DE2042417A1

DE2042417A1 - Druckablaßventil und alkalische galvanische Zelle mit einem solchen

Info

Publication number: DE2042417A1
Application number: DE19702042417
Authority: DE
Inventors: Helmut Kaspar Rocky River Ohio Amthor (V St A ) P
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-08-27
Filing date: 1970-08-27
Publication date: 1971-04-01
Also published as: DK132918B; DK132918C; NO141700B; JPS4842300B1; NO141700C; BE755411A; GB1336567A; AT308868B; NO742659L; JPS4949459B1; DE2065583A1; AT310836B; DE2042417C3; AT304662B; NO140282C; NO135959B; NO135959C; CA983101A; NO140282B; NO742635L

Description

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¹^ ·* 25. August 197ο

'■■ 70 Gzy/Ha.

Union Garbide Corporation, 27o Park Avenue, New York, U.S.A.

Druckablaßventil und alkalische galvanische Zelle mit einem solchen

Die Erfindung betrifft ein Druckablaßventil zum Ablassen I

von hohen inneren Gasdrücken aus einem flüssigkeitsdicht verschlossenen Behälter. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Ventile, die in geschlossenen alkalischen galvanischen Zellen angeordnet sind, um den Aufbau eines hohen inneren Gasdruckes innerhalb des Zellenbehälters zu vermeiden.

In alkalischen galvanischen Zellen können während des Gebrauches große Mengen von Gas unter bestimmten Bedingungen entstehen. Da diese Zellen dauernd flüssigkeitsdicht verschlossen sein müssen, um Verluste an Elektrolyt durch Lecken oder Verdampfung zu verhindern, können hohe innere Gasdrücke entstehen. Diese Drücke können zum Lecken, zum Ausbeulen oder d möglicherweise auch zum Platzen der Zellen führen, wenn sie nicht geeigneterweise abgeführt werden. Besonders bei sekun dären oder wieder aufladbaren Zellen muß die Entlüftung wieder verschließbar sein, um ein Austrocknen des Elektrolyten während der üblicherweise langen Lebensdauer der Zellen zu verhindern und um den Eintritt von Sauerstoff und Kohlendioxyd zu vermeiden.

Bieher sind verschiedene Arten von wieder verschließbaren Druckablaßventilen verwendet worden, um innere Gasdrücke aus

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verschlossenen alkalischen galvanischen Zellen abzulassen. Ein übliches Ventil besteht im wesentlichen aus einer flachen Kautschukscheibe, die dichtend über eine Ablaßöffnung gespannt ist, und zwar durch ein elastisches Mittel wie eine Schraubenfeder/ Die Feder oder das elastische Mittel sind so gespannt, daß sie bei einem bestimmten inneren Gasdruck zeitweilig nachgeben, die Dichtung öffnen und das Gas durch die Entlüftungsöffnung austreten lassen.

Eine andere Art eines wieder verschließbaren Druckablaßventils ist in der USA-Patentschrift 3 293 O81 beschrieben. Dieses Ventil enthält einen ringförmigen Dichtungsring. z.B. einen O-Ring, der in dichtender Stellung mittels eines bogenförmigen elastischen Teiles oder einer Feder um das Mundstück der Entlüftungsöffnung gehalten wird. Diese Feder ist so gespannt, daß eine radiale Bewegung des Dichtungsringes möglich ist, wobei zeitweilig die Dichtung aufgehoben wird und Gas durch die Entlüftungsöffnung austreten kann, wenn im Inneren der Zelle ein bestimmter hoher Innendruck des Gases erreicht ist.

Eine größere Schwierigkeit bei wieder verschließbaren Druckablaßventilen der beschriebenen Art besteht darin, daß sie sperrig sind und daher nur öohwierig in die Zelle eingebaut werden können. Ferner sind diese Druckablaßventile teuer in der Herstellung und sind nioht immer geeignet zum Einbau in Zellen von sehr kleinen Abmessungen.

Ziel der Erfindung ist ein'neues und verbessertes Druckablaßventil, duroh welches ein hoher innerer Gasdruck in flüs-•igkeitsdioht gesohloasenen Behältern, insbesondere in alkaliaohen galvanischen Zellen! abgelassen «erden kann· Ein weiteres Ziel der Erindung ist ein derartiges Druckablaßventil

