DE1496235C - Becherförmiges Trockenelement, das von einer oben verschlossenen Kunststoff hülle umgeben ist - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein becherförmiges Trockenelement, dessen als Becher ausgebildeter Außenteil am Boden einen Vorsprung aufweist und das von einer oben verschlossenen Kunststoffhiille umgeben; ist, deren unterer Rand zwischen einem Dichtungsring und einer Bodenkappe angeordnet ist.

Ein solches Trockenelement ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1833 650 bekannt. Hierbei ist der Becher des Primärelementes von einem Kunststoffbehälter umgeben, der einen dicken kompliziert gestalteten Boden aufweist und in seinen Abmessungen dem Becher genau angepaßt sein muß. Ein am Becherboden befindlicher Vorsprung durchragt den Boden des Kunststoffbehälters und ist durch Lötung •oder Schweißung mit einer Bodenkappe verbunden, die in eine Ringnut im Boden des Kunststoffbehälters eingreift. Die Herstellung derartiger Trockenelemente erfordert nicht nur kostspielige Werkzeuge und teure Arbeitsgänge, sondern sie gewährleistet auch keine vollständige Dichtheit, weil der Dichtungsring das Spiel zwischen dem Element und dem Behälter aufnehmen muß. Es ist daher durchaus keine sichere Berührung von Element und Behälter gewährleistet. Vor allem aber ist die Bodenkappe auf Biegung beansprucht, da sie nur in ihrer Mitte gehalten ist, wodurch eine Verformung der Bodenkappe außerordentlich erleichtert wird. Schon bei geringem Überdruck im Inneren des Behälters biegen sich daher die Randteile der bloß aufgesetzten Bodenkappe nach unten, so daß der Dichtungsring nicht mehr angepreßt und die Abdichtung effektiv beseitigt ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Dichtungsring sich am Boden des Bechers abstützt, der seinerseits verformbar ist. Auch muß die Verlötung bzw. Verschweißung der Bodenkappe mit dem materialmäßig nicht irgendwie verstärkten Vorsprung erfolgen, der offenbar tiefgezogen und somit verformbar bzw. bruchanfällig ist. Außerdem findet die Lötung bzw. Schweißung in Nachbarschaft des Dichtungsringes statt, so daß dieser bei der Fertigung durch Wärmeeinwirkung beschädigt werden kann.

Es sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden, um das Auslaufen des Elektrolyten aus Trockenelementen zu vermeiden. Verschiedene Mittel sollen eine gute Abdichtung in der Höhe des Bodens des Elements, d. h. also am unteren Ende der Kunststoffkappe, gewährleisten. So gibt die französische Patentschrift 1242 313 und deren zugehöriges Zusatzpatent 82 300 an, den unteren Rand der Kunststoffkappe zackig auszubilden, um ihn ohne Verdickungsbildung auf den Boden des Elementes umzulegen. Die Abdichtung soll dann durch Einklemmen des Kunststoffes entweder zwischen einem Metallring und dem Boden des Elementes oder zwischen einem Mctallring und einer· auf dem Boden des Elementes anliegenden Metallscheibe zustande kommen.

Eine solche Ausführung setzt die Verwendung von genau bemessenen Teilen voraus, was insbesondere für den Becher des Elementes große Schwierigkeiten bereitet. Auch kann man selbst bei einem noch so biegsamen Kunststoff nicht hoffen, durch einfaches Zusammendrücken eine dichte Verbindung zu erhalten, die hohen inneren Drücken widersteht. Schließlich dürfen die unteren Teile der Wände des !.'rimärclumcntus nicht als lösliches Algenmaterial wirken, da an diesen Stellen der Metallring aufliegt, der durch Zusammendrücken des Kunststoffes eine Abdichtung herbeiführen soll. Würde nämlich der untere Wandteil des Elementes an dem mit dem Fließen eines elektrischen Stromes verbundenen Auflösungsprozeß teilnehmen, so könnte die Einklemmung des Kunststoffes nicht aufrechterhalten werden, und die Ausflußgefahr würde sich dementsprechend steigern.

