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Zylindrisches, dichtes, elektrochemisches Element und Verfahren zu dessen Herstellung
Durch das Stammpatent Nr. 259653 ist eine Anordnung bekannt, mittels derer die Abdichtung eines zylindrischen Elementes erzielt wird, bei dem die äussere, in Form eines Bechers ausgebildete Elektrode, in eine Kunststoffhülle eingebracht ist. Diese Anordnung besteht einesteils aus einer Dichtkapsel, die den Boden des allgemein aus Zink gefertigten Metallbechers überdeckt und auf dem Becher in ihrem Durchmesser reduziert ist, und andernteils aus einem Ring mit L-Profil, der durch Reduzierung des Durchmessers die Kunststoffhülle an einen Teil der Kapsel andrückt und dadurch die Abdichtung gewährleistet.
Es kann jedoch vorkommen, dass sich im Laufe bestimmter Verwendungen, bei denen beispielsweise das elektrochemische Element eine grosse Leistung erbringen muss, die Kunststoffhülle unter der Wirkung der während des elektrochemischen Vorganges entwickelten Gase aufbläht. Ein solches Aufblähen kann sehr nachteilige Folgen haben, z. B. kann dadurch der Austausch der Elemente, die in einem Lager der von ihnen gespeisten Vorrichtung angeordnet sind, erschwert, wenn nicht sogar verhindert werden, weil sie sich in iesem Lager verklemmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen, d. h. eine Vorrichtung zu schaffen, die die Abdichtung eines elektrochemischen Elementes unter Wahrung der Masse des Elementes gewährleistet.
Gegenstand der Erfindung ist ein zylindrisches, dichtes, elektrochemisches Element, dessen in Form eines Bechers ausgebildete äussere Elektrode mit einer Kunststoffhülle versehen ist, deren Unterkante des ausgezackten, unteren Teils ohne jede Materialverstärkung um den Becherboden herumgeschlagen ist, wobei der untere Teil der Hülle zwischen einer auf dem Becher aufliegenden und mit ihrem Boden einen Kontaktteil bildenden metallischen Dichtkapsel, beispielsweise aus verzinntem oder galvanisiertem Blech, und einem Metallring mit L-Profil verspannt ist nach Patent Nr. 259653. Erfindungsgemäss bildet der zylindrische Teil des Metallringes mit L-Profil eine den zylindrischen Teil der Kunststoffhülle umkleidende Metallumhüllung, die auch am Oberteil des elektrochemischen Elementes abgestützt ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Elementes. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metallumhüllung (12, 12') durch Reduzierung ihres Durchmessers auf den mit den aktiven Massen des Elementes gefällten Metallbechers (5) aufgeschrumpft wird, dessen unterer Teil mit der Dichtkapsel (8) versehen und der mit der Kunststoffhülle (9) verkleidet worden ist.
Das Element gemäss der Erfindung entspricht einem im Stammpatent beschriebenen Element, bei dem jedoch die Höhe des L-Metallringes, der am Boden des Elementes anliegt, derart verlängert ist,
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dass ihr oberer Teil auf den oberen Teil des Elementes umgebogen werden kann.
Bei einer Vorrichtung gemäss der Erfindung treten keine Verformungen infolge einer grossen Leistung des elektrochemischen Elementes auf. Dennoch wird die Diffusion der Gase nach aussen nicht verhindert, da die Verringerung der dafür zur Verfügung stehenden Oberfläche durch die Kunststoffhülle hindurch durch die Druckerhöhung der Gase weitgehend ausgeglichen wird, der das Element auf Grund des Vorhandenseins der Metallumhüllung unterworfen sein kann.
Da der die äussere Elektrode bildende Zinkbecher nicht mehr zum Abdichten des Elementes beiträgt, braucht die mechanische Festigkeit seines Bodens nicht mehr wie früher durch Verhindern seines elektrochemischen Angriffs aufrechterhalten zu werden.
Gemäss der Erfindung kann man am Boden des Bechers einen geeigneten, mit Elektrolyt getränkten Scheider anordnen, so dass auch dieser Teil des Bechers elektrochemisch arbeiten kann.
