DE4400411A1 - Entlüftungskappe mit Elektrolytableitung und explosionsverhindernden Eigenschaften - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf elektrische Speicher-Batterien, wie zum Beispiel auf gekappselte Auto-Batterien. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Entlüftungskappen für solche Batterien, die einen Durchflußweg für das Entweichen von Wasserstoff und Sauerstoff schaffen, der während elektrochemischer Reaktionen gebildet wird, die in solchen Batterien stattfinden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Entlüftungskappe, die ebenfalls den Fluß von Elektrolyt, der in die Entlüftungskappe eindringen kann, steuert, um sicherzustellen, daß er in die Batteriezellen zurückgelangt und nicht vom Gasfluß mitgerissen wird, der durch die Kappe führt oder durch die Kappe zur Gasauslaßöffnung strömt.

Übliche Blei-Säure-Batterien, wie sie für Autos verwendet werden, enthalten im allgemeinen eine Anzahl von Zellen, die in einem Batteriegehäuse untergebracht sind. Jede Zelle enthält normaler­ weise eine Mehrzahl von positiven und negativen Batterieplatten oder Elektroden, und Trennstücke sind schichtweise zwischen den Platten angeordnet, um einen Kurzschluß und einen unerwünschten Elektronenfluß während der Reaktionen zu verhindern, die während der Herstellung und der Benutzung der Batterien stattfinden. Die Platten und Trennstücke sind in einen flüssigen Elektrolyt, im allgemeinen wasserhaltige Schwefelsäure, in die Zellen einge­ taucht. Die positive Platte ist im allgemeinen als ein Blei­ legiertes Gitter ausgebildet, das mit einem Bleioxyd bedeckt ist, während die negative Platte im allgemeinen Blei als aktives Material enthält, welches wiederum ein Blei-legiertes Gitter bedeckt.

In den meisten Batterie-Ausführungen weist das Batteriegehäuse eine kastenähnliche Basis auf, welche die Zellen enthält und aus einem verformbaren Kunstharz gefertigt ist. Das Gehäuse ist im horizontalen Querschnitt im allgemeinen rechtwinklig, wobei die Zellen in vertikaler Aufteilung innerhalb des Gehäuses vorgesehen sind. Für das Gehäuse ist eine Abdeckung vorgesehen, wobei die Abdeckung auf gleicher Höhe befindliche Anschlußbuchsen und eine Reihe von Füllöffnungen enthält, um ein Nachfüllen von Elektrolyt in die Zellen und die während der Verwendung der Batterien erforderlichen Wartungsarbeiten zu ermöglichen. Um ein un­ erwünschtes Auslaufen von Elektrolyt aus den Füllöffnungen zu verhindern, weisen die meisten bekannten Batterien eine Art von Füllöffnungs-Kappen auf. Das Auslaufen von Batterie-Elektrolyt kann durch eine Anzahl von Faktoren verursacht werden. Hierzu gehören Vibrationen oder Kippbewegungen des Fahrzeugs, mit dem die Batterie während des normalen Betriebes verwendet wird. Das Entweichen von Elektrolyt kann ebenso durch Überhitzung der Batt­ erie verursacht werden, ein Problem, das besonders in den letzten Jahren mit den kleineren Automotoren erklärt wird, die dazu neigen, höhere Temperaturen zu erreichen als ältere Motoren.

Das elektromotorische Potential jeder Batteriezelle wird durch die chemische Zusammensetzung der elektroaktiven Substrate bestimmt, die für die elektrochemischen Reaktionen eingesetzt werden. Für Blei-Säure-Batterien, wie sie oben beschrieben wurden, beträgt das Potential ungeachtet des Zellvolumens für gewöhnlich ungefähr 2 Volt pro Zelle. Fahrzeuge, die gemäß OEM- Basis (original equipment manufactures) hergestellt wurden, benötigen normalerweise 12-Volt-Batterien, so daß die meisten heute verwendeten Batterien 6 Zellen enthalten (6 Zellen×2 Volt pro Zelle = 12 Volt). Die Größe des Gehäuses für die Batterie werden durch die Einbaumaße jedes einzelnen Fahrzeugs bestimmt, d. h. durch die räumlichen Abmessungen, die vom Automobilher­ steller zur Unterbringung der Batterie im Motorraum vorgesehen sind.

Um zusätzlich das Auslaufen von Elektrolyt aus den Zellen zu verhindern, muß der Entwurf der Batterie-Abdeckung und der Füllkappen wichtige und unterschiedliche Funktionen erfüllen, da während der Lade- und Entladereaktionen aus den Blei-Säure- Batterien Gase freigesetzt werden. Solche Reaktionen beginnen mit dem Zeitpunkt, mit dem die Batterie durch den Hersteller, Händler oder Fahrzeughersteller das erste mal geladen wird. Sie finden ebenfalls während des normalen Betriebes der Batterie statt. Faktoren, wie Lade- und Entladebedingungen mit hohen Strömen und Temperaturwechsel, können das Ausmaß der Gasentwicklung beein­ flussen. Die Gasentstehung und -entwicklung bei Blei-Säure- Batterien ist besonders wichtig, da es sich bei den Gasen um Wasserstoff und Sauerstoff handelt, und somit ist es sehr wichtig, solche Gase in gesteuerter Weise von der Batterie zu entlüften, um Druckbildungen in dem Gehäuse zu verhindern, die zu Elektrolytlecks, Gehäuseschäden oder Explosionen im Gehäuse führen können. Es ist ebenfalls wünschenswert und bekannt, ein äußeres Feuer daran zu hindern, durch die Gasauslaßöffnung in die Batterie einzudringen.

