DE1496244A1 - Stossfester Akkumulator - Google Patents

Description

8 München 2, Rotental 7. 2. Aufg. (Kustermann-Paisage)

SOGIETE DES AGCUMULATEUES ...

(Neue) Unterlagen:
Stoßfester Akkumulator

Die Erfindung betrifft einen stoßfesten Akkumulator aus Wickelelektroden, die einen aus gesintertem Material bestehenden Träger haben und unter Zwischenlage eines Scheiders zu einem Wickel gerollt und unter Zwischenlage von den Wickel an beiden Enden abdeckenden Isolierscheiben in ein becherförmiges zylindrisches Metallgehäuse eingesetzt sind, mit dem vorzugsweise die negative Elektrode über mindestens eine, beispielsweise am Becherboden verlötete Anschlußlasche verbunden ist, während vorzugsweise die positive Elektrode über mindestens eine durch Löten befestigte Anschlußlasche mit einem am den G-ehäusebecher verschließenden Deckel vorgesehenen mittigen metallischen Kontakt verbunden ist, der die positive Anschlußklemme ist.
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Bei bekannten Akkumulatoren bzw. Akkumulatorenelementen dieser Bauart ist der Elektrodenwickel im Gehäusebecher nicht sicher gehaltert. So liegt beispielsweise der Elektrodenwickel an seinem Umfang nicht durchwegs am Gehäusebecher an. Es sind damit seitliche Versetzungen möglich. Zwischen dem oberen Ende des Wickels und dem die positive Anschlußklemme darstellenden

w mittigen Kontakt ist nur eine den Wickel abdeckende Isolierscheibe und eine durch diese nach außen geführte und umgeschlagene Anschlußlasche vorgesehen. Das gleiche gilt für die Verbindung des unteren Wickelendes mit dem Boden des Gehäusebechers. Eine Verkeilung in Längsrichtung ist nicht vorgesehen. Bei hohen Stoßbeschleunigungen oder Verzögerungen kann es deshalb zu seitlichen Versetzungen oder Verschiebungen des Wickels in Richtung seiner Längsachse kommen. Der Wickel ist mit dem

^ die negative Elektrode darstellenden Gehäusebecher nur über eine einzige Lasche 45 verbunden. Diese wird bei seitlichen Versetzungen und Verschiebungen in Achsrichtung des Elektrodenwickels relativ zum Gehäusebecher beansprucht und bei hohen oder wiaderholten Beanspruchungen sogar vom Boden des Gehäusebechers abgelöst. Die Funktion des Akkumulators kann damit gestört oder völlig unterbrochen werden. Das gleiche kann auch aufgrund von bei Längsbewegung des Elektrodenwickels im Gehäusebecher abgeriebenen Teilchen eintreten, die Kurzschlußbrücken zwischen den

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Wickelelektroden bilden. Ein derartiger bekannter Akkumulator ist also bei hohen Stoßbelastungen nicht betriebssicher.

Bei einem anderen gasdicht verschlossen .zu betreibenden Akkumulator mit Elektrodenwickel soll dieser den im Inneren des Gehäuses zur Verfügung stehenden Raum nahezu ganz ausfüllen. Es könnte das eine gewisse Stoßsicherung bedeuten. Der Akkumulator ist aber dennoch nicht betriebssicher. So ist zunächst zwischen der negativen Elektrode und dem Gehäuse keinerlei feste Verbindung hergestellt. Der elektrische Kontakt zwischen diesen beiden Teilen erfolgt lediglich als Berührungskontakt. Ein derartiger Berührungskontakt ist selbstverständlich insbesondere bei Stoßbelastungen sehr störanfällig. Eine sichere Lage des Elektrodenwickels im Gehäuse dadurch zu erreichen, daß man den Elektrodenwickel das Gehäuse nahezu ganz ausfüllen läßt, ist aber noch mit einem viel bedeutungsvolleren Nachteil verbunden. Im Inneren des Gehäuses bleiben nämlich keinerlei Räume mehr frei, die sich entwickelnde Gase aufnehmen können. Da nun zum Möglichmachen von raschen Entladungen der Scheider zur Gänze mit Elektrolyt getränkt sein muß und die Ränder der positiven Wickelelektrode nur durch überstehende Ränder dieses ßlektrolytgefüllten Scheiders vom auf negativem Potential liegenden Gehäuse getrennt sind, wird es beim Laden zu Parasitärelektrolysen und

