DE4127526A1

DE4127526A1 - Gasentwicklungszelle

Info

Publication number: DE4127526A1
Application number: DE4127526A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Tilse; Stefan Grosskopf
Original assignee: Inovan Stroebe KG; Inovan Stroebe GmbH and Co KG
Current assignee: Inovan Stroebe KG; Inovan Stroebe GmbH and Co KG
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1993-02-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Einbauelement zur elektrisch gesteuerten/geregelten Abgabe von kleinen Gasvolumen, bestehend aus mindestens einer Gasentwick lungszelle, einem Steuer/Regelungskontakt und einem in den Stromkreis einfügbaren Außenwiderstand.

Gasentwicklungszellen in Form und Größe von Hörgeräte batterien arbeiten auf elektrochemischer Basis. Sie produzieren beim Schließen des Stromkreises ohne externe Stromversorgung Gas, vorzugsweise Wasserstoff gas. Sie eignen sich daher vorzüglich zum einfachen und kostengünstigen Fördern von kleinen Mengen eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines pastenförmigen Mediums. Hierzu wird die Gasentwicklungszelle gas dicht in ein Gehäuse eingefügt, in dem sich die aus zupressende Materie befindet, wobei das austretende Gas direkt auf diese Materie oder auch über einen Kolben oder eine Membrane einwirken kann. Jenseits, also außerhalb des Gehäuses, ist sodann die Kontakt einrichtung sowie der Außenwiderstand vorzusehen.

Da der elektrische Stromkreis derartiger Gasentwick lungszellen mit nur sehr geringen Spannungen und kleinen Strömen arbeitet, ist sehr auf eine einwand freie Verbindung der extern vorgesehenen Teile - Kon takteinrichtung und Außenwiderstand - zu achten. Von besonderer Wichtigkeit ist hierbei die einwandfreie Kontaktgabe der Kontakteinrichtung.

Gas wird aus der Gasentwicklungszelle nur bei Schließen des Kontaktes der Kontakteinrichtung abge geben. Dies ermöglicht die exakte volumetrische Dosie rung des jeweils gewünschten Gasausstoßes. Allerdings kann sich innerhalb des Austrittsintervalls ein unter Umständen nicht mehr beherrschbarer Überdruck aufbau en, da eine Regelung des Gasausstoßes innerhalb des Intervalles nicht stattfindet.

Das gasdichte Einfügen der Gasentwicklungszelle in entsprechende Geräte sowie das Verbinden der Gasent wicklungszelle mit der Kontakteinrichtung beziehungs weise dem Außenwiderstand setzt äußerst sorgsames Arbeiten voraus. Dieses sorgsame Arbeiten wird noch dadurch erschwert, daß die externen Teile, also Kon takteinrichtung und Außenwiderstand, nur einen gerin gen Raum einnehmen sollen, um die Gasentwicklungs zelle in möglichst vielen Situationen auch unter be engten Verhältnissen einsetzen zu können.

Aus diesen drei Forderungen ergibt sich die Aufgabe, ein Einbauelement, bestehend aus Gasentwicklungs zelle, Steuerung/Regelungskontakt und Außenwider stand, anzugeben, bei dem der Widerstand der Verbin dungen wie auch der Kontaktwiderstand über die ge samte Standzeit des Elementes gleichbleibend klein ist, bei dem bei auftretendem Überdruck der Strom kreis unterbrochen wird und bei dem auch die Kontakt einrichtung und der Außenwiderstand auf kleinstem Raum untergebracht sind. Erreicht wird dies bei einem derartigen Einbauelement durch einen metallisch lei tenden, die Gasentwicklungszelle aufnehmenden Trog, der oberseitig mit einer Membrane, in die der Außen widerstand als mit dem Pol der Gasentwicklungszelle zusammenwirkendes Kontaktelement integriert ist, gas dicht abgeschlossen ist sowie einem einstellbar auf die freie Seite des Außenwiderstandes einwirkenden, mittelbar oder unmittelbar mit dem Trog verbundenen Federelement.

