DE2651493A1 - Deckel fuer das gehaeuse einer elektrischen batterie - Google Patents

Description

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10. November 1976

Gould Inc.

10 Gould Center

Rolling Meadows, Illinois 60008

U.S.A.

Deckel für das Gehäuse einer elektrischen Batterie

Die Erfindung betrifft einen Deckel für das Gehäuse einer elektrischen Batterie, aus welcher die Flüssigkeit entleerbar ist, dessen Innenseite zum Abschließen einer oder mehrerer Zellen mit Teilen des Gehäuses in Eingriff bringbar ist und der durch den Deckel in jede einzelne Zelle führende Füll- und Entleeröffnungen aufweist.

Verschiedene Formen von durch Hinzufügen von Wasser aktivierbaren Blei-Säure-Batterien, also Batterien vom sogenannten Trockenladungstyp,sind bekannt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf das US-Patent 3 948 680 verwiesen, in welchem derartige Batterien mit einigen Verbesserungen allgemein beschrieben sind.

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Allgemein besteht ein Schritt bei der Herstellung derartiger Batterien vom Trockenladungstyp darin, übrigens ebenso wie bei Batterien einiger anderer Typen, den Elektrolyten und/oder eine andere Flüssigkeit, wie beispielsweise eine Spüllösung, nach der Herstellung der Batterie aus dieser zu entfernen. Dies wird typischerweise einfach durch Umdrehen der Batterie erreicht, wobei die Flüssigkeit durch Entleeröffnungen im Batteriedeckel herausläuft. Damit der Elektrolyt oder die andere Flüssigkeit dabei möglichst vollständig herauslaufen, kann man die umgedrehte Batterie auf eine Schaukelvorrichtung setzen, die die Batterie langsam von vorn nach hinten schaukelnd bewegt, so daß die Flüssigkeit über der Entleeröffnung hin- und herfließt. Dabei fließt bei jeder Bewegung ein Teil aus der Batterie heraus, bis diese im wesentlichen entleert ist. Bei einer konventionellen Schaukelbewegung wird die Vorderseite der umgedrehten Batterie um etwa 15° schräggestellt. In dieser Stellung bleibt die Batterie eine kurze Zeit, dann wird die Rückseite der Batterie um 15° schräggestellt„ Auch in dieser Stellung verbleibt die Batterie eine Zeitlang, bis der Zyklus durch Schrägstellen der Vorderseite beendet wird. Ein typischer Entleervorgang kann 15 vollständige, insgesamt etwa 4 Minuten lang dauernde Schaukelzyklen umfassen, wobei etwa die Hälfte der Zeitdauer Verweilzeit in der verschwenkten Lage ist.

Selbst bei der Verwendung eines solchen Schaukelmechanismus bleibt oft ein zu großes Volumen des freien Elektrolyten oder der anderen Flüssigkeit nach der normalen Entleerzeit in den Batteriezellen, was insbesondere auf die Formgebung mancher Batteriedeckel zurückzuführen ist. Derartige Batteriedeckel umfassen nämlich typischerweise eine Anzahl von Entleeröffnungen, die in einem zurückgesetzten, kanalförmigen Teil des Deckels angeordnet sind, der beim Umdrehen des Batteriegehäuses auf der

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Innenseite des Deckels eine erhabene, ansteigende Stufe bildet. Diese ansteigende Stufe wirkt als Damm, an dessen Fuß sich beim Entleervorgang Elektrolyt oder andere Flüssigkeit ansammelt.
Während es bei Batterien in der Größe von normalen Autobatterien wünschenswert ist, nach dem Entleeren weniger als 5 ecm
des Elektrolyten pro Zelle im Gehäuse zu belassen, halten Dekkel, bei denen die Entleeröffnungen in zurückgesetzten Kanälen
angeordnet sind, nach der während der normalen Zeitdauer durchgeführten Schaukelbewegung oder selbst nach einer über eine
längere Zeit durchgeführten Schaukelbewegung 20 ecm oder mehr
des Elektrolyten zurück. Man kann zwar durch Erhöhen der Schaukelgeschwindigkeit oder durch größere Schragstellungswinkel die Entleerung der von derartigen Deckeln zurückgehaltenen Flüssigkeit verbessern, jedoch ist es immer noch recht schwierig, zeitaufwendig und/oder erfordert eine teurere Ausrüstung, die zurückgehaltene Flüssigkeitsmenge unter die 5-ccm-Marke zu drücken,

