PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE2942745C2 20.10.1988
Titel Galvanische Batterie aus in einem Gehäuse gestapelten galvanischen Elementen mit einer Andrückeinrichtung
Anmelder Lockheed Missiles & Space Co., Inc., Sunnyvale, Calif., US
Erfinder Klootwyk, Ronald Ira, San Jose, Calif., US
Vertreter Weickmann, H., Dipl.-Ing.; Fincke, K., Dipl.-Phys. Dr.; Weickmann, F., Dipl.-Ing.; Huber, B., Dipl.-Chem.; Liska, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 23.10.1979
DE-Aktenzeichen 2942745
Offenlegungstag 14.05.1980
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 20.10.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.10.1988
IPC-Hauptklasse H01M 6/50
IPC-Nebenklasse H01M 6/46   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine galvanische Batterie aus in einem länglichen Gehäuse gestapelten, in ihrer Höhe sich verzehrenden galvanischen Elementen und einer dieser Elemente unter Berührungsdruck haltenden Andrückeinrichtung, die aus einem Druckglied und einer daran angreifenden sich ausdehnenden Druckvorrichtung besteht und am einen Ende des Gehäuses angeordnet ist.

Normalerweise ist es die Anode, die sich verzehrt. Demgemäß ist es nicht nur erforderlich, den Anfangsdruck auf den Anoden- Kathoden-Stapel vorzusehen, sondern auch diesen Druck aufrechtzuerhalten, wenn die Anoden verbraucht sind und die Drücke des Stapels allmählich abnehmen.

Bisher wurden Druckerzeuger, wie Druckdosen oder dgl., verwendet. Wenn die Höhe des Stapels abnimmt, ändert sich jedoch der auf ihn ausgeübte Druck, weil sich der Widerstand der Druckdose auf die Deformation ebenfalls einstellt. Solche Druckdosen müssen überdies aus korrosionsfestem Werkstoff bestehen und sind außergewöhnlich teuer. Übliche Flüssigkeits-Druckgeräte sind wegen der Leckmöglichkeit des Elektrolyten nicht brauchbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine galvanische Batterie der eingangs genannten Art zu schaffen, die die vorgenannten Mängel vermeidet.

Gegenstand der Erfindung ist eine galvanische Batterie gemäß Patentanspruch 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen davon sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Andrückeinrichtung eine ausdehnbare und gegenüber den gestapelten Elementen abgedichtete Kammer bildet, wobei das Druckglied aus einem sich von den gestapelten Elementen hinweg erstreckenden haubenartigen Gehäuse besteht und daß die Druckvorrichtung zum Teil aus einem in diesem haubenartigen Gehäuse untergebrachten Zwischenglied besteht und daß die Kammer eine Zuführeinrichtung für ein Druckmedium aufweist.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das haubenartige Gehäuse aus zwei konzentrischen Wänden besteht, die zwischen sich einen Ringraum einschließen, der zu dem von den gestapelten Elementen abgewandten Ende hin offen ist und daß in dem Ringraum das ausdehnbare Zwischenglied untergebracht ist.

Vorteilhaft ist das ausdehnbare Zwischenglied schlauch- oder blasenförmig und dessen abgewandtes Ende ist zwischen dem einen Ende und der Stirnwand des Gehäuses der Anordnung befestigt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Art und Weise, wie das Zwischenglied im inneren Gehäuse untergebracht ist, so daß der vom Druckglied ausgeübte Druck auf den Stapel konstant bleibt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert und zwar zeigt

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene und lotrecht längsgeschnittene Seitenansicht der Batterie,

Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht ähnlich Fig. 1 mit einem Stapel von Anoden-Kathoden-Elementen mit verminderter Höhe infolge Verbrauchs der Anode und

Fig. 3 eine Unteransicht der Batterie, teilweise aufgebrochen und geschnitten.

Die Zeichnung zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete Batterie, die aus einem länglichen Gehäuse 12 mit einem Boden 14, einem Deckel 16 und Seitenwänden 18 besteht. Ein Ende des Gehäuses 12 ist durch die Stirnwand 20, das gegenüberliegende Ende durch eine Stirnwand 22 abgeschlossen. Die Stirnwand 20 ist ortsfest, die Stirnwand 22 lösbar befestigt.