Es sind viele Einrichtungen zum Entlüften von Gasen aus Batterie­ zellen bekannt, die eine Verteilung jener Hydrogengase ermögli­ chen, die möglicherweise explodieren können. Bekannte Versuche sehen Entlüftungskappen mit einem feuer- oder funkenhemmenden Material vor, das im allgemeinen als explosionsverhinderndes Element bekannt ist. Gleichwohl richten sich die bekannten Kappen auf die Entlüftung von Gas und auf dessen Ausstoß durch ein ex­ plosionsverhinderndes Medium.

Die beiden hervorgehend erwähnten Probleme, d. h. Auslaufen von Elektrolyt und Gasentwicklung, stehen in wechselseitiger Beziehung zueinander und sind gleichwohl bedeutsam für die Ausführung eines wirksamen Entlüftungskappen-Systems. Elektrolyt kann beispielsweise durch verschiedene Mechanismen in die Entlüftungskappe eindringen. Ein Mechanismus ist das Spritzen von Elektrolyt in die Kappe durch Vibrationen oder Kippbewegungen, und ein weiterer Mechanismus wird häufig als Pumpen bezeichnet. Dieser letztere findet statt, wenn in der Batterie an den Zellen Gase freigesetzt werden, die in Form von Blasen den Elektrolyt durch die Füllöffnung mit in die Kappe führen. Wenn Elektrolyt in die Kappen bekannter Entwürfe eindringt, kann dieser durch den Auslaßdurchgang ausgetragen werden, was eine Zerstörung äußerer Batteriekomponenten, wie der Batterieanschlüsse, oder benach­ barter Maschinenbauteile bewirkt.

Hersteller gemäß OEM beginnen die Bedeutsamkeit der Doppelfunk­ tion, die durch Entlüftungskappen erfüllt werden, zu erkennen und haben eine Anzahl von Testmerkmalen eingeführt, die entwickelt wurden, um das Verbleiben von Elektrolyt in den Zellen sicherzu­ stellen. Ein solcher Test beinhaltet das Neigen einer Batterie um 35° um ihre längsgerichtete Mittelpunktslinie. Dieser Test ist überaus schwierig und konnte von einer Anzahl bekannter Batterien nicht bestanden werden, die Entlüftungs-Ausführungen verwenden, auf die im folgenden Bezug genommen wird.

Die US-PS 3 879 227 zeigt einen Mehrfach-Stöpsel mit nach unten gerichteten Stopfen für die Füllöffnungen und konischen oder geneigten Bodenbereichen um die Abflußöffnung herum, die ihrerseits einen geneigten Bereich aufweisen, um das Zurücklaufen von Elektrolyt in die Zellen zu vereinfachen. Die Gase folgen einem kurvenreichen Weg durch einen porösen Diffuser nahe dem Gasauslaß. Halbkreisförmige Ablenkwände umranden jede Öffnung in der Entlüftungskappe, um eine Führung des Elektrolyten zum untersten Punkt der Ablauf-Stopfen zu vereinfachen. Der Gasweg durch den Diffuser ist nach oben gerichtet. In einem Ausführungs­ beispiel ist ein am Boden offenes Rohr vom Oberteil des Entlüf­ tungskappengehäuses herabhängend, erstreckt sich nach unten und ist mit Abstand über der Entlüftungsöffnungen der Zellen angeord­ net.

Eine weitere explosionsverhindernde Entlüftungskappe wird in der US-PS 4 916 034 beschrieben. In dieser Vorrichtung enthält eine Entlüftungskappe eine Reihe von Stopfen mit einem Streifen, der sich quer zur Linie der Stopfen erstreckt, wobei der Streifen ein poröses explosionsverhinderndes Material enthält. Eine Vielzahl von Kanälen verbinden die Zellen mit der Flammensperre. Spritz­ schützer sind vorgesehen, um das Eindringen von Elektrolyt in den Auslaß-Durchflußweg und das Flammensperrmaterial zu reduzieren.

Obgleich eine Anzahl von verschiedenen Lösungen zu den techni­ schen Problemen, die vorhergehend in diesem Bereich der Be­ schreibung diskutiert wurden, vorgeschlagen worden sind, wurde eine Optimierung einer Kappe für die zahlreichen Probleme, denen der Entwickler von Batterien gegenübersteht, noch nicht erreicht: die Sicherstellung eines ausreichenden Rückflusses von Elek­ trolyt, Kondensation, die Reduzierung von Elektrolyt in dem Aus­ laßfluß, das Pumpen von Elektrolyt durch die Sperreinrichtung und das Kippen der Batterie. All dieses kann zu einem Verlust von Elektrolyt führen.

Eine verbesserte Entlüftungskappe zur Minimierung der Möglichkeit des Auslaufens von Elektrolyt aus der Batterie, der Verhinderung des Eintretens von Funken oder Feuer in die Batterie und die wirksame Abfuhr von Gasen von der Batterie ist noch immer erforderlich. Solch eine verbesserte Entlüftungskappe würde eine wesentliche Verbesserung in diesem Bereich darstellen.

Die vorliegende Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Entlüf­ tungskappe, die eine zweiteilige Ausführung aufweist, die so angepaßt ist, um die Rückführung von Elektrolyt zur Batterie zu vereinfachen, das Mitgerissenwerden von Elektrolyt in den Auslaß- Durchflußweg zu minimieren und eine Verteilung von Elektrolyt auf eine Vielzahl von Batteriezellen zu erreichen, um so wünschens­ werte Pegel des Elektrolyten zu erhalten, und durch eine verbesserte Stopfen-Ausführung, die das Austreten von Gasen oder Elektrolyt um den Stopfen herum und den Raum zwischen Unterteil der Entlüftungskappe und Batterieabdeckung minimiert.

Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls gekennzeichnet durch eine Entlüftungskappe, in welcher der Elektrolyt-Fluß in der Kappe in die Batterie zurückgeleitet wird, wohingegen Gase, die aus der Batterie entweichen, durch einen vereinfachten aber wirksamen Gas-Durchflußweg zu einem Gasauslaß geführt werden. Diese einzelnen Merkmale werden ebenfalls in zahlreichen Batterien ausgeführt, einschließlich jener Ausführungen, in denen die Batterie merklich um ihre Längsachse geneigt wird.

Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls gekennzeichnet durch eine Entlüftungskappe mit inneren Ablenkwänden, die so ausgeführt und angeordnet sind, um eine Ansammlung von Elektrolyt in der Kappe zu verhindern, und durch ein Dämpfungs-Element an der Eingangs­ öffnung, das so angeordnet und ausgeführt ist, um das Eindringen von Elektrolyt zu minimieren.

Im allgemeinen hat die Entlüftungskappe in ihrer bevorzugtesten Ausführung eine Mehrfach-Anordnung von drei Batterie-Entlüftungen einschließlich oberer und unterer Komponenten, die aus geformtem Thermoplast bestehen und durch Heißsiegeln verbunden sind. Die untere Komponente enthält drei ausgerichtete Stopfen zum Einsetzen in die Füllöffnungen der Batterie, wobei jeder eine untere mittlere Öffnung (und Entlüftungslöcher um die mittlere Öffnung) und eine äußere Stufe aufweist, die den Stopfen umgibt, um als wirksamere Ringdichtung zwischen den Stopfen und den Füllöffnungen zu dienen. Die Stopfen führen durch den Boden der unteren Komponente nahe einer ihrer Kanten in die Kappe, wobei der Boden mit einem Neigungswinkel ausgeführt ist, so daß Elektrolyt, welcher in die Kappe eindringt, zu den ausgerichteten und mit Abstand angeordneten Stopfenöffnungen fließt. Um die Stopfenöffnungen herum sind Barrieren vorgesehen, wobei die Barrieren so ausgeführt sind, um Ansammlungen von Elektrolyt in der Kappe zu verhindern. Die untere Komponente enthält ebenfalls den unteren Bereich des Flammensperrgehäuses, welches seinerseits eine Eintrittskammer aufweist. Die obere Komponente hat nach unten gerichtete Rohre oder Spritzschützer, die offene Böden aufweisen und koaxial, jedoch mit einem geringen Abstand, über den Stopfenöffnungen angeordnet sind, wenn die obere und die untere Komponente zusammengebaut sind. Die obere Komponente enthält ebenfalls einen oberen Bereich des Flammensperrgehäuses einschließlich einer Einpassung zur Aufnahme des bevorzugten mikroporösen Materials und die Eintrittskammer. Die letztere ist offen, um einen Durchgang zum Entweichen von Gas durch die Sperre zu schaffen, und außen ist eine Auslaßöffnung in der oberen Komponente vorgesehen. Die Öffnung zum Sperrgehäuse ist in der oberen Hälfte der Entlüftungskappe optimal plaziert und über der Mittellinie der Stopfenöffnungen angeordnet.

Fig. 1A ist eine perspektivische Draufsicht der oberen Kom­ ponente einer Entlüftungskappe gemäß der bevorzugtesten Ausführung der Erfindung;

Fig. 1B ist eine perspektivische Unteransicht der unteren Komponente der Entlüftungskappe;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Inneren der unteren Komponente der Entlüftungskappe aus Fig. 1B;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Inneren der oberen Komponente der Entlüftungskappe aus Fig. 1A, wobei die obere Komponente zur Vereinfachung der Erklärung aus ihrer Verwendungslage invertiert wurde; und

Fig. 4 ist ein schräg verlaufender Querschnitt durch das Unterteil der Entlüftungskappe der Fig. 1A und 1B durch einen der Stopfen, um den geneigten Boden und die Stufe des Stopfens darzustellen.

In den zahlreichen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen jeweils auch die gleichen Komponenten.

Bevor mit einer detaillierten Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels fortgefahren wird, werden einige allgemeine Bemerkungen angeführt, die den Anwendungsbereich und die Verwend­ barkeit der vorliegenden Erfindung betreffen.

Erstens wird eine Mehrfach-Anordnung von drei Füllöffnungen gezeigt, die für Entlüftungskappen typisch ist und in einer Anzahl von Gleichstrom-Batterie Entwürfen, etwa wie für 12-Volt- Autobatterien verwendet werden. Mehrfach-Kappen, die weniger oder mehr Stopfen per Kappe aufweisen, sind in der vorliegenden Erfindung enthalten und können nach Lesen dieser Beschreibung von einem Fachmann einfach ausgeführt und entworfen werden.

Zweitens sind die bevorzugten Materialien zum Ausführen der dargestellten Entlüftungskappen Polypropylen-Copolymer mit ungefähr 5 bis 20% Polyethylen, wobei aber auch andere thermopla­ stische verformbare Kunstharze verwendet werden können. In Wärme ausgehärtete Kunstharze können ebenfalls verwendet werden, wenn eine andere Technik als das Heißsiegeln verwendet wird, um die zahlreichen Kappenkomponenten zusammenzufügen. Eine solche Technik könnte die Verwendung von Klebstoffen sein. Das Haupt­ kriterium für die Kappenkomponenten, ebenso wie für das ex­ plosionsverhindernde Material, besteht darin, daß sie in der Lage sein müssen, den harten Umgebungsverhältnissen, die in Blei- Säure-Batteriesystemen herrschen, einschließlich niedriger und hoher Temperaturen und der Säureumgebung, die durch den Batterie- Elektrolyt erzeugt wird, zu widerstehen.

