DE9213863U1 - Batteriezelle - Google Patents

Description

-3-Batteriezelle

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für insbesondere Unterseeboote mit einem den Elektrolyten und die Elektroden-Platten aufnehmenden Gehäuse aus Isoliermaterial, unter dessen Boden eine im Querschnitt hakenförmige erste Schiene vorgesehen ist, die mit einer ortsfest am Bootskörper befestigten und im Querschnitt ebenfalls hakenförmigen zweiten Schiene verbindbar ist, indem jeweils der Schenkel der einen Schiene in eine durch die andere Schiene gebildete Nut in formschlüssigen Eingriff gebracht wird.

Um die sichere Energieversorgung bei der Tauchfahrt zu gewährleisten und insbesondere Schockeinflüssen bei Unterwasserdetonationen zu begegnen, die ein Hochspringen der Akkumulatorenzellen mit der Folge von Kurzschlüssen bewirken können, müssen diese mit dem Bootskörper kraftschlüssig verbunden sein.

Die Befestigung der Zellen muß zugleich auf die engen Raumverhältnisse im Bootsinnern und auf einfache Montierbarkeit Rücksicht nehmen. Sie erfolgt im Prinzip mit Hilfe zweier Schienen, deren Profil jeweils einen hakenförmigen und parallel zur Schiene ausgerichteten Schenkel oder Vorsprung aufweist, und von denen die erste Schiene sich an der Unterseite des Zellenbodens befindet, während die zweite Schiene unter Zwischenschaltung eines Fundaments zur Höhenanpassung mit dem Bootskörper fest verbunden ist. Durch wechselseitiges Ineinandergreifen der beiden Schienen in ihren Hakenbereichen wird die Zelle in der Vertikalen unverrückbar fixiert.

Das Wandmaterial der Zelle ist in der Regel ein glasfaserverstärkter Kunststoff, z.B. eic. Polyester, das Schienenmaterial vorzugsweise Stahl.

Ein grundlegender Aspekt ist der Aufstellungsort der Zellen entlang der schräg aufsteigenden Bootsinnenwand, was eine Positionierung erfordert, welche die Zelle einerseits in eine möglichst weitgehende Wandnähe rückt und bei der andererseits der verfügbare Raum so gut als möglich ausgenutzt wird.

Zur Höhenanpassung ist deshalb bei einer bekannten älteren Ausführung der Batteriezellenhalterung die untere Hakenschiene einer Ausgleichsschicht aufgesetzt, wodurch für die Tragekonstruktion zusätzlicher Platz beansprucht wird, welcher als Zellenraum zur Unterbringung von aktiven Bestandteilen fehlt.

Die obere, gehäuseseitige Hakenschiene ist mit dem Gehäuseboden verschraubt und wie die untere, bootsseitige Hakenschiene, welcher sie vollkommen gleicht, verhältnismäßig schmal.

Bei einer anderen bekannten Zellenhalterung gemäß DE-OS 36 17 866 ist die obere Hakenschiene dem Zellenboden unmittelbar ausgeformt, dadurch integraler Bestandteil des Gehäuses und aus dem gleichen Kunststoffmaterial. Da die Ausformung des Hakenprofils durch einen zelleinwärts gerichteten Absatz des Gehäusebodens ermöglicht wird, erlaubt die Ausgestaltung eine geringere Bauhöhe der Befestigungskonstruktion, die dem Säurefassungsvolumen der Zelle zugute kommen kann. Jedoch ist wegen der Kunststoffausführung der oberen Hakenschiene deren mechanische Festigkeit den möglichen Belastungen nicht gewachsen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Batteriezelle bzw. eine Halterungsvorrichtung für dieselbe in einem Unterseeboot anzugeben, welche, basierend auf dem eingangs beschriebenen Befestigungsprinzip, neben einer optimalen Ausnutzung des verfügbaren Raumes durch die Zelle auch eine zuverlässige Absicherung derselben gegen Erschütterungen und Schockeinwirkung gewährleistet und die in ihrem Aufbau noch einfacher als bei bekannten Konstruktionen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 definierte Batteriezelle gelöst.