Aus der USA.-Patentschrift 2 346 640 ist ein Verfahren bekannt, die Abdichtung eines Trockenelements dadurch zu erreichen, daß ein thermoplatisches Kunststoffgehäuse um den Becher des Primärelements herum geformt wird. Die Herstellung einer solchen Trockenbatterie ist jedoch mit sehr hohen Kosten verbunden, so daß sich dieses Verfahren in der Praxis nicht durchsetzen konnte.

Auch das in der USA.-Patentschrift 2 427 561 beschriebene Trockenelement ist nicht wirksam gegen das Auslaufen des Elektrolyten. geschützt. Die gegebenenfalls vorgesehende Bodenkappe dient lediglich als elektrischer Anschluß und wird nur durch eine Schulter gehalten, die einem Innendruck nicht standzuhalten vermag. Andererseits ist es zur Herstellung dieser Schulter bzw. eines Bundes erforderlieh, die Kunststoffhülle mit genauen Maßen dem Becher des Primärelements angepaßt zu fertigen. Dies bedeutet erhöhte Kosten, ohne daß eine Dichtheit gewährleistet wäre.

Entsprechendes gilt für ein galvanisches Primärelement nach der deutschen Auslegeschrift 1 061 852 mit einer äußeren Umhüllung aus isolierendem und elektrolytundurchlässigem Material, vorzugsweise Kunststoff. Diese Hülle besteht aus drei Teilen, nämlich einer an einem Bodenansatz festgelegten Hülse, einer oberen Abschlußkappe und einer Axialdichtung oben. Zwischen den Kunststoffteilen sind mindestens zwei zusätzliche Dichtungsstellen vorhanden, an denen eine Materialverbindung in besonderem Arbeitsgang erfolgen muß. Dadurch sind allein in der Hülle bereits wenigstens zwei potentielle Leckstellen gegeben. Außerdem ist der Boden des Elements nur magelhaft abgedichtet, weil entweder keinerlei Sicherung zwischen dem Elektroden-Becherboden und der Hülle vorhanden oder lediglich eine Dichtungsscheibe vorgesehen ist, die vom Außenumfang her durch den Elektrolyten unterlaufen werden kann. An dem nirgends verstärkten Metallbecherboden ist die Abdichtung von dem Zufall abhängig, daß der Boden nicht neben dem die Hülle durchsetzenden Ansatz korrodiert, was sich aber in der Praxis keineswegs verhindern läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Nachteile der bekannten Ausführungen zu vermeiden und mit einfachen, wirtschaftlichen Mitteln eine echte Dichtung auch in Höhe des unteren Teils der Kunststoffhülle herzustellen, wobei diese Dichtung unabhängig von Lager- und Verwendungsbedingungen der Trockenbatterie selbst hohen Innendrücken ohne zeitliche Begrenzung standhält.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Trockenclement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß in einer am Außenumfang des von einer Materialverdickung gebildeten Bodenvorsprungs vorhandenen Vertiefung ein Dichtungsring angeordnet ist und daß zwischen dem Dichtungsring und dem umgebogenen Rand der Bodenkappe das untere Ende der zylindrischen, dünn und schmiegsam ausgebildeten Kunststoffteile festgeklemmt ist.

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Bei dem erfindungsgemäßen Trockenelement wird Batterie in Berührung ist, so kann die Außenwand mit einfachen Mitteln eine hohe Betriebssicherheit des hochgebogenen Randes der Bodenkappe z. B. erzielt. Der Dichtungsring und die Kunststoffhülle durch einen Lack isoliert sein. Eine andere Möglichwerden durch Umbördeln der Bodenkappe gegen die keit besteht darin, daß die Bodenkappe ausgeschnitten nicht verformbare Anlagefläche der Material- 5 und mittels einer Ringscheibe von einem gegen die verdickung geklemmt. Dabei ist nur der billige Ar- Verdickung anliegenden Deckel isoliert ist, der dabei beitsgang einer Kaltverformung durchzuführen. Die den elektrischen Pol darstellt. Ferner kann man vorGefahr einer thermischen Einwirkung auf den Dich- sehen, daß die Bodenkappe weit ausgeschnitten und tungsring ist von vornherein nicht gegeben. Überdies nur mit der Kappe sowie dem Dichtungsring in Beerfordert die Verbiegung des Bördelrandes der io rührung ist, wobei die Verdickung mindestens die Bodenkappe nach außen bekanntlich eine ungleich Ebene des Ausschnittes der Bogenkappe erreicht und größere Kraft als das Herabdrücken des Umfangsteils selbst den elektrischen Abnahmepol bildet, einer nach dem Stand der Technik nur in ihrer Mitte Ausführungsformen der Erfindung werden in der

