DE9101356U1

DE9101356U1 - Verschlußstopfen für eine Batterie, insbesondere eine Mehrzellen-Batterie

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Description

Peter Moll 91-2910 Z/rie

Angerstraße 50 6. Februar 1991

8623 Staffelstein

Verschlußstopfen für eine Batterie, insbesondere eine Mehrzellen-Batterie

Die Neuerung betrifft einen Verschlußstopfen für eine Batterie, insbesondere eine Mehrzellen-Batterie, mit einem Außengewinde, das mit einem Innengewinde an dem Batteriegehäuse oder an einer Batteriehaube verschraubbar ist, und mit einem im Durchmesser größeren Bund, dessen dem Außengewinde zugewandte Unterseite mit einer an dem Batteriegehäuse bzw. an der Batteriehaube vorgesehenen Anschlagfläche in Anlage bringbar ist.

Derartige Verschlußstopfen sind in der Praxis allgemein bekannt. Bei der Verschraubung des Verschlußstopfens, die aus einem am Verschlußstopfen angebrachten Außengewinde und einem entsprechenden Innengewinde am Batteriegehäuse oder an einer Batteriehaube besteht, kann es sich um eine Konusverschraubung ohne dichtende Mittel handeln.

In der Praxis ist bei vielen Anwendungsfällen eine Abdichtung, insbesondere eine gasdichte Abdichtung, wünschenswert bzw. erforderlich. Von besonderer Bedeutung ist dies bei explosionsgeschützten Batterien. Wenn eine konusförmige Verschraubung des Verschlußstopfens exakt gefertigt wird, ist vielfach bereits eine hinreichende Abdichtung möglich. Aufgrund von Fertigungstoleranzen gelingt die Abdichtung jedoch ohne zusätzliche abdichtende Mittel nicht immer ausreichend.

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Auch bei besonders hohen Anforderungen an die Dichtigkeit genügt eine Abdichtung durch eine konusförmige Verschraubung allein in manchen Fällen noch nicht.

Zur Verbesserung der Dichtigkeit sind bereits viele Vorschläge gemacht worden. Nach einem ersten Vorschlag wird ein O-Ring zwischen die Unterseite des Bundes des Verschlußstopfens und eine entsprechende Gegenfläche an der Batteriehaube gelegt. Es handelt sich um einen O-Ring mit rundem, speziell kreisrundem Querschnitt. Hier entsteht allerdings die Schwierigkeit, daß der Ring beim Eindrehen des Verschlußstopfens verrutschen kann. Ein weiteres Problem besteht darin, daß das Material des O-Rings im Lauf der Zeit schwinden kann, so daß die dadurch hervorgerufenen Schrumpfungen zu Undichtigkeiten führen. Weiterhin kann das Material des 0-Rings, der im allgemeinen aus Gummi gefertigt ist, bei hohen Temperaturen weich werden, was ebenfalls zu Undichtigkeiten führt. Insbesondere dann, wenn die Batterie unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs eingebaut wird, können die Temperaturen 100° C und mehr erreichen. Auch bezüglich der Alterungsbeständigkeit gibt es Probleme; in Kraftfahrzeuge eingebaute Batterien können eine Lebensdauer von 4 bis 5 Jahren oder mehr haben.

Nach einem weiteren vorbekannten Vorschlag wurde ein O-Ring in eine ringförmige, an der zylindrischen Außenfläche des Bundes des Verschlußstopfens vorgesehenen Nut eingelegt. Der O-Ring lag im verschraubten Zustand des Verschlußstopfens an einer entsprechenden zylinderförmigen Innenfläche in der Batteriehaube an. Auch diese Lösung mit einem im Bund versenkt eingelassenen O-Ring ließ allerdings zu wünschen übrig. Die Fertigungskosten sind relativ hoch, da für eine Batterie beispielsweise sechs Verschlußstopfen eingedreht werden müssen und da bei allen Verschlußstopfen auf einem extra dafür hergestellten Automaten ein O-Ring untergebracht bzw. eingelegt werden muß. Darüber hinaus entstehen die bereits

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oben geschilderten, bei der Verwendung eines 0-Rings generell auftretenden Probleme hinsichtlich Temperatur- und Alterungsbeständigkeit. Hinzu kommen die Material- und Montagekosten für die O-Ringe.