Es ist Aufgabe der Erfindung„ den Deckel eines Batteriegehäuses derart auszubilden, daß die Entleerung des Gehäuses in einfacher Weise möglichst vollständig erfolgt.

Diese Aufgabe wird bei einem Deckel der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Innenseite des
Deckels im Gebiet einzelner Zellen ein die Flüssigkeit beim Umdrehen und beim Hin- und Herbewegen des Batteriegehäuses zu der Entleeröffnung leitendes Leitorgan angeordnet ist.

Das Leitorgan kann Leitwände oder Leitrippen umfassenο

Bei Deckeln, bei denen die Entleeröffnungen in einem surückge-

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setzten Kanal angeordnet sind unaXxn das Batteriegehäuse ragende Ringschultern aufweisen, sammeln die Leitripp@a die Flüssig-

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keit und leiten sie über den stufenförmigen Deckelteil und die die Entleeröffnungen umgebenden Ringschultern. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sammelt eine Reihe von Leitrippen der beschriebenen Art die Flüssigkeit in immer enger werdenden Kanälen und führt sie direkt zu den Entleeröffnungen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung, der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer umgedrehten, in einer Schaukelvorrichtung angeordneten Batterie mit einer Sammelschiene;

Fig. 2 eine Teildraufsicht auf die Innenseite eines erfindungsgemäßen Batteriedeckels mit drei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3a eine Schnittansicht längs Linie 3a - 3a in Fig. 2;

Fig. 3b eine fragmentarische Schnittansicht längs Linie 3b 3b in Fig. 2;

Fig. 3c eine fragmentarische Schnittansicht längs Linie 3c 3c in Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht längs Linie 4 - 4 in Fig. 2; Fig. 5 eine Seitenansicht längs Linie 5 - 5 in Fig. 2;

Fig. 6 eine fragmentarische Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deckels;

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Fig. 7 eine Schnittansicht längs Linie 7 - 7 in Fig. 6; Fig. 8 eine Schnittansicht längs Linie 8 - 8 in Fig. 6;

Fig. 9 eine fragmentarische Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deckels;

Fig. 10 eine Schnittansicht längs Linie 10 - 10 in Fig. 9;

Fig.11 eine fragmentarische Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Deckels und

Fig. 12 eine Schnittansicht längs Linie 12 - 12 in Fig. 11.

Die Erfindung wird anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, es ist jedoch selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf diese beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern im Gegenteil alle im Bereich der Erfindung liegenden Alternativen, Modifikationen und Äquivalente umfaßt.

In Fig. 1 ist eine umgekehrte Batterie 10 mit einem Gehäuse 11 und einem Deckel 12 dargestellt, in welchem Füll- und Entleeröffnungen 13 angeordnet sind, aus denen die Flüssigkeit, beispielsweise der Elektrolyt oder die Spüllösung, in eine Wanne fließen, wenn die Batterie mittels einer geeigneten, hier schematisch dargestellten Schaukelvorrichtung 15 hin- und herbewegt oder geschaukelt wird. Das Batteriegehäuse 11 und der Deckel können aus Hartgummi oder einem dünnwandigen Plastikmaterial bestehen, beispielsweise aus Polypropylen oder Äthylen-P ropylen-Kopolymeren. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Entleeröffnungen 13 in einer kanalförmigen, in den Deckel 12 eingeformten Vertiefung 16 oder in einer rechteckförmigen

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Ausnehmung im Deckel angeordnet. Die Batterie 10 weist weiterhin positive und negative Anschlüsse 17 und 18 auf, die in einem zurückgesetzten, tiefer liegenden Bereich 19, 20 in der Nähe der Ecken der Batterie durch den Deckel 12 hindurchführen.