Drittens sind die Beziehungen der Abmessungen für den darge­ stellten Zweck geeignet und können bei verschiedenen Typen von Batterien breit variiert werden. Zum Beispiel kann die Länge der Stopfen, ebenso wie die Breite, Länge und Höhe der Kappe verändert werden, ohne damit den durch die Erfindung beschriebe­ nen Anwendungsbereich zu verlassen.

Viertens enthält die verbesserte Entlüftungskappe der vor­ liegenden Erfindung einige neue Merkmale, die bei deren Kom­ bination zum bevorzugtesten Ausführungsbeispiel führen. Gleich­ wohl können einige dieser Merkmale einzeln oder in Unterkom­ binationen verwendet werden, um einzelne Erfordernisse für besondere Batterie-Entwürfe zu erreichen.

Um nun mit der detaillierten Beschreibung fortzufahren, soll die Aufmerksamkeit als erstes auf die Fig. 1A und 1B gelenkt werden, die in perspektivischer Form das Äußere der oberen und der unteren Komponente einer Entlüftungskappe zeigen. Die Kappe enthält ein Oberteil 11 mit einem ebenen oberen Bereich 12, der acht Kanten aufweist. Diese enthalten die längere Seiten 13 und 14, die kürzere Enden 15 und 16 und vier Randecken 17 bis 20. Die Verwendung der Ecken 17 bis 20 gegenüber der einfachen Verwendung einer rechteckigen Kappe, die typisch für vorbekannte Kappen­ entwürfe ist, wird wegen der einzigartigen ästhetischen Er­ scheinung bevorzugt. Andere Vorzüge sind die Reduzierung von Material und den Wegfall von scharfen Ecken innerhalb der Kappe, an denen sich Tropfen von Elektrolyt abscheiden können.

Das Oberteil 11 enthält ebenfalls eine abgestufte herabhängende Schürze 22 einschließlich einer ersten vertikalen Komponente 23, die auf einen horizontalen Vorsprung 24 führt (der im allgemeinen zum oberen Bereich 12 koplanar liegt), und eine zweite vertikale Komponente 25, die gegenüber der vertikalen Komponente 23 nach außen gerichtet angeordnet ist. Diese Stufenanordnung ist wiederum primär aus Gründen der Entwurfsbetrachtungen gewählt. Die Schürze 22 enthält ebenfalls einen unteren Bereich 26.

Das letzte Merkmal des Oberteils 11, das in Fig. 1A dargestellt ist, ist eine Auslaßöffnung 27, die entlang der Seite 14 angeordnet ist und sich durch die vertikale Komponente 23 der Schürze 22 erstreckt. Diese genaue Plazierung der Öffnung ist nicht kritisch, es wird aber bevorzugt, sie zwischen zwei Stopfen-Positionen zu plazieren, was aus der folgenden Beschrei­ bung deutlicher wird.

Fig. 1B stellt in perspektivischer Form die untere Komponente 30 der Kappe dar. Sie enthält einen Boden 32, der zwei Bereiche aufweist: einen ebenen Bereich 33 und einen geneigten Bereich 34. Das Unterteil 30 hat ebenfalls eine sich nach unten (wenn es sich in der Verwendungslage befindet) erstreckende und umlaufende Schürze 35 mit acht Abschnitten, die alle so angeordnet sind, um in die Schürze 22 des Oberteils 11 einzupassen. Der Boden 32 enthält die Seiten 36 und 37 (um in die Seiten 13 und 14 des Oberteils 11 einzupassen), die Enden 38 und 39 (um in die ent­ sprechenden Enden 15 und 16 einzupassen) und die Ecken 40 bis 43. Die Schürze 35 hat einen sich nach außen und nach unten er­ streckenden Bereich 44 und einen Bereich 45, der sich senkrecht zum Boden 32 erstreckt. Die Schürze 35 enthält ebenfalls ein Oberteil 47 (am unteren Teil in Fig. 1B gezeigt, die das Unterteil 30 in einer Lage zeigt, die gegenüber ihrer normalen Lage invertiert ist). Im Zusammenbau sind das Oberteil 11 und das Unterteil 30 in einer eingepaßten Anordnung, wobei die Schürze 35 benachbart zur Schürze 22 liegt. Es hier kann ebenfalls angemerkt werden, daß die beiden Hauptkomponenten der Kappe schließlich miteinander verbunden werden, etwa durch Heißsiegeln der oberen Kante 47 des Unterteils 30 mit einem inneren anliegenden Vorsprung des Oberteils 11, wie dies im Detail in Fig. 3 gezeigt ist.

Wie zuvor erwähnt, bestehen das Oberteil 11 und das Unterteil 30 aus einem thermoplastischen Kunstharz, wie Polypropylen mit einem geringeren Anteil von Polyethylen. Die Versiegelung der beiden Komponenten kann durch Verwendung von erhitzten Platten, durch Ultraschall-Schweißen oder durch andere bekannte Techniken zum Verbinden solcher Materialien durchgeführt werden.

Um nun mit der Beschreibung von Fig. 1B fortzufahren, sind drei Stopfen 50 gezeigt, die sich vom Boden 32 aus nach unten gerichtet erstrecken. Die Stopfen 50 sind in einer linearen, mit Abstand angeordneten Beziehung plaziert, wobei die Mittelpunkte dieser Stopfen entlang einer Linie 52 angeordnet sind, die mit einem Abstand von der längsgerichteten Mittellinie 54 des Unterteils 30 entfernt liegt. Beide Linien sind durch gestrichel­ te Linien, wie in Fig. 1A und 1B gezeigt, dargestellt.