Nach einer weiteren vorbekannten Lösung wurde ein O-Ring in eine Nut eingelegt, die unmittelbar unter dem Bund des Verschlußstopfens vorgesehen war. Auch hier ergeben sich allerdings die bereits geschilderten Nachteile.

Hinzu kommt ein weiterer Nachteil, der allen vorbekannten Lösungen gemeinsam ist: Wenn bei der Verschraubung aufgrund von Fertigungstoleranzen die axiale Richtung nicht genau eingehalten wird, was auch durch ein Spiel des Gewindes leicht möglich ist, wird der O-Ring nicht allseits dichtend zur Anlage gebracht. Die Dichtwirkung fehlt dann von Anfang an, oder sie vermindert sich im Lauf der Zeit wegen der mangelnden Säurebeständigkeit (Schwefelsäurebeständigkeit) und/oder der mangelnden Alterungsbeständigkeit des O-Ring-Materials.

Aufgabe der Neuerung ist es daher, einen wirksam dichtenden Verschlußstopfen der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen.

Gemäß der Neuerung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, also dadurch, daß die Unterseite des Bundes eine äußere, ringförmige, in Richtung radial nach außen nach unten verlaufende Schrägfläche aufweist, die mit einer entsprechenden äußeren Anschlagfläche derart in Anlage bringbar ist, daß die äußere Schrägfläche radial nach außen verspannbar ist. Hierdurch wird ein gasdichter Verschlußstopfen geschaffen, der ohne zusätzliche, gesonderte Dichtmittel, also insbesondere ohne einen O-Ring, auskommt. Der Verschlußstopfen kann einfach hergestellt werden. Insbesondere können relativ große Fertigungstoleranzen für die Verschraubung zugelassen werden, da die äußere

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Schrägfläche selbstzentrierend wirkt. Beim Einschrauben sitzt die äußere Schrägfläche zunächst leicht an der zugehörigen äußeren Anschlagfläche auf. Durch das weitere Eindrehen der Verschraubung wird dann eine vollständige Dichtung erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Unterseite des Bundes kann innerhalb der äußeren Schrägfläche eine innere, ringförmige, in Richtung radial nach innen nach unten verlaufende Schrägfläche aufweisen, die mit einer entsprechenden inneren Anschlagfläche in dichtende Anlage bringbar ist. Diese innere Schrägfläche wirkt zusammen mit der zugehörigen inneren Anschlagfläche als zusätzliche oder aber auch als eigentliche Dichtung. Auch hier sitzt die äußere Schrägfläche beim Einschrauben zunächst nur leicht auf der zugehörigen äußeren Anschlagfläche auf. Beim weiteren Eindrehen der Verschraubung wird die innere Schrägfläche auf die zugehörige innere Anschlagfläche zubewegt. Erst durch das vollständige Zudrehen der Verschraubung wird die innere Schrägfläche (Konusfläche) unter Bildung einer sehr guten Dichtung zum Aufsitzen auf die zugehörige Anschlagfläche gebracht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung beträgt der Winkel der äußeren und/oder der inneren Schrägfläche 45°. Dies ist unter Fertigungsgesichtspunkten vorteilhaft und hat sich auch unter dem Gesichtspunkt der Dichtigkeit besonders bewährt.

An der inneren Schrägfläche und/oder an der inneren Anschlagfläche kann eine ringförmige Rille vorgesehen sein. Vorzugsweise handelt es sich um eine "zarte" Rille, also um eine in ihren Ausmaßen verhältnismäßig kleine Rille, die die Dichtung in der Art einer Dichtlippe verstärkt oder bewirkt.

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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die innere und die äußere Schrägfläche unter Bildung eines ringförmigen V-Profils unmittelbar aneinander anschließen. Die äußere und innere Schrägfläche können mit den entsprechenden äußeren und inneren Anschlagflächen, die unter Bildung einer ringförmigen Spitze unmittelbar aneinander anschließen, in Anlage bringbar sein. Hierdurch wird eine Zweiflächendichtung in sogenannter UV-Form geschaffen. Es sind dann zwei Konusflächen (Schrägflächen) vorhanden.

