DE1596044A1 - Verfahren zur Herstellung einer galvanischen Trockenzelle - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer galvanischen TrockenzelleInfo
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Description
THS EVEi: READY COMPANY (GIiEAT BEITAIN) LIMITED
Hercules Place, Holloway, London, N. 7 (England)
"Verfahren zur Herstellung einer galvanischen Trockenzelle"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einrjr galvanischen Trockenzelle, deren Hauptbestandteile
ein Zinkbehälter als lösliche Elektrode und ein Kohlestift air unlösliche Elektrode darstellen, wobei der Kohlestift
eine Metallkappe, eine DepolarisationsBpule um den Kohlestift
und einen Separator zwischen*der Spule und der Behälterwandung aufweist, wobei der liaum zwischen dem Flansch
der Metallkappe und. dom ßehälterrand durch eine Dichtung aus synthetischem Kunstatoff angefüllt ist, wobei die Dichtung
an einem den Zinkbehälter umgebenden Überzug anliegt.
Es sind bereits derartige Verfahren bekannt, bei denen man unter anderem dio Trockenzelleri mit einer Kunststoffhülle
mittels eines dreistufigen Verfahrens gefertigt hat. Dabei
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wurde zunächst die Hülle vorgeformt, danach über den Zinkbehälter der Zelle gezogen und anschließend das Abdichten
der Hülle gegenüber der Zelle vorgenommen. Allein durch die Dreistufigkeit dieses bekannten Verfahrens ist eine
beträchtliche Kompliziertheit bedingt. Bisher war diese Dreistufigkeit aber ein Erfordernis, weil beim Spritzgießen
Wärme und Druck in einem Umfang aufgewendet werden müssen, der die Zerstörung der galvanischen Trockenzelle
zur Folge haben würde und darüberhinaus würde bei der Anwendung des bekannten Spritzgußverfahrens im vorliegenden
Falle ein Austrocknen des Elektrolyten erfolgen. Daher hat man beispielsweise bekanntermaßen das Überziehen
einer Trockenzelle mittels des bekannten Tauchverfahrens vorgenommen, siehe die USA-Patentschrift 2 546 37S'. Dabei
zeigt sich aber der schwerwiegende Nachteil der Langsamkeit, so daß das Tauchen unwirtschaftlich ist. Man ist dabei
unter anderem so vorgegangen, daß die Zelle nach dem Tauchen teilweise getrocknet wird, woraufhin ein Teil des
Überzuges mit einem Messer abgeschnitten wird. Anschließend muß die Zelle weitere 24 Stunden lang getrocknet werden.
Die Wandstärke des hierdurch erzielten Überzuges liegt bei 0,25 mm. Diese Wandstärke ist aber in den meisten Fällen,
nicht ausreichend und bedingt ein weiteres Einkapseln oder dergleichen.
Es ist weiter eine Zelle bekannt, siehe die britische Pa
tentschrift 952 709, die durch eine aus Kunststoff oder
natürlichem Gummi bestehende Hülle abgedichtet wird. l·!«
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ist dieser Patentschrift indessen nicht zu entnehmen, wie diese Hülle an der Zelle gefertigt ist, sie muß
wohl als getrenntes Teil hergestellt und anschließend über d'ie Zelle gezogen und an ihr befestigt werden, was
natürlich gleichfalls umständlich ist.
Durch die USA-Patentschrift 2 450 813 ist indessen bekannt, eine derartige Hülle vorzufertigen, die dann über
die Zelle nach dem Formen geschoben wird, und anschließend erfolgt das Abdichten mit dem Zinkbehälter am oberen Rand.
Zwar wird hier das bekannte Spritzgießen zur Fertigung dieser Hülle zur Anwendung gebracht, aber es ist in diesem
Falle ebenso wie in aller übrigen vorbekannten Fällen nicht möglich, den Spritzguß direkt auf die Zelle aufzubringen.
Hierbei wird ein Luftspalt zwischen dem Zinkbehälter und der Hülle gebildet.
Weiter zeigt die französische Patentschrift 1 240 996 das
bereits erwähnte Tauchen mit den erwähnten Wachteilen. Die Mischung besteht hier aus 10 J* Polyäthylen und 90 &
Paraffinwachs.
