DE69901397T2

DE69901397T2 - Einfüllvorrichtung zum automatischen einstellen des flüsskeitspiegels eines behälters mit flüssigkeit

Info

Publication number: DE69901397T2
Application number: DE69901397T
Authority: DE
Inventors: Johan Christiaan Fitter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: WO1999065094A1; EP1090434A1; US6427732B1; AU4053999A; DE69901397D1; EP1090434B1; AU744217B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einfüll-Vorrichtung zum automatischen Auffüllen eines Behälters mit Flüssigkeit, insbesondere eine Einfüll-Vorrichtung für Batterien zum automatischen Auffüllen von Batteriezellen mit einem Elektrolyten in Form von destilliertem Wasser, um die durch Elektrolyse und Verdunstung bedingten Verluste auszugleichen.
Eine solche Einfüll-Vorrichtung für Batterien weist ein Gefäß auf, das sich direkt oberhalb einer Batteriezelle anordnen lässt und das derart mit Wasser versorgt wird, dass in dem Gefäß ein konstanter Flüssigkeitsstand beibehalten wird. Eine Öffnung im Boden des Gefäßes kommuniziert mit einem Auslaufrohr, das sich von der Öffnung abwärts in den oberen Bereich der Zelle erstreckt. Unter dem Einfluss der Schwerkraft fließt Wasser aus dem Gefäß in die Zelle längs eines Durchflusswegs, der durch die Öffnung und das Ausflussrohr definiert ist, so dass die Elektrolytmenge zunimmt und dadurch der Pegel des Elektrolyts stetig ansteigt, bis das untere Ende des Auslaufrohrs in das Elektrolyt unterhalb des Elektrolytpegels eintaucht.
Die Öffnung bildet einer dauerhaften Luftabschluss aufgrund der Oberflächenspannung des abgefüllten Wassers. Sobald das untere Ende des Auslaufrohres eintaucht, wird Luft im Auslaufrohr eingeschlossen, wodurch ein Zustand des Druckgleichgewichts längs des Durchflusswegs erreicht ist, der den Fluss vom Gefäß zur Zelle unterbindet.
Bei einer Weiterbildung einer Einfüll-Vorrichtung für Batterien ist eine Stauscheibe vorgesehen, die dicht benachbart zum Boden des Gefäßes angeordnet ist, wodurch ein Kapillardurchgang gebildet ist, der gemeinsam mit der Öffnung die Qualität der Dichtung am oberen Ende des Auslaufrohres verbessert. Diese Weiterbildung ist Gegenstand der US 4,544,004. Der Strömungswiderstand des Wassers unter der Stauscheibe hängt bekanntermaßen von den physikalischen Abmessungen unterhalb der Stauscheibe ab. Gelegentlich entstehen Probleme, wenn diese Oberflächencharakteristika Veränderungen unterliegen, die ausreichend sind, um sich störend auf den richtigen Fluss des Nachfüllwassers auszuwirken. Ein Verfahren, das angewandt wurde, um dieses Problem zu vermeiden, besteht darin, den Abstand zwischen benachbart angeordneten Flächen des Bodens des Gefäßes und der unteren Oberfläche der Stauscheibe in geeigneter Weise zu ändern, so dass die erforderliche Durchflussrate erhalten bleibt.
Ein offensichtlicher Nachteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die Kapillarität mit zunehmendem Abstand abnimmt, was sich entsprechend nachteilig auf die Effizienz des Luftabschlusses auswirkt und zu einem gesteigerten Durchfluss und uneinheitlicher Befüllung der Zellen einer Mehrzellen-Batterie führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung schafft eine Einfüll-Vorrichtung zum Abfüllen · einer Flüssigkeit in einen Behälter, um den Behälter bis zu einem vorbestimmten gewünschten Niveau aufzufüllen, wobei der Behälter durch ein Füllstandsmessmittel in eine erste druckbeaufschlagbare Kammer und eine zweite belüftete Kammer unterteilt ist, und wobei die Einfüll-Vorrichtung ein Gefäß zum Aufnehmen der abzufüllenden Flüssigkeit, Mittel zum Bereitstellen einer vorbestimmten im wesentlichen konstanten Flüssigkeitssäule in dem Gefäß, eine in der Wandung des Gefäßes definierte Auslass-Öffnung, einen in dem Gefäß eng benachbart der Wandung angeordneten Staukörper aufweist, wodurch ein Kapillardurchgang zwischen der Wandung und dem Staukörper gebildet ist, wobei die Auslass-Öffnung direkt mit der druckbeaufschlagbaren Kammer kommuniziert, wobei zumindest die den Kapillardurchgang bildende Oberfläche des Staukörpers hydrophil ist, wobei die Vorrichtung derart relativ zum Behälter anzuordnen ist, dass die Flüssigkeit bei Benutzung unter dem Einfluss der Schwerkraft aus dem Gefäß in den Behälter längs eines Durchflusswegs, der einen hydrophilen Abschnitt besitzt und durch den Kapillardurchgang und die Öffnung definiert ist, in die druckbeaufschlagbare Kammer fließen kann, bis der Flüssigkeitsspiegel im Behälter bis zum gewünschten Pegel innerhalb des unteren Endes der druckbeaufschlagten Kammer angestiegen ist, so dass dort Luft eingeschlossen ist, wodurch ein Druckgleichgewicht längs des Durchflusswegs bewirkt ist, das den Fluss aus dem Gefäß in den Behälter automatisch unterbindet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Füllstandmessmittel durch ein Ausflussrohr gebildet, das oberhalb des Behälterbodens endet und die erste druckbeaufschlagbare Kammer definiert und den Behälter in die erste und zweite Kammer unterteilt, und die Öffnung ist in einer Bodenwandung des Gefäßes ausgebildet, wobei das Auslaufrohr sich von der Öffnung abwärts erstreckt.
In vorteilhafter Weise weist zumindest die den Kapillardurchgang bildende Oberfläche der Stauscheibe aufgrund einer Oberflächenbehandlung hydrophile Eigenschaften auf, was einer verbesserten Benetzbarkeit der Oberfläche dient.
Die Bezeichnung "hydrophil" bedeutet, dass der Kapillardurchgang in der Lage ist, den Durchflussweg innerhalb einer Zeitdauer, die 15 Sekunden nicht überschreitet, auszubilden, wobei der Kapillardurchgang vor der Ausbildung des Durchflusswegs im wesentlichen trocken ist.
Typischerweise sind die verschiedenen Bestandteile der Einfüll-Vorrichtung, insbesondere die Stauscheibe und das Gefäß Spritzgußteile aus Kunststoff, beispielsweise Polypropylen, wobei die resultierenden Oberflächen der Bestandteile glatte Oberflächen sind, die von sich aus hydrophobe Eigenschaften besitzen, wobei die Stauscheibe aufgrund einer die Benetzbarkeit der Oberfläche verbessernden Oberflächenbehandlung hydrophile Eigenschaften aufweist.
Die Oberflächenbehandlung kann einen Verfahrensschritt beinhalten, bei dem zumindest die operativ untere Oberfläche der Stauscheibe mit einer hydrophilen Substanz beschichtet wird, wobei die Beschichtung hinreichend unlöslich ist, um zumindest einem anfänglichen Kontakt mit Kondensat aus dem Behälter zu widerstehen, welches im Falle einer Blei-Säure-Batterie verdünnte Schwefelsäure beinhaltet.
Die hydrophile Substanz umfasst typischerweise Salze von Metallen der zweiten Hauptgruppe, bevorzugterweise ein Kalzium- und/oder ein Magnesiumsalz, beispielsweise Kalziummagnesiumkarbonat, die in verdünnter Schwefel- oder Batteriesäure funktionell unlöslich sind.
In einer noch typischeren Ausgestaltung werden die Salze aus derjenigen Gruppe von Salzen ausgewählt, die Kalziumkarbonat, Kalziumhydroxid und Kalziummagnesiumkarbonat oder Dolomit (CaMg (CO&sub3;)2) umfasst.
Mögliche andere hydrophile Substanzen oder Benetzungsmittel beinhalten Kalziumchlorid, Kalziumhypochlorit und Magnesiumhydroxid, obwohl der Benetzungseffekt dieser Mittel in den meisten Fällen herabgesetzt ist, da sie bezüglich des Benetzungseffekts in verdünnter Schwefel- oder Batteriesäure funktionell neutralisiert sind.
Bei einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Kunststoff, der bei der Spritzguss-Herstellung der Stauscheibe Verwendung findet, mit einer vorbestimmten Menge eines körnigen Füllstoffes vorgemischt, bei dem es sich um einen fein verteilten, in Suspension gehaltenen Füllstoff handeln kann, der auf der betriebsbedingt unteren Oberfläche der Stauscheibe freiliegt.