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für alkalische galvanische Zellen, das sich selbsttätig beim Entstehen eines bestimmten hohen inneren Gasdrucks innerhalb der Zelle öffnet und nach Ablassen des Gasdruckes wieder schließt. Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein derartiges Druckablaßventil für alkalische galvanische Zellen, das einfach ist und einen geringen Umfang hat, eine Mindestanzahl von Teilen enthält, das verläßlich ist und so zusammengestellt wurden kann, daß es auf einen bestimmten Gasdruck innerhalb eines weiten Bereiches anspricht, das billig herzustellen ist, i und das einfach in Zellen aller Abmessungen, auch in sehr kleine Zellen, eingebaut werden kann.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Druckablaßventil eine elastische verformbare Kugel aus einem geeigneten elastomeren Material enthält, die einer Entlüftungsöffnung im Behälter aufliegt. Über der elastischen Kugel ist ein Mittel vorgesehen, um die Kugel an ihrer Stelle über der Entlüftungsöffnung in Berührung mit einem Ventilsitz um die inneren Umfangskanten in der Entlüftungsöffnung zu halten und die Kugel hierbei so zusammenzudrücken und zu verformen, daß sie in dieser abgeflachten Form eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der abgeflachten Kugel und dem Ventilsitz ™ bildet. Während des Aufbaues eines bestimmten hohen inneren Gasdruckes in dem Behälter wird die Kugel zeitweilig weiter v&rformt, so daß die Dichtung aufgehoben wird und Gas durch die Entlüftungsöffnung austreten kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wiikt das Ventil in zwei Arten. Hierbei ist die verformbare Kugel aus elaatomerem Material in die ι tiefe Entlüftungsöffnung so eingepreßt, daß sie anfänglich eine sehr feste Dichtung mit den

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Seitenwandungen der Entlüftungsöffnung bildet, und hierbei den Durchgang durch die Entlüftungsöffnung von dem Inneren der Zelle verschließt. Das Druckablaßventil mit der in die Entlüftungsöffnung hineingepreßten elastischen Kugel bleibt geschlossen, bis die Kugel aus der Entlüftungsöffnung herausgedrückt ist, wenn im Inneren der Zelle ein besonders hoher innerer Gasdruck entsteht. Nach dem Herausdrücken aus der Entlüftungsöffnung entweicht einiges Gas aus dem Inneren der Zelle. Anschließend wird die Kugel durch die Festhaltevorrichtung auf dem Mundstück der Entlüftungsöffnung festgehalten derart, wie es oben beschrieben ist, d.h. die Kugel ist in abgeflachten Zustande über dem Mundstück der Entlüftungsöffnung, und bi"¹.-.-einen flüssigkeitsdichten Verschluß zwischen der Kugel una dem Ventilsitz.

Diese in zwei Arten wirkende Ausführungsform des Druckablaßventils gemäß der Erfindung ist dadurch vorteilhaft, daß das Ventil während der Herstellung der Zelle auf einen erheblich höheren Druck eingestellt werden kann, als der verhältnismäßig niedrige Druck,bei welchem die Zelle in der zweiten Stellung arbeitet, wobei Gas während der üblichen Verwendung der Zelle austreten kann. Während der Lagerung der Zelle öffnet sich das Druckablaßventil nur dann, wenn ein ungewöhnlich innerer Gasdruck entsteht. Die Zelle ist daher geschützt gegen den Verlust von Feuchtigkeit oder Wasserdampf, der zu einem Austroctan führen kann.

Die Zeichnungen zeigen einige Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 ist ein Teilschnitt durch eine typische alkalische galvanische Zelle mit einem Druckablaßventil nach der Erfindung.

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Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstabe den oberen Teil einer Zelle nach Pig. 1.

Pig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt durch den Bodenteil einer Zelle nach -^ig. 1 und zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Pig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5 ist ein Schnitt durch den oberen Teil einer Zelle f

sehr kleiner Abmessungen mit einer anderen Ausführungsform des Druckablaßventils nach der Erfindung.

Fig. 6 ist ein Schnitt durch den oberen Teil einer ähnlichen Zelle mit einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckablaßventils.

Pig. 7 ist ein Schnitt durch den unteren Teil einer Zelle ähnlich derjenigen nach Fig. 1 und zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 ist eine typische alkalische galvanische J Zelle dargestellt mit einem erfindungsgemäßen Druckablaßventil. Die Zelle enthält einen metallischen becherförmigen Behälter 1o mit einem äußeren Metallmantel 11. Dieser Mantel und der Behälter 1o sind getrennt durch eine isolierende Auskleidung 12, die aus Papier oder einem anderen Faserstoff bestehen kann. Innerhalb des Behälters 1o befinden sich eine rohrförmige Anode 14, eine rohrförmige Kathode 15 und ein alkalischer Elektrolyt 16, vorzugsweise eine wäßrige Lösung von Kaliumhydroxyd oder Natriumhydroxyd. Die Kathode 15 befindet sich in Berührung mit den Seitenwandungen des Behäl-

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ters 1o, ist aber von der Anode 14 durch einen für Flüssigkeiten und Gase durchlässigen, den Elektrolyt enthaltenden Scheider 18 getrennt. Der Scheider 18 kann aus zwei Schichten eines scheidenden Materials bestehen, die zwischen der Anode 14 und der Kathode 15 angeordnet sind und das obere geschlossene Ende des Behälters 1o überliegen.

