DE3529727A1 - Verfahren zum verspannen von in einer reihe angeordneten akkumulatorenzellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verspannen von in einer Reihe ange­ ordneten Akkumulatorenzellen.

Bei großdimensionierten Akkumulatorzellen für den Fahrzeugantrieb - insbe­ sondere aber für Schiffsantriebe - sind die Räumlichkeiten für deren Unter­ bringung sehr beengt. Aus diesem Grunde ist es schwierig, die eingebrachten Zellen genau zu fixieren und festzuhalten. Gewöhnlich werden die Zellen in einem Batterieraum reihenweise aufgestellt. Um Toleranzen auszugleichen, ist zwischen zwei nebeneinanderstehenden Zellen eine Fuge vorgesehen. In diese Fuge werden Ausgleichsstücke zur Halterung der Zellen montiert.

Da durch die Bewegung des Fahrzeugs Kräfte auf die Zellen wirken, ist es notwendig, eine einwandfreie, unverrückbare Positionierung der einzelnen Zellen im Batterieverband bzw. im Batterieraum zu gewährleisten. Es können durch Kurvenfahrten bei Fahrzeugen, oder aber durch Kräng- und Trimmbewe­ gungen bei Schiffen enorme Kräfte auftreten. Diese Kräfte dürfen nicht be­ wirken, daß die einzelnen Zellen in dem Batterieraum sich bewegen können. Durch die Bewegungsmöglichkeit der Zellen können Kurzschlüsse entstehen und dadurch ist die Betriebssicherheit der Batterie nicht mehr gewährleistet.

Aus der US-PS 30 61 662 ist eine Akkumulatorenbatterie bekannt, deren von­ einander unabhängige Einzelzellen zwischen zwei Profilrahmen eingespannt sind, von denen der eine Rahmen mit dem Umriß der Bodenfläche der Batterie die Stellgrundlage für die Zellen bildet, und der andere Rahmen den Zellenver­ band in Deckelhöhe übergreift. Aufgrund einer leichten konischen Verjüngung der Zellgefäße nach unten hin sind zwischen ihnen schmale Luftkeile vorhan­ den, in die sich Stegbrücken des Bodenrahmens einfügen, die so zur Immobi­ lisierung jeder Zelle innerhalb der Gesamtanordnung beitragen. Die Verspan­ nung von Bodenrahmen und Deckelrahmen mittels Schraubbolzen ist jederzeit lösbar und ein Austausch von Zellen unproblematisch.

Die bekannte Anordnung bildet ein kompaktes Ganzes, ist wegen ihrer be­ grenzten Abmessungen leicht handhabbar und transportabel und muß an ihrem Einsatzort, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, lediglich an einer Halterung befestigt werden.

Bei sehr großen Zellen, wie sie vorzugsweise für Schiffsbatterien verwendet werden, ist eine Verspannung mit konventionellen Mitteln äußerst schwierig bzw. nicht möglich. Eine bekannte Maßnahme besteht hier darin, die Zellen einzeln mittels Haken, die in Gegenhaken einer Bodenschiene eingreifen, im Batterieraum zu verankern. Für die beiden Haken wird jedoch ein bestimmter Abstand benötigt, der der Zelle als Volumen verloren geht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches geeignet ist, die im Batterieverband stehenden großen Akkumulator­ zellen, insbesondere für Schiffsantriebsbatterien verwendete, unter größt­ möglicher Ausnutzung des Platzes in engen Batterieräumen so zu verspannen, daß sich die Zellen auch bei extremen Lagen der Schiffe nicht gegeneinander verschieben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren kommt der aus der Einführung bereits deut­ lich gewordenen Forderung nach, die Zellen und die Arretierungsmöglichkeiten sukzessiv zu installieren. Es soll im folgenden anhand zweier Figurendarstel­ lungen erläutert werden.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Verspannung an einer Zel­ lenreihe.

Fig. 2 zeigt die Erweiterung des erfindungsgemäßen Verspannungsprinzips auf einen in Längs- und Querrichtung aus Zellenreihen zusammengesetzten Zel­ lenblock.

In Fig. 1 ist auf einer ebenen Stellfläche 1, bestehend aus einer Stahlplatte, die mit Schmierseife zur besseren Gleitfähigkeit bestrichen ist, eine Zellen­ reihe aus den Zellen 2 aufgebaut. Die stirnseitigen Begrenzungen der Stell­ fläche sind durch die festen Wände 3, 4 des Batterieraumes mit dem Abstand 1 gegeben. Zwischen der 5. und 6. Zelle ist ein Abstand 5 gewählt worden. Dieser Abstand dient als Ausgleichsfuge, um Maßtoleranzen des Batterieraumes sowie der einzelnen Zellen aufzufangen. Die Ausgleichsfuge sollte sich stets mög­ lichst in der Mitte der Zellenreihe befinden. Je nach Anzahl der Zellen können auch mehrere Ausgleichsfugen geschaffen werden, die man dann zweckmäßig über die Länge der Zellenreihe verteilt.