Die Stopfen 50 enthalten einen im allgemeinen zylindrischen röhrenförmigen Bereich 55 mit einer nach innen gerichteten kegelförmigen Oberfläche 57 an dessen Ende gegenüber dem Boden 32, die in eine Lippe 58 endet. Für die Stopfen 50 ist ebenfalls ein Verschluß 60 einschließlich einer Mittelpunktsöff­ nung 62 vorgesehen und, in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, ein Paar Entlüftungslöcher 64, die zwischen der Öffnung 62 und dem röhrenförmigen Bereich 55 angeordnet sind. Die Öffnungen 62 und die Entlüftungslöcher 64 ermöglichen es, daß Elektrolyt und Gase in die Kappe eindringen oder aus der Kappe entweichen können, wenn diese zusammengebaut und die Stopfen somit in den Füllöffnungen der Batterie plaziert sind. Die Entlüftungslöcher erleichtern trotz eines fortlaufenden Gasstromes, der aus den jeweiligen Zellen entweicht, außerdem das Zurückfließen von Elektrolyt in die Batteriezellen.

Wie zuvor angemerkt, weist der Boden 32 die beiden Bereiche 33 und 34 auf. Der Bereich 33 erstreckt sich entlang der Seite 36 und dann nach innen gerichtet zu der imaginären Linie 52, die sich durch die Achsen der Stopfen 50 erstreckt. Der Boden 32 steigt dann (wiederum auf die Verwendungslage gegenüber der invertierten dargestellten Lage bezogen) entlang des Bereiches 34 zur Seite 37 hin an. Die Steigung beträgt in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 4,5°, kann aber in einem breiteren bevorzug­ ten Bereich ungefähr 3° bis 6° oder in einem noch breiteren Bereich ungefähr 1° bis 16° betragen. Die Steigung ist am besten an der Seite 37 dargestellt, wo das Abfallen vom unteren Bereich der Seite 37 und ihre Verbindung mit dem Boden bei 68 dargestellt ist. Entlang der Seite 37 und an den Ecken 41 und 42 kann ebenfalls bemerkt werden, daß die Form, die für das Unterteil 30 verwendet wird, eine Vielzahl von Stützrippen 69 vorsieht, die in erster Linie dazu dienen, ein Durchbiegen dieses Bereiches des Unterteils 30 zu vermeiden. Öffnungen 70 in den Ecken 41 und 42 ermöglichen, daß Gase, die sich unter der Kappe sammeln könnten, d. h. zwischen dem Unterteil 30 und der Batterieabdeckung, einfach und sicher ausströmen können.

Das letzte Merkmal des Unterteils 30, das in Fig. 1B gezeigt wird, ist ein kreisförmiger Bereich 71, der den Boden für das Flammensperrgehäuse bildet, welches nachfolgend in dieser Be­ schreibung erläutert wird. Er verläuft im allgemeinen koplanar zum Bereich 33 des Bodens 32, und seine Ausführung kann am besten unter Bezugnahme von Fig. 2 verstanden werden.

Ein Merkmal des Unterteils 30, das nicht in Fig. 1B gezeigt wird, ist eine schmale Stufe am röhrenförmigen Bereich 55 des Stopfens, ein Merkmal, welches in dieser perspektivischen Ansicht nur schwierig dargestellt werden kann und in Fig. 4 im Detail dargestellt wird. An dieser Stelle ist es ausreichend, anzumer­ ken, daß die röhrenförmigen Bereiche 55 gefertigt sind, um eine reibende Einpassung in die Füllöffnungen der Batterien sicherzu­ stellen, wie schon zuvor angemerkt wurde, wobei die kegelförmigen Bereiche 57 das Einsetzen der Stopfen in die Füllöffnungen erleichtern.

Auf Fig. 2 bezogen wird jetzt das Innere des Unterteils 30 dargestellt. Diese Figur zeigt das Unterteil in seiner normalen Verwendungslage, d. h. mit den sich nach unten erstreckenden Stopfen. Der geneigte Bereich 34 des Bodens 32 ist in dieser Ansicht durch einen Vergleich der inneren Höhe der Seite 37 mit der Höhe der Ecke 40 und des Endes 39 wahrnehmbar. Die Mittel­ punktslinie 52 der Stopfen und die Mittelpunktslinie 54 der Kappe sind hier ebenfalls dargestellt.

Bei näherer Betrachtung des Inneren des Stopfenverschlusses 60 wird bemerkt, daß er nach unten gerichtete, geneigte, konische innere Oberflächen 61 aufweist, die zu den Öffnungen 62 führen. Die Entlüftungslöcher 64 sind ebenso in dieser Figur sichtbar.

Die neuen Merkmale, die in Fig. 2 dargestellt sind, weisen einige Ablenkwände und Komponenten eines Flammensperrgehäuses auf, die einzeln beschrieben werden. In der Figur von links nach rechts sind drei Ablenkwände 80, 82 und 84 vorgesehen, jeweils eine für einen der Stopfen 50. Die Enden der Ablenkwände sind einander ähnlich und weisen eine Sperrwand auf, die sich von der Mittelpunktslinie 52 der Stopfen und einer Position nahe dem innersten Bereich der Stopfen aus erstreckt, sich in einer im allgemeinen gekrümmten Weise um den zugehörigen Stopfen herum erstreckt und bei den Enden 38 bzw. 39 enden. Demgegenüber ist die Ablenkwand 82 halbkreisförmig, umkreist eine Hälfte des mittleren Stopfens 50 und ist so angeordnet, daß der Mittelpunkt des Halbkreises entlang der Mittelpunktslinie 54 der Kappe liegt.