Zweckmäßigerweise wird die Spritzguss-Stauscheibe anschließend mit einer Säure behandelt, um den auf der betriebsbedingt unteren Oberfläche der Scheibe freiliegenden Füllstoff aufzulösen, wodurch Hohlräume entstehen, die eine benetzbare Oberfläche definieren. Diese Oberfläche kann dann mit einem geeigneten oberflächenaktiven Stoff, beispielsweise einem Reinigungsmittel oder Natriumdisulfat behandelt werden, um den Benetzungsprozess zu unterstützen.
Der Füllstoff ist vorzugsweise ein Salz eines Metalls der zweiten Hauptgruppe. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist das Metallsalz in Chlorwasserstoffsäure löslich und kann in Form von Kalziumagnesiumkarbonat vorliegen.
Die Oberflächenbehandlung lässt sich auch durch Oberflächenoxidation der gespritzten Kunststoffteile erreichen.
Physikalische Behandlungsmethoden zur Oberflächenveränderung wie beispielsweise Flammen- oder Korona-Behandlung können ebenfalls eingesetzt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer Einfüll- Vorrichtung des Standes der Technik im Einsatz auf einer Batteriezelle, wobei der Fluss teilweise durch die Einfüll-Vorrichtung vorgedrungen ist;
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Einfüll-Vorrichtung im Einsatz auf einer Batteriezelle, wobei der Fluss normal in die Zelle einströmt, und
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Einfüll-Vorrichtungen, die auf einer Mehrzellen-Batterie angeordnet und miteinander verbunden sind, um einen Befüllvorgang zu erleichtern.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Batteriezellen-Befüllanordnung 10 der Fig. 1 umfasst eine Einfüll-Vorrichtung 12, die an der höchsten Stelle in einer Batteriezelle 14 angeordnet ist. Die Einfüll-Vorrichtung 12 umfaßt ein Schwimmergefäß 16 mit einem Boden 18, das auf einem Deckel 20 der Batteriezelle 14 angeordnet ist. Ein Auslaufrohr erstreckt sich bis in den Innenraum der Zelle und besitzt eine an seinem unteren Ende angeordnete Öffnung 24, die sich in einem geeigneten Abstand von einer Plattenanordnung 25 befindet, und so die Zelle in eine druckbeaufschlagbare Kammer 26 innerhalb des Auslaufrohres und eine nicht-druckbeaufschlagbare Kammer 27 unterteilt, die sich um das Auslaufrohr herum erstreckt und die zu der Umgebung entlüftet ist.
Die Einfüll-Vorrichtung 12 umfasst weiterhin eine Wasser-Zuführanordnung mit einem Paar von Zuführschläuchen 28, die mit entgegengesetzten Zapfenarmen 29 eines T-förmigen. Rohrstücks 30 verbunden sind, dessen zentrales vertikales Rohr 32 Auffüll-Wasser an das Schwimmergefäß 16 liefert. Eine Schwimmerventil-Anordnung 34 ist innerhalb des Schwimmergefäßes 16 angeordnet, um eine vorbestimmte, im wesentlichen konstante Flüssigkeitssäule im Schwimmergefäß 16 sicherzustellen. Der Schwimmer trägt ein zentrales Stiftventil 36, das mit einem Ventilsitz 32A, der an der unteren Öffnung des zentralen Rohrs 32 ausgebildet ist, in Anlage treten kann.
Ein zentraler Auslass 38 ist im Boden 18 am oberen Ende des Auslaufrohres 22 definiert, und eine plattenförmige Spritzguss-Stauscheibe 40 ist direkt oberhalb des Bodens 18 angeordnet, so dass ein Kapillardurchgang 42 definiert ist, dessen Querschnitt vom äußeren Rand der Stauscheibe 40 zur zentralen Öffnung 38 hin zunimmt. Das Auffüll-Wasser erreicht die Füllschläuche 28 durch eine geeignete druckbeaufschlagte Wasser-Zuführanordnung und fließt durch das zentrale Rohr 32, das Ventil 36 sowie um die Schwimmerventil-Anordnung 34 herum und direkt unterhalb dieser hindurch, wodurch sie innerhalb des Schwimmergefäßes 16 nach oben schwimmt.
