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Sammlerbatterie, insbesondere alkalischer Akkumulator Bei der Verwendung
aufladbarer elektrischer Sammlerbatterien ist in verschiedenen !Fällen ein Aufbau
des Sammlers von Vorteil, bei dem die Sammlerzellen nach Art von Stabbatterien koaxial
angeordnet sind. Im Gegensatz zu der Verwendung von Stabtrockenbatterien mit mehreren
koaxial angeordneten Elementen ist bei einem solchen Aufbau für aufladbare elektrische
Sammler die Schwierigkeit vorhanden, daß jede einzelne Sammlerzelle für das Auffüllen
mit El.ektrolytflüssigkeit zugänglich sein muß, und bei etwaiger Gasentwicklung
in der Zelle muß dieses Gas entweichen können.
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Die Erfindung löst die genannten Schwierigkeiten bei der koaxialen
Anordnung mehrerer Zellen einer aufladbaren elektrischen Sammlerbatterie dadurch,
daß die in Stabgehäuse eingesetzten Zellen untereinander durch 'I'remnwände abgeteilt
sind und di: Trennwände bei Überdruck wirksame Gasaustrittsöffnungen zwischen dien
sich aneinarnderreihenden Elektrolyträumen der Zellen bilden. Am Stabgehäusedeckel
und/oder Boden der Batterie ist eine gemeinsame, ins Freie mündende Gasaustrittsöffnu@ng
vorhanden,-dieauch dieallen.hintereinander angeordneten Zellen gemeinsame Füllöffnung
für die Elektrolytflüssigkeit sein kann. Dabei ist es gleichgültig, ob alle Zellen
in einem Stabgehäuse angeordnet sind oder ob die Gehäuse der einzelnen Zellen durch
flüssigkeitsdichtes Aneinandersetzen zu einem Stabgehäuse vereinigt sind.
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Die an den Trennwänden zwischen den einzelnen Zellen vorgesehenen
Mittel für die Verbindung der Elektrolyträume der Zellen bei vorhandenem Überdruck
in einer oder mehreren Zellen oder für das Auffüllen der Elektrolytflüssigkeit können
verschiedenartig
sein. Die Trennwände können Kapillarröhren, Ventile,
elastische Stichlochplättchen od. dgl. bilden oder damit vereinigt sein.
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Sind die Zellen von einzelnen Stabgehäusen gebildet, so wird man die
Gehäuse der Zellen so gestalten, daß beim Aneinandersetzen der Boden des Gehäuses
der einen Zelle der Deckel des Gehäuses der anderenZelle ist und nur die oberste
der flüssigkeitsdicht zusammengesetzten Yellen mit einem zusätzlichen Deckel verschlossen
wird. Das Gehäuse jeder Zelle bildet einen alsÜberlauf für dieElektrolytflüssigkeit
wirkenden, am Gehäuseboden nach außen mündenden Längskanal, mit dem der Gehäuseinnenraum,
der einen Zelle an den Gehäuseinnenraum der angesetzten Zelle angeschlossen ist.