Schließlich zeigt die USA-Patentschrift 2 990 441 bereits die Anwendung des bekannten Spritzgußverfahrens zum Herstellen
der isussenhülle. Hierbei handelt es sich aber um eine besondere Form von Batterie, die Trockenplatten mit
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einem engen Zwischenraum aufweist, der durch Abstandsringe geschaffen wird. Diese Anordnung ist von einem
Kunststoffgehäuse umgeben, das auf einer herkömmlichen Spritzgußmaschine gefertigt ist. Bei diesem bekannten
Verfahren wird der Elektrolyt erst nach dem Einbringen in das Gehäuse eingefüllt, so daß das Problem des Austrocknens
de's Depolarisators oder des Elektrolyten beim Formen nicht besteht. Daher können in diesem Falle die
beim herkömmlichen Spritzgießen entstehenden Temperaturen aufgebracht werden, was aber beim Ummanteln einer
anderen Art üblicher Trockenzellen nicht genügend sicher sein würde. Ausserdem sind auch hier die aufgebrachten
Drücke um ein Vielfaches zu hoch, als daß sie von den Trockenzellen aufgenommen werden könnten, der minimale
Druck liegt bei etwa 420 kg/cm .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß es wesentlich
vereinfacht ist. Gemäß dem der Erfindung zugrundeliegenden allgemeinen Erfindungsgedanken wird eine vorgefertigte
Zelle der erwähnten Art umspritzt.
Dabei besteht die vollständige Lösung der erwähnten Aufgabe darin, daß die Dichtung und der Überzug zum Umschließen
der Zelle einstückig mit einem Klemmflansch hergestellt werden, der die Aussenzone des Zellengehäuses
überdeckt, wobei die Fertigung in der Weise vorgenommen
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wird, daß die Zelle zunächst in einer Spritzgußform abgestützt
wird, die zur Herstellung des Gehäuses um die Zelle genügend groß ist, woraufhin ein synthetischer Kunststoff
unter 180° C und einem Druck unter 14,1 kg/cm in die Form zur Herstellung des erwähnten Teils gespritzt
wird, während die Form gekühlt wird, wobei der Kunststoff so ausgewählt ist, daß er bei diesen niedrigen
Temperaturen formbar ist. Der erwähnte Druck von 14,1 kg/
2
cm liegt wesentlich niedriger als das Minimum bei dem herkömmlichen Spritzgußverfahren, so daß die Erfindung in jedem Falle anwendbar ist. Dabei ist die Herstellung der . Zelle in nur einer Verfahrensstufe möglich, was natürlich sehr viel schneller und wirtschaftlicher ist als die erwähnten bekannten Verfahren. Darüberhinaus zeigt sich der weitere Vorteil, daß die Hülle oder der Behälter sich genau an die kleinsten Unregelmäßigkeiten der Aussenfläche des Zinkbehälters anlegt, so daß die Dichtigkeit erheblich größer ist als bei Verwendung der erwähnten vorgeformten Hüllen. Durch die Hfindung erfolgt also ein direktes Aufspritzen auf die vormontierte Zelle, indem besondae Kunststoffmaterialien ausgewählt und eine bestimmte Steuerung von Temperatur und Drücken vorgenommen wird. Nur auf diese Weine ist es möglich, eine Beschädigung der Zelle beim direkten Umspritzen zu vermeiden.
cm liegt wesentlich niedriger als das Minimum bei dem herkömmlichen Spritzgußverfahren, so daß die Erfindung in jedem Falle anwendbar ist. Dabei ist die Herstellung der . Zelle in nur einer Verfahrensstufe möglich, was natürlich sehr viel schneller und wirtschaftlicher ist als die erwähnten bekannten Verfahren. Darüberhinaus zeigt sich der weitere Vorteil, daß die Hülle oder der Behälter sich genau an die kleinsten Unregelmäßigkeiten der Aussenfläche des Zinkbehälters anlegt, so daß die Dichtigkeit erheblich größer ist als bei Verwendung der erwähnten vorgeformten Hüllen. Durch die Hfindung erfolgt also ein direktes Aufspritzen auf die vormontierte Zelle, indem besondae Kunststoffmaterialien ausgewählt und eine bestimmte Steuerung von Temperatur und Drücken vorgenommen wird. Nur auf diese Weine ist es möglich, eine Beschädigung der Zelle beim direkten Umspritzen zu vermeiden.