Die Batterie 10 ist vorzugsweise als Blei-Säure-Batterie des Sekundär- oder Sammlertypes ausgebildet und kann nach Aufbewahrung in im wesentlichen trockenem Zustand durch Zugabe eines Elektrolyten oder von Wasser aktiviert werden. Derartige Batterien, die trocken aufbewahrt und durch Zugabe von Wasser aktiviert werden, werden nach der Herstellung und der Zugabe eines Herstellungselektrolyten zunächst geladen. Dann wird im wesentlichen der gesamte Herstellungselektrolyt aus der Batterie ausgeleert. Manchmal werden dann noch eigene Spüllösungen mit Behandlungssubstanzen eingefüllt und anschließend wieder aus der Batterie ausgeleert. Für eine nähere detaillierte Beschreibung derartiger Batterien wird noch einmal auf das oben erwähnte US-Patent 3 948 680 verwiesen.

In den Fig. 2 und 3a kann man erkennen, daß der umgedrehte Deckel 12 eine niedrige ümfangsnut 21 aufweist, in welche die Seitenwände des Gehäuses 11 passen und abgedichtet eingreifen. Ein aufrecht stehender Flansch 22 überlappt die Seitenwände des Gehäuses. Die in Fig. 1 dargestellte Batterie 10 stellt eine sechs-zellige Batterie in der Größe von Autobatterien dar, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf eine bestimmte Anzahl von Batteriezellen oder eine bestimmte Batteriegröße beschränkt. In Fig. 2 ist nur etwa die Hälfte des Deckels 12 dargestellt. Dieser Deckelteil umfaßt dazwischen liegende Nuten 23, die mit i^! der Figur nicht dargestellten Trennwänden im Gehäuse 11 zusammenwirken und dabei die Batterie 10 in getrennte Zellen teilen. Drei derartige Zellbereiche sind in Fig. 2 dargestellt. Wie

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sich weiterhin aus den Fig. 2, 3a_f 3b, 3c sowie 8 ergibt, sind an der Unterseite des Deckels 12 eine Anzahl von angeschrägten Leitelementen 24 angeordnet,, die die Wände des Gehäuses 11 in die Nuten 21 und 23 einführen.

Wenn der Deckel 12 umgedreht wird, wie das in den Zeichnungen dargestellt ist, bildet die Vertiefung 16, in welcher die Entleeröffnungen 13 angeordnet sind, zwei stufenartig erhabene Schultern 25 und 26 in jedem der Zellbereiche. Bei dem dargestellten Deckel 12 weisen die Entleeröffnungen 13 ferner einstückig angeformte Ringschultern 27 und in das Innere des Batteriegehäuses vorstehende Entleeröffnungs-Verlängerungen 28 auf. Die Verlängerungen erlauben eine genauere Sichtkontrolle des Elektrolytstandes in der Batteriezelle. Die Ringschultern 27 verstärken den Deckel 12 bei den Entleeröffnungen 13. Ferner können sie zur Aufnahme eines in der Figur nicht dargestellten Öffnungsverschlusses ein Innengewinde tragen. Die Innenfläche der Ringschultern kann aber auch glatt sein und Verschlüsse aufnehmen, die nur eingeschoben werden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Anschluß 18 in einen einstückig angeformten Verstärkungsring 29 im Deckel eingegossen. Vor dem Aufsetzen des Deckels auf das Gehäuse 11 sind die Anschlüsse zur Aufnahme eines in der Zeichnung nicht dargestellten,nach oben stehenden, mit den positiven bzw. negativen Platten der Batterie verbundenen Elementes hohl.

