ВВОД СВИНЦОВОГО ЭЛЕКТРОДА В КРЫШКУ КОРПУСА АККУМУЛЯТОРА Российский патент 1997 года по МПК H01M2/06 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве свинцовых аккумуляторов.

На практике существуют трудности уплотнения ввода свинцового электрода в крышку корпуса аккумуляторного элемента, особенно положительного электрода аккумулятора. Вследствие положительной полярности и наличия электролита (H₂SO₄) на поверхности электрода образуется окисел, вызывающий увеличение объема материала. Это создает пористость структуры поверхности. Капиллярный эффект способствует переносу электролита к зонам уплотнения между поверхностью свинцового электрода к уплотнительным материалам. Продолжается образование окисла, проникающего как клин между поверхностями уплотнения и медленно отодвигающего материал уплотнения от электрода. Это ведет к дальнейшему проникновению кислоты в зоны уплотнения и вследствие этого к дальнейшему развитию окисного слоя. Этот процесс повторяется, пока не будет поражена вся зона уплотнения.

Таким образом, кислота проникает к поверхности электрода не через уплотнение, а внутри поверхности электрода вследствие ее изменения из сравнительно гладкого свинца в тонкий пористый слой окиси свинца (PbO₂). Известно, что многие уплотнительные поверхности длиной порядка сантиметров в ходе такой эксплуатации повреждаются, причем этот процесс нельзя остановить известными уплотнениями.

Неуплотненные электроды создают на практике существенные трудности. Во-первых, из-за проникновения кислоты ухудшается изоляция на поверхности элемента. Газообразование, связанное с окислением поверхности электрода, приводит к возникновению газовых пузырей в заливочном компаунде элемента и, в связи с этим, к заметному увеличению объема компаунда, что заставляет его выдавливаться. Проникающая кислота приводит также к коррозии выступающего участка электрода. При использовании других металлов не свинца, а, например, меди для полюсного вкладыша и перемычки с улучшенной проводимостью этот металл на положительном электроде полностью корродирует за сравнительно короткое время, и элемент разрушается.

Единственная известная мера предотвращения повреждения уплотнения кислотой состоит в образовании поверхности уплотнения с очень высоким механическим сжатием поверхностей. Практически это можно обеспечить с помощью резинового кольца круглого сечения, обжатого на поверхности электрода накидной гайкой, навинчиваемой на стержень электрода. При этом должны выполняться следующие условия: поверхность свинца должна быть очень гладкой, не содержать раковин, заусенцев и окислов; следует учитывать также текучесть свинца при разработке конструкции, поскольку свинец течет при высоком давлении.

Другая трудность состоит в том, что в течение срока службы батареи, предпочтительно тягового аккумулятора, положительный свинцовый проводник не должен окисляться, так как это приводит к увеличению объема материала проводника, в частности к увеличению длины положительных аккумуляторных пластин. Поэтому следует принимать конструктивные меры, чтобы это увеличение длины не привело к высоким механическим напряжениям пластин и резервуаров аккумулятора.

Известна подвеска пластин на верхней части резервуара аккумулятора, чтобы увеличение длины могло происходить вниз. Однако это создает недостаток, заключающийся в значительной механической нагрузке на резервуар.

В аккумуляторах, пластины которых установлены на днище, аккумулятор или открыт сверху, или его крышка способна перемещаться относительно резервуара, что приводит к ее неплотности.

При сваривании крышки аккумулятора с резервуаром увеличение длины пластин приводит к высоким механическим нагрузкам сварного соединения и пластин и может стать причиной их разрушения. В случае выполнения гибкими крышки выпучиваются. Это тоже может привести к разрушению.

В конструкциях аккумуляторов, в которых крышка и корпус сварены тепловым швом, создается, кроме того, неопределимая система, в которой уже при сваривании крышки с резервуаром вследствие технологических допусков возникают существенные механические напряжения в аккумуляторе, превышающие механические напряжения из-за увеличения размеров пластин.

