DE3132734C1 - Verfahren zur selbsttaetigen Dosierung der in einen Behaelter,insbesondere eine elektrische Akkumulatorzelle einzubringende Fluessigkeit,sowie Vorrichtungen zu seiner Durchfuehrung - Google Patents

Description

Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung gestatten. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung, bei der die Druckregulierung für den Rohrstutzen für alle an eine gemeinsame Speiseleitung angeschlossenen Zellen gemeinsam an dem die Nachfüllflüssigkeit enthaltenden Behälter erfolgt;

F i g. 1 a eine Detaildarstellung der Regelanordnung in der Vorrichtung gemäß Fig. 1, in vergrößertem Maßstab;

Fig.2 einen Vorrichtung zur Nachfüllung einer stationären Batterie, bei der die Druckregulierung den einzelnen Zellen zugeordnet und ein der Speiseleitung vorgeschaltetes Nivelliergefäß vorgesehen ist;

F i g. 3 eine Vorrichtung zum Nachfüllen nichtstationärer Batterien, bei der die Druckregelung in gleicher Weise vorgesehen ist, wie in Fig.2, aber je ein Nivelliergefäß der Speiseleitung vor- und nachgeschaltet ist;

F i g. 4 die Darstellung einer Gesamtanlage, die nach dem in F i g. 2 oder F i g. 3 dargestellten Prinzip arbeitet; F i g. 5 eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung sind einander entsprechende Teile mit gleichen Hinweiszeichen versehen. Bei allen Beispielen ist willkürlich unterstellt, daß eine aus mehreren Zellen 1 bestehende Batterie über eine gemeinsame Speiseleitung 3 versorgt wird, was natürlich nicht ausschließt, daß unter Umständen auch nur eine Einzelzelle an die Vorrichtung angeschlossen sein kann.

Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 ist die Speiseleitung 3 als durchgehendes Rohr ausgebildet, von dem aus über jeder Zelle 1 ein Rohrstutzen 11 abgezweigt ist und soweit in dieser nach unten ragt, daß seine untere Öffnung in dem gewählten Beispiel sich um den Betrag a unterhalb des Soll-Pegels π der in der Zelle enthaltenen Flüssigkeit befindet.

Die Versorgung der Speiseleitung erfolgt durch die Speiseeinrichtung 2, die in Fig. la in vergrößertem Maßstab gezeigt ist. Während des Nachfüllvorganges arbeitet die Pumpe 24 und fördert über die Steigleitung 25 einerseits die nachzufüllende Flüssigkeit aus dem Behälter 21 in die Speiseleitung 3, während sie andererseits über die nach oben weisende Öffnung 26 Luft ansaugt und zusammen mit der Flüssigkeit in die Speiseleitung drückt Das Mischungsverhältnis von Luft und Flüssigkeit läßt sich mittels des Ventils 25' beliebig einstellen. Die Regelung des in der Speiseleitung 3 herrschenden Luftdrucks erfolgt über das Rohr 23, dessen oberes Ende in die Speiseleitung hineinragt und dessen unteres Ende um den Betrag b in die in dem Behälter 21 befindliche Flüssigkeit eintaucht und auf diese Weise den in der Speiseleitung 3 herrschenden Überdruck auf den der Wassersäule b entsprechenden Betrag begrenzt.

Der Behälter 21 wird aus dem Vorratsbehälter 29 über das Fallrohr 27 gefüllt gehalten, wobei der zufließende Überschuß an Flüssigkeit in das Überlaufbecken 22 abfließt und von dort mittels der Pumpe 28 über die Steigleitung 27' wieder in den Vorratsbehälter gebracht wird. Die Nachfüllung des Vorratsbehälters aus dem nicht dargestellten, der Entsalzung des Wassers dienenden Ionenaustauscher wird über das durch einen an einem Schwimmer 291 befindlichen Quecksilberkontakt gesteuerte Magnetventil 292 geregelt.
Von der Speiseleitung 3 ragen kurze Rohrstutzen 13 in die Rohrstutzen 11. Diese Rohrstutzen 13 sind am unteren Ende mit einer Öffnung 14 geringen Durchmessers versehen, durch die die in der Speiseleitung 3 fließende Flüssigkeit in die Zelle tropft, bis der durch den Pegelunterschied zwischen dem Flüssigkeitsstand innerhalb des Rohrstutzens 11 und in der Zelle bedingte in dem Rohrstutzen 11 herrschende Luftdruck ein weiteres Nachfließen des Flüssigkeit verhindert. Zur Beendigung des Nachfüllvorganges wird die Pumpe 24 stillgesetzt und die in der Speiseleitung 3 befindliche Restflüssigkeit fließt zum Behälter 21 zurück, der in der Speiseleitung 3 herrschende Überdruck verschwindet und der Flüssigkeitspegel im Rohrstutzen 11 gleicht sich dem Flüssigkeitspegel in der Zelle, die durch die Öffnung 12 mit der atmosphärischen Luft in Verbindung steht, an. Wird nun ein weiterer Nachfüllvorgang eingeleitet, dann steigt zunächst der Luftdruck in der Speiseleitung in der oben dargestellten Weise auf den durch das Rohr 23 bestimmten Betrag und verdrängt die in dem Rohrstutzen 11 eingedrungene Flüssigkeit so weit, bis der Pegelstand im Rohrstutzen dem durch die Differenz zwischen dem in der Speiseleitung herrschenden Druck und dem durch die Höhe der Wassersäule zwischen dem unteren Rand des Rohrstutzens 11 und dem Flüssigkeitspegel der Zelle bedingten Druck bedingten Wert entspricht. Der weitere Nachfüllvorgang verläuft dann in der oben geschilderten Weise.