Vorzugsweise ist der Durchmesser der ringförmigen Spitze größer als der Durchmesser des Nutgrundes des V-förmigen Profils. Durch diesen Durchmesserunterschied wird eine zuverlässige Verspannung der äußeren Schrägfläche nach außen bewirkt und damit eine zuverlässige Dichtung.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Bundes außerhalb der äußeren Schrägfläche eine äußerste, ringförmige, in Richtung radial nach außen nach oben verlaufende Schrägfläche aufweist, die mit einer entsprechenden äußersten Anschlagfläche in Anlage bringbar ist. Durch diese äußerste Schrägfläche kann im Zusammenwirken mit der zugehörigen äußersten Anschlagfläche ein definierter Anschlag für das Einschrauben bewirkt werden.

Die Neuerung betrifft weiterhin eine Batterie, insbesondere eine Mehrzellenbatterie, mit einem neuerungsgemäßen Verschlußstopfen .

Ein weiterer Vorteil der Neuerung liegt darin, daß das Spiel zwischen dem Bund (Verschraubungsteller) des Verschlußstopfens und der Lochöffnung in der Batteriehaube sehr klein gestaltet werden kann. Üblicherweise ist der Bund des Verschlußstopfens in einer entsprechenden Öffnung im Batteriegehäuse bzw. in der Batteriehaube versenkt. Damit der Verschlußstopfen einwandfrei und vollständig eingeschraubt

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werden kann, muß zwischen der äußeren Zylinderfläche des Verschlußstopfens und der zugehörigen inneren Zylinderfläche der Ansenkung in der Batteriehaube ein Abstand (Spiel) vorhanden sein. Wenn die zuverlässige zentrische Einschraubung aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht gewährleistet werden kann, muß ein verhältnismäßig großer Abstand bzw· ein verhältnismäßig großes Spiel vorgesehen werden, um ein zuverlässiges Einschrauben gewährleisten zu können. Da nach der Neuerung der Verschlußstopfen zuverlässig und genau zentriert wird, kann dieses Spiel verkleinert werden. Dies vermindert die Verschmutzungsgefahr in dem zylinderringförmigen Raum zwischen der äußeren ZyIInderfläche des Bundes des Verschluß-Stopfens und der zugehörigen inneren Zylinderfläche in der Ansenkung der Batteriehaube.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird nachfolgend in den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 einen neuerungsgemäßen Verschlußstopfen im noch nicht eingeschraubten Zustand in einem Längsschnitt,

Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten neuerungsgemäßen

Verschlußstopfen im eingeschraubten Zustand, ebenfalls in einer Schnittdarstellung,

Fig. 3 den Verschlußstopfen gemäß Fig. 2 in einer Ansicht von oben,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine sechszellige sogenannte Kamina-Batterie,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen vorbekannten Verschlußstopfen mit O-Ring,

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Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen weiteren vorbekannten Verschlußstopfen mit einem an der Außenseite des Bundes eingelegten O-Ring und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen vorbekannten

Verschlußstopfen mit einem unter dem Bund eingelassenen O-Ring.

In der Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch den oberen Teil einer sogenannten Kamina-Batterie dargestellt. Innerhalb des Gehäuses 1 befinden sich nebeneinander insgesamt sechs Zellen 11. Das Gehäuse 1 wird oben durch die Batteriehaube 2 abgeschlossen, in der sich ein Längskanal 7 befindet, an dessen Enden Anschlüsse 9, 9¹' vorgesehen sind. Zu jeder Zelle 11 gehört ein Verschlußstopfen 5 mit einem Gewinde 3 und einem Bund 4. Zwischen dem Gewinde 3 und dem Bund 4 befindet sich ein im Durchmesser kleinerer Teil 6. Die beiden äußeren Zellen 11 sind über Durchbrüche 8 mit dem Längskanal 7 verbunden .