Цель изобретения состоит в создании электродного ввода, не содержащего перечисленных недостатков в сваренных аккумуляторах и обеспечивающего надежное уплотнение электрода в крышке при одновременном предотвращении механических напряжений резервуара аккумулятора, крышки и комплекта пластин из-за увеличения размеров положительных пластин, а также позволяющего компенсировать технологические допуски.

Полюсный ввод согласно изобретению, особенно ввод положительного электрода, содержащий накидную гайку, навинченную на стержень свинцового электрода на высоте крышки аккумулятора и имеющую на нижнем конце удлинение с полостью для размещения и прижима уплотнительного кольца к осевому уступу стержня электрода, отличается тем, что полость в удлиненном конце накидной гайки соприкасается с уплотнительным кольцом по поверхности прижима, имеющей наклон под заданным углом к осевому направлению, посредством которой уплотнительное кольцо прижимается также в радиальном направлении к стержню электрода, а накидная гайка уплотнена посредством другого кольцевого уплотнения в радиальном направлении к проходящей вдоль оси поверхности уплотнения фланца крышки аккумулятора, соосно окружающего накидную гайку, причем этот фланец на наружной стороне образует проходящую вдоль оси поверхность уплотнения для подвижной относительно него в осевом направлении уплотнительной закраины колпачка.

Таким образом, тело электрода надежно уплотнено относительно крышки аккумулятора, а крышка относительно колпачка, с возможностью относительного перемещения между электродом и колпачком, а также крышкой и резервуаром аккумулятора с другой стороны. Поддерживается заданное высокое давление со стороны накидной гайки в направлении уступа тела электрода через уплотнительное кольцо при взаимном перемещении, причем согласно изобретению образуется прижим по двум линиям, что повышает надежность. Одновременно исключена неопределенная деформация уплотнительного кольца. Предложенная система уплотнения препятствует выступанию кислоты наружу или проникновению подобных загрязнений из окружающей среды внутрь аккумулятора.

Кольцевое уплотнение предпочтительно образовано круглым кольцом, вставленным в кольцевой паз накидной гайки.

Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, подвижность электрода относительно крышки аккумулятора обеспечивается при надежном уплотнении благодаря тому, что удлинение накидной гайки образовано известным образом частью ее корпуса и упругим осевым сильфоном крышки аккумулятора, имеющим полость для установки круглого кольца, прилегающего к уступу стержня электрода.

Можно также выполнить кольцевое уплотнение, установленное между наружной стороной накидной гайки и внутренней стороной фланца, в виде резинового кольца, к которому сверху примыкает клеевая масса, соединяющая крышку аккумулятора с накидной гайкой.

Для улучшения уплотнения между крышкой аккумулятора и колпачком уплотнительная закраина выполнена предпочтительно в виде утолщения и плотно прижимается также в о севом направлении к верхней стороне крышки аккумулятора.

На фиг. 1 показан разрез полюсного ввода в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения; на фиг. 2 разрез второго варианта выполнения.

Согласно фиг. 1 уплотнительное кольцо 3 круглого профиля из резины прижато накидной гайкой 6, навинченной на медную вставку 2 свинцового электрода 1, точно к осевому уступу 1^I стержня электрода 1 с помощью пластмассового сильфона 4^I крышки 4 аккумулятора, которая соосно окружает накидную гайку 6. Благодаря применению гибкого материала для сильфона 4^I последний может быть сжат на 10 15 мм без приложения при этом избыточного усилия. Осевой уступ 1^I на стержне электрода 1 целесообразно выполнить токарной обработки как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, что позволяет создать очень чистую поверхность.

Прижимной участок 4^II сильфона 4^I, которым прижато кольцо 3, образует полость с поверхностью 6^III прижима, выполненной так, чтобы кольцо 3 прижималось как по вертикали к осевому уступу 1^I, так и по радиусу к поверхности стержня электрода 1. Благодаря этому кольцо образует линию прижима как к выступу, так и к стержню электрода. Такой двукратный прижим создает настолько высокое давление между резиной и поверхностью свинца, что кислота на поверхности не может проникнуть через уплотнение. При очень сильном сжатии круглое кольцо 3 целиком заполняет полость, образованную стержнем электрода 1, уступом 1^I и прижимным участком 4 сильфона 4^I. Поскольку резина обладает упругостью, но не способна сжиматься, при сильном давлении накидной гайки 6 создается сильное противодавление со стороны кольца 3, что вызывает непропорциональный рост прижимного усилия при навинчивании накидной гайки 6.