Aus der perspektivischen Ansicht wird es deshalb deutlich, daß Elektrolyt, der in die Kappe eindringt und aus den einzelnen Einschlüssen, die durch die Ablenkwände 80, 82 und 84 gebildet werden, entweichen kann, auf den Bodenbereichen 33 und 34 verbleibt. Wenn er sich auf dem letzteren befindet, wird er zum Bereich 33 ablaufen, um sich dann auf die drei Löcher 62 zu ver­ teilen. Die Anordnung der Ablenkwände verhindert eine Ansammlung von Elektrolyt-Tropfen in einem Bereich des Unterteils 30, und der ebene Bereich 33 des Bodens 32 bewirkt eine Verteilung des Elektrolyten auf die zahlreichen Zellen, da dieser Bereich frei von inneren Komponenten ist, wie er auch gemeinhin bei bekannten Vorrichtungen gefunden wird.

Die Komponenten des Flammensperrgehäuses des Unterteils 30 enthalten eine im allgemeinen kreisförmige Wand 86, die sich von der Seite 37 aus erstreckt, wodurch der Kreis im Bereich dieser Seite abgeflacht ist. Eine fünfseitige Sperrkomponente 90 ist mit einem Bereich der Wand 86 verbunden, der am weitesten von der Seite 37 entfernt ist und wird durch ein Paar paralleler, mit Abstand angeordneter Wände 91 und 92 Wände gebildet, die erste Enden, die mit der kreisförmigen Wand 86 verbunden sind, und zweite Enden haben. An den letzteren beginnt ein Paar zusammen­ laufender Wände 93 und 94, die an einer abgestumpften Spitze 95 zusammenstoßen. Durch diese Wände wird eine fünfeckig geformte Ausnehmung 96 gebildet, wobei die Spitze 95 zwischen der Mittel­ punktslinie 52 der Stopfen und der Seite 36 plaziert ist. Zwischen der Spitze 95 und der Seite 36 ist ein beträchtlicher Zwischenraum vorgesehen, so daß sich Elektrolyt entlang des Bodenbereiches 33 verteilen kann, wie zuvor beschrieben wurde.

In Verbindung mit Fig. 2 wird gezeigt, daß das Oberteil 47 im allgemeinen koplanar zu den Oberbereichen der Ablenkwände 80, 82 und 84 und ebenso zu den Wänden 86 und 91 bis 94 verläuft. Dieses Merkmal ermöglicht eine Verbindung all dieser Oberflächen mit den angrenzenden Oberflächen des Oberteils 11, die nun be­ schrieben werden.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 2 gezeigt wird, ist ein Paar kurzer Wände 98, 99 in der Kappe vorgesehen (sie sind gestrichelt gezeichnet), wobei sich eine Wand vom Bereich 94 der Sperrkomponente 90 aus senkrecht zur Seite 36 erstreckt. Die andere Wand ist zwischen den Stopfen 82 und 84 angeordnet und erstreckt sich von der Wand 36 zu einer Linie, die den geneigten Bereich 34 vom ebenen Bereich 33 des Bodens 32 trennt. Solche Wände können vorteilhaft sein, um ein Spritzen in den Batterien zu reduzieren, welche für die Anwendung in Fahrzeugen entworfen wurden, die besonders erschütterungsanfällig sind, sich übermäßig stark nach neigen oder ähnliches.

Das Innere des Oberteils 11 wird in Fig. 3 perspektivisch gezeigt. Es sollte zu Beginn angemerkt werden, daß die Dar­ stellung das Oberteil 11 in einer Lage zeigt, die gegenüber der Verwendungslage invertiert ist. Es ist notwendig, so zu ver­ fahren, um die Komponenten darzustellen und zu beschreiben, und der Leser sollte dieser Orientierung im Gedächtnis behalten, da solche Begriffe wie "oberer" und "unterer" in Verbindung mit der Verwendungslage, im Gegensatz zur dargestellten Lage, benutzt werden.

In Fig. 3 wird eine Heißsiegel-Fläche 100 gezeigt, die das Innere des Oberteils 11 nahe der Seiten, Enden und Ecken umgibt, und dazu dient, eine zu versiegelnde Oberfläche für den Oberbe­ reich 47 des Unterteils 30 zu schaffen. Weitere wichtige Merkmale des Oberteils 11 sind drei röhrenförmige Spritzschützer 102, die sich senkrecht von dem oberen Bereich 12 aus erstrecken. Sie sind offen und haben eine Länge, die so gewählt ist, daß die offenen Enden mit geringem Abstand über den Löchern 62 angeordnet sind, wobei die Stopfen 50 und die Spritzschützer 102 im allgemeinen koaxial verlaufen. Die Spritzschützer selbst sind nicht einzig­ artig, und ähnliche Strukturen sind in einigen der oben genannten Patentschriften gezeigt.

Das Oberteil 11 weist ebenfalls Barrieren 104, 106 und 108 auf, die im allgemeinen so geformt und angeordnet sind, um mit den Barrieren 80, 82 und 84 zusammenzupassen und versiegelt zu werden. Die Spritzschützer 102 und die kombinierten Barrieren bilden Wände, die sich zwischen dem Oberteil 11 und dem Boden 32 des Unterteils 30 erstrecken, und dazu dienen, wirksam ein Spritzen von Elektrolyt zu verhindern, der durch die Öffnungen 62 oder die Löcher 64 jenseits des Behältnisses, das sie bilden, eindringt. Die Struktur erlaubt gleichwohl freie Durchflußwege von den Stopfen 50 zum Inneren der Kappe zwischen den Öffnungen 62 und den Schützern 102 und um die kombinierten Barrieren herum.