Durch diesen Kanal können gleichzeitig die Verbindungsleitungen für die elektrische
Hintereinander'schaltung,der Zellen mitgeführt sein. Dadurch ist erreicht, daß die
von einzelnen Gefäßen gebildeten Zellen mit ihren Innenräumen untereinander verbunden
sind' und die an dem oberen eingesetzten Deckel vorhandene Füll- und Entgasungsöffnung
für alle hintereinander angeordneten Zellen wirksam ist. Der als Überlauf für die
Elektrolytflüssigkeit wirkende Längskanal, der auch von einem zentrisch im Gehäuse
angeordneten Standrohr gebildet sein kann, bestimmt beim Einfüllen von Elektrolytflüssigkeit
die Füllhöhe für jede Zelle. Es sei angenommen, daß z. B. drei Zellen mit den Merkmalen
der Erfindung zusammengesetzt sind. Beim F-infüllen von Elektrolytflüssigkeit in
die am oberen Abschlußdeckel vorhandene Füll£fnung wird die oberste Zelle mit Elektrolytflüssigkei.t
angefüllt, bis dieselbe durch den Überlaufkanal in die nächste darunterliegende
Zelle abläuft. Die zweite Zelle füllt sich mit Elektrolytflüssigkeit bis zu dem
durch den Überlauf dieser Zelle bestimmten Stand. Beim weiteren Auffüllen läuft
die Flüssigkeit in die dritte, unterste Zelle, deren Überlauf am Zellen-Boden ins
Freie mündet. Ist auch die dritte Zelle genügend mit Elektrolytflüssigkeit angefüllt,'
so läuft die Flüssigkeit durch den Überlauf dieser Zelle ab und beim Austreten von
Elektrolytflü,ssigkeit an der Bodenmündungsöffnung der unteren Zelle ist angezeigt,
daß alle Zellen der Sammlerbatterie genügend mit Elektrolytflüssigkeit aufgefüllt
sind. Die Einfüllöffnung am Deckel der obersten Zelle wird verschlossen, und zur
Vermeidung eines nachteiligen Austritts von Elektrolytflüs.sigkeit an der Bodenmündung
der untersten Zelle wird auf das Gehäuse dieser Zelle eine die Mündung der Standrohrbohrung
oder des Gehäuselängskanals flüssigkeitsdicht, jedoch gasdurchlässig abschließende,
abnehmbare, elastische Bodenkappe aufgesetzt. Damit ist die Sammlerbatterie betriebsfertig.
Die Anschlußmittel für die Stromabnahme sind an der Deckelplatte der obersten Zelle
angeordnet. Es kann auch bei der untersten dritten Zelle auf den ins Freie mündenden
Überlauf verzichtet werden, wenn beim Einfüllen der Elektrolytflüssigkeit in die
einzelnen Zellen entsprechend vorgegangen wird. Bei derVerwendung von elastischen
Kunststoffgehäusen können die Zellenräume z. B. saugballartig mit Elektrolytflüssigkeit-
durch die obere Deckelöffnung gefüllt werden. Es ist aucl möglich, die Längskanäle
in dem Zellengehäuse oder dem zentrisch angeordneten Standrohr so eng zu gestalten;
daß sie als Kapillarröhrchen wirken In diesem Falle erfolgt das Füllen der hintereinanderliegenden
Zellenräume mit Elektrolytflüssigkeit durch Ansaugen in der Weise, daß an die oberste
Deckelöffnung eine geeignete Saugvorrichtung angeschlossen wird und die Bodenmündung
der Kapil.larröhre der untersten Zelle nach Abnehmen der Abschlußkappe in ein Gefäß
mit Elektrolytflüssigkeit eingetaucht ist. Beim Absaugen den Luft aus den hintereinander
angeordneten, durch Kapillarröhren miteinander verbundenen Zellengefäßen fließt
die Elektrolytflüssigkeit durch die Kapillarröhre der untersten Zelle; bis diese
gefüllt ist, und dann durch die Kapillarröhre der mittleren Zelle in dieselbe. Ist
auch die mittlere Zelle gefüllt, so wird beim weiteren Ansaugen. die Flüssigkeit
durch die Kapillarröhre der ersten Zelle gesogen und sie tritt, wenn alle Zellen
mit Elektrolytfliüssigkeit angefüllt sind, an dem Saugstutzen des oberen Abschlußdeckels
aus. Die Saugöffnung an dem Deckel wird ventilartig verschlossen für denn Fall,
daß sich in einer der Zellen Gas entwickelt, das durch die Kapillarröhren der davorliegenden
;Zellen nach oben steigt und an dem Ventil des oberen Abschlußdeckels austritt.