In die Ausgleichsfuge wird nun eine Druckverteilungsplatte 6 mit einem fest montierten Keil 7 so eingebracht, daß die glatte Seite zur Zellengefäßwand anliegt. Auf der gegenüberliegenden Zellengefäßwand wird ebenfalls eine Druckverteilungsplatte 8 montiert. Darauf wird der Gegenkeil 9 zwischen den fest montierten Keil 7 und die gegenüberliegende Druckverteilungsplatte 8 so weit eingebracht, wie es ohne Hilfsmittel möglich ist. Dabei ist es vorteilhaft, Führungselemente (in der Figur nicht dargestellt) vorzusehen, die ein seitliches Verrutschen des Keilpaares verhindern. Zu diesem Zweck besitzt der beweg­ liche Gegenkeil an den Flanken seines spitzen Endes Führungsstifte, von denen anfangs der eine durch eine Nut auf dem fest montierten Keil oder der andere durch eine Nut in der gegenüberliegenden Druckverteilungsplatte geführt wer­ den kann, bis bei fortgeschrittener Eindringtiefe des beweglichen Keiles beide Nute die zugehörigen Führungsstifte erfassen.

Da die Verkeilung an beiden Außenseiten der Druckverteilungsplatten vorge­ nommen wird, ist in der Figur nur diejenige an den vorderen Außenseiten sicht­ bar.

Als nächster Schritt folgt die Montage der Luftkissen 10, 11 zwischen den Druckverteilungsplatten in dem zwischen den Keilpaaren verbliebenen Raum. An diesen Luftkissen sind Druckschläuche 12, 13 befestigt, die zu einer Regel­ einrichtung führen. Über diese Regeleinrichtung kann jetzt Druck in die Luft­ kissen geleitet werden. Die Druckgasquelle selbst kann ein Verdichteraggregat, ein Druckluftsystem oder wie bei Fig. 1 eine Preßluftflasche 14 sein. Hier besteht die Regeleinrichtung aus dem Reduzierventil 15 mit Manometer 16, dem Schlauchverteilungsstück 17 mit den Reduzierventilen 18, 19 und aus den Luftauslaßventilen 20, 21, über welche die beiden Luftkissen unabhängig von­ einander und kontrolliert durch die Manometer 22, 23 entlüftet werden kön­ nen.

Durch das Ausdehnen der Luftkissen, das möglichst gleichmäßig erfolgen soll, werden die Zellen zu den Stirnwänden bzw. Begrenzungswänden 3, 4 gedrückt und können dabei, je nach Einstellung des Luftdruckes, zunächst nur ausge­ richtet und dann fest gegen die Stirnwände gepreßt werden. Durch das Pressen rutschen, aufgrund des Eigengewichtes, die losen Keilteile in den Führungs­ bahnen der Druckverteilungsplatten nach unten. Jedoch sollten sie in ihrer Endposition noch um einige cm über den Zellenrand ragen. Die Luftkissen kön­ nen darauf entspannt und aus der Ausgleichsfuge herausgenommen werden. Die Keile sitzen jetzt fest, und damit sind auch die einzelnen Zellen in dieser Zel­ lenreihe fest arretiert. Einige Monate nach Einsatz des Fahrzeuges können sich die Keile etwas gelockert haben. Aus diesem Grunde ist ein Nachspannen der Zellen in der oben beschriebenen Weise erforderlich.

Dabei werden die Keile in ihre endgültige Position gebracht, d.h. sie schließen mit der Oberkante des Batteriedeckels ab.

Das Lösen der Verkleidung und der Ausbau von Zellen ist ebenso einfach wie die Batteriemontage. Zu diesem Zweck werden die Luftkissen wieder in die Ausgleichsfuge eingebracht, nun jedoch auf einen etwas höheren Druck als denjenigen, der zur Verspannung aufgewendet wurde, aufgeblasen. War zum Verspannen z. B. ein Luftdruck von 1,9 bar erforderlich, der im übrigen von der Anzahl der Zellen und deren Gewicht abhängt, so müssen die Luftkissen nun­ mehr, um die Verkeilung zu lockern, mit etwa 2,1 bar beaufschlagt werden. Die beweglichen Keile können dann mit einer Handvorrichtung herausgehoben werden. Nach Entspannen der Luftkissen und deren Entfernung aus der Aus­ gleichsfuge sind die Zellen für den Ausbau zugänglich.

In den Batterieräumen von Schiffen werden die Zellen gewöhnlich in Parallel­ reihen aufgestellt und bilden so eine flächige Anordnung von Zellenblöcken. Fig. 2 zeigt einen solchen Batterieraum 24, ausgefüllt mit Zellen 2, in einer Draufsicht. Der Batterieraum sei in Längsrichtung L des Schiffes von den festen Wänden 3, 4 und in Querrichtung Q von den festen Wänden 25, 26 be­ grenzt und habe in seiner Mitte einen Stützträger 27, welcher im Schnittpunkt zweier Ausgleichsfugen 5 steht. Aus Übersichtsgründen sind in der Figur nur an den äußeren Enden der Ausgleichsfugen und im zentralen Bereich Druckver­ teilungsplatten 6, 8 mit festen Keilen 7 und Gegenkeilen 9 dargestellt, die Luftkissen ganz weggelassen.