Ausserdem muss, weil die Metallumhüllung auf der gesamten Höhe der Kunststoffhülle angeordnet ist, der Zinkbecher nicht mehr die Funktion der mechanischen Festigkeit erfüllen, die er am oberen Teil des Elementes zu gewährleisten hatte ; folglich kann gemäss der Erfindung derjenige Teil des Zinkbechers fortfallen, der im Element über die Höhe der darin befindlichen Pressmasse hinausragt.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigen Fig. l einen Schnitt durch ein elektrochemisches Element gemäss der Erfindung, Fig. 2, 3 und 4 Schemata von drei aufeinanderfolgenden Stufen der Herstellung eines Elementes gemäss der Erfindung, Fig. 5 und 6 schematische Schnitte durch zwei abgewandelte Ausführungsformen einer Metallumhüllung vor dem Anordnen auf der Kunststoffhülle eines elektrochemischen Elementes, Fig. 7 eine zur Hälfte geschnittene Ansicht eines elektrochemischen Elementes gemäss der Erfindung, Fig. 8 eine Draufsicht auf das Element nach Fig. 7, Fig. 9 eine zur Hälfte geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform des elektrochemischen Elementes gemäss der Erfindung, Fig.
10 eine Draufsicht auf das Element nach Fig. 9, Fig. 11 einen Halbschnitt durch die im Element gemäss den Fig. 9 und 10 verwendete Kunststoffhülle.
Das Element gemäss Fig. l umfasst eine depolarisierende verdichtete Pressmasse oder ein
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und einen Zinkbecher--5--.
Eine aus Pappendeckel bestehende Isolierscheibe--6--und eine aus Kraftpapier bestehende Schale--7--gewährleisten die Zentrierung der Pressmasse im Becher ; eine Dichtkapsel--8--ist auf dem Boden des Zinkbechers im Durchmesser reduziert. Der Zinkbecher ist in eine Kunststoffhülle --9-- mit einem dünnen Mantel gewaltsam eingebracht und ist mit den aktiven Massen des Elementes gefüllt. Sie kann insbesondere wegen der Kappe--3--und den Nuten--10--am Ende des Kohlestiftes--2--nicht herausgezogen werden, die die Abdichtung gewährleisten. Der untere Teil der Hülle ist kreneliert und auf den Boden der Kapsel umgeschlagen.
Nach dem Anordnen der Kappe - wird der obere Teil des Kohlestiftes-2-mit einer die Dichtungswirkung erhöhenden Wachsschicht--11--bedeckt.
Gemäss der Erfindung ist die Kunststoffhülle --9-- auf ihrem zylindrischen Teil mit einer beispielsweise aus Aluminium bestehenden, als Metallring mit L-Profil ausgebildeten Metallumhüllung --12-- versehen, die auch am oberen Teil des edektrochemischen Elementes abgestützt ist.
In den Schemata gemäss den Fig. 2, 3 und 4 sind drei aufeinanderfolgende Schritte des Verfahrens zum Herstellen eines erfindungsgemässen elektrochemischen Elementes dargestellt.
Fig. 2 zeigt das elektrochemische Element, bevor die Metallumhüllung durch Reduzierung ihres Durchmessers auf die Kunststoffhülle aufgebracht wird.
Fig. 3 zeigt das elektrochemische Element während der Durchmesserreduzierung der Metallumhüllung auf der Kunststoffhülle. Fig. 4 zeigt das elektrochemische Element während des Umbiegens des oberen Teils der Metallumhüllung auf die Kunststoffhülle.
Die Anordnung nach Fig. 2 und 3 umfasst ein Rohr--16--mit einer Durchmessereinschnürung
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reduzierenden Konus-14-hineinstösst.
Während dieser Bewegung drückt der Gegendruckstössel-15-auf den unteren Teil-28-
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--28-- umgeschlagen.Einführen des von seiner Kunststoffhülle --9-- umgebenen elektrochemischen Elementes in die Umhülung --12-- erleichtert ist.
In Fig. 4 ist ein Falzwerkzeug --17-- dargestellt, das nach dem vorstehend beschriebenen Reduzier-Arbeitsgang den oberen Teil der Metallumhüllung --12-- auf den oberen Teil der Kunststoffhülle --9-- und insbesondere auf ihren oberen Rand --29-- umbiegt.
In Fig. 2 ist eine Metallumhüllung --12-- dargestellt, die vor dem Reduzieren auf der Kunststoffhülle --9-- einen gekrümmten unteren Teil --28-- aufweist; wie in Fig. 5 dargestellt, kann jedoch ebensogut eine im oberen Teil anstatt im Boden gekrümmte Umhüllung verwendet werden.
Gemäss Fig. 6 kann auch eine Umhüllung verwendet werden, die die Form eines Bechers annimmt, dessen Bodenfläche für den Durchtritt der Metallkapsel des elektrochemischen Elementes eine ausreichend grosse Öffnung aufweist, ohne dass jedoch mit dieser Kapsel ein elektrischer Kontakt geschlossen wird.
Das Hauptmerkmal der erfindungsgemässen Anordnung besteht darin, dass auch der obere Teil der Kunststoffhülle mechanisch verstärkt ist und sich folglich unter der Wirkung von Gasen, die sich im Element bilden, nicht verformt ; dieser Teil der Kunststoffhülle kann folglich dünner ausgebildet werden.
Dadurch ist, wenn der obere Teil der Metallumhüllung mit Einkerbungen oder Durchlöcherungen versehen ist, so dass die Kunststoffhülle teilweise frei bleibt, die Diffusion der Gase nach aussen unterstützt.
In Fig. 7 und 8 ist eine zur Hälfte geschnittene Ansicht einer bzw. eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen elektrochemischen Elementes dargestellt.
Die den Elementen gemäss Fig. 1 entsprechenden Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Derjenige Teil der Kunststoffhülle, der die depolarisierende Pressmasse--l--überdeckt, weist
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Ein elektrolytisches Papier --20-- ist zwischen die Pressmasse--l--und die vertikalen Wände des Zinkbechers --5-- eingebracht; mittels eines beschichteten Scheiders --19-- kann der Zinkbecherboden elektrochemisch arbeiten.
Zwischen demjenigen Teil der Kunststoffhülle, der den Zinkbecher --5-- überdeckt und demjenigen Teil, der an dem Kohlestift --2-- anliegt, verlaufen radiale Rippen--23-- ; sie dienen zum Verstärken des oberen Teils des Elementes. Diese Rippen bilden einen Teil der Kunststoffhülle.
In Fig. 9 bzw. 10 ist eine zur Hälfte geschnittene Ansicht der bzw. eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines elektrochemischen Elementes gemäss der Erfindung dargestellt ; Fig. 11 zeigt eine zur Hälfte geschnittene Ansicht der verwendeten Kunststoffhülle.
Diejenigen Elemente, die den in den Fig. 1, 7 und 8 entsprechen, sind in diesen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Metallumhüllung-12'-hat die Form eines Bechers, dessen
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verstärken sollen.
Der Obelteil --31-- der Kunststoffhülle --9-- ist dünner und ermöglicht dadurch eine bessere Diffusion der Gase. Es kann beispielsweise eine Stärke der Grössenordnung von 0, 4 mm haben.
Das untere, krenelierte Ende --27-- der Kunststoffhülle ist in bezug auf den Mantel --26-dünner ausgebildet, so dass Materialverdickungen beim Umlegen dieses Teils auf die Dichtkapsel --8-vermieden sind.
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Weiterhin haben der auf dem Kohlestift-2-aufliegende Teil der Kunststoffhülle sowie der auf der Vertikalwand der Dichtkapsel --8-- aufliegende Teil Rillen-24 bzw. 25--, die zur Verbesserung der Dichtung dienen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zylindrisches, dichtes, elektrochemisches Element, dessen in Form eines Bechers ausgebildete äussere Elektrode mit einer Kunststoffhülle versehen ist, deren Unterkante des ausgezackten, unteren Teils ohne jede Materialverstärkung um den Becherboden herumgeschlagen ist, wobei der untere Teil der Hülle zwischen einer auf dem Becher aufliegenden und mit ihrem Boden einen Kontakteil bildenden metallischen Dichtkapsel, beispielsweise aus verzinntem oder galvanisiertem Blech, und einem Metallring mit L-Profil verspannt ist, nach Patent Nr. 259653, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Teil des Metallringes mit L-Profil eine den zylindrischen Teil der Kunststoffhülle (9) umkleidende Metallumhüllung (12, 12') bildet, die auch am Oberteil des elektrochemischen Elementes abgestützt ist.
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Cylindrical, dense, electrochemical element and process for its manufacture
An arrangement is known from the parent patent no. 259653 by means of which the sealing of a cylindrical element is achieved, in which the outer electrode, designed in the form of a cup, is placed in a plastic casing. This arrangement consists on the one hand of a sealing capsule which covers the bottom of the metal cup, which is generally made of zinc and is reduced in diameter on the cup, and on the other hand of a ring with an L-profile which, by reducing the diameter, attaches the plastic shell to part of the capsule presses and thereby ensures the seal.
However, it can happen that in the course of certain uses, in which, for example, the electrochemical element has to provide a great performance, the plastic casing expands under the action of the gases developed during the electrochemical process. Such bloating can have very adverse consequences, e.g. B. as a result, the replacement of the elements that are arranged in a warehouse of the device they feed are made difficult, if not even prevented, because they get jammed in this warehouse.
The invention is based on the object of eliminating this disadvantage; H. to create a device that ensures the sealing of an electrochemical element while maintaining the mass of the element.
The invention relates to a cylindrical, dense, electrochemical element whose outer electrode, designed in the form of a cup, is provided with a plastic cover, the lower edge of which is wrapped around the base of the cup without any material reinforcement, the lower part of the cover being between a A metal sealing capsule, for example made of tin-plated or galvanized sheet metal, and a metal ring with an L-profile, which rests on the cup and forms a contact part with its bottom, is braced according to patent no Part of the plastic casing encasing metal casing which is also supported on the upper part of the electrochemical element.
Another object of the invention is a method for producing such an element. This method is characterized in that the metal casing (12, 12 ') is shrunk onto the metal cup (5) precipitated with the active masses of the element by reducing its diameter, the lower part of which is provided with the sealing capsule (8) and the one with the plastic casing (9) has been disguised.
The element according to the invention corresponds to an element described in the parent patent, in which, however, the height of the L-metal ring that rests on the bottom of the element is extended in such a way that
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that its upper part can be bent over onto the upper part of the element.
In a device according to the invention, no deformations occur as a result of a high power of the electrochemical element. However, the diffusion of the gases to the outside is not prevented, since the reduction in the surface available for this through the plastic casing is largely compensated for by the increase in pressure of the gases to which the element can be subjected due to the presence of the metal casing.
Since the zinc cup forming the outer electrode no longer contributes to the sealing of the element, the mechanical strength of its base no longer needs to be maintained by preventing its electrochemical attack as it used to be.
According to the invention, a suitable separator soaked with electrolyte can be arranged at the bottom of the beaker, so that this part of the beaker can also work electrochemically.
In addition, because the metal casing is arranged at the entire height of the plastic casing, the zinc cup no longer has to fulfill the function of mechanical strength that it had to ensure on the upper part of the element; consequently, according to the invention, that part of the zinc cup which protrudes in the element beyond the height of the molding compound located therein can be omitted.
Further advantages, details and features of the invention emerge from the following description. In the drawings, the invention is illustrated, for example, u. 1 shows a section through an electrochemical element according to the invention, FIGS. 2, 3 and 4 show diagrams of three successive stages in the production of an element according to the invention, FIGS. 5 and 6 show schematic sections through two modified embodiments of a metal casing 7 is a half-cut view of an electrochemical element according to the invention, FIG. 8 is a plan view of the element according to FIG. 7, FIG. 9 is a half-cut view of a further embodiment of the electrochemical element Element according to the invention, Fig.
10 shows a plan view of the element according to FIG. 9, FIG. 11 shows a half-section through the plastic casing used in the element according to FIGS. 9 and 10.
The element according to FIG. 1 comprises a depolarizing compressed molding compound or a
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and a zinc cup - 5--.
An insulating disk made of cardboard cover - 6 - and a shell made of kraft paper - 7 - ensure the centering of the molding compound in the cup; a sealing capsule - 8 - is reduced in diameter on the bottom of the zinc cup. The zinc cup is forcibly inserted into a plastic cover --9-- with a thin jacket and is filled with the active mass of the element. It cannot be pulled out, in particular because of the cap - 3 - and the grooves - 10 - at the end of the carbon pin - 2 - which ensure the seal. The lower part of the shell is crenellated and folded over to the bottom of the capsule.
