DE1115320B - Akkumulatorenbehaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen metallischen Behälter mit einem ganz oder teilweise aus keramischem Material und bzw. oder Glas bestehenden Deckel für Akkumulatoren.

Es ist das Kennzeichen der Erfindung, daß ein oder mehrere metallische Polbolzen und bzw. oder andere metallische Armaturen oder deren Teile, beispielsweise ein Ventil, mit dem keramischen Deckel oder mit einem Einsatzteil aus keramischem Material oder Glas unmittelbar oder mittelbar zusammengeschmolzen sind, wobei bei Verwendung eines keramischen Deckels dieser am Behälterrand angeschmolzen ist bzw. bei Verwendung eines Einsatzteiles letzteres unmittelbar oder mittelbar am Innenrand eines den Deckel bildenden Metallrahmens angeschmolzen und dieser mit dem Behälterrand verschweißt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Deckel nur teilweise aus keramischem Material oder Glas besteht, sind das Armaturenteil oder die Armaturenteile, beispielsweise ein Polbolzen, in einem als konzentrische Perle mit zylindrischer Bohrung, Büchse od. dgl. geformten Einsatz aus keramischem Material oder Glas eingeschmolzen, welcher mit dem metallischen Deckelteil des Behälters zusammengeschmolzen ist.

Bei derartigen Akkumulatorenbehältern dient der metallische Behälter vielfach als der eine Pol des galvanischen Elements, während der andere Pol gegen den Behälter isoliert im Deckel angeordnet ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Akkumulatorenbehälter zu schaffen, bei dem der im Deckelteil des Behälters befindliche Polbolzen gasdicht mit dem Deckelteil verbunden und gegen den Behälter isoliert ist.

Bisher war es schwierig, eine Dichtung um die Polbolzen und andere Armaturenteile, die durch die Begrenzungsflächen des Behälters, gewöhnlich durch den Deckel, geführt sind, herzustellen. Dies gilt besonders für alkalische Akkumulatoren, deren Elektrolyt eine verhältnismäßig niedrige Oberflächenspannung hat. In vielen Fällen besteht der Behälter für alkalische Akkumulatoren aus Metall, z. B. aus Eisenblech. Dabei müssen die Durchführungen für die Polbolzen aus einem Isoliermaterial bestehen, wodurch das Abdichtungsproblem sich weiter kompliziert. Es ist nämlich in der Regel schwierig, Verbindungen zwischen einem Metall und einem nicht metallischen Stoff herzustellen, die auf die Dauer gasdicht bleiben.

Besonders bei alkalischen Akkumulatoren ist es wichtig, daß die Polbolzendurchführungen dicht sind.

Anmelder:

Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner, Stockholm

Vertreter: Dr.-Ing. E. Hoffmann, Patentanwalt,
München 22, Widenmayerstr. 34

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 8. März 1958

Erik Jönsson, Oskarshamn (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

Bei Akkumulatoren entsteht durch Karbonisierung

a₅ des alkalischen Elektrolyten eine kapillaraktive Schicht aus Karbonatkristallen, über welche der Elektrolyt über die Wände des Behälters hinauf und durch feine Risse und Undichtheiten kriechen kann. Dadurch kann schließlich der ganze Elektrolytinhalt verlorengehen.

Durch die Entwicklung des hermetisch geschlossenen Akkumulators ist es besonders notwendig geworden, eine auf die Dauer wirklich dichte Durchführung für die elektrischen Anschlüsse, d. h. Polbolzen od. dgl., zu schaffen. In derartigen Zellen werden die bei der Ladung und Entladung entwickelten Gase von dem aktiven Material der Elektroden oder mittels einer geeigneten Katalysatoranordnung absorbiert. Aus mehreren Gründen dürfen aber die entwickelten Gase nicht aus dem Behälter entweichen. Unter anderem würde dadurch eine Änderung der gegenseitigen Ladungsverhältnisse der Elektroden entstehen. Außerdem würden solche Zellen im Lauf der Zeit durch Austrocknen vollkommen unbrauchbar werden, da Wasser und Elektrolyt bei den meisten Zellen nicht nachgefüllt werden können.

Bisher durchgeführte Versuche, mit Hilfe von verschiedenen Mitteln und Anordnungen mehr oder weniger komplizierter Art ausreichend gute Dichtungen zu schaffen, haben keine befriedigenden Resultate ergeben. Nach einiger Zeit bilden sich

109 709/88

3 ' . 4

weiße Kristalle aus Alkalicarbonat an den Ab- Vermittlung eines glasierten keramischen Körpers ge-

dichtungsfugen. Daraus muß man folgern, daß die schehen, der einen Mindestabstand zwischen den

Dichtung trotz aller getroffenen Maßnahmen nicht Metalloberflächen festlegt,

zuverlässig ist. ..--.. In gewissen Fällen, besonders wenn der Isolier-

Durch den Gegenstand der Erfindung konnte das S körper als Perle, Torus od. dgl. von nennenswerter

Dichtungsproblem bei Anwendung von Behältern aus' Größe gestaltet ist, ist es vorteilhaft, den Glaskörper

metallischem Material, die mit Deckeln versehen aus Pulver formzupressen und vorzusintern, bevor

sind, die ganz, oder teilweise aus keramischem Ma- er mit den Metalloberflächen zusammengeschmolzen

terial oder Glas bestehen, vollkommen gelöst werden. wird. Infolge ungenügender Genauigkeit bei der Her-

Es ist das Kennzeichen der Erfindung, daß ein io stellung kommt es zuweilen vor, daß beträchtliche oder mehrere metallische Polbolzen und bzw. oder Schubspannungen in den Polbolzen beim Einsetzen andere metallische Armaturen oder deren Teile, des Elektrodenkomplexes in den Behälter entstehen, beispielsweise ein Ventil, mit dem keramischen Dies kann die Festigkeit und Dichtung der Glasfuge Deckel oder mit einem Einsatzteil aus keramischem gefährden. Es ist daher vorteilhaft, ein federndes Material oder Glas unmittelbar oder mittelbar 15 Übergangsstück entweder zwischen Polbolzen und zusammengeschmolzen sind, wobei bei Verwendung Isolierkörper oder zwischen Isolierkörper und eines keramischen Deckels dieser am Behälterrand Deckelteil des Behälters oder an beiden Stellen angeschmolzen ist bzw. bei Verwendung eines anzubringen. Die federnden Übergangsstücke be-Einsatzteiles letzteres unmittelbar oder mittelbar am stehen aus Metall und können z.B. die Form von Innenrand eines den Deckel bildenden MetaUrahmens 20 Ringscheiben, konischen Hülsen od. dgl. haben. Sie angeschmolzen und dieser mit dem Behälterrand sind teils mit dem Isolierkörper zusammenverschweißt ist. geschmolzen und teils mit den angrenzenden Metall-

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er- teilen zusammengeschweißt.

findung, bei welcher der Deckel nur teilweise aus Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in

keramischem Material oder Glas besteht, sind das 25 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele

Armaturenteil oder die Armaturenteile, beispielsweise ■ näher erläutert.

ein Polbolzen, in einem als konzentrische Perle mit Fig. 1 bis 10 stellen senkrechte Querschnitte von

zylindrischer Bohrung, Büchse od. dgl. geformten Deckeln bzw. Teilen von Deckeln dar, die an einen

Einsatz aus keramischem Material oder Glas einge- durchgehenden Polbolzen anstoßen,

schmolzen, welcher mit dem metallischen Deckelteil 30 Mit 2 ist ein Polbolzen bezeichnet, der durch den

des Behälters zusammengeschmolzen ist. Deckel 1 eines Akkumulatorenbehälters geht. In

Man verwendet also Glas oder keramisches Ma- Fig. 1 besteht der Deckel ganz aus Glas, und der terial als abdichtendes und isolierendes Material, und Polbolzen ist damit an der Durchführungsstelle dieses ergibt in an sich bekannter Weise durch zusammengeschmolzen. Die Wand 10 des Akku-Zusammenschmelzen mit angrenzenden Metallober- 35 mulatorenbehälters ist aus Eisen und wirkt als der flächen vollkommen dichte Fugen. Bei Fugen dieser - andere Pol. Der Deckel ist außer mit dem Polbolzen Art ist es wichtig, daß die Ausdehnungskoeffizienten mit der Wand des Behälters zusammengeschmolzen, des Glases bzw. des keramischen Materials und der Auf diese Weise wird ein vollkommen und dauerhaft angrenzenden Metalle ziemlich gut übereinstimmen, dichter Akkumulatorenbehälter erhalten,
damit bei Temperaturschwankungen keine Span- 40 In den Ausführungsbeispielen, die in den übrigen nungsrisse entstehen. Diese Übereinstimmung kann Figuren dargestellt sind, besteht der Deckel nur teilin verschiedener Weise erreicht werden. Es gibt weise aus keramischem Material oder aus Glas, beispielsweise ein Spezialglas, dessen Ausdehnungs- während der Rest desselben aus demselben Material koeffizient sehr gut mit dem des Eisens überein- wie der übrige Akkumulatorenbehälter besteht. In stimmt. Diese Kombination kann mit dem besonderen 45 Fig. 2 ist das einfachste von diesen Ausführungs-Vorteil angewendet werden, daß dieses Glas ver- beispielen dargestellt, bei dem der Polbolzen in einer hältnismäßig leichtflüssig ist. Man kann aber auch Glasperle 3 eingeschmolzen ist, die ihrerseits mit ein gewöhnliches Soda- oder Bleiglas wählen, das dem übrigen Teil des Deckels zusammengeschmolmit einer geeigneten Metallegierung, normalerweise zen ist.

Nickeleisen, kombiniert wird, welches denselben 50 Fig. 3 stellt ein geändertes Ausführungsbeispiel

thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie dar, bei dem die Glasperle 3 von einem Stutzen 4

Glas. umfaßt ist, der aus dem nichtkeramischen Teil 1 des

Es ist ferner möglich, Metallteile aus gewöhn- Deckels geformt ist. Ein ähnliches Ausführungslichem Eisen und ein Isolierstück aus formgepreßtem beispiel, das aber den Vorteil hat, besonders widerGlas oder keramischem Material zu verwenden und 55 standsfähig gegen mechanische Beanspruchungen zu dieses an die Metalloberfläche mit Hilfe eines leicht- sein, ist in Fig. 9 gezeigt. Dort besteht das Glasteil flüssigen sogenannten Lötglases anzulöten. Das Lot- aus einer zylindrischen Büchse 3, die von einem glas kann dabei auf den zu verschmelzenden Fusions- ebenfalls zylindrischen Stutzen 4 umfaßt ist.
flächen als Glasur oder Emailüberzug angebracht Fig. 4 zeigt eine Ausführung, bei der die Glas- und später beim Zusammenlöten geschmolzen wer- 60 perle 3 wie in den oben beschriebenen Ausführungsden. Als Beispiel für derartige Glassorten werden beispielen unmittelbar mit dem Polbolzen 2 zusam-Borat-, Borosilikat-, Alumoborat- und Alumoboro- mengeschmolzen ist. Sie ist aber nicht unmittelbar phosphatglas genannt. mit dem Metallteil 1 des Deckels zusammen-

Man kann aber auch die Oberflächen der zu ver- geschmolzen, sondern mit einem koaxial angeord-

schmelzenden Metallteile, und zwar eine oder beide, 65 neten kreisförmigen Teil 5 aus Metall, das seinerseits

mit Glasur oder Email überziehen und dann diese mit dem Metallteil des Deckels bei 6 zusammen-

durch Zusammenschmelzen der Glasur- oder Email- geschweißt ist. Dieses kreisförmige Teil 5 ist aus

belegungen zusammenfügen. Dies kann auch durch einem federnden Material hergestellt, so daß die

Glasperle oder Büchse 3 in gewissem Maße entlastet ist, wenn der Polbolzen angestoßen wird.

In Fig. 5 und 6 werden Ausführungsbeispiele gezeigt, bei denen der Polbolzen nicht mehr einer Büchse aus Glas unmittelbar zusammengeschmolzen ist, sondern mittels einer an demselben bei 9 geschweißten koaxialen Hülse oder eines Kragens 8 aus federndem metallischem Material. Dieser ist dazu bestimmt, die Befestigung des Polbolzens noch mehr federnd zu machen. In Fig. 5 ist der Kragen zu diesem Zweck gefaltet, ebenso das kreisförmige Teil 5 in Fig. 6. Dieses ist außerdem mit einer konzentrischen Spur 7 versehen, in welcher die Büchse aus Glas 3 aufgenommen ist.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Kragen 8 wie ein ebener Flansch ausgebildet ist, der mit einer zylindrischen Büchse 3 aus Glas zusammengeschmolzen ist. Diese ist zwischen dem Kragen und dem Metallteil des Deckels, der davon überlappt ist, angebracht und unmittelbar mit demselben zusammengeschmolzen. Die Büchse hat ungefähr den gleichen Außendurchmesser wie der Kragen und ist in der Weise hergestellt, daß der Kragen und das Metallteil des Deckels mit angeschmolzenen Schichten einer Glasur versehen sind, welche zusammengeschmolzen werden.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist dem nach Fig. 7 ähnlich. Jedoch besteht hier die Büchse aus keramischem Material, das glasiert ist. Sie ist mit dem Kragen 8 und dem Metallteil 1 des Deckels zusammengeschmolzen. Die Dicke des keramischen Kerns der Büchse bestimmt in dieser Weise den Abstand zwischen dem Kragen und dem Metallteil des Deckels.

Fig. 10 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel, bei dem die Teile aus keramischem Material oder Glas sowohl gegen direkte Beeinflussung als auch gegen solche Beanspruchungen geschützt werden sollen, die durch Schläge oder Stöße von der Seite gegen die Polbolzen entstehen können. Der Deckel ist hier mit Kunststoff Übergossen. Die Wände des Behälters und auch der Deckel, der in diesem Fall hauptsächlich aus Blech besteht, sind aufgebogen und bilden über den Deckel aufragende Kanten 11, die zusammengeschweißt sind. Der in dieser Weise gebildete Raum auf der Oberseite des Deckels ist danach mit einem gießbaren Kunststoff 12 gefüllt worden. Dadurch wird der Polbolzen 2 gut abgesteift. Der Glasteil 3 wird dabei in hohem Grad von mechanischen Beanspruchungen entlastet und auch gegen direkte Beeinflussung geschützt.

Bei gewissen Metallkombinationen ist es vorteilhaft, Unterschiede der Wärmeausdehnungseigenschaften der verschiedenen Materialien in der Weise auszugleichen, daß die Metallteile mit einer Schicht eines weiteren Metalls versehen sind, das einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat als Metallteile an den Stellen, an denen sie mit Teilen aus keramischem Material oder Glas zusammengeschmolzen sind. Eine derartige Schicht kann z. B. aus Nickel bestehen.

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Metallischer Behälter mit einem ganz oder teilweise aus keramischem Material und bzw. oder Glas bestehenden Deckel für Akkumula-

65 toren, insbesondere alkalische. Akkumulatoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere metallische Polbolzen (2) und bzw. oder andere metallische Armaturen oder deren Teile, beispielsweise ein Ventil, mit dem keramischen: Deckel oder mit einem Einsatzteil (3) aus keramischem Material oder Glas unmittelbar oder mittelbar zusammengeschmolzen sind, wobei bei Verwendung eines keramischen Deckels dieser am Behälterrand angeschmolzen ist bzw. bei Verwendung eines Einsatzteiles (3) letzteres unmittelbar oder mittelbar am Innenrand eines den Deckel bildenden Metallrahmens angeschmolzen und dieser mit dem Behälterrand verschweißt ist.

2. Akkumulatorenbehälter mit einem teilweise aus keramischem Material oder Glas bestehenden Deckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzteil (3) zur Aufnahme des metallischen Polbolzens (2) als konzentrische Perle mit zylindrischer Bohrung, Büchse od. dgl. geformt ist (vgl. Fig. 2, 3, 4 und 9).

3. Akkumulatorenbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Deckelrahmen an seinem Innenrand als Stutzen (4) ausgebildet oder mit einem Stutzen od. dgl. aus Metall von zylindrischer oder anderer geeigneter Form zur Aufnahme des Einsatzteiles (3) versehen ist (vgl. Fig. 3 und 9).

4. Akkumulatorenbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzteil (3) mit einem äußeren konzentrischen, federnden metallischen Kreisring (5) zusammengeschmolzen ist, der seinerseits mit dem metallischen Deckelteil des Behälters zusammengeschweißt ist (vgl. Fig. 4).

5. Akkumulatorenbehälter nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Polbolzen (2) in eine zylindrische Manschette mit einer glockenförmigen Aufweitung bzw. einem Kragen (8) aus federndem Metall eingeschweißt ist, deren freier Rand mit dem aufgeweiteten, als Torus ausgebildeten Einsatzteil (3) zusammengeschmolzen ist, welches seinerseits über eine an- bzw. eingeschmolzene metallische federnde Kreisringscheibe (5) mit dem metallischen Deckelrahmen verschweißt ist (vgl. Fig. 5 und 6).

6. Akkumulatorenbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Manschette (8) als ebene Metallscheibe mit konzentrischem Loch für den eingeschweißten Polbolzen (2) ausgebildet ist und daß zwischen die Metallscheibe und den kreisförmigen Innenrand des metallischen Deckelrahmens ein als Ringscheibe gestaltetes Einsatzteil (3) aus keramischem Material oder Glas eingeschmolzen ist (vgl. Fig. 7 und 8).

7. Akkumulatorenbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrand des Deckelrahmens einen kleineren Durchmesser als die den Polbolzen (2) tragende Metallscheibe und daß das Einsatzteil (3) eine Bohrung aufweist, deren Durchmesser gleich oder größer als der Polbolzendurchmesser ist (vgl. Fig. 7 und 8).

8. Akkumulatorenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel und bzw. oder das Einsatzteil (3) aus keramischem Material und bzw. oder die Metall-

teile, mit denen sie zusammengeschmolzen sind, an den Fusionsstellen mit einer Glasurschicht versehen sind.

9. Akkumulatorenbehälter naGh einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Armaturenteile, mit welchen der Deckel bzw. das Einsatzteil (3) aus keramischem Material oder Glas zusammengeschmolzen sind, mit einer Schicht, aus einem anderen Metall an den Fusionsstellen versehen sind, dessen Wärme-

ausdehnungskoeffizient zwischen denen der beiden verbundenen Materialien liegt.

10. Akkumulatorenbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel ganz oder teilweise mit einer gegossenen Kunststoffschicht (12) mit guten Isolationseigenschaften überzogen ist (vgl. Fig. 10).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Vinal: Storage Batteries, 1924, S. 51 und 386.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 709/88 10.61