DE1496304C - Dichtung mit Durchstichsicherung für ein abgedichtetes galvanisches Trockenelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung mit Durchstichsicherung für ein abgedichtetes galvanisches Trockenelement mit einem zentral in einem Deckel mit Entlüftung angeordneten Polstück, einem ringförmigen Dichtungsstück aus Kunststoff zwischen dem Polstück und dem Deckel und zwischen dem Deckel und dem Behälter des Elementes sowie einer oberhalb des Dichtungsstückes und in seiner unmittelbaren Nähe angeordneten, ringförmigen, federnden Metallscheibe.

Die Sicherungen bei Zellen oder Batterien dieser Art bestanden entweder in einer Berstscheibe mit oder ohne Widerlager oder waren nach dem Durchstichprinzip aufgebaut. Bei dieser letzteren Ausführungsform wird ein dünnes Metalldiaphragma gegen eine durchstechende Metallspitze gebogen, wenn der innere Druck einen vorbestimmten Wert überschreitet. Diese Sicherungen haben aber verschiedene Nachteile. Sicherungen der zweiten Art sind keine Stützen, geben keinen elektrischen Kontakt für den anodischen Stromsammler und verhüten nicht die Berührung des Dichtungselementes mit dem korrosiven Inhalt der Zelle, z. B. mit dem Elektrolyten. Bei Sicherungen der ersten Art (belgische Patentschrift 625 069) bricht bei einem Überdruck in der Zelle eine als Berstscheibe ausgebildete Membrane an einer vorbestimmten Stelle mit dünner Wandstärke durch. Bei diesen bekannten Sicherungen lassen sich aber keine reproduzierbaren Werte für den Druck einstellen, bei dem die Dichtung aufbricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung für galvanische Trockenelemente zu schaffen, die exakt bei einem bestimmten Überdruck anspricht. Diese Aufgabe wird gemäß der. Erfindung dadurch gelöst, daß das Dichtungsstück einen dünnen, etwa senkrecht zum inneren Teil des Dichtungsstückes verlaufenden äußeren Teil aufweist, das ringförmige, metallische Stützelement eine den äußeren Teil nicht bedeckende an den Bodenteil des Dichtungsstückes anliegende einwärts geneigte Fläche aufweist und ein gebogener Metallring mit mehreren scharfkantigen, einwärts geneigten Zähnen über dem Stützelement angeordnet ist, wobei die Zähne auf seiner einwärts geneigten Fläche gleitend aufliegen.

Die Zeichnungen und die dazugehörige Beschreibung erläutern die Erfindung im einzelnen.

F i g. 1 ist ein senkrechter Schnitt einer Zelle mit einem alkalischen Elektrolyten· und mit Mangandioxid und Zink;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Bodenansicht der Zelle, bei welcher einzelne Teile weggebrochen sind;

F i g. 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt der Sicherheitsdichtung nach dem Durchstechen.

In den Zeichnungen ist mit 10 eine Zelle bezeichnet, die durch eine erfindungsgemäße Durchstichsicherung abgeschlossen ist. Die Zelle 10 hat einen becherförmigen Behälter 12 und einen rohrförmigen Isoliermantel 14. In ihr befindet sich eine gelierte negative Elektrode 17, ein gelierter Elektrolyt 16 und eine positive Elektrode 18, die durch einen Separator 20 von der negativen Elektrode 16 abgetrennt ist. Eine äußere Umhüllung 22, vorzugsweise aus Metall, umgibt den Behälter 12 und den Isoliermantel 14. Am oberen finde der Zelle 10 befindet sich ein üblicher Deckel 24, welcher den becherförmigen Behälter 12 berührt und als positives Endstück der Zelle dient.

