<U>Verfahren zur Herstellung von galvani-</U> <U>schen Elementen und Einrichtung zur Durch-</U> <U>führung dieses Verfahrens</U> Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfah ren zur Herstellung von galvanischen Ele menten, bei welchen die positive und die ne gative Elektrode im Gehäuse koaxial zuein ander liegen und positive und negative Elek trode durch einen Elektrolxtdn in der Form eines ionenleitungen Diaphragmas voneinan der getrennt sind.
Allgemein bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung galvanischer Elemente, nach welchem der von der becherförmigen negati ven Elektrode, beispielsweise der Zinkelek trode, umschlossene Raum zunächst mit einer Suspension aus Elektrolyt und Stärkemehl gefüllt und anschliessend der Werkstoff der positiven Elektrode eingebracht wird. Beim Einbringen der positiven Elektrode wird die Suspension verdrängt und füllt den Raum zwischen den Elektroden aus. Die Ver dickung der Suspension, die zur Bildung des ionenleitenden Diaphragmas erforderlich ist, erfolgt bei selbstverdickenden Lösungen mit der Zeit und bei übrigen Lösungen durch Wärmezuführung.
Die Anwendung dieses Verfahrens beispiels weise zur Herstellung von galvanischen Be- cherelementen mit alkalischem Elektrolyt und negativer Elektrode aus pastenartigem Zink ist unvorteilhaft, da die hergestell ten Elemente voneinander abweichende Kenn daten aufweisen. Diesem Nachteil liegen hauptsächlich zwei Ursachen zugrunde: Zum ersten quillt das Mehl in den Alka- lien sehr schnell auf. Um die Montage der Elemente zu ermöglichen, wird deshalb der alkalische Elektrolyt bei der Bildung der ionenleitenden Diaphragmen bis auf 0...5o C abgekühlt.
Diese Abkühlung verbessert die Beständigkeit der aufbereiteten Mehl suspension, die zulässige Aufbewahrungs- zeit bleibt jedoch auf 15 Minuten beschränkt. Nach Ablauf dieser Zeit wird die Suspension auch bei dieser niedrigen Temperatur zu dick. Bei in das Elementgehäuse eingefüll ter Suspension dagegen beträgt die Ein dickungszeit mindestens 2 Minuten. Diese Zeit, während welcher die Suspension noch verhältnismässig dünn ist, reicht aus, um die Oberflächenschicht der in der Suspen sion verbleibenden pastenartigen negativen Elektrode aufzulösen. Die abgelösten Teil chen der Elektrode sinken nach unten und können einen inneren Kurzschluss des Ele mentes verursachen.
Zum anderen wird die Suspension während der Einfüllung mit den Teilchen der posi tiven Elektrode vermischt, die sich im un- t-eren Teil des Elementes sammeln. Dies kann auch eine Selbstentladung des Elementes während der Lagerung hervorrufen.
Bekannt ist weiter ein Verfahren zur Her stellung galvanischer Elemente mit alkali schem Elektrolyt, bei dem die negative Elektrode, beispielsweise aus pastenarti- gem Zink, zunächst in.eine Suspension von Mehl in Wasser eingetaucht wird.. Die der art vorbereitete Elektrode wird an der Luft während einer Zeit getrocknet, die zur Bil dung eines Filmes aus quellendem Mehl auf der Oberfläche der Elektrode ausreicht. Dies geht etwa in 15 bis 20,s vor sich. Alsdann wird der Raum der positiven Elek trode mit alkalischem Elektrolyt gefüllt und die vorbereitete negative Elektrode eingesetzt.
Hierbei bildet sich das ionen- leitende Diaphragma in 3-4 Minuten aus.
Dieses Verfahren ermöglicht zwar die Her stellung von galvanischen Elementen etwas höherer Qualität., besitzt aber auch eine Reihe von Mängeln.
Der wichtigste davon ist, dass die Ge fahr eines inneren Kurzschlusses durch Teilchen der positiven Elektrode, die nach Einfüllung des flüssigen Alkalis im Schwebezustand auftreten, nach wie vor be stehen bleibt.
Ein weiterer Nachteil liegt in der un- gleichmässigen Zusammensetzung des ver dickten Elektrolyts (des ionenleitenden Diaphragmas), die darauf zurückzuführen ist, dass einerseits die die negative Elektrode umgebende Suspension bei Trock nung zu den Stirnseiten der Elektrode fliesst, so dass die Mehlschicht eine ungleichmäs- sige Stärke über die Elektrodenhöhe hat, andererseits aber auch die bei der Vorbe reitung der einzelnen Elektroden an diesen zurückbleibende Mehlmenge nicht konstant ist, da während der Verarbeitungszeit der Gehalt an Mehl in den oberen Schichten in der Suspension,
in die die Elektrode ein getaucht werden, laufend abnimmt.
Die bekannten Einrichtungen zur Herstel lung von galvanischen Elementen ermöglicht zwar eine weitgehende Mechanisierung ein zelner Operationen der oben beschriebenen Verfahren, jedoch ist die Zahl der Arbeits gänge bei ihnen gross.
In Uebereinstimmung mit obigen Darle gungen bezweckt die vorliegende Erfindung, die Nachteile der erwähnten bekannten Ver fahren zur Herstellung von galvanischen Elementen zu beheben und eine leistungs fähige und zuverlässige Einrichtung zu ent wickeln, bei der die Zahl der zur Herstel lung der galvanischen Elemente nötigen Ar beitsgänge geringer und die Güte der ge fertigten Elemente höher ist als bei den bekannten Einrichtungen dieser Art.
Diese wird durch ein Verfahren erreicht, welches erfindungsgemäss dadurch gekenn zeichnet ist, dass die Elektrolytlösung vorverdickt und zusammen mit dem Werkstoff. mindest einer Elektrode unter gleichzei tiger Formung des Diaphragmas und der Elektrode in das Gehäuse eingepresst wird.
Es ist vorteilhaft, zunächst die posi tive Elektrode im Gehäuse des Elementes anzuordnen und dann den Werkstoff der ne gativen Elektrode gleichzeitig mit der verdickten Elektrolytlösung einzupressen.
Eine weitere Verbesserungsmöglichkeit besteht darin, dass man die vorverdickte Elektrolytlösung und den Werkstoff der- beiden Elektroden in das Gehäuse alle gleich gleichzeitig einbringt. Es ist weiter vor teilhaft, gleichzeitig mit Einbringung der verdickten Elektrolytlösung und des Werk stoffes der negativen Elektrode auch die Stromableitung in die negative Elektrode einzusetzen.
Die Einrichtung zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens ist gekenn zeichnet durch eine Düse mit zumindest zwei koaxial zueinander liegenden Hohldornen, welche die Einpressung der Werkstoffe un ter gleichzeitiger Formung der austreten den Stränge ermöglicht. Vorteilhafterwei- se wird einer der Düsenräume mit einer Do- siervorrichtung für verdickte Elektrolyt lösung und der andere mit einer Dosiervor- richtung für den Werkstoff der negativen Elektrode verbunden.
Die beiden Dosiervor- richtungen können an Druckleitungen für die entsprechenden Werkstoffe angeschlos sen werden.
Die beiden Dosiervorrichtungen können in Form von je einem Zylinder mit beweglichem Kolben und mit einem Ventil ausgeführt sein, wobei das Ventil den zugeordneten Zylinder raum abwechselnd mit der Druckleitung und den Düsenräumen verbindet.
Der Vorzug des vorgeschlagenen Verfah rens liegt darin, dass das ionenleitende Diaphragma aus vorverdickter Elektrolyt lösung hergestellt wird, die in diesem Zu stand auf lange Zeit aufbewahrt werden kann, ohne dass ihre Eigenschaften und damit die Eigenschaften der hergestellten galvani schen Elemente beeinträchtigt werden.
Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäs- sen Verfahrens ist der Wegfall der Gefahr des inneren Kurzschlusses zwischen den Elektroden zu nennen.
Darüber hinaus ist bei dem erfindungsge- mässen Verfahren die Zahl der Arbeitsgänge da die Werkstoffe mindestens einer Elektrode und des geringer, da die Werkstoffe mindestens ei ner Elektrode und des ionenleitenden Dia phragmas in das Gehäuse des Elementes gleich zeitig eingebracht werden.
Die Erfindung wird nachstehend an eini- gen.Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 den Längsschnitt einer Düse zur Einpressung des Werkstoffes der negativen Elektrode, der verdickten Elektrolytlösung und der Stromableitung in das Gehäuse des galvanischen Elementes, in dem die positi ve Elektrode vorher angeordnet-ist.
Fig. 2 den Längsschnitt einet weiteren Dü se, die die Einbringung der Werkstoffe für die negative und die positive Elektrode, der verdickten Elektrolytlösung und der Stromableitung ermöglicht, Fig. 3 eine Dosiervorrichtung zur por- tionenweisen Förderung der Werkstoffe in die Räume der Düsen nach Fig. 1 in sche matischer Darstellung.
Die Einrichtung zur Herstellung galvani scher Elemente mit alkalischem Elektrolyt enthält eine Düse (Fig. 1), deren zylindri scher Mantel 1 zwei konzentrisch zueinan der liegende Hohldorne 2, 2' umschliesst, so dass zwischen diesen Teilen koaxiale Ringräume 3, 4 gebildet sind. Die Form und Bemessung des Mantels 1 sollen der Form und den Abmessungen des von der im Gehäuse des fertigzustellenden Elementes (in der Zeichnung nicht gezeigt) vorher angeordne ten positiven Elektrode umschlossenen Rau mes entsprechen.
Der Ringraum 3 wird mit vorverdickter Elektrolytlösung und der Ringraum 4 mit dem Werkstoff der negativen Elektrode gefüllt. In dem zentralen Raum 5 wird die Stromab leitung der negativen Elektrode eingesetzt.
Werden die in den Ringräumen 3, 4 befind lichen Stoffe einem Druck ausgesetzt, so fliessen sie gleichzeitig in Form eines Stranges in den Raum der positiven Elektro de ein, wobei das innenleitende Diaphragma und die negative Elektrode gebildet werden. Gleichzeitig wird auch die Stromableitung durch die Oeffnung 5 eingeführt, die hier bei von der negativen Elektrode dicht um geben (bzw. in die negative Elektrode ein- gepresst) wird.
Die in Fig. 2 gezeigte Abwandlung der Dü se ist für die Fälle gedacht, in welchen die negative und die positive Elektrode so wie das ionenleitenda Diaphragma (in der Zeichnung nicht gezeigt) gleichzeitig ein- gepresst und geformt werden sollen. Die Dü se hat hier einen Mantel 1 und drei Hohl dorne 2, 2', 2", die wiederum koaxial zu einander liegen und die Ringräume 3', 4' und 6 bilden. Diese Düsenräume nehmen die vorverdickte Elektrolytlösung, den Werkstoff der positiven und den Werkstoff der negati ven Elektrode auf.
Der Raum 5 dient nach wie vor zur Einbringung der Stromableitung der negativen Elektrode, die gleichzeitig mit dem Einpressen der Stoffe aus den Räumen 3', 4' und 6 in das Gehäuse des galvanischen Elementes eingeschoben wird. Die Gestaltung und die Abmessungen des Mantels 1 sollen der Form und den Abmessungen des Gehäuses des galvanischen Elementes (in der Zeichnung nicht gezeigt) entsprechen.
Die Fertigung von galvanischen Elementen, d.h. die Einbringung und Formung. der Elek troden und des innenleitenden Diaphragmas erfolgen wie vorstehend beschrieben, Fig. 3 zeigt noch eine weitere Ausfüh rungsvariante für die Einrichtung. Die Ein richtung nach Fig. 3 ermöglicht es, den Fertigungsvorgang durch Steuerung der Stoff ströme zu mechanisieren.
Die Einrichtung enthält eine Düse aus dem Mantel 1 und den Hohldornen 2, 2', die die Räume 3, 4, 5 bilden, die Zylinder 7, 8 mit verschiebbaren Kolben 9, 10 und mit Dreh ventilen 11, 12. Die Zylinder mit den Kol ben und Ventilen wirken als diskontinuier lich arbeitende Dosiervorrichtungen für die verdickte Elektrolytlösung und die Elektro- denwerkstoffe.
Der Raum 13 des einen Zylinders 7 ist einerseits mit dem äusseren Ringraum 3 der Düse durch einen Kanal 14 und andererseits mit einer Druckleitung 15 verbunden. In der gleichen Weise ist auch der Raum 16 des anderen Zylinders 8 mit dem inneren Ringraum 4 über einen Kanal 17 und mit ei ner Druckleitung 18 verbunden.
Die Anlage nach Fig. 3 hat folgende Wir kungsweise.
Das Gehäuse eines galvanischen Elementes mit darin eingepresster positiver Elektro de 19 wird durch Vorschieben des Stössels 20 einer geeigneten Schubvorrichtung auf den Düsenkörper aufgeschoben. Der die Düse umgebende Ring 21, der auch zur Vorbeugung von Beschädigungen an der positiven Elektro de 19 dient, wird hierbei entlang dem Dü senmantel 1 verschoben.
Während der Zeit, wo die Räume 13, 16 der Zylinder 7, 8 über Ventile 11, 12 mit entsprechenden Druckleitungen 15, 19 Ver bindung haben, treten die Werkstoffe des innenleitenden Diaphragmas und der negati ven Elektrode in sie ein. Die Kolben 9, 10 werden von den eintretenden Stoffen nach oben gedrückt und geben einen bestimmten Raum frei.
Nachdem die Zylinder 7, 8 gefüllt sind, werden die Ventile 11, 12 gedreht (nach der Zeichnung um 180o), wobei die Zylinderräume 13, 16 über Kanäle 14, 17 mit den entspre chenden Düsenräumen 3, 4 verbunden werden. Nun wird in dem zentralen Düsenraum 5 die Stromableitung 22 eingesetzt und mit dem Stössel 23 an den Boden des Elementes ge drückt. Werden jetzt die Kolben 8, 10 nach unten bewegt, so strömen die Stoffe aus den Zylinderräumen 13, 16 unter der Druckwir kung in die Düsenräume 3,-4 und von hier aus in das Gehäuse des Elementes hinein, in wel chem sich bereits die positive Elektrode 19 befindet. Dabei werden das innenleitende Diaphragma und die negative Elektrode ge formt.
Gleichzeitig mit der Einbringung der Werk stoffe und. dem Einsetzen der Stromablei tung wird der Stössel 20 entsprechend zu rückgezogen..
So wie die eben beschriebene Einrichtung, kann auch die Einrichtung zur gleichzeitigen Einbringung der Stoffe für die positive und die negative Elektrode und für das ionen- leitende Diaphragma aufgebaut sein, nur mit dem Unterschied, dass die Düse hier drei ko axial zueinander liegende Hohldorne besitzt, und die damit gebildeten Düsenräume mit drei Presszylindern verbunden sind.
Die Anwendung der Erfindung vereinfacht die Fertigung der galvanischen Elemente be trächtlich, erhöht die Güte der gefertigten Elemente und verringert die Streuung ihrer Kenndaten. Darüber hinaus wird die Selbst entladung der Elemente während der Aufbe wahrung die bei üblichen Elementen durch Leckströme zustande kommt, vermieden.