Während des normalen Betriebs und wie in Fig. 2 deutlich gezeigt, fließt das Auffüll-Wasser durch den Kapillardurchgang 42 nach innen in die Mündung der Öffnung 38, wo es einen Luftabschluss am oberen Ende des Auslaufrohres 22 aufgrund der Oberflächen-Spannung im Auffüll-Wasser 44 sicherstellt. Das Wasser fließt längs eines fadenförmigen Durchflusswegs 45 in die Batteriezelle 14, der im wesentlichen entlang der zentralen Achse des Auslaufohres 22 und in die Batteriezelle verläuft, um den Elektrolyt-Pegel bis zu einem mit 46 bezeichneten Pegelstand zu heben. Die untere Öffnung 24 des Auslaufrohres wird verschlossen, wenn das Elektrolyt oder Wasser in der Batteriezelle 14 wieder aufgefüllt ist. Der Luftdruck innerhalb des Auslaufohres 22 steigt zunehmend als Funktion der Flüssigkeitssäule "h" bei Annäherung an den Pegelstand 46 des Wassers. Die Zunahme des Luftdrucks schließt den Wasser-Zufluss durch die Öffnung 38 und den Kapillardurchgang 42. Hierdurch steigt wiederum der Wasserspiegel im Schwimmergefäß, wodurch das Ventil auf dem Ventilsitz 32A aufsitzt und den Fluss des Auffüll-Wassers in die Einfüll-Vorrichtung am zentralen Rohr 32 unterbindet, wenn die Schwimmerventil-Anordnung 34 aufsteigt.
Während des Batterie-Ladevorgangs durchströmen verschiedene freigesetzte Gase die Einfüll-Vorrichtung 12 in Lüftungsrohren 52, in denen die flüssige Fraktion des Nebels oder Dampfes ein Kondensat 56 bildet, während die Abgasung über den Weg 54 entweicht. Das Kondensat fließt anschließend über die obere Oberfläche des Schwimmers und abwärts in den Kapillardurchgang 42. Ein Teil des flüssigen Kondensats tropft zurück in die Batteriezelle 14 durch die zentrale Öffnung 38, während der Rest innerhalb der Einfüll-Vorrichtung 12 eingeschlossen ist. Das Kondensat stellt so eine fortschreitende Benetzung der Wände des Kapillardurchgangs sicher, der durch die Unterseite der Stauscheibe 40 und die obere Oberfläche des Bodens 18 des Gefäßes gebildet ist.
Die Einfüll-Vorrichtung der Fig. 1 besteht aus Bauteilen, die im Rahmen eines konventionellen Kunststoff-Spritzgussverfahrens hergestellt wurden, weshalb der Fluss des Auffüll-Wassers 44 bis zu dem in Fig. 1 gezeigten Zustand fortschreiten wird, in dem es gerade die Eingänge des Kapillardurchgangs 42 erreicht. Dies geschieht vor allem, wenn die Einfüll-Vorrichtung 12 gerade erst installiert wurde und trocken ist. Der Grund hierfür ist, dass die gespritzten Plastikoberflächen eher hydrophob oder nicht benetzbar sind, was bedeutet, dass ein nicht-druckbeaufschlagter Fluss durch den Kapillardurchgang 42 normalerweise nicht stattfindet. Die einzige Möglichkeit, unter diesen Umständen einen Fluss zu ermöglichen, ist eine Vergrößerung des Abstands innerhalb des Kapillardurchganges. Dadurch würde die Kapillarität des Durchgangs 42 reduziert oder sogar aufgehoben, was den stetigen Luftabschluss, den der Kapillardurchgang sicherstellt, ernsthaft beeinträchtigen und zu einem möglichen Überfüllen führen würde.
Es hat sich gezeigt, dass dieses Problem gelöst werden kann, indem die Oberflächen-Benetzungseigenschaften des hydrophoben Kunststoffes, aus dem die Stauscheibe hergestellt ist, verändert werden.
Die Oberflächen-Benetzungseigenschaften bestimmter Kunststoffe, beispielsweise ABS-Kunststoffe, lassen sich kurzzeitig durch die Anwendung oberflächenaktiver Substanzen, wie beispielsweise Haushaltsreinigern, verbessern. Die Benetzungseigenschaften solcher Reinigungsmittel sind nicht immer zufriedenstellend, wenn sie bei anderen, auf ökonomischere Weise hergestellten Kunststoffen, wie beispielsweise Polypropylen, angewendet werden, bei denen eine dauerhafte Benetzbarkeit kurzfristig ohne weitere Behandlung besonders schwer erreichbar ist. In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Polypropylen-Kunststoff, aus dem die Stauscheibe 40A gespritzt ist, folgendermaßen angepasst.
Beim Herstellen einer Kunststoff-Vormischung zum Spritzgießen des Stauscheiben-Bauteils wird Kalziummagnesiumkarbonat mit Polypropylen-Kunststoff vermischt, so dass sich eine gleichmäßige Verteilung des in Suspension gehaltenen Kalziummagnesiumkarbonats überall im Bauteil-Körper ergibt, wobei eine geeignete Dichte in der Nähe dessen Oberfläche auftritt. Typischerweise wird "modifizierter Kunststoff" oder "modifiziertes Polypropylen", d. h. Polypropylen mit 40% Kalziumkarbonat-Füllung, das vom Anbieter gekauft wird, mit reinem Polypropylen im notwendigen Verhältnis gemischt, um beispielsweise 8% an Kalziumkarbonat bezogen auf die Masse zu erhalten. Der modifizierte Kunststoff wird in einem komplizierten Extrusionsverfahren formuliert, sobald jedoch eine Suspension in Kunststoff erfolgt ist, kann weitere Verdünnung durch die Formmaschine erfolgen, indem einfach die erforderliche Menge reinen Polypropylens beigemischt wird.
