DE2356465C3 - Akkumulatorenzelle für Fahrzeugbatterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Akkumuiatorenzelle für Fahrzeugbatterien, insbesondere für Untersee-Boot-Batterien, mit positiven und negativen Platten, die durch elastische Elemente gegen das Zellengehäuse abgestützt sind.

Blei-Akkumulatoren enthalten im allgemeinen auf dem Boden der Akkumulatoren-Zellengefäße angeordnete Prismen auf denen die positiven und negativen Platten eines Plattensatzes ruhen. Diese Prismen bestehen vornehmlich aus dem gleichen Material wie das Zellengefäß und werden bei der Herstellung des Zellengefäßes als fester Bestandteil des Gefäßes mit ausgeformt.

Stöße oder Erschütterungen werden bei Batterien im allgemeinen über die Aufstellfläche, den Zellenboden sowie über die Prismen auf die Plattensätze übertragen. Da das für die Zellengefäße verwendete Material nur eine begrenzte Elastizität besitzt, werden

ίο Stöße oder Erschütterungen unabgeschwächt an die Plattensätze weitergegeben. Als Folge können Zerstörungen oder Beschädigungen an den Plattensätzen auftreten.

Der Einsatz von federnden bzw. stoßdämpfenden Elementen im Akkumulator ist bekannt.

In der DE-PS 68 873 ist ein Akkumulator beschrieben, dessen Elektrodenplatten an ihrem oberen Rand über Federelemente n?it dem Gehäusedeckel verbunden sind, während der untere Plattenrand ohne eigene Federelemente am Gehäuseboden befestigt ist. Da die Abfederung der oberen Plattenränder jedoch keine ausreichende Dämpfung bietet, werden Rüttel- und Stoßbewegungen des Gefäßbodens auf die unteren Plattenränder und somit auf die gesamten Elektrodenpiatten übertragen.

Aus der CH-PS 163108 ist ein elektrischer Sammler bekannt, dessen negative Elektrodenplatten mit umlaufenden bzw. U-förmigen Gummirändern versehen sind. Der Gehäuseboden enthält zur Abstützung des Planensatzes mehrere Auflagen, zwischen denen sich ein Schlammraum zur Aufnahme herabfallender Teilchen befindet. An seinem oberen Ende wird der Plattensatz durch Gummischeiben elastisch gehalten, welche die als Stromableiter dienenden Polbolzen umfassen. Die Platten sind somit gegen die beim Fahren auftretenden Stöße geschützt. Ein durch die Auflagefläche des Zellendeckels gebildeter Anschlag sorgt für eine fest vorgegebene Vorspannung der auf den Auflagen am Gehäuseboden abgestützten Teile der Gummibänder.

Die am Gehäuseboden befindlichen Auflagen erfordern jedoch eine Gehäuseform, die von den üblichen Akkumulatorengehäusen abweicht. Außerdem müssen die negativen Elektrodenplatten an ihrem oberen Rand mit jeweils zwei Aussparungen versehen werden, um die Gummibänder gegen seitliches Verschieben zu sichern. Hieraus ergibt sich ein verhältnismäßig hoher technischer Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Akkumulatorenzelle zu entwikkeln, die eine einfache, wirkungsvolle Vorrichtung enthält, mit der die von außen einwirkenden Stöße und Erschütterungen im Zelleninneren abgeschwächt und gedämpft werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Platten durch den Stromableiter umfassende obere Federelemente an der Polbolzendurchführung gegen den Zellendeckel abgestützt sind, daß die Federelemente zwischen einem gegen die Innenfäche des Zellendeckels gepreßten Dichtring und einem auf dem Stromableiter aufgeschobenen Gegenlager angeordnet sind, daß die Federelemente sieh zwischen der Außenfläche des Zellendeckels und einem auf den Stromableiter aufgebrachten Ring befinden und daß zusätzlich durch untere Federelemente die Platten gegen den Zellenboden abgestützt sind.