Die Speiseleitung 3 führt zu den gesamten angeschlossenen Zellen 1 und ist an ihrem über die letzte angeschlossene Zelle hinausführenden Ende entweder durch eine Verschlußkappe abgeschlossen oder mit einem Auffanggefäß 15 verbunden, das als Nivelliergefäß oder Druckbegrenzer ausgebildet ist und von dem aus die Flüssigkeit in den Behälter 21 zurückfließt.

In F i g. 2 ist eine von der Vorrichtung nach F i g. 1 vollkommen abweichende Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Längs der Speiseleitung 3 ist über jeder Zelle 1 eine Kammer 4 angeordnet, in der eine durch eine sich nach unten öffnende, durch eine zylindrische, mit der oberen Abschlußwandung der Kammer 4 einstückig verbundene Wandung gebildete Glocke 42 vorgesehen ist Der Rohrstutzen 11 ragt mit seinem oberen Ende um einen gewissen Betrag von unten her in das Innere dieser Glocke 42, so daß innerhalb der Glocke 42 ein kreisringförmiger Teilraum 43 zwischen der Glockenwandung einerseits und dem oberen Teil des Rohrstutzens 11 andererseits entsteht

Da es sich, wie bereits oben gesagt, um die Versorgung einer stationären Akkumulatorenbatterie handelt, ist diese Batterie fest mit der Versorgungs- oder Speiseeinrichtung 5 verbunden. Die Speiseeinrichtung 5 besteht aus dem Nivelliergefäß 51, dem durch das Fallrohr 53 mit diesem verbundenen Überlaufgefäß 52, sowie der Pumpe 54 mit dem Steigrohr 55. Unmittelbar am Boden des Nivelliergefäßes 51 ist in dem Fallrohr 53 ein Durchbruch 56 vorhanden. Das Nivelliergefäß 51 ist hinsichtlich der nachzufüllenden Zellen 1 so angeordnet, daß durch den oberen Rand des Rohres 53 die Niveaulinie /»/"festgelegt ist, durch die in allen den Zellen zugeordneten Kammern 4, bzw. Glocken 42 der während des Nachfüllvorganges herrschende Pegelstand bestimmt ist. Durch die Pumpe 54 wird über die Leitung 55 während des Nachfüllvorganges die Flüssigkeit aus dem Überlaufgefäß 52 in das Nivelliergefäß 51 gebracht, wobei der Überschuß durch das Rohr in das Überlaufgefäß 52 zurückfließt. Der Durchbruch 56 ist so dimensioniert, daß durch ihn nur ein

Bruchteil der durch die Pumpe 54 geförderten Flüssigkeitsmenge hindurchtreten kann.

Der Nachfüllvorgang spielt sich in gleicher Weise ab, wie dies anhand der F i g. 1 bereits beschrieben ist, das heißt daß die Flüssigkeit über den Rohrstutzen 11 solange in die Zelle fließt, bis aufgrund des hydrostatischen Drucks infolge des Pegelunterschiedes zwischen dem Flüssigkeitsstand in der Zelle 1 und dem Rohrstutzen 11 der Luftdruck in letzterem einen weiteren Zufluß an Flüssigkeit verhindert. ι ο

Nach Beendigung des Nachfüllvorganges, das heißt nach Abschalten der Pumpe 54 fließt die in der Speiseleitung 3 und den Kammern 4 noch enthaltene Flüssigkeit über die Speiseleitung 3 zum Nivelliergefäß 51 und von dort durch den Durchbruch 56 in das Überlaufgefäß 52 zurück. Der Luftdruck in der Speiseleitung, die durch die Öffnungen 41 der Kammern 4 mit der atmosphärischen Luft in Verbindung steht, und damit in den Rohrstutzen 11 gleicht sich dem Luftdruck in der Zelle 1 an und der Flüssigkeitspegel im Rohrstutzen 11 und in der Zelle 1 sind gleich.