Der Verschluß für diese Zelle kann derart sein, wxs er in der USA-Patentschrift 3 o42 734 beschrieben ist. Dieser Verschluß enthält einen im allgemeinen U-förmigen Dichtungsring 2o zum Abdichten des oberen Endes des polarisierten becherförmigen Behälters 1o, einen unpolarisi^rten starren metallischen Deckel 21, der auf dem U-förmigen Dichtungsring 2o aufliegt und ein entgegengesetzt polarisiertes mittig angeordnetes endständiges Niet 22, das in Berührung mit dem anodischen Stromabnehmer 23 steht. Der Dichtungsring 2o besteht vorzugsweise aus einem verhältnismäßig harten in der Kälte nicht fließenden Kunststoff wie Nylon und ist radial zusammengedrückt zwischen dem endständigen Niet 22, dem metallischen Deckel 21, und zwischen dem Deckel 21 und den unteren Umfangskanten des Behälters 1o. Der flüssigkeitsdichte Verschluß der Zelle ist daher sehr beständig gegen Lecken.

Eine metallische obere Deckelplatte 24 für die Zelle hat einen mittigen Vorsprung 25, der als positives Endstück der Zelle dient. Die Deckelplatte 24 hat ein Entlüftungsloch 26. Sie hat ferner am Umfange einen Hingteil 27, der dicht um die oberen Kanten des Behälters 1o faßt und radial einwärts zusammengepreßt ist, so daß eine glatte Verbindung zwischen dem Hingteil 27 und den Seitenwandungen des Behälters 1o

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besteht. Der Metallmantel 12 ist verschlossen um die oberen und unteren Enden der Zelle durch Umbördeln seiner Außenkanten um die Außenkanten der Deckelplatte 24 und durch Umbördeln seiner unteren Kanten um die Außenkanten der metallischen Bodenplatte 28. Die Bodenplatte 28 steht in elektrischen Kontakt mit dem endständigen Niet 22 und dient als negatives Endstück der Zelle.

Bei dem in zwei Arten wirkenden Druckablaßventil der Zelle f nach den Pig. 1 und 2 ist eine elastische Kugel 3o hineingepreßt in die Entlüftungsöffnung 32 mit kleinerem Durchmesser. Die Entlüftungsöffnung 32 liegt gerade u^tor dem mittigen Vorsprung 25 der Deckelplatte 24. Die zylindrischen Seitenwandungen der Entlüftungsöffnung sind so lang, daß sie ein ziemlich tiefes Loch für die Aufnahme der in Längsrichtung zusammengepreßten Kugel 3o bilden. Man sieht, daß die Kugel 3o unter elastischer Spannung in die Entlüftungsöffnung 32 eingepreßt ist, und daß daher eine sehr starke Dichtungskraft gegen die Seitenwandungen der Entlüftungsöffnung 32 ausgeübt wird, wodurch der Durchgang durch die Entlüftungsöffnung 32 abgeschlossen ist. A

Während der Lagerung der Zelle bleibt das Druckablaßventil geschlossen, wobei die elastische in Längsrichtung zusammengedrückte Kugel 3o sich innerhalb der Entlüftungsöffnung 32 befindet. Die Kugel 3o wird aus der Entlüftungsöffnung 32 herausgedrückt, wenn im Inneren der Zelle ein außergewöhnlich hoher innerer Gasdruck entsteht. Die Deckelplatte 24 und ihr mittiger Vorsprung 25 sind so ausgeführt, daß der Zwischenraum zwischen der Wandung des Vorsprunges 25 und der Oberkante der Entlüftungsöffnung 32 kleiner ist als der

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Durchmesser der elastischen Kugel 3o in kugelförmigem Zustande, bevor sie in die Entlüftungsöffnung 32 hineingepreßt war» Man sieht, daß die Kugel 3o gleich nach dem Hinausstoßer, aus der Entlüftungsöffnung 32 in Berührung gelangt mit dem flachen Wandungsteil des Vorsprunges 25, der die Kugel 3o i.n zusammengepreßten und verformtem Zustande flach auf die Entlüftungsöffnung 32 aufdrückt. Das ist durch gestrichelte Linien in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Beim ersten Ausstoßen aus der Entlüftung 32 wird die elastische Kugel 3o so zusammengedrückt und verformt, daß durch den außergewöhnlich hohen inneren Gasdruck im Inneren der Zelle die Kugel 3o rJcht sofort auf den Außenkanten der Entlüftungsöffnung 32 «ufsitzt und damit einen Durchlaß um die Kugel 3o für das Gas aus dem Inneren der Zelle schafft. Das Gas entweicht durch die Entlüftungsöffnung 32 um die Kugel 3o herum und durch das Loch 26 in der Deckelplatte 24. Wenn der außergewöhnlich hohe innere Gasdruck nachläßt, bringt die Elastizität der abgeflachten Kugel 3o diese in eine flüssigkeitsdichte Abdichtung mit den Außenkanten der Entlüftungsöffnung 32, welche den Ventilsitz bilden. Das Ventil schließt also die Entlüftungsöffnung 32, bis der innere Gasdruck während der Verwendung oder der Entladung der Zelle so hoch ist, daß bei einem bestimmten Wert, der unterhalb des Wertes für das Ausstoßen der Kugel aus dem Mundstück der Entlüftungsöffnung liegt, erhöht wird. Wenn dieser bestimmte Gasdruck erreicht ist, so wird die Kugel 3o zeitweilig wieder verformt, wobei die Dichtung an der Umfangskante der Entlüftungsöffnung 32 aufgehoben wird und Gas aus dem Inneren der Zelle in derselben Art, wie es oben beschrieben ist, entweichen kann. Bas Ventil bleibt geöffnet, bis die durch den inneren Gasdruck auf die Kugel 3o ausgeübte Kraft

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kleiner ist als die Dichtungskraft durch die elastische Spannung der Kugel 3o. Hierauf sitzt die Kugel wieder gegen die Außenkante der Entlüftungsöffnung 32 auf und schließt das Ventil.

