DE3436290C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine abgedichtete Blei-Säure-
Batterie mit einem Entlüftungsventil, welches Gas
an die Umgebung der Batterie abgibt, wenn der Druck
in der Batterie einen vorbestimmten Wert erreicht.
In einer abgedichteten Blei-Säure-Batterie wird eine
dichte Kammer allgemein aus einem zunächst oben offenen
Behälter und einem den oberen Teil des Behälters ab
deckenden Deckel geformt; in der abgedichteten Kammer
sind mehrere durch Trennwände unterteilte Zellenkammern
geformt. In jeder Zellenkammer befindet sich ein Zellen
element, das aus einer Vielzahl von positiven und
negativen Platten und Separatoren übereinander angeordnet
besteht. Schließlich ist an dem Deckel ein Ventil
vorgesehen.
Bei dieser herkömmlichen abgedichteten Blei-Säure-Bat
terie sind jedoch der Öffnungsdruck des Ventils, ein
Druck der in die Zelle eingesetzten positiven und
negativen Plattengruppen und das Material sowie die
Wanddicke des Behälters nicht angemessen bestimmt.
Es ergeben sich Nachteile wie z. B. ein Ausbeulen des
Behälters im Gebrauch, eine Verschlechterung der Wider
standsfähigkeit gegen Vibrationen und eine Verschlechte
rung der Belastbarkeit und Verläßlichkeit der Befesti
gung des Deckels am Behälter.
Bei einem bekannten Ventil für eine Batterie - US-PS
42 16 277 - übergreift eine kreiszylindrische Kappe
aus elastomerem Werkstoff einen rohrförmigen Auslaß
mit kreiszylindrischer Mantelwandung und einer im
oberen Rand des Auslasses vorgesehenen Gasübertrittsöff
nung. Der großflächig und dichte Umgriff zwischen
der Mantelwandung und der Kappe dürfte zu einer relativ
schwergängigen Ventilfunktion führen, wodurch sich
die Bestimmung des Betätigungsdruckbereichs schwierig
gestaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Blei-
Säure-Batterie der eingangs genannten Art zur Verfügung
zu stellen, die durch Verhinderung des Ausbeulens
des Behälters im Gebrauch, durch Verbesserung der Wider
standsfähigkeit gegen Vibrationen und durch Erhöhrung
der Belastbarkeit und Verläßlichkeit der Befestigung
des Deckels am Behälter eine ausgezeichnete Brauchbarkeit
bei guter Abdichtung erfährt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
Mit Hilfe dieser aus bestimmtem Material und bestimmter
Wanddicke gebildeten sowie mit vorbestimmten Gasdrücken
arbeitenden Batterie gelingt es, das Ausbeulen des
Behälters im Gebrauch zu verhindern, die Widerstands
fähigkeit gegen Vibrationen und dadurch ausgelöste
Kurzschlüsse zu verbessern und die
Belastbarkeit und Verläßlichkeit der Befestigung
des Deckels am Behälter zu erhöhen, so daß man insgesamt
eine ausgezeichnet abgedichtete und dauerhafte Batterie
erhält.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße
Batterie;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Deckelkörper;
Fig. 3 und 4 Teilschnittansichten entlang der Linien
III-III bzw. IV-IV der Fig. 1;
Fig. 5 eine Rückansicht der Deckelplatte;
Fig. 6 eine schematische perspektivische Rückansicht
des Deckelkörpers;
Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII
der Fig. 2;
Fig. 8 eine schematische vertikale Seitenschnitt
ansicht der erfindungsgemäßen Batterie;
Fig. 9 eine schematische seitliche Teilschnittan
sicht, in dem ein Zustand vor dem Einsetzen
der zusammengebauten Elemente dargestellt ist;
Fig. 10 eine schematische Draufsicht des zusammenge
bauten Elements;
Fig. 11 eine schematische seitliche Teilschnittdrauf
sicht eines Behälters;
Fig. 12, 13 und 14 perspektivische Teilansichten des
Dichtstopfens; und
Fig. 15 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung
mit eingesetztem Dichtstopfen.
