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Galvanisches Primärelement
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zum Ausbeulen und Zerplatzen der Kunststoffhülle führen. Es ist nun aber möglich, durch Auswahl entsprechend dünner Aussenhüllen aus geeignetem mikroporösem Kunststoff zu erreichen, dass die Hülle einerseits in einem bestimmten Ausmass gasdurchlässig, anderseits aber flüssigkeitsdicht ist. Insbesondere kann der zylinderförmige Mantelteil der Hülse aus einem gasdurchlässigen, aber flüssigkeitsdichten, relativ weichen Kunststoffschlauchstück (beispielsweise aus Hochdruckpolyäthylen) bestehen, wogegen die Deckel- und Bodenteile, in welche die Aussenkontakte eingebettet werden müssen, die Form von
Scheiben aus festem, völlig dichtem Kunststoffmaterial (beispielsweise aus Niederdruckpolyäthylen) haben können.
Die Verbindung der Deckel- und Bodenteile mit dem Mantelteil kann durch
Schweissung, Spritzguss oddgl. erfolgen, so dass die gesamte Hülle eine einstückige Einheit bildet.
In einer Zelle, die in einer solchen Hülle eingeschlossen ist, treten bei der Entladung je nach der
Entladungsart Innendrücke auf, die normalerweise Werte von etwa 0, 1 bis 0, 5 atü annehmen und in
Extremfällen (vollständige Entladung) vorübergehend auch auf etwa 0, 8 bis 1 atü ansteigen können.
Genauere Angaben hierüber sind nicht möglich, weil der tatsächlich entstehende Gasüberdruck in der
Zelle bei vorgegebener Entladungsart noch von zwei Einflussgrössen abhängig ist, nämlich von der in der
Zeiteinheit anfallenden Gasmenge, die ihrerseits von der Art und der Zusammensetzung der Zelle selbst abhängt, und von der in der Zeiteinheit durch die Hülle nach aussen abgeführten Gasmenge, die ihrerseits von der Dicke und der Art (Porosität) des verwendeten Hüllenmaterial abhängt.
Es ist nun zwar möglich, auf die beschriebene Weise eine flüssigkeitsdichte Hülle zu schaffen, die genügend gasdurchlässig ist, um ein Ausbeulen und Aufplatzen durch übermässigen überdruck in der
Zelle zu verhindern, doch ist damit das Problem, einen Flüssigkeitsaustritt aus der Zelle mit Sicherheit zu verhindern, noch nicht gelöst, weil die Hülle an zwei Stellen, nämlich nahe den beiden Polen der
Zelle, zur Durchführung der Kontaktverbindung nach aussen unterbrochen werden muss. Es müssen also in den Boden und in den Deckel der Zellenhülle als Aussenkontakte dienende Metallteile eingebettet werden, welche diese leitende Verbindung herstellen.
Es verbleiben also die Aufgaben, erstens die Aussenkontakte vollkommen dicht durch die
Kunststoffhülle, insbesondere deren Deckel- bzw. Bodenteile, hindurchzuführen, wofür bisher, wie schon erwähnt, noch keine Lösung bekanntgeworden ist, und zweitens die Aussenkontakte einem korrodierenden Angriff zu entziehen, worauf bisher, soweit bekannt, überhaupt noch nicht Bedacht genommen worden ist.
Die erste Teilaufgabe wird im Rahmen der Erfindung dadurch gelöst, dass die als Aussenkontakte in die Hülle einzubettenden Metallteile eine sich über die gesamte Einbettungsbreite erstreckende Reihe von eng benachbarten öffnungen aufweisen, die bei der Einbettung der Metallteile in die thermoplastische Kunststoffmasse der Hülle von dieser Kunststoffmasse durchdrungen werden, so dass sie beim Erkalten der Kunststoffmasse durch Schrumpfen derselben eine Reihe von sich verkürzenden Kunststoffnieten bilden, welche den Kunststoff an der Berührungsfläche mit dem Metall eng an das Metall anpressen und so die notwendige Abdichtung im erforderlichen Ausmass herbeiführen. Es wurde gefunden, dass auf diese Weise ohne weiteres eine Abdichtung erzielt werden kann, die überdrücken von 1 atü und mehr in der Zelle standhält.