Man sieht, daß diese Wirkungsweise des Druckablaßventils in zwei Arten den Vorteil mit sich bringt, daß die Zelle während der Lagerung hermetisch dicht geschlossen bleibt, wodurch die Lebensdauer der Zelle verlängert wird. Es sei bemerkt, daß j während der Verwendung oder der Entladung der Zelle der innere Gasdruck innerhalb der Zelle sich schnell aufbaut, und daß es sehr vorteilhaft ist, das Gas sobald wie möglich bei ziemlich niedrigen Drücken abzulassen. Während der Lagerung erhöht sich aber der innere Gasdruck langsamer, und ein häufiges Ablassen des Gases bei geringem Druck ist nicht erforderlich. Ein Entlüften in geringen Zeitabständen ist nicht vorteilhaft, weil es den Verlust von Flüssigkeit oder Wasserdampf mit sich bringt und dadurch zu einem Austrocknen der Zelle führen kann. Bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform eines Ventils, das in zwei Arten wirkt, öffnet sich das Ventil während der Lagerung noch nicht bei verhältnismäßig niedrigen Drücken und bleibt geschlossen, bis ein übermäßig hoher innerer Gasdruck erreicht wird, der abgelassen wird, um ein Zerspringen der Zelle zu verhüten.

Die Pig. 3 zeigt eine andere Ausführungeform des erfindungsgemäßen Ventils, das ebenfalls in zwei Arten arbeitet. Das Ventil befindet sioh im Bodenverschluß der Zelle. Die elastische Kugel 32 ist eingepreßt in eine verhältnismäßig tiefe kreisförmige Entlüftungsöffnung 35 innerhalb des endständigen ITiete 22. Der Kopfteil des endständigen Niets 22

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hat eine vergrößerte kreisförmige Aushöhlung 36 zur Aufnahme der elastischen Kugel 34, wenn diese aus der Entlüftungsöffnung 35 herausgedrückt ist. Eine scheibenförmige Feder 38 stehtin Berührung .mit dem Kopf des Niets und überliegt die kreisförmige Aushöhlung 36 unter elastischer Spannung, so daß sein äußerer Umfang elastisch in Berührung steht mit einer Bodenplatte 4o, die ein Loch 41 hat. Die kreisförmige Aushöhlung 36 ist so tief, daß die elastische Kugel 34 nach dem Herausdrücken aus der Entlüftungsöffnung 35 durch die Feder 38 in abgeflachter Form gehalten wird und so auf dem Mundstück der Entlüftungsöffnung 35 liegt, wie d.ie gestrichelten Linien in Fig. 3 es zeigen. Dadurch entsteht eine normale flüssigkeitsdichte Abdichtung an den Außenkanten der Entlüftungsöffnung 35. Die Feder 38 bei dieser Ausführungsform hält die elastische abgeflachte Kugel 34 gegen das Ausstoßen aus der Entlüftungsöffnung 35 fest und bildet ferner einen elektrischen Kontakt zwischen dem endständigen Niet 22 und der metallischen Bodenplatte 4o, die als negatives Endstück der Zelle dient.

Bei der Ausführungaform der Erfindung nach Pig. 4 befindet sich das Druckablaßventil innerhalb eines anderen Zellverschlusses, der dem oben beschriebenen ähnlich ist. Im Untersohied hierzu wird die elektrische Verbindung mit der metallischen Bodenplatte 4o hergestellt durch eine polarisierte Metallkappe 42. Diese Metallkappe 42 hat einen mittigen Vorsprung 43, der die scheibenförmige Feder 44 berührt. Die Außenkanten dieser Feder stehen durch Spannung in elastischer Berührung mit der metallischen Bodenplatte 4o. Die Kappe 42 liegt unter dem polarisierten starren Metalldeckel 45, der βeinerseits in Berührung steht mit dem anodisohen Stromabnehmer 46. Der metallische Deokel 45 und die Kappe 42 liegen

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innerhalb eines U-fönnigen Dichtungsringes 47, der radial zusammengedrückt ist zwischen dem metallischen Deckel 45 und der unteren Uafangskante des Behälters 1o.

Zum Druckablaßventil bei dieser Ausführungsform gehört eine

elastische Kugel 48. Diese liegt innerhalb des mittiger, Vcr sprunges 43 der Metallkappe 42 und liegt auf der Entlüftung- öffnung 49 im Metalldeckel 45. Der Vorsprung 43 hi*lt die elastische Kugel 48 an ihrer Stelle über der Entlüftungsbff- g nung 49 und preßt und verformt die Kugel 48 zu einer flachen

Form. Dadurch wird eine flüssigkeitedichte Abdichtung um die Außenkante der Entlüftungsöffnung 49 erreicht. B9i dieser Ausführungsform der Erfindung entläßt das Ventil das Gas

aus dem Inneren der Zelle bei verhältnismäßig niedrigen jy.V- ken. Hier wirkt das Ventil also nicht auf zwei Arten, wie es in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist.

Die Figur 5 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei weloher das Ventil in Zellen von sehr geringen Abmessungen angeordnet sein kann. Die Zelle enthält einen metallischen Behälter 5o, dessen oberes offenes Ende abgedichtet ist durch einen L-förmigen Dichtungsring 51, zwecknäßigerweise aus einem f verhältnismäßig harten isolierenden Kunststoff. Ein polarisierter Metalldeckel 52 liegt auf de» Dichtungsring 51 und hat einen nach unten herabreichenden feil 53, der in die öffnung des Dichtungsringes 51 hineinpaßt. Bin elektrisch leitendes Teil 54 wie ein Metalletift ist vereohweifit oder andersartig befeetigt nit de» mittigen herabhängenden Teil 53 und stellt eine elektrische Verbindung mit einer der Elektroden der Zelle her. Eine metallische Endkappe 55 Bit eine« Entlüftungeloch 56 befindet eich über dem Metalldeokel 52. Ihre Unterkanten

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werden festgehalten durch einen Umfangsflansch 51 um die Außenkanten des Metalldeckels 52. Der Dichtungsring 5* wird radial zusammengedrückt zwischen dem Metalldeckel Vk. _% dem Behälter 1o und den Außenkanten des Behälters 1o, die über einen Dichtungsring 58, vorzugsweise aus einem verhältnismäßig weichen elastischen Kunststoff, umgebördelt sind.

Bei der nach zwei Arten arbeitenden Aus führung siorir, dieses Druckablaßventiles ist die elastische Kugel 6o eingepreßt in eine tiefe Entlüftungsöffnung 62 innerhalb des mittigen herabhängenden Teiles 53. Wie oben beschrieben, ist die elastische Kugel 6o zylindrisch zusammengedrückt, wenn sie in die Entlüftungsöffnung 62 eingepreßt ist, und bildet eine Dichtung, die erst bei hohem Druck anspricht. Der Zwischerraum zwischen der Metallkappe 55 und der Außenkante der Entlüftungsöffnung 62 ist derart, daß die Kugel 6o in abgeflachter Form gehalten wird, wenn sie aus der Entlüftungsöffnung 62 herausgedrückt ist. Diese Stellung ist in Fig. 5 in gestrichelten Linien dargestellt.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 ist im wesentlichen die gleiche, wie sie eben beschrieben war. Im Unterschied hat die Entlüftungsöffnung 62 einen kegelförmigen Ventilsitzt an ihrer Außenkante. Nach dem Herausstoßen der elastischen Kugel 6o aus der Entlüftungsöffnung 62 wird sie aufgehalten von der metallischen Endkappe 55 und in abgeflachter Kegelform gegen die kegelförmigen Oberflächen um die Öffnung der Entlüftungsöffnung gedrückt. Man sieht, daß bei dieser Ausführungsform der Erfindung die elastische Kugel 6o nicht so weit verformt wird, wie beim Abflachen nach den vorigen Ausführungsformen. Das Ventil entläßt daher Gas schon bei erheb-

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lieh niedrigeren Innendrücken im Inneren der ZeIIe₀ Die Zelle hat im übrigen dieselbe Bauart wie die Zelle nach Fig. 5, mit der Ausnahme, daß die oberen Außenkanten des Behälters 1o über die Außenkanten eines L-förmigen Dichtungsringes 64 umgebördelt sind.

Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei das Druckablaßventil ebenfalls in zwei Arten wirkt. Die Zelle kann hierbei dieselbe Bauart haben, wie sie in den Figu- | ren 3 und 4 dargestellt ist. Die Zelle enthält einen polarisierten metallischen becherförmigen Behälter 65 siit einem äußeren Metallmantel 66, der von dem Behälter C5 durch eine isolierende Auskleidung 67 getrennt ist, die vorzugsweise a.:? Papier oder einem anderen Faserstoff besteht. Das offene Enae des Behälters 65 ist abgedichtet durch einen starren ringförmigen isolierenden Deckel 68, vorzugsweise aus einem verhältnismäßig harten Kunststoff. Die Außenkante des ringförmigen isolierenden Deckels 68 stößt gegen die Seitenwandungen des Behälters 65, die radial nach einwärts zusammengepreßt sind, so daß eine flüssigkeitsdiche Abdichtung zwischen dem Deckel 68 und dem Behälter 65 entsteht. Die unteren a Außenkanten des Behälters 65 sind umgebördelt Über ein peripherales Flansch 69, das aus einem Stück mit den Außenkanten des isolierenden Deckels 68^J besteht. Der Metallmantel 66 und die isolierende Auskleidung 67 erstrecken sich über die Unterkanten des Behälters 65 und sind in ähnlicher Art umgebördelt über die Außenkanten einer metallischen Bodenplatte 7o, die als negatives Endstück der Zelle dient.

Das Druckablaßventil nach dieser Ausführungsform der Erfindung enthält einen umgekehrten Metallbecher 71, der innerhalb einer

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engen kreisförmigen Aussparung 72 des ringförmigen isolierenden Deckels 68 liegt. Der Becher 71 hat einen mistigen sich nach oben erstreckenden zylindrischen Portsatz 7'⁷, d-.r fiüssigkeitsdicht in der öffnung des isolierenden Deckels 68 steckt und eine ziemlich tiefe längliche Entlüftungsöffnung für das Ventil bildet. Eine elastische Kugel 74 ist m die Entlüftungsöffnung 73 hineingepreßt und hierbei wie dargestellt verformt. Dadurch wird die Entlüftungsöffriarg unt^r einem hohen Druck ebenso abgedichtet, wie es oben beschrieben ist. Innerhalb des Metallbechers 71 befindet sich ein Dichtungsring 75, dessen Öffnung 76 ausgerichtet ist mit der Öffnung in den vorragenden Teil 73. Bei dieser Auhführungsform der Erfindung kann die Öffnung 76 in dem Dichtungsring 75 verwendet werden, um den Anfangsdruck zu erhöhen, bei welchem die elastische Kugel 74 aus der Entlüftungsöffnung herausgestoßen wird. Die Öffnung 76 in dem Dichtungsring 75 kann daher einen etwas kleineren Durchmesser haben, als ea der innere Durchmesser des mittigen Teiles 73 ist. Dadurch wird eine nach auswärts gerichtete Bewegung der elastischen Kugel 74 weiter beschränkt, und es kann ein höherer innerer Gasdruck in der Zelle entstehen.

Nach dem Ausstoßen der elastischen Kugel aus der Entlüftungsöffnung und durch die Öffnung 76 in dem Dichtungsring 75, wird die Kugel 74 in Stellung über der Öffnung 76 gehalten. Sie wird hierbei zusammengedrückt und flach verformt, wie die gestrichelten Linien in der Pig. 7 es zeigen, und zwar durch die metallische Kappe 77. Die Kappe 77 wird festgehalten durch die unteren Außenkanten des Metallbechere 71, die über die Außenkanten der Kappe 77 umgebördelt sind. EinLeiter ist durch Schweißen oder auf andere Art mit dem Teil 73 des ■

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Metairbechers 71 verbunden und dient zur elektrischen Verbindung mit einer Elektrode der Zelle. Eine elastische Feder 79, die aus der Kappe 77 ausgestanzt sein kann, beiinie* -ich in Berührung mit der metallischen Bodenplatte 7o, die als negatives Endstück der Zelle dient.

Eine wichtige Eigenschaft der erfindungsgemäßen Druckribla..'-ventile besteht darin, daß die Ventile sich wieder .schließen, wenn der im Inneren der Zelle entstandene Gasdruck abgelassen " ist. Bei allen dargestellten' Ausführungsformen hat die elastische abgeflachte Kugel aus elastomerem Material eine elastisehe Spannung, welche die Kraft gibt, um die Küg,el zurück in ihre abdichtende Stellung gegen die Außenkante der Entltif tv'«?-■· öffnung zu bringen. Beim weiteren Ansteigen des inneren Gasdruckes kann die Kugel erneut zeitweilig verformt werden. Es sei indessen bemerkt, daß in sehr kleinen Zellen wie AAA-ZeIlen, das A oiitil in erster Linie als Sicherheitsventil dient. Wenn die Kugel einmal aus der Entlüftungsöffnung herausgedrückt ist, darf sie nicht verstopfen und dadurch ein weiteres Entlüften verhindern. Um zu erreichen, daß das Ventil sicher in diesen kleinen Zellen arbeitet, muß es so zusammengesetzt d werden, daß die elastische Kugel ganz schwach zusammengedrückt ist und daher schon "bei verhältnismäßig geringen Drücken entlüftet. Man kann ein Festsetzen der elastischen Kugel in der Entlüftungsöffnung verhindern, was durch Teilchen von aktivem Material geschehen kann, die aus dem Inneren der Zelle in den Ventilsitz gelangen. Das Nichtwiederverschließen des Ventils oder ein falsches Aufsetzen wird nicht als Nachteil des Ventils angesehen, sondern wird nur als Ergebnis der Umgebung und der Bedingungen betrachtet. Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann die elastische Kugel aus einem beliebigen

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elastischen elastomeren Material bestehen. Besonders bei der Verwendung in alkalischen galvanischen Zellen sollte die elastische Kugel aus einem elastischen elas*omeren Material bestehen, das chemisch beständig ist gegenüber dem alkalischen Elektrolyten der Zelle. Ein geeignetes chemisch beständiges elastomeres Material für die elastische Kugel ist ein Copolymer aus Äthylen und Propylen. Die elastische Kugel sollte vorzugsweise eine Durometer-Harte von 6o bis* 7o haben. Die Kugel sollte ihre Elastizität wänre.id langer Zeit auch bei starker Verformung beibehalten. So kann beispielsweise die in die Entlüftungsöffnung Mn^ agepreßte Kugel einen Durchmesser von 5o bis 7o % des ursprünglichen Durchmessers der Kugel haben.