Die Teilchen an der oberflächlichen Berührungsfläche werden wahlweise durch angemessen langes Eintauchen des Spritzgussteils in Chlorwasserstoffsäure aufgelöst. Alternativ können die Teilchen auf natürliche Weise dadurch aufgelöst werden, dass sie andauerndem Kontakt mit einem sauren Elektrolyt ausgesetzt werden, nachdem der Einbau erfolgt ist und nachdem die Verwendung auf einem Behälter wie beispielsweise einer Batterie bereits begonnen hat. Das Auflösen der oberflächigen Kalziumkarbonatteilchen sorgt für die Bildung einer entsprechenden Anzahl kleiner Hohlräume, wodurch die Oberfläche benetzbar wird und die Kapillarität zunimmt. Die Oberfläche sollte nicht trocknen, da es schwierig wäre, die Benetzungs-Eigenschaften durch bloßen Wasserzusatz wiederherzustellen. Aus diesem Grund wird eine kleine Menge eines Reinigungsmittels und Natriumdisulfats auf die Oberfläche aufgebracht, bevor sie trocknen darf.
Andere Verfahren zum Gewährleisten von Kapillarität beinhalten eine Behandlung mit oberflächenaktiven Substanzen wie beispielsweise Kalziumchlorid, Kalziumhypochlorit und Magnesiumhydroxid. Der Benetzungs-Effekt ist in den meisten Fällen ernsthaft reduziert, sobald das Bauteil in Kontakt mit verdünnter Schwefelsäure gebracht wird, die typischerweise im Kondensat vorhanden ist, oder wenn die Oberfläche mit Natriumdisulfat behandelt wird.
Eine verbesserte Behandlungsmethode sieht vor, das durch Spritzgießen hergestellte Stauscheiben-Bauteil aus Polypropylen in eine Aufschlämmung aus fein verteiltem Kalziummagnesiumkarbonat einzutauchen und das Bauteil in der Aufschlämmung 10 Minuten lang zu kochen. Das Bauteil wird so mit einer dünnen Schicht aus Kalzium- und/oder Magnesiumsalz überzogen, die sich mit der Polypropylen-Oberfläche verbindet. Obwohl der Überzug nicht fest genug ist, um einer starken Beanspruchung zu widerstehen, stellt er ein effizientes Benetzungsmittel dar und verbessert die Kapillarität, wenn er auf die Stauscheibe 40A und den Boden des Ventilgefäßes 16 aufgebracht wird. Der Überzug bleibt in der Regel wirksam, wenn er in Kontakt mit verdünnter Schwefelsäure und Natriumdisulfat der typischerweise anzutreffenden Art gebracht wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 besteht die Einfüll-Vorrichtung 12A aus Bauteilen, die direkt aus einem Spritzguss- Verfahren stammen, mit Ausnahme der Stauscheibe 40A, die vor dem Zusammenbau in einer Aufschlämmung aus Kalziummagnesiumkarbonat gekocht wurde. Die Stauscheibe enthält wahlweise zwischen 0 und 40% Kalziummagnesiumkarbonat. Bei einer ersten Inbetriebnahme unter Umständen, in denen ein Vorbenetzen des Kapillardurchgangs nicht erfolgt ist, erfolgt der Fluss des Auffüll-Wassers 44 bis in den Kapillardurchgang 42, auch wenn es sich dabei um einen engen Durchgang handelt, praktisch augenblicklich oder mit einer minimalen Verzögerung und wird anschließend durch die Öffnung 38 in die Zelle 14 innerhalb einer Zeitdauer fortschreiten, die 15 Sekunden nicht überschreitet. Der Luftabschluss, der durch die Stauscheibe 40A gewährleistet ist, ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel exzellent, obgleich nur die Scheibe 40A benetzbar ist, während die Oberfläche des Bodens 18 des Gefäßes 16 nur teilweise benetzbar oder sogar unbenetzbar sein kann.
Bei dauerhafter Installierung auf der Batteriezelle 14 dringt in regelmäßigen Abständen Elektrolyt-Dampf oder -Nebel in die Einfüll-Vorrichtung 12A ein und bildet ein Kondensat 56, wie vorstehend dargelegt wurde. Ein Teil des Kondensats 56 wird durch den Kapillardurchgang 42 in die Zelle 14 zurückgeführt, während ein kleiner Teil auf der Oberfläche der Stauscheibe 40A zurückbleibt, was zum Teil auf das Vorhandensein von Kalzium- und/oder Magnesiumsalzen zurückzuführen ist, die auf der Kunststoff-Oberfläche der Stauscheibe 40A haften. Dies führt im Laufe einer ausgedehnten Zeitperiode (Wochen bis Monate) zu einem korrosiven Eindringen des Kondensats in die äußere Oberfläche der Stauscheibe 40A, wodurch die Benetzbarkeit derselben auf natürliche Weise verbessert wird.
In der Regel trägt das Kondensat 56 zum Erhalt der Benetzbarkeit der Oberfläche der Stauscheibe 40 bei, nachdem es begonnen hat, die Oberfläche zu benetzen, selbst wenn die Füllung und der Überzug, die bzw. der durch die Behandlung erzeugt wurde, aufgebraucht oder zerstört wurde.
Die Benetzung kann wahlweise mittels einer Oberflächenoxidation der verschiedenen Kunststoff-Bauteile verbessert werden, indem kurzzeitig eine geeignet angepasste Flamme angewandt wird, oder im Zuge einer Behandlung mit Korona-Entladungen oder durch eine Vielzahl weiterer Verfahren, die die natürlichen hydrophoben Eigenschaften der genannten Spritzguss-Kunststoffe zerstören, und sie in hydrophile Eigenschaften umkehren.
Im Falle einer Verwendung als Batteriefüller sollte berücksichtigt werden, dass derartige Verfahren Substanzen auf die Oberflächen der Plastik-Bauteile aufbringen können, die einem ordnungsgemäßen Betrieb der Batteriezellen entgegenwirken und die deshalb vermieden werden müssen. Die Verwendung beispielsweise von Kalzium-/Magnesium-Karbonat, Natriumdisulfat und Reinigungsmitteln ist in den geringen verwendeten Mengen nicht unvereinbar mit dem ordnungsgemäßen Betrieb von Blei-Säure-Batterien. Andererseits ist die Verwendung von Chloriden, selbst in kleinen Mengen, im Zuge eines ordnungsgemäßen Betriebs von Blei-Säure-Batterien nicht geeignet.
Fig. 3 zeigt ein Einzelpunkt-Batteriefüllsystem 60, das auf einer Zwölf-Zellen-Batterie 62 installiert ist, bei dem die Einfüll-Vorrichtungen 84 mit der Einfüll-Vorrichtung 12 der Fig. 1 und 12A der Fig. 2 übereinstimmen. Das Füllsystem 60 ist so angeschlossen dargestellt, um einen Füllvorgang zu erleichtern, und beinhaltet einen Wasserbehälter 64, der oberhalb der Zwölf-Zellen-Batterie 62 angeordnet ist, um wenigstens einem Teil der Wassermenge 66 zu ermöglichen, aufgrund der Schwerkraft zu den Einfüll-Vorrichtungen 84 zu fließen. Obwohl das schwerkraftbedingte Fließen eine bevorzugte Methode für das Zuführen des Auffüll- Wassers zu den Einfüll-Vorrichtungen 84 ist, kann jede Form der Druckbeaufschlagung des Wassers genutzt werden, die ausreicht, um einen Fluss in die Einfüll-Vorrichtungen 84 sicherzustellen.
Der Wasserbehälter 64 besitzt einen Auslass-Schlauch 70, der mit einem Steuerventil 72 verbunden ist, welches mittels eines weiteren Schlauchstücks 74 mit einem abtrennbaren Kupplungsteil verbunden ist, das einen oberen Bereich 76 und einen unteren Bereich 78 aufweist. Der obere Bereich 76 und der untere Bereich 78 können durch eine anwesende Bedienperson bei Bedarf getrennt und wieder verbunden werden.
Der untere Bereich 78 der trennbaren Kupplung ist mittels eines weiteren Schlauchstücks 80 mit einem T-Stück 82 verbunden. Das T-Stück 82 ist mit zwei gleichartigen Reihen aus jeweils sechs Einfüll-Vorrichtungen 84 verbunden, die untereinander mit fünf Stummelschläuchen 90 verbunden sind, wobei die Reihen mittels eines Stopfens 92 abgeschlossen sind.
Der Füllvorgang wird durch Verbinden des oberen Bereichs 76 mit dem unteren Bereich 78 der trennbaren Kupplung und durch Öffnen des Steuerventils 72 eingeleitet. Für den Fall, dass eine ausreichende Wassermenge 66 im Behälter 64 enthalten ist, wird Wasser aus dem Behälter 64 zu den Einfüll-Vorrichtungen 84 und in die Zellen 94 der Batterie 62 fließen und so das Wasser ersetzen, das aus dem in den Zellen enthaltenen Elektrolyt während des normalen Betriebs der Batterie 62 verloren gegangen ist.
Die Wassermenge 66 in Reservoir 64 wird durch Zuführen einer ausreichenden Menge Wasser zum Behälter durch eine Zugangsöffnung 68 aufrechterhalten. Wasser kann dem Behälter 64 in Intervallen oder regelmäßig aus einer geeigneten Versorgungseinrichtung zugeführt werden.
Der Befüllvorgang wird durch Schließen des Steuerventils 72 beendet. Die trennbare Kupplung kann augenblicklich oder nach einer geeigneten Zeitdauer, die durch die anwesende Bedienperson festgelegt wird, geöffnet werden, indem der obere Bereich 76 vom unteren Bereich 78 getrennt wird. Ein kontinuierlicher Wasserzufluss zum Behälter 64 wird typischerweise unterbrochen, sobald die Wassermenge 66 im Behälter 64 eine gewisse vorbestimmte Menge überschreitet, nachdem der Ausfluss gestoppt wurde.
Die trennbare Kupplung mit oberem Bereich 76 und unterem Bereich 78 kann von einem Typ sein, der die zugehörigen Durchflusswege bei Trennung automatisch verschließt und beim Verbinden automatisch öffnet, was einer Minimierung oder sogar Vermeidung von Wasserverschwendung zuträglich ist.
Nach dem Einleiten des Befüllvorgangs läuft ein Teil der Wassermenge 66 entlang der durch die Schläuche definierten Durchflusswege in Richtung der Pfeile 96, wobei der gesamte Durchflussweg von dem Auslassschlauch 70 des Reservoirs bis zu den Stopfen 92 mit Wasser gefüllt wird. Die Schläuche 86, 88 und 90 und die Stopfen 92 entsprechen den Zuführschläuchen 28, die in Fig. 1 definiert wurden, und so beginnt das Auffüll-Wasser zu den zugehörigen Schwimmergefäßen 16 der entsprechenden zugehörigen Einfüll-Vorrichtungen 12 zu fließen.
Die Zwölf-Batteriezellen 94 entsprechen zwölf Behältern, die jeweils dem Behälter 14 der Fig. 1 äquivalent sind, so dass Auffüll-Wasser zum Einfließen in die Zwölf-Batteriezellen 94 zur Verfügung steht.
Wenn die Einfüll-Vorrichtungen 84 aus Bauteilen zusammengesetzt sind, die in einem konventionellen Kunststoff-Spritzgussverfahren hergestellt wurden, können sich beim Fließen des Auffüll-Wassers in die Batteriezellen 94 gewisse Zeitverzögerungen aufgrund der hydrophoben Beschaffenheit des Kapillardurchgangs 42 ergeben, wie in Fig. 1 dargestellt. Sollten die Einführ-Vorrichtungen 84 jedoch aus Bauteilen zusammengesetzt sein, zu denen eine Stauscheibe 40A gehört, die auf geeignete Weise mit einer hydrophilen Oberfläche versehen wurde, so erfolgt der Fluss des Auffüll-Wassers fast ohne Verzögerung.
Eine Verzögerung, wie sie bei Benutzung unbehandelter Bauteile auftreten kann, wird in keiner Weise den Gebrauchswert des Füllsystems bei normaler Anwendung herabsetzen, jedoch kann sie sich beim Versuch, die Füllzeit durch ein früheres Beenden des Füllvorgangs zu reduzieren, beispielsweise in einer Situation als hinderlich erweisen, in der die Bedienperson nur eine begrenzte Zeit zur Verfügung hat, um eine Reihe von Füllsystemen einer Mehrsystem-Anordnung zu beaufsichtigen.
Es wird immer ein variables Maß an hydrophil-hydrophoben Wechselwirkungen innerhalb einer Menge von Beispielen typischer Einfüll-Vorrichtungen geben. Es ist deshalb unwahrscheinlich, dass zwei oder mehr Vorrichtungen bei einer gegebenen Batterie identische Charakteristika aufweisen werden. Es ist deshalb selbstverständlich, dass jeder Versuch, die Fülldauer allein durch früheres Unterbrechen der Wasserzufuhr zu reduzieren, zu unterschiedlichen Füllmengen der einzelnen Batteriezellen 94 der Batterie 62 führen wird.
Diese Variation der hydrophil-hydrophoben Wechselwirkung ist fast vollständig ausgeschaltet, wenn alle zwölf Einfüll-Vorrichtungen 84 aus Bauteilen zusammengesetzt sind, zu denen eine Stauscheibe 40A gehört, die auf geeignete Weise zur Schaffung einer hydrophilen Oberfläche behandelt wurde.
Der Schutzbereich der Erfindung umfasst die Verwendung von Einfüll-Vorrichtungen mit einer Mehrzahl von Füllstands- Messrohren oder anderen Füllstands-Messanordnungen, die die Zelle in druckbeaufschlagbare und nicht-druckbeaufschlagbare Kammern teilen.

Claims

1. Einfüll-Vorrichtung (12A) zum Abfüllen einer Flüssigkeit in einen Behälter (14), um den Behälter (14) bis zu einem vorbestimmten gewünschten Niveau (46) aufzufüllen, wobei die Einfüll-Vorrichtung (12A) Füllstandsmessmittel (22) zum Unterteilen des Behälters (14) in eine erste druckbeaufschlagbare Kammer (26) und eine zweite belüftete Kammer (27), ein Gefäß (16) zum Aufnehmen der abzufüllenden Flüssigkeit, Mittel (34) zum Bereitstellen einer vorbestimmten im wesentlichen konstanten Flüssigkeitssäule in dem Gefäß (16), eine in der Wandung (18) des Gefäßes (16) ausgebildete Auslass-Öffnung (38) und einen in dem Gefäß (16) vorgesehenen Staukörper (40A) aufweist, der hinreichend eng benachbart der Wandung (18) angeordnet ist, so dass ein Kapillardurchgang (42) zwischen der Wandung (18) und dem Staukörper (40A) gebildet ist, wobei die Auslass- Öffnung (38) derart ausgebildet ist, dass sie direkt mit der druckbeaufschlagbaren Kammer (26) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Oberfläche des Staukörpers (40A), die den Kapillardurchgang (42) bildet, hydrophil ist, wobei die Vorrichtung (12A) derart relativ zu dem Behälter (14) anzuordnen ist, dass die Flüssigkeit bei Gebrauch die unter dem Einfluss der Schwerkraft von dem Gefäß (16) in den Behälter (14) längs eines Durchflusswegs (45), der durch den Kapillardurchgang (42) und die Öffnung (38) definiert ist und einen hydrophilen Abschnitt aufweist, in die druckbeaufschlagbare Kammer (26) fließen kann, bis der Flüssigkeitsspiegel im Behälter (14) bis zu dem gewünschten Pegel (46) innerhalb des unteren Endes der druckbeaufschlagbaren Kammer (26) gestiegen ist, um in dieser Luft einzuschließen, so dass entlang des Durchflusswegs (45) ein Druckgleichgewicht entsteht, durch das ein automatisches Unterbrechen des Flusses aus dem Gefäß (16) in den Behälter (14) bewirkt ist.

2. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstandsmessmittel (22) ein Auslaufrohr umfasst, das oberhalb des Bodens des Behälters (14) endet, durch das die erste druckbeaufschlagbare Kammer (26) definiert ist und das den Behälter (14) in die erste und zweite Kammer unterteilt, und dass die Öffnung (38) in einer Bodenwandung (18) des Gefäßes (16) gebildet ist, wobei das Auslaufrohr sich von der Öffnung (38) nach unten erstreckt.

3. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die den Kapillardurchgang definierende Oberfläche des Staukörpers (40A) aufgrund einer Oberflächenbehandlung hydrophil ist, was einer Erhöhung der Benetzbarkeit dieser Oberfläche dient.

4. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung den Schritt des Beschichtens zumindest der den Kapillardurchgang definierenden Oberfläche des Staukörpers (40A) mit einer hydrophilen Substanz beinhaltet, wobei die Beschichtung hinreichend unlöslich ist, um zumindest einem anfänglichen Kontakt mit einem korrosiven Kondensat aus dem Behälter (14) zu widerstehen.

5. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hydrophile Substanz ein Salz eines Metalls der zweiten Hauptgruppe ist.

6. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz der zweiten Hauptgruppe aus einer Gruppe ausgewählt ist, die ein Kalzium- und/oder ein Magnesiumsalz enthält.

7. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalzium- und/oder Magnesiumsalze aus der Gruppe ausgewählt sind, die Kalziumkarbonat, Kalziumhydroxid und Kalziummagnesiumkarbonat oder Dolomit (CaMg (CO&sub3;) 2) beinhaltet.

8. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Staukörper (40A) als Stauscheibe aus Kunststoff ausgebildet ist, der mit einer vorbestimmten Menge eines körnigen Füllstoffs vorgemischt ist.

9. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der körnige Füllstoff ein Salz eines Metalls der zweiten Hauptgruppe ist.

10. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauscheibe anschließend mit einer Säure behandelt ist, so dass der freiliegende Füllstoff zumindest auf einer den Kapillardurchgang definierenden Oberfläche der Scheibe auflösbar ist, wodurch Hohlräume definierbar sind, die eine benetzbare Oberfläche darstellen.

11. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche dann mit einem geeigneten oberflächenaktiven Stoff behandelt ist, was dem Benetzungsvorgang förderlich ist.

12. Einfüll-Vorrichtung (12A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Staukörper (40A) eine durch Spritzgießen aus Kunststoff gebildete Stauscheibe ist und dass die den Kapillardurchgang definierende Oberfläche durch Oberflächenoxidation, Flammen- oder Korona-Behandlung hydrophil ausbildet ist.