Zusätzlich zu dieser durch technologische Mittel erreichten dichten Verbindung des als Aussenkontakt dienenden Metallteiles mit dem Kuhststoff der Hülle muss, wie schon erwähnt, zur Erzielung einer flüssigkeitsdichten galvanischen Zelle noch verhindert werden, dass die Aussenkontakte selbst durch Korrosion zerstört werden. Die Korrosion der Kontaktstellen kann auf zweierlei Weise eintreten. Erstens dadurch, dass die in den Zellen verwendete Elektrolytlösung die Kontakte benetzt und dadurch korrodiert. Dieser Vorgang verläuft allerdings so langsam, dass er den Bau praktisch dichter galvanischer Zellen nicht verhindern würde. Bei den herkömmlichen galvanischen Zellen tritt aber noch ein weiterer Umstand ein, der eine andere Korrosionsart herbeiführt, nämlich die elektro-chemische Korrosion.
Infolge der Selbstzerstörung der meist becherförmigen negativen Elektrode durch die Entladung kann nicht verhindert werden, dass die Aussenkontakte nicht nur von Elektrolytflüssigkeit benetzt werden, sondern auch mit der positiven Depolarisatormasse der Zelle in Berührung kommen.
Wenn aber auf einen Aussenkontakt sowohl Elektrolytlösung als auch positive Depolarisatormasse einwirkt, so entsteht ein eigenes Lokalelement aus positiver Depolarisatormasse als Pluspol, Elektrolytlösung und Aussenkontakt als Minuspol, und unter dem Einfluss der elektro-motorischen Kraft dieses Lokalelementes ergibt sich eine rasch fortschreitende elektro-chemische Korrosion des in den Kunststoff eingebetteten Aussenkontaktes und damit ein Undichtwerden der an sich geschlossenen Zellenhülle an der Kontaktdurchführung nach aussen. Diesem Undichtwerden durch elektro-chemische Korrosion der Aussenkontakte unterliegen insbesondere auch die schon erwähnten leak-proof-Zellen.
Um die elektro-chemische Korrosion, welche die eigentliche Ursache der rasch fortschreitenden
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Korrosion der Aussenkontakte ist, mit Sicherheit zu verhindern, ist es notwendig, eine solche
Formgestaltung der Aussenkontakte zu wählen, dass einerseits der Zutritt von positiver
Depolarisatormasse zu den Aussenkontakten möglichst verhindert wird, und anderseits die
Kriechstrecke, welche die fortschreitende Korrosion von der Innenseite des in die Kunststoffhülle eingebetteten Aussenkontaktes bis zur Aussenseite dieser Hülle zurücklegen muss, um zu einem Lecken der Hülle zu führen, möglichst eng und lang ist, so dass möglichst wenig Depolarisatormasse zum eingebetteten Metall vordringen kann und sich die dennoch zum Metall vorgedrungene geringe Menge an Depolarisatormasse erschöpft,
bevor sie eine über die ganze Länge der erwähnten Kriechstrecke durchgehende Korrosion bewirken kann.
Auf Grund der geschilderten Erkenntnisse wird erfmdungsgemäss ein galvanisches Primärelement mit einer gegen Elektrolytaustritt abgedichteten Aussenhülle in der Weise ausgebildet, dass die Mantelwandung der Aussenhülle aus einem weichen, gasdurchlässigen, aber flüssigkeitsdichten Kunststoff, z. B. Hochdruckpolyäthylen, der Boden und der Deckel der Hülle hingegen aus gas- und flüssigkeitsdichtem, hartem Kunststoff, z. B.
Niederdruckpolyäthylen, bestehen, wobei der Boden und der Deckel durch Spritzen, Schweissen und/oder Verschmelzen dicht mit der Mantelwandung der Hülle verbunden sind, und dass die den Boden bzw. den Deckel durchsetzenden Aussenkontakte durch beidseitig in den Kunststoff eingebettete Metallblechteile gebildet sind, die zur Abdichtung im Einbettungsbereich eine sich über den ganzen Einbettungsbereich erstreckende Reihe von eng benachbarten Öffnungen aufweisen, welche vom Kunststoff durchsetzt sind, wobei die Einbettungslänge jedes der Blechteile, gemessen von der Aussen- zur Innenseite des Deckels bzw. Bodens, wesentlich grösser als die Dicke der Blechteile im Einbettungsbereich ist.
Infolge der grossen Einbettungslänge der Blechteile, gemessen von der Aussen- zur Innenseite des Deckels bzw. Bodens aus Kunststoff, stehen im Einbettungsbereich relativ grosse Flächenteile aus Kunststoff mit relativ grossen Flächenteilen aus Metall in Berührung, so dass durch die Lochung der die Aussenkontakte bildenden Metallblechteile und die nietenartige Durchsetzung dieser Löcher durch beim Erstarren schrumpfenden Kunststoff relativ grosse Dichtflächen fest gegeneinander gedrückt werden, wodurch sich eine vollkommene Abdichtung ergibt.
Die Lochung der Metallblechteile trägt überdies auch dazu bei, der fortschreitenden elektro-chemischen Korrosion Einhalt zu gebieten, weil bei eventuellem Vordringen der die Korrosion verursachenden Depolarisatormasse bis zu den Kunststoffnieten der Kriechquerschnitt für die Depolarisatormasse noch weiterhin vermindert wird.
Versuche haben erwiesen, dass erfindungsgemäss ausgebildete galvanische Primärelemente, selbst wenn sie nach ihrer vollständigen Erschöpfung noch lange Zeit in einem batteriegespeisten Gerät belassen werden, wie dies aus Unachtsamkeit häufig geschieht, infolge der geschilderten Verhinderung bzw. Behinderung der elektro-chemischen Korrosion durch Lokalelementbildung nicht lecken, so dass nicht durch Elektrolytaustritt Schäden an dem betreffenden Gerät entstehen können.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Fig. l zeigt ein Primärelement nach der Erfindung, wobei die Aussenhülle im Vertikalschnitt dargestellt ist. Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch den im Kunststoff eingebetteten
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Ausführungsformen des Bodenkontaktes dar.
Das dargestellte Primärelement weist eine negative Becherelektrode-l-auf, aus der die positive Elektrode-2-, in der Regel ein Kohlestift, herausragt. Das gesamte Primärelement ist dicht in eine Aussenhülle --3-- eingeschlossen, die zur Gänze aus Kunststoff besteht, der Hüllendeckel
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deren Mantelwand --5a-- beidseitig in den thermoplastischen Kunststoff des Hüllendeckels-4-eingebettet ist, wobei für den schlauchartigen Mantel ein gasdurchlässiger, aber flüssigkeitsdichter weicher Kunststoff, wie Hochdruckpolyäthylen, und für die Deckel-und Bodenteile-4, 7-- ein gasund flüssigkeitsdichter fester Kunststoff, wie Niederdruckpolyäthylen, Verwendung findet.
Die Mantelwand --5a-- der Kappe --5-- weist eine ringsum verlaufende Reihe von in sehr kleinen Abständen angeordneten Löchern --5b-- auf, die beim Spritzgiessen des Deckels aus thermoplastischem Kunststoff gemäss Fig. 2 von nietartigen Teilen --4b-- der Kunststoffmasse durchsetzt werden und beim Erstarren des Kunststoffes schrumpfen, wodurch die beiderseits der Mantelwand der Kappe liegenden, einstückig gegossenen Deckelteile fest und dicht gegen die Mantelwand gezogen werden.
