DE4135711C2 - Dichtungsventil für Behälteröffnungen und Entgasungsventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dichtungsventil für Behälter­ öffnungen und besteht aus einem Deckelteil und einem daran angeformten Wandteil sowie ein Entgasungsventil.

Die Zellen von Akkumulatorbatterien benötigen ein Entgasungs­ ventil, welches das Austreten von Batteriesäure und H₂-Gas bei normalen Druckverhältnissen sicher verhindert und bei defi­ nierten Überdrücken innerhalb der Batteriezelle öffnet und eine Entgasung gestattet. Da solche Akkumulatorbatterien, ins­ besondere Bleiakkumulatoren für Kraftfahrzeuge Massenartikel sind, müssen deren Entgasungsventile möglichst kostengünstig hergestellt werden können.

Bei früheren Batterieausführungen war es üblich, einen Ver­ schlußstopfen mittels eines Schraubgewindes in eine Zellen­ öffnung einzuschrauben. Dieser Stopfen wies eine feine Bohrung auf, die eine Entgasung der Batteriezelle auch bei eingedrehtem Verschlußstopfen ermöglichte. Dabei trat jedoch häufig Batterie­ flüssigkeit nach außen und bewirkte eine Korrosion der die Batterie umgebenden Blechteile.

Eine weitere bekannte Lösung bestand darin, über einen zylin­ drischen Entgasungsstutzen der Akkumulatorbatterie eine zylin­ drisch ausgebildete Dichtungskappe zu stülpen, die aus einem gummielastischen Werkstoff bestand. Jedoch traten bei der Mas­ senfertigung dieser bekannten Dichtungskappen aus einem aus Elastizitätsgründen geforderten gummielastischen Werkstoff, z. B. Silikonkautschuk, PU, thermoplastische Elastomere unvermeidlich große Toleranzschwankungen des Innendurchmessers auf, wodurch sich die Fertigungsausbeute nachteilig verringerte oder die Dichtungswirkung in Frage gestellt war. Zur Sicherstellung der Funktion war eine 100% Kontrolle notwendig.

Die DE-OS 32 25 767 beschreibt eine herkömmliche Entgasungsvorrichtung für Akkumulatorbatterien, die aus in einen Batteriedeckel eingesetzten Buchsen besteht, die eine Öffnung aufweisen, durch die im Inneren des Gehäuses entstehende Wasserstoff- Sauerstoff-Gemische während des Ladevorgangs abströmen können. Eine Abdeckkappe ist im Abstand zur äußeren Fläche der Buchse beispielsweise aufgeschraubt und hält Staub und Fremdkörper sowie Feuchtigkeit vom Batterieinneren ab. Das aufgebaute Gas kann durch die genannte Buchse frei nach außen strömen. Somit läßt die bekannte Batterieentgasungsvorrichtung keinen Druckaufbau im Inneren der Batterie zu. Eine Dichtung, die beim Erreichen eines zulässigen Nenndrucks öffnet, ist in dieser Druckschrift nicht beschrieben.

Die EP-03 77 501 beschreibt eine aus PPS bestehende Dichtung zur Abdichtung von Alkali, Quecksilber oder Nickelcadmiumzellen. Bei dieser Dichtung wird besonderer Wert darauf gelegt, daß sie eine Leckage der Zelle aufgrund thermischer Belastungen, thermischer Schocks oder sehr langer Lagerung sicher verhindert. Ein Dichtungsventil, das einen Druckaufbau bis zu einem bestimmten Wert zuläßt und danach eine Entgasung ermöglicht, ist in der Druckschrift nicht beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein als Entgasungsventil für Akkumulatorbatterien geeignetes Dichtungsventil so zu gestalten, daß ein sicheres Entgasen bei gleichzeitiger Dichtheit gegen Austreten der Batterieflüssigkeit und eine kostengünstige Herstellung bei großer Ausbeute erreicht wird.

Der zur Lösung der obigen Aufgabe dienende Grundgedanke der Erfindung besteht darin, einen rings um den Wandteil des Dich­ tungsventils laufenden Dichtungswulst vorzusehen, der zum einen die Dichtungs- und zum anderen die Entgasungsfunktion hat. Durch diesen Dichtungswulst werden die Toleranzschwankungen des Innendurchmessers bei der Großserienherstellung aufgefangen. Ferner werden die zwischen Außenwand des Entgasungsstutzens und Innenwand der oben beschriebenen bekannten Dichtungskappe auftretenden Adhäsionskräfte vermieden, die bisher eine sichere Entgasung in Frage stellten.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat das erfindungsgemäße Dichtungsventil Kappenform und der Dichtungswulst verläuft auf der Innenseite des Wandteils der Kappe. Bevorzugt weist der Dichtungswulst mindestens eine ausgeprägte Kante auf, die sich im Fall der Dichtungskappe an die Außenwand des Entgasungs­ stutzens anpreßt.

Prinzipiell sind alle gummielastischen Werkstoffe zur Herstel­ lung des erfindungsgemäßen Dichtungsventils geeignet; bevorzugt werden jedoch beispielsweise Fluorelastomere FPM, FKM, EPDM sowie auch Silikonkautschukmaterialien verwendet.

Das Dichtungsventil ist bevorzugt kreiszylindrisch geformt, und der Deckelteil ist flach ausgebildet. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsart ist im Falle des kappenförmigen Dichtungsventils mindestens ein Steuerkanal auf der Innenseite der Kappe vorgesehen, der vom Deckelteil bis zum Dichtungswulst führt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn drei Steuerkanäle symmetrisch jeweils um 120° versetzt angeordnet sind.

Die bis zum Rand des Dichtungswulstes führenden Steuerkanäle bewirken, daß bei einem bestimmten Überdruck im Inneren der Batteriezelle das Dichtungsventil genau an den Stellen öffnet, wo die Steuerkanäle am Dichtungswulst enden; dadurch läßt sich ein definierter Entgasungsdruck von circa 80 bis 120 mbar ein­ stellen.

Bei einer weiter verbesserten Ausführungsart ist der Rand des Dichtungsventils mit Einkerbungen versehen, deren Anzahl der Anzahl der Steuerkanäle entspricht und die jeweils mit dem Steuerkanal bzw. den Steuerkanälen fluchten. Diese Randeinkerbungen gehen so tief, daß sie die ausgeprägte Kante des Dichtungswulstes nicht schneiden und ihr der ausgeprägten Kante gegenüberliegender Kerbengrund ist etwa so breit wie die Steuerkanäle.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Randeinkerbungen ein etwa kreisbogenförmiges Profil und zum Rand der Dichtungskappe hin eine scharfe Kante haben. Mit Hilfe der Randeinkerbungen läßt sich der bestimmte Überdruck im Inneren der Batteriezelle, bei dem eine Entgasung stattfindet vorteilhafterweise noch genauer einstellen.

Die Dicke des Dichtungswulstes kann leicht je nach Anwendungs­ fall durch Versuchsreihen festgelegt werden, ist jedoch bevor­ zugt geringer als die Wandstärke des Wandteils.

Zweckmäßigerweise beträgt die Tiefe des Steuerkanals bzw. der Steuerkanäle etwa die Hälfte der Dicke des Wandteils.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist das erfindungs­ gemäße Dichtungsventil nicht kappenförmig sondern stopfen­ förmig ausgebildet, wobei der Dichtungswulst und gegebenen­ falls die Steuerkanäle an der Außenwand vorgesehen sind.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im fol­ genden in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine grundsätzliche Ausführungsart eines erfindungs­ gemäßen Dichtungsventils;

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsart eines Dichtungsventils mit Steuerkanälen; und

Fig. 3 eine alternative Ausführungsart bei der das erfin­ dungsgemäße Dichtungsventil stopfenartig ausgebildet ist;

Fig. 4 eine auf der Ausführungsart von Fig. 2 beruhende weiter verbesserte Ausführung eines Dichtungsventils.

Die in Fig. 1A und B im Schnitt und in Draufsicht dargestellte, mit 10 bezeichnete kappenförmige Ausführung weist einen senk­ recht zu einem kreisrunden Deckelteil 12 ragenden zylindrischen Wandteil 13 auf, an dessen Innenseite ein Ringwulst 14 vorge­ sehen ist. Die Darstellung in Fig. 1B zeigt, daß der Dichtungs­ wulst 14 ringsum geschlossen ist. Fig. 1C zeigt verschieden geformte Dichtungswulstkonturen 14, 14′, 14′′ und 14′′′. Wesent­ lich ist, daß der Dichtungswulst mindestens eine Wulstkante aufweist, die in Fig. 1C mit 15, 16, 15 ², 152, 16 ¹ und 16 ² bezeichnet ist.

Der in dieser Weise ausgebildete Dichtungswulst ermöglicht den Ausgleich von bei der Massenfertigung des Dichtungsventils auftretenden Toleranzschwankungen des Innendurchmessers des Wandteils 13, da der Dichtungswulst an der Außenwand des Ent­ gasungsstutzens nur längs seiner Wulstkante angepreßt ist. Dagegen liegt die Innenseite des Wandteils im wesentlichen frei von der Außenwand des Entgasungsstutzens. Dadurch treten die beschriebenen, unerwünschten Adhäsionskräfte zwischen der Innenseite des Wandteils und der Außenwand des Entgasungs­ stutzens nicht auf und es läßt sich ein gewünschter Entgasungs­ druck durch das erfindungsgemäße Dichtungsventil einhalten.

In Fig. 2 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsart jeweils im Schnitt (Fig. 2A) und in Draufsicht (Fig. 2B) gezeigt. Diese mit 20 bezeichnete Ausführungsart ist ebenfalls kreis­ zylindrisch geformt und weist zusätzlich zu dem Dichtungswulst 24 drei gegeneinander jeweils um 120° versetzte Steuerkanäle 25, 25′ und 25′′ auf. In Fig. 2A ist ersichtlich, daß diese Steuerkanäle auf der Innenseite von einem Deckelteil 22 bis zum Dichtungswulst 24 auf der Innenseite des Wandteils 23 füh­ ren. Die Innenseite des Kappenrandes verläuft schräg zur Kante des Dichtungswulstes 24 und bildet dadurch eine das Aufstecken der Kappe erleichternde Einlauf- oder Zentrierschräge 26. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform tritt die Entgasung lediglich an den mit X, Y, Z bezeichneten Stellen am Dichtungswulst 24 auf. Dadurch läßt sich der Entgasungsdruck noch definierter einstellen. Aus Stabilitätsgründen führen die Steuerkanäle 25, 25′ und 25′′ nicht bis zum Mittelpunkt des Deckelteils 22, wie Fig. 2B deutlich zeigt.

Auch bei dieser Ausführungsart werden die Abmessungen des Dich­ tungsventils den Erfordernissen entsprechend gewählt, die Anzahl und Dicke und die Kontur des Dichtungswulstes 24 und gegebenen­ falls auch die Tiefe der Steuerkanäle durch Versuchsreihen ermittelt.

Eine alternative Ausführungsform 30 eines erfindungsgemäßen Dichtungsventils zeigt Fig. 3A und B. Ein Dichtungswulst 34 ist ringförmig um die Außenwand eines Wandteils 33 vorgesehen. Der Wandteil 33 ragt senkrecht zu einem Deckelteil 32. Das Dichtungsventil 30 wird nicht über einen Öffnungsstutzen ge­ stülpt sondern in eine Öffnungsbohrung eines Behälters einge­ steckt. Selbstverständlich sind auch beim Dichtungsventil 30 Steuerkanäle 36, 36′, 36′′an den Außenseiten des Deckelteils 32 und des Wandteils 33 vorgesehen. Um die Dichtungswirkung noch weiter zu verstärken, kann gegebenenfalls ein zentraler Stopfen 35 in das Dichtungsventil 30 gemäß Fig. 3 eingesetzt werden. Für die Herstellung der verschiedenen beschriebenen Ausführungen des erfindungsgemäßen Dichtungsventils werden gummielastische Materialien, beispielsweise Silikonkautschuk PU, PVC und bevorzugt Fluorelastomere, wie FPM, FKM verwendet.

Der Stopfen 35 gemäß Fig. 3 kann beispielsweise auch aus einem zähelastischen oder metallischen Werkstoff bestehen und auch an seinem oberen, äußeren Rand einen Kragen tragen, der eine Hemmung gegen zu weites Einstecken des Stopfens bildet.

Fig. 4 zeigt eine weiter verbesserte Ausführung eines Dichtungs­ ventils gemäß der Erfindung, die auf der Ausführung gemäß Fig. 2 beruht. Die mit den entsprechenden Teilen in Fig. 2 übereinstimmenden Teile sind in Fig. 4 mit denselben Bezugziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben.

Die allgemein mit dem Bezugszeichen 40 bezeichnete Ausführungs­ art ist durch Randeinkerbungen 41, 41′ und 41′′ gekennzeichnet, die jeweils mit den Steuerkanälen 25 in ihrem Kerbengrund fluchten und etwa doppelt so breit wie die Steuerkanäle 25 sind. Die Randeinkerbungen 41, 41′ und 41′′ haben bevorzugt ein fertigungstechnisch besonders günstiges Profil und sind z. B. kreisbogenförmig ausgebildet. Die Tiefe der Randeinkerbungen reicht nicht bis zur ausgeprägten Kante des Dichtungswulstes. Besonders günstig ist es, wenn die Einkerbungen in dem zur Kante 24 des Dichtungswulstes weisenden Bereich scharfe Kanten 42, 42′ und 42′′ bilden.

Neben der in Fig. 4 gezeigten besonders vorteilhafte Ausführungsform mit drei Steuer­ kanälen 25, 25′ und 25′′ und entsprechend drei Randeinkerbungen 41, 41′ und 41′′ kann auch eine andere für den jeweiligen Anwendungsfall zweckmäßige Anzahl von Steuerkanälen und eine entsprechende Anzahl von Randeinkerbungen gewählt werden.

Claims (12)

1. Dichtungsventil aus gummielastischem Material für Behälteröffnungen, bestehend aus einem Deckelteil (12; 22; 32) und einem daran angeformten umlaufenden Wandteil (13; 23; 33), gekennzeichnet durch einen rings um den Wandteil laufenden Dichtungswulst (14; 14′; 14′′; 14′′′; 24; 34).

2. Dichtungsventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Kappe ausgebildet ist und der Dichtungswulst auf der Innenseite der Kappenwand verläuft.

3. Dichtungsventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dichtungswulst mindestens eine ausge­ prägte Dichtungskante aufweist.

4. Dichtungsventil nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandteil kreis­ zylindrisch und der Deckelteil flach ausgebildet, und daß der Dichtungswulst überall gleich dick ist.

5. Dichtungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Steuer­ kanal (25) auf der Innenseite der Kappe vorgesehen ist, der vom Kappendeckel bis zum Dichtungswulst (24) führt.

6. Dichtungsventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß drei symmetrische Steuerkanäle (25, 25′, 25′′) jeweils um 120° versetzt vorgesehen sind.

7. Dichtungsventil nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Dich­ tungswulstes geringer als die Wandstärke des Wandteils ist.

8. Dichtungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Steuer­ kanals (25) bzw. der Steuerkanäle (25, 25′, 25′′) etwa die Hälfte der Wandstärke der Kappenwand beträgt.

9. Dichtungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß im Kappenrand Einkerbungen (41, 41′, 41′′) vorgesehen sind, die mit den Steuerkanälen (25, 25′, 25′′) fluchten und deren Anzahl der Anzahl der Steuerkanäle entspricht, wobei die Tiefe der Randeinkerbungen so gewählt ist, daß die ausgeprägte Dichtungskante des Dichtungswulstes nicht von den Randeinkerbungen geschnitten wird.

10. Dichtungsventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Randeinkerbungen an dem der ausgeprägten Dichtungskante gegenüberliegenden Kerbengrund etwa der Breite der Steuerkanäle entspricht.

11. Dichtungsventil nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Randeinkerbungen so geformt sind, daß der neben der ausgeprägten Dichtungskante verlaufende Abschnitt des Kerbengrunds eine scharfe Kante (42, 42′, 42′′) bildet.

12. Entgasungsventil für Entgasungsöffnungen von Akkumulator- Batteriezellen, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kappe ausgeführte Dichtungsventil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11 über einen Entgasungsstutzen der Batteriezelle gesteckt ist.