DE60109246T2

DE60109246T2 - Dichtungs- und auslass-ventileinheit für elektrische batterien

Info

Publication number: DE60109246T2
Application number: DE60109246T
Authority: DE
Inventors: Franco Stocchiero
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: DE60109246T3; DE60109246D1; ATE290720T1; US6645661B2; IT1315319B1; EP1194962B2; WO2001082395A1; ES2239139T3; EP1194962A1; ITVI20000072A1; US20020160254A1; AU6588301A; EP1194962B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschließ- und Auslassventileinheit für elektrische Batterien.
Es ist bekannt, dass in Batterien während des Betriebs und/oder während des Wiederaufladens Gase erzeugt werden infolge der Elektrolyse und der Verdampfung von Wasser, das in der Elektrolytlösung enthalten ist, die bekanntlich aus Schwefelsäure und Wasser besteht.
Eine bestimmte Art von elektrischen Batterien sind die so genannten Rekombinationsbatterien, bei denen Gase, die während des Betriebs erzeugt werden, in der Batterie kondensiert werden, um einen Verbrauch von destilliertem Wasser und die Notwendigkeit ihres Wiederauffüllens zu vermeiden.
Aus Sicherheitsgründen sind die Rekombinationsbatterien mit mehreren Kanälen versehen, die in dem Deckel gebildet sind, der das die Zellen enthaltende Gehäuse verschließt, wobei die Kanäle die Elektrolytzellen der Batterie mit einer Sicherheitsventileinheit verbinden, die das Auslassen des Gases ermöglicht, wenn der Gasdruck einen vorgegebenen Wert übersteigt.
Eine derartige Sicherheitsventileinheit muss außerdem das Einlassen von Luft in die Batterie verhindern, wenn die Temperatur abfällt und demzufolge auch der Druck in der Batterie absinkt. Eine Verschließ- und Auslassventileinheit für elektrische Batterien des Standes der Technik ist in 1 als ein erläuterndes Beispiel gezeigt, in der sie allgemein mit dem Bezugszeichen A angegeben ist.
Es ist ersichtlich, dass die Einheit im Wesentlichen einen röhrenförmigen Hals B, der von dem Batteriedeckel C vorsteht und mit dem Innenraum der Batterie verbindet, umfasst, wobei eine elastische Kappe, die allgemein mit D angegeben ist, einen röhrenförmigen Körper E enthält und durch einen Boden F verschlossen ist, an dem Bund angebracht ist.
Die Kappe D ist außerdem in den 2 und 3 gezeigt, in denen ersichtlich ist, dass die Kappe innen mit drei verdünnten Abschnitten G, die unter einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind, versehen ist, wobei jeder Abschnitt erhalten wird, indem ein Teil des röhrenförmigen Körpers E und auch der Boden F dünner gemacht werden.
Das Ende des röhrenförmigen Körpers E an jedem verdünnten Abschnitt G weist eine Lippe H auf, die an dem röhrenförmigen Hals B anhaftet, um einen dichten Verschluss zu erhalten.
Bei einem Überdruck in der Batterie wird das erzeugte Gas aus dem Innenraum zur Umgebung über die in 1 gezeigte Leitung I entladen, die zwischen dem röhrenförmigen Hals B und dem verdünnten Abschnitt G gebildet ist, wodurch ein Anheben der Lippe H und somit ein Entladen des Überdrucks in die äußere Umgebung bewirkt werden.
Bei einem Unterdruck in der Batterie drückt dagegen der äußere Druck die Lippen H gegen den röhrenförmigen Hals B, wodurch der Eintritt von Luft in die Batterie verhindert wird.
Ein Nachteil der oben erwähnten Ventileinheit besteht in der geringen Größe der verdünnten Abschnitte G und demzufolge der Leitungen I, die zwischen der Kappe und dem röhrenförmigen Hals B gebildet sind, die das Entladen von Überdruck und das nachfolgende Verschließen erschwert, wodurch die Trägheit der Ventileinheit vergrößert wird, die verhältnismäßig langsam reagiert, wenn der Druck in der Batterie größer oder kleiner wird. Dadurch kann bewirkt werden, dass der Druck über die maximal zulässigen Werte ansteigt.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Dichtungsfläche lediglich auf die Kontaktfläche zwischen dem röhrenförmigen Körper der Kappe und dem röhrenförmigen Hals begrenzt ist und diese Fläche nicht immer ausreichend ist, eine Dichtheit gegenüber den Eintritt von Luft von außen zu garantieren, wenn in der Batterie ein Unterdruck entsteht.