Der untere Rand --5c-- der Kappe --5-- steht geringfügig über die einbettende Kunststoffmasse vor und ist nach aussen umgebördelt, so dass er einen guten Sitz für das
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obere Ende der positiven Kohleelektrode bildet.'Der Kappeninnenraum kann vollkommen mit Kunststoff ausgefüllt, aber auch, wie dargestellt, etwas ausgehöhlt sein ; wichtig ist nur, dass die gesamte Innenfläche der Kappe mit Kunststoff abgedeckt ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Einbettungstiefe --6-- der Metallkappe --5-- im Kunststoffdeckel --4-- wesentlich grösser als die Dicke-dder Kappenmantelwand.
Statt einer Reihe von Rundlöchern --5b-- können auch Rechteckschlitze mit schmalen Zwischenstegen oder andere Formen von Öffnungen angewendet werden. Die Kappe kann statt der gezeigten zylindrischen Mantelwand auch eine beliebig anders gestaltete Seitenwand bzw. Umrissform haben.
Der Hüllenboden wird ähnlich wie der Hüllendeckel durch eine Kunststoffscheibe--6-- gebildet, die mit dem Hüllenmantel--3--entweder verschweisst oder durch thermoplastischen Spritzguss vereinigt ist. An der Aussenseite des Hüllenbodens --6-- befindet sich ein Metallblechstück
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Innenseite des Hüllenbodens vorstehende Randkante--7b-dient als Auflager für die Becherelektrode --1--.
Durch die Öffnungen --7c-- im aufgebogenen Randteil --7a-- des Metallblechstücken - -7 --, die bei der Einbettung des Stegteiles, wie Fig. 1 erkennen lässt, von thermoplastischer Kunststoffmasse durchdrungen werden, wird wieder eine vollkommen dichte Einbettung des Bodenkontaktes im Kunstoff gesichert.
Auch hiebei ist wieder die Einbettungslänge wesentlich grösser als die Blechdicke. Um bei mässiger Dicke des Hüllenbodens-6-eine grosse Einbettungslänge zu erhalten, wird der Randteil --7a--, wie die Fig. 4 und 5 zeigen, zweckmässig schräg aufgebogen, so dass er vom Blechstück-7-weg divergiert. Die Öffnungen im Einbettungsbereich dieses Randteiles --7a-- können gemäss Fig. 4 Rundlöcher --7d-- oder gemäss Fig. 5 längliche Schlitze --7c-- sein, aber auch andere Formen haben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist der umgebogene Randteil in drei vorzugsweise in gleichen Winkelabständen angeordnete Sektoren-7e-unterteilt. Bei allen Ausführungsformen des Bodenkontaktes bildet die freie obere Randkante--7b--der umgebogenen Randteile--7a bzw.
7e--ein Auflager für die Bodenelektrode.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Galvanisches Primärelement mit einer gegen Elektrolytaustritt abgedichteten Aussenhülle,
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gasdurchlässigen, aber flüssigkeitsdichten Kunststoff, z. B. Hochdruckpolyäthylen, der Boden (6) und der Deckel (4) der Hülle hingegen aus gas-und flüssigkeitsdichtem, hartem thermoplastischem Kunststoff, z. B.
Niederdruckpolyäthylen, bestehen, wobei der Boden und der Deckel durch Spritzen, Schweissen und/oder Verschmelzen dicht mit der Mantelwandung (3) der Hülle verbunden sind, und dass die den Boden (6) bzw. den Deckel (4) durchsetzenden Aussenkontakte (5, 7) durch beidseitig in den Kunststoff eingebettete Metallblechteile gebildet sind, die zur Abdichtung im Einbettungsbereich eine sich über den ganzen Einbettungsbereich erstreckende Reihe von eng benachbarten Öffnungen (5b ; 7c, 7d) aufweisen, welche vom Kunststoff durchsetzt sind, wobei die Einbettungslänge (t) jedes der Blechteile, gemessen von der Aussen- zur Innenseite des Deckels bzw. Bodens, wesentlich grösser als die Dicke (d) der Blechteile im Einbettungsbereich ist.
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