After placing the cap - the upper part of the carbon stick-2-is covered with a wax layer-11-which increases the sealing effect.
According to the invention, the plastic casing --9-- is provided on its cylindrical part with a metal casing --12-- consisting, for example, of aluminum and designed as a metal ring with an L-profile, which is also supported on the upper part of the electrochemical element.
The schemes according to FIGS. 2, 3 and 4 show three successive steps of the method for producing an electrochemical element according to the invention.
2 shows the electrochemical element before the metal sheath is applied to the plastic sheath by reducing its diameter.
3 shows the electrochemical element during the reduction in diameter of the metal envelope on the plastic envelope. Fig. 4 shows the electrochemical element during the bending of the upper part of the metal casing onto the plastic casing.
The arrangement according to FIGS. 2 and 3 comprises a tube - 16 - with a diameter constriction
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reducing cone-14-pushes into it.
During this movement, the counterpressure ram-15-presses on the lower part-28-
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--28-- turned over. Insertion of the electrochemical element surrounded by its plastic cover --9-- into the cover --12-- is facilitated.
In Fig. 4, a hemming tool --17-- is shown, which after the reducing operation described above, the upper part of the metal casing --12-- on the upper part of the plastic casing --9-- and in particular on its upper edge - -29-- bends.
In Fig. 2, a metal sheath --12-- is shown, which has a curved lower part --28-- before being reduced on the plastic sheath --9--; however, as shown in FIG. 5, a casing which is curved in the upper part instead of in the bottom can just as well be used.
According to FIG. 6, it is also possible to use a casing which takes the form of a cup, the bottom surface of which has a sufficiently large opening for the metal capsule of the electrochemical element to pass through, but without making electrical contact with this capsule.
The main feature of the arrangement according to the invention is that the upper part of the plastic casing is also mechanically reinforced and consequently does not deform under the action of gases which form in the element; this part of the plastic casing can consequently be made thinner.
As a result, if the upper part of the metal casing is provided with notches or perforations so that the plastic casing remains partially free, the diffusion of the gases to the outside is supported.
7 and 8 show a half-sectioned view of a top view or an embodiment of an electrochemical element according to the invention.
The elements corresponding to the elements according to FIG. 1 are provided with the same reference symbols.
That part of the plastic shell that covers the depolarizing molding compound - l - has
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An electrolytic paper --20-- is placed between the molding compound - l - and the vertical walls of the zinc cup --5--; The bottom of the zinc cup can work electrochemically by means of a coated separator.
Radial ribs - 23-- run between that part of the plastic casing that covers the zinc cup --5-- and that part that rests against the carbon pin --2--; they serve to reinforce the upper part of the element. These ribs form part of the plastic shell.
9 and 10, respectively, show a half-sectional view of the or a plan view of a further embodiment of an electrochemical element according to the invention; Fig. 11 shows a half-sectioned view of the plastic cover used.
Those elements which correspond to those in FIGS. 1, 7 and 8 are provided with the same reference symbols in these figures. The metal casing-12'-has the shape of a cup, of which
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should reinforce.
The top part --31-- of the plastic cover --9-- is thinner and thus enables better diffusion of the gases. It can, for example, have a thickness of the order of magnitude of 0.4 mm.
The lower, crenellated end -27- of the plastic sleeve is made thinner in relation to the jacket -26-so that material thickening when this part is folded over onto the sealing capsule -8- is avoided.
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Furthermore, the part of the plastic sleeve that rests on the carbon pin-2 and that part of the vertical wall of the sealing capsule -8- have grooves 24 and 25, respectively, which serve to improve the seal.
PATENT CLAIMS:
1. Cylindrical, dense, electrochemical element, the outer electrode of which, in the form of a cup, is provided with a plastic cover, the lower edge of the jagged lower part of which is wrapped around the base of the cup without any material reinforcement, the lower part of the cover between one on the cup resting and with its bottom a contact part forming metallic sealing capsule, for example made of tinned or galvanized sheet metal, and a metal ring with L-profile is clamped, according to patent no. 259653, characterized in that the cylindrical part of the metal ring with L-profile is a cylindrical Forms part of the plastic casing (9) encasing metal casing (12, 12 ') which is also supported on the upper part of the electrochemical element.
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