Gemäß der Erfindung sind auf der Innenseite des Deckels 12 Mittel angeordnet, die das Entleeren des Herstellungselektrolyten oder anderer Flüssigkeiten aus der Batterie 10 erleichtern, wenn diese umgedreht und, wie in Fig. 1 dargestellt, hin- und hergeschaukelt wird. Der hier verwendete Ausdruck "hin und her" bedeutet dasselbe wie "vor und zurück"; es bedeutet dabei eine

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Bewegung längs der Breitseite der Batterie 1O₇ d.h. parallel zur Längsrichtung jeder der einzelnen Zellbereiche. Zur Klarstellung wird darauf hingewiesen, daß die Seite der Batterie 10 und des Deckels 12 mit den Anschlüssen 17 und 18 als Rückseite und die andere Seite als Vorderseite der Batterie bezeichnet werden.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Deckel 12 eine Anzahl von einstückig angeformten, als Leitwände oder Leitrippen ausgebildetenLeitorganen30 aufweist, die den Flüssigkeitsstrom sammeln und auf die Entleeröffnungen 13 zuführen. Wie sich deutlicher aus den Fig. 3a und 3c ergibt, umfassen die Leitorgane

30 des obersten Zellbereiches (Fig. 2) zwei aufrechte Leitwände 31, die an einer Stelle in der Nähe des Deckelrandes über die stufenförmige Schulter 25 auf der gegenüber liegenden Seite der Verlängerung 28 in die Ringschultern 27 führen. Wenn die Vorderseite der umgekehrten Batterie 10 (linke Seite des Deckels 12 in Fig. 2) nach unten geschwenkt ist, fließt die Flüssigkeit in das V-förmige Gebiet zwischen den Leitwänden 31. Wenn dann die Vorderseite der Batterie nach oben geschwenkt wird, wird ein erheblicher Teil der Flüssigkeit zwischen den Leitwänden

31 über die Schulter 25 und die Ringschulter 27 in die Entleeröffnung 13 geführt oder kanalisiert. Während der folgenden Schaukelzyklen fließt der Elektrolyt oder irgendeine andere Flüssigkeit auf dem das Zellgebiet bildenden Teil der Innenseite des Deckels 12 hin und her. Jedes Mal, wenn die Vorderseite abgesenkt wird, sammelt sich der größte Teil der Flüssigkeit in dem V-förmigen Eingang zwischen den Leitwänden 31 und wird dann beim Heraufschwenken der Vorderseite gesammelt und über die Schulter 25 und die Ringschulter 27 geführt. Nach Zyklen, bei denen jedes Mal die Batterie etwa um 15 geneigt worden ist, und einer Zeitdauer von 4 Minuten ist der allergrößte Teil des Elektrolyten aus der Batterie herausgelaufen.

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Nur ein sehr kleiner Teil bleibt zurück, und zwar weniger als 5 ecm.