Die oben erwähnten Nachteile, und zwar die große Trägheit der Öffnungs- und Schließoperation gegenüber der Umgebung und die begrenzte Dichtheit gegenüber dem Innenraum, sind im Allgemeinen bei allen Ventileinheiten des Standes der Technik mehr oder weniger ausgeprägt vorhanden, selbst wenn sie anders als die oben dargestellte und beschriebene Ventileinheit aufgebaut sind.
Die vorliegende Erfindung ist auf die Überwindung dieser Nachteile gerichtet.
Es ist insbesondere eine erste Aufgabe der Erfindung, eine Verschließ- und Auslassventileinheit zu schaffen, die beim Öffnen eine Betriebsträgheit besitzt, die im Vergleich zu gleichwertigen bekannten Ventileinheiten kleiner ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist eine Ventileinheit, die beim Schließen im Vergleich zu gleichwertigen bekannten Ventileinheiten eine größere Dichtheit besitzt.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Verschließ- und Auslassventileinheit für elektrische Batterien, die gemäß dem Hauptanspruch umfasst:

– wenigstens einen röhrenförmigen Hals, der dem Deckel der Batterie zugeordnet ist und geeignet ist, die äußere Umgebung mit den Auslassleitungen in dem Deckel miteinander in Verbindung zu bringen;
– eine elastische Kappe, die aus einem röhrenförmigen Körper besteht und durch einen Boden verschlossen ist, der abnehmbar an der Außenseite des röhrenförmigen Halses angebracht ist,

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der röhrenförmige Hals Teil des Batteriedeckels, der aus einem Stück mit dem Deckel gewonnen ist.
Der Bund, der in dem röhrenförmigen Hals gebildet ist, ist kegelförmig mit einer Kegelstumpfform und die ringförmige Kammer ist zwischen der Außenfläche des Bunds und dem ringförmigen Überschneidungsbereich gebildet, der durch den Kontakt zwischen den Innenflächen des röhrenförmigen Körpers und dem Boden der Kappe entsteht.
Die Ventileinheit ist in einer Kammer angeordnet, die in dem Batteriedeckel gebildet ist, wobei die Kammer durch einen mit Löchern versehenen Stopfen verschlossen ist, der die Kappe verschließt, wenn ein Ansteigen des Innendrucks dazu neigt, die Kappe von dem röhrenförmigen Hals, mit dem sie verbunden ist, zu lösen.
Bei einem Überdruck in der Batterie wird die elastische Kappe von dem röhrenförmigen Hals angehoben, wodurch das Entladen von Gas möglich ist.
Wenn dagegen der Batteriedruck sinkt und der atmosphärische Druck größer als der Batterie-Innendruck ist, wird bewirkt, dass die elastische Kappe an dem röhrenförmigen Hals anhaftet, wodurch das Eintreten von Luft von außen verhindert wird.
Gemäß einer konstruktiven Variation ist der röhrenförmige Hals Teil eines Stopfens, der an dem Batteriedeckel angebracht wird. Auf diese Weise kann die gesamte Ventileinheit von dem Batteriedeckel abgenommen werden.
Die ringförmige Kammer zwischen dem Bund des röhrenförmigen Halses und der elastischen Kappe ermöglicht vorteilhaft, dass das in der Batterie erzeugte, mit Druck beaufschlagte Gas den röhrenförmigen Körper der Kappe am gesamten Umfang gleichzeitig in radialer Richtung drückt. Das erleichtert das Entladen des Gases in die Umgebung und verringert die Betriebsträgheit der Ventileinheit insgesamt, wodurch ein gefährlicher Anstieg des Drucks in der Batterie während des Betriebs verhindert wird.
Der Bund sichert ebenfalls vorteilhaft die Dichtheit auch gegenüber dem Boden der elastischen Kappe, wodurch eine bessere Dichtheit der Batterie gegenüber der Umgebung garantiert ist, wenn in ihrem Inneren ein Unterdruck entsteht.
Die Aufgaben und Vorteile werden aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besser verstanden, die in Form eines nicht einschränkenden erläuternden Beispiels erfolgt, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungsblätter genommen wird, in denen:
Die 1, 2 und 3 verschiedene Ansichten eines Verschließ- und Auslassventils für Batterien sind, das dem Stand der Technik entspricht;
4 eine in Längsrichtung geschnittene Ansicht der Ventileinheit der Erfindung ist;
5 eine Explosionsansicht der Ventileinheit von 4 ist;
die 6 und 7 die Ventileinheit der Erfindung in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen zeigen;
8 eine vergrößerte Ansicht einer Einzelheit der Ventileinheit der Erfindung ist; und
9 eine konstruktive Variation der Ventileinheit der Erfindung zeigt.
Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, wird die erfindungsgemäße Ventileinheit, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 angegeben ist, bei dem Deckel C einer elektrischen Batterie an dem Ende von einem oder mehreren Auslassleitungen S angewendet, die die mehreren Zellen der Batterie mit der Umgebung verbinden.