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Für die Schaffung günstiger Gebrauchsformen der erfindungsgemäßen
Sammlerstabbatterie wird man in die Zellengehäuse lagendicht zu Wickeln gerollte
oder zu Paketen geschichtete Blatt- oder folienartige Elektroden einsetzen. Auf
diese Weise können, insbesondere bei der Verwendung von blatt-oder foliendünnen
Sintergerüstelektroden, die Wickel oder Pakete an die Zellengehäuseinnenwandung
dicht anliegend in diese Gehäuse eingesetzt sein, und es braucht nur ein verhältnismäßig
kleiner zusätzlicher Elektrolytraum in jeder Zelle vorgesehen zu werden. Bei der
Verwendung von Elektrodenwickeln ist die Anordnung eines standrohrartigen Überlaufs
in der Zelle günstig, weil dieses Standrohr den Wickel kernartig durchsetzen kann.
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Zur Erzielung eines weltmöglich ansatzlosen Aneinandersetzens der
Zellengehäuse wird man das Gehäuse jeder Zelle für die Bildung einer muffenartigen
Konusverbindung an seiner Bodenseite konisch verjüngt und die Gehäusebohrung an
der Deckelseite konisch erweitert ausbilden. Dabei werden dievorzugsweise aus durchsichtigemKunststoff
bestehenden Zellengehäuse untereinander flüssigkeitsidicht, z. B. durch Verkleben
oder Verschweißen, miteinander verbunden. Es bildet also die aus mehreren koaxial
angeordneten Zellen bestehende aufladbare elektrische Sammlerbatterie eine in sich
verfestigte Stabzelleneinheit, die runden, ovalen, rechteckigen oder jeden anderen
geeigneten Querschnitt besitzen kann. Die Handhabung dieser Mehrzellensammlerbatterie
ist die gleiche wie bei nur einer Stabzelle.
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Von Vorteil isst es, in ein zylindrisches Stabbatteriegehäuse mehrere
Elektrodenpakete oder
Elektrodenwickel koaxial angeordnet einzusetzen
und als Trennwände für die Abteilung der Zellen manschettenartige elastische Scheiben
zu benutzen, die mit entsprechender Vorspannung in die Stabgehäusebohrungeingesetzt
sind. Es ist einebekannte Eigenart solcher manschettenartiger Scheiben, daß sie
bei Druckanstieg in der einen Richtung dichtend -und bei Druckanstieg in der entgegengesetzten
Richtung ventilartig wirken. Bei der Verwendung solcher manschettenartiger Trennwände
für die Abteilung der Zellen untereinander ist also mit einfachen Mitteln erreicht,
daß die Zellen flüssigkeitsdicht gegeneinander abgeschlossen sind und bei Druckanstieg
in der damit abgegrenzten Zelle durch die Ventilwirkung der Manschette die ,Druckgase
in die nächste Zelle abziehen können, bis sie zu der am Deckel der Stabbatterie
vorgesehenen Gasaustrittsöffnung gelangen und dort ins Freie entweichen. Auch bei
diesem Aufbau einer mehrzelligen Stabsammlerbatterie. ist am Boden der untersten
Zelle eine durch Ventil verschlossene Ansaugöffnung für das Auffüllen der Zelle
mit Elektrolytflüssigkeit vorhanden. In gleicher Weise, wie vorher beschrieben,
wird für dieses Auffüllen an den Deckelstutzen der obersten Zelle eine Saugvorrichtung
angeschlossen und die manschettenartigen Zwischenwände wirken beim Einsaugen der
Elektrolytflüssigkeit ebenfalls ventilartig, bis der Druckausgleich innerhalb der
Zellenräume wieder vorhanden ist und sich die Manschettenränder unter dem Druck
der Elektrolytflüssigkeit dichtend.gegen die Innenwandung des gemeinsamen Stabgeh.äuses
der Zellen legen. Die elektrischen Verbindungsleitungen sind zweckmäßig durch den
Innenhohlraum des Elektrodenwickels jeder Zelle geführt, und es können an diesen
Leitungen die manschettenartigen, elastischen Trennwände laugendicht befestigt sein,
damit sie in ihrer vorbestimmten Lage gehalten werden.