Erfindungsgemäß werden bei Zellen mit einem hohen Gewicht Fußstützen an dem Zellenboden voree-

sehen, in deren Ausnehmungen die Plattenfüße teilweise eingreifen, wobei die Plattenfüße und die Ausnehmungen der Fußstützen unterschiedliche Flankenwinkel besitzen. Erfindungsgemäß sind die oberen und die unteren Federelementc diagonal angeordnet.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Gemäß Fig. 1 sind gegenpolige Plattenblöcke im Zellengefäß 13 angeordnet, die Polbolzen 1 ragen teilweise aus dem Zellengefäß 13 heraus. Innerhalb der Zellengefäße 13 ist eine trogförmige Einlage 14 aus elastischem Material, vorzugsweise aus Gummi angeordnet, welche die seitlichen Wände und den Boden des Zellengefäßes 13 abdeckt. Sie soll verhindern, daß bei einer Beschädigung des verhältnismäßig unelastischen Zellengefäßes 13 Elektrolyt infolge von Undichtigkeit austritt. Um den Hals des Polbolzens 1 sind zwei Halbschalen 7 herumgelegt, die von der übergestülpten Hülse 6 fixiert werden. Die Hülse 6 besteht aus elektrolytbeständigem, elastischem Kunststoff oder Gummi mit einer relativ harten Dehnungscharakteristik. Auf die Hülse 6 ist ein Ring 5 aus Gummi oder Kunststoff aufgelegt, der jedoch eine relativ weiche Dehnungscharakteristik hat. Dieser weiche Ring 5 dichtet außerdem einmal zur unteren Seite 9 des Zellendeckels 8 und andererseits zum Schaft des Polbolzens 1 ab.

Oberhalb des Zellendeckels 8 befinden sich ebenfalls ein oder mehrere Ringe 4 aus elektrolytbeständigem, elastischem Kunststoff oder Gummi mit weicher Dehnungscharakteristik. Auf dem Ring 4 ist eine Unterlegscheibe 3, die durch die Polmutter 2 mehr vjder weniger fest aufgeschraubt ist, angeordnet.

Durch das Anziehen der Polmutter 2 kann man über den Polbolzen 1, die Polbrücke 10 und die beiden Halbschalen 7 die Hülse 6 und den Ring 5 von unten her sowie den Ring 4 von oben her an den Zellendekkel 8 pressen. Durch mehr oder minder starkes Anziehen der Polmuter 2 läßt sich eine unterschiedliche Vorspannung dsr Elemente 4, 5 und 6 erreichen.

Vordem Einbringen der Plattensätze 12 in das Zellengefäß 13 werden die Fußstützen 21 auf die Füße 22 der positiven bzw. der negativen Platten gezogen. Die Fußstützen 21 sind aus elektrolytbeständigem Material, z. B. Gummi oder Kunststoff, hergestellt und so ausgelegt, daß sie eine weiche Dehnungscharakteristik haben. Die Flankenwinkel der Füße 22 und der Fußstützen 21 sind unterschiedlich, damit die Dehnungscharakteristik bei härteren Stoßen härter wird, indem der Fuß die Fußstütze weiter dehnt und schließlich auf den Boden drückt. Die Abstützung der Platte ist außerdem noch diagonal zur Aufhängung angebracht, so daß eine Verformung des Gitterrahmens und eine Verschiebung der einzelnen Platten innerhalb des Plattensatzes 12 erfolgen kann.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Federelemente 4,5,21 aus Gummi und die Federelemente 6, 22 aus Kunststoff, insbesondere aus Polyäthylen, herzustellen.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt einmal darin, daß nieder-, mittel- oder hochfrequente Rüttelungen mit geringem Hub und geringer Beschleunigung, die von außen auf das Zellengefäß kommen, vom Plattensatz weitgehend ferngehalten und gedämpft werden. Solche Rüttelungen können bei Fahrzeugantriebsbatterien durch die Eigenschaften des Fahrweges und durch die Erschütterungen des Motors erzeugt werden. Der Vorteil dieser Anordnung liegt aber auch darin, daß auch einmalige harte Stöße mit großer Beschleunigung, die von außen auf die Zeile einwirken, vom Plattenblock weitgehend ferngehalten und gedämpft werden.