In der in Fig. 3a dargestellten Ausführungsform führen die Leitwände 31 nicht vollständig bis an die Vorderseite des Deckels 12. Dadurch bleibt für den Flüssigkeitsstrom in das Gebiet zwischen den Leitwänden 31 ein schmaler Kanal 32. Eine andere Ausführungsform zeigt Fig. 4, bei welcher Leitwände 33 ganz bis an die Vorderkante des Deckels heranführen, aber an dieser mit 34 bezeichneten Stelle eine sehr geringe Höhe aufweisen. Wenn bei dieser Ausführungsform die Flüssigkeit nach links fließt (wie in der mittleren Zelle von Fig. 2 dargestellt), wird sie zunächst außerhalb der Leitwände 33 gesammelt und fließt dann bei 34 über in das Gebiet zwischen den Leitwänden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind auch Mittel vorgesehen, die die rückfließende Flüssigkeit sammeln und über die Schultern 26 um die Entleeröffnungs-Verlängerung 28 herumführen. Wie in Fig. 5 und in dem untersten Zellbereich der Fig. 2 dargestellt ist, ist an dem Deckel 12 eine Leitwand oder Leitrippe 35 einstückig angeformt, die im wesentlichen schräg über den rückwärtigen Zellbereich führt, und zwar von der Nähe der rückwärtigen Kante des Deckels 12 bis zu der Schulter 26. Wenn die Rückseite der Batterie abwärts geschwenkt wird, fließt Flüssigkeit an der Leitrippe 35 entlang; wenn dann die Rückseite der Batterie wieder nach oben geschwenkt wird, wird die Flüssigkeit von der Rippe 35 über die Schulter 26 geleitet. Anschließend wird die Flüssigkeit weiter um das Leitorgan 30 herum geführt, das hier in der Form von Leitwänden 31 ausgebildet ist, wie im Beispiel der Fig. 3a.. Eine der Leitrippe 35 ähnliche Leitrippe könnte ebenso in dem rückwärtigen Bereich der mittleren, in Fig. 2 dargestellten Zelle angeordnet sein. Ebenso wäre eine Anordnung einer solchen Leitrippe

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in den rechts liegenden Teilen der einzelnen in den Fig. 6, 9 und 11 dargestellten und weiter unten beschriebenen Zellbereiche möglich. Eine derartige Leitrippe ist jedoch in dem obersten Zellbereich der Fig. 2 nicht notwendig, da der tiefer liegende, den Anschluß 18 aufnehmende Bereich 20 eine Plattform 36 bildet, die bei umgedrehtem Deckel höher ist als die Schulter 26 (Fig. 3b).

In den Fig. 6 bis 8 ist eine andere Ausführungsform des Leitorganes 30 dargestellt. Eine einzige Leitrippe 37 ist im vorderen Teil des Zellbereiches einstückig an den Deckel angeformt und führt von der Vorderkante des Deckels 12 zu der die Entleeröffnung 13 umgebenden Ringschulter 27. Um zu verhindern, daß die von der Leitrippe 37 gesammelte Flüssigkeit an der Seite der Entleeröffnung vorbeifließt, ist eine aufrecht stehende Sperrwand oder Barriere 38 zwischen der Entleeröffnungs-Verlängerung 28 und dem die Seitenwand des Zellbereiches bildenden Teil des Deckels einstückig an diesen angeformt (Fig. 8). In der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Ausführungsform ist eine Leitrippe 39 ähnlich ausgebildet wie die Leitrippe 37 im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7, sie führt jedoch nicht bis zur Kante des Deckels, wie dies bei der Leitrippe 37 der Fall ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Leitorgan 30 eine Reihe von drei einstückig angeformten Leitrippen 40, 41 und 42, die zusammen zunehmend schmaler werdende, zu der Entleeröffnung 13 führende Kanäle 43 und 44 bilden. Die Flüssigkeit wird daher zuerst in dem breiteren Kanal 43 gesammelt und über die Schulter 25 geführt. Durch die aufrecht stehende Leitrippe 41 wird verhindert, daß die Flüssigkeit aus dem Kanal 43 an der Entleeröffnung 13 vorbeifließt.

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Durch eine Aussparung 45 kann die Flüssigkeit in den schmaleren Kanal 44 übertreten. Ein Rückfluß in Kanal 44 wird durch die Leitrippe 42 verhindert, so daß die Flüssigkeit über die Ringschulter 27 und zur Entleeröffnung 13 hinausfließt.

Aus den vorstehenden Beschreibungen ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung eine einfache, jedoch wirkungsvolle Konstruktion an die Hand gibt, die es erlaubt, aus einer umgedrehten und schaukeiförmig bewegten Batterie im wesentlichen die gesamte Flüssigkeit zu entfernen. Das in Form einer oder mehrerer Rippen ausgebildete, die Flüssigkeit sammelnde Leitorgan 30 führt die Flüssigkeit über die Schulter 25, die Ringschulter 27 und zu der Entleeröffnung 13 hinaus. Eine zusätzliche Leitrippe kann auf der rückwärtigen Seite des Zellbereiches eingesetzt werden, um den Rückfluß der Flüssigkeit über die Stufe 26 und um die Verlängerung 28 herum zu führen. Eine Reihe von Leitrippen 40, 41 und 42 kann vorgesehen werden, um die Flüssigkeit in zunehmend schmaler werdenden Kanälen 43 und 44 in der Art eines Trichters auf die Entleeröffnung 13 zuzuführen.

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Patentansprüche:

1. Deckel für das Gehäuse einer elektrischen Batterie, aus welcher die Flüssigkeit entleerbar ist, dessen Innenseite zum Abschließen einer oder mehrerer Zellen mit Teilen des Gehäuses in Eingriff bringbar ist und der durch den Deckel in jede einzelne Zelle führende Füll- und Entleeröffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Deckels (12) im Gebiet einzelner Zellenvdxe Flüssigkeit beim Umdrehen und beim Hin- und Herbewegen des Batteriegehäuses

(11) zu der Entleeröffnung (13) leitendes Leitorgan (30) angeordnet ist.

2. Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Entleeröffnung (13) eine in die Zelle hineinragende Ringschulter (27) aufweist und daß das Leitorgan (30) derart ausgebildet ist, daß es die Flüssigkeit zu dieser und über diese Ringschulter (27) leitet.

3. Deckel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Füll- und Entleeröffnungen (13) in einem zurückgesetzten, kanalförmigen Teil (16) des Deckels

(12) angeordnet sind, der bei umgedrehtem Gehäuse (11) eine ansteigende Stufe (25, 26) auf der Innenseite des Deckels (12) bildet, und daß das Leitorgan (30) von der Nähe des Deckelrandes über diese ansteigende Stufe hinwegführt .

4. Deckel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung (13) eine einstückig ange-

— - formte,von einem Teil der die Öffnung (13) umgebenden Ring-

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schultern (27) in die Zelle ragende Verlängerung (28) aufweist und daß das Leitorgan (30) von der Nähe des Deckelrandes auf der der Verlängerung (28) gegenüberliegenden Seite der öffnung (13) an diese heranführt.

5. Deckel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitorgan (30) Leitwände (31, 33) und/

V£ex£rippen (37, 39, 40, 41, 42) umfaßt.

6. Deckel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufrecht stehende Leitwände (31, 33) einstückig an der Innenseite des Deckels (12) angeformt sind und daß Teile der beiden Leitwände zu einem relativ schmalen, zu der Entleeröffnung (13) führenden Kanal zusammenlaufen.

7. Deckel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von aufrecht stehenden Leitrippen einstückig an der Innenseite des Deckels (12) angeformt ist und eine Reihe von zunehmend schmaler werdenden, zu der Entleeröffnung führenden Kanälen bildet.

8. Deckel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrippe (40) einstückig an der Innenseite des Deckels (12) angeformt ist und zusammen mit einer der die Zellen abschließenden Wände einen zu der Entleeröffnung (13) führenden Kanal bildet.

9. Deckel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine diese Wand und eine Verlängerung (28) der Entleeröffnung (13) verbindende Grenzwand (38) vorgesehen ist, welche ein Vorbeifließen der Flüssigkeit an der Entleeröffnung (13) entlang der genannten Wand verhindert.

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10. Deckel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste die Flüssigkeit von einer Seite des Deckels (12) zur Entleeröffnung (13) führende und eine zweite, die Flüssigkeit sammelnde und von der anderen Seite des Deckels (12) über die ansteigende Stufe (26) und um die Entleeröffnung (13) herumführende Leitrippe (35) vorgesehen sind.

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