Im Gehäuse 12 ist ferner mit Abstand vom Boden 14 eine perforierte Platte 23 befestigt, die einen Einlaßverteilerkanal 24 begrenzt. Eine gleichartige perforierte Platte 26 ist im Gehäuse mit Abstand unterhalb der Decke 16 angeordnet und begrenzt einen Auslaßverteilerkanal 28. Der Einlaßverteilerkanal 24 ist mit einem außen an der Stirnwand 20 angeordneten Einlaßstutzen 30 verbunden, der seinerseits an ein Versorgungsrohr 32 angeschlossen ist.

In gleicher Weise ist der Auslaßverteilerkanal 28 mit einem Auslaßstutzen 34 an der Außenwand der Stirnwand 30 verbunden, an den ein Auslaßrohr 38 angeschlossen ist.

An der Innenseite der Stirnwand 20 befindet sich eine Kontaktplatte 40, mit der eine durch die Stirnwand 20 gehende Elektrode 42 elektrisch verbunden ist, die dazu dient, die Kontaktplatte 40 gegen die Stirnwand 20 zu drücken.

Im Gehäuse 20 ist eine Vielzahl elektrischer Anoden-Kathoden-Elemente 44 gestapelt, die lotrecht zwischen den perforierten Platten 23, 26 stehen. Jedes Anoden-Kathoden-Element 44 besitzt eine Kathodenplatte 46 und eine sich verzehrende Anode 48. Die Kathodenplatte 46 kann zugleich als Träger für eine hiermit verbundene Anode dienen und auf der anderen Seite als Kathode wirken. Die von der Anode 48 abgewandte Kathodenplatte kann eine Netz- oder Gitterfläche haben um eine innige Berührung mit der benachbarten Anode herbeizuführen.

Selbstverständlich muß zwischen den benachbarten Anoden und Kathoden ein geeigneter Elektrolyt fließen.

Fig. 3 zeigt, daß das Gehäuse 12 ein Paar Auskleidungsplatten 50 enthält, die dicht an den Seitenwänden 18 anliegen. Die Kathodenplatte 46 wird von den perforierten Platten 23, 26 getragen, während die Auskleidungsplatten 50 eine Abdichtung gegenüber den gestapelten Anoden-Kathoden-Elementen bildet um zu verhindern, daß zwischen dem Ein- und Auslaß der Batterie eine Nebenströmung des Elektrolyten auftritt.

Um die bestmögliche elektrochemische Reaktion zwischen jeder Anode und ihrer zugeordneten Kathode zu erzielen, ist es nötig, daß die Anode und Kathode mit vorbestimmtem Druck dicht aufeinandergepreßt werden. Demgemäß ist es erforderlich, daß der Elementenstapel mit gleichförmigem Druck beaufschlagt und gegen die Kontaktplatte 40 gedrückt wird. Es ist ferner notwendig, daß dieser Druck auch dann erhalten bleibt, wenn die Höhe des Stapels infolge Verbrauches der Anoden 48 abnimmt. Zu diesem Zweck ist eine Andruckeinrichtung 52 vorgesehen, die neben der Stirnwand 22 im Gehäuse 12 angeordnet ist. Diese Druckeinrichtung 52 umfaßt einen Kolben 54, der von einer Platte 56 in der Form eines Druckgliedes und einem Zylindermantel 58 gebildet wird. In diesem Kolben 54 ist eine Trägerdose 60 teleskopisch aufgenommen, die aus einer einen Zylinderteil 64 aufweisenden Platte 62 besteht. Der Zylinderteil 64 bildet eine Außenwand während der Zylindermantel 58 eine Innenwand eines Ringspaltes 66 bildet, in dem eine Balge von gewünschter Form untergebracht ist.