Wird nun erneut ein Nachfüllvorgang eingeleitet, so strömt Flüssigkeit in der oben geschilderten Weise in die Speiseleitung und die Kammern 4. Sobald ihr Pegel die untere Kante der Glocken 42 erreicht, wird jeweils die in dem ringförmigen Teilraum 43 eingeschlossene Luft in den Rohrstutzen 11 gedrückt und verdrängt die in diesen eingedrungene Flüssigkeit, bis ein Gleichgewicht der Drücke hergestellt ist. Die Dosierung geht also stets von den gleichen Anfangsbedingungen aus.

In diesem Fall ist die Speiseleitung an ihrem Ende durch eine Verschlußkappe abgeschlossen.

F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung, wie sie zur Versorgung von nichtstationären Batterien infrage kommt, beispielsweise von Batterien für Elektrokarren oder Fernlastwagen. In diesem Fall sind vorteilhafterweise zwei Nivelliergefäße 51 und 51' vorgesehen, von denen eines (51) eingangsseitig und das andere (5Γ) ausgangsseitig an der Speiseleitung vorgesehen sind. Die Nivelliergefäße 51, 5Γ sind fest mit der Batterie verbunden und werden zur Durchführung des Nachfüllvorganges über Schlauchleitungen 53,53' und 55 an die Speiseeinrichtung 5 angeschlossen. Der Nachfüllvorgang selbst spielt sich in gleicher Weise ab, wie bei der Vorrichtung gemäß F i g. 2. Das zweite (ausgangsseitige) Nivelliergefäß 51' gestattet die Durchführung des Nachfüllvorganges auch dann, wenn — bei nichtstationären Batterien — die zu versorgende Batterie nicht vollkommen waagerecht steht. Das ausgangsseitige Nivelliergefäß 5Γ ist in Höhe der Niveaulinie N durch die Öffnung 56 mit der Leitung 53' verbunden, so daß ein Überschuß an zugeführter Flüssigkeit zu dem Überlaufgefäß 52 zurückgeführt wird. Um nach Beendigung des Nachfüllvorganges auch die Restflüssigkeit gegebenenfalls (z.B. bei geneigt stehender Batterie) aus der Speiseleitung 3 entfernen zu können, ist außer der Öffnung 56 noch in Höhe des Bodens des Nivelliergefäßes 51' noch eine weitere Öffnung 56' zur Leitung 53' vorgesehen; der Querschnitt dieser zusätzlichen Öffnung 56' ist so klein gewählt, daß die während des Füllvorganges zugeführte Flüssigkeitsmenge den möglichen Durchfluß weit übertrifft. Da die einzelnen Vorgänge den zuvor beschriebenen entsprechen und die einzelnen Analogien zu F i g. 2 ohne weiteres erkennbar sind, dürfte sich eine ins Einzelne gehende Beschreibung hier erübrigen.

Natürlich besteht auch die Möglichkeit, ein Nivelliergefäß in der Mitte der Speiseleitung, also zwischen den Zellen, anzuordnen und das von der Pumpe kommende die Flüssigkeit zuführende Rohr in dieses Gefäß münden zu lassen, von dem aus dann die Speiseleitung nach zwei Seiten hin versorgt wird.

In Fig.4 ist der Aufbau einer Gesamtanlage zur Nachfüllung von Akkumulatorenbatterien gezeigt, bei der die zur Durchführung des Dosierverfahrens dienende Vorrichtung sowohl im Aufbau, als auch in der Wirkungsweise weitgehend mit der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung übereinstimmt; der einzige Unterschied besteht darin, daß in der Zeichnung das zweite Nivelliergefäß 51' und die Rücklaufleitung 53' weggelassen sind. Selbstverständlich können diese aber im Bedarfsfall ohne weiteres vorgesehen werden; andernfalls ist die Speiseleitung 3 an ihrem Ende durch eine Verschlußkappe abgeschlossen. Wie aus Fig.4 zu ersehen ist, erfolgt die Versorgung der Batterie über einen Ionenaustauscher 6, der über die Leitung 62 und das von einem mit dem in dem Gefäß 52 befindlichen Schwimmer 63 verbundenen Quecksilberkippkontakt über die elektrische Leitung 65 gesteuerten Magnetventil 64 an das öffentliche Wasserversorgungsnetz angeschlossen ist. Der Nachfüllvorgang wird eingeleitet durch Öffnen des handbedienten Ventils 66 und gleichzeitiges Anlassen des die Pumpe 54 antreibenden Motors.

