DE975894C - Als UEberdrucksicherung wirkendes Gehaeuse von Akkumulatorzellen - Google Patents

Description

Es sind Bestrebungen vorhanden, die für vielfache Verwendungszwecke benutzten elektrischen Kleinbatterien (Primärelemente) durch aufladbare Sekundärzellen, insbesondere alkalische Akkumulatoren, zu ersetzen. Eine wichtige Voraussetzung für die Verwirklichung dieser Bestrebungen ist die Schaffung einer elektrischen Zelle, die absolut dicht gegenüber der als Elektrolyt verwendeten Flüssigkeit verschlossen ist. Bekanntlich ist beim Aufladen einer Sekundärzelle eine zum Teil erhebliche Gasentwicklung vorhanden, und es müssen Mittel vorgesehen sein, mit denen der durch die Gasentwicklung in dem Zellengehäuse ansteigende Druck ausg£glichen werden kann.. Die Verwendung von Verr schlußstopfen, auch wenn diese durch elastische Dichtungsscheiben od. dgl. nach der Art von Überdruckventilen wirken, gewährleistet wohl ein Abblasen des Überdruckgases aus dem Zellengehäuse, es werden dabei aber so große Ausströmöffnungen freigegeben, daß mit dem Gas auch Partikelchen der meist stark zu Schaumbildung neigenden Elektrolytlauge mitgerissen werden. Diese Flüssigkeitspartikelchen schlagen sich an der Außenseite des die Ausströmöffnung tragenden Gehäuseteiles nieder, und sie führen dort leicht zur Bildung von Laugetikriechwegen zwischen den unterschiedlichen Polanschlüssen, oder sie. ergeben an metallischen Teilen unliebsame Oxydationen od. dgl. .

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Weiterhin ist ein verschlossener Akkumulator bekannt, in welchem die beim Laden entstehenden Gase im wesentlichen durch in seinem Inneren angeordnete Katalysatoren wieder vereinigt werden sollen. Bei einer bestimmten Ausführungsform dieses Akkumulators wird eine Membran in dem verschlossenen Gehäuse derart angeordnet, daß sie durch Wirkung des inneren Gasdruckes den Ladestrom -unterbricht, während die Gase eventuell ίο durch Fugen entweichen sollen. Nach Aufhebung des Gasdrucks wird der Ladestrom durch die zurückgehende Membran wieder geschlossen und der Ladevorgang fortgesetzt.

Die Erfindung besteht in einer Gasüberdrucksicherung für gasdicht verschlossen betriebene Akkumulatoren, die sich aus einem unter Vorspannung in den oberen, dehnungselastisch ausgebildeten Teil des Gehäuses eingesetzten Runddeckel 2 und dem nach innen umgebördelten Gehäuserand 3, ao der über den Umfang verteilt mit Dehnungsschlitzen 4 versehen ist, zusammensetzt. Zwischen dem Runddeckel 2 und dem nach innen umgebördelten Gehäuserand 3 sowie den Dehnungsschlitzen 4 bildet sich bei Gasüberdruck in dem Akkumulatorgehäuse durch Überwindung der Vorspannung ein sehr feiner Spalt, der als Mikrospalt bezeichnet wird; durch diesen Spalt werden die Überdruckgase aus dem Akkumulator abgeblasen. Die Erfindung wird derart verwirklicht, daß in ein sonst gasdicht abgeschlossenes metallisches Rundstabzellengehäuse ein Deckel, insbesondere Kunststoffdeckel, wie er aus Isolationsgründen vorhanden sein muß, mit einer dem zulässigen Gehäuseinnendruck entsprechenden Vorspannung in den zumindest an der Einsetzstelle des Deckels dehnungselastischen Gehäusemantel eingesetzt wird. Dabei ist die Vorspannung zwischen Gehäusemantel und Deckel so bemessen, daß der Beginn des Spaltöffnungsdruckes etwa bei mehreren atü liegt. Es hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Druckverlagerung für die Bildung des Gasabblasespaltes schon bei feinster Spaltbreite ein Abströmen des Überdruckgases mit großer Strömungsgeschwindigkeit erfolgt und daß dabei mit Sicherheit die gegenüber den Gasmolekülen wesentlich größeren Flüssigkeits- bzw. Laugenmoleküle zufolge der geringen Spaltbreite von dem Abströmen durch den Spalt ferngehalten werden, womit der erfindungsgemäß angestrebte flüssigkeitsdichte, aber gasdurchlässige Abschluß des Zellengehäuses einer Rundstabakkumulatorzelle, insbesondere von alkalischen Akkumulatoren, erreicht ist.