Nicht mehr also wie bisher wird die Gasentwicklungs zelle direkt in ein Gehäuse beziehungsweise in ein Gerät eingesetzt und sodann mit der Kontakteinrich tung und dem Außenwiderstand verbunden, sondern es befinden sich Gasentwicklungszelle mit Kontakteinrich tung und Außenwiderstand in einem Trog, der nun ohne Schwierigkeiten in ein entsprechendes Gehäuse bezie hungsweise Gerät einzufügen ist. Die Verbindungen der Gasentwicklungszelle mit dem Außenwiderstand und der Kontakteinrichtung sind hierbei schon so vorgenommen, daß sich kleinste Verbindungs- beziehungsweise Kon taktwiderstände ergeben. Außerdem ist das Einbauele ment sehr kompakt, da der in die Membrane eingesetzte Außenwiderstand selbst schon als Kontakteinrichtung ausgebildet ist. Diese Kombination, zusammen mit dem einstellbar auf die freie Seite des Außenwiderstandes einwirkenden Federelement, ermöglicht auch das Unterbrechen des Stromkreises und damit auch das Unterbrechen des Gasflusses bei Überdruck, da dieser Gas-Überdruck auf die Membrane einwirkt und den in der Membrane integrierten durch das Federelement belasteten Außenwiderstand bei Überschreiten der Kraft des Federelementes reversibel von der Kontaktfläche der Gasentwicklungszelle abhebt. Damit ist auch die Möglichkeit gegeben das erfindungsgemäße Bauelement hinsichtlich seiner Schaltcharakteristik auf die zu erwartenden individuellen Verhältnisse durch Voreinstellung der Federkraft des Federelemen tes anzupassen. Zudem ist noch anzuführen, daß diese so gebildete Kontakteinrichtung von dem Gas der Gas entwicklungszelle, im allgemeinen Wasserstoffgas, um spült wird, so daß eine oxidative Veränderung der Kon taktflächen nicht zu befürchten ist. Die oben gestell ten Forderungen nach möglichst geringem Widerstand, nach der Möglichkeit zum Abschalten beziehungsweise zum Unterbrechen bei entstehendem Überdruck und nach möglichst geringem Einbauvolumen sind damit mit diesem erfindungsgemäßen Einbauelement erfüllt.

Die Einzelteile des erfindungsgemäßen Einbauelementes können je nach der Forderung, die an dieses Element gestellt wird, unterschiedlich aufgebaut sein. So kann die Membrane elektrisch leitend und mit dem Trog sowie der freien Seite des Außenwiderstandes galva nisch verbunden sein, so daß das aufliegende Federele mente frei gewählt werden kann. Eine sehr preiswerte Ausführung ergibt sich hierbei dann, wenn die Membra ne aus stromleitfähigem Kunststoff ist. Die Membrane kann auch ein metallischer scheibenförmiger Federbalg (Wellfeder) sein. Selbstverständlich ist es auch möglich eine Membrane aus isolierendem Material zu verwenden, beispielsweise aus isolierendem Kunst stoff, wobei das Federelement die galvanische Verbin dung vom Trog zu dem Außenwiderstand herstellt.

Eine weitere Erleichterung beim Einfügen dieses Ein bauelementes in entsprechende Geräte ergibt sich da durch, daß der Trog gasdicht in eine umgebende Büchse eingefügt ist, die nun wiederum in das jeweilige Ge rät eingesetzt werden kann. In der Büchse kann sodann ein Kolben oder eine Membrane untergebracht sein, der durch den Gasdruck verschoben wird. Empfehlenswert ist eine stirnseitig die Büchse abschließende, sie um greifende oder in sie eingreifende, auf das Federele ment einwirkende Kappe vorzusehen, über die das Feder element in zwei Raststellungen verschoben werden kann.