Gemäß der Fig. 1 ragen Batterieanschlüsse 2, 3 an zwei
Ecken eines Deckels 1 aufwärts und im mittleren Teil der Ab
deckung 1 ist ein Entlüftungsloch oder eine Abzugsöffnung 5 vorgesehen,
die mit einer Deckplatte 4 abgedeckt ist. Überdies ist eine Aluminium
folie 6 (als Beispiel eines Schutzschirms) an der oberen Ober
fläche des Deckels 1 parallel zur Platte 4 befestigt. Wie
in der Fig. 2 zu sehen ist, welche einen Deckelkörper
7 zeigt, von dem die Deckelplatte 4 und die Folie 6
entfernt sind, sind vertikale Füllöffnungen 8 auf einer
geraden Linie angeordnet und an einem Teil vorgesehen,
der mit der Folie 6 (Fig. 1) bedeckt ist. Ein mit der
streifenförmigen, an den Ecken abgerundeten Aluminium
folie 6 zu verschmelzendes Schmelzbett 9 umgibt die Füll
öffnungen 8 und ragt aus der Zeichenebene heraus etwas
nach oben. Jede Füllöffnung 8 ist in der Mitte eines
Schulterteils 10 angeordnet, dessen Durchmesser größer
als der der Öffnung ist, und die Schulterteile 10 sind
seitlich jeweils über eine Ausnehmung 11 miteinander ver
bunden.
Wie in der Fig. 3 gezeigt ist, welche eine Teilschnitt
ansicht entlang der Linie III-III der Fig. 1 darstellt,
ist das obere Ende der Füllöffnung 8 über eine sich ver
jüngende Fläche 12 mit dem Schulterteil 10 verbunden, und
die Ausnehmung 11 ist tiefer als der Schulterteil 10 ge
formt. Die obere Stirnfläche des Schmelzbettes 9, das
jede Füllöffnung 8 umgibt, ist auf der gleichen Höhe an
geordnet und höher geformt als die umgebenden Teile. Die
Folie 6 ist nur mit dem Schmelzbett 9 verschmolzen und
daran befestigt. Die Folie 6 besteht aus einer Aluminium
folie, deren untere Fläche mit einem thermoplastischen
Harz beschichtet ist, und ist luftdicht durch Hochfrequenz-
Schmelzschweißen mit dem Schmelzbett 9 verbunden.
Wie Fig. 4 zeigt, weist das Entlüftungsloch oder die Abzugsöffnung 5
in dessen Mitte einen zylindrischen Abschnitt 14 kleinen
Durchmessers auf, der von der Bodenplatte 13 nach oben
abragt, und eine gleichförmig in Umfangsrichtung
angeordnete Kerbe 15 ist am oberen Ende
des Abschnitts 14 geringen Durchmessers vorgesehen. Eine
Gummikappe 16 paßt auf den oberen Teil des Abschnitts 14
geringen Durchmessers, um den Abschnitt 14 geringen Durch
messers elastisch zu verschließen. Ein scheibenförmiger
Filter 18, beispielsweise aus durchlässigem, porösem
Keramikmaterial ist in den Schulterteil 17 eingepaßt
und daran festgelegt, der an einem vertikal mittleren Teil
des Loches 5 geformt ist. Wenn der innere Gasdruck der
Batterie ansteigt, drückt das Gas im Innenraum die
Gummikappe 16 durch den Abschnitt 14 geringen Durch
messers und die Kerbe 15 auf und tritt durch den Filter
18 hindurch, so daß es an die Umgebung der Batterie
ausgestoßen wird. Der Druck zur Belüftung oder Öffnung
des aus der Gummikappe 16 bestehenden Ventils ist auf 0,2 bis 0,4 bar
eingestellt. Die Deckelplatte 4, welche das Loch 5 von der Oberseite
her bedeckt, ist, wie in der Fig. 5 gezeigt, eine recht
eckige Harzplatte und weist an ihrer Rückseite ein
stückig zwei zentrale Positioniervorsprünge 19 und vier
Schenkel 20 mit zwei Enden zur Verschweißung mit dem
Deckel auf. Wenn die Platte 4 an der an der Oberfläche
des Deckelkörpers 7 der Fig. 4 geformten Ausnehmung 21 fest
gelegt ist, kann die Platte 4 dadurch einfach an ihrem
Platz angeordnet werden, daß die Schenkel 20 durch
Ultraschallschweißen verschmolzen werden. In Fig. 2
sind Bohrungen 23 gezeigt, in welche die Positionier
vorsprünge 19 passend eingreifen.
Wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, weist die Rückseite
des Deckelkörpers 7 einen etwa elliptischen Auslaß
durchgang 24 auf, der zur Verbindung mit jeder Zellen
kammer (nachstehend beschrieben) ausgebildet ist, sowie
ein in der Fig. 7 gezeigtes Durchgangsformungselement
25, das an einem unteren Teil des Auslaßdurchgangs 24
angeordnet ist. Das Element 25 weist eine äußere Umfangs
kante mit der gleichen Gestalt wie der Durchgang 24 auf
sowie ein Luftloch 26, das sich in jede Zellenkammer 28
öffnet, die in dem Behälter 30 durch Trennwände 27 unter
teilt sind. Der Aufbau ist also mit einer gemeinsamen
Auslaßeinheit ausgebildet, in welcher das in jeder Zellen
kammer 28 gebildete Gas gemeinsam aus dem Entlüftungsloch 5
durch das Luftloch 26 und den Durchgang 24 abgeführt
wird.
Wie in der Fig. 8 gezeigt, paßt der Deckel 1 auf den
oberen Endabschnitt des Behälters 30 und ist an diesem
durch Schmelzverbindung oder Schweißverbindung befestigt.
Der Behälter 30 besteht aus Polypropylen, welches 5 bis
20% Füllmittel (Talk) enthält, und er weist eine Dicke der
Seitenwand 30 a von 2 bis 4 mm auf. Ein zusammengebautes Zellenele
ment 31 ist in die Zellenkammer 28 des Behälters 30 ein
gesetzt, und der bestimmbare Druck der in die Zelle einge
setzten positiven und negativen Plattengruppen ist in die
sem Fall auf 0,35 bis 0,6 bar eingestellt. Wie in Fig. 9
gezeigt, ist das Zellenelement 31 aus einer recht
eckigen negativen Platte 32, einer rechteckigen positiven
Platte 33 und einem rechteckigen Separator 34, der beispiels
weise aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten
Mikroglasfasermatten besteht, gebildet. Die lichte Weite
W c zwischenden Wandungen des Behälters 30 (Fig. 8), die
Breite W p der Platten 32, 33 und die Breite W s des Sepa
rators 34 genügen folgenden Beziehungen:
0,05 W p ≦ W c - W p ≦ 0,15 W p
2 mm ≦ W s - W c ≦ 3 mm
2 mm ≦ W s - W c ≦ 3 mm
Überdies sind Streifen 37, 38 einstückig mit Zapfen 35,
36 an einer oberen Seite jeder Platte 32, 33 geformt. Der
Abstand L von den unteren Stirnflächen 37 a, 38 a der Strei
fen oder Bügel 37, 38 zu den oberen Endflächen 32 a, 33 a der
Schultern der Platten 32, 33, die Höhe H p der Platten 32, 33
und die über den Platten freiliegende Höhe l des Separators
34 genügen den folgenden Beziehungen:
0,1 H p ≦ L ≦ 0,25 H p
1 ≦ 0,1 H p
1 ≦ 0,1 H p
Überdies ist die Porosität der Platten 32, 33 auf
50% oder mehr eingestellt, so daß die folgende Beziehung
gilt zwischen der Dicke T des zusammengebauten Elements
31, des gesamten Abstandes t zwischen der negativen Plat
te 32 und der positiven Platte 33, welche innerhalb der
Dicke T aufgenommen sind:
0,15 T≦t ≦ 0,5 T
Fig. 10 zeigt diesen Zusammenhang.
Die Batterie gemäß der Fig. 1 ist nicht mit dem Elek
trolyt gefüllt, und die Füllöffnung 8 ist mittels der
in Fig. 3 gezeigten Aluminiumfolie 6 luftdicht verschlos
sen. Das Entlüftungsloch 5 ist durch Verschließen des
Abschnitts 14 kleinen Durchmessers mit der Gummikappe 16
geschlossen. Der Innenraum der Batterie wird also im
Zustand der Fig. 1 gegenüber der Umgebung luftdicht ge
halten, so daß die positiven und negativen Platten 32,
33 im Innenraum der Batterie gegen Oxidation geschützt
sind.