Die Druckeinrichtung umfaßt ferner ein ausdehnbares Glied in der Form eines länglichen Beutels oder einer Blase 68, bestehend aus einem Körper 70, dessen Querschnitt im wesentlichen dem Innenquerschnitt des Gehäuses 12 zwischen den Platten 23, 26 und 50 entspricht. Die Blase 68 umfaßt ferner eine Stirnwand 72, die zwischen dem Druckglied 56 und der Platte 62 eingeklemmt ist. Anfänglich ist der Körper 70 im Ringspalt 66 durch Einfalten untergebracht.

Die Blase 68 besitzt ferner an ihrem offenen Ende einen Befestigungsflansch 74, der zwischen der Stirnwand 22 und dem daran anliegenden Teil des Gehäuses 12 eingeklemmt ist, so daß er das obere Ende der Blase 68 an einer Bewegung hindert. Die Blase 68 ist gegenüber der Stirnwand 22 durch ein geeignetes Dichtungsglied 76 abgedichtet.

Vorzugsweise ist zwischen dem Druckglied 56 und dem benachbarten Anoden-Kathoden-Element 44 eine Kontaktplatte 78 angeordnet. Die Kontaktplatte 78 besitzt eine Elektrode 80, die durch den Kolben 54, die Trägerdose 60 sowie durch den Boden 72 der Blase 68 ragt. Die Elektrode 80 ist mittels langer Kabel 84 an eine feste Elektrode 82 in der Stirnwand 22 angeschlossen. Dies gestattet es der Kontaktplatte 78, sich im Gehäuse 12 in Längsrichtung zu bewegen, wenn die Höhe des Stapels abnimmt, wobei sie mit der Elektrode 82 ständig in elektrischem Kontakt bleibt.

Die Stirnwand 22 trägt einen geeigneten Anschlußstutzen 86 um die Blase 68 mit Innendruck zu beaufschlagen. Man kann ihn mit beliebigem Medium füllen, vorzugsweise mit einem Inertgas.

Die Innenseite des Zylinderteiles 58 neben seinem freien Ende besitzt ein Gleitelement 88, das die Dehnung des Körpers 70 der Blase 68 steuert.

Wenn die Batterie 10 aktiviert werden soll, wird die Blase 68 mit Innendruck beaufschlagt, wodurch die Kontaktplatte 78 am linken Ende des Stapels nach rechts gedrückt und dazu benutzt wird, den Stapel zwischen ihr und der Kontaktplatte 40 mit bestimmtem Druck zusammendrücken. Dann wird Elektrolytflüssigkeit zwischen die Anoden und Kathoden eingefüllt so daß die Batterie infolge der eintretenden elektrochemischen Reaktion elektrische Energie erzeugt. Hierbei verzehren sich die Anoden 48 mit dem Ergebnis, daß sich die Höhe des Stapels vermindert. Dabei bewegen sich die Trägerdose 60, der Kolben 54, die Kontaktplatte 78 und der Boden 72 der Blase 68 nach rechts um den gleichförmigen Druck auf dem Stapel aufrechtzuerhalten. Da das linke Ende der Blase 68 festgelegt ist, dehnt sich der Blasenkörper 70 ohne Widerstand aus, wenn sich der Boden 72 nach rechts bewegt. Der Körper 70 wird neben seinem festgelegten Ende in Druckverbindung mit den Platten 23, 26 und 50 gehalten, widersteht aber keineswegs der Bewegung des Blasenbodens 72 nach rechts. Auf diese Weise kann auf den Stapel der Anoden-Kathoden-Elemente 44 auch dann ein gleichförmiger Druck ausgeübt werden, wenn die Gesamthöhe des Stapels auf 90% reduziert ist.

Wenn sich die Blase 68 ausdehnt und ihr Körper 70 an die Platten 23, 26, 50 zu liegen kommt, wirkt er zugleich als Abdichtungsbekleidung, insbesondere an den perforierten Platten 23, 26 und verhindert damit die Strömung des Elektrolyten durch den vorher vom Stapel eingenommenen Raum. Auf diese Weise bleibt der Widerstand des Elektrolytflusses zwischen dem Einlaßverteilerkanal 24 und dem Auslaßverteilerkanal 28 konstant, so daß dem Elektrolytfluß nur der Raum zwischen den Innenseiten zwischen den Anoden und den Kathoden zugänglich bleibt.