На нижнем конце накидной гайки 6 имеется длинный и сравнительно тонкий цилиндрический участок 6^II, создающий при навинчивании гайки с помощью динамометрического ключа определенное пружинящее действие. В случае течения свинца в результате слишком сильного прижима поверхности это пружинящее действие и упругость резинового кольца автоматически несколько снижается.

Накидная гайка 6 имеет с наружной стороны на расстоянии по оси над кольцом 3 кольцевой паз для установки другого круглого уплотнительного кольца 5, уплотняющего накидную гайку 6 в радиальном направлении относительно соосного фланца 4^III крышки 4 аккумулятора. При увеличении размера пластин аккумулятора стержень электрода 1 перемещается вверх, а вместе с ним кольцо 3. Это не влияет на уплотнительное действие кольца 3, поскольку сильфон 4^I сжимается при перемещении электрода, на что нужно очень небольшое усилие, так что уплотняемые кольцом 3 элементы не испытывают дополнительного механического нагружения. Крышка 4 при этом тоже не деформируется, а главное, не нагружается сварной шов между крышкой и корпусом аккумулятора. На пластины аккумулятора в такой конструкции также не оказывается значительного усилия, которое могло бы привести к повреждению.

Кольцо 5 круглого профиля при относительном перемещении стержня электрода 1 и крышки 4 скользит по внутренней поверхности фланца 4^II крышки, причем уплотнение сохраняется.

Закраина 8 в виде утолщения на нижней стороне колпачка 7, в который вставляется соединитель 7^I и который выполнен из гибкого материала, уплотняется на наружной поверхности фланца 4^I крышки аккумулятора и в том случае, когда стержень электрода 1 и вместе с ним колпачок 7 выдавливается вверх из-за увеличения размера пластин аккумулятора.

Уплотняющая закраина 8 выполнена на конце трубчатого участка 7^II колпачка 7. Трубчатый участок 7^II одновременно плотно прижат к поверхности крышки 4 и сохраняет плотность при закреплении колпачка 7 винтом 9 во вставке 2. При этом и фланец 4^II крышки прижимается верхней торцовой стороной к внутренней поверхности колпачка 7, благодаря чему создается дополнительное уплотнение. Таким образом, исключается любая опасность проникновения загрязнений и кислот из окружающей среды в аккумулятор и к металлическим деталям вставки 2 и соединителя 7^I.

На фиг. 2 показан полюсный ввод для стационарной аккумуляторной батареи, в котором соединение между стержнем электрода 1 и соединителем 7^I тоже обеспечивается свинчиванием. Соединитель 7^I и колпачок 7 выполнены аналогично варианту с тяговым аккумулятором, показанному на фиг. 1.

Уплотнение полюсного ввода к осевому уступу поверхности стержня 1 электрода осуществляется, как в варианте по фиг. 1 с уплотнительным кольцом 3 круглого профиля, накидной гайкой 6 и образующей ее продолжение прижимной гильзой 6^IV с полостью 6^II в ней. На наружной стороне прижимная гильза 6^IV охвачена резиновым уплотнительным кольцом 5^I прямоугольного сечения, хорошо уплотняющим относительно пластмассы крышки аккумулятора. Плавкая клеевая масса 10 заполняет кольцевое пространство над уплотнительным кольцом 5^I между накидной гайкой 6, крышкой 4 и фланцем 4^II крышки 4, выполненным в виде кольцевой гильзы, и позволяет при увеличении размера пластин аккумулятора смещаться стержню электрода 1 с его медной вставкой 2, накидной гайке 6 и прижимной гильзе 6^IV относительно крышки 4. С наружной стороны кольцевая гильза 4^III, как и в первом варианте выполнения, охвачена закраиной 8 колпачка 7.