Auf den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Einbauele mentes,

Fig. 2 eine Ausführungsform im Ruhe-(Lager-)Zustand,

Fig. 3 eine Ausführung wie Fig. 2 im aktivierten (betätigten) Zustand,

Fig. 4 eine Ausführung mit doppelter Kontaktunter brechung,

Fig. 5 eine Ausführung mit einer Schraubenfeder als Federelement,

Fig. 6 den Längsschnitt durch eine als Federbalg ausgeführte Membrane,

Fig. 7 die Draufsicht und

Fig. 8 den Längsschnitt durch eine Schnappfeder (Schnappscheibe) und schließlich

Fig. 9 die Kennlinie einer solchen bistabilen Schnappfeder (Schnappscheibe).

Die grundsätzliche Ausführung des erfindungsgemäßen Einbauelementes ist in Fig. 1 gezeigt. Hierbei ist eine Gasentwicklungszelle (1) in einen umgebenden Trog (2) eingefügt, so, daß aus der Gasentwicklungs zelle (1) an der Unterseite austretendes Gas die Gas entwicklungszelle (1) umgehen und in den Raum ober halb der Gasentwicklungszelle (1) eintreten kann. Oberseitig ist der Trog (2) durch eine gasdicht ein gefügte Membrane (3) abgeschlossen. In diese Membra ne (3) ist ein Außenwiderstand (4) eingefügt, auf dessen freie Seite ein Federelement drückt.

Zum Aktivieren der Gasentwicklungszelle (1) wird das Federelement in Richtung auf die Gasentwicklungszelle (1) gedrückt, so daß der Außenwiderstand (4) auf eine Kontaktfläche (6) der Gasentwicklungszelle (1) aufgepreßt wird. Damit ist der Kontakt geschlossen und die Gasentwicklungszelle (1) beginnt mit dem Gasausstoß. Sollte ein Überdruck entstehen, so wirkt sich dieser Überdruck auch auf die Membrane (3) aus, die den Außenwiderstand (4) gegen die Kraft des Federelementes (5) von der Kontaktfläche (6) ab hebt wird dadurch den Stromkreis unterbricht, wobei auch die Gasentwicklung gestoppt wird.

In Fig. 2 ist das Einbauelement nach Fig. 1, einge baut in eine einen Kolben (7) führende Büchse (8), gezeigt. Stirnseitig wird die Büchse (8) abgeschlos sen durch eine Kappe (9), die mit einem Innenbund (10) in eine rundum auf der Büchse (8) verlaufende erste Kerbe (11) eingreift. Damit befindet sich die ses Einbauelement im Ruhe-(Lager-)Zustand, da der über das Federelement (5) herbeizuführende Kontakt mit dem Außenwiderstand (4) nicht hergestellt ist. In Fig. 3 ist in gleicher Darstellung das aktivierte Ein bauelement gezeigt, bei dem die Kappe (9) mit ihrem Innenbund (10) in eine zweite Kerbe (12) eingreift, wodurch die hier eingesetzte bistabile Schnappfeder (5) in ihre zweite Extremstellung verbracht ist und den Außenwiderstand (4) auf die Kontaktfläche (6) aufdrückt. Damit ist der Kontakt und damit der Stromkreis geschlossen, so daß eine Gasentwicklung, dargestellt durch die Pfeile 13, 14, stattfindet. Der Kolben (7) wird dadurch herabgedrückt und verdichtet das unterhalb befindliche Medium (15). Da sich zwischen der in der eingedrückten Stellung befindli chen Kappe (9) und der umgeschnappten bistabilen Schnappfeder (5) ein Zwischenraum befindet, kann auch hier der Außenwiderstand (4) bei Überdruck auf die Membrane (3) von der Kontaktfläche (6) der Gasentwick lungszelle (1) abgehoben werden, so daß auch hier bei Überdruck der Stromkreis und damit auch der Gasausstoß unterbrochen wird.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kappe (9) in die Büchse (8), diesmal mit einem Außen bund (16), in entsprechende Kerben der Büchse (8) ein greift. Diese Kappe (9) wirkt auf eine monostabile Schnappfeder (Schnappscheibe) (17), die allerdings im Ruhezustand sowohl vom Außenwiderstand (4) wie auch von der Stirnkante des Trogs (2) abgehoben ist. Beim Verschieben der Kappe (9) in die Aktivierungsstellung wird die Schnappfeder (17) sowohl, wie auch bei den anderen Ausführungen, auf den Außenwiderstand (4) wie auch auf die Stirnseite des Trogs (2) aufgedrückt, so daß sich auch hier wieder der Stromkreis schließt.

Eine weitere Ausführung zeigt Fig. 5, wobei als Feder element eine Schraubenfeder (18) vorgesehen ist. Die galvanische Verbindung zwischen dem Trog (2) und dem Außenwiderstand (4) wird hierbei durch eine elektrisch leitende Membrane (19) herbeigeführt. Die Membrane kann hierbei, wie Fig. 6 zeigt, ein metalli scher, scheibenförmigen Federbalg (20) sein.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine bistabile Schnappfeder (Schnappscheibe), wie sie sich beispielsweise in den Einbauelementen nach den Fig. 2 und 3 befindet, in Draufsicht und im Längsschnitt. Bei zentrischem Druck schnappt diese Feder in die dieser Darstellung nach Fig. 8 entgegengesetzte Extremrichtung, und behält diese veränderte Lage auch bei. Erläutert wird dies durch das Kraft/Weg-Diagramm nach Fig. 9. Bei einem bestimmten Druck auf die Feder nimmt die diesem Druck entgegengerichtete Federkraft ab und geht durch Null in eine jenseitige Federkraftlage. Diese Lage wird dann solange beibehalten, bis der Gegendruck so groß ist, daß wiederum die Nullinie durchschritten wird, die bistabile Schnappfeder also, falls dies zulässig ist, wieder in die jenseitige Lage springt.

Claims

1. Einbauelement zur elektrisch gesteuerten/geregel ten Abgabe von kleinen Gasvolumen, bestehend aus min destens einer Gasentwicklungszelle, einem Steuer/Rege lungskontakt und einem in den Stromkreis einfügbaren Außenwiderstand, gekennzeichnet durch einen metallisch leitenden, die Gasentwicklungs zelle (1) aufnehmenden Trog (2), der oberseitig mit einer Membrane (3), in die der Außenwiderstand (4) als mit dem Pol (6) der Gasentwicklungszelle (1) zu sammenwirkendes Kontaktelement integriert ist, gas dicht abgeschlossen ist, sowie einem einstellbar auf die freie Seite des Außenwiderstandes (4) einwirken den, mittelbar oder unmittelbar mechanisch mit dem Trog (2) verbundenen Federelement (5, 17, 18).

2. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (19) elektrisch leitend und mit dem Trog (2) sowie der freien Seite des Außenwiderstan des (4) galvanisch verbunden ist.

3. Einbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane ein metallischer, scheibenförmiger Federbalg (Wellfeder) (20) ist.

4. Einbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbalg (20) als bistabile Schnappfeder (Schnappscheibe) ausgebildet ist.

5. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (3, 19) aus stromleitfähigem oder isolierendem Kunststoff ist.

6. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (5) elektrisch leitend und mit dem Trog (2) galvanisch verbunden ist.

7. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (5, 17) als Schnappfeder (Schnappscheibe) ausgebildet ist.

8. Einbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trog (2) gasdicht in eine umgebende Büchse (8) eingefügt ist.

9. Einbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Büchse (8) stirnseitig abschließende, sie umgreifende oder in sie eingreifende, auf das Federelement (5, 17, 18) einwirkende Kappe (9) vor gesehen ist.

10. Einbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (9) in zwei Raststellungen (Kerben 11, 12) festlegbar ist.

11. Einbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (9) aus elastischem Material ist und auf das Federelement (5, 17) aufdrückbar ist.