Die F i g. 1 zeigt, daß der becherförmige Metallbehälter 12 an seinem offenen Bodenende mit einer Durchstichsicherung gemäß der Erfindung abgeschlossen ist. Sie besteht aus einem im allgemeinen ringförmigen Dichtungsstück 30, einem nicht gepolten metallischen Deckel 32 auf dem Dichtungsstück 30 und einer Entlüftungsöffnung 46, einem negativ gepolten zentral angeordneten, nietförmigen Endstück 34, das in Berührung steht mit dem negativen Stromabnehmer 36. Ein ringförmiges, metallisches Stützelement 38 befindet sich . innerhalb des Dichtungsstückes 30 und steht in Berührung mit dem kegeligen Bodenteil 40 des Dichtungsstückes 30. In Nachbarschaft zu dem Stützelement 38 befindet sich ein gebogener Metallring 42 mit Zähnen 44, die nach innen ragen, so daß diese Zähne 44 entlang der geneigten Oberfläche des Dichtungsstückes 38 gleiten können, wenn dieses durch den Gasdruck innerhalb der Zelle 10 gewölbt wird.

Innerhalb des Zellenbodens und gerade unterhalb der Dichtungsanordnung gemäß der Erfindung befindet sich der negative Enddeckel 45. Im allgemeinen _t ist es zweckmäßig, eine Kontaktfeder 43 zwischen dem negativen Endstück 34 und dem negativen Deckel 45 vorzusehen. Ein isolierender Ring 47 .ist ebenfalls zwischen dem nicht gepolten Deckel 32 und dem negativen Endstück 45 vorgesehen, so daß dieses isoliert wird gegen den becherförmigen Behälter 12 und das negative Endstück 45. Der äußere Deckel 45 ist zweckmäßig, da er Flüssigkeit aufnimmt, die durch die Dichtung hindurchtreten kann. Das Dichtungsstück 30 ist zweckmäßigerweise radial zusammengedrückt zwischen dem negativen Endstück 34 und dem Deckel 32 und zwischen dem Deckel 32 und dem Behälter 12. Hierdurch entsteht eine lecksichere, gasdichte Zelle.

Nach Fig. 1 besteht das Dichtungsstück 30 aus einem geeignet geformten Stück mit einem Rand 50, der die freien Enden der Scheiderwand 20 umgibt und sie hält. Das Dichtungsstück hat ferner ein zentral angeordnetes inneres Teil 52, das das Endstück 34 stützt, und ein dünnes, senkrecht verlaufendes äußeres Teil 54, das das innere Teil 52 umgibt. In dieses Wandteil können die Zähne des Metall- ' ringes 42 eindringen. Das Dichtungsstück 30 wird vorzugsweise aus einem harten, dielektrischen Kunststoff, wie Nylon (ein Polymer aus Hexamethylendiammoniumadipat), hergestellt. Besonders geeignet hierfür ist das unter dem Handelsnamen »Zytel« vertriebene Nylon. Dieses Material hat eine hohe Festigkeit gegen Druck und Scherkräfte und kann einen hohen Zug aushalten, ohne daß es kalt fließt. Andere Kunststoffe können natürlich auch verwendet werden, wenn sie eine hohe Festigkeit gegen Druck und Scherkräfte und einen Widerstand gegen einen kalten Fluß haben. . ;' ...

. Die F i g. 2 und 3 zeigen, daß bei Entwicklung eines Gases innerhalb der Zelle das Dichtungsstück 30 in dar Längsrichtung nach außen so weit gebogen ! wird, daß das metallische Stützelement 38 verschoben wird. Wenn dieses Stützelement elastisch in Abhän- ; gigkeit von der Belastung sich biegt, so gleiten die Zähne 44 des Metallringes 42 entlang der geneigten Oberfläche des Stützelementes 38 und bewegen sich gegebenenfalls radial einwärts zum Durchstechen des dünnen, äußeren Teiles 54 des Dichtungsstückes 30 wenigstens an einem Punkt, wobei das entstandene Gas entweichen kann. Sicherungen gemäß der Erfin-

dung arbeiten genauer und zuverlässiger als die bekannten Sicherungen.

Es sei bemerkt, daß der Metallring 42, die Zähne 44 und das Stützelement 38 geschützt sind gegen Berührung mit dem korrosiven Inhalt der Zelle, und zwar durch das Dichtungsstück 30, das zwischendrin angeordnet ist und zwischen dem Deckel 41 und dem Behälter 12 einerseits und zwischen dem Endstück 34 und dem Deckel 41 andererseits abdichtet. Das Endstück 34 gibt einen mechanischen Halt und einen elektrischen Kontakt für den negativen Stromabnehmer 36. Die umgebördelte Kante 56 des metallischen, becherförmigen Behälters 12 hält das Stützelement 38 und den gezahnten Ring 44 fest zusammen mit dem radialen Dichtungselement an ihrem äußeren Umfang.