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Für die Bildung von vielzelligen Sammlerstabbatterien wird man als
Trennwände isolierende Zwischenlagen zwischen zwei von Scheiben oder Plättchen gebildeten
Elektroden ungleicher Polarität anordnen. Jede dieser Elektroden gehört zu einer
der beiden mit der Trennwand abgeteilten Zellen. Sind die Elektroden, z. B. durch
Vernieten, an der Trennwand befestigt, so dienen die Niete gleichzeitig als stromleitende
Verbindung für die elektrische Hintereinanderschaltung der Zellen. Als Trennwände
wird man in diesem Falle zweckmäßig elastische Kunststoffscheiben wählen, die durch
Verkleben od. dgl. mit der Innenwandung des Stabgehäuses laugen-dicht verbunden
sind. Damit die durch das Einsetzen der Trennwände in das Sammlergehäuse gebildeten
Zellen im Sinne der Erfindung untereinander für das Entweichen von Gas oder für
das Auffüllen von Elektrolytflüssigkeit in Verbindung stehen, wird man die an den
Trennwänden befestigten Elektroden mit Löchern versehen, die durch Stichlöcher in
der elastischen Trennwand ventilartigsoversehlossen sind, daß nurbeimDruckanstieg
in einer Zelle das diesenAnstieg bewirkende Gas in die nächste Zelle übertritt,
bis es an dem Ventilverschluß des obersten Zellendeckels ins Freie tritt, oderdaß
beim Ansaugen von Elektrolytflüssigkeit dieselbe durch die Stichlochöffnung in der
Trennwand aus der unteren Zelle in die nächste benachbarte obere Zelle gesaugt wird.
Für die Bildung eines genügenden Elektrolytvorrats in den einzelnen Zellen ist es
von besonderem Vorteil, die Isolierzwischenlagen zwischen den Elektroden ungleicher
Polarität einer Zelle aus sehr stark saugfähigem Material zu wählen.
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Mit der Erfindung ist es möglich, in einem Stabgehäuse sehr viele
elektrisch hintereinandergesehaltete Zellen anzuordnen, und es können dadurch aufladbare
Sammlerbatterien in Stabform mit hoher Klemmspannung geschaffen werden, wie sie
z. B. vorteilhaft als Anodenbatterien beim Betrieb von Hochfrequenzempfängern Verwendung
finden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. i bis 5 der Zeichnung
dargestellt.
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In Fig. i ist die aufladbare elektrische Sammlerbatterie von den koaxial
angeordneten Rundstabzellen i, 2 und 3 gebildet. Die Zellen i, 2 und 3 sind muffenartig
aneinandergesetzt, und es greift der konisch verjüngte Teil 4 des Gehäuses in den
konisch erweiterten Teil 5 ,der oben offenen Gehäusebohrung ein. An der Verbindungsstelle
sind die Zellen durch Verkleben flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. Jedes Zellengehäuse
i, 2 und 3 bildet ein zentrisch im Gehäuse angeordnetes Standrohr 6, dessen Höhe
die Füllhöhe für die Elektrolytflüssigkeit im Gehäuse bestimmt. Jedes Standrohr
6 ist mit zwei dasselbe längs durchsetzenden Bohrungen 7 und 8 versehen, die am
Boden 9 des Gehäuses ins Freie münden. Beim flüssigkeitsdichten Zusammensetzen der
Gehäuse i, 2 und 3 bildet der Boden des Gehäuses 2 den Deckel für das oben offene
Gehäuse 3 und der Bodendes Gehäuses i den Deckel des ebenfalls oben offenen Gehäuses
2. Mit den Standrohrbohrungen 7 und 8 sind die Innenräume der Gehäuse 3, 2 und i
untereinander verbunden, und sie stehen durch die ins Freie mündenden Bohrungen
7 und 8 des Standrohres 6 der unteren Zelle 3 mit der Außenluft in Verbindung, wenn
die elastische Abschlußkappe io abgenommen ist. Die Zelle i ist an der oben offenen
Gehäuseseite durch den in die konische Erweiterung der Gehäusebohrung eingesetzten
Deckel ii verschlossen. 12 ist die Abschlußschraube für die Elektrolyteinfüllöffnung
des Deckels i i und 13. 14 sind die Kontaktanschlüsse für die Stabzel,lenbatterie.