Danach ist die gehäuseseitig vorgesehene erste bzw. obere Hakenschiene, die mit einer bootseitigen zweiten Hakenschiene in formschlüssigem Eingriff steht, aus einer Stahlplatte geformt und mit der Unterseite des Gehäusebodens verklebt, wobei der Gehäuseboden einen Absatz aufweist, dergestalt, daß sich ein Teil des Bodens zur Seite der Bootsinnenwand hin auf einer höheren Ebene als der restliche Teil des Bodens erstreckt. Die Stahlplatte an der Unterseite des Gehäusebodens folgt dem Absatz und erstreckt sich ebenfalls über zwei Ebenen, wobei ihre Flächenausdehnung annähernd derjenigen des Gehäusebodens entspricht. Dadurch wir der Gehäuseboden großflächig abgestützt. Der im Bereich des Absatzes der Stahlplatte ausgeformte hakenförmige Vorsprung befindet sich dabei auf der die Breitseite der Batteriezelle teilenden Mittellinie.

Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Batteriezelle mit erfindungsgemäßer Halterung im Querschnitt.
Figur 2 zeigt eine Variante der Batteriezelle von Figur 1.
Figur 3 zeigt den kompletten Gehäuseaufbau der Batteriezelle von Figur 1.

Gemäß Figur 1 ist ein Batteriezellengehäuse 1 mit Seitenwänden 2 und Bodenwand 3 mit einer plattenförmigen Hakenschiene 4 (auch "Hakenfundament") aus Stahl versehen, die mit der Unterseite des Gehäusebodens verklebt ist und sich nahezu bis an die Seitenbegrenzungen der Bodenfläche erstreckt. Erfindungsgemäß bildet die Bodenwand 3 einen Absatz, dessen Höhe sich aus dem Höhenprofil der hakenförmigen Ausformung der Stahlplatte ergibt, so daß sich die Bodenfläche der Batteriezelle auf zwei Ebenen verteilt, wobei der zur Bootsinnenwand 5 hingekehrte Teil der höhergelegene ist, während der restliche Teil eine Mulde bildet. Die Hakenschiene ist dem abgesetzten Zellenboden angepaßt, wobei der Hakenschenkel 6 mit der Mittellinie M (Schwerelinie), welche die hier wiedergegebene Breitseite der Batteriezelle teilt, zusammenfällt und im Bereich des hochgesetzten Bodenabschnitts liegt.

Durch diese Anordnung wird eine niedrige Bauhöhe der Batteriezelle begünstigt und zumindest ein Teil des Säureraumes unterhalb des (nicht dargestellten) Plattenblocks, dessen untere Begrenzungsebene mit P bezeichnet ist, auf diejenige Höhe reduziert, welche zum Sammeln des Elektrodenschlamms gerade ausreicht. Diese Forderung wird durch den verringerten Höhenbestand zwischen dem hochgesetzten Teil des Gehäusebodens 3 und der Begrenzungsebene P erfüllt.

Der Säurevorrat in dem so vergrößerten Schlammraum kann bei Einschaltung der Säureumwälzung genutzt werden.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung weist die Hakenschiene 4 sowohl in Quer- als auch in ihrer (auf der Abbildungsebene senkrecht stehenden) Längsrichtung Endabschnitte 7 von verminderter Dicke auf. Durch diese Verjüngungen ihres Dickenprofils bleibt die erwünschte Elastizität der Stahlplatte in den Randbereichen erhalten. Mit Vorteil können die verjüngten Abschnitte der Hakenschiene noch durch ein auf die Seitenwände der Batteriezelle übergreifendes Glaslaminat 8 abgedeckt werden.