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somit zum Freisetzen von Wasserstoff kommen. Bei einem Akkumulator, dessen Gehäuse durch den Elektrodenwickel nahezu ganz ausgefüllt ist, werden dabei auch beim Freisetzen von nur geringen Wasserstoffmengen bereits hohe Überdrucke im Inneren des Akkumulators auftreten können, die insbesondere bei hohen Belastungen zu einer Zerstörung des Akkumulators führen werden.

JBk Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, zum Erhalt eines

Akkumulators, der auf hohen Stoßbelastungen gewachsen ist, den Elektrodenwickel im Inneren.des Gehäusebechers bei gleichzeitiger Gewährleistung guter elektrischer Verbindungen mit den Anschlußkontakten fest zu haltern.

Diese Aufgabe wird e'rfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vorzugsweise negative Elektrode mit dem Gehäusebecher unmittelbar längs einer an der außen liegenden Wicklung blank ge-

φ lassenen Seitenkante verlötet ist, daß in der Mittelachse des Wickels eine an sich bekannte Stange aus Isoliermaterial angeordnet ist und daß zum Verkeilen des Wickels im Gehäuse gegen Axialverschiebungen eine zusätzliche Isolierscheibe eingesetzt ist.

Man erhält so zunächst eine Sicherung des Elektrodenwickels gegen Axialverschiebungen durch die zusätzliche dritte Isolierscheibe, die den Elektrodenwickel im Gehäuse verkeilt.

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Die mittige Stange verhindert ein Aufwickeln des Elektrodenwickels nach innen und damit jedes bei Stoßbelastungen gefährliche Spiel des Elektrodenwickels. Schließlich ist die negative Elektrode nicht nur über eine Ansatzlasche mit dem Boden des G-ehäusebechers verbunden, sondern zusätzlich über die mit dem zylindrischen Abschnitt des G-ehäusebechers verlötete Seitenkante verschiebungsfest und mit gutem elektrischen Kontakt am Gehäuse gehalten. Man erhält so einen auch bei hohen Stoßbelastungen funktionstüchtigen Akkumulator.

lach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zumindest eine der Isolierscheiben mit einer Ausnehmung und Schlitzen versehen, durch die die mindestens zwei Abschlußlaschen jeder Elektrode geführt und in die Ausnehmung umgeschlagen sind, wo sie am Kontakt elastisch zur Anlage gelangen oder mit diesem verlötet sind. Durch die Verdoppelung der Anzahl der Anschlußlaschen jeder Wickelelektrode wird eine Sicherung des elektrischen Kontaktes und außerdem eine bessere Stromverteilung im Inneren des Akkumulators erreicht.

Erfindungsgemäß kann weiter die mittige Stange beispielsweise durch Verkleben fest mit, einer Isolierscheibe verbunden sein, die eine Öffnung aufweist,,in die die Stange eingreift. Durch diese Maßnahme wird eine Verbindung zwischen.der zen-

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tralen und einer Endabstützung des Elektrodenwickels geschaffen und damit die Stoßsicherung weiter verbessert.

Wach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die mittige Stange hohl. Das ermöglicht zunächst das Verlöten der Kontaktlasche am Boden des Anschlußbechers und außerdem den Aufbau des Elektrodenwickels unmittelbar auf der auf α einen Wickeldorn aufgeschobenen Hohlstange. Man vermeidet dabei den bei nachträglichem Einführen der mittigen Stange möglichen Abrieb von Materialteilchen, die wieder Kurzschlüsse in dem Akkumulator zur Folge haben können.

Erfindungsgemäß bestehen die Anschlußlaschen zumindest teilweise aus blank gelassenen Teilen des metallischen Elektrode! trägerbandes. Sie sind damit mit dem Elektrodenwickel einstückig und verbessern nach dem Verlöten mit dem negativen φ Gehäusebecher und dem positiven Anschlußkontakt die Festig- · keit und Stoßsicherheit des Elektrodenwickels im Gehäuse weiter.