Der Einfüllvorgang des Elektrolyten wird ausgeführt, wie
nachstehend angegeben. Zuerst wird die Aluminiumfolie 6
der Fig. 1 abgerissen, um die Einfüllöffnung 8 freizu
legen. Dann wird der Elektrolyt unter Verwendung eines
geeigneten Elektrolytbehälters durch die Einfüllöffnung 8
eingefüllt. Eine Füllgeschwindigkeit von 0,5 bis 2,0 cm3/sec
ist bevorzugt, da eine zu hohe Füllgeschwindigkeit ein
Überfließen des Elektrolyten aus der Batterie und eine
Verschlechterung der Batterieleistung gegenüber einem
vorgeschriebenen Wert verursachen würde. Eine vertikale
Austauschnut oder Hilfsnut 49 kann an der Trennwand 27
des Behälters 30 geformt sein, um die Eindringgeschwin
digkeit zu beschleunigen. Überdies beträgt die einzu
füllende Elektrolytmenge vorzugsweise 95 bis 110% des
Porenvolumens des Zellenelementes 31, damit das
Gas absorbiert wird, das während der Ladezeit im Batterie
innenraum während des Gebrauchs erzeugt wird.
Nach Beendigung des Füllvorgangs des Elektrolyten, wird
ein in der Fig. 12 gezeigter Dichtstopfen 50 in die
Einfüllöffnung 8 eingepaßt, um die Einfüllöffnung 8
hermetisch abzudichten, wie in der Fig. 15 gezeigt.
Der Dichtstopfen 50 besteht aus Stopfenkörpern 51 in
einer Zahl, die der Zahl der Füllöffnungen 8 (sechs in
diesem Fall) entspricht, wobei diese Stopfenkörper ein
stückig über Verbindungsteile 52 miteinander verbunden
sind. Die Fig. 13 und 14 zeigen weitere Ausführungs
formen des Dichtstopfens 50.
Wenn während des Gebrauchs Gas erzeugt wird, dann steigt
der Innendruck über den Einstelldruck hinaus an, und das
Gas tritt durch das Luftloch 26, den Entlüftungsdurch
gang 24 und den Abschnitt 14 kleinen Durchmessers hin
durch und drückt die Gummikappe 16 auf, so daß Gas an
die Umgebung austritt. Das aus der Gummikappe 16 aus
tretende Gas wird durch den Filter 18 ausgelassen.
Bei der Herstellung der Batterie werden der Behälter 30
und der Deckel 1 mittels eines Hitzeversiegelungssystems
(einem Verfahren zur Verbindung mit Wärmeverschmelzung
bzw. -verschweißung) luftdicht miteinander verbunden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die abgedichtete Blei-
Säure-Batterie gemäß der Erfindung mit dem Entlüftungs
ventil (beispielsweise dem Abschnitt 14 kleinen Durch
messers und der Gummikappe 16) ausgestattet, welches
Gas aus der Batterie herausläßt, wenn der Druck in der
Batterie einen vorbestimmten Wert erreicht; der Druck
zur Öffnung des Ventils ist auf 0,2 bis 0,4 bar einge
stellt, während der einstellbare Druck des zusammengebauten Zellen
elements 31 auf 0,35 bis 0,6 bar festgesetzt ist. Als
Material für den Behälter wird ein Füllmaterial ent
haltendes Polypropylen verwendet, und die Seitenwanddicke
30 a des Behälters beträgt 2 bis 4 mm, so daß folgende
Vorteile erreicht werden:
- (a) Es wird verhindert, daß sich der Behälter 30 im Gebrauch ausbeult, so daß Deformationen aufgrund eines Temperaturanstiegs und eines Anstiegs des Innendrucks während der Ladezeit vermieden werden können.
- (b) Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Vi bration: Der Behälter 30 weist eine ausreichende Festigkeit auf, der Druck des zusammengebauten Elements 31 ist hoch genug und es tritt kein Druck abfall aufgrund einer Ausbeulung des Behälters 30 auf, so daß er eine hohe Vibrationsbeständigkeit aufweist.
- (c) Da der Behälter 30 eine ausreichende Festigkeit aufweist und nach dem Einsetzen des zusammengebauten Elements kein Ausbeulen auftritt, ist der Hitze versiegelungsvorgang zur Befestigung des Behälters 30 am Deckel 1 einfach und die Verläßlichkeit und die Luftdichtigkeit an den abgedichteten Stellen sind verbessert.
- (d) Der Druck zur Öffnung des Sicherheitsventils kann auf einen ausreichend hohen Wert eingestellt werden, so daß eine Verminderung des Elektrolyten wirksam verhindert wird.
Die Erfindung ist nicht auf Anwendungen bei einer trocken
geladenen abgedichteten Blei-Säure-Batterie beschränkt,
bei der der Elektrolyt unmittelbar vor dem Einsatz ein
gefüllt wird, sondern kann in der gleichen Weise auch
für eine herkömmliche abgedichtete Blei-Säure-Batterie
eingesetzt werden, bei der beispielsweise der Elektrolyt
bereits vorher beim Herstellungsvorgang eingefüllt wurde
und die Batterie mit dem eingefüllten Elektrolyten ver
sandt und verkauft wird.
Claims (5)
1. Abgedichtete Blei-Säure-Batterie mit einem
Entlüftungsventil, welches inneres Gas aus der Batterie
ausläßt, wenn ein innerer Gasdruck in der Batterie
einen vorgeschriebenen Wert erreicht,
dadurch gekenzeichnet,
daß ein Entlüftungsloch (5) in dem mittleren Teil
eines Deckels (1) für die Batterie vorgesehen ist,
daß das Entlüftungsloch (5) in dessen Mitte einen
zylindrischen Abschnitt (14) kleinen Durchmessers
aufweist, der von einer Bodenplatte (13) aufwärts
ragt, daß am oberen Ende des Abschnittes (14) kleinen
Durchmessers eine Kerbe (15) vorgesehen ist und gleich
zeitig eine Gummikappe (16) auf ihn angepaßt ist,
daß ein durchlässiger Filter (18) in einem Schulterteil
(17) eingepaßt ist, der an einem vertikal mittleren
Abschnitt des Entlüftungslochs (5) geformt ist, so
daß das Entlüftungsventil gebildet wird, daß ein Gas
im Inneren die Gummikappe (16) aufdrückt, wenn der
Innendruck der Batterie ansteigt, wobei das Gas durch
den Filter (18) an die Umgebung der Batterie abgegeben
wird, daß der Ventilöffnungsdruck auf 0,2 bis 0,4
bar eingestellt ist, daß ein einstellbarer Druck positi
ver und negativer Plattengruppen auf 0,35 bis 0,6
bar eingestellt ist, daß als Material für den Behälter
ein Füllmaterial enthaltendes Polypropylen verwendet
wird, daß die Seitenwanddicke des Behälters 2 bis
4 mm beträgt und daß der zylindrische Abschnitt kleinen
Durchmessers (14) im oberen Bereich einen konischen
Ansatz und daran angepaßt die Gummikappe (16) einen
konischen Innenteil aufweist.
2. Batterie nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufbau der Batterie als Mehrzellentyp gestaltet
ist und daß das Entlüftungsventil in einem gemeinsamen
Auslaßeinheitsaufbau gestaltet ist, welcher mit jeder
der Zellen verbunden ist.
3. Batterie nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein alle Zellen (28) miteinander verbindender
Auslaßdurchgang (24) an der Rückseite des Deckels
(1) vorgesehen ist, der mit dem Entlüftungsventil
versehen ist, daß ein einen Durchlaß bildendes Element
(25) an einem unteren Teil des Auslaßdurchganges (24)
angeordnet ist und daß das Element (25) Luftlöcher
(26) umfaßt, deren jedes sich in eine Zelle öffnet.
4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Polypropylen 5 bis 20% Füllstoffe enthält.
5. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes zusammengebaute Zellenelement (31) aus einer
rechteckigen negativen Platte (32), einer rechteckigen
positiven Platte (33) und einem rechteckigen Separator
(34) zusammengesetzt ist, der aus einer Vielzahl von
Mikrofaserglasmatten besteht, die übereinander gelegt
sind.
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