Die Blase 68 soll aus einem Werkstoff bestehen, der sich gut aus seiner zusammengezogenen oder -gefalteten Form praktisch ohne Kraftaufwand ausstreckt, so daß der auf die Kontaktplatte 78 ausgeübte Druck konstant bleibt. Da die Blase 68 auch mit dem Elektrolyt in Berührung kommt, ist es notwendig, daß sie aus einem Werkstoff besteht, der chemisch nicht vom Elektrolyt oder in ihm enthaltenen Anoden-Nebenprodukten angegriffen wird. Vorzugsweise besteht die Blase aus geeignetem Kunststoff.

Geringe Abweichungen vom Ausführungsbeispiel liegen im Bereich des Erfindungsgedankens.


Anspruch[de]
  1. 1. Galvanische Batterie aus in einem länglichen Gehäuse gestapelten, in ihrer Höhe sich verzehrenden galvanischen Elementen und einer diese Elemente unter Berührungsdruck haltenden Andrückeinrichtung, die aus einem Druckglied und einer daran angreifenden sich ausdehnenden Druckvorrichtung besteht und am einen Ende des Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückeinrichtung (52) eine ausdehnbare und gegenüber den gestapelten Elementen (44) abgedichtete Kammer bildet, wobei das Druckglied, das einen konstanten Druck auf die Elemente ausübt, aus einem sich von den gestapelten Elementen hinweg erstreckenden, haubenartigen Gehäuse (56, 58) besteht, daß die Druckeinrichtung zum Teil aus einem in diesem haubenartigen Gehäuse (56, 58) untergebrachten Zwischenglied (68) besteht und daß die Kammer eine Zuführeinrichtung (86) für ein Druckmedium aufweist.
  2. 2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das haubenartige Gehäuse (56, 58) zwei konzentrische Wände (58, 64) aufweist, die zwischen sich einen Ringraum (66) einschließen, der zu dem von den gestapelten Elementen (44) abgewandten Ende hin offen ist und daß in dem Ringraum (66) das ausdehnbare Zwischenglied (68) untergebracht ist.
  3. 3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ausdehnbare Zwischenglied (68) allgemein schlauchförmig ist, dessen abgewandtes Ende (74) zwischen dem einen Ende und der Stirnwand (22) des Gehäuses (12) der Anordnung (10) befestigt ist.
  4. 4. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ausdehnbare Zwischenglied (68) die Form eines Beutels oder einer Blase (70) hat, und sein Boden am Druckglied (56) befestigt ist.
  5. 5. Batterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (72) des Zwischengliedes (68) mittels einer Klemmplatte (62) am Druckglied (56) befestigt ist, wobei am Druckglied (56) die Außenwand (58) und an der Klemmplatte (62) die hierzu mit radialem Abstand konzentrische Innenwand (64) der Andrückeinrichtung (52) angeordnet sind.
  6. 6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand (58) der Andrückeinrichtung (52) ein Gleitglied (88) zur Erleichterung der Bewegung des ausdehnbaren Zwischengliedes (68) aus dem Ringraum (66) vorgesehen ist.
  7. 7. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das sich verzehrende Element eine abnutzbare Anode (48) aufweist.
  8. 8. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der von der Andrückeinrichtung (52) gebildeten Kammer ein Kabel (84) angeordnet ist, daß sich von einer im Gehäuse (12) der Anordnung (10) befestigten Elektrode (82) zum Druckglied (52) erstreckt.
  9. 9. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die sich verzehrenden Elemente Anoden-Kathoden-Elemente (44) sind, die von einem flüssigen Elektrolyten umspült sind, daß das Gehäuse (12) Einrichtungen (24, 28) zur Durchströmung der Anoden-Kathoden-Elemente (44) aufweist und daß das ausdehnbare Zwischenglied (68) bei Verminderung der Stapelhöhe der Anoden-Kathoden-Elemente (44) eine innere Abdichtauskleidung bildet.
  10. 10. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das ausdehnbare Zwischenglied (68) aus Kunststoff besteht.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com