DE3035737A1

DE3035737A1 - Gas- und fluessigkeitsdichte abdichtung der metallischen polbuchse eines akkumulators zum kunststoffdeckel

Info

Publication number: DE3035737A1
Application number: DE19803035737
Authority: DE
Inventors: Gunter 6470 Büdingen Holland
Original assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Current assignee: Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH
Priority date: 1980-09-22
Filing date: 1980-09-22
Publication date: 1982-04-22
Also published as: GB2084386B; IT8123999A0; ATA407981A; IT1211108B; AT380353B; DE3035737C2; FR2490878A1; GB2084386A; SE8105562L; FR2490878B3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gas- und flüssigkeitsdichte Abdichtung der metallischen Polbuchse eines Akkumulators zum Kunststoffdeckel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Abdichtungen werden bisher überwiegend verwendet. Dabei wird zuerst die Polbuchse im Bereich ihres äußeren Umfangs in den Deckel des Akkumulators eingebettet, wobei ein einstückiges Teil, bestehend aus Zellendeckel und einer beliebigen Anzahl Polbuchsen je nach Bedarf, entsteht. Das Verfahren des Einbettens bestand bei älteren Akkumulatoren mit Hartgummideckeln darin, die Polbuchsen in die für die Herstellung des Deckels benötigten Formen einzusetzen, mit dem Deckelrohstoff zu umpressen und einzuvulkanisieren. Bei moderneren Deckeln aus thermoplastischen Kunststoffen wird analog verfahren, indem die Polbuchsen bei der Deckelherstellung im Spritzgußverfahren in den Deckel eingebettet werden. Es sind auch Verfahren bekannt geworden, bei denen die Einbettung der Polbuchse im Deckel innerhalb einer Ausnehmung des Deckels durch Gießharz erfolgt, wobei das Gießharz die Funktion der Abdichtung zwischen Polbuchse und Zellendeckel übernimmt. Bei allen Verfahren dieser Art war es üblich, die Oberfläche der Polbuchse auf ihrem äußeren Umfang durch Einschnitte, Vorsprünge, Rillen und dergl. zu vergrößern, um ihr einen besseren mechanischen Halt im Deckel zu verschaffen und gleichzeitig die für die Abdichtung benötigte Wegstrecke zwischen Deckel und Polbuchse zu verlängern. Durch das Aufsetzen des Kunststoffdeckels auf den fertigen Akkumulator tritt das obere Ende des Pols automatisch durch die Polbuchse nach außen hindurch. Danach wird der metallische Pol mit der metallischen Polbuchse ringförmig verschweißt oder verlötet. Während die metallische Schweißnaht zwischen Pol und Polbuchse bei sachgemäßer Ausführung auf unbegrenzte Zeit dicht bleibt, kam es aufgrund mechanischer und zusätzlich auch elektrochemischer Belastungen innerhalb der Nahtstelle zwischen Deckelma-

terial und Polbuchse, hervorgerufen insbesondere bei thermischer Belastung des Akkumulators durch die stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Kunststoff und Metall, zu Undichtigkeiten, wenn sich die Verbindung zwischen Polbuchse und Zellendeckel durch die genannten Beanspruchungen im Laufe der Zeit teilweise löste. Die Folge davon war das Austreten von schädlicher als Elektrolytflüssigkeit verwendeter Schwefelsäure, insbes. bei gasdicht oder einem leichten überdruck im Zelleninneren betriebenen Akkumulatoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Art so auszubilden, daß eine sichere Abdichtung unter den unterschiedlichen Betriebsbedingungen erzielt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Beim Gegenstand der Erfindung weist der Kunststoffdeckel, der für die Abdichtung des gesamten Akkumulators verwendet wird, eine nach innen ragende Gegenlagerbüchse für die Polbuchse auf. Am Innenumfang der Gegenlagerbüchse oder vorzugsweise am Außenumfang der Polbuchse ist wenigstens eine Ringnut vorgesehen, in welche ein Dichtungsring vorzugsweise aus säure- und ölbeständigem gummielastischem Material, beispielsweise Silicon- oder Neoprenkautschuk, eingreift. Es hat sich dabei gezeigt, daß sowohl eine bessere Abdichtung erzielt werden kann, als auch das Einsetzen der metallischen Polbuchse nebst Dichtungsringen in die Gegenlagerbüchse des Deckels erleichtert wird, wenn die Ringnut an der metallischen Polbuchse und nicht an der aus Kunststoff bestehenden Gegenlagerbüchse angebracht wird. Die Abdichtung wird noch weiter dadurch verbessert, indem die Ringnut spanabhebend, d.h. sehr maßgenau, mit sauberer glatter

