DE1277963B - Verschluss fuer eine galvanische Zelle und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #1^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

HOIm

Deutsche Kl.: 21b-10/01

P 12 77 963.4-45 (U 7825)

24. Februar 1961

19. September 1968

Die Erfindung betrifft einen dichten Verschluß für eine galvanische Zelle, z. B. eine Alkali-Mangandioxid-Zink-Primär- oder Sekundärzelle, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Es ist schwierig, insbesondere bei Verwendung eines alkalischen Elektrolyten, lecksichere Zellen herzustellen. Bei alkalischen Elektrolyten neigt dieser dazu, durch die Dichtung der Zelle an ihrer negativen Anschlußseite hindurchzukriechen.

Nach der USA.-Patentschrift 2 457 810 ist bei ZeI-len eine ring- oder U-fönnige Abdichtung aus elastischem Kunststoff mit einer mittleren Durchtrittsöffnung bekannt, in deren Aussparung eine Metallscheibe eingesetzt ist, die mit einem Anschluß versehen ist, der den Kontakt mit der Elektrode bewirkt. Die Dichtung wird hierbei lediglich durch einen Druck in axialer Richtung zusammengehalten und ist bei Verwendung eines alkalischen Elektrolyten nicht leckdicht.

Die USA.-Patentschrift 2 829 186 beschreibt eine ao Dichtung, die aus zwei steifen, mit mittleren Öffnungen versehenen Kunststoffscheiben besteht, zwischen welchen sich ein Metalldeckel befindet, und bei der die mittlere Öffnung durch einen Niet ausgefüllt ist, 4er den Kontakt mit der Elektrode herstellt. Die dort beschriebenen Deckel bestehen nicht aus einem Werkstoff, der gegen kalten Fluß beständig ist; sie werden auch nur durch einen axialen Druck mit dem Behälter zusammengehalten. Auch derartige Zellen sind bei Verwendung eines alkalischen Elektrolyten nicht leckdicht.

Nach der französischen Patentschrift 1 204 748 ist es bekannt, den Behälter von Trockenzellen durch eine einschnürende Matrize durchzuziehen. Hierdurch wird aber die Zelle nicht leckdicht geschlossen, sondern es soll lediglich ein um eine zentrale Kohlenstoffelektrode angeordneter Depolarisator gleichmäßig verdichtet werden.

Das Ziel der Erfindung ist ein Zellverschluß, durch den ein Kriechen von Elektrolyt aus einer alkalischen Zelle heraus verhindert und im wesentlichen auch eine äußere Elektrokapillarwirkung unterbunden wird.

Die Erfindung betrifft einen Verschluß für eine galvanische Zelle mit einem alkalischen Elektrolyten und einem becherförmigen, mit dem einen Pol der Zelle verbundenen Behälter aus Metall, enthaltend eine ringförmige Dichtung aus Kunststoff mit U-förmigem Querschnitt, einen in einer Aussparung der Dichtung angeordneten Metalldeckel und einen mittig durch die Dichtung und den Metalldeckel führenden metallischen Anschluß, der den anderen Pol der Zelle Verschluß für eine galvanische Zelle und
Verfahren zu seiner Herstellung

Anmelder:

Union Carbide Corporation, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

6000 Frankfurt, Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Robert Carmichael, Lakewood, Ohio;

John Leslie Sanderson Daley, Bay Village, Ohio

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 25. Februar 1960 (11100)

bildet. Der Verschluß ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einem dielektrischen Kunststoff ohne kalten Fluß besteht, daß die Dichtung den Metalldeckel, den metallischen Anschluß und den becherförmigen Behälter gegeneinander isoliert und daß der Verschluß durch radialen Druck zusammengehalten wird.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verschlusses. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen metallischen Anschluß mit einem vorzugsweise sich verjüngendem Durchmesser verwendet, der etwas größer ist als der Durchmesser der mittigen öffnung der Dichtung, daß man nach dem Einlegen des Metalldeckels in die Aussparung der Dichtung den Anschluß in die mittige öffnung hineindrückt, dann die Dichtung, den Deckel und den Anschluß in das offene Ende des becherförmigen Behälters einsetzt und schließlich das Ganze unter Zusammendrücken in an sich bekannter Weise durch eine Matrize hindurchzieht.

Vorzugsweise zieht man das Ganze unter einer solchen Kraft durch die Matrize hindurch, daß die Streckgrenze des metallischen Werkstoffes, aus dem

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der becherförmige Behälter besteht, erreicht, aber drücken, und zwar unter einer Radialkraft, die praknicht überschritten wird. tisch gleich, aber nicht größer als die Streckgrenze

Die Verwendung eines nicht polarisierten, d. h. des Metalls ist, aus dem der Behälter besteht, nicht stromführenden Deckels unterbindet Kurz- Ein weiteres Verfahren zur radialen Abdichtung

schlußwege zwischen entgegengesetzt geladenen Tei- 5 am polarisierten Anschluß ist der Darstellung der len der Zelle, die leicht benetzt werden könnten und Zelle gemäß der F i g. 4 zu entnehmen. Bei dieser hierdurch das Auftreten von Elektrokapillarwirkung Ausführungsform wird ein geflanschter Niet 30 mit verursachen. Die positive und die negative Abdich- offener Mündung, der den polarisierten Anschluß tung werden durch die radiale Zusammendrückung bildet, durch die Öffnung 28 in der Abdichtscheibe des Abdichtringes zwischen dem Deckel und dem Be- io 26 mit an Ort und Stelle befindlichem Deckel 20 hinhälter sowie zwischen dem Deckel und dem An- durchgeführt und nachfolgend aufgeweitet, so daß es Schluß mechanisch äußerst dicht gemacht. die Abdichtscheibe 26 zwischen sich und dem Deckel

Die Figuren veranschaulichen beispielsweise einige 20 radial zusammendrückt. Wie oben geschildert, Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt werden die so montierten Zellverschlußteile hierauf

F i g. 1 im Vorderaufriß, teilweise im Schnitt, eine 15 in den becherförmigen Behälter 10 eingesetzt, worauf alkalische Mangandioxid-Zink-Zelle mit einem Zeil- dieser durch eine einschnürende Matrize hindurchgeverschluß nach der Erfindung, zogen wird, um den äußeren Umfang 27 der Ab-

F i g. 2 einen Schnitt der Zellverschlußteile nach dichtscheibe 26 zwischen den Behälter 10 und dem der F i g. 1 vor dem Zusammenbau, Deckel 20 radial zusammenzudrücken.

F i g. 3 die Zellverschlußteile nach der F i g. 2 nach 20 Falls erwünscht, kann bei jeder der in den F i g. 1 dem Zusammenbau und nach radialem Abdichten der und 4 veranschaulichten Ausführungsformen, nachnegativen Anschlußdichtung, dem der Zellbehälter 10 mit dem Zellverschluß nach F i g. 4 einen Vorderaufriß, teilweise im Schnitt, der vorliegenden Erfindung dicht verschlossen woreiner alkalischen Mangandioxid-Zink-Zelle mit einer den ist, eine Isolierscheibe 32 über den Zellverschluß weiteren Ausführungsform des Zellverschlusses nach 25 gesetzt und ein äußerer Metalldeckel 34, in Berühder Erfindung. rung mit dem polarisierten Anschluß 22 oder 30 über Die alkalische Mangandioxid-Zink-Zelle gemäß dem offenen Ende des Zellmantels 11 vorgesehen der F i g. 1 hat einen becherförmigen Behälter 10, werden. In jedem Fall befindet sich der polarisierte der mit einem Isoliermantel 11 versehen ist und eine Anschluß 22 oder 30 mittels eines Leiters 31 in Konnegative Anode 12 sowie eine positive Elektrode 14 30 takt mit der negativen Elektrode 12. enthält, die durch einen Scheider 16 und den Elek- Gemäß den F i g. 1 und 4 wird die Abdichtscheibe trolyt 18 getrennt sind. Die Zelle kann mit dem Zeil- 26 vorzugsweise mit einem ringförmigen, herabhänverschluß nach der Erfindung in unten beschriebener genden Flansch 36 versehen, der jede innere Elektro-Weise dicht verschlossen werden. kapillarwirkung weitestgehend herabsetzt.

F i g. 2 zeigt noch deutlicher den erfindungsgemä- 35 Die Kombination eines herabhängnden Flansches ßen Zellverschluß, der einen nicht polarisierten, me- mit einem unpolarisierten Deckel, der alle Kurztallischen Deckel 20, einen polarisierten, metallischen schlußpfade zwischen entgegengesetzt geladenen Teigeflanschten Anschluß 22 aufweist, der von vorn- len der Zelle unterbindet, die entweder innnen oder herein mit einem abgeschrägten Teil 24 versehen ist, außen benetzt werden können, führt zusammen mit sowie eine ringförmige Abdichtscheibe 26 mit U-för- 40 der äußerst dichten, mechanischen radialen Abdichmigem Querschnitt aus hartem, plastischem Werk- tung der Abdichtscheibe sowohl am positiven als auch stoff, vorzugsweise Nylon. am negativen Anschluß der Zelle zu einer wirklich

F i g. 3 läßt erkennen, daß man zunächst den pola- lecksicheren Zelle.

risierten Anschluß 22 an seinem Ort radial eindich- Die nachstehende Tabelle zeigt die überragenden

tet. Dazu wird der verjüngte, polarisierte Anschluß 45 Ergebnisse, die mit der dicht verschlossenen galvani-22 durch eine Mittelbohrung 28 hindurchgetrieben, sehen Zelle nach der vorliegenden Erfindung erzielt die in der Abdichtscheibe 26 vorgesehen ist, an der werden. Bei diesen Vergleichversuchen wurden die sich bereits der nicht polarisierte Deckel 20 an sei- Eigenschaften von Zellverschlüssen während einer ner Stelle befindet. Der Anschluß 22 hat absichtlich kurzen Zeitspanne durch Lagerung unter Extremeinen etwas größeren Durchmesser als die Bohrung 50 bedingungen bestimmt. Die Zellen wurden 30 Tage 28 in der Abdichtscheibe, so daß, wenn der verjüngte bei 35° C und 90% relativer Feuchtigkeit geprüft. Anschluß 22 durch die Bohrung 28 in der Abdicht- Die Kontrollzellen waren Zellen, die durch radiale scheibe 26 hindurchgetrieben wird, die Scheibe radial Zusammendrückung einer plastischen, nichtleitenzwischen den Deckel 20 und dem Anschluß 22 zu- den Abdichtscheibe zwischen einem positiv polarisammengedrückt wird, wodurch an dieser Stelle eine 55 sierten Behälter und einem unpolarisierten Deckel äußerst dichte mechanische Abdichtung bewirkt wird. dicht verschlossen waren. Der Deckel wurde, nach-Nach dieser Abdichtung kann der verjüngte Teil 24 dem der Verschluß hergestellt war, negativ gepolt, indes Anschlußzapfens 22 außen abgeplattet werden, dem ein Anschlußleiter vom negativ geladenen um ihn sicher an Ort und Stelle zu halten. Mittelanschlußzapfen an einem in den Metalldeckel

Die auf diese Weise dicht verschlossenen Teile des 60 eingeführten Befestigungsorgan angebracht wurde. Zellverschlusses werden dann in den oben offenen Nach einer Lagerung von 30 Tagen unter den anBehälter 10 eingesetzt und eine äußerst dichte me- gegebenen Bedingungen wurden die Zellen untersucht chanische Abdichtung zwischen dem polarisierten Be- und in drei Gruppen eingeteilt, je doch der Krustenhälter 10 und dem nicht polarisierten Deckel 20 da- bildung um den Abdichtteil der Zelle herum. Die durch bewirkt, daß der Behälter 10 durch eine ein- 65 drei Gruppen wurden als »keine«, »weng« und schnürende Matrize hindurchgezogen wird, um den »stark« gekennzeichnet. Zellen mit einer starken äußeren Umfang 27 der Abdichtscheibe 26 zwischen Krustenbildung kommen für die Verwendung nicht in dem Behälter 10 und dem Deckel 20 zusammenzu- Betracht.

Abdichtungsart

Kontrolle

Verjüngter Anschluß
(Fig. 1)

Ausgebauchter Zapfenanschluß (Fig. 4)

Krustenbildung
keine wenig I stark

0
100

27

70

66

30 0 7 ίο

ao

Diese Ergebnisse zeigen, daß, wenn der bevorzugte, verjüngte Anschlußzapfen nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, überhaupt ein Kriechen von Elektrolyt zur Außenseite des Zellbehälters auftritt. Wird der ausgebauchte Nietanschluß verwendet, zeigten 27% der Zellen kein Kriechen, und nur 7% schieden als unbrauchbar aus. Im Gegensatz hierzu ließ die Abdichtung nach dem Stand der Technik bei allen Zellen ein Lecken zu, und in 30 °/o der Fälle war das Kriechen so groß, daß die Zellen für den praktischen Betrieb nicht in Betracht kamen.

Claims (3)

Patentansprüche: as

1. Verschluß für eine galvanische Zelle mit einem alkalischen Elektrolyten und einem becherförmigen, mit dem einen Pol der Zelle verbundenen Behälter aus Metall, enthaltend eine ringförmige Dichtung aus Kunststoff mit U-förmigem Querschnitt, einen in einer Aussparung der Dichtung angeordneten Metalldeckel und einem mittig durch die Dichtung und den Metalldeckel führenden metallischen Anschluß, der den anderen Pol der Zelle bildet, dadurchgekenzeichnet, daß die Dichtung (26) aus einem dielektrischen Kunststoff ohne kalten Fluß besteht, daß die Dichtung den Metalldeckel (20), den metallischen Anschluß (22, 30) und den becherförmigen Behälter (10) gegeneinander isoliert und daß der Verschluß durch radialen Druck zusammengehalten wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines Verschlusses nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen metallischen Anschluß (22) mit einem vorzugsweise sich verjüngenden Durchmesser verwendet, der etwas größer ist als der Durchmesser der mittigen öffnung (28) der Dichtung (26), daß man nach dem Einlegen des Metalldeckels (20) in die Aussparung der Dichtung (26) den Anschluß (22) in die mittige öffnung (28) hineindrückt, dann die Dichtung (26), den Deckel (20) und den Anschluß (22) in das offene Ende des becherförmigen Behälters (10) einsetzt und schließlich das Ganze unter Zusammendrükken in an sich bekannter Weise durch eine Matrize hindurchzieht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ganze unter einer solchen Kraft durch die Matrize hindurchzieht, daß die Streckgrenze des metallischen Werkstoffes, aus dem der becherförmige Behälter (10) besteht, erreicht, aber nicht überschritten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1204748;
britische Patentschrift Nr. 617 756;
USA.-Patentschriften Nr. 2 457 810, 2 829 186.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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