Das Oberteil 11 enthält ebenfalls Komponenten eines Flammensperr­ gehäuses, einschließlich einer äußeren kreisförmigen Wand 110 mit einer oberen Oberfläche 111, die angepaßt ist, um an der Wand 86 des Unterteils 30 anzuliegen und mit ihr versiegelt zu werden. Ein innerer und höherer Ring 115 ist konzentrisch und mit einem Abstand zur Wand 110 angeordnet, wobei er so ausgeführt ist, um eine Scheibe 120 (gestrichelt gezeigt) eines Flammensperr­ materials aufzunehmen. Die Scheibe ist im bevorzugtesten Ausführungsbeispiel aus einem mikroporösen gesinterten Polypropy­ len-Material gebildet. Somit ist ein ringförmiger Durchgang 117 zwischen den Wänden 110 und 115 geschaffen. Dieser Durchgang wird durch eine Oberfläche 121 geschlossen, die die obere Begrenzung der Auslaßöffnung 27 bildet. Die Auslaßöffnung 27 steht also nur mit dem oberen Bereich 122 des Ringes 115 in Verbindung, der die Scheibe enthält. Ein Vorsprung 125 hängt von dem oberen Be­ reich 12 herab, um den kreisförmigen oberen Bereich über der Scheibe 120 zu bilden.

Der Eintritt von Gasen in den Durchgang 117 wird durch einen Sperrausgang erleichtert, der darüber angeordnet ist und entworfen wurde, um mit den Wänden 91 bis 94 des Unterteils 30 versiegelt zu werden. Die Wand 110 ist in diesem Fall bei 130 unterbrochen, demgegenüber jedoch im Unterteil 30 durchgehend. Eine Wand 132 erstreckt sich quer zur Längsachse der Kappe von einer Kante der Öffnung 130. Eine kürzere Wand 134, die parallel zur Wand 132 verläuft, erstreckt sich von der gegenüberliegenden Seite der Öffnung 130. Eine Spitze wird am Sperrausgang durch ein Paar zusammenlaufender Wände 135 und 136 geschaffen, die sich an der Spitze 137 treffen. Die Wand 136 ist kürzer als die Wand 135, wodurch mit der kürzeren Wand 134 in dem fünfeckig geformten Ausgangsbereich eine Öffnung 140 gebildet wird.

Die Plazierung des Ausgangs 140 ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung. Sie liegt, wie zuvor erwähnt, nahe und vorzugsweise direkt über der Mittelpunktslinie der Stopfen. Er kann von jeder Seite der Linie um einen Wert, der vorzugsweise nicht größer als der Radius der Stopfenöffnungen ist, verändert werden. Er ist ebenfalls an der höchstmöglichen Stelle in der Kappe angeordnet, wodurch das Eindringen von flüssigem Elektrolyt in die Flammensperre minimiert wird. Es wird ebenso gezeigt, daß die Öffnung 140, wenn sie an der schrägen Seite der Sperre plaziert ist, es dem Elektrolyten, der in die Kappe eindringen kann, ermöglicht, leichter zwischen den Wänden 136 und 94 hindurchfließen, als durch die Öffnung 140 einzudringen. Gase jedoch, die durch die Öffnung 140 eindringen, können frei in den Abschnitt fließen, der durch den fünf eckig geformten Hohlraum gebildet wird, in den Durchgang 117 und nach unten gerichtet zum Unterteil der Flammensperrscheibe 120 nahe dem Unterteil 30. Von dort aus dringen die Gase in die mikroporöse Scheibe 120, dringen in den kreisförmigen offenen Bereich 122 ein und werden nahe der Ebene 121 an der Auslaßöffnung 27 ausgestoßen.

Da die dargestellte Sperr-Anordnung bevorzugt wird, können Ablenksysteme eingesetzt werden, solange sie die ausgestoßenen Gase zum höchsten Punkt der Kappe zum Eintritt in das die Sperre enthaltende System führen.

Wie vorhergehend erwähnt, ist ein weiteres Merkmal der vor­ liegenden Erfindung das Vorhandensein einer kleinen aber wichtigen Stufe 150 am Äußeren der röhrenförmigen Wände 55 der Stopfen 50. Sie kann am besten in Fig. 4 gesehen werden und ist direkt unter der Höhe der Entlüftungslöcher 64 angeordnet. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel haben die Stopfen einen äußeren Durchmesser von 0.598 ± .003′′ über den Entlüftungs­ löchern 64, während die Stufe den äußeren Durchmesser auf 0.588 ± .003′′ reduziert. Die Zeichnung ist übertrieben, um die Stufe 150 zu zeigen. Die winklige Kante der Stufe 150 unter­ stützt, da sie recht klein ist, die Verhinderung des Entweichens von Elektrolyt oder Gasen um den Stopfen 50 herum und des Eindringens in den Raum zwischen der Batterieabdeckung und der Kappe. Ein Bereich der Batterieabdeckung 152 ist in dieser Figur zusammen mit einer Füllöffnung 153 gezeigt.

Beträchtliche Testverfahren wurden durchgeführt, indem die Belüftungskappen der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit konkurrierenden Batteriebelüftungskappen verwendet wurde, die momentan in Benutzung sind. Der Subaru-Vibrations-Auslauftest wird mit Vibrationen und mit einem Kippen der Batterien um 30° durchgeführt. Die Entlüftungskappen der Erfindung erfüllten diese Erfordernisse und übertrafen sie mit 35° Neigung. Im Vergleich zu konkurrierenden Kappen, war die Entlüftungskappe der vor­ liegenden Erfindung die einzige Kappe, um eine Durchgangsrate von 100% bei 30° Neigung und eine Durchgangsrate von nahezu 90% bei 35° zu erreichen. Die konkurrierenden Kappen schnitten mit einer Durchgangsrate von nur ungefähr 65% bei 35° bei der besten der getesteten konkurrierenden Kappen schlechter ab. Einige der gängigen Kappen, die getestet wurden, hatten nur einen nominalen (d. h., weniger als 10%) Durchgang während des 35°-Tests.

Claims (10)

1. Entlüftungskappe für eine Batterie, die eine Batterie­ abdeckung (152) mit Elektrolyt-Füllöffnungen (153) und Elektrolyt enthält, der auslaufen, überlaufen, freigesetzt oder aus den Löchern herausgepumpt werden kann, wobei die Kappe eine Kammer mit einem Boden (32) und mehrere Stop­ fen (50) aufweist, welche in einer Reihe angeordnet sind, sich vom Boden aus erstrecken und so angeordnet sind, um in die Füllöffnungen (153) eingesetzt zu werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kappe einen Boden (32) mit einem normalerweise ebenen Bereich (33), von dem aus sich die Stopfen (50) erstrecken, und einen geneigten Bereich (34) hat, der angeordnet ist, um das Abfließen von Elektrolyt zu vereinfachen, welcher in den Raum des ebenen Bereiches (33) eingedrungen ist; und
daß die Kammer eine Flammensperre mit einem Ausgang (140) für Gase, welche durch die Stopfen in die Kammer eindringen können, und eine Auslaßöffnung (27) aufweist, wobei der Aus­ gang (140) normalerweise über einer Linie (52) plaziert ist, die durch die Mittelpunkte der Stopfenöffnungen (62) verläuft.

2. Entlüftungskappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer ein Oberteil (11) aufweist, wobei röhrenför­ mige Spritzschützer (102) von dem Oberteil herabhängen, koaxial über den Stopfen (50) angeordnet sind und im Abstand über dem Boden der Kammer angeordnet sind.

3. Entlüftungskappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine Mehrzahl innerer Wände (80, 82, 84, 104, 106, 108) aufweist, welche sich vom Oberteil (11) zum Bo­ den (32) erstrecken, wobei die Wände jeweils einen Bereich der Öffnungen der Stopfen in dem Boden (32) der Kammer umgeben.

4. Entlüftungskappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entlüftungskappe eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten Stopfen (50) aufweist, die in einer Reihe angeordnet sind, daß die Kappe im horizontalen Querschnitt im allgemeinen rechteckig ist,
daß der ebene Bereich (33) entlang einer langen Seite des Rechtecks angeordnet ist und der geneigte Bereich (34) benachbart zu der anderen langen Seite des Rechtecks angeordnet ist,
daß die Entlüftungskappe innere Spritzschützer (102) für die Stopfen (50) enthält,
und daß ein Kammer-Oberteil (11) und eine Flammensperre am obersten Bereich der Kammer angeordnet sind, wobei sich die Sperre in einem Gehäuse (110) mit einem Ausgang (140) am obersten Bereich der Kammer befinden und über einer Linie, die durch die Mittelpunkte der Stopfenöffnungen verläuft, angeordnet ist.

5. Entlüftungskappe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (50) jeweils einen ersten zylindrischen Bereich (55) nahe dem Boden der Kappe mit einem ersten äußeren Durchmesser und einen zweiten zylindrischen Bereich (150) aufweisen, der von dem Boden der Kappe entfernt ist und einen zweiten, kleineren äußeren Durch­ messer hat.

6. Entlüftungskappe für eine Batterie, die im allgemeinen zylindrische Füllöffnungen (153) in einer Batterieabdeckung aufweist, wobei die Batterie flüssigen Elektrolyt enthält, und die Kappe entworfen wurde, um den Elektrolyt, der verspritzt, übergelaufen, ausgelaufen oder aus den Füllöff­ nungen gepumpt worden ist, zur Batterie zurückzuführen, und um das Entweichen von Gasen, welche in der Batterie freige­ setzt werden können, durch die Entlüftungskappe und aus einer Auslaßöffnung zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entlüftungskappe eine Kammer mit einer Mehrzahl von im allgemeinen zylindrischen Stopfen (50) aufweist, welche sich davon erstrecken und einen äußeren Durchmesser (55) haben, der für ein übereinstimmendes Einpassen mit den Batterie-Füllöffnungen (153) gewählt wurde; und
daß eine Stufe (150) in der Stopfenwand den äußeren Durch­ messer des Stopfens verringert.

7. Entlüftungskappe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe abrupt durch eine sich radial erstreckende 90°-Stufe gebildet wird.

8. Entlüftungskappe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag des verringerten Durchmessers des Stopfens zwischen 0.003 und 0.025 Inches beträgt.

9. Entlüftungskappe für eine Batterie, die Füllöffnungen (153) in einer Batterieabdeckung (152) und flüssigen Elektrolyt enthält, wobei die Entlüftungskappe so entworfen wurde, um Elektrolyt, der ausgelaufen, ausgepumpt oder aus den Füllöffnungen vergossen wurde, in die Batterie zurück­ zuführen, und um das Entweichen von Gasen, welche von der Batterie freigesetzt werden können, durch die Entlüftungs­ kappe und aus einer Auslaßöffnung, welche in der Entlüf­ tungskappe geschaffen ist, zu ermöglichen, wobei die Entlüf­ tungskappe weiterhin eine Kammer aufweist, die ein Oberteil und einen Boden hat, wobei sich eine Mehrzahl von Stop­ fen (50) durch den Boden und in die Füllöffnungen (153) der Batterie erstrecken und die Stopfen im Abstand und in einer Reihe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kappe eine Auslaßöffnung (27) für die Entlüftungskappe aufweist, die am Oberteil der Kammer angeordnet ist;
daß eine Flammensperre, die in einem Gehäuse (10) enthalten ist, einen Ausgang (140) am Oberteil des Gehäuses hat,
daß ein Gas-Durchflußweg Gase, die in das Gehäuse eindringen, durch die Flammensperre hindurchführt, und
daß ein Auslaß (121) am Oberteil des Gehäuses mit der Auslaßöff­ nung (27) verbunden ist.

10. Entlüftungskappe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Gehäuses über der Mittelpunktslinie (52) der Stopfen plaziert ist.