Die Montage der Zellen in diesem Batterieraum erfolgt ganz nach dem für eine Einzelreihe beschriebenen erfindungsgemäßen Prinzip. Dabei ist es sinnvoll, von außen nach innen zum Batterieraum-Mittelpunkt zu arbeiten. Die Zellen werden zuerst außen an den Längsseiten des Batterieraumes aufgestellt. Da in verschiedenen Batterieräumen die äußeren Zellen ein anderes Höhen-Niveau haben können als die mittleren Zellen, ist es sinnvoll, auch gleich die Druck­ verteilungsplatten mit den Keilen und den Luftkissen zu montieren. Wenn die nächste Zellenreihe aufgestellt wird, ist es meistens nicht mehr möglich, die Druckverteilungsplatten mit den Keilen zu montieren, da der entsprechende Montageraum nicht zur Verfügung steht. Wenn die beiden äußeren Zellenreihen aufgestellt sind und mit den entsprechenden Druckverteilungsplatten, Keilen und Luftkissen montiert sind, sollten die Zellen mit einem kleinen Druck an die Querwände 25, 26 des Batterieraumes gedrückt werden.

Die jeweils äußere Zellenreihe auf den Längsseiten des Batterieraumes bleibt jetzt unter Luftdruck stehen. Jetzt kann die nächste Zellenreihe aufgestellt und ebenfalls mittels Druckluft festgesetzt werden. So wird weiter verfahren, bis der gesamte Batterieraum mit Zellen gefüllt und vorgespannt ist.

Die gleiche Verspannung, die in Schiffslängsrichtung durchgeführt wird, muß auch in Schiffsquerrichtung erfolgen. Dabei werden ebenfalls je nach Erfor­ dernis eine oder mehrere Ausgleichsfugen berücksichtigt. Nachdem auch hier alle entsprechenden Druckverteilungsplatten und Keile vormontiert sind, kön­ nen die Zellen nunmehr mittels der Luftkissen mit kleinem Druck gegen die Längswände 3, 4 des Batterieraumes gedrückt werden.

Sind die Zellen sowohl in Schiffsquer- wie in Schiffslängsrichtung vorgespannt, müssen nachfolgend alle Luftkissen gleichzeitig mit einem gleichen, erhöhten Druck beaufschlagt werden. Dadurch wird gewährleistet, daß die Zellen sowohl in der Schiffslängs- als auch in der Schiffsquerrichtung gleichmäßig an die Batterieraumaußenwände gedrückt werden.

Bei der Demontage der Zellen wird sinngemäß wie bei der Einzelreihe ver­ fahren. Es ist nur erforderlich, sämtliche Luftkissen mit einem Druck zu be­ aufschlagen, der um einige zehntel bar höher ist als der zur endgültigen Fixie­ rung der Zellen in beiden Richtungen aufgewendete. Steht dieser erhöhte Luft­ druck an, können die Keile leicht aus den Druckverteilungsplatten nach oben weggezogen werden und die gesamte Zellenanordnung steht lose auf dem Fun­ dament des Batterieraum-Bodens.

Mit Rücksicht auf etwa vorhandene Material- oder Verarbeitungsfehler am System sollte dieses gegen die volle Drucklast der jeweils verwendeten Druck­ gasquelle mit einem Druck abgesichert sein, der nach Maßgabe der weiter vorn genannten Zahlenbeispiele 2,5 bar nicht übersteigt.

Der herausragende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei vorgegebenen Batterieraumabmessungen die Zellenabmessungen und damit das Zellenvolumen optimiert werden können.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verspannen von in einer Reihe angeordneten Akkumulato­ renzellen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer ebenen Stellfläche mit stirnseitiger Begrenzung durch feste Wände die vorgesehene Anzahl Zellen derart in Reihe aufgebaut und ausgerichtet wird, daß je nach Reihenlänge zumindest eine Ausgleichsfuge verbleibt, daß aufblasbare Luftkissen in die Ausgleichsfuge eingebracht werden, welche beim Expandieren die Zellen beidseitig gegen die Begrenzungswände drücken, und daß die Zellen in diesem Zustand mittels in die Ausgleichsfuge nachgeführter Keile arre­ tiert und die Luftkissen entlüftet und wieder entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Aus­ gleichsfuge beiderseits der Luftkissen Druckverteilungsplatten eingefügt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer der Druckverteilungsplatten zur Luftkissenseite hin Keile fest montiert sind, auf welche in die Ausgleichsfuge nachgeführte Gegenkeile aufgleiten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein seitliches Verrutschen der Keilpaare durch Führungselemente verhindert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nachführba­ ren Gegenkeile an den Flanken ihres spitzen Endes Führungsstifte be­ sitzen, die in Führungsnute der fest montierten Keile und der nicht mit festen Keilen versehenen Druckverteilungsplatte eingreifen.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Reibungskraft der Zellen auf der Stellfläche diese mit einem Gleitmittel versehen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel Schmierseife ist.