Den als Überdrucksicherung in das Zellengehäuse eingesetzten Verschlußdeckel wird man so anordnen oder ausbilden, daß er bei ansteigendem Zelleninnendruck gegen Heraustreiben gesichert ist, was beispielsweise dadurch erfolgen kann, daß nach dem Einsetzen des Deckels an der offenen Gehäusestirnseite vorgesehene lappenartige Vorsprünge radial nach innen, also über den Deckel greifend, umgebogen werden, oder es wird das gegenüber dem eingesetzten Deckel entsprechend vorstehende Gehäuse zu. einem. Rand umgebördelt, der dann ebenfalls eine Sicherung gegen das Heraustreiben des Deckels bildet. Um die für die erfindungsgemäße Wirkung erforderliche Dehnungselastizität des Gehäusemantels an der Einsatzstelle des Deckels auch in diesem Fall zu gewährleisten, wird man den Bördelrand des Gehäuses in der Umfangsrichtung, z. B. durch Schlitzen, mehrfach unterteilen. Es kann auch der Deckel durch zusätzliche Mittel, z. B. durch einen mehrere Zellen vereinigenden Rahmen, der über die Zellendeckel mit greift, gegen Heraustreiben gesichert sein.

Durch die erfindungsgemäße Gasüberdrucksicherung an Akkumulatoren wird einerseits bewirkt, daß der Gehäusedeckel gegen das Austreiben gesichert fest in der Gehäusewandung sitzt, und es ist doch zugleich die Möglichkeit gegeben, daß bei auftretendem Überdruck die entstandenen Gase gefahrlos und ohne Unterbrechung des Ladevorganges aus dem Akkumulator austreten können.

Für die Betriebssicherheit der erfindungsgemäß gestalteten Überdrucksicherung bei Rundstabakkumulatorzellen ist in weitem Maße mitbestimmend die Geschwindigkeit der in dem Zellengehäuse vorhandenen Gasentwicklung. Man wird deshalb bedacht sein, bei praktisch dicht abgeschlossenen Akkumulatorzellen den Ladestrom verhältnismäßig gering zu bemessen, um eine mög- go liehst lange Ladezeit zu erreichen, womit die etwa eintretende Gasentwicklung zum allmählichen Ansteigen des Gehäuseinnendruckes führt und die durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Druckausgleichspalt mögliche Abströmgeschwindigkeit für die Regulierung, d. h. für die Begrenzung des Gehäuseinnendruckes ausreicht. So wurde beispielsweise die- Rundstabzelle eines alkalischen Akkumulators mit lagendichtem spiralischem Wickel aus foliendünnen Sintergerüstelektroden und Gehäuseabmessungen von 14 mm Durchmesser und 51 mm Länge bei einer Wandstärke von 0,5 mm, deren elektrische Kapazität V2 Amperestunde entspricht, mit 50 mA über mehrere Tage lang aufgeladen, ohne daß es dabei zu einem unzulässigen Druckanstieg in dem Zellengehäuse gekommen ist und ohne daß beim Abströmen des Überdruckgases an dem als Überdrucksicherung wirkenden Verbindungsspalt zwischen Deckel und Gehäuse die geringsten Spuren von Flüssigkeit (Lauge) erkennbar waren. Es waren dabei Gehäuseinnendrücke von etwa 20 bis 50 atü vorhanden.

Der zur Bildung der Überdrucksicherung benutzte Einsatzdeckel oder Boden des Gehäuses ist in Bauteil des Akkumulators, der auch unabhängig von seinem erfindungsgemäßen neuen Bestimmungszweck bei einer Akkumulatorzelle vorhanden sein muß. Es kann dieser Einsatzdeckel z. B. von einer Kunststoffscheibe, insbesondere aus Methacrylsäure-Kunststoff, gebildet sein, die in bekannter Weise den einen der Polanschlüsse des Akkumulators gegenüber dem metallischen Gehäuse, das den anderen Polanschluß bildet, isoliert trägt. Es sind bei der erfindungsgemäß gestalteten laugendicht verschlossenen .Rundstabakkumulatorzelle also keine zusätzlichen Mittel für die Bildung einer

Überdrucksicherung vorhanden, womit sich die Erfindung gegenüber anderen Vorschlägen für die Problemlösung auch wirtschaftlich günstig auszeichnet.

-5 Einer Rundstabakkumulatorzelle im Sinne der Erfindung sind auch von dem runden Gehäusequerschnitt abweichende Zellen, z. B. mit ovalem Querschnitt, gleichzustellen, bei denen sich die innendruckbedingte Dehnung des Gehäusemantels gleichmäßig über den ganzen Querschnittsumfang verteilt. Die Stabform verlangt kein besonderes Verhältnis zwischen Gehäusedurchmesser und Gehäuselänge. Es kann die Erfindung auch bei Rundzellen von verhältnismäßig großem Durchmesser bei geringer Länge verwertet werden. Dabei ist die schon hervorgehobene Erkenntnis maßgebend, daß der für die Regulierung des Zelleninnendruckes erforderliche Gasabströmquerschnitt in Gestalt eines sehr feinen Spaltes, insbesondere Mikrospaltes, möglichst großer Länge vorhanden sein soll. Für diese Aufgabe bildet das Verlegen des als Überdrucksicherung wirkenden Verbindungspaltes zwischen Gehäusemantel und einsetzbarem Deckel das erreichbare Maximum bei einer erfindungsgemäßen Zelle, wenn der Deckel direkt in den Gehäusemantel eingesetzt ist. Es liegt auch im Sinne der Erfindung, insbesondere bei größeren Zellen, das Gehäuse an der Deckelseite mit einem die Einsatzöffnung verkleinernden Rand od. dgl. zu versehen und den zur Überdrucksicherung dienenden Deckel in die so verkleinerte Gehäuseöffnung entsprechend der Erfindung einzusetzen. Auch ist es möglich, bei Akkumulatorzellen mit rechteckigem Querschnitt an der Deckelseite einen halsartigen Rohransatz vorzusehen, der von einem mit dem rechteckigen Gehäuse dicht verschweißten oder in anderer Weise dicht vereinigten Abschlußstück gebildet ist und in dessen rohrartigen Teil dann der zur Bildung der Überdrucksicherung nach der Erfindung erforderliche Deckel, insbesondere Kunststoffdeckel, eingesetzt wird. Ein solches Abschlußstück kann insbesondere bei größeren .Akkumulatorzellen einen domartigen Aufsatz des Gehäuses bilden, der für die Schaffung eines Gassammelraumes günstig ist. Es ist auch möglich, den die Überdrucksicherung bildenden Einsatzdeckel aus metallkeramischem Material, Kautschuk od. dgl. mit genügender Deckeldicke vorzusehen.
Auch kann die Erfindung zur Erzielung von säurefest verschlossenen Bleiakkumulator-Rundstabzellen Anwendung finden, womit für diese spezielle Akkumulatorenart Voraussetzungen für wesentlich erweiterte Anwendungsgebiete gegeben sind. Zum Beispiel ist es möglich, nach der Erfindung säuredichte Bleiakkumulatorzellen ebenso wie alkalische Akkumulatoren mit der erfindungsgemäßen Überdrucksicherung zum Betrieb von Taschenapparaturen (Lampen, Anzünder) oder in Lampengehäuse eingesetzt (Fahrradlampen) als aufladbare Speisestromquelle zu benutzen, unabhängig davon, ob der damit versehene Apparat oder die Lampe im verhältnismäßig robusten Betrieb (Fahrradbeleuchtung, Taschenlampe od. dgl.), insbesondere nicht stationär, betrieben wird, oder ob es sich um eine stationäre Anordnung der nach der Erfindung gestalteten Zelle handelt.

In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch in Anwendung auf eine Rundstabakkumulatorzelle dargestellt.

Das Zellengehäuse ist von einem nahtlosen Metallrohr mit gasdicht eingesetztem Metallboden oder von der einseitig offenen nahtlosen Metallhülse ι gebildet. Als Gehäuseverschluß dient der unter Vorspannung in den Gehäusemantel eingesetzte Deckel 2 aus Methacrylsäure-Kunststoff. In übertriebener Darstellung ist die Verformung des Gehäusemantels 1 beim Einsetzen des Deckels 2 mit einer dem zulässigen Gehäuseinnendruck entsprechenden Vorspannung, die eine Dehnung des Gehäusemantels an der Einsatzstelle des Deckels bewirkt, dargestellt. Der Deckel 2 ist durch einen Bördelrand 3 gegen Heraustreiben bei ansteigendem Druck in dem Gehäuse gesichert, und es ist der Bördelrand 3 über den Umfang verteilt mit mehreren Dehnungsschlitzen 4 versehen, damit die Dehnungselastizität des Gehäuses 1 an der Verbindungsstelle mit dem Deckel 2 bei ansteigendem Innendruck zur Bildung eines Gasabströmspaltes gemäß der Erfindung druckempfindlich nachgeben kann. 5 und 6 bezeichnen die in das Gehäuse eingesetzten Elektroden, die gebräuchlicher Art sein können und von denen die negative Elektrode 5 bei 7 an das metallische Zellengehäuse angeschlossen ist, während die positive Elektrode 6 durch den als Überdrucksicherung mitwirkenden Deckel gegenüber dem metallischen Gehäuse 1 isoliert an das Kontakt- und Verschluß stück 8 mittels der Verbindung 9 angeschlossen ist. Dadurch, daß der Verschluß stutzen 10 unter Zwischenlage des Dichtungsringes 11 fest in den Deckel 2 und damit in das mit dem Deckel verbundene Kontaktstück 8 eingeschraubt wird, ist die Elektrolyteinfüllöffnung in dem Deckel 2 dicht verschließbar, und es ist vermieden, daß das Überdruckgas an dieser Stelle entweichen kann; es erfolgt also der Druckausgleich durch den am Umfang des Deckels 2 vorhandenen, als Überdrucksicherung wirkenden Gasentweichungsspalt. Für den Deckel 2 wird man eine verhältnismäßig große Dicke wählen, um auch dadurch den Gasentweichungsweg zu verlängern und einen dichten Sitz des Deckels im Gehäuse zu gewährleisten. Durch die Scheibenform des Deckels, der bevorzugt aus Material sehr geringer Elastizität besteht, wirkt der Gehäuseinnendruck nur in axialer Gehäuserichtung, und es tritt keine Vergrößerung des Deckeldurchmessers durch die Druckwirkung im Gehäuse ein.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Gasüberdrucksicherung für gasdicht verschlossen betriebene Akkumulatoren, gekennzeichnet durch einen unter Vorspannung in den oberen, dehnungselastisch ausgebildeten Teil des Gehäuses eingesetzten Runddeckel (2) und durch den nach innen umgebördelten oberen

   Gehäuserand (3), der über den Umfang verteilt mit Dehnungsschlitzen (4) versehen ist.
2. 2. Ausführungsform nach Anspruch 1 für alkalische Akkumulatorzellen -mit lagendiehten spiraligen Wickeln aus blatt- oder foliendünnen Sintergerüstelektroden, gekennzeichnet durch ein Gehäuse, das entweder aus einem Metallrohr mit gasdicht eingesetztem Metallboden oder aus einer einseitig offenen nahtlosen Metallhülse besteht, das mit einem, insbesondere aus Kunststoff bestehenden, unter Vorspannung in dem oberen dehnungselastischen Gehäusemantel eingesetzten Deckel, der durch radial nach innen umgebogene Lappen am oberen Gehäuserand oder durch einen in der Umfangsrichtung mehrfach unterteilten Bördelrand gehalten ist.
3. 3. Ausführungsform nach Anspruch 1 und 2 für Rundstabakkumulatoren, gekennzeichnet durch einen Einsatzdeckel, der aus einer Kunst-Stoffscheibe, insbesondere aus Methacrylsäure-Kunststoff besteht, der die gegenüber dem metallischen Gehäusemantel isolierten Anschlußmittel trägt.
4. 4. Ausführungsform nach Anspruchs bis 3 für alkalische Akkumulatorzellen, die als mit dem Fahrraddynamo aüfladbare Reservestromquelle einer Fahrradlichtanlage dient, gekennzeichnet durch ein gasdichtes metallisches Zellengehäuse mit einem Rohransatz, in den der Runddeckel, der insbesondere aus Isolierstoff besteht, als Überdrücksicherung eingesetzt ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 741 959;
   britische Patentschrift Nr. 561 820;
   USA.-Patentschriften Nr. 2569159, 2269040; italienische Patentschrift Nr, 444 864.

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsches Patent Nr. 873263.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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