DE3125167A1

DE3125167A1 - Vorrichtung zum druckvermindern fuer abgedichtete behaelter, wie galvanische zellen

Info

Publication number: DE3125167A1
Application number: DE19813125167
Authority: DE
Inventors: William Charles 32601 Gainesville Fla. Thibault
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1982-04-15
Also published as: JPS5736775A; US4307158A; GB2080012A; GB2080012B; FR2485814A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermindern von Überdruck in einem Behälter. Mehr im besonderen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, bei der ein Diaphragma in der Wand des Behälters für eine abgedichtete galvanische Zelle montiert ist, so daß eine Seite dieses Diaphragmas dem inneren Gasdruck der Zelle ausgesetzt ist und die andere Seite einer Spitze zum Durchstechen gegenübersteht, die das Diaphragma durchsticht, wenn es sich in Abhängigkeit von dem Gasdruck in dem Behälter ausreichend verformt.

Es gibt verschiedene Arten abgedichteter galvanischer Zellen, bei denen die in der Zelle ablaufenden elektrochemischen Reaktionen zum Entstehen von Gasen führen. Werden abgedichtete Behälter für solche Zellen benutzt, dann können die Gase zum Entstehen derart hoher Drucke führen, daß der Behälter reißt. Um dieses Problem zu lösen, sind Vorrichtungen zum Druckvermindern entwickelt worden, durch die das in der Behälterwand angeordnete Diaphragma durchstochen wird, wenn zu hohe Drucke entstanden sind. Dies erfolgte üblicherweise durch Anordnen

einer Spitze zum Durchstechen nahe dem Diaphragma, so daß sich das Diaphragma in Berührung mit dieser Spitze verformt, wenn der innere Druck der Zelle entsprechend hoch ist.

Während diese Vorrichtungen zur Druckverminderung durchaus erfolgreich gearbeitet haben, ist ein zuverlässiges Arbeiten durch Variationen in der Schärfe der Spitze zum Durchstechen variierende elastische Eigenschaften des Diaphragmamaterials, partielles Durchstechen des Diaphragmas während des Zusammenbaus aufgrund des üblicherweise angewendete Paßsitzes und das unvollständige Durckvermindern aufgrund eines zu langsamen Durchstechens gehindert worden.

Es besteht daher nach wie vor Bedarf an einer wirtschaftlichen, zuverlässigen-Vorrichtung zur Druckverminderung für abgedichtete

galvanische Zellen und ähnliche Behälter. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung zu schaffen.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine normalerweise abgedichtete galvanische Zelle oder ein ähnlicher Behälter mit einem flexiblen Diaphragma geschaffen, das über einer öffnung in dem Zellbehälter angeordnet ist. Das Diaphragma ist so geformt, daß es eine Einrichtung umfaßt, die das rasche Bewegen des Diaphragmas zu seiner äußeren Seite nach außen verursacht, wenn der im Behälter enthaltene innere Gasdruck aufgrund seiner Größe dies verursacht. Die Vorrichtung umfaßt weiter eine Einrichtung, um das Diaphragma zu durchstechen, wenn es nach außen schnappt, und dadurch den Überdruck abzulassen. Unter "nach außen schnappen" ist zu verstehen, daß sich aufgrund des zunehmenden Druckes das Diaphragma langsam nach außen ausbeult, bis ein gewisser Innendruck erreicht ist, bei dem die Form des Diaphragmas die rasche Bewegung nach außen in Kontakt mit der benachbarten Spitze zum Durchstechen verursacht, so daß ein Durchlöchern des Diaphragmas und ein Vermindern des Druckes erfolgt.

In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Diaphragma einen nach innen herabgedrückten zentralen Bereich mit einem sich radial erstreckenden peripheren Flansch. Mit zunehmendem Druck bewegt sich der niedergedrückte zentrale Bereich rasch von der einen Seite seines peripheren Flansches nach außen zur anderen Seite. Zwischen dem niedergedrückten zentralen Bereich und dem Flansch erstreckt sich ein konischer Abschnitt. Das Diaphragma ist zwischen einem ringförmigen Dichtungsring und einem Deckel eingeklemmt, der die Spitze zum Durchstechen trägt. Ein wirksames nach außen schnappen wurde erreicht, wenn der Innendurchmesser·des Flansches etwa 1,3 mal größer war als der Durchmesser des Zentralbereiches und die Höhe des konischen Abschnittes das 0,056 bis 0,089-fache des Durchmessers des Zentralbereiches und das 3 bis 5-fache der Dicke des Diaphragmas ausmachte.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung dargestellt, in deren einziger Figur eine vertikale Seitenansicht im Schnitt einer abgedichteten galvanischen Zelle gezeigt ist, die die Vorrichtung zur Druckverminderung gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert.

Die dargestellte abgedichtete galvanische Zelle, die mit Ausnahme der Vorrichtung zur Druckverminderung von üblicher Bauart ist, umfaßt ein zylindrisches Gehäuse bzw. einen solchen Behälter 10 mit einem verschlossenen unteren Endstück 12 und einem offenen oberen Endstück 14 mit einer peripheren Kante Innerhalb des Behälters 10 befinden sich Elektroden 18 und 20 mitentgegengesetzter Polarität, die durch eine poröse, elektrisch isolierende Folie 22 getrennt und zu einer im allgemeinen zylindrischen Konfiguration gerollt sind, die in den Behälter 10 paßt. Ein Elektrodenanschluß 24 erstreckt sich von der positiven Elektrode aus nach oben und ein ähnlicher Anschluß 26 erstreckt sich von der negativen Elektrode aus in Kontakt mit dem Behälter 10. Ein ringförmiger Dichtungsring 28 steht in Berührung mit der Kante 16 und wird dort durch einen Verstärkungsring 30 an Ort und Stelle gehalten.

über die Öffnung in das Gehäuse 10, die durch den Innendurchmesser des Dichtungsringes 28 begrenzt ist, ist ein flexibles Diaphragma 32 gelegt. Dieses Diaphragma 32 besteht vorzugsweise aus einer dünnen kreisförmigen Scheibe aus einem elastischen Material, wie Stahl geringen Kohlenstoffgehaltes und dieses Diaphragma umfaßt einen niedergedrückten zentralen Bereich 34 kreisförmiger Gestalt mit einem Durchmesser d, einen integral damit verbundenen sich radial nach außen und nach oben erstreckenden ringförmigen konischen Abschnitt 36 mit einer Höhe h, einen integral damit ausgebildeten sich radial erstreckenden ringförmigen peripheren Flansch 38, der in einer Ebene oberhalb des niedergedrückten Zentralbereiches 34 liegt und einen Innendurchmesser D hat, sowie einen integral damit ausgebildeten sich axial erstreckenden peripheren Flansch 40. Die Flansche 38 und 40 sind, wie dargestellt, an dem Dichtungs-

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ring 28 befestigt oder drücken in anderer Weise dagegen.

Ein nach außen ragender schalenförmiger Deckel 42 mit einem integralen sich radial erstreckenden Grundflansch 4 4 sitzt auf dem Diaphragma 32 so auf, daß der Grundflansch 44 mit dem peripheren Flansch 38 und dem Dichtungsring 28 in Berührung steht. Die obere Wand 46 des Deckels 42 ist nahe ihrem Zentrum so deformiert, daß eine sich nach innen erstreckende im allgemeinen dreieckförmige Spitze 48 zum Durchstechen gebildet wird. In der Darstellung ist die Dreieckform nicht zu erkennen. Diese Spitze 48 endet kurz oberhalb des Diaphragmas 32. Um die elektrische Verbindung der Zelle zu vervollständigen, ist der Anschluß 24 an der Unterseite des Diaphragmas 32 angeschweißt, das seinerseits die elektrische Verbindung mit dem Deckel 42 über die Flansche 38 und 44 aufrechterhält. Die niedergedrückte Lage des zentralen Bereiches 34 erleichtert das Anschweißen des Anschlusses 24, verglichen mit bekannten Zellen, bei denen ein flaches Diaphragma benutzt wird.

Wird die dargestellte galvanische Zelle benutzt, dann entstehen Gase, die sich in den Hohlräumen innerhalb des Behälters 10 sammeln. Mit zunehmendem Druck der sich ansammelnden Gase beginnt sich das Diaphragma 32 schließlich nach oben auszubeulen. Mit weiter zunehmendem Druck kommt der niedergedrückte Bereich 34 in eine Position unterhalb der Spitze 48. Aufgrund der Geometrie des Diaphragmas 32 führt die Bewegung über die letztgenannte Position hinaus zu einem raschen Schnappen in eine neue Position auf der anderen Seite der Ebene des Flansches 38. Somit bilden der zentrale niedergedrückte Bereich 34, der konische Abschnitt 36 und der sich radial erstreckende Flansch 38 eine Einrichtung, dia das Diaphragma zu seiner äußeren Seite nach außen schnellen läßt, wenn ein entsprechender innerer Gasdruck in dem Behälter auf die innanseite des Diaphragmas wirkt. Wäre die Spitse 48 zum Durchstechen nicht vorhanden, dann würde das Diaphragma 32 in eine Position schnappen, die phantomartig durch die Linie 50 angedeutet ist. Die Spitze 48 verhindert jedoch die Vervollständi-

gung dieser Bewegung durch alle Abschnitte des Diaphragmas dadurch, daß es durchstochen wird und der überdruck aus dem Behälter 10 entweicht.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform bestand das Diaphragma 32 aus einem Aluminium-beruhigten, korrosionsbeständigen Stahl geringen Kohlenstoffgehaltes mit einer Bezugsdicke von etwa 0,13 mm (entsprechend 0,005 Zoll) und einer Minimaldi'cke von · etwa 0,9 mm (entsprechend 0,0035 Zoll). Der Durchmesser d betrug etwa 6,85 bis etwa 7,1 mm (entsprechend 0,27 bis 0,28 Zoll) Der Durchmesser D betrug etwa 9,1 bis etwa 9,4 mm (entsprechend 0,36 bis 0,37 Zoll). Die Höhe h betrug etwa 0,4 bis etwa 3,2 mm (entsprechend 0,015 bis 0,125 Zoll). Die Spitze 48 zum Durchstechen bestand aus dem gleichen Material wie das Diaphragma 32, hatte eine Dicke von etwa 0,55 mm (entsprechend 0,020 Zoll) sowie einen Winkel von 43 bis 47° zwischen den Seiten der im wesentlichen ein Dreieck bildenden Spitze. Die äußerste Spitze der Spitze 48 erstreckt sich um etwa 0,05 bis etwa 0,03 mm (entsprechend 0,002 bis 0,012 Zoll) unterhalb der unteren Oberfläche des Grundflansches 44 und damit bis zu einem Abstand etwa 0,75 bis etwa 0,6 mm (entsprechend 0,003 bis 0,023 Zoll) von der oberen Oberfläche des Diaphragmas 32.

Im allgemeinen kann die erwünschte Schnappwirkung des Diaphragmas 32 mit ähnlich elastischen Materialien erhalten werden, wenn das Verhältnis des Durchmessers D zum Durchmesser d etwa 1,3 beträgt, die axiale Höhe h das 0,056 bis 0,089-fache des Durchmessers d aufweist, sowie das 3 bis 5-fache der Dicke des Diaphragmas 32.

Der Druck, bei dem das Umschnappen erfolgt, kann eingestellt werden durch entsprechende Wahl der Diaphragmadicke, des Durchmessers des niedergedrückten Zentralbereiches sowie dessen Tiefe.