Diese Vorteile werden dadurch erreicht, daß
1. die Vorrichtungen zum Aufstellen des Plattensatzes auf dem Boden und zum Aufhängen am Zellendeckel, insgesamt gesehen, eine progressive Dehnungscharakteristik haben.
κι 2. die Aufhängung des Plattenblockes am Zellendeckel und die Abstützung des Plattenblockes am Boden diagonal zueinander angeordnet sind und somit die allgemein senkrecht auf das Zellengefäß einwirkenden Kräfte derart auf den Plattenblock einwirken, daß ihre Kraftwirkungslinien möglichst weiten Abstand voneinander haben.

3. die Anordnung der Plattenblockaufhängung am Deckel es ermöglicht, daß das gesamte Zellengefaß mit seinen in geringem Maße elastischen, senkrechten Wänden und seinem in geringem Maße elastischen, waagerechten Zellendeckel als zusätzliches Federelement in das Dämpfungssystem integriert ist.

4. durch die elastische Aufhängung bzw. Abstützung des Plattensatzes gegenüber dem Zellengefäß eine von außen eingeprägte Beschleunigung zu einer Relativbewegung des Plattenblockes gegenüber dem Zellengefäß führt.

3« Infolge dieser Relativbewegung wird der Elektrolyt, der sich innerhalb des Zellengefäßes befindet, mit relativ hoher Geschwindigkeit durch den eng gepackten, eine recht große Oberfläche bildenden Plattensatz hindurchgedrückt. Durch den hierbei auftretenden, wegen der großen Reibungsfläche und des dicht gepackten Plattensatzes relativ großen Strömungswiderstand tritt eine beträchtliche Dämpfung der Relativbewegung auf. Diese Dämpfung, durch Bremsung der Relativbewegung infolge des hohen Strömungswiderstandes, hat den Vorteil, daß die Bremskräfte an der gesamten Oberfläche aller positiven und negativen Platten und der dazwischenliegenden Separatoren angreifen. Somit führt die sehr große, gesamte Bremskraft nur zu minimalen mechanischen Beanspruchungen an allen Teilen des Plattensatzes.

Die progressive Dehnungscharakteristik der Aufhängung des Plattensatzes wird durch Zusammenfügen von Elementen mit weicher und harter Dehnungscharakteristik erreicht.

so Die progressive Dehnungscharakteristik der Aufhängung des Plattensatzes wird durch die unterschiedlichen Flankenwinkel am Plattenfuß und an der Fußstütze erreicht. Durch diese unterschiedlichen Flankenwinkel wird die Fußstütze aufgeweitet, bis der Fuß auf dem Gummi auftrifft und die Charakteristik hart wird.

Die weiche Dehnungscharakteristik dient zur Fernhaltung und Dämpfung von Rüttelbeanspruchung von außen.

Die Stöße mit großen Beschleunigungen führen zu starken Verschiebungen in den Zellen und überschreiten somit schnell die weichen Zonen. Die großen Kräfte werden dann auf relativ kleinen Wegen aufgefangen. Dazu kommt, daß sich die Platten gegen die Separatoren reiben und sich eine Dämpfung durch Reibschlußverbindung ergibt.

Eine weitere Ausbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die

Figuren zeigen die Abstützung durch Federelemente jeder einzelnen Plattenfahne. Diese ist bei Hochleistungszellen, die ein relativ geringes Gewicht haben, bei einer Fahnendurchfiihrung durch den Zellendekkel 8 ausreichend.

Auf die aus dem Zellengefäß 13 herausragenden Plattenfahnen 11 ist ein Gegenlager 20, das prismatisch und aus eiektrolytbeständigem Material ist, aufgelegt. Darauf befindet sich der untere Federkörper 19 aus einem prismatischen, elastischen Material sowie der untere Dichtungsring 18, der die Fahne 11 gegen die Deckelgummierung 9 des Zellendeckels 8 und gegen den Fahnenschaft unterhalb des aufgelegten Deckels 8 abdichtet.

Oberhalb des Deckels befindet sich der obere Dichtungsring 17 sowie der obere Federkörper 16 und der meist metallische Preßring 15. Die notwendige Vorspannung der gesamten Dämpfungsvorrichtung wird durch die Verschweißung der Polbrücke 10 mit der bzw. den Polfahnen 11 gewährleistet. Die meist prismatische, metallische Polbrücke wird dabei unter einem vorgewählten Andruck aufgeschweißt.

Zweckmäßigerweise sind die Federelemente 17,18 aus Gummi und die Federelemente 15,19 aus Kunststoff gefertigt.

Bei dieser Ausführungsfoim ergeben sich im wein sentlichen die gleichen Vorteile wie bei einer Ausführungsform nach der Fig. 1. Handelt es sich um Hochleistungszellen mit einem relativ geringen Gewicht, so ist die Abstützung der einzelnen Platten gegen den Boden mit Hilfe eines Federelementes nicht erforder-Hch, bei Zellen mit schweren Plattenblöcken sind jedoch auch am Boden der Zelle Federeiemente vorzusehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Akkumulatorenzelle für Fahrzeugbatterien, insbesondere für Untersee-Boot-Batterien, mit positiven und negativen Platten, die durch elastische Elemente gegen das Zellengehäuse abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten durch den Stromableiter (1, 11) umfassende obere Federelemente (4, 6, 16, 19) an der Polbolzendurchführung gegen den Zellendeckel (8) abgestützt sind, daß die Federelemente (6,19) zwischen einem gegen die Innenfläche des Zellendeckels (8) gepreßten Dichtring (5,18) und einem auf dem Stromableiter (1, 11) aufgeschobenen Gegenlager (7, 20) angeordnet sind, daß die Federelemente (4,16) sich zwischen der Außenfläche des Zellendeckels (8) und einem auf den Stromableiter aufgebrachten Ring (2, 15) befinden und daß zusätzlich durch untere Federelemente (21) die Platten gegen den Zellenboden abgestützt sind.

2. Akkumulatorenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Federelemente im Verhältnis zur Plattenfläche zueinander diagonal angeordnet sind.

3. Akkumuiatorenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Federelement (6) einen als Polschaft ausgebildeten Stromableiter (1) umfaßt, dessen Gegenlager (7) auf einer Polbrücke (10) aufsitzt und daß Federelement (4) zwischen einer Ringmutter (2) und einem gegen die Außenfläche des Zellendeckels (8) gepreßten Dichtring (S) angeordnet ist.

4. Akkumulatorenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Federelement (19) und der Innenfläche des Zellendekkels (8) sowie zwischen der Außenfläche des Zellendeckels (8) und dem Federelement (16) jeweils ein Dichtungsring (17,18) angeordnet ist, daß der Stromableiter (11) als Plattenfahne ausgebildet ist und daß das Gegenlager (20) zwischen Federelement (19) und Platte (12) den Stromableiter (11) umfassend angeordnet ist.

5. Akkumulatorenzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Federelemente (21) am Zellenboden angeordnete Fußstützen sind, in deren Ausnehmungen die Plattenfüße (22) teilweise eingreifen und daß die Plattenfüße (22) und die Ausnehmungen der Fußstützen (21) trapezförmige Profile mit unterschiedlichen Flankenwinkeln besitzen.