Durchmesser aufweist und in dem Teil größeren Durchmessers die Membran (25) und daran anschließend mit ihrer Stirnseite an der Membran anliegend und mit dieser verlötet eine Hülse (27) eingesetzt ist.

3. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (25) sowohl mit einer durch die Durchmesserabstufung des Durchgangsloches (22) gebildeten Stirnfläche der Trennwand (13) als auch mit der Stirnfläche der Hülse (27) und diese Hülse außerdem mit der Lochwand verlötet ist

4. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Durchmesser des Durchgangsloches (22) dem Durchmesser der umlaufenden Kante (26) entspricht.

5. Verschlußvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (22) auf der dem Zellenbehälter (12) zugewandten Seite in einen gegenüber der umlaufenden Kante (26) noch engeren Durchmesser (28) übergeht.