Schließlich können erfindungsgemäß an den Enden der Wickelelektroden und/oder über den Anschlußlaschen und dem anschließenden Elektrodenrand Schutz- und Verstärkungshüllen vorgesehen sein, die zumindest einen Teil der Anschlußlaschen und der Elektroden überdecken. Nach einem letzten Merkmal der Erfindung sind die Anschlußlaschen über abgerundete Verbin-

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dungsabschnitte mit dem eigentlichen metallischen Elektrodenträger verbunden. Durch diese Maßnahmen ist insgesamt die Gefahr verringert, daß die Anschlußlaschen und die umzuschlagenden blanken Seitenkanten der Elektroden abbrechen und so den erfindungsgemäß erzielten guten elektrischen Kontakt wieder in Frage stellen.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 teilweise aufgerissen eine perspektivische.Ansicht eines erfindungsgemäßen Akkumulators,

Fig. 2 eine Abwicklung einer zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Akkumulators verwendeten, beispielsweise negativen, Elektrodenplatte,

Fig. 3 einen Schnitt bei Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4 eine Einzelheit einer abgewandelten Ausführungsform eines Elektrodenplattenanschlusses, Fig. 3 in verkleinertem Maßstab eine Einzelheit des Akkumulators nach Fig. 1,

Fig. 6 in verkleinertem Maßstab ein weiteres Teil des Akkumulators nach Fig. 1, und
Fig. 7 einen Schnitt bei linie VII-VII der Fig. 6.

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Fig. 1 zeigt einen Akkumulator 1 aus einem Metallgehäuse 2 mit vollem Boden 2a und zwei Wickelelektroden 3 (negativ) und 4 (positiv), zwischen denen ein Scheider b angeordnet ist. Das Metallgehäuse 2 ist durch einen beispielsweise aus getriebenem Metall bestehenden Deckel 6 verschlossen, der mit dem offe'nen oberen Teil des becherförmigen Gehäuses verschweißt ist. Mit dem Deckel 6 ist fest ein mittiger Kontakt 7 verbunden, der aus leitfähigem Material gefertigt und beispielsweise durch eine keramische Isolierscheibe 8 von Deckel 6 isoliert ist.

Eine Seitenkante 3a der Wickelelektrode 3 ist an mehreren Punkten durch Elektroverschweißung am Metallgehäuse 2 befestigt. Die Seitenkante 3a kann vorteilhafterweise der Rand eines Bandes 9 sein, das als Träger für die gesinterte aktive Masse 10 der Wickelelektrode 3 dient (Fig. 2 und 3).

Die Wickelelektrode 4 hat zwei elektrische Anschlüsse 11 und 12, die vorteilhafterweise Teil des Trägerbandes für die gesinterte Masse sind. Die Anschlüsse 11 und 12 stehen oben

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über den Elektroden/vor und durchsetzen zwei in einer Isolierscheibe 13 vorgesehene Schlitze. Die Ausbildung dieser Isolierscheibe ist in den Fig. 6 und 7 gezeigt.

Fig. 6 zeigt insbesondere Schlitze 14 und 15, die von den Anschlüssen 12 bzw. 11 durchsetzt werden. Die Anschlüsse 11 und

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12 können in eine am oberen Teil der Isolierscheibe 13 vorgesehene Ausnehmung 16 umgeschlagen werden. Das Ganze wird anschließend mit einer weiteren Isolierscheibe 17 abgedeckt. In dieser ist eine zentrale Öffnung vorgesehen, durch die ein einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisendes Ende 7a des Kontaktes 7 ragt, das mit den Anschlüssen 11 und 12 beispielsweise verlötet ist. Der Kontakt 7 bildet somit die positive Klemme des Akkumulators.

Am anderen Ende des gewickelten Aufbaus ist einer der fest mit der negativen Wickelelektrode 3 verbundenen und beispielsweise aus einem blank gelegten Teil des Bandes 9 dieser Platte bestehenden Anschlüsse 21 und 22, nämlich der Anschluß 21, zu erkennen.