Die Ventileinheit 1 der Erfindung umfasst insbesondere einen röhrenförmigen Hals 2, der in dem Deckel C der Batterie gebildet ist und mit den Auslassleitungen S in Verbindung steht, und mit dem eine elastische Kappe 3, die einen durch einen Boden 5 verschlossenen röhrenförmigen Körper 4 enthält, von außen sowie abnehmbar verbunden ist.
Gemäß der Erfindung endet der röhrenförmige Hals 2 mit einem dünneren Bund an der Außenfläche 2a des röhrenförmigen Halses 2, wobei dieser Bund mit der Innenfläche 7 der elastischen Kappe 3 zusammenwirkt, um eine ringförmige Kammer 8 zu bilden, die in den 6 und 7 genauer zu sehen ist.
Die ringförmige Kammer 8 ist im Einzelnen in dem Überscheidungsbereich 7a definiert, der durch Kontakt zwischen der Innenfläche 4a des röhrenförmigen Körpers 4 und der Innenfläche 5a des Bodens 5 definiert ist, die beide die Kappe 3 bilden.
Wie in 8 gezeigt ist, ist der Bund 6 vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise kegelförmig und besitzt eine Außenfläche 6a, die unter einem Winkel α zur Außenfläche 2a des röhrenförmigen Halses 2 geneigt ist, und die außerdem unter einem Winkel β zu dem Bund geringfügig geneigt ist, um das Entladen von Gas zu erleichtern, wenn der Druck in der Batterie größer als der Außendruck ist.
Es sollte angemerkt werden, dass die Ventileinheit 1 in einer Kammer 9 angeordnet ist, die in dem Deckel C der Batterie gebildet ist und durch eine Abtrennung D verschlossen ist, die mit Löchern F versehen ist, die das Abstoßen der elastischen Kappe 3 infolge des Gasdrucks in der Batterie verhindern.
Die Abtrennung D besitzt im Einzelnen einen Abstand von der elastischen Kappe 3 mit dem Betrag d, um eine Bewegung der elastischen Kappe 3 zu ermöglichen, wenn das Gas entladen wird.
Wenn, wie in 6 gezeigt ist, der Druck in der Batterie im Betrieb den vorgegebenen Grenzwert übersteigt, drückt das im Innenraum vorhandene Gas gegen die Innenfläche 5a des Bodens 5 der elastischen Kappe 3 und entfernt ihn von dem ringförmigen Endkopf 6b des kegelförmigen Bunds 6 und tritt in die ringförmige Kammer 8 ein.
In der ringförmigen Kammer 8 drückt das mit Druck beaufschlagte Gas radial gegen die Innenfläche 4a des röhrenförmigen Körpers 4 nach außen, wodurch die von der Außenfläche 2a des röhrenförmigen Halses 2 entfernt wird, wie in 6 gezeigt ist, wodurch eine ringförmige Leitung 10 gebildet wird, die das Entladen des Gases nach außen ermöglicht.
Wenn dagegen, wie in 7 gezeigt ist, der Betrieb der Batterie beendet ist und sie sich abkühlt, verringert sich der Innendruck, bis er niedriger als der Außendruck wird, wobei durch den Unterdruck bewirkt wird, dass der röhrenförmige Körper 4 gegen die Außenfläche 2a des röhrenförmigen Halses 2 und der Boden 5 gegen den ringförmigen Endkopf 6b des kegelförmigen Bunds 6 bewegt werden.
Auf diese Weise wird eine doppelte Abdichtung erhalten, die ein Eintreten der Außenluft in die Batterie verhindert.
Gemäß einer anderen konstruktiven Ausführungsform, die in 9 gezeigt ist, unterscheidet sich die Verschließventileinheit der Erfindung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 20 angegeben ist, von der zuvor beschriebenen Ausführungsform, da der röhrenförmige Hals 21 aus einem Stück mit einem Stopfen T gewonnen ist, der in einem entsprechenden Loch, das in dem Batteriedeckel gebildet ist, angebracht ist.
Der Bund 22 des röhrenförmigen Halses 21 besitzt eine zylindrische Form, die mit der entsprechenden Kappe 23 eine ringförmige Kammer 24 definiert, welche die gleiche Funktion besitzt, die in der zuvor erläuterten Ausführungsform beschrieben wurde.
Auf diese Weise kann die Ventileinheit von dem Batteriedeckel vollständig abgenommen werden.
Dadurch kann die erfindungsgemäße Ventileinheit selbst bei Batteriedeckeln angewendet werden, die nicht mit einem röhrenförmigen Hals versehen und aus einem Stück mit dem Deckel gewonnen sind.