Oberfläche hergestellt wird. In gleicher Weise ist es von Vorteil, die Polbuchse auf ihrem Außenumfang durch spanabhebende Bearbeitung mit einer sauberen ebenen Oberfläche zu versehen, falls die Ringnut auf der Innenseite der Gegenlagerbüchse untergebracht ist. Des weiteren ist es vorteilhaft/ mehrere Dichtungsringe, vorzugsweise mindestens zwei,anzuordnen. Die Dichtungsringe werden in ihrem Durchmesser etwas größer ausgelegt als es dem Abstand zwischen dem tiefsten Punkt der Ringnut und der gegenüberliegenden glatten Wand entspricht. Der etwas größere Durchmesser der Dichtungsringe sorgt für den notwendigen Anpreßdruck auf den Auflageflächen der Ringnut und der gegenüberliegenden Wand und erzielt somit eine absolute Abdichtung. Die so beschriebene Ausbildung der Abdichtung vermag sowohl radial auftretende mechanische Kräfte durch elastische Verformung der Dichtungsringe aufzufangen, als auch axial auftretende Kräfte durch axiale Verschiebung an der als Gleitfläche der Ringnut gegenüberliegenden Wand der Gegenlagerbüchse bzw. der Polbuchse.

Um die Abdichtung noch zu verstärken, können an den ins Akkumulatorinnere ragenden Enden der Polbuchse und/oder der Gegenlagerbüchse jeweils ringförmige Einkerbungen oder Abschrägungen zur Aufnahme einer zusätzlichen Abdichtung angebracht werden. Diese zusätzliche Abdichtung kann in einer ringförmigen starren oder auch dauerelastischen Ringscheibe bestehen, die in die Einkerbung eingeklebt oder auch eingeclipst wird. Es ist aber auch gleichermaßen wirksam, die ringförmige Einkerbung oder Abschrägung mit einer Abdichtmasse wie beispielsweise Bitumen oder einem aus natürlichen oder synthetischen Harzen aufgebauten Schmelzkleber auszufüllen. Vorzugsweise werden dauerelastische Abdichtmassen verwendet, die sowohl öl- als auch säurebeständig sind. Zweckmäßigerweise ergeben die beiden Einkerbungen an der Polbuchse sowie an der Gegenlagerbüchse zusammen einen

trapezförmigen Querschnitt oder sind zum Einclipsen einer Ringscheibe mit einem leichten Hinterschnitt versehen.

Am nach außen ragenden Ende der Polbuchse kann ein zusätzlicher Gleitraum vorgesehen werden. Dies kann dadurch geschehen, daß die Wandstärke der Polbuchse im nach außen ragenden Bereich erheblich verringert wird. Der Gleitraum soll dazu dienen, daß sich bei höherem Gasdruck im Inneren des Akkumulators und beim Auftreten mechanischer Kräfte in Richtung der Polachse die Polbuchse mit dem damit gasdicht verlöteten oder vorzugsweise verschweißten Pol in bestimmten Grenzen in Richtung der Polachse bewegen kann, ohne daß die Abdichtung aufgehoben oder beeinträchtigt wird. Damit kann beispielsweise ein Ausgleich bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen und unterschiedlichen Betriebsbedingungen geschaffen werden. Diese Art der Abdichtung ist beispielsweise auch in der letzten Phase einer Aufladung vorteilhaft, wenn die Gasbildung einsetzt, was sich kaum völli-g'''v*ermeiden läßt.

Der Gleitraum kann zweckmäßigerweise mit einem Gleitmittel ausgefüllt sein, um die Abdichtung zu fördern und gleichzeitig das Gleiten zu ermöglichen, da ein Teil des Gleitmittels an der Innenseite der Gegenlagerbüchse entlang verläuft. Als Gleitmittel hat sich vorzugsweise Fett wie Vaseline oder öl wie Siliconöl als besonders geeignet erwiesen.

Nach einer besonderen Ausführungsform erstreckt sich der Kunststoffdeckel derart über den Gleitraum hinweg, daß er diesen im wesentlichen abdeckt. Die Abdeckung kann daher als äußerer Anschlag für die Polbuchse dienen. Gleitet die Polbuchse unter einem erhöhten inneren Gasdruck nach außen, so wird dadurch das Gleitmittel innerhalb des Gleitraumes zwischen Außenumfang der äußeren Polbuchse mit verringerter Wandstärke und Innenbegrenzung der

Abdeckung des Kunststoffdeckels teilweise nach außen gedrückt. Diese Wirkung ist durchaus erwünscht, da sich dadurch nochmals eine verbesserte Abdichtung ergibt.

Es ist auch möglich, die Innenseite der Gegenlagerbüchse von Haus aus mit Gleitmittel einzuschmieren, wobei die Abdichtung und das Gleiten erleichtert wird.

Schließlich kann in der Abdeckung des Kunststoffdeckels ein entfernbarer Einfüllstutzen vorgesehen werden, der in den Gleitraum hineinragt, um von Zeit zu Zeit Gleitmittel nachzufüllen.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Gegenlagerbüchse auch topfförmig ausgebildet sein, wobei sich der Pol durch eine im wesentlichen zentrische Öffnung des Topfbodens hindurch nach außen erstreckt und die damit gasdicht verbundene Polbuchse am Topfboden aufsitzen kann.

Verzichtet man auf eine dauerhaft mit der Oberseite des Kunststoffdeckels verbundene Abdeckung des oberen zusätzlichen Gleitraumes, indem man lediglich eine ringförmige Abdeckscheibe auflegt, einclipst oder auch völlig entfallen läßt, so läßt sich die gesamte Abdichtung in einfacher Weise nach Aufschweißen des Zellendeckels einsetzen bzw. abnehmen und wieder austauschen. Selbst Reparaturen bei nachträglich festgestellten fehlerhaften Polbuchsen und Dichtungsringen sind noch nach dem ringförmigen Verschweißen von Polbuchsen und Polen auf einfachste Weise möglich, indem die ringförmige Schweißnaht durch Abfräsen entfernt wird und fehlerhafte Polbuchsen und Dichtungsringe ausgetauscht werden. Bei den anderen Ausführungsbeispielen ist es dagegen notwendig, die Abdichtung vor dem Aufsetzen dos Deckels anzubringen bzw. bei Reparaturen auch die Schweißnaht zwischen Deckel

und Akkumulatorcngehäuse wieder zu lösen.

überraschenderweise stellte es sich heraus, daß die beschriebene gleitende Abdichtung den unterschiedlichen Betriebsbedingungen beim Einsatz von Akkumulatoren, insbes. Bleiakkumulatoren, besser gerecht wird, als die vermeintlich einfachere und sichere Einbettung der Polbuchse in den Kunststoffdeckel vermittels Einpressens, Umspritzens oder Abdichtens mittels Gießharzen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Abdichtung, bei der die Ringnuten für die Abdichtungen an der Polbuchse angeordnet sind,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein weiteres "Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Ringnuten für die Dichtungsringe an der Gegenlagerbüchse angeordnet sind,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Gegenlagerbüchse topfförmig ausgebildet ist.

BAD ORlGiNAL

Gemäß Fig. 1 ragt vom Kunststoffdeckel 3 bzw. Zellendeckel des Akkumulators eine Gegenlagerbüchse 5 für die Polbuchse 2 ins Innere des Akkumulators. Diese Gegenlagerbüchse 5 ist einstückig mit dem Kunststoffdeckel 3 ausgebildet. In Richtung auf eine Verengung der Polbuchse an deren äußerem Ende ist eine Abdeckung 22 vorgesehen, die ebenfalls mit dem Kunststoffdeckel· 3 einstückig ausgebildet ist. Als Material kann beliebiges handelsübliches Material für Akkumulatorendeckel verwendet werden.

Durch die Polbuchse 2 hindurch ist der Pol 4 nach oben geführt, wobei die obere Polspitze für Anschlußzwecke einen geringeren Querschnitt aufweist. Pol 4 und Polbuchse 2 sind außen durch eine ringförmige Schweißnaht

19 gasdicht miteinander verschweißt.

Die Polbuchse 2 weist am nach außen gerichteten Ende

20 einen gegenüber dem Hauptteil· 21 verringerten Querschnitt auf. Dieses äußere Ende 20 der Polbuchse 2 tritt durch die Durchtrittsöffnung 18 der Abdeckung des Kunststoffdeckeis 3 hindurch. Diese Durchtrittsöffnung 18 ist nach innen zu aufgeweitet.

Zwischen äußerem Ende 20 und Hauptstück 21 der Polbuchse 2 ist ein Gleitraum 10 ausgebildet. Am Außenumfang des Hauptstückes 21 der Polbuchse 2 sind zwei ausgedrehte Ringnuten 6, 7 für entsprechende Dichtungsringe 8,9 vorgesehen. Darüber hinaus ist am nach innen gerichteten freien Ende der Poibuchse 2 eine Einkerbung 13 und am gegegenüberiiegenden freien Ende 12 der Gegenlagerbüchse 5 eine entsprechende Einkerbung 14 vorgesehen, um eine Abdichtmasse 15 aufzunehmen. Von außen ragt in den Gleitraum 10 ein Einfüilstopfen 17 für Gleit- und Schmiermittel herein.

In Fig, 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der Kunststoffdeckel mit 33, die Abdeckung mit 5 2 und die ins Akkumulatorinnere ragende Gegenlagerbüchse mit 35 bezeichnet ist. Diese Gegenlagerbüchse 35 ist etwas dicker bezüglich der Wandstärke ausgebildet, da in ihr Einkerbungen 3 6 und 37 für Ringabdichtungen 38 und 39 vorgesehen sind. Der Hauptteil 51 der Polbuchse 32 ist demgegenüber ohne Einkerbungen ausgeführt. Im übrigen entspricht diese Ausführung dem Beispiel von Fig. 1, wobei die gesamte Abdichtung mit 31 bezeichnet ist (in Fig. 1 mit 1), der äußere Teil der Polbuchse 32, der eine verringerte Wandstärke aufweist, die Bezeichnung 50 trägt, der Gleitraum mit 4 0 und der Einfüllstopfen mit 47 bezeichnet ist. Das untere freie Ende 4 2 der Gegenlagerbüchse 35 weist zur Polbuchse 32 hin eine ringförmige Einkerbung 43 zur Aufnahme einer ringförmigen Abdeckscheibe 44 aus dauerelastischem Kunststoff, vorzugsweise aus Polypropylen oder Polyäthylen, auf.

In Fig. 3 hat die mit dem Kunststoffdeckel 63 einstückig ausgebildete Gegenlagerbüchse 6 5 die Form eines ins Akkumulatorinnere gerichteten Topfes. Durch eine im wesentlichen zentrische öffnung innerhalb dieses Topfes erstreckt sich der Pol 64 hindurch nach außen. Über eine ringförmige Schweißnaht 79 ist der Pol 64 mit der Polbuchse 62 verbunden. Die Polbuchse 6 2 kann am Topfboden aufsitzen. Der nach außen gerichtete Abschnitt 80 der Polbuchse 62 weist eine geringere Wandstärke auf, so daß sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Gleitraum 70 ergibt. Wie beim Beispiel von Fig. 1 sind bei der hier dargestellten Abdichtung 61 die Ringnuten 66 und für die Dichtungsringe 68 und 69 am Außenumfang der Polbuchse 62 vorgesehen, in Fig. 3 ist der Gleitraum 70

BAD ORIGINAL

durch einen Abdeckring 81 abgedichtet. Diese Art der Abdichtung ermöglicht ein einfaches Auffüllen des Gleitraumes sowie des Raumes zwischen Außenumfang der Polbuchse 3 2 und Innenwand der Gegenlagerbüchse mit Schmiermittel. Außerdem wird die Montage und ggf. Demontage der gesamten Abdichtung erleichtert.

