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Verschlusstopfen für die Zellen von Akkumulatorenbatterien, der eine
Patrone mit einem Katalysator aufweist Die Erfindung bezieht sich auf Verschlusstopfen,
die in den Einfüllöffnungen von Zelldeckeln, einer elektrischen Akkumulatorenbatterie
-befestigt werden.
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Jeder Zellstopfen, ist gekennzeichnet durch eine Katalysatorpatrone,
die -in- dem Sfopfengehäuse angeordnet ist und eine mit einem. wasserfesten, aber
gasdurchlässigen überzug -versehene poröse Katalysatorträgermasse enthält,. und
durch eine Kata:-lysatormasse, welche in dem porösen, mit einem übei#zug versehenen
Katalysatorträger angeordnet und von ihm umgeben ist und die aus dem Elektrolyt
entweichenden Wasserstoff- und Sauerstoffgase zu Wasser wiedervereinigt, das in
den Elektrolyt zurückkehrt.
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Es ist bekannt, das die in einer elektrischen Akkumulatorenbatterie
entstehenden Wasserstoff-und Sauerstoffgase katalytisch zu Wasser vereinigt werden
können, das in den Elektrolyt der Akkumulatorenbatterie zurückgeführt werden kann,
um den Stand des Elektrolyts längere Zeit hindurch ohne den Zusatzanderen Wassers
im wesentlichen konstant zu halten.
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Bei der Verwendung derartiger katalytischer Batterieverschlußkappen
sind jedoch in dere@ch.= nik aus einer Anzahl von Cxründeh gewisse- Schwierigkeiten
aufgetaucht;
einige dieser Gründe sind: a) Die die Wiedervereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff
zu Wasser bewirkende katalytische Reaktion verläuft hochgradig exotherm und ist
etwas schwierig zu steuern; b) der Katalysator neigt dazu, durch Antimonwasserstoffgasi
Säuredämpfe und andere aus der Akkumulatorenbatterie als Dämpfe entweichende Stoffe
vergiftet zu werden; und c) der Katalysator und der Katalysatorträger haben die
Neigung, durch das bei der Vereinigung der . in der Akkumulatorenbatterie gebildeten
Wasserstoff- und Sauerstoffgase entstehende Wasser -.aß :zu werden, mit dem Ergebnis,
daß die Wirksamkeit des Katalysators . merklich nachläßt: Bei der Verwendung derartiger
Katalysatoren ersthaltender Verschlußstopfen ist .es wesentlich, daß der Kätalysatorträger
porös und gasdurchlässig ist, so daß die aus der Akkumulatorenbatterie entweichenden
Wasserstoff- und Sauerstoffgase mit der Oberfläche des Katalysators in Kontakt kommen,
auf der die Wiedervereinigung der aus der Akkumulatonernbatberie stammenden Wasserstoff--und
Sauerstoffgase stattfindet; jede Vergiftung oder Befeuchtung der Kontaktfläche des
Katalysators sowie jede Befeuchtung des Katalysatorträgers bewirkt eine merkliche
Verringerung der Wirksamkeit des Katalysators.
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Ziel der Erfindung ist daher ein Verschlußstopfen. für Akkumulatorenbatterien,
der Vorrichtungen zur katalytischen Wiedervereinigung von aus der Batterie entweichendem
Wasserstoff- und Sauerstoffgas zu Wasser enthält, das in den Elektrolyt der Batterie
zurückgeführt wird, und der so konstruiert ist, daß der in ihr befindliche Katalysator
nicht durch' Antimornwasserstöffgas und Dämpfe oder andere Katalysatorgifte vergiftet
und nicht durch Wasser befeuchtet wird, während zur gleichen Zeit die Katalysatorträgermasse
nicht naß wird oder sich in ihr Wasser ansammelt. Die Katalysatorträgermasse muß
weiterhin porös und für die aus der Akkumulatorenbatterie entweichenden Wasserstoff-
und Sauerstoffgase gasdurchlässig sein, so daß diese Gase zu Wasser wiedervereinigt
werden, das zum Elektrolyt zurückgeführt wird, während der Katalysator selbst gegenüber
der Giftwirkung von Antimonwasserstoffgas und -dämpfen oder anderer aus der Akkumulatorenbatterie
entweichender zersetzender Dämpfe widerstandsfähig ist. Die katalytische Wirkung
des Katalysators auf die aus dem Elektrolyt entweichenden Wasserstoff-und Sauerstoffgase
muß so gesteuert werden, daß sie nicht zu reaktionskräftig wird und die Reaktion
infolgedessen, nicht zu heftig verläuft.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verschlußstopfen, der eine
neuartige Konstruktion zum Halten des Katalysatorträgers und des Katalysators enthält.