Gegenüber den bekannten Zellen mit Sicherungen nach dem Berstscheibenprinzip mit gasdurchlässigen Membranen bringen Sicherungen gemäß der Erfindung verschiedene Vorteile mit sich. Bei den be- ao kannten Sicherungen tritt schon bei Drucken unterhalb des Berstdruckes ein Hindurchtritt der Flüssigkeit durch die Membrane auf, da in dieser in der Nachbarschaft der Berstscheibe leicht Risse auftreten. Bei Sicherungen gemäß der Erfindung wird ein Lecken nicht beobachtet, bevor wenigstens einer der Zähne die dünne Wandstelle durchstoßen hat. Es ist selbstverständlich, daß nach dem Durchstechen die Zelle nicht nur leckt, sondern auch wie eine offene Zelle arbeitet, d. h. nach etwa einer Woche und unter Umständen schon früher trocken wird, wenn ihr Strom entnommen wird. Ebenso wie bei den bekannten Sicherungen können auch bei Sicherungen gemäß der Erfindung kleine Mengen von Wasserstoffgas durch die Dichtung hindurchdiffundieren.

Zum Vergleich wurden Zellen des »D«-Typs mit Dichtungen gemäß der Erfindung verschlossen. Andere Kontrollzellen derselben Art erhielten eine Sicherung mit einer Berstscheibe ohne Widerlager. Bei den beiden Gruppen sollten die Sicherungen auf etwa denselben Innendruck ansprechen. Alle Zellen enthielten einen alkalischen Elektrolyten und waren bis auf die Abdichtung und die Sicherung sonst identisch. Die nachstehende Tabelle zeigt die Unterschiede im Verhalten.

Tage bis zum Lecken bei 40° C

20 »/0 50%

leckende leckende

Zellen Zellen

erstes
Auftreten

Tage bis zum Lecken bei 54° C

erstes
Auftreten

20 »/0

leckende

Zellen

50 »/0

leckende

Zellen

Kontrolle

Erfindungsgemäße Dichtung

69

über
170

90 97

34
71

36
99

47
148

Die Zellen hatten keine Deckel oder Umhüllungen, so daß ein Lecken sofort festgestellt werden konnte. Wie die Tabelle zeigt, ist bei 45° C ein Lecken erst nach einer etwa 2V2inal so langen Zeit bei Dichtungen gemäß der Erfindung festzustellen als bei den Kontrollzellen. Dichtungen gemäß der Erfindung erreichten überhaupt nicht eine 20- bis 50%ige Zahl von leckenden Zellen, im Gegensatz zu den Kontrollzellen. Auch bei höheren Temperaturen ist eine deutliche Überlegenheit der erfindungsgemäßen Zellen festzustellen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dichtung mit Durchstichsicherung für ein abgedichtetes galvanisches Trockenelement mit einem zentral in einem Deckel mit Entlüftung angeordneten Polstück, einem ringförmigen Dichtungsstück aus Kunststoff zwischen dem Polstück und dem Deckel und zwischen dem Deckel und dem Behälter des Elementes sowie einer oberhalb des Dichtungsstückes und in seiner unmittelbaren Nähe angeordneten, ringförmigen, federnden Metallscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsstück (30) einen dünnen, etwa senkrecht zum inneren Teil (52) des Dichtungsstückes verlaufenden äußeren Teil (54) aufweist, das ringförmige, metallische Stützelement (38) eine den äußeren Teil (54) nicht bedeckende an den Bodenteil (40) des Dichtungsstückes (30) anliegende einwärts geneigte Fläche aufweist und ein gebogener Metallring (42) mit mehreren scharfkantigen, einwärts geneigten Zähnen (44) über dem Stützelement (38) angeordnet ist, wobei die Zähne (44) auf seiner einwärts geneigten Fläche gleitend aufliegen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen