DE2254896C2 - Belüfteter Mehrfachverschluß für die Belüftungs- bzw. Füllöffnungen von Akkumulatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen belüfteten Mehrfachverschluß nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Das Befüllen von Akkumulatoren mit Wasser bei der Herstellung eines entsprechenden Elektrolyten und das Verhindern einer Gasansammlung beim Laden und Entladen der Akkumulatoren stellt bisher ein Problem dar. Als Verschlüsse für die einzelnen Zellen werden derzeit üblicherweise gekoppelte Mehrfachverschlüsse verwendet, die bis zu einem gewissen Grad einen schnellen Zugang zu den einzelnen Zellen eines Akkumulators und eine Entlüftung der Zellen ermöglichen.

In der US-PS 35 97 280 ist ein Mehrfachverschluß der eingangs genannten Art beschrieben, der aus einem Hohlkörper mit einem Boden, Seitenwänden und einem Deckel besteht Mehrere kreisförmige Stopfenteile können an Füllöffnungen angreifen. Diese Stopfenteile sind über Schlitze in Verbindung mit dem Hohlkörper. Außerdem sind Trenn- oder Leitwände vorlunden, die sich quer über den Hohlkörper erstrecken. Dieser Mehrfachverschluß hält den Elektrolyten zurück, der sich aus im Mehrfachverschiuß kondensierten Dämpfen bildet, und verhindert ein Auslaufen des Elektrolyten, wenn der Akkumulator aus seiner waagerechten Lage gebracht wird.

Weiterhin ist aus der US-PS 34 66 199 eine Batterie mit einer verbesserten Entlüftung bekannt, bei der eine für Gas durchlässige mikroporöse Scheibe auf einer Schulter in einem Zylinder gelagert ist, der sich von der Oberseite der Batterie aus erstreckt Diese Scheibe dient zur Entlüftung von Gasen, die beim Laden der Batterie entstehen.

Ferner ist in der US-PS 33 69 940 ein Mehrfachverschluß mit erhobenen Bodenabschnitten beschrieben, die den entweichenden Elektrolyten zurückfließen lassen, während in den US-PS 32 65 538 und 32 84 244 eine offene Schlit?entlüftung für einen Mehrfachverschluß vorgesehen ist

Derzeit ist aber kein Mehrfachverschluß für Akkumulatoren verfügbar, der ein maximales Entweichen von Gasen zur Außenluft zur Verringerung möglicher Explosionsgefahren und gleichzeitig ein zwangsläufiges Zurückhalten des Elektrolyten für den Fall gewährleistet, daß der Akkumulator nicht in waagerechter Lage gehalten wird. Außerdem gibt es auch keinen gekoppelten Entlüftungsverschluß für Akkumulatorzellen-Einfüllöffnungen, bei dem ein zwangsläufiges Zurückfließen des Elektrolyten gewährleistet wird, selbst wenn im Verschluß nur eine sehr !deine Elektrolytmenge vorhanden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen belüfteten Mehrfachverschluß für Akkumulatoren zu schaffen, bei dem die Explosionsgefahr weitgehend vermindert ist und der dabei in konstruktiver Hinsicht so ausgelegt ist, daß ein Auslaufen unmöglich und ein vollständiges Rückfließen des Elektrolyten gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Mehrfachverschluß nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Mehrfachverschluß ist also in einem Hohlkörper eine Kammer vorgesehen, in der sich ein poröser Diffusor befindet, wobei die Kammer und Trenn- bzw. Leitwände so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie dem Austritt von flüssigem Elektrolyt einen Widerstand entgegensetzen, ein Entweichen von Gasen aus den Akkumulatorzellen zu der den porösen Diffusor enthaltenden Kammer aber zulassen. Zusätzlich ist eine weitere Kammer eines kleinen Volumens zwischen dem porösen Diffusor und einem Auslaßschlitz vorgesehen. Bei einer Entzündung von entlüfteten Gasen infolge eines äußeren Funkens oder einer Flamme entsteht zwar eine Explosion, die aber in vollkommen unschädlicher Weise auf diese kleine weitere Kammer begrenzt ist. Der Diffusor verhindert nämlich, daß sich die Entzündung weiter in den Hohlkörper oder in das Batteriegehäuse ausbreitet.

Die Erfindung ermöglicht so einen belüfteten Mehrfachverschluß für die Entlüftungs- bzw. Füllöffnungen von Akkumulatoren, bei dem die Explosionsgefahr weitgehend vermindert ist Der Boden des Hohlkörpers ist vorzugsweise giebelförmig ausgebildet, wobei an den Füll- bzw. Entlüftungsöffnungen angeordnete rohrförmige Teile unter einem Winkel geneigt sind, um ein maximales Zurückfließen des entwichenen Elektrolyten zu gewährleisten.

Der erfindungsgemäße Mehrfachverschluß ist auch ι ο einfach und billig herstellbar.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines belüfteten Mehrfachverschlusses nach der Erfindung mit zur Veranschaulichung des Innenaufbaus weggebrochenen Teilen,

F i g. 2 eine Aufsicht auf den Verschluß bei abgenommenem Deckel,

Fig 3 eine bodenseitige Aufsicht auf den den porösen Diffusor bzw. Filter enthaltenden Deckel,

F i g. 4 einen lotrechten Schnitt durch den auf einen typischen Akkumulatordeckel aufgesetzten Mehrfachverschluß,

F i g. 5 eine Aufsicht auf die Unterseite des Mehrfachverschlusses,

F i g. 6 einen lotrechten Schnitt längs der Linie VI-VI in F i g. 4 und

F i g. 7 eine in vergrößertem Maßstab und im lotrechten Schnitt gehaltene Teilansicht eines der rohrförmigen Entlüftungsverschlüsse bzw. -stopfen zur Veranschaulichung der Rückfließeigenschaften.

Ein Mehrfachverschluß 10 besteht aus einem Hohlkörper 11 in Form eines Unterteils 12 mit umfangsmäßig hochragenden Seitenwänden 13 und eines Deckels 15. Der Unterteil 12 weist vier hochragende Wandteile 14 in Form eines rechteckigen Rahmens 19 auf, der einen aus Keramikmaterial bestehenden porösen Diffusor bzw. Verteiler 23 umgibt und geringfügig über letzteren hinausragt, um später angeschmolzen und über die angrenzenden Diffusorkanten herabgedrückt werden zu können. Außerdem sind im Unterteil 12 eine hochragende und im wesentlichen geradlinige Trenn- oder Leitwand 16 sowie halbkreisförmige Schürzen-l.?itwände 17 vorgesehen. Die Schürzen-Leitwände 17 umschließen jeweils teilweise eine von drei Zellen-Entlüftungsöffnungen Wa, iSbund 18c

Gemäß Fig.2 bildet der Rahmen 19 zwischen den beiden Füllöffnungen 18a und l&b eine rechteckige Kammer 20 mit einer rechteckigen, umlaufenden Auflagefläche 21 für den Diffusor 23. Diese Auflage umgibt einen den Boden 22 des Unterteils 12 und eine untere Unterteil-Wand 31 durchsetzenden rechteckigen Schlitz 26, der bei der Endmontage vom porösen Keramik-Diffusor 23 verdeckt wird, der seinerseits gemäß F i g. 1 und 4 größere Abmessungen besitzt als der Schlitz 26. Die bevorzugte Breite des Schlitzes 26 beträgt etwa 0,5 mm; sie kann jedoch auch auf etwa 0,25 mm verkleinert öder auf etwa 0,75 mm vergrößert werden, sofern die angegebene Porengröße für den Diffusor 23 verwendet wird.

Gemäß Fig. 1 ist der Boden 22 im Unterteil 12 giebelartig geneigt, wobei sich die Zellen-Entlüftungsöffnungen 18a-18c an der tiefsten Stelle der Giebelform und die Wandteile J4 sowie die Leitwand 16 an der höchsten Stelle derselben befinden. Ersichtlicherweise befindet sich auch der poröse Keramik-Diffusor 23 an einer erhöhten Stelle des Bodens 22, Aus später in Verbindung mit der Arbeitsweise noch zu erläutertanden Gründen werden die neben dem Diffusor 23 befindlichen Wandteile 14 später über letzteren herumgestaucht wobei sie ein kurzes Stück von der Oberkante der Seitenwände 13 des Unterteils 12 entfernt enden. Infolgedessen wird ein Zwischenraum zwischen der Innenwand des Deckels 15, den Wandteilen 14 and der Oberseite des Diffusors 23 festgelegt Die zwischen den Entlüftungsöffnungen 186 und 18c befindliche Leitwand 16 ist mittig mit einer U-förmigen Aussparung 27 versehen.

Gemäß Fig.3 erstrecken sich zwei Paare von auf Abstand stehenden, geradlinigen Trenn- oder Leitwänden 28 quer über die Innenwand 15a des Deckels 15, während vier Paare von kürzeren, geradlinigen Leitwänden 29 von den Innenwänden 156 des Deckels 15 nahe der Enden der Leitwände 28 abgehen und Durchgänge 30 festlegen. Die Leitwände 28 und 29 sind in solchen Abständen angeordnet liaß sie zwischen die Leitwände 16 und 17 sowie die Wandteile 14 des Unterteils 12 zu liegen kommen.

In Fig.4 ist der belüftete Mehrfachverschluß in Betriebsstellung an einem mit üblichen Füllöffnungen 34 versehenen Akkumulatordeckel 33 angeordnet Vom Boden des Unterteils 12 stehen Entlüftungs-Stopfenteile 35 ab, die in Dichtungsberührung mit den Wänden der Füllöffnungen 34 sind. Vom Boden 22 des Unterteils 12 stehen außerdem sich verjüngende Boder.teile 37 ab, die in rohrförmigen Gliedern 38 auslaufen. Der Diffusor 23 ruht über einem unteren Boden bzw. der Unterteil-Wand 31 auf der Auflagefläche 21 und legt dabei unter sich und neben dem rechteckigen Schlitz 26 eine zweite Kammer 36 fest. Gemäß F i g. 7 verlaufen die die Zellen-Entlüftungsöffnungen 18a bis 18c bildenden rohrförmigen Glieder unter einem Neigungswinkel und laufen effektiv in einer Spitze 39 aus.

Ein besseres Verständnis des Mehrfachverschlusses 10 ergibt sich aus der folgenden Beschreibung seiner Arbeitsweise. Deckel 15 und Unterteil 12 werden auf übliche Weise aus einem polymeren Material, wie thermoplastischem Polypropylen, unter Ausbildung der verschiedenen Trenn- und Leitwände 14,16 und 17, der Entlüftungsöffnungen 18a bis 18c, der Stopfenteile 35 und der rohrförmigen Glieder 38 sowie der Leitwände 28 und 29 im Deckel 15 gegossen. Danach wird der poröse Diffusor 23 zwischen die Wandteile 14 und den Rahmen 19 (F ig. 1) eingesetzt, worauf die Wandteile 14 mittels einer erhitzten Platte bis auf die Höhe des Keramikkörpers herab angeschmolzen werden. Der geschmolzene Kunststoff wird dabei unter Herstellung einer Abdichtung in das poröse Keramikmaterial hineingedrängt Hierauf wird der Deckel 15 auf beliebige Weise, beispielsweise durch Ultracchallschweißung, unter Herstellung einer luftdichten Abdichtung und einer belüfteten Verschlußanordnung mit dem Hohlkörper 11 am Unterteil 12 angeschweißt. Wenn der Verschluß 10 *uf einen Akkumulator-Deckel 33 aufgesetzt ist und die Stopfenteile 35 an den Füllöffnungen 34 angreifen, wird jeglicher Elektrolyt, der entweder durch Kondensation im Inneren des Hohlkörpers 11 oder durch Kippen des Akkumulators entweicht von den Leitwänden 16, 17, 28 und 29 aufgefangen und s;.dann fiber den schrägen Boden 22 des Unterteils 12, die sich verjüngenden Bodenteile 37 und die rohrförmigen Glieder 38 in die Füllöffnung 34 zurückgeführt Dabei wird weeen der SDitzenförmieen

Endwände 39 der rohrförmigen Glieder 38, die jegliche Brückenbildung des Elektrolyten über die rohrförmigen Glieder durch Herabsetzung seiner Kapillarwirkung und Oberflächenspannung an der rohrförmigen Wandfiäche verhindern, auch die kleinste Elektrolytmenge in die Füllöffnungen 34 zurückgeführt. Die sich normalerweise beim Laden und Entladen bildenden Zellen-Entlüftungsgase können schließlich über den rechteckigen Schlitz 26 entweichen. Hierbei wird jedoch ein indirekter Entlüftungsdurchgang festgelegt, um zu verhindern, daß etwa im Verschluß eingeschlossener Elektrolyt mit dem porösen Diffusor 23 in Berührung gelangt. Die aus den Zellen entweichenden Gase strömen um die Enden der Schürzen-Leitwände 17 herum und /wischen den durch die Leitwände 16,28 und 29 festgelegten Querzwischenräumen hindurch. Etwas Zwischenraum ist auch zwischen dem Boden 22 des Unterteils 12 und den Leitwänden 28 vorhanden, wie (JiCb ^e/.ieii in r ι g. 4 uuicii einen Durchgang 45 angedeutet ist. Die in der Leitwand 16 zwischen den Entlüftungsöffnungen 186 und 18c ausgebildete U-förmige Aussparung 27 ermöglicht einen zusätzlichen Durchstrom der aus den Zellen entweichenden Gase. Es ist jedoch zu beachten, das in den anderen geradlinigen Leitwänden 28 keine derartigen mittigen Aussparungen vorgesehen sind. Wenn der Deckel 15 auf den porösen Diffusor 23 aufgesetzt ist. wird zwischen diesem und dem Deckel 15 ein kleiner Zwischenraum 47 festgelegt, über welchen das Gas durch den Diffusor 23, die Kammer 36 und schließlich aus dem Schlitz 26 ausströmen kann. Auf diese Weise werden alle aus den Zellen entweichenden Gase vor ihrer Entlüftung zur Außenseite des Verschlusses 10 um die Enden der Leitwände 17 sowie um die Enden der Leitwände 28 und 29 herum und unter diesen hindurch geleitet, bevor sie über den Zwischenraum 47 mit der Oberseite des Diffusors 23 in Berührung gelangen.

Bei bereits durchgeführten Versuchen wurde ein Akkumulator stark aufgeladen. Wenn dann am Auslaß-Schlitz 26 ein Funke induziert wurde, vermochte er keine Explosion herbeizuführen.

Der Hauptgrund hierfür liegt in der kombinierten Anwendung des Diffusors 23 und der darunter liegenden Kammer 36. Wenn die Gase in die Kammer 36 einströmen und schließlich aus dem Schlitz 26 austreten, verursacht eine sie entzündende Flamme oder ein Funke wegen des kleinen Volumens der Kammer 36 nur eine harmlose Explosion, d. h. Verpuffung in der Kammer 36. Der Druck dieser Explosion reicht jedoch aus. kurzzeitig den Druck der entweichenden Gase zu überwinden, so daß der Gasstrom unterbrochen und die Flamme gelöscht wird. Dies stellt effektiv ein Absperr- oder Rückschlagventil dar, das im Fall von Funken- oder Flammenbildung automatisch arbeitet Es hat sich gezeigt daß anstelle einer schlitzförmigen öffnung 26 eine runde, in der Mitte der Unterteil-Wand 31 angeordnete Bohrung vorgesehen werden kann, wobei sich der Boden bzw. die Wand 31 vollständig über die Unterseiten der Auflagefläche 21 erstrecken würde. Diese Ausführungsform wird jedoch nicht bevorzugt da sich eine einzige Bohrung leicht verstopfen kann.

Ersichtlicherweise können unter tatsächlichen Betriebsbedingungen Schmutz und andere Fremdstoffe mit dem Diffusor 23 in Berührung kommen. Diese Gefahr wird jedoch zum größten Teil dadurch beseitigt daß der Diffusor durch den Deckel 15 abgedeckt ist und sich die nach außen führende öffnung an der Unterseite des Mehrfachverschlusses befindet.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird ein poröser Diffusor 23 in einer Kammer 20 eingesetzt. Der bevorzugte Werkstoff hierfür ist ein poröser Stein, wie er von jedem Hersteller von Keramikfiltern bei Angabe der Teilchengröße, des Prozentsatzes an offenem Volumen (Poren) und der Grundstoffe bezogen werden kann. Ein bevorzugtes Material für die Herstellung des

to Diffusors ist Tonerde (AI2O3) mit einem Glas-Bindemittel, wobei das Material 16—17% offenes Volumen (Poren) und eine Teilchengröße im Bereich von 0,35 —0,25 mm besitzt. Obgleich es wegen seiner Brennbarkeit nicht bevorzugt wird, kann gewünschten-

i"> falls mikroporöses Polyäthylen für den Diffusorwerkstoff verwendet werden. Der Unterteil 12 und der Deckel 15 nebst allen zugeordneten Trenn- oder Leitwänden. Wandteilen und rohrförmigen Abschnitten weiden aus einem Polypropylen iiergesieiii. Diese Teile können aber aus jedem beliebigen Material gefertigt werden, das gegenüber der Akkumulatorsäure chemisch inert ist und ausreichende Elastizität besitzt, so daß die Entlüftungsstopfen beim Einbau leicht deformiert werden können, um einen Ausgleich für Fertigungstoleranzen in Lage und Form der Füllöffnungen 34 zu schaffen. Hierbei können thermoplastische polymere Materialien, wie Olefinpolymere, einschließlich Polyäthylen, Mischpolymere von Propylen und Äthylen sowie Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) verwendet werden, da sie sich nach herkömmlichen Verfahren, wie durch Spritzguß, ohne weiteres mit hoher Produktionsleistung verformen lassen. Zur Erzielung gewünschter Färbung können dem Kunststoff vor dem Gießen bzw. Formen verschiedene Pigmente untergemischt werden.

Mit der Erfindung wurde ein belüfteter Mehrfachverschluß für einen Sammler bzw. Akkumulator geschaffen, der einen hohen Entlüftungsgrad der Sammler-Zellen gewährleistet und gleichzeitig den Elektrolyten zwangsläufig zurückhält und zurückfließen läßt. Dieser

«ι Verschluß läßt sich z. B. durch Gießen einfach aus leicht erhältlichen Werkstoffen herstellen und stellt eine Verteilung der Gase sicher, bevor sie zur Außenseite des Verschlusses abgeführt werden. Der Diffusor ist so angeordnet, daß seine Funktion durch Fremdstoffe nicht beeinträchtigt wird; außerdem ist er zur Verhinderung eines Eingriffs oder eines Ausbaus gekapselt, wobei eine zusätzliche Kammer ein weiteres Sicherheitsmerkmal darstellt.

Die Erfindung ermöglicht einen gekoppelten, belüfteten Verschluß für die Füllöffnungen von Akkumulatoren, der eine Anzahl von Leitwänden zum Zurüt-Khalten des Elektrolyten bei gleichzeitiger Ermöglichung eines Entweichens von in den Zellen entwickelten Gasen durch einen porösen Diffusor bzw. Filter aufweist der in einer ersten Kammer angeordnet ist welche unmittelbar an eine zweite, neben dem Gasauslaß befindliche Kammer angrenzt- Die Böden im Unterteil des Verschlusses sind geneigt bzw. giebelartig ausgebildet um einen maximalen Rückfluß des Elektrolyten zu ermöglichen, und rohrförmige, in einer spitz zulaufenden Wand endende und über der üblichen Zellen-Entlüftungs- oder -Füllöffnung des Akkumulators angeordnete Durchlässe gewährleisten einen wirksamen Rückfluß des Elektrolyten. Die ganze Verschlußanordnung ist vollständig gekapselt so daß ein maximales Entlüften der Gase durch den Filter und gleichzeitig Eingriffsicherheit gewährleistet ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Belüfteter Mehrfachverschiuß für die Entlüftungs- bzw. Füllöffnungen von Akkumulatoren, mit einem aus einem Unterteil, Umfangswänden und einem Deckel bestehenden Hohlkörper, mit mehreren vom Unterteil abstehenden, an den Füllöffnungen angreifenden Stopfenteilen einschließlich jeweils einer mit dem Hohlkörper kommunizierenden Öffnung und mit mehreren sich im wesentlichen quer i" über den Hohlkörper erstreckenden Trenn- oder Leitwänden, gekennzeichnet durch eine im Hohlkörper (11) vorgesehene Kammer (20), welche sich über dessen Unterteil (12) öffnet und mit den Öffnungen der Stopfenteile (35) kommuniziert, einen ι > porösen Diffusor (23), der in der Kammer (20) angeordnet ist und sich praktisch über deren Gesamtausdehnung erstreckt, wobei die Kammer (20) vier Wandteile (14) aufweist, die an der Oberseite des Diffusors (23) angreifen und diesen in den VerscJi&iß eindichten, ferner vom Unterteil (12) geradlinige und gekrümmte Leitwände (16, 17) abstehen, die ein kurzes Stück vom Deckel (15) entfernt enden, sowie vom Deckel (15) geradlinige Leitwände (28, 29) abstehen, die ein kurzes Stück vom Unterteil (12) entfernt enden, um dazwischen Durchgänge festzulegen, und eine weitere Kammer (36) eines kleinen Volumens, die mit der Gasauslaßseite des porösen Diffusors (23) kommuniziert und einen schmalen Auslaßschlitz (26) zum Außenraum des Hohlkörpers (11) aufweist.

2. Verschieß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Κ,-mmer '20) und der poröse Diffusor (23) zwischen zwei Öffnungen der Stopfenteile (35) angeordnet sind.

3. Verschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (23) aus einem porösen Keramikstein besteht.

4. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil (12) mit einem giebelartigen Boden (22) versehen ist, wobei die Stopfenteilöffnungen jeweils am tiefsten Punkt der Giebelform angeordnet sind.

5. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfenteil-Öffnungen aus je einem rohrförmigen Teil (38) bestehen, dessen Endabschnitt (39) unter einem Winkel geneigt ist.

6. Verschluß nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinigen Leitwände an den Spitzen bzw. höchsten Stellen der Giebelform so angeordnet sind.

7. Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß aus einem polymeren, thermoplastischen Material besteht.

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