Durch die Erfindung wird ein einfacherer Weg zur Herstellung
von galvanischen Trockenzellen geschaffen, die ein Massenartikel sind. Darüberhinaus sind die erfindungsgemäß
gefertigten Trockenzellen gegenüber dem Stand der
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Technik wesentlich verbessert, da hierdurch eine verbesserte
auslaufdichte Zelle geschaffen wird. Durch das Einkapseln nach der Erfindung wird das Heraussickern an dem oberen Ende
der Zelle ausgeschaltet und die nachteiligen "Wirkungen der Porösität der Zellenwand verhindert. Weiterhin wird die erforderliche
Feuchtigkeit in dem Depolarisator aufrechterhalten, obschon eine bitumenartige Dichtung vermieden wird.
Geeignete Kunststoffe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind niedermolekulare Polyäthylene, bestimmte Arten
von Nylon sowie Copolymere aus Polyvinylacetat und Polyäthylen oder Gemische aus Polyäthylen und Paraffinwachs, wie
z.B. 50 Gewichtsprozent Polyäthylen und 50 Gewichtsprozent Paraffinwachs auf Trockenzellen und Batterien, die die Trockenzellen
enthalten. Diese Kunststoffe zeigen eine geringe Wärmekapazität, während die Spritzgußvorrichtung, die z.B. mit
Wasser gekühlt sein kann, eine hohe Wärmekapazität aufweist, so daß Materialien verwendbar sind, die bei höheren Temperaturen
als eine Batterie fließfähig sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines /Uitiführungübeispiels
unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen:
Fig. 1 einen Aufriß, teilweise im ochnitt, einer erfindungsgemäß gefertigten Kundzelle;
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Fig, 2 eine Ansicht von unten auf die Rnndzelle nach Figur 1;
Fig. 3 eine Ansicht auf die obere Seite der Bundzelle;
Fig. 4 eine zusammengesetzte Rundzelle in einem Werkzeug im Schnitt, zum Umspritzen vorbereitet.
In den Figuren 1, 2 und 3 ist eine Rundzelle veranschaulicht, die einen Zinkbehälter 1 als die lösliche Elektrode
und einen koaxialen Kohlestift aufweist, der durch eine Hessingkappe 3 als unlösliche Elektrode abgedeckt ist. Der
Zinkbehälter 1 enthält eine herkömmliche Spule 4 aus Depolarisator und Elektrolyt, über der ein Pappering 5 an dem
Kohlestift 2 mit einem derartigen Durchmesser vorliegt, daß ein Eingriff mit der inneren Fläche des Behälters 1 erfolgt.
Der Zinkbehälter 1 ist benachbart zu dessen oberem Ende mit einer nach innen gerichteten Umfangsausnehmung 6 versehen,
in der ein Abstandsring 8 ruht, welcher aus einem elektrisch
isolierenden Material, wie z.B. Polystyrol besteht. Das obere Ende der Behälterwand ist nach innen auf den Ring 8 gedruckt,
um denselben fest in seiner Lage zu halten. Der Ring ist so vorgesehen, daß derselbe starr und intakt während des
Ausbildens des Kunststoffüberzuges auf die runde Zelle ver-
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bleibt, um so ein hermetisches Abdichten der Zelle zu erreichen, wie es weiter unten beschrieben ist.
DIt Binge 5 und θ begrenzen eine Expansionskaiiner 9 in dem
oberen Teil des Behälters zwecks Aufnahme allen Gnees und/
oder Elektrolyten, der durch den Depolarisator während eines schnellen Entladens der Zelle und während des Ausbildens eines
Überzuges auf der Zelle ausgeschwitzt wird, wie es «lter unten erläutert ist.
Ss ergibt sich somit, daß die erfindungsgemäß aufgebaute
Zelle, wie sie für das Ausbilden des Überzuges vorbereitet ist, nicht die übliche bitumenartige Dichtung aufweist, und
somit ist die Zelle leichter als eine entsprechende herkömmliche Trockenzelle.
Die in dieser Weise aufgebaute Eundzelle wird hermetisch
fermitteis eines Überzuges 10 abgedichtet, der die Behälterwand umschließt und sich unter die Bodenwand 11 des Behälters 1 im begrenzten Ausmaß, wie in der Figur 1 gezeigt, sowie über den Abstandsring 8 und über den Flansch 12 der Kappe 3 erstreckt. Das Überlappen des Überzuges an dem Boden 11
des Behälters 1 ist dergestalt, daß das mittlere Teil nicht bedeckt ist, so daß eine Fläche für die hiermit herzustellende elektrische Verbindung, z.B. mit der Kappe 3 einer weiteren hierzu in Serie geschalteten Zelle zur Verfügung steht.