gehaltenen Scheibe. Undichtheiten wie oben be- nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den schrieben können bei der erfindungsgemäßen An- 15 Zeichnungen erläutert. Darin zeigt Ordnung nicht auftreten. Hier weist der Metallbecher- F i g. 1 eine Schnittansicht eines becherförmigen

boden am Außenumfang eine massive Verstärkung Trockenelementes nach der Erfindung in einer ersten in Form eines Vorsprungs mit einer Nut auf, in wel- Herstellungsphase,

eher ein Dichtungsring sitzt; zwischen letzterem und Fig. 2 eine Schnittansicht entsprechend Fig. 1 in

dem umgebogenen Rand der Bodenkappe ist das 20 einer zweiten Herstellungsphase, untere Ende der Kunststoffhülle festgeklemmt. Diese F i g. 3 eine auseinandergezogene Schnittansicht

besteht vorzugsweise nur aus einem einzigen Stück, der Bauteile eines erfindungsgemäßen Trockenwobei das Oberteil eine dichtende Abschlußkappe für elementes,

die Stiftelektrode bildet. Innerhalb der Kunststoff- F i g. 4 eine Schnittansicht des zusammengebauten

hülle sind also keinerlei stoffschlüssige Verbindungen 25 Elementes nach F i g. 3,

vorzunehmen, die potentielle Leckstellen darstellen F i g. 5 und 6 je eine vergrößerte Schnittansicht

könnten und in der Herstellung einen besonderen des Unterteils verschiedner Ausführungsformen eines Arbeitsgang erfordern. Die Dichtungsstelle ist vom Elementes gemäß der Erfindung, Zentrum des Bodens an den Außenumfang verlegt F i g. 7 eine Schnittansicht einer weiteren Aus-

und wird unter Zwischenlage des Dichtungsringes 30 führungsform eines erfindungsgemäßen Trockenradial umpreßt. Das untere Ende der aus dünnem, elementes und

schmiegsamem Werkstoff besthenden Hülle ist also F i g. 8 eine Schnittansicht des Unterteils noch

an einer Stelle des Metallbecherbodens festgelegt, einer anderen Ausführungsform eines Elementes gewelche dank ihrer Verdickung nicht nur großen Ab- maß der Erfindung.

stand vom Elektrolyten hat, sondern auch selbst dann 35 In F i g. 1 ist ein Metallbecher 1, vorzugsweise aus praktisch keiner Korrosion bzw. Zersetzung unter- Zink, dargestellt. Gemäß der Erfindung ist am Boden worfen ist, wenn die Becherwand bereits durch- dieses Bechers 1 eine Umfangsverdickung 2 vorgefressen sein sollte. Zwischen dem Bodenvorsprung gesehen. Um das Extrudieren des Bechers zu er- bzw. dem darin gelagerten Dichtungsring und dem leichtern, ist der Außendurchmesser der Verumbördelten Rand der Bodenkappe kann daher keine 40 dickung 2 gleich dem des Bechers 1. Im Bedarfsfalle Verminderung der Haltekräfte und damit der kann auch ein kleinerer Durchmesser als der des Dichtungswirkung eintreten. Überdies stellt der ein- Bechers vorgesehen werden. Ausgehend von einem fache Aufbau aus wenigen Teilen eine billige und Zinkplättchen ist es beim Extrudieren sehr einfach, zuverlässige Fertigung sicher. eine Verdickung 2 zu erzielen. Die Erfahrung hat so-

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der 45 gar gezeigt, daß dadurch ein geringerer Verschleiß Dichtungsring in einer im Querschnitt beispielsweise des Werkzeuges entsteht als bei der Herstellung von trapezförmigen Umfangsnut der Verdickung des normalen Bechern.