Die Abdichtung gemäß dem Erfindungsgegenstand ermöglicht eine sichere Langzeitabdichtung bei allen praktischen Einsatzbedingungen. Darüberhinaus ist die Montage einfach, die Abdichtung kann auch während des Betriebs zu Reparaturzwecken in einfacher Weise ausgewechselt werden.

Claims

Unser Zeichen: Our rel.:

Gas- und flüssigkeitsdichte Abdichtung der metallischen Polbuc.hs.e eines Akkumulators zum- Kunststoff deckel

PATENTANSPRÜCHE

\J Gas- und flüssigkeitsdichte Abdichtung der metallischen Polbuchse eines Akkumulators zum Kunststoffdeckel, wobei der metallische Pol durch die Polbuchse hindurchgeführt und außen mit dieser verschweißt oder verlötet ist, gekennzeichnet dur-ch

a) die Ausbildung einer mit dem Kunststoffdeckel (3; 33; 63) fest verbundenen oder einstückig ausgebildeten, nach innen ragenden Gegenlagerbüchse (5; 35; 65) für die Polbuchse (2; 32, 62),

b) die Anbringung wenigstens einer Ringnut (6, 7; 36, 37; 66, 67) am Innenumfang der Gegenlagerbüchse oder· vorzugsweise am Außenumfang der Polbuchse für wenigstens einen Dichtungsring (8, 9; 38, 39; 68, 69),

c) wobei die Ringnut vorzugsweise spanabhebend angebracht ist.
2.

Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch

Bayer lache Vereitwbank Mönchen, Kto.-Nr. 682 495 (BU 700 202 70) · Deutsche Bank München, Kto.-Nr. 82/080 50 (BLZ 700 700 10)

Postscheckamt München, Kto.-Nr. 163397-802 (BLZ 70010080)

gekennzeichnet, daß das ins Akkumulatorinnere ragende freie Ende der Polbuchse (2; 32) und das nach innen ragende freie Ende (12; 42) der Gegenlagerbüchse (5; 35) des Kunststoffdeckels (3; 33) ringförmige Einkerbungen (13, 14; 43, 44) zur Aufnahme einer dauerelastischen, säure- und vorzugsweise auch Ölbeständigen Abdichtmasse (15; 45), vorzugsweise aus Vaseline, Bitumen oder Schmelzkleber wie z.B. Äthylenacrylpolymere bzw. andere Produkte dieser Gattung, Polyolefine, Kolophonium, oder zur Aufnahme eines plastischen Abdichtringes aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyolefin, aufweist.
3. Abdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abdichtmasse (15; 45) entsprechend den ringförmigen Einkerbungen trapezförmigen, sich zum Akkumulatorinneren zu erweiternden Querschnitt aufweist.
4. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Gleitraum (10; 40; 70) im äußeren Bereich der Polbuchse (2; 32, 62), der durch eine Verringerung der Wandstärke der Polbuchse im äußeren "Bereich gebildet wird.
5. Abdichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitraum mit Gleitmittel in Form von öl wie Siliconöl oder vorzugsweise in Form von Fett wie Vaseline gefüllt ist.
6. Abdichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffdeckel (3; 33) den Gleitraum (10; 40; 70) überdeckt ,so daß der (Jberdeckungsbereich als äußerer Anschlag für die nach außen gleitfähige Polbuchse (2; 32) dient.
7. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Gegenlagerbüchse (5; 35; 65) mit einem Gleitmittel wie Siliconöl oder Vaselinefett bedeckt ist.
8. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen entfernbaren Einfüllstopfen (17; 47) in der Abdeckung (22; 52) des Kunststoffdeckels (3; 33), der in den Gleitraum (10; 4 0) hineinragt.
9. Abdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenlagerbüchse (65) topfförmig ausgebildet ist, wobei der metallische Pol (64) durch eine im wesentlichen zentrische Öffnung im Topfboden nach außen hindurchragt,und das nach innen ragende Ende der Polbuchse (62) auf dem Topfboden aufsitzen kann.
10. Abdichtung nach An.spruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Gleitraum (70) nach außen hin offen ist.
11. Abdichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Gleitraum durch einen Abdeckring oder durch das Vorstehen des Kunststoffdeckels (3, 33) nach außen hin im wesentlichen abgeschlossen ist.