Die Fig. 5 zeigt eine erste vorbekannte Lösung mit einem Verschlußstopfen 5, der ein konusförmiges Außengewinde 3 besitzt sowie einen im Durchmesser größeren Bund 4, an dessen ebener, kreisringförmiger Unterseite ein O-Ring 12 anliegt. Im durchmesserkleineren Bereich 6 des Verschlußstopfens 5, also zwischen dem Gewinde 3 und dem Bund 4, sind Bohrungen vorgesehen, die eine durchgehende Verbindung von der Zelle zum Längskanal 7 bewirken. Innerhalb des Stopfens, und zwar sowohl im Bereich des Außengewindes 3 als auch im durchmesserkleineren Bereich 6, befindet sich ein Hohlraum 14.

Bei der in der Fig. 6 dargestellten, vorbekannten Lösung ist ein O-Ring 15 in eine ringförmige Nut 16 eingelegt, die sich in der zylindrischen Außenfläche des Bundes 4 befindet. Die durchgehende Verbindung des Längskanals 7 wird durch den Ringraum 17 hervorgerufen, der den durchmesserkleineren Bereich

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des Verschlußstopfens 5 umgibt. Durch die Bohrung 13 im durchmesserkleineren Bereich 6 des Verschlußstopfens 5 und durch eine daran anschließende Längsbohrung 18 innerhalb des Verschlußstopfens 5 wird die Verbindung zur Zelle 11 hergestellt.

Bei dem vorbekannten Verschlußstopfen gemäß Fig. 7 befindet sich der O-Ring 19 unterhalb des Bundes 4 in einer ringförmigen Nut, die zwischen dem Bund 4 und dem durchmesserkleineren Bereich 6 liegt.

In der Fig. 1 ist der neuerungsgemäße Verschlußstopfen 5 im nicht-eingeschraubten Zustand in einer Längsschnittdarstellung gezeigt. Er besteht aus einem Außengewinde 3, einem Bund 4 und einem im Durchmesser kleineren, dazwischen liegenden Bereich 6. Oberhalb der Zelle 11 ist in einem nach unten weisenden Ansatz 21 der Batteriehaube 2 ein Innengewinde 22 vorgesehen, das als Vollgewinde oder als Bajonettverschluß ausgebildet sein kann. Der Außendurchmesser des Bundes 4 ist größer als der Außendurchmesser des Außengewindes 3. Die dem Außengewinde 3 zugewandte Unterseite des Bundes 4 ist mit einer an der Batteriehaube 2 vorgesehenen Anschlagfläche in Anlage bringbar. Die Unterseite des Bundes 4 besitzt eine äußere, ringförmige, in Richtung radial nach außen nach unten verlaufende Schrägfläche 23, die mit einer entsprechenden äußeren Anschlagfläche 24 in Anlage bringbar ist, und zwar derart, daß die äußere Schrägfläche 23 radial nach außen verspannt wird. Weiterhin besitzt die Unterseite des Bundes eine innerhalb der äußeren Schrägfläche 23 gelegene, innere, ringförmige, in Richtung radial nach innen nach unten verlaufende Schrägfläche 25, die mit einer entsprechenden inneren Anschlagfläche 26 an der Batteriehaube in dichtende Anlage bringbar ist. Der Winkel der äußeren und der inneren Schrägfläche 23, 25 beträgt jeweils 45". An der inneren Schrägfläche 25 ist eine ringförmige Rille 27 vorgesehen, die von der inneren Schrägfläche 25 nach außen vorsteht. Es han-

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delt sich um eine verhältnismäßig zarte Rille, also um eine Rille mit verhältnismäßig kleinen Ausmaßen. Die Rille kann wie dargestellt - im Querschnitt etwa dreieckförmig sein. Es ist aber auch möglich, die Rille im Querschnitt rund, insbesondere kreisrund, auszugestalten.

Die innere Schrägfläche 25 und die äußere Schrägfläche 23 schließen unter Bildung eines ringförmigen V-Profils unmittelbar aneinander an. In entsprechender Weise schließen die äußere Anschlagfläche 24 und die innere Anschlagfläche 26 unter Bildung einer ringförmigen Spitze 28 unmittelbar aneinander an. Der Durchmesser der ringförmigen Spitze 28 ist geringfügig größer als der Durchmesser des Nutgrundes 29 des V-förmigen Profils. Hierdurch wird eine zuverlässige Verspannung der äußeren Schrägfläche 23 in Richtung radial nach außen bewirkt.