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Wie in der Figur 2 gezeigt, erstreckt sich der Überzug 10 vorzugsweise über und unter dem Flansch 12 an der Messingkappe 3, so daß der Flansch in dem Überzug eingearbeitet *
wird, jedoch nicht zwischen dem Abstandsring 8 und dem Kohle4
stift Torbeitritt. Somit dichtet der Überzug 10 hermetisch die Zelle ab und isoliert das obere Ende 6 des Zinkbehälters 1 gegenüber dem Kohlestift 2 und der Messingkappe 5.
Der Überzug wird aus einem Kunststoff, wie z.B. Polyäthylen,
gefertigt, der gegenüber dem Elektrolyten inert und undurchlässig ist, so daß kein Heraussickern des Elektrolyten zwi- ,
sehen dem Kappenflansch 12 und dem oberen Ende des Behälters
1 eintreten kann. Der spritzverformte Überzug liegt in inniger
Berührung mit der Fläche der runden Zelle vor, die hieräuroh
bedeckt wird, und zwar aufgrund der Zugspannung in dem überzug, wie es arteigen mit dem Verfahren zum Ausbilden difl Überzuges verbunden ist und sich hierdurch ein Zusammenziehen
des Überzuges in situ ergibt. Der Überzug ist kein eigentliches Klebmittel und Untersuchungen haben gezeigt, daß bei einem
Aufschlitzen des Überzuges parallel zu dem Kohlestift iioh der Überzug weg von dem Schlitz eröffnet.
Das Verfahren zum Ausbilden des Überzuges, d.h. vermittels ,
eines Spritzgußverfahrens ist dergestaltι daß eine innige »
Berührung mit der Bundzellenwand dergestalt eintritt, daß der überzug sich selbst an Mikroungleiohiäßigkeiten In der
Wandoberfläche anpaßt, so daß sich dieser überzug ton einer
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Hundzelle unterscheidet, die in eine vorgeformte Umkleidung aus1 Kunststoff eingeschlossen ist, wo ein ausgepr^er Spalt
zwischen dem Zinkbehälter 1 und der Umkleidung vorliegt.
Eine vollständig zusammengesetzte Hundzelle wird, wie weiter oben ausgeführt, in ein aus zwei getrennten hohlen Teilen 13 und 14 aufgebautes Verformungswerkzeug eingeführt,
wobei die Teile miteinander unter Ausbilden des Verformungswerkzeuges eingespannt werden.
Der Boden 11 des Zinkbehälters wird in den Teil 3 des Verformungswerkzeuges durch einen koaxialeri Vorsprung 15 getragen, der das mittlere Teil des Bodens 11 bedeckt, um so ein
Überziehen des mittleren Teils zu verhindern. Das andere Ende der Rundzelle steht in Eingriff mit dem anderen Teil 14
des Verformungswerkzeuges vermittels einer koaxialen Ausnehmung 16, die die Kappe 3 aufnimmt und somit den geschmolzenen Kunststoff an der Ausbildung eines Überzuges an der
Kappe 3 hindert.
Es wird geschmolzener Kunststoff in das Verformungswerkzeug vermittels einer herkömmlichen Spritzgußvorrichtung (nicht
gezeigt) durch einen Einlaß 17 eingedrückt, von wo aus der Kunststoff durch radiale Einlasse 18, von denen zwei geseigt sind, in den Hohlraum 19 abgegeben wird, der die gesamte Zelle mit Ausnahme des an dem Vorsprung 15 anstossenden Teils umgibt.
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Sobald die Rundzelle in das Verformungswerkzeug angeordnet und die Teile 13 und 14 miteinander in ein flüssigkeitsdicates
Verhältnis gebracht worden sind, wird der Kunststoff in das Verformungswerkzeug unter Anwenden niedriger Temperatu- j.
ren und Drücke unter Ausbilden eines Überauges eingespritzt, l
der die Zelle umschließt und eine hermetische Abdichtung in der oben beschriebenen Weise ausbildet. Man läßt sodann das
Verformungswerkzeug abkühlen und die zwei Teile 13 und 14 werden voneinander getrennt, sowie die Rundzelle aus dem Verformungswerkzeug
herausgenommen und vom Einguß befreit, der für die erneute Benutzung in die Spritzgußvorrichtung eingeführt
wird.
Wenn auch der Erfindungsgegