DE4226809C2 - Bleiakkumulatoren-Batterie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bleiakkumulatoren-Batterie mit einem mehrere Zellen aufnehmenden Gehäuse und einem das Gehäuse abschließenden Doppeldeckel mit Gassammelräumen, welcher mit Verschlußstopfen versehene Einfüll- und Verschlußöffnungen für jede Zelle besitzt.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich insbesondere auf Starterbatterien mit flüssigem Elektrolyten. Typisch für die heutige Ausführung solcher Batterien, die über ein zentrales Entgasungssystem verfügen, ist ein auf das Blockkastengehäuse aufgeschweißter Doppeldeckel, in dessen geschlossenem Innenraum sich die Zellengase zunächst unter Ausscheidung mitgeführter Säuretröpfchen sammeln, ehe sie, von Aerosolen befreit, durch einen zentralen und vor Rückzündungen geschützten Gasauslaß aus der Batterie entweichen.

Die Ausscheidung der Säurenebel wird durch Unterteilung des Doppeldeckels in eine Mehrzahl von Kammern durch labyrinthbildende Zwischenwände, welche den Gasstrom häufig umlenken und zugleich Prallflächen für die mitgeführten Schwebeteilchen bilden, wirksam unterstützt.

Der durch Kondensation oder während einer Kipplage der Batterie in den Deckelraum gelangte Elektrolyt fließt dabei durch Verbindungslöcher zwischen den Abgaskammern und den Zellen in letztere wieder zurück. Reste von Elektrolytfeuchtigkeit werden durch feinporige hydrophobe Kunststoffilter, die an den Gasauslässen am Deckel von den Gasen zwangsdurchströmt werden, zurückgehalten.

Eine an diesem Funktionsprinzip orientierte Deckelkonstruktion, welche die an einen fortschrittlichen Starterbatterie-Deckel gestellten Forderungen, nämlich zentrale Gasableitung, verminderter Säureaustrag während der Ladephase, Säurerückhalt bei Kipplage dei Batterie, keine Aufnahme von Flüssigkeit bei Überflutung der Batterie und Schutz gegen Zündung der Ladegase von außen, im großen und ganzen erfüllt, läßt sich der DE-OS 29 06 538 entnehmen.

Nach einem anderen Prinzip wird ein Säureaustritt in Kipplage der Batterie dadurch verhindert, daß, nachdem eine gewisse Säuremenge aus der Zelle in die mit ihr kommunizierende Labyrinthkammer eingeflossen ist, sich ein statisches Gleichgewicht einstellt zwischen dem Druck der von dieser Säuremenge über der Ausflußöffnung gebildeten Flüssigkeitssäule zuzüglich dem atmosphärischen Luftdruck einerseits und dem Druck der von der Zellensäure über der Ausflußöffnung gebildeten Flüssigkeitssäule zuzüglich dem Gasdruck im Zellinnern andererseits. Der dabei im Zellinnern entstehende Unterdruck unterbindet eine weitere Entleerung der Zelle.

Dieses Prinzip ist bei einer aus der US-PS 4348466 bekannten Batterie verwirklicht. Von dieser unterscheidet sich die neuere Batterie gemäß DE-OS 40 19 462 im wesentlichen nur durch die weitergehende Integration ihres Doppeldeckels in den Batterieumriß und eine andere Anordnung der Gassammelräume.

Beiden Deckelkonstruktionen gemeinsam ist jedoch eine als Düse mit Gasumlenkung ausgebildete Gasaustrittsöffnung neben einer sehr kleinen, kapillaren Gasaustrittsöffnung, über der sich ein Elektrolytsammelraum befindet, so daß bei dessen Füllung mit Säure dieser Belüftungsweg verschlossen ist.

Während insbesondere die zuletzt genannte Deckelkonstruktion zwar eine zuverlässige Entgasung ohne Elektrolytaustritt auch bei allen in der Praxis vorkommenden Kipplagen gewährleistet, haftet allen bekannten Konstruktionen der Mangel an, daß an der fertig verdeckelten Batterie eine Prüfung der Einzelzellen auf Dichtigkeit nicht möglich ist, weil bei der Ankoppelung eines Druckprüfers an die Verschlußöffnung die vorhandenen Belüftungsöffnungen der Zelle zum Gassammelraum Lecks darstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, welche diesen Nachteil eliminieren .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Bleiakkumulatoren-Batterie gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist.

Bei dieser ist ein Doppeldeckel nach bewährtem Muster in Gassammelräume aufgeteilt und die Einfüll- und Verschlußöffnung jeder Zelle durch einen hohlzylindrisch ausgebildeten Stopfen, welcher in den Tubus der Einfüllöffnung im Oberdeckel eingeschraubt ist, dicht verschlossen. Erfindungsgemäß erstreckt sich der Verschlußstopfen bis zum Unterdeckel hinab, wo ebenfalls eine tubusförmige Einfüllöffnung, jedoch von verringertem Querschnitt, das untere Ende des Stopfens aufnimmt.

Zur Belüftung der Zelle in den Gassammelraum ist erfindungsgemäß eine erste Belüftungsöffnung in Form eines von der Stopfenwand und der Einfüllöffnung des Unterdeckels gebildeten Ringspaltes vorhanden und eine zweite Belüftungsöffnung in Form einer durch die Stopfenwand hindurchgeführten Bohrung vorgesehen. Auf diese Weise ist das System für den Gasaustritt und für den Säurerücklauf weitgehend an den Verschlußstopfen gebunden bzw. in diesen integriert.

Anhand von Figuren wird die erfindungsgemäße Konstruktion näher erläutert

Fig. 1 zeigt einen Verschlußstopfen gemäß der Erfindung in dem umgebende Doppeldeckel

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den unteren Teil des Verschlußstopfens von Fig. 1 und seine Umgebung aus der Ebene A-A (Fig. 1)

Fig. 3 zeigt eine Variante des Verschlußstopfens von Fig. 1

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Verschlußstopfen-Variante von Fig. 3 und seine Umgebung aus der Ebene B-B (Fig. 3)

Nach Fig. 1 ist der hohlzylindrische, mit einem Außengewinde 2 versehene Verschlußstopfen 1 in die tubusförmige Öffnung 4 des Oberdeckels 3 fest eingeschraubt und mittels O-Ring 5 gegen den Oberdeckel abgedichtet. Das untere Ende des Verschlußstopfens erstreckt sich bis in die ebenfalls tubusförmige Öffnung 7 des Unterdeckels 6 hinein und wird dabei durch senkrecht verlaufende Führungsnasen 8, die der Stopfenwand angeformt sind, in der Öffnung zentriert.

Die - nicht näher dargestellte - Zelle kann auf zwei Wegen zum Gassammelraum 10 im Doppeldeckel entgasen. Der eine Weg führt über einen Ringspalt, welcher zwischen der tubusförmigen Öffnung 7 des Unterdeckels und der Verschlußstopfenwand gebildet ist, dessen Profil eine kapillare Verengung 11 mit einem nach unten anschließenden, sich dabei trichterförmig erweiternden Abschnitt 12 aufweist. Gewöhnlich findet auf diesem Wege der Rückfluß der im Gassammelraum ausgeschiedenen Säure in die Zelle statt. Diese sammelt sich zunächst am Boden des oberhalb der kapillaren Verengung angeordneten Raumes 13, der von der Stopfenwand einerseits und den tubusförmigen Öffnungen von Unterdeckel und Oberdeckel andererseits begrenzt wird. Die diffusorähnliche Aufweitung des Ringspalts verstärkt die kapillare Anziehungskraft der Verengung auf die Säuretropfen und zieht so die angesammelte Kondensatflüssigkeit (Säuresumpf) nach unten und zurück in die Zelle.

Der andere Weg der Entgasung führt erfindungsgemäß über eine Bohrung 14 durch die Wand des Verschlußstopfens hindurch zum Gassammelraum 10. Dabei ist eine Führung des Gases durch einen an die Bohrung anschließenden Kanal 15, welcher als Längsnut in die Tubuswand des Oberdeckels eingebracht ist und welcher von oben in den Säuresammelraum einmündet, besonders günstig. Vom Säuresammelraum aus führen beide Gaswege in den Gassammelraum durch eine identische Öffnung 16, durch welche zugleich der Rückfluß der Säure vom Gassammelraum in den Säuresammelraum und in die Zelle erfolgt.

Bei der Draufsicht auf den unteren Teil des Verschlußstopfens von der Ebene A-A (Fig. 1) aus treten die Führungsnasen 8 aus der zylindrischen Stopfenwand deutlich hervor und lassen ihre Funktion als Abstandshalter und Zentrierhilfen des Stopfens gegen die tubusförmige Öffnung des Unterdeckels gut erkennen. Dabei sind sie bestimmend für die Öffnungweite der kapillaren Verengung 11.

Eine andere günstige Ausführungsform des Verschlußstopfens gemäß der Erfindung nach Fig. 3 berücksichtigt ein Problem, welches dann auftritt, wenn bei der Herstellung des Doppeldeckels, z. B. durch Vibrationsschweißen, das Ober- und das Unterteil nicht exakt gefügt sind, sondern eine seitliche Versetzung aufweisen, so daß die Verschlußöffnungsachsen nicht zusammenfallen. Die damit hervorgerufene Verspannung des Stopfens bedingt dann Abweichungen von der Ringspaltbreite, welche die Toleranz im Bereich der kapillaren Verengung über- bzw. unterschreiten.

Als Abhilfe dient erfindungsgemäß ein dem Stopfen angeformter, waagerecht umlaufender Kragen 17, der an seiner Unterseite mit Füßchen 18 versehen ist, welche sich auf einen ebenfalls waagerecht ausgebildeten Absatz 19 der tubusförmigen Öffnung des Unterdeckels aufstützen. Durch eine definierte Höhe der Füßchen wird ein schlitzförmiger Spalt zwischen dem Kragen und dem Absatz festgelegt, dessen Öffnungsquerschnitt auch bei seitlichen Versetzungen zwischen Oberdeckel und Unterdeckel stets konstant bleibt. Die Größenabstimmung des Öffnungsquerschnitts ist aus der Horizontalen lediglich in die Vertikale verlegt.

Die Stopfen-Variante gemäß Fig. 3 zeigt unterhalb der Verengung eine trichterförmige Aufweitung des Ringspalts, welche, anders als beim Stopfen der Fig. 1, symmetrisch ist. In allen übrigen Details entspricht die Konstruktion derjenigen des Stopfens aus Fig. 1.

Fig. 4 gibt den Kragen von einer Ebene B-B (Fig. 3) aus in einer Draufsicht wieder. Die Füßchen 18 sind dabei von dem Kragenrand verdeckt.

Beim Zusammenfügen der beiden Deckelteile in der Fertigung können sich aber auch Abweichungen hinsichtlich des Höhenabstandes ergeben. Ist dieser bespielsweise größer als vorgesehen, setzen die Füßchen des Kragens selbst bei fest eingeschraubter Position des Stopfens nicht auf dem Absatz der tubusförmigen Öffnung des Unterdeckels auf, so daß ein zu großer Öffnungsspalt bezüglich des Säurerückflusses resultiert.

Diesem Mißstand begegnet die Konstruktion des Stopfens nach Fig. 1, welcher keinen Kragen besitzt, durch ein asymmetrisches Diffusorprofil, indem die stopfenseitige Begrenzung von der glatt und senkrecht nach unten auslaufenden Zylinderwand des Stopfens gebildet wird. Dadurch bleiben relative Verschiebungen zwischen dem Stopfen und der tubusförmigen Öffnung des Unterdeckels in vertikaler Richtung ohne Einfluß auf die Breite der kapillaren Verengung, so daß diese Konstruktion bei allen Fügeverfahren, bei denen sich allenfalls ein Höhenversatz einstellen kann, das Mittel der Wahl ist.

Beiden Varianten des erfindungsgemäßen Entlüftungssystems mit Säurerücklauf ist jedoch gemeinsam, daß dessen wesentliche Elemente, nämlich ein Entgasungskanal durch die Stopfenwand (entsprechend der Gasauslaßdüse mit Gasumlenkung bei bekannten Systemen), der Säuresammelraum, die kapillare Verengung und der trichterförmig sich erweiternde Säureablauf (Diffusor) am Verschlußstopfen selbst und in seinem unmittelbaren Durchtrittsbereich durch die Öffnungen des Doppeldeckels angeordnet sind.

Ein besonderer Vorzug, der aus dieser Anordnung eines auch bei Akkumulatoren- Batterien in Schieflage einwandfrei funktionierenden Entgasungssystem resultiert, besteht darin, daß bei herausgenommenem Verschlußstopfen jede Zelle für sich durch Druckbeaufschlagung auf Dichtigkeit geprüft werden kann. Der zu diesem Zweck durch die Öffnung des Oberdeckels eingeführte Prüfkopf findet in dem leicht vorstehenden Absatz der tubusförmigen Öffnung des Unterdeckels eine dichtende Auflage und sperrt die Zelle dabei von jeder Kommunikation mit den Gassammelräumen und mit der Außenatmosphäre ab.

Claims (8)

1. Bleiakkumulatoren-Batterie mit einem mehrere Zellen aufnehmenden Gehäuse und einem das Gehäuse abschließenden Doppeldeckel mit Gassammelräumen, welcher mit Verschlußstopfen versehene Einfüll- und Verschlußöffnungen für jede Zelle besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylindrisch ausgebildete Verschlußstopfen (1) in eine tubusförmige Öffnung (4) des Oberdeckels (3) fest eingeschraubt ist und sich mit seinem unteren Ende bis in eine tubusförmige Öffnung (7) des Unterdeckels (6) erstreckt, und daß jede Zelle Belüftungsöffnungen zu einem der Gassammelräume aufweist, wobei eine erste Belüftungsöffnung von einem Ringspalt (11, 12) zwischen der Stopfenwand und der tubusförmigen Öffnung des Unterdeckels und eine zweite Belüftungöffnung von einer durch die Stopfenwand hindurchgeführten Bohrung (14) gebildet ist.

2. Bleiakkumulatoren-Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Ringspalts eine kapillare Verengung (11) aufweist, an die sich nach unten ein sich trichterförmig öffnender Abschnitt (12) anschließt.

3. Bleiakkumulatoren-Batterie nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gaswege über den Ringspalt und über die Stopfenbohrung eine identische Durchtrittsöffnung (16) zum Gassammelraum (10) vorhanden ist.

4. Bleiakkumulatoren-Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Säurerückfluß vom Gassammelraum (10) in die Zelle über die Durchtrittsöffnung (16) und über den Ringspalt (11, 12) erfolgt.

5. Bleiakkumulatoren-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt oberhalb der kapillaren Verengung durch einen von der Stopfenwand einerseits sowie von den tubusförmigen Öffnungen des Unterdeckels und des Oberdeckels andererseits begrenzten Raum (13) zum Auffangen der Säure erweitert ist, wobei der Raum über einen Gaskanal, der von der Stopfenbohrung (14) und einer rillenförmigen Ausnehmung (15) in der Tubuswand der Einfüllöffnung (4) im Oberdeckel (3) gebildet ist, mit dem Gasraum der Zelle kommuniziert.

6. Bleiakkumulatoren-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem hohlzylindrischen Verschlußstopfen an seinem unteren Ende zum Zentrieren in der tubusförmigen Öffnung des Unterdeckels senkrecht verlaufende Führungsnasen (8) angeformt sind.

7. Bleiakkumulatoren-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verschlußstopfen ein an seiner Zylinderwand waagrecht umlaufender Kragen (17) angeformt ist, der bei eingeschraubter Position des Stopfens mittels Füßchen (18) auf einem Absatz der tubusförmigen Einfüllöffnung (7) des Unterdeckels (6) aufsteht, wobei die Höhe der Füßchen die Öffnungsbreite der kapillaren Verengung (11) definiert.

8. Bleiakkumulatoren-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (9) mittels eines anstelle des Verschlußstopfens durch die Einfüllöffnung des Oberdeckels einführbaren Prüfkopfes auf Dichtigkeit gegen jede Kommunikation mit dem Gassammelraum in bezug auf die Zellengase und den Elektrolyten abdichtbar ist.