Diese Kontaktanschlüsse sind von in den Deckel i i fest eingesetzten Schraubnippeln
gebildet, an die mit einer überwurfmutter in bekannter Weise Verbindungsleitungen
angeklemmt werden können. Die Nippel 13, 14 sind längs durchbohrt, und es
werden durch diese Bohrungen die AnschluBdrähte der Zellenelektroden nach außen
geführt. Die Verbindung mit diesen Elektrodenanschlüssen erfolgt in einfacher Weise
durch Zusammenquetschen des dünnwandigen Nippellhalses 15. Für die Inbetriebnahme
der Sammlerbatterie wird durch die Füllöffnung im Gefäßdeckel i i Elektrolytflüssigkeit
eingefüllt, bis diese bei abgenommener Verschlußkappe io, an der
Bodenmündung
der Standrohrb-ohrungen der Zelle 3 austritt, also die Zellen i, 2, 3 mit der durch
die als Überlauf wirkenden Standrohre 6 bestimmten Füllhöhe mit Elektrolytflilssigkeit
angefüllt sind. Eine oder auch beide der Längsbohrungen 7 und 8 sind für die Führung
der elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Elektroden der hintereinander
angeordneten Zellen 1, 2 und- 3, mit benutzt. Der Anodenanschluß der untersten Zelle
3 wird in Gestalt eines Anschlußdrahtes durch die Längsbohrungen 7 der Zellen i
und 2 bis zu dem Anschlußnippel 13 geführt. Die Kathode der Zelle i ist an den Nippel
1¢ angeschlossen. Die Verbindungsleitungen für die elektrische Hintereinanderschaltung
der Zellen i, 2 und 3 werden entweder ebenfalls durch die Längsbohrungen 7 der Standrohre
6, gegenüber dem Anodenanschluß isoliert, geführt oder sie liegen in der anderen
Standrohrbohrung B.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, für die Ausbildung des Deckels i
i andere Lösungen als die beschriebenen zu wählen, und es können die Kontaktanschlüsse
der Sammkrbattereie und die als Ventil wirkenden Absch1ußmittel für die Elektrolyteinfüllöffnung
genau so wie die Verbindung zwischen dem Deckel und der Gehäusewandung auch anderer
Art sein. Ein einfacher Verschluß für die Einfüllöffnung ist z. B. gegeben, wenn
auf dem röhrenartigen Ansatz 17 ein Gummihütchen aufgesetzt bzw. aufgezogen wird,
das mit einem Stichloch als Ventil wirkt.
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Für die Bodsnabschlußkappe io ist es bestimmend, daß diese einen sicheren
Abschluß gegen das Austreten von Elektrolytflüssigkeit bei beliebiger Handhabung
der Sammlerbatterie bildet. Sie kann mit ihrem Wulstring 16 nach Art eines Springringes
in eine Nut des Gehäuses eingreifen, wenn sie nicht allein durch ihre Elastizität
mit genügender Klemmwirkung sicher an dem unteren Gehäuse der Zelle 3 gehalten wird.