Прижимная гильза 6^IV обладает пружинящими свойствами и имеет полость для размещения кольца 3 круглого профиля. Стержень электрода 1 вместе со своими деталями способен смещаться относительно крышки 4, не нарушая при этом уплотнения электродного ввода.

В вариантах, показанных на фиг. 1 и 2, полость 6^II имеет прижимную поверхность 6^III с горизонтальным, вертикальным и соединяющим их наклонным под 45^o участками, соприкасающимися с кольцом 3 круглого профиля. Благодаря этому обеспечивается равномерный сильный линейный прижим в осевом и радиальном направлении к стержню 1. Как видно на фиг. 1 и 2, конец удлинения 6^I или прижимная гильза 6 накидной гайки перекрывают уступ 1^I стержня 1 в осевом направлении на заданную величину, причем и этот участок перекрытия имеет заданный радиальный зазор для обеспечения надлежащего центрирования деталей пред зажатием, предотвращения сминания кольца круглого профиля после приложения давления и предотвращения проваливания кольца в зазор между участком перекрытия и уступом.

В показанных вариантах выполнения электрод 1, вставка 2 гайка 6, полость 6^II, кольцо 3, соединитель 7^I и колпачок 7 с трубчатым участком 7^II образуют компактный узел благодаря силовому замыканию. При значительных вибрациях, которым может быть подвержен аккумулятор при эксплуатации, эти детали не совершают перемещения относительно друг друга.

В варианте по фиг. 1 крышка 4 с фланцем 4^III не образуют силового замыкания в компактный узел в связи с наличием гибкого сильфона 4^I. Благодаря этому компактный узел может при увеличении размера пластин перемещаться вверх относительно крышки 4 с фланцем 4^III, не создавая при этом больших усилий на конструктивные детали. Однако на практике из-за вибрационных нагрузок может возникнуть другое нежелательное взаимное перемещение довольно высокой части и очень малой амплитуды между компактным узлом и крышкой 4 с фланцем 4^III.

Такие виброперемещения могут, в частности, привести к попеременному отходу и прижиму между поверхностями трубчатого участка 7^II и крышки 4, микроперемещениям закраины 8 относительно наружной поверхности фланца 4^III и постоянному отходу верхней части фланца 4^III от внутренней стороны колпачка 7 с последующим прижимом.

Эти перемещения могут также привести к потере плотности этих трех уплотнений. В экстремальном случае может возникнуть даже эффект подсоса, в результате которого влага или кислота, находящиеся на поверхности крышки 4, закачиваются в пространство между колпачком 7 и гайкой 6. Здесь кислота попадает на медную вставку 2, медный кабельный наконечник и соединитель 7^I и вызывает быструю коррозию этих деталей.

Этого можно избежать, если согласно изобретению еще раз отдельно полностью уплотнить металлические детали вышеохарактеризованного компактного узла от соприкосновения с кислотой.

Для этого колпачок 7 на нижней внутренней стороне имеет кольцевое утолщение 7^III, которое при затяжке винта 9 прижимается к верхней поверхности гайки 6 (фиг. 1).

В другом варианте верхняя поверхность гайки 6 может иметь кольцевое утолщение 6^V, прижатое к гладкой поверхности нижней стороны колпачка 7 при затяжке винта 9 (фиг. 2).

Можно образовать это уплотнение и из элементов как на гайке 6, так и на нижней стороне колпачка 7. Так, например, гайка 6, изготовленная из механически прочного материала, может иметь кольцевой паз, в который запрессовывается кольцевое утолщение, выполненное из гибкого материала на нижней стороне колпачка 7.

Поскольку гайка 6 соединена силовым замыканием с колпачком 7, даже при самых сильных вибрационных нагрузках аккумулятора не нарушается работа уплотнения между гайкой и колпачком 7. Благодаря этому возможно относительно перемещение между компактным узлом и крышкой с трубчатым цилиндрическим участком, при котором сохраняется работоспособность уплотнения между гайкой 6 и нижней частью колпачка 7 даже при самых сильных вибрационных нагрузках. При сильной вибрации в области между колпачком 7 и гайкой 6 поступающая снаружи кислота не может проникнуть к медным вставке 2, кабельному наконечнику и соединителю 7^I. При экстермальном увеличении размера положительных пластин, то есть при выдвижении утолщения 8 на трубчатом участке 7^II над верхним концом фланца 4^II и тем самым выведении из строя этого уплотнения остается еще уплотнение между гайкой 6 и нижней частью колпачка 7.

Рассмотренные примеры выполнения могут быть видоизменены в рамках общего изобретательского замысла.

Использование: свинцовые аккумуляторы. Сущность изобретения: ввод свинцового электрода в крышку (4) корпуса аккумулятора, содержащий накидную гайку (6), навинченную на стержень (1) свинцового электрода на высоте крышки аккумулятора, имеет на нижнем конце удлинение с полостью (6^II) для размещения уплотнительного кольца (3) круглого профиля и прижима его к осевому уступу (1^I) стержня электрода. Полость соприкасается с уплотнительным кольцом круглого профиля по поверхности прижима (6^III), имеющей наклон под заданным углом к осевому направлению, посредством которой уплотнительное кольцо круглого профиля прижато также в радиальном направлении к стержню электрода. Накидная гайка уплотнена посредством другого кольцевого уплотнения (5) в радиальном направлении к проходящей вдоль оси поверхности уплотнения фланца (4^III) крышки аккумулятора, который на своей наружной стороне образует проходящую вдоль оси поверхность уплотнения для подвижной относительно него в осевом направлении уплотнительной закраины (8) колпачка (7). 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ввод свинцового электрода в крышку корпуса аккумулятора, содержащий накидную гайку, навинченную на стержень свинцового электрода на высоте крышки аккумулятора и имеющую на нижнем конце удлинение с полостью для размещения уплотнительного кольца круглого профиля и прижима его к осевому уступу стержня электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности уплотнения, полость 6^I I удлинения 6^I 6^IV накидной гайки 6 соприкасается с уплотнительным кольцом 3 по поверхности прижима 6^III, имеющей наклон под заданным углом к осевому направлению, посредством которой уплотнительное кольцо прижато также в радиальном направлении к стержню электрода, а накидная гайка 6 уплотнена посредством другого кольцевого уплотнения 5, 5^I в радиальном направлении к проходящей вдоль оси поверхности уплотнения фланца 4^I I I крышки 4 аккумулятора, соосно окружающего накидную гайку 6, причем этот фланец 4^I I I на наружной стороне образует проходящую вдоль оси поверхность уплотнения для подвижной относительно него в осевом направлении уплотнительной закраины 8 колпачка 7. 2. Ввод по п. 1, отличающийся тем, что кольцевое уплотнение 5 образовано уплотнительными кольцом круглого профиля, вставленным в кольцевой паз накидной гайки 6. 3. Ввод по п. 1, отличающийся тем, что кольцевое уплотнение, установленное между наружной стороной накидной гайки 6 и внутренней стороной фланца 4^I I I, выполнено в виде резинового кольца 5^I, к которому сверху примыкает плавкая клеевая масса 10, соединяющая крышку 4 аккумулятора с накидной гайкой 6. 4. Ввод по одному из пп. 1 3, отличающийся тем, что полость 6^I I удлинения 6^I V накидной гайки, имеющая одну горизонтальную и одну вертикальную поверхности прилегания к уплотнительному кольцу круглого профиля, снабжена также проходящей между ними наклонной поверхностью прилегания к уплотнительному кольцу круглого профиля. 5. Ввод по одному из пп. 1 4, отличающийся тем, что уплотнительная закраина 8 выполнена в виде утолщения и плотно прижата также в осевом направлении к верхней стороне крышки 4 аккумулятора. 6. Ввод по одному из пп. 1 5, отличающийся тем, что фланец 4^I I I крышки 4 аккумулятора плотно прилегает своим свободным концом к нижней стороне колпачка 7. 7. Ввод по одному из пп. 1 6, отличающийся тем, что нижняя сторона колпачка 7 плотно прилегает к верхней стороне накидной гайки 6 посредством кольцевого утолщения 6^V, 7^I I I, выполненного на одной из этих деталей.