Die Unterseite des Bundes 4 besitzt außerhalb der äußeren Schrägfläche 23 eine äußerste, ringförmige, in Richtung radial nach außen nach oben verlaufende Schrägfläche 30, die mit einer entsprechenden äußersten Anschlagfläche 31 an der Batteriehaube 2 in Anlage bringbar ist.

Die Fig. 2 zeigt den in der Fig. 1 dargestellten Verschlußstopfen im verschraubten Zustand. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß sie nicht erneut beschrieben werden müssen. In der Oberseite des Bundes 4 befindet sich der kreuzförmige Schlitz 31, in den ein Werkzeug eingreifen kann, um den Verschlußstopfen 5 zu verschrauben. Die äußere Schrägfläche 25 liegt dichtend an der äußeren Anschlagfläche 24 an. Die innere Schrägfläche 25 liegt mit ihrer nach außen vorstehenden Rille 27 dichtend an der inneren Anschlagfläche 26 an. Die äußere Schrägfläche 23 ist durch die Anlage an die äußere Anschlagfläche 24 radial nach außen verspannt. Der Verschlußstopfen 5 zentriert sich beim vollständigen Einschrauben durch das Zusammenwirken der

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äußeren Schrägfläche 23 mit der äußeren Anschlagfläche 24 von selbst.

Zwischen der äußeren Zylinderfläche 32 des Bundes 4 und der inneren Zylinderfläche 33 der Batteriehaube 2 befindet sich der zylinderringförmige Hohlraum 34. Dieser kann sehr klein gehalten werden, da sich der Verschlußstopfen - wie beschrieben - exakt selbst zentriert.

Claims

Peter Moll 91-2910 Z/rie Angerstraße 506> Februar 1991 Staffelstein SCHUTZANSPRÜCHE

1. Verschlußstopfen für eine Batterie, insbesondere eine Mehrzellen-Batterie,

mit einem Außengewinde (3), das mit einem Innengewinde (22) an dem Batteriegehäuse (1) oder an einer Batteriehaube (2) verschraubbar ist,

und mit einem im Durchmesser größeren Bund (4), dessen dem Außengewinde (3) zugewandte Unterseite mit einer an dem Batteriegehäuse bzw. an der Batteriehaube (2) vorgesehenen Anschlagfläche in Anlage bringbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Unterseite des Bundes (4) eine äußere, ringförmige, in Richtung radial nach außen nach unten verlaufende Schrägfläche (23) aufweist, die mit einer entsprechenden äußeren Anschlagfläche (24) derart in Anlage bringbar ist, daß die äußere Schrägfläche (23) radial nach außen verspannbar ist.

2. Verschlußstopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Bundes (4) innerhalb der äußeren Schrägfläche (23) eine innere, ringförmige, in Richtung radial nach innen nach unten verlaufende Schrägfläche (25) aufweist, die mit einer entsprechenden inneren

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Anschlagfläche (26) in dichtende Anlage bringbar ist.

3. Verschlußstopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der äußeren (23) und/oder inneren (25) Schrägfläche 45° beträgt.

4. Verschlußstopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der inneren Schrägfläche (25) und/oder an der inneren Anschlagfläche (26) eine ringförmige Rille (27) vorgesehen ist.

5. Verschlußstopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere (23) und die äußere (25) Schrägfläche unter Bildung eines ringförmigen V-Profils unmittelbar aneinander anschließen.

6. Verschlußstopfen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere (23) und innere (25) Schrägfläche mit den entsprechenden äußeren (24) und inneren (26) Anschlagflächen, die unter Bildung einer ringförmigen Spitze (28) unmittelbar aneinander anschließen, in Anlage bringbar sind.

7. Verschlußstopfen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der ringförmigen Spitze (28) größer ist als der Durchmesser des Nutgrundes (29) des V-förmigen Profils.

8. Verschlußstopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Bundes (4) außerhalb der äußeren Schrägfläche (23) eine äußerste, ringförmige, in Richtung radial nach außen nach oben verlaufende Schrägfläche (30) aufweist, die mit einer entsprechenden äußersten Anschlagfläche (31) in Anlage bringbar ist.

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9. Batterie, insbesondere Mehrzellen-Batterie, gekennzeichnet durch einen Verschlußstopfen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.