Wie schon gesagt, können die Außenkanten der Entlüftungsöffnung als Ventilsitz für die elastische Kugel dienen₀ Der Ventilsitz für die elastische Kugel kann auch aus einem anderen besonderen Teil bestehen, der über der Entlüftungsöffnung liegt, wie es beispielsweise in der Fig. 7 gezeigt ist. In allen Fällen, ausgenommen bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform, sollten die Außenkanten der Entlüftungsöffnung eine Schulter von etwa 9o°G bilden, damit diese scharfen Kanten die elastische Kugel nur minimal berühren und eine flüssigkeitsdichte Abdichtung bilden.

Die elastische Kugel soll ursprünglich kugelförmig sein, und der Ventilsitz,auf welchem die Kugel aufliegt, sollte kreisförmig sein, wenn das Ventil nur zum Entlüften bei niedrigen Drücken verwendet wird, wie in Fig. 4 dargestellt, oder auch bei der Verwendung des Ventils in zwei Arten. Wenn das Ventil aber nur als Sicherheitsventil verwendet werden

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soll, wie oben bei Zellen mit kleinen Abmessungen beschrieben, kann die elastische Kugel auch eine andere Form haben, z.B. eine zylindrische oder eine sphäroide, obwohl auch in diesen Fällen eine Kugelform bevorzugt wird.

In einigen Fällen kann es erwünscht sein, einen Zusatz zu verwenden, um die Oberfläche der elastischen Kugel zu schmieren. Dadurch wird das Hineindrücken der Kugel in die Entlüftungsöffnung erleichtert und es wird sichergestellt, j daß die Kugel aus der Entlüftungsöffnung richtig herausgestoßen wird. Das Schmiermittel dichtet auch kleine Unregelmäßigkeiten des Ventilsitzes oder der Kugelocer-flache ab und verhindert das Festsetzen von Salz aus dem flüssigen Elektrolyt, der in Berührung kommen kann mit dem Ventil. Derartige geeignete Zusätze sind beispielsweise Schmiermittel aus Silikonen, Seife und Wachs.

Als Beispiel wurden mehrere Zellen mit Zink, Mangandioxyd und einem alkalischen Elektrolyten von verschiedenen Größen, nämlich D, AA, AAA, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Druckablaßventile geprüft. Die elastische verformbare Kugel , in den Ventilen hatte eine Kugelform und bestand aus einem * Copolymer von Äthylen und Propylen. Die Durchmesser der Kugel lagen zwischen 2,4 und 4,8 mm, in Abhängigkeit von den Abmessungen der Zellen. Der Ablaßdruck der Ventile in diesen Zellen war eingestellt durch die Wahl von Parametern, d.h. der Elasizität der Kugel, im Unterschied des KugeldurchmeBeera und des Durchmessers der Entlüftungsöffnung, und anderen Parametern, über einen weiten Bereich von Abdichtungsdrticken zwisohen o,35 und 35 kg/cm . Die Druokablaßventile wirkten zufriedenstellend und das Ablassen von

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Gas erfolgte in vorhersehbarer und wiederholbarer Art für die verschiedenen Drücke.

Die Erfindung schafft ein neues· und verbessertes Druckablaßventil zum Ablassen von hohen inneren Gasdrücken aus flüssigkeitdioht geschlossenen Behältern, insbesondere in alkalischen galvanischen Zellen. Das erfindungsgemäße Ventil Is* besonders dadurch vorteilhaft, daß es einfach und kompakt ist und leicht auch in Zellen sehr kleiner Abmessungen eingebaut werden kann, daß es eine sehr geringe Anzahl von Teilen benötigt, wobei die elastische Kugel der ei*zige bewegliche Teil ist, daß es in einfacher Weise ohne viel Arbeit zusammengestellt werden kann, und daß kritische Toleranzer bei seinem Zusammenbau nicht auftreten. Das erfindungegemäße Ventil dichtet ferner wieder, wenn der innere Gasdruck aus dem Behälter abgelassen ist. Es ist angepaßt einem weiten Bereich, von Gasdrücken und kann verhältnismäßig billig hergestellt werden.

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Claims

' Patentansprüche

1. Druckablaßventil für einen flüssigkeitsdicht ge schlossenen Behälter mit einer Entlüftungsöffnung /υη Ablassen von Gas aus dem Behälter, dadurch gekenrzei:hn- * daß es eine elastische Kugel mit einem in kugelförmiger Zustande größeren Durchmesser als der Durchmesser der Entlüftungsöffnung enthält, wobei die Kugel c*uf der | Entlf Utungsö ff nung in Berührung mit einem die Entlüf tür ··■·-. öffnung umgebenden Ventilsitz aufliegt, und daß es Mittel zum Festhalten der Kugel in abgedachtem Zustr Ie auf der Entlüftungsöffnung enthält.

2. Ventilnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.^q cie Kugel aus einem elastomeren Material mit einer Durometer-Härte von etwa 60 bis 70 besteht.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz eine scharfe rechteckige Schulterkante hat. j

4. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz eine kegelförmige Oberfläche hat.

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante der Entlüftungsöffnung den Ventilsitz bildet.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel in zusammengedrücktem Zustande innerhalb der Entlüftungsöffnung angeordnet ist.

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7· Alkalische galvanische Zelle mit einem flüssigkeitsdicht angedichteten Behälter, gekennzeichnet durch ein Dri. ■:·!·:- ablaßventil, nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Zelle nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen fl.issigkeitsdicht geschlossenen Behälter und ein Druck..blaßventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Behälters durch einen Verschluß abgeschlossen ist, der einen starren metallischen Decke 1 enthält,, der in das Ende des Behälters hineinpaßt, daß ein flJs- _y keitsdichter Dichtungsring dicht mit dem metallischen Deckel verbunden ist, und daß der metallische Deckel eine Lüftungsöffnung hat.

10. Zelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Festhalten der Kugel eine Metallkappe mit einem Vorsprunge ist, der unter Druck über die Kugel paßt, und daß sie eine Feder in elektrischem Kontakt mit dem Vorsprunge und einer metallischen Bodenplatte hat, die mit dem Äußeren der Zelle verbunden ist.

11. Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz um die Außenkante der Entlüftungsöffnung herum angeordnet ist, und daß das Mittel zum Festhalten der Kugel in einem solchen Abstande von dem Ventilsitz angeordnet ist, daß die Kugel nach dem Herausdrücken aus der Entlüftungsöffnung unter Druck und Verformung zu einer flachen Form gegen den Ventilsitz gedrückt wird.

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BAD ORIGINAL

2Q42417

12. Zelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnung in der geschlossenen Enciwandung des Behälter vorgesehen ist, und daß das Mittel zum Festhalten der Kugel nach Anspruch 10 ausgestattet ist.

13. Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach Anspruch 9 verschlossen ist, und daß der Metalldeckel einen mittig angeordneten herabhängenden

Teil hat, der durch den Dichtungsring hindurchführt i

und durch den die Entlüftungsöffnung fü^rt,

14. Zelle nach Anspruch 13, gekennzeichnet aurch eine metallische Endkappe, die über dem Metalldeckel bei? "'?,i ist und in einem Abstande von dem Ventilsitz angeorinet ist, der kleiner ist, als der Durchmesser der Kugel in ihrer ursprünglichen Form.

15. Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Behälters durch einen im Querschnitt U-förmigen Dichtungsring abgedichtet ist, der in das Ende des

Behälters hineinpaßt, daß ein starrer Metalldeckel ä

innerhalb des Dichtungsringes angeordnet ist, und daß ein Endniet durch .die mittige Öffnung des Dichtungsringes hindurchführt, wobei der Dichtungsring flUssigkeitsdicht zwlichen dem Metalldeckel und dem Niet und zwischen dem Metalldeckel und dem Behälter befestigt ist, und daß die Entlüftungsöffnung durch das Endniet hindurchführt.

1098U/U58 BAD ORlGfNAl.

16. Zelle nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Endniets eine kreisförmige Ver⁺.^ ~furg hat, die mit der Entlüftungsöffnung in Verbindung steht, wobei die Tiefe dieser kreisförmigen Vertiefung kleiner ist, als der Durchmesser der Kugel in ihrem ursprünglichen Zustande, und wobei die Kugel durcu eine elastische Feder in die kreisförmige Vertiefung ge' r-'r¹" wird, und die elastische Feder einen elektrischen Kon takt zu der metallischen Bodenplatte herstellt.

17. Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß e;n Ende des Behälters durch einen Verschluß «>us eineu starren ringförmigen Deckel geschlossen ist, der in κ. · Ende des Behälters hineinpaßt, wobei die Außenkanter, des ringförmigen Deckels flüssigkeitsdicht an die Kanten des Behälters anstoßen, und in einer flachen Vertiefung des isolierenden Deckels ein Metallbecher angeordnet ist, von dem ein mittiger vorspringender Teil durch die Öffnung in dem isolierenden Deckel führt und die Erilüftungsöffnung und innerhalb des Bechers einen Dichtungsring hat, dessen Öffnung mit der Entlüftungsöffnung ausgerichtet

ist. ^v

18. Zelle na,ch Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine ·.'·. metallische Endkappe nach Anspruch 14.

19. Zelle nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine elastische Feder nach Anspruch 16. ;

20. Zelle nach einem der Ansprüche 17 bis 19» dadurch gekenn- ; zeichnet, daß die Öffnung in dem Dichtungsring einen kleineren Durchmesser hat als die Entlüftungsöffnung.

109814/1*68

Leefsetre