Statt nach Beendigung des Nachfüllvorganges die in der Speiseleitung 3 und den dieser zugeordneten Kammern 4 befindliche Flüssigkeit über die Speiseleitung 3 wieder in den Behälter 52 zurückfließen zu lassen und so den Druckausgleich zwischen den Zellen 1 und den Rohrstutzen 11 herzustellen, besteht auch die Möglichkeit, die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in der aus Fig.5 ersichtlichen Weise auszuführen, in der eine mit einer stationären Batterie fest verbundene Nachfüllvorrichtung dargestellt ist. Hier ist jeweils in dem die Scheidewand zwischen der Kammer 4 und der Zelle 1 bildenden Boden der Kammer 4 eine Öffnung 47 geringen Durchmessers vorgesehen, in der ein abgewinkelter Metall- oder Kunststoffstab 7 angeordnet ist, der den wirksamen Querschnitt der Öffnung 47 so weit verringert, daß die noch in der Speiseleitung 3, bzw. der Kammer 4 befindliche Flüssigkeit nur langsam in die Zelle 1 tropft, anstatt in das Gefäß 51 zurückzufließen. Die Niveauhaltung ist analog zu der in F i g. 2 gezeigten Anordnung mittels eines Rohres 53 erreicht, in dem jedoch der Durchbruch 56 fehlt, da ja die in der Speiseleitung 3 und den Kammern 4 befindliche Flüssigkeit nicht in das Nivelliergefäß 51, bzw. das Überlaufgefäß 52 zurückgebracht werden soll.

Um die Bildung einer Flüssigkeitskuppe an der oberen Öffnung des Rohrstutzens 11 zu verhindern, kann vorteilhafterweise an der oberen Abschlußwand der Kammern 4 ein zylindrischer Stift vorgesehen sein, der nach unten bis in die obere Öffnung des Rohrstutzens 11 ragt und dessen Durchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Rohrstutzens. Selbstverständlich kann die obere Abschlußwand der Kammern 4 als abnehmbarer Deckel ausgebildet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selbsttätigen Dosierung der in einen Behälter, insbesondere eine elektrische Akkumulatorzelle beim Nachfüllen einzubringende Flüssigkeit, wobei ein von einer Speiseleitung abzweigender Rohrstutzen nach unten bis unter den gewünschten Flüssigkeitspegel in den Innenraum des Behälters, bzw. der Akkumulatorzelle ragt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speiseleitung (3) und dem Rohrstutzen (11) jeweils nach Beendigung eines jeden Nachfüllvorganges der Luftdruck dem in dem Behälter, bzw. der Akkumulatorzelle (1) herrschenden Luftdruck angeglichen und zu Beginn des folgenden Nachfüllvorganges zuerst ein genügend hoher Luftdruck erzeugt wird, um die in dem Rohrstutzen (11) befindliche Flüssigkeit aus diesem zu verdrängen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speiseleitung (3) vorgesehen ist, von der zu jeder Zelle (1) ein Rohrstutzen (11) abzweigt, der nach unten in den Innenraum der Zelle (1) bis unter den Soll-Pegel der in der Zelle (1) befindlichen Flüssigkeit reicht und der mit der Speiseleitung über eine Öffnung (14) geringen Durchmessers verbunden ist, daß ferner ein die einzubringende Flüssigkeit enthaltendes, von einem Vorratsbehälter (29) gespeistes Gefäß (21) vorgesehen ist, in welches ein mit der Speiseleitung verbundenes Rohr (23) soweit hineinragt, daß die in seinem Innern vorhandene Flüssigkeitssäule dem in der Speiseleitung gewünschten Luftdruck entspricht, und daß schließlich eine an die Speiseleitung (3) angeschlossene Pumpe (24) vorgesehen ist, die mit einem in das Gefäß (21) eintauchenden Steigrohr (25) sowie einem sich gegen die atmosphärische Luft öffnenden Luft-Ansaugestutzen (26) verbunden ist.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speiseleitung (3) vorgesehen ist, die mit jeweils einer jeder Zelle (1) zugeordneten Kammer (4) versehen ist, und daß in jeder dieser Kammern (4) ein durch eine mit der oberen Abschlußwand der Kammern zusammenhängende Wandung gebildeter sich nach unten öffnender Raum (42) vorhanden ist, in den ein bis unter den Soll-Pegel der in der Zelle (1) befindlichen Flüssigkeit reichender Rohrstutzen (11) mit seinem oberen Ende um einen gewissen Betrag hineinragt