Außer im Zusammenhang mit abgedichteten galvanischen Zellen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung überall dort angewendet

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werden, wo ein überschüssiger Druck aus einem Behälter abzulassen ist.

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Claims

Patentansprüche

1/ Vorrichtung zur Druckverminderung zur Verwendung in Kombination mit einem normalerweise abgedichteten Behälter (10) der unter einem inneren Gasdruck steht, gekennzeichnet durch

ein flexibles Diaphragma (32), das über einer öffnung (14) in dem Behälter angeordnet werden kann, wobei das Diaphragma eine Einrichtung (34) umfaßt, um sich selbst in Abhängigkeit von dem inneren Gasdruck in dem Behälter, der auf seine Innenseite einwirkt, rasch nach außen zu bewegen sowie eine Einrichtung (48), die so an der öffnung (14) angeordnet ist, daß sie das Diaphragma durchsticht, wenn dieses nach außen schnellt und dadurch den inneren Gasdruck vermindert.
2. Vorrichtung nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet , daß das Diaphragma einen sich radial erstreckenden Umfangsflansch {38) und einen zentralen Bereich (34) umfaßt, wobei sich dieser zentrale Bereich vom Flansch aus und unter der Einrichtung zum Durchstechen erstreckt, wo-

bei dieser zentrale Bereich unter die Ebene des Flansches in Richtung auf das Innere des Behälters gedrückt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung,' die das Diaphragma nach außen schnellen läßt, einen zentralen Bereich (34) umfaßt, der in dem Diaphragma unter der Einrichtung zum Durchstechen angeordnet ist sowie einen ringförmigen Abschnitt (38) des Diaphragmas, das einstückig mit dem Zentralbereich ausgebildet ist und diesen umgibt, wobei sich dieser ringförmige Bereich von dem zentralen Bereich aus radial nach außen sowie nach oben in Richtung auf die Einrichtung zum Durchstechen erstreckt.
4. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Durchstechen einen Deckel (42) umfaßt, der sich auf der äußeren Seite über das Diaphragma erstreckt, wobei dieser Deckel (42) eine Spitze (48) zum Durchstechen umfaßt, die sich von dem Deckel aus nach unten bis in eine Position erstreckt, in dem sie das Diaphragma durchstechen kann, wenn es nach außen schnellt;.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet, daß das Diaphragma einen ersten sich radial erstreckenden Flansch (38) sowie eine ringförmige Dichtung (28) aufweist, die letztere zwischen dem ersten sich radial nach außen erstreckenden Flansch und der Kante der öffnung angeordnet ist, sowie ein zweiter sich radial nach außen erstreckender Flansch (44) an dem Deckel, der in Berührung in dem ersten Flansch steht, angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sich von dem ersten sich radial

nach außen erstreckenden Flansch ein Flansch (40) erstreckt, wobei die ringförmige Dichtung zwischen dem sich nach oben erstreckenden Flansch und der Kante der öffnung angeordnet werden kann.
7. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die das Diaphragma nach außen schnellen läßt, einen kreisförmigen zentralen Bereich in dem Diaphragma umfaßt, der unter der Einrichtung zum Durchstechen angeordnet ist, wobei dieser zentrale Bereich einen Durchmesser hat, ein ringförmiger Flansch diesen zentralen Bereich umgibt, und einen inneren Durchmesser hat, der etwa 1,3 mal größer ist als der Durchmesser des zentralen Bereiches sowie ein konischer Abschnitt in dem Diaphragma vorhanden ist, der sich zwischen dem zentralen Bereich und dem ringförmigen Flansch erstreckt, wobei die axiale Höhe dieses konischen Abschnittes um 0,056 bis 0,089 mal größer ist als der Durchmesser des zentralen Bereiches und das 3 bis 5-fache der Dicke des Diaphragmas beträgt.
8. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter der einer galvanischen Zelle ist.