Sie durchsetzen, ebenso wie die Anschlüsse 11 und 12, Schlitze in einer Isolierscheibe 18. Diese ist zwischen den unteren Abschnitt des Wickels und den Boden 2a des Gehäuses eingebracht. Die Anschlüsse 21 und 22 sind vorteilhafterweise mit dem Boden 2a des Bechergehäuses verlötet. Diese Lötung kann elektrisch durch die Wickelmitte hindurch vorgenommen werden, solange der Wickel zum Zeitpunkt des Einbringens in den Becher noch nicht an diesem Mittelpunkt anliegt. In der wickelmitte ist nämlich der zentrale Raum frei, den der Wickel-

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.dorn beim Wickeln einnimmt.

Damit sich die Spirale unter der Wirkung von Stoßen od. dgl. nicht abwickelt und damit so auftretende Kurzschlüsse vermieden werden können, wird in den freien Baum eine vorzugsweise aus elastischem Kunststoff bestehende Stange 23 eingesetzt. Am Ende dieser Stange 23 ist ein Zapfen 23a verringerten Durchmessers gebildet, der in eine Öffnung 24 in der Isolierplatte 18 eingreift (Fig. 5). Vorteilhafterweise wird beim Aufbringen der Isolierscheibe 18 auf den Wicklungsabschnitt und auf die Stange ein Tropfen leim in die Öffnung 24 eingebracht und so die Isolierscheibe 14 mit der Stange 23 fest verbunden.

Nach einer anderen Ausführungsform kann die Stange 23 hohl und schon während des Wickelvorgangs auf dem Wickeldorn aufgebracht sein. Dadurch wird keinerlei gesintertes Material beim Einführen der Stange 23 in die Wicklung losgelöst, und der zentrale Teil der Wicklung bleibt zugänglich, wodurch das elektrische Verschweißen der Anschlüsse 21 und 22 am Boden 2a des Metallgehäuses 2 möglich ist.

Vorteilhafterweise ragt der Scheider 5 an beiden Enden des Wickels über die Wickelelektroden hinaus. Dadurch wirkt der Scheider für den gesamten Elektrodenwickel als guter Stoßdämpfer bei Längsverschiebungen im Gehäuse.

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Zahlreiche Verbesserungen sind möglich, um bestimmte Störungen, wie z.B. Zerbröckeln der Elektroden beim Herstellen des Wickels oder Brechen der Anschlüsse zu vermeiden.

So ist es insbesondere vorteilhaft, die beiden Enden der inneren Wickelelektrode, in dem erläuterten Beispiel also der positiven Wickelelektrode 4, mit einer auf die jeweiligen Abschnitte der Elektrode aufgebrachten Klebeschutzhülle zu ver- jBL. sehen. Desgleichen ist es günstig, auf dem Abschnitt 27 der innersten Windung der anderen Elektrode (hier also der negativen Wickelelektrode 3) eine Klebeschutzhülle vorzusehen. Die zentrale Schutzhülle am Abschnitt 27 verhindert, daß die .Stange beim Einführen Teilchen des gesinterten, zur Wickelelektrode 3 gehörigen Materials ablöst und mitnimmt, wodurch Kurzschlüsse entstehen könnten.

Vorteilhafterweise können auch die Anschlüsse, insbe- φ sondere die Anschlüsse 21 und 22 der Wickelelektrode 3 zumindest teilweise mit einem Stück Klebeband umwickelt sein, wie dies in Fig. 2 bei 28 und 29 gestrichelt angedeutet ist. Dabei ist dieses Band über die Anschlüsse und die Platte 3 geklebt. Auf diese Weise wird ein Brechen der Anschlüsse vermieden. Gleichzeitig kann sich im Fall eines Bruches das den Anschluß darstellende Band nicht ins Innere des Akkumulators hineinschieben ·

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und dadurch gegebenenfalls Kurzschlüsse hervorrufen.

Durch Verwendung von gesinterten Platten mit Tragbändern von 9/100 mm Stärke wurden ausgezeichnete Ergebnisse · erzielt. .

Derartige Elemente haben folgenden mechanischen Belastungen standgehalten: -

- Stoßbelastungen in allen Richtungen mit Beschleunigungen von 30 g in 10 ms,

- Beschleunigungen (Verzögerungen) von 42,5 g in allen Eichtungen während 5 Min. und

- Vibrationen mit 10 bis 70 Hz bei einer HöchstSchwingungsweite von 0,5 cm, und 70 bis 3000 Hz und einer Beschleunigung von 50 g vom Nulldurchgang Hs zum Erreichen der maximalen Schwingungsweite.

Die Vibrationen wurden in zwei Eichtungen mit einer Vibrationsfrequenzänderung von zwei Oktaven pro Minute durchgeführt .

Während dieser Versuche wurden die Elemente auf ein Drittel ihrer Nominalkapazität entladen.

Andere Zerstörungsversuche haben gezeigt, daß die schwachen Stellen des Elementes hauptsächlich die Anschlüsse waren. In

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einer abgewandelten Ausführungsform wurde deshalb vorgesehen, die Anschlüsse an ihren Verbindungsstellen mit der eigentlichen Wickelelektrode zu verbreitern.

Dies ist im einzelnen in Fig. 4 dargestellt. Ein aus einem Teil des blank gelassenen Bandes bestehender Anschluß 19 für eine Wickelelektrode 20 ist in seinem Verbindungsabschnitt 19a mit der Wickelelektrode 20 gegenüber seinem Außenabschnitt 19b verbreitert.

Vorteilhafterweise erstreckt sich der verbreiterte Verbindungsabschnitt 19a über ungefähr ein Drittel der Höhe des Anschlusses 19 und ist an seiner Basis ungefähr doppelt so breit wie an seinem Außenabschnitt 19b.

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Claims (7)

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   Patentansprüche :

   Stoßfester Akkumulator aus Wickelelektroden, die einen aus gesintertem Material bestehenden Träger haben und unter Zwischenlage eines Scheiders zu einem Wickel-gerollt und unter Zwischenlage von den Wickel an beiden Enden abdeckenden

   Λ> Isolierscheiben in ein becherförmiges zylindrisches Metallgehäuse eingesetzt sind, mit dem vorzugsweise die negative Elektrode über mindestens eine, beispielsweise am Becherboden verlötete Anschlußlasche verbunden ist, während vorzugsweise die positive Elektrode über mindestens eine durch Löten befestigte Anschlußlasche mit einem am den Gehäusebecher verschließenden Deckel vorgesehenen mittigenmetallischen Kontakt verbunden ist, der die positive Anschlußklemme ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   φ die vorzugsweise negative Elektrode (3) mit dem Gehäusebecher unmittelbar längs einer an der außen liegenden Wicklung blank gelassenen Seitenkante (3a) verlötet ist, daß in der Mittelachse des Wickels eine an sich bekannte Stange (23) aus Isoliermaterial angeordnet ist und daß zum Verkeilen des Wickels im Gehäuse gegen Axialverschiebungen eine zusätzliche Isolierscheibe (17) eingesetzt ist.
2. 2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Isolierscheiben (13,18) mit einer Aus-

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   ·"--"· · ο · -·. - ν., ι b.itz 3 des Anderungsges. v. 4. 9.196

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   nehmung (16) und Schlitzen (14,15) versehen ist, durch die die mindestens zwei Anschlußlaschen jader Elektrode geführt und in die Ausnehmung umgeschlagen sind, wo sie am Kontakt (2a, 7) elastisch zur Anlage gelangen oder mit diesem verlötet sind.
3. 3. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Stange (23) beispielsweise durch Verkleben fest mit einer Isolierscheibe (18) verbunden ist, die eine Öffnung (24) aufweist, in die die Stange (23) eingreift (Fig. 5).
4. 4. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittige Stange (23) hohl ist.
5. 5. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußlaschen (11,12* 19,21,22) zumindest teilweise aus blank gelassenen Teilen des metallischen Elektrodenträgerbandes bestehen. .
6. 6. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Wickelelektroden (3,4) und/ oder über den Anschlußlaschen und dem anschließenden Elektrodenrand Schutz- und Verstärkungshüllen (27 bis 29) vorgesehen sind, die zumindest einen Teil der Anschlußlaschen und der Elektroden überdecken (Fig. 2).
7. 7. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch . gekennzeichnet, daß die Anschlußlaschen (19)" mit dem Elektroden-

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   träger (20) zur Verringerung der Bruchgefahr beim Knicken über' abgerundete ferbindungsabsclmitte (19a) verbunden sind (Fig. 4)

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