Mit der zellenseitigen Hakenschiene 4 befindet sich die bootsseitige Hakenschiene 9 in kraftschlüssigem Eingriff. Diese Hakenschiene (im folgenden kurz als Bootshaken bezeichnet) ist ortsfest und direkt auf die Spanten des Bootskörpers 5 aufgeschweißt.

Wegen der einstückigen Ausführung ist die Herstellung des Bootshakens, z.B. aus Stahlguß, besonders einfach. Sein mechanisches Verhalten ist dadurch ausgezeichnet, daß er bei Überlast elastisch und im Extremfall plastisch verformt wird und somit die Zelle vor Beschädigungen schützt.

Gemäß Figur 2 ist in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung im erhöhten peripheren Bereich der plattenförmigen Hakenschiene 4 auf diese ein Profil oder Aufsatz 10 zusätzlich aufgeklebt. Damit steht die Zelle, z.B. beim vorübergehenden Absetzen auf einer ebenen Unterlage, ohne weitere Hilfsmittel.

Aus Figur 3 ist die Anordnung des aus positiven und negativen Platten gebildeten Plattenblocks 11 innerhalb der Zelle ersichtlich. Dieser ruht einerseits auf den Füßchen 12 und ist mit den Plattenfahnen 13 in den Polbrücken 14 (nur die vordere sichtbar) verankert. Damit ist er zugleich über die Polbolzen 15, 16 am Zelldeckel 17 befestigt. Daraus folgt, daß im Schockfall das Gewicht des Plattenblocks nicht nur auf den Boden drückt, sondern ein Teil der Kraft auch über die Zellwände 2 auf die Hakenschiene 4 übertragen wird. Mit Rücksicht auf diesen Sachverhalt stellt die Verjüngung der Hakenschiene in den Randbereichen keine Schwächung der Halterungskonstruktion dar, sondern vielmehr ist die Stahlplatte dadurch befähigt, die genannten Kräfte elastisch aufzufangen und die Randbereiche des Zellengefäßes vor Abscherungen zu schützen. Eine Biegebelastung bei Zug wird von der stabilen Hakenschiene auf deren ganzer Länge (nicht nur über ihre Breite) übernommen und in eine Zugbelastung der Klebung und des Gehäusesaufbaues umgewandelt. Ein Kippmoment auf die Zelle bei Zug wird somit nicht wirksam.

Diese Kräfteverteilung macht es vorteilhafterweise möglich, daß der Hakenschenkel 6 der Hakenschiene 4 in Schienenlängsrichtung an beiden Enden um jeweils bis zu ca. 10%, gemessen an der Gesamtschienenlänge, gekürzt wird (die Verkürzung ist wegen der Längserstreckung der Hakenschiene senkrecht zur Abbildungsebene nicht sichtbar).

Durch die großflächige Abdeckung der Bodenwand 3 des Batteriezellengehäuses durch das Hakenfundament 4 wird noch ein weiterer Nachteil vermieden, welcher den schmal dimensionierten Hakenbauteilen älterer, bekannter Halterungsvorrichtungen anhaftet und der darin bestand, daß bei Schockbeanspruchung auf den Bootskörper von den Rändern dieser Bauteile Kerbwirkungen auf die glasfaserverstärkten Polyesterschichten des Gehäusebodens ausgingen. Diese führten zu Schäden am Kunststoffgehäuse, die seine Dichtigkeit infrage stellten, so daß aus Sicherheitsgründen eine zusätzliche Auskleidung mit einem Gummisack erforderlich war.

Gegenüber älteren Konstruktionen weist die neue Zellenhalterung nicht nur verbesserte Eigenschaften, sondern auch eine Reihe wesentlicher Vorteile auf. Das Zellengehäuse selbst hat daran Anteil, indem es wegen der Integration der Hakenschiene durch Kleben, nicht z.B. durch Verschrauben mittels einlaminierter Schraubbuchsen, ein ungestörtes laminares Wandgefüge aus Kunststoff besitzt.

Kräfte in Druckrichtung werden direkt auf die Hakenschiene in der Schwerelinie (Mittellinie M) auf die Hakenschiene übertragen.

Zur Einführung der Zelle während der Montage gleitet die Zelle direkt auf dem Bootshaken. Dabei schützt die Hakenschiene (Hakenfundament) vor Beschädigungen des Zellenbodens. Der einfache, weil einstückige Bootshaken ist in der Schwerelinie positioniert und vereinigt sowohl Druck- als auch Zugkräfte auf sich. Dank seiner Elastizität vermindert er den Schock und reagiert auf eine Überlast durch plastische Verformung, auf diese Weise schützt er sowohl die Batterie als auch den Druckkörper des Bootes.

Durch ballige Ausführung des Boothakens an der Ober- und Unterseite wird die Führung der Zelle bei der Montage und Demontage erleichtert. Dabei sind sogar leichte Kippbewegungen von einigen Grad Neigung ohne die Gefahr des Verklemmens möglich. Selbst bei Überlast scheidet diese Gefahr aus, weil die Druckaufnahme oberhalb und die Zugaufnahme unterhalb des Hakens erfolgt.

Günstig für die Schwerpunktlage der Halterungsvorrichtung ist, daß sich das Hakenfundament nur unterhalb der Zelle befindet, wobei die durchschnittliche Dichte der Zelle (= 3,0g · cm"³) und des Stahls (7,8g ■ cm"³) stark differieren.

Es gibt keine Toleranzprobleme zwischen Zellengehäuse und Hakenfundament. Durch die Bandagierung der Gehäuseecken mit einem Glaslaminat ist die Zelle seitlich isolierend. Dieser Vorteil kommt als Isolationswiderstand gegenüber dem Bootskörper besonders zum Tragen, wenn sich in der Zwischenzone, z.B. nach Volladung und den erforderlichen Spülungen, Feuchtigkeit bildet.

Schließlich erhält das Zellengefäß durch den Höhensprung des Bodens oberhalb des Hakens nicht nur Stabilität, sondern es bietet sich durch die erzeugte Mulde auch Raum zur Unterbringung zusätzlicher Säure an.

Claims (6)

HG 189-DE 6233 Kelkheim,den 08.10.92 T Z 2 - Dr.Ns/th VARTA Öbtterie Aktiengesellschaft Am Leineufer 51, 3000 Hannover 21 Howaldtswerke-Deutsche Werft AG Werftstraße 112/114, 2300 Kiel 14 Ansprüche

1. Batteriezelle für insbesondere Unterseeboote mit einem den Elektrolyten und die Elektroden-Platten aufnehmenden Gehäuse aus Isoliermaterial, unter dessen Boden eine im Querschnitt hakenförmige erste Schiene vorgesehen ist, die mit einer ortsfest am Bootskörper befestigten und im Querschnitt ebenfalls hakenförmigen zweiten Schiene verbindbar ist, indem jeweils der Schenkel der einen Schiene in eine durch die andere Schiene gebildete Nut in formschlüssigen Eingriff gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schiene von einer mit der Unterseite des Gehäusebodens verklebten Stahlplatte (4) gebildet ist und daß ein Teil des Gehäusebodens (3) nach oben abgesetzt ist.

2. Batteriezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlplatte sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung in der Dicke verjüngte Endabschnitte (7) aufweist.

3. Batteriezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hakenschenkel (6) der Stahlplatte in Schienenlängsrichtung auf beiden Enden gekürzt ist.

4. Batteriezelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkürzung auf jedem Ende bis zu ca. 10%, bezogen auf die Gesamtschienenlänge, beträgt.

5. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schiene ein auf die Bootsspanten direkt aufgeschweißtes einstückiges Stahlteil (9) ist.

6. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadruch gekennzeichnet, daß die hakenförmige Stahlplatte (4) mit einem Aufsatz (10) zum selbständigen Stehen versehen ist.