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Bei der Ausführung nach Fig.2 sind mehrere Zellen 18, i9 von einem
gemeinsamen Stabgehäuse 20 gebildet. Als Trennwände zwischen den Zellen sind die
manschettenartigen Scheiben 21 aus elastischem Werkstoff vorhanden. 22 ist ein in
das Gehäuse miteingesetzter Distanzrierungsring. Die Trennwand 2r ist laugendieht
fest an den Verbindungsleitungen 23 angeordnet und dadurch in Verbindung mit dem
Distanzierungsring 22 in ihrer Lage gehalten: Den Bodenabschluß des Stab-. gehäuses
20 bildet die Schraubkappe 24.. Für das Füllen der Zellenräume mit Elektrolytflüssigkeit
ist das Loch 25 vorgesehen und dieses Loch 25 ist durch die mit dem Boden 24 eingespannte
Gummischeibe 26 mit der ventilartig wirkenden Lasche 27 verschlossen. Bei Gasbildung,
also Druckanstieg in der Zelle ico, wirkt dieser Druck auf den Manschettenrand der
Trennwand 2 i, und es wird der Dichtungsdruck zwischen diesem Rand und der Innenwandung
des Gehäuses 2o vermindert bzw. aufgehoben, bis durch das Abströmen des Gases in
die Zelle 18 der Druckausgleich zwischen den Zellen 18 und i9 wiederhergestellt
ist. Brim Füllen der Zellen 18 und 19 mit Elektrolytfl@ssigkeit wird das Gehäuse
20 mit der Bodenöffnung 25 in ElektrolytflüssiglCeit eingetaucht, und es wird die
Flüssigkeit durch die Ventilwirkung der Lasche 27 und der Manschettenscheiben 21
mittels einer an die dafür vorgesehene Deckelöffnung des Zellengehäuses 20 angeschlossenen
Saugeinrichtung in die Zellenräume gesaugt.
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Den vielzelligen Aufbau einer Sammlerstabbatterie zeigt Fig. 3. In
das Stabgehäuse 2@8 sind die Wulstscheiben 29 mit der Gehäuseinnenwandung laugendicht
verbunden eingesetzt. Jede Wulstscheibe 29 bildet eine Trennwand zwischen zwei Zellen
3o. Die Elektrodenscheiben 31 und 32 sind von ungleicher Polarität, und sie werden
durch die als elektrische Verbindung zwischen zwei benachbarten Zellen 3o wirkenden
Niete 33 von der Wulstscheibe 29 getragen. 3,4 ist eine Isolierzwischenlage von
großer Saugfähigkeit. Die Wulstscheiben 29 sind aus .elastischem Material, und sie
wirken mit. einem -die Gasaustrittsöffnung 35, 36 in den Elektroden, 31 und 32 verbindenden
Stichloch durch ihre höhe Elastizität als Ventil. Für das Anfüllen der einzelnen
Zellen mit Elektrolytflüssigkeit durch Ansaugen ist auch bei dieser Ausführung der
Gehäuseboden 3,7 mit einer Ansaugöffnung 38 versehen, die durch das Kugelventil
39 gegen das Austreten von Flüssigkeit gesichert verschlossen ist. Auch dieses
Vielzellenstabgehäuse wird in geeigneter Weise mit einem Deckel oben abgeschlossen.
Die elektrischen Anschlüsse wird man zweckmäßig an der Boden- und Deckelseite des
Gehäuses herausführen. Es ist natürlich auch möglich, die den Sammleranschluß bildenden
Verbindungen in das Gehäuse eingebettet vorzusehen und beide Anschlüsse an der Deckel-
oder Bodenseite oder an sonst geeigneter Stelle des Gehäuses anzuordnen.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Sammlerbatterie eignet sich neben
vielen anderen Verwendungsmöglichkeiten in besonders zweckmäßiger Weise für den
Betrieb elektrischer Fahrradbeleuchtungen mit einer aufladbaren elektrischen Stromquelle,
die in Gestalt einer Sammlerstabbatterie in das Sattelstützrohr des Fahrrades eingesetzt
ist oder in sonst gebräuchlicher Weise an dem Rahmen des Fahrrades befestigt wird.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, den besonderen Vorteil nur einer
nach außen mündenden Gasentladeöffnung auch bei der Nebeneinanderanordnung mehrerer
Sammlerzellen durch die entsprechende Anwendung der Erfindungsmerkmale zu verwirklichen.
Die Ausführungsbeispiele offenbaren auch für solche Anwendungen vorteilhafte Prinziplösungen.