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Speiseleitung (3) mindestens ein Nivelliergefäß (51) angeschlossen ist, und daß die von der die Flüssigkeit fördernden Pumpe (54) kommende Leitung (55) in diesem Nivelliergefäß (51), bzw. einem dieser Nivelliergefäße mündet.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Trennwand zwischen Kammer (4) und Zelle (1) bildende Boden der Kammer (4) mit einer Öffnung (47) versehen ist, in die ein abgewinkelter Metalloder Kunststoffstab eingesteckt ist, der den wirksamen Querschnitt der Öffnung (47) verringert.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen Dosierung der in einen Behälter, insbesondere eine elektrische Akkumulatorzelle beim Nachfüllen einzubringenden Flüssigkeit, wobei ein von einer Speiseleitung abzweigender Rohrstutzen nach unten bis unter den gewünschten Flüssigkeitspegel in den Innenraum des Behälters, bzw. der Akkumulatorzelle ragt; sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, zur Durchführung des Nachfüllvorganges bei elektrischen Akkumulatorzellen eine Vorrichtung zu verwenden, bei der ein mit einer Speiseleitung kommunizierender Rohrstutzen von oben her in die zu ergänzende Flüssigkeit eintaucht (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 30 02 288). Hierbei soll der Pegelstand der in dem Rohrstutzen befindlichen Flüssigkeit die Dosierung der einzubringenden Flüssigkeitsmenge bewirken. Da die in dem Rohrstutzen befindliche Luftmenge nach außen beiderseits durch die einzubringende Flüssigkeit abgeschlossen ist, setzt ein einwandfreies Arbeiten der Vorrichtung voraus, daß diese Luftmenge unverändert erhalten bleibt. Diese Voraussetzung ist jedoch nicht erfüllt, da das in eine Akkumulatorzelle einzubringende Wasser bekanntlich entsalzt sein muß und daher die Eigenschaft hat, eine gewisse Luftmenge zu absorbieren. Das in dem Rohrstutzen enthaltene Luftvolumen nimmt also im Laufe der Zeit stetig ab, so daß mit der Zeit eine gewisse wachsende Überdosierung eintritt, die schließlich zum Überlaufen der Zelle führt

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit anzugeben, eine selbsttätige Dosierung der nachzufüllenden Flüssigkeit zu erreichen, bei der über beliebig lange Zeit die unveränderte Einhaltung des gewünschten Pegelstandes in der Zelle jeweils nach Abschluß eines jeden Nachfüllvorganges gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei Verwendung der eingangs beschriebenen Anordnung die Nachfüllung durch ein Verfahren erfolgt, bei dem in der Speiseleitung und dem Rohrstutzen jeweils nach Beendigung eines jeden Nachfüllvorganges der Luftdruck dem in dem Behälter, bzw. der Akkumulatorzelle herrschenden Luftdruck angeglichen und zu Beginn des folgenden Nachfüllvorganges zuerst ein genügend hoher Luftdruck erzeugt wird, um die in dem Rohrstutzen befindliche Flüssigkeit aus diesem zu verdrängen.

Auf diese Weise wird erreicht, daß unabhängig von der Tatsache, daß das entsalzte Wasser eine gewisse Luftmenge absorbiert (und nebenbei auch unabhängig von eventuellen Temperaturschwankungen), bei jedem Nachfüllvorgang von den gleichen Pegelverhältnissen ausgegangen wird.

Im folgenden soll der nachzufüllende Behälter, bzw. die Akkumulatorzelle der Einfachheit halber stets nur als »Zelle« bezeichnet werden, wobei stillschweigend unterstellt sei, daß die oben genannten Möglichkeiten miterfaßt sind.

Zur Durchführung des Verfahrens können Vorrichtungen verschiedener Ausführungsform herangezogen werden, die jedoch stets die Verwendung eines von einer gegebenenfalls einer Vielzahl von Zellen gemeinsam zugeordneten Speiseleitung abgezweigten und in das Innere der Zelle bis unter den gewünschten Flüssigkeitspegel ragenden Rohrstutzens als Merkmal aufweisen.

Im folgenden sollen anhand der Zeichnung verschiedene Ausführungsmöglichkeiten als Beispiele für Vorrichtungen dargestellt und beschrieben werden, die die