Das Gehäuse des Stopfens enthält einen neuartigen Kanal, durch den das Innere desselben
ventiliert wird und durch den verhindert -wird, daß der Elektrolyt in der Akkumulatorzelle,
auf der der Stopfen befestigt ist, bis zu einem Punkt steigt, an dem er die Katalysatorpatrone
angreifen könnte. Fig. i ist eine Seitenansicht einer üblichen dreizelligen Akkumulatorenbatterie
mit drei auf ihr befestigten erfindungsgemäßen Stopfen; Fig. 2 ist eine Ansicht,
die die Teile des Stopfens in der Reihenfolge- ihrer Zusammengehörigkeit zeigt;
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den Stopfen, Fig. q. eine Ansicht seiner Unterseite;
Fig. 5 ist eine Seitenansicht des Stopfens; Fig.6 ist ein vergrößerter senkrechter
Schnitt durch die Mitte des-Stopfens; Fig. 7 ist eine Ansicht der Unterseite der
Katalysatorpatrone, von der ein Teil des Bodens weggelassen ist und das Innere der
Patrone freigibt; Fig.8 ist eine Seitenansicht des Katalysatorbehälters oder der
Katalysatorpatrone; Fig. 9 ist ein senkrechter 'Querschnitt durch die Mitte des
Katalysatorbehälters oder der Katalysatorpatrone entlang der Linie 9-9 der Fig.
7.
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In den Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform des einen
Katalysator enthaltenden Stopfens gezeigt und allgemein mit io bezeichnet. Drei
der neuen Stopfen sind auf einer dreizelligen Akkumulatorenbatterie: i i angeordnet,
deren Hartgummideckel 12 drei sich nach oben erstreckende und innen mit Gewinde
versehene Einlaßnippel 13 besitzt, von denen jeder an seinem unteren Ende, wie bei-
14 (Fig. 6) gezeigt wird, sich in eine der Zellen der Akkumulatorenbatterie i i
öffnet.
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Der Stopfen io enthält einen Befestigungsschaft 15, dessen äußere
mit Gewinde versehene Wand 16 in einem der im Innern mit Gewinde versehenen Einlaßnippel
13 der Batterie i i verschraubt werden kann und der eine im Innern befindliche senkrechte
Bohrung oder Durchlaßöffnung 17 besitzt. Der Stopfen besitzt ferner eine zylindrisch-becherförmige
Grundplatte, die aus jedem geeigneten Material, so z. B. aus Porzellan oder einem
anderen keramischen Material, aus Kunstharz usw., gefertigt sein kann, und diese
Grundplatte 18 hat einen auf ihrer Oberseite befindlichen ringförmigen Flansch i
g. Die zylindrische, becherförmige Grundplatte 18 besitzt ferner eine konisch verlaufende
oder schräge Wand 2o, die den Körper des Befestigungsschaftes 15 und den ringförmigen
Flansch i9 miteinander verbindet. In der Wand der Grundplatte 18 ist beim Übergang
von der schrägen Wand :2o zu dem ringförmigen Flansch i9 eine Offriung ai vorgesehen,
und diese Öffnung besitzt eine schräg gestellte, nach oben gerichtete Verlängerung
aa, die sich nach oben in das Innere der becherförmigen Grundplatte 18 erstreckt.
Die obere Verlängerung 22 der Öffnung ai kann aus einer mit der Wand der Grundplatte
18 aus einem Stück bestehenden hohlen Verlängerung derselben oder aus einer auf
derselben gebildeten. Randnabe bestehen, oder sie kann als getrenntes Teil oder
Rohr ausgebildet sein, das an der Wand der Grundplatte 18 mittels eines Bindemittels
befestigt ist, und in beiden Fällen erstreckt sich die Verlängerung in das Innere
-des Körpers der Grundplatte 18 über den durch die schräge Wand :2o (Fig. 6) gebildeten
Trichter.
Der Stopfen enthält ferner ein Deckelstück 23, das aus
einer verhältnismäßig dicken Deckenwandung 24 und einer ringförmigen Seitenwand
25 mit einem herabhängenden Rand 26 besteht. Der Rand 26 erstreckt sich nach unten
bis in das Innere des ringförmigen Flansches i9 der Grundplatte 18 und ist an derselben
auf irgendeine geeignete Weise, z. B. durch ein geeignetes Bindemittel 27/ (Fig.
6), befestigt.
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Der Stopfen enthält ginen Halter aus Nickeldraht 28, der in der Kappe
23 angeordnet und imstande ist, den Katalysatorbehälter oder die KatalysatorpatrOne
3 1 auf die nachfolgend beschriebene Weise zu halten. Dieser Halter 28 besteht
aus einem waagerechten Oberteil 29, das aus demselben Stück bestehende Füße 3o besitzt,
die auf der Grundplatte 17 innerhalb des herabhängenden ringförmigen Randes 26 des
Deckelstückes 23 ruhen. Auf dem Oberteil 29 des Halters 28 befindet. sich ein Katalysatörbehälter
oder eine Katalysatorpatrone 34 und diese enthält ein im allgemeinen' zylindrisches,
durchlöchertes und vorzugsweise vernickeltes siebartiges Gehäuse 32, das eine poröse
Unterseite 37 enthält, deren Durchmesser größer ist als der des Gehäuses.32 und
so einen äußeren ringförmigen Befestigungsflansch 33 an dessen Boden bildet. Die
Katalysatorpatrone kann auf irgendeine geeignete Weise in ihrer Stellung gehalten
werden, so z. B. dadurch, daß sie an der Innenfläche der senkrechten Seitenwand
25 des Deckelstückes 23 mittels auf den Befestigungsflansch 33 (Fig. 6) angebrachter
Tupfen eines Bindemittels 36 befestigt wird.
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Die Katalysatorpatrone 31 enthält einen Katalysatorträger in Gestalt
einer Masse aus porösem Material, wie z. B. aus faserigem Asbest 34, der in dem
durchlöcherten oder siebartigen Gehäuse 32 angeordnet ist, und eine Katalysatormasse
in Gestalt von Katalysatorkügelchen 35, welche in dem Körper des Katalysatorträgers
34 angeordnet sind und von ihm umgeben werden. Die Katalysatorteilchen 35 liegen
dabei vorzugsweise in Gestalt von im allgemeinen zylindrischen aktivierten Platin-
oder Palladiumkügelchen vor.
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Es wurde nun gefunden, daß verbesserte und überraschende Wirksamkeit
in der Verwendung des neuen Stopfens erzielt wurde, indem man die poröse Katalysatorträgermasse
34 mit einem wasserfesten, -aber gasdurchlässigen Überzug versah, wobei sich die
sogenannten Silikonharzüberzüge als ausgezeichnet geeignet erwiesen haben, da sie
sich wirksam als ein sehr dünner Überzug auf die Fasern des faserigen Kätalysatorträgers
34 auftragen lassen und den letzteren für Feuchtigkeit, Wasser-und aus der Akkumulatorenbatterie
i i entweichende Katalysatorgifte undurchlässig machen, während der so mit einem
Überzug versehene poröse Katalysatorträger 34 gleichzeitig gasdurchlässig ist, so
daß die aus der Akkumulatorenbatterie entweichenden Wasserstoff- und Sauerstoffgase
leicht mit den äußeren Oberflächen der Katalysatorkügelchen 35 in Kontakt kommen
können und darauf zu Wasser wiedervereinigt werden. Der wasserundurchlässige, aber
gasdurchlässige Überzug kann auf den Fasern des porösen Katalysatorträgers 34 auf
irgendeine -geeignete Weise aufgetragen werden, bevor die Katalysatorkügelchen
35 darin eingebettet werden.
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So kann der Körper 34 des porösen Katalysatorträgers wie folgt mit
einem Überzug versehen werden. Eine geeignete Menge Asbestfasern werden mit Wasser
gewaschen (dieses Waschen mit Wasser kann unterbleiben, wenn die Asbestfasern geeignete
Qualität besitzen), mittels eines Siebs vom Wasser befreit, teilweise in Luft getrocknet,
dann mit Aceton gewaschen und 8 bis 24 Stunden unter gelegentlichem Rühren bei 15
o° getrocknet. Falls erwünscht, kann der faserige Asbest auch bei einer höheren
Temperatur zwischen 300 und 400° während einer kürzeren Zeitspanne von etwa
4 Stunden unter gelegentlichem Rühren getrocknet werden, bis vollständige Trockenheit,
ein wesentliches Erfordernis, sichergestellt ist. Die so vollständig .getrocknete
Asbestfasermasse wird dann unmittelbar wasser-und feuchtigkeitsfest, aber gasdurchlässig
gemacht, indem man sie unter Rühren mit einer :2o0/eigen Lösung von Silikonharz
in Tetrachlorkohlenstoff mischt. Der Tetrachlorköhlenstoff kann von der so mit einem
Überzug versehenen Asbestfasermasse durch Luft- oder Ofentrocknung entfernt werden,
worauf die Asbestfasermasse bei einer Temperatur von 3oo bis 325'°' unter gelegentlichem
Rühren in einem Muffelofen erhitzt wird, bis sich keine weißen Dämpfe mehr aus ihr
entwickeln. Der Temperaturbereich von 3oo bis 325'° ist ziemlich kritisch, da Temperaturen
unterhalb 300° unzureichend sind, sämtliche weißen Dämpfe auszutreiben, die sich
während der Erhitzung entwickeln, während Temperaturen oberhalb 325' die
Neigung haben, den Silikonharzüberzug zu zerstören. Das fertige Erzeugnis prüft
man dadurch, daß man ein Muster desselben auf Wasser schwimmen läßt. Das Erzeugnis
ist zufriedenstellend, wenn das Muster auf dem Wasser schwimmt und die Fasern. gleich-.
zeitig trocken bleiben und nicht feucht werden.
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Man kann nun die Katalysatorpatrone 31 zusammensetzen, indem man eine
gewisse Menge von mit diesem Überzug versehenen Asbestfasern 34 fest in den zylindrischen
Körper 32 des porösen oder siebartigen Gehäuses der Katalysatorpatrone
31 packt, eine Anzahl Katalysatorkügelchen 35 in die Asbestfasern legt, die
Katalysatorkügelchen 35 mit den überzogenen Asbestfasern 34 bedeckt und die aus
mit dem Überzug versehenen Asbestfasern 34 und Katalysatorkügelchen 35 bestehende
Masse mit dem Sieb 37 bedeckt, das den ringförmigen Flansch 33 besitzt; und das
Sieb 37 dann an dem zylindrischen siebartigen Körper 32 auf irgendeine Weise, z.
B. durch Punktschweißen; durch Verhaken der Ränder des siebartigen Körpers 32 in
die Maschen des Siebs 37 oder auf andere Weise befestigt. Die so fertiggestellte
Katalysatorpatrone 3 z kann dann in das Deckelstück 23 eingesetzt werden. (während
diese sich in umgekehrter Stellung befindet), und der Halter 28 kann darin angeordnet
und die Katalysatorpatrone 3 1 mittels der Bindemitteltupfen 36
in
ihrer Stellung gehalten werden; die Bindemitteltupfen 36 werden dabei auf den Flansch
33 angebracht und stehen in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Seitenwand 25
dies Deckelstückes 23.
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Beim eingeschraubten Stopfen strömen, die sich im Elektrolyt entwickelnden
Wasserstoff- und Sauerstoffgase nach oben durch den in dem Befestigungsschaft 15,
16 befindlichen Kanal oder Durchlaß 17, durch die becherförmige Grundplatte i8 in
das Deckelstück 23, an dem Halter 28 vorbei durch das poröse Gehäuse 32 -bis 37,
in und -durch die mit einem Überzug versehene, den Katalysatorträger 34 darstellende
Masse von Asbestfasern, kommen in Kontakt mit den Katalysatorkügelchen 35, die darauf
die Wasserstoff- und Sauerstoffgase katalytisch zu- Wassertropfen vereinigen, welche
auf Grund der Schwerkraft durch die mit einem Überzug versehene Asbestfasermasse
34 und das poröse oder siebartige Gehäuse 32 in den Unterteil 2o der Grundplatte
18 und von dort durch die Durchlässe 17 und 14 in den Elektrolyt der Akkumulatorenzelle
fallen, um den Flüssigkeitsstand des Elektrolyts auf der gewünschten Höhe und den
Elektrolyt während einer längeren Zeitspanne in einem wirksamen Zustand zu halten,
ohne daß dem Elektrolyt von außen Wasser zugesetzt werden muß.
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Bei der Verwendung des Stopfens gemäß Erfindung wurde gefunden, daß
derselbe während einer längeren Zeitspanne wirksam arbeitet und die aus dem Elektrolyt
der Akkumulatorenbatterie entweichenden Wasserstoff- und Sauerstoffgase wiedervereinigt,
dabei verhindert, daß die exotherme katalytische Reaktion zu heftig wird und gleichzeitig
verhindert, daß die poröse Katalysatorträgermasse 34 und die Katalysatorkügelchen
35 durchnäßt und die Katalysatorkügelchen 35 durch Antimonwasserstoffgas, Säuredämpfe
oder andere Verunreinigungen oder zersetzende Stoffe vergiftet werden, welche aus
der, Akkumulatorenzelle entweichen.
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Sollte der Spiegel des in der Akkumulatorenbatterie befindlichen Elektrolyts
aus irgendeinem Grunde bis zu einem Punkt steigen, bei dem der Elektrolyt in den
Stopfen io fließen würde, so wird er von der becherförmigen Grundplatte 18 aufgenommen,
bis er die Höhe der Überlauföffnung 22 erreicht; darauf wird er durch die Abflußöffnung
21 in die Atmosphäre ausfließen, wodurch verhindert wird, daß der-Elektrolyt in
die Katalysator= paträne 31 eindringt und sie angreift.