Bodenvorsprunges angeordnet. Infolgedessen wird Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ist in die Verdickung 2

der am Außenumfang eines bis in Becherwand- eine trapezförmige Ringnut 3 von einigen MiIIinähe reichenden Bodenvorsprungs festgelegte Dich- 50 meiern Tiefe eingearbeitet. In F i g. 3 ist dargestellt, tungsring durch starke Radialkräfte belastet, was daß der Becher 1, der der Batterie als lösliches neentscheidend zur Dichtheit des Elementes bei- gatives Material dient, an seinem Boden eine Isolierträgt, schicht 4, einen Elektrolyten sowie gegebenenfalls

Es ist vorteilhaft, wenn der Becher und die Ver- dessen Halterung 5 und ferner die entpolarisierende dickung in einem Stück durch Fließpressen her- 55 Mischung 6 aufweist, die um eine zentrale Elektrode 7 gestellt werden und die Nut anschlagend an der Ver- angesammelt ist. Die Elektrode 7 kann z. B. aus einem dickung eingearbeitet wird. Letztere kann an einem Kohlestab gebildet sein.

unabhängigen Metallteil angeordnet sein, der mit dem Über den Becher 1 mit den darin befindlichen Bau-

Boden des Bechers punktweise verschweißt ist. Zur teilen bzw. Stoffen wird eine allgemein zylindrische Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen 60 Kappe 3 aus biegsamem Kunststoff gestülpt, z. B. aus der Bodenkappe und dem Becher oder eines elek- Polyäthylen, Polypropylen oder Polyvinylchlorid, trischen Abnahmepols kann die Bodenkappe an der Diese Kappe 8 bedeckt einerseits die obere öffnung Verdickung anliegend eine Wölbung nach innen auf- des Elementes und andererseits die Seitenwände weisen, die am Boden des Bechers anliegt. des Zinkbechers 1. Die Kappe 8 weist eine öffnung 9

Soll für gewisse Verwendungsarten keine elek- 65 auf, die einen etwas kleineren Durchmesser hat als irische Verbindung zwischen dem negativen Pol und die zentrale Elektrode 7 und von letzterer durchsetzt einem anderen metallischen Teil eines Gebrauchs- ist. Die Öffnung 9 weist einen Hals 10 auf, der die gegenstandes bestehen, der mit den Seitenwänden der Durchtrittsöffnung verlängert. Nach Aufsetzen der

Kappe 8 wird am freien Ende der Elektrode 7 eine Metallkappe 11 ζ. Β. aus Messing angeordnet.

Die genannten Teile des erfindungsgemäßen Trockenelementes werden gemäß der Erfindung durch einen Dichtungsring 12 aus Gummi oder jedem anderen chemisch beständigen biegsamen Stoff vervollständigt. Dieser vorzugsweise torusförmige Dichtungsring 12 ist so bemessen, daß er mit geringem Kraftaufwand in die Ringnut 3 eingelegt werden kann.

Unterhalb des Dichtungsringes 12 befindet sich ferner eine gepreßte Bodenkappe 13 (F i g. 3 und 4) aus dünnem Metall, z. B. aus verzinntem Eisen. Ihr Durchmesser ist wenig größer als derjenige der Kunststoffkappe 8.

Die F i g. 4 und 5 zeigen, wie nach dem Zusammenbau der Teile 1 bis 13 die Bodenkappe 13 auf das untere Ende der Kappe 8 aufgesetzt wird. Dabei ragt die Kappe 8 etwas über den Dichtungsring 12 hin-

mittels einer Isolier-Ringscheibe 18 zu isolieren. In diesem Fall dient der Metalldeckel 19 als negativer Pol. Der Bodenring 17 hingegen steht mit dem Becher 1 oder mit der Verdickung 2 nicht in elektrisch leitender Verbindung, da er durch die Kappe 8, nicht die Ringscheibe 18_S vollkommen davon getrennt ist. Eine eventuelle elektrische Verbindung des Elementes mit einem sich in der Nähe befindenden metallischen Gegenstand eines Gebrauchsgegenstandes ist also gefahrlos.

Gemäß einer weiteren in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform verwendet man einen weit ausgeschnittenen Bodenring 20. Die Verdickung 21 und der Boden des Metallbechers 22 sind dann so ausgebildet, daß beim Bördeln der Bodenring 20 nur an einem Teil der Dichtung 23 zur Anlage kommt, ohne mit dem unteren Teil des Elementbodens oder mit dem gegen dieses angedrückten Teil in Berührung zu kommen. Der Zwischenraum zwischen dem Rand

aus, wenn sie auf dem Rand des Zinkbechers 1 auf- 20 des Bodenringes 20 und dem vorspringenden Teil des liegt. Dann wird der Rand der auf die Verdickung 2 Bodens wird von einem Teil des Dichtungsringes 23 drückenden Bodenkappe 13 durch Bördeln oder eine ausgefüllt, der unter dem Bördeldruck des Bodenähnliche Maßnahme festgepreßt. Dadurch wird der ringes 20 eingedrückt wird.

Dichtungsring 12 fest zwischen dem Boden der Ring- Durch die Kombination der im Boden des

nut 3 und der Kappe 8 eingedrückt, so daß es nun- 25 Elementes angeordneten Nut 27, des darin gelagerten mehr unmöglich ist, die Bodenkappe 13 abzureißen, Dichtungsringes 23 und des Bodenringes 20 werden weil sie von dem gegen die Außenwand der Ringnut 3
anliegenden Dichtungsring 12 gehalten wird.

Wenn das Element unter nicht normalen Bedingungen verwendet wird und Elektrolyt aus dem Becher 1 entweichen will, kann dieser Elektrolyt den oberhalb der positiven Elektrode liegenden Raum ausfüllen, ja sogar zwischen den Becher 1 und die Kappe 8 fließen. Am unteren Ende der Kappe 8 stößt er aber auf den Dichtungsring 12, der einem Durchfließen entgegenwirkt und eine vollkommene Abdichtung gewährleistet. Es kann also in keinem Fall Flüssigkeit nach außen dringen; schlimmstenfalls ist eine geringfügige Verformung der Kappe 8 festzustellen. Am oberen Teil des Elementes wird die Dichtung durch den Hals 10 gewährleistet, der sich stramm um die Elektrode 7 schließt.

Schließlich ist zu bemerken, daß der Zinkbecher 1
auf seiner ganzen Höhe als Primärelement benutzt
werden kann, ohne daß die Wirksamkeit des 45 dieren hergestellt werden kann. Unter diesem Becher Dichtungsringes 12 beeinträchtigt würde. Dieser 24 ist jedoch gemäß der Erfindung ein weiteres Dichtungsring 12 liegt nämlich auf der Verdickung 2 Metallteil 25 vorgesehen, das an seinem Umfang eine auf, die vor den elektrochemischen Reaktionen ge- Verdickung 26 aufweist. In diese Verdickung 26 ist schützt ist. . wiederum eine trapezförmige Ringnut 27 von einigen

Wie in F i g. 4 und 5 dargestellt, ist die Boden- 50 Millimetern Tiefe eingearbeitet, in die der Dichtungskappe 13 mit einer zentralen Wölbung 14 aus- ring 28 eingelegt wird.

gestattet, die mit dem Boden des Bechers 1 in Be- Vorzugsweise ist das Metallteil 25 aus demselben

rührung steht. Diese Berührung ermöglicht es neben Werkstoff gefertigt wie der Becher 24. Es kann also der Berührung in 15 mit der Verdickung 2, die vorteilhaft sein, das Teil 25 mit dem Becher 24 elek-Bodenkappe 13 als negativen Pol des Elementes zu 55 trisch, z. B. in einigen Punkten 29, zu verschweißen, verwenden. um eine vollkommene elektrische Verbindung zu er-

Es kann aber bei gewissen Verwendungsarten not- halten.

wendig sein, daß keine elektrische Verbindung zwi- Der Aufbau des Elementes nach F i g. 8 ist im

sehen dem negativen Pol und einem anderen metalli- übrigen gleichwertig dem des in F i g. 1 bis 5 darschen Teil eines Gebrauchsgegenstandes besteht, der 60 gestellten Elementes.

mit den Seitenwänden des Elementes in Berührung Elemente gemäß der vorstehenden Beschreibung

ist. Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung der umfassen allgemein eine Anordnung mit mindestens hochgezogene Rand der Metallbodenkappe 13 bei- einem primären, elektrochemischen Element, doch spielsweise durch einen Emaillelack isoliert. können auch zwei oder mehr Elemente im Inneren

Eine weitere Lösung besteht darin, wie in F i g. 6 65 einer Kappe aus Kunststoff in Reihe geschaltet sein, dargestellt, einen Bodenring 17 zu verwenden und wobei die Abdichtung des unteren Endes der Kappe diesen von einem Metalldeckel 19, der auf dem durch Einklemmen zwischen dem umgebogenen Boden des Bechers 1 oder der Verdickung 2 anliegt, Rand einer Bodenkappe und einem von dem Becher

gleichzeitig die notwendige Abdichtung und die elektrische Isolierung des Bodenringes 20 gewährleistet.

Die in Verbindung mit F i g. 1 bis 7 beschriebenen Elemente weisen alle einen Becher 1 auf, der einstückig mit der Verdickung 2 bzw. 21 ausgebildet ist, in der dann die Ringnut 3 bzw. 27 eingearbeitet ist.

Mit einem Metall wie z. B. Zink im gewählten Fall ist es wohl möglich, Verdickungen bei der Extrusion auszubilden, nicht aber mit anderen Metallen wie z. B. Magnesium oder Eisen. In diesem Fall ist es nötig, andere Ausführungsformen vorzusehen.

Die in F i g. 8 dargestellte Batterie unterscheidet sich von den oben beschriebenen Batterien dadurch, daß der als negative Elektrode dienende Metallbecher 24 einen flachen Boden aufweist, der leicht durch Tiefziehen oder Strangpressen bzw. Extru-

des untersten Elementes getragenen Dichtungsring gewährleistet wird.

Ferner beziehen sich die in Fig. 1 bis 8 beschriebenen Beispiele alle auf Trockenelemente, die einen als negative Elektrode dienenden Metallbecher aufweisen. Der Metallbecher könnte aber auch einfach einen Strom-Kollektor darstellen und nicht eine lösliche Elektrode. Dies wäre insbesondere bei gewissen alkalischen Elementen der Fall, bei denen die negative Elektrode aus einem Zinkpuder-Agglomerat besteht, das auf einem Metallkollektor aufgetragen ist oder bei denen die entpolarisierende Mischung am Umfang des Elementes auf einem Metallkollektor aufgetragen ist und die zentrale Elektrode den negativen

Pol bildet. «♦♦·■!,

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Becherförmiges Trockenelement, dessen als Becher ausgebildeter Außenteil am Boden einen

Vorsprung aufweist und das von einer oben verschlossenen Kunststoffhülle umgeben ist, deren unterer Rand zwischen einem Dichtungsring und einer Bodenkappe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer am Außenumfang des von einer Materialverdickung (2, 21, 25) gebildeten Bodenvorsprungs vorhandenen Vertiefung ein Dichtungsring (12, 23, 28) angeordnet ist und daß zwischen dem Dichtungsring und dem umgebogenen Rand der Bodenkappe (13, 17, 20, 26) das untere Ende der zylindrischen, dünn und schmiegsam ausgebildeten Kunststoffhülle (8) festgeklmmt ist.

2. Trockenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (12, 23, 28) in einer im Querschnitt beispielweise trapezförmigen Umf angsnut (3, 27) der Verdickung (2, 21,25) des Bodenvorsprungs angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 520/135