Bei dem Vorhergehenden sollte angemerkt werden, dass die erfindungsgemäße Ventileinheit in beiden erläuterten Ausführungsformen die vorgesehenen Aufgaben erfüllt.
Die beschriebene Erfindung kann weitere konstruktive Variationen aufweisen, z. B. in Bezug auf unterschiedliche Formen der elastischen Kappe, des kegelförmigen Bunds und des röhrenförmigen Halses.
Alle Abwandlungen, die nicht gezeigt und möglicherweise nicht erwähnt wurden, sollten als durch die vorliegende Erfindung abgedeckt betrachtet werden, sofern sie im Umfang der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Eine Verschließ- und Auslassventileinheit (1, 20) für elektrische Batterien, Folgendes umfassend: – wenigstens einen röhrenförmigen Hals (2, 21), der dem Deckel (C) der Batterie zugeordnet ist und geeignet ist, die äußere Umgebung mit den Auslassleitungen (S) in dem Deckel (C) miteinander in Verbindung zu bringen; – eine elastische Kappe (3, 23), die aus einem röhrenförmigen Körper (4) besteht und durch einen Boden (5) verschlossen ist, der abnehmbar an der Außenseite des röhrenförmigen Halses (2, 21) angebracht ist; dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmige Hals (2, 21) mit einem dünneren Bund (6, 22) an der Außenfläche (2a) des röhrenförmigen Halses (2, 21) endet, wobei dieser Bund mit der Innenfläche (7) der Kappe (3, 23) zusammenwirkt, um eine ringförmige Kammer (8, 24) zu bilden.
Die Ventileinheit (1, 20) gemäß Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Kammer (8, 24) definiert ist zwischen der Außenfläche (6a) des Bunds (6, 22) und dem ringförmigen Überschneidungsbereich (7a), der durch Kontakt zwischen der Innenfläche (4a) des röhrenförmigen Körpers (4) und der Innenfläche (5a) des Bodens (5) der elastischen Kappe (3, 23) entsteht.
Die Ventileinheit (1) gemäß Patentanspruch 2), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (6a) des Bunds (6) kegelförmig ist mit einer zur Außenfläche (2a) des röhrenförmigen Halses (2) konvergierenden Neigung.
Die Ventileinheit (20) gemäß Patentanspruch 2), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des Bunds (22) zylindrisch ist.
Die Ventileinheit (1) gemäß Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmige Hals (2) aus einem Stück mit dem Deckel (C) der Batterie gewonnen ist.
Die Ventileinheit (20) gemäß Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmige Hals (21) Teil eines Stopfens (T) ist, der abnehmbar in ein Loch im Deckel (C) der Batterie eingepasst werden kann.
Die Ventileinheit (1) gemäß Patentanspruch 1) oder 5), dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmige Hals (2) innerhalb einer Kammer (9) im Deckel (C) angeordnet und durch eine Abtrennung (D) geschlossen ist, die ein oder mehrere Löcher (F) aufweist.
Die Ventileinheit (1) gemäß Patentanspruch 6), dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmige Hals (21) innerhalb einer Kammer (9) in dem Stopfen (T) angeordnet ist.
Die Ventileinheit (1, 20) gemäß Patentanspruch 3), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (2a) des röhrenförmigen Halses (2, 21) eine zum Bund (6, 22) gerichtete Neigung (a) aufweist.
Die Ventileinheit (1, 20) gemäß Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmige Hals (2, 21), der kegelförmige Bund (6, 22) und der röhrenförmige Körper (4) der elastischen Kappe (3, 23) einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Ventileinheit (1, 20) gemäß Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (4a) des röhrenförmigen Körpers (4) der elastischen Kappe (3, 23) abdichtend mit der Außenfläche (2a) des röhrenförmigen Halses (2, 21) zusammenwirkt und die Innenfläche (5a) des Bodens (5) der elastischen Kappe (3, 23) abdichtend mit dem ringförmigen Endkopf (6b) des Bunds (6, 22) zusammenwirkt, wenn der Batterie-Innendruck unter dem Außendruck liegt.
Die Ventileinheit (1, 20) gemäß Patentanspruch 1), dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (5a) des Bodens (5) der elastischen Kappe (3, 23) einen Abstand zum ringförmigen Endkopf (6b) des Bunds (6, 22) aufweist und die Innenfläche (4a) des röhrenförmigen Körpers (4) der elastischen Kappe (3, 23) einen Abstand zu der Außenfläche (2a) des röhrenförmigen Halses (2, 21) aufweist, wenn der Batterie-Innendruck über dem Außendruck liegt.
Die Ventileinheit (1, 20) gemäß Patentanspruch 4), dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des Bodens (5) der elastischen Kappe (3, 23) in einem Abstand (d) von der Abtrennung (D) positioniert ist.