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Als Sicherheitsventil wirkender Verschluß für Akkumulatoren und Stabilisationszellen
Die Erfindung betrifft einen als Sicherheitsventil wirkenden Verschluß für Akkumulatoren
und Stabilisationszellen.
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Die bekannten Stabilisationszellen enthalten eine negatvie Elektrode,
die im wesentlichen aus Cadmium und Cadmiumoxyd besteht, und eine positive Elektrode
aus Nickel. Beide Elektroden sind durch einen mit Elektrolyt getränkten Separator
getrennt und befinden sich in einem Stahlzylinder, der mit der negativen Elektrode
leitend verbunden ist und den negativen Pol der Zelle bildet. Der positive Pol ist
durch eine isolierte Dichtung aus dem Stahlzylinder herausgeführt.
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Bei diesen Stabilisations- und Akkumulatorenzellen macht es Schwierigkeiten,
den Verschluß für einen Temperaturbereich von -30 bis -I-100° C gas- und flüssigkeitsdicht
auszubilden. Außerdem muß das zum Verschluß und zur Isolation dienende Material
auch eine chemische Beständigkeit gegenüber dem in der Zelle eingeschlossenen Elektrolyten
aufweisen. Die bekannten für diesen Zweck in alkalischen Zellen anwendbaren Isolierstoffe
haben durchweg neben einer nur geringen Elastizität und einer geringen Stärke einen
verhältnismäßig großen Wärmeausdehnungskoeffizienten.
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Verzichtet man auf den oberen und unteren Teil des vorstehend angegebenen
Temperaturbereiches, so kann man härtere und elastische Kunststoffe verwenden, die
nur bei Raumtemperatur chemisch beständig sind. Außerdem sind durch die beiderseitige
Einengung des Temperaturbereiches die Ausdehnungsdifferenzen der verschiedenen verwendeten
Materialien so gering, daß sie unter Umständen von der Elastizität des Kunststoffes
aufgefangen werden können.
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Es ist auch schon versucht worden, das Isoliermaterial durch Kleben,
Ansintern oder Einschmelzen mit den leitenden Metallteilen zu verbinden. Allerdings
hat auch dieser Weg nicht zu befriedigenden Ergebnissen geführt.
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Es ist auch eine Drucksicherung für ständig gasdicht verschlossene
Akkumulatoren mit übereinanderliegenden Membranen bekannt, deren Zerreißdruck auf
einen bestimmten Maximaldruck abgestimmt ist und die bei der überschreitung desselben
zum Zerreißen kommen. Von den zwei übereinander angeordneten Membranen besteht die
der Druckseite. zugekehrte Membran aus weichem und dichtem Gummi und die außenliegende
dünnere Membran aus hartem Kunststoff. über die äußeren Membranen ist eine dritte
Schicht aus einer locker gelagerten, schalldämpfenden Substanz angeordnet. Die außenliegende
dünne Membran ist nur als Schutz für die weiche Gummimembran vorgesehen und dient
nicht zur Erzeugung eines Gegendruckes. Außerdem ist die bekannte Dichtung nur für
geringe Drücke geeignet und andererseits insbesondere gegen Kalilauge chemisch nicht
beständig. Es handelt sich bei der bekannten Einrichtung demnach um ein Sicherheitsventil
mit verhältnismäßig großer Bauhöhe, bei dem beide Membranen reißen, wenn der Druck
genügend hoch ist.
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Weiterhin ist ein Verschluß für Trockenelemente bekannt, bei dem als
Dichtung eine Metallscheibe mit Kunststoffrand in das Gehäuse eingesetzt ist. Der
Kunststoffrand dichtet nur unter der Einwirkung des Bördelrandes des Gehäuses. Bei
einer Ausdehnung des Verschlusses unter dem Einfluß von Wärme dehnt sich der Kunststoff
mehr aus als das Metall, bei der Abkühlung kehrt der Kunststoff nicht in seine ursprüngliche
Lage zurück, so daß die Dichtung unvollkommen ist und gegebenenfalls der Elektrolyt
entweichen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Akkumulatoren und Stabilisationszellen
eine Dichtung zu schaffen, die dem in den Zellen vorhandenen alkalischen Mittel
widersteht, einen hohen Auflagedruck an den Dichtungsflächen bewirkt und in einem
großen Temperaturbereich zu verwenden ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch
einen der Innenseite zugekehrten weichen Körper, einen der Außenseite zugekehrten
elastischen, harten Körper und einen starren Stützteil zwischen diesem harten Körper
und dem Gehäuse der Zelle, dessen innerer Rand auf dem harten Körper aufliegt und
dessen äußerer Rand sich gegen einen umgebördelten Rand des Gehäuses abstützt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der scheibenförmig ausgebildete
weiche Körper in der
Mitte mit einem rohrförmigen Ansatz für einen
durchgeführten Leiter versehen. und der Stützteil so geformt, daß er kreisförmig
auf dem elastischen, harten Körper aufliegt und gegen das Gehäuse sowie mit Hilfe
eines Isolierringes und einer Scheibe gegen den Leiter abgestützt ist.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Verschluß aus
einer Isolierscheibe, einer elastischen Scheibe und einem breiten Stützring, F i
g. 2 einen Verschluß mit Durchführung und F i g. 3 einen Verschluß aus einer Isolierscheibe,
einer elastischen Scheibe und einem schmalen Stützring.
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Bei dem Verschluß nach F i g. 1 ruht auf einer eingedrehten Stufe
1 des Gehäuses 2 der aus einer Scheibe 3 bestehende isolierende, weiche und eigentlich
dichtende Körper. Darüber sind, von innen nach außen betrachtet, in Form der Scheibe
4 der harte, elastische Körper und der starre Stützteil 5 angeordnet. Der
Stützteil 5 ist eine konisch gedrückte, runde und flache Scheibe aus starrem Material
mit Mittelloch, an deren innerem Rand die Scheibe 4 anliegt, während sich der Stützteil
mit seinem äußeren Rand an dem Gehäuse 2 abstützt. Die runde Scheibe 4 wird durch
den inneren Rand des starren Stützteiles 5 ringförmig gegen die Kunststoffscheibe
3 und diese dadurch gegen die zu dichtende Kante der eingedrehten Stufe 1 des Gehäuses
2 gedrückt. Dabei übernimmt die aus chemisch beständigem Kunststoff bestehende Scheibe
3 die Abdichtung, und die glatte, elastische, beispielsweise aus Stahl bestehende
Scheibe 4 nimmt den in dem Gehäuse vorhandenen bzw. entstehenden überdruck auf,
indem sie sich nach außen durchbiegt.
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Die F i g. 2 zeigt den Verschluß einer Stabilisationszelle, der sowohl
zur Durchführung eines Leiters als auch zur Befestigung desselben dient. Der zur
Abdichtung dienende, isolierende, weiche Körper ist eine flache Scheibe 6, die in
der Mitte mit einem rohrförmigen Ansatz versehen ist, durch den der Leiter 7 geführt
ist. Die elastische Scheibe 8 ist über den rohrförmigen Ansatz geschoben und liegt
auf der Scheibe 6. Der Stützring 9 ist ebenfalls über den rohrförmigen Ansatz geschoben
und vorher so verformt worden, daß er erstens kreisförmig auf der elastischen Scheibe
8 aufliegt, zweitens sich gegen das Gehäuse 1 abstützt und drittens mit Hilfe eines
Isolierringes 10 und einer Scheibe 11 gegen den Leiter 7 abgestützt ist. Da der
Leiter 7 an der Scheibe 11 beispielsweise durch Umbördeln befestigt ist, bildet
das Ganze eine starre Verbindung; lediglich die elastische Scheibe 8 kann sich zum
Druckausgleich unter dem Stützring 9 bewegen. Bei diesem Verschluß dient die elastische
Scheibe 8 in Verbindung mit der weichen Scheibe 6 zur Abdichtung des Gehäuses und
der Durchführung.
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Gegebenenfalls können durch die elastische Scheibe bei entsprechender
Ausgestaltung derselben und des isolierenden weichen Körpers mehrere Verschlußflächen,
d. h. auch mehrere Durchführungen und das Gehäuse gleichzeitig verschlossen und
isoliert werden.
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Die F i g. 3 zeigt einen Verschluß ähnlich der F i g.1, allerdings
mit einem Stützteil 12, der ein sehr großes Loch besitzt, so daß die elastische
Scheibe 4 am Rande abgestützt ist. Die übrigen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung
wie in F i g. 1.
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Wie bereits erwähnt; wird der in der Stabilisationszelle entstehende
überdruck durch Verformung der elastischen Scheibe 4, insbesondere durch die Durchbiegung
nach außen ausgeglichen. Diese Durchbiegung der Scheibe 4 ist in der F i g: 3 strichpunktiert
angedeutet.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der isolierende, weiche Körper nur die Dichtung übernimmt, während der elastische
Körper durch Verformung den in der Zelle vorhandenen bzw. entstehenden Druck aufnimmt.
Nun können die verhältnismäßig weichen, aber gegen den Elektrolyten in der Zelle,
beispielsweise Kalilauge, chemisch beständigen Kunststoffe zu Dichtungszwecken auch
bei höheren Temperaturen und hohen Gasdrücken verwendet werden, obgleich diese Kunststoffe
oft stark thermoplastische Eigenschaften haben. Diese Verschlüsse gestatten es also,
die mit ihnen versehenen Stabilisationszellen in dem vorstehend angegebenen weiten
Temperaturbereich von -30 bis -I-100° C zu verwenden. über diesen ganzen Temperaturbereich
ist der Verschluß unbedingt gas-und flüssigkeitsdicht. Selbst wenn kein überdruck
in der Zelle vorhanden ist, besteht an den Dichtungsflächen, bedingt durch die harte,
elastische Scheibe 4 bzw. 8, ein hoher Auflagedruck von etwa 200 kg/cm2. Auch alle
durch die verschiedenen Temperaturkoeffizienten bedingten Unterschiede bei der Ausdehnung
der verschiedenen Materialien innerhalb des großen Temperaturbereiches werden von
dem elastischen harten Körper aufgenommen.
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Bei dem Auftreten eines Überdruckes wirkt der Innendruck gleichmäßig
auf die gesamte Innenfläche des harten, elastischen Körpers, insbesondere auf die
harte, elastische Scheibe 4 bzw. B. Diese kann in dem durch den Stützteil 5 bzw.
12 starr gestützten Durchmesser (Innendurchmesser des Stützteiles) nicht nachgeben,
wohl aber an allen anderen Punkten. Daher wird zunächst der innere Teil der Scheibe
4 bzw. 8 dem Innendruck nachgeben und sich nach außen wölben, dabei wird der Auflagedruck
außen am Dichtungsrand in dem Gehäuse 2 vergrößert. Steigt der Innendruck jedoch
wesentlich weiter an, dann reicht er aus, um den außerhalb des Stützdurchmessers
liegenden Teil der harten, elastischen Scheibe 4 bzw. 8, d. h. den äußeren Teil
derselben, anzuheben, so daß Gas aus dem Gehäuse 2 entweichen kann. Bei Nachlassen
des Überdrucks kehrt die harte, elastische Scheibe 4 bzw. 8 wieder in ihre Ausgangsstellung
zurück, und die Zelle ist wieder dicht.
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Durch die Elastizität der Scheibe 4 und die Wahl des Innendurchmessers
des Stützringes 5 bzw.12 kann der Verschluß verschiedenen Drücken in der Zelle angepaßt
werden. Es kann erreicht werden, daß die Auflagekraft der elastischen Scheibe mit
zunehmenden Innendruck in einem bestimmten festgelegten Verhältnis zunimmt, abnimmt
oder auch gleichbleibt. Auf diese Weise kann der Verschluß so eingestellt werden,
daß die Auflagekraft der elastischen Scheibe von einem bestimmten Druck an nicht
mehr zunimmt, so daß der vorhandene Überdruck von einer bestimmten Höhe an entweichen
kann. Der Verschluß wirkt dann gleichzeitig als Sicherheitsventil.
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Da der überdruck in der Zelle durch Verformung der elastischen Scheibe
4 oder 8 aufgenommen wird, ist diese Verformung, insbesondere die Durchbiegung
der
Scheibe, beispielsweise durch eine konzentrische Prägung, sichtbar und meßbar, so
daß der vorhandene überdruck angezeigt wird, ohne daß Eingriffe in den Verschluß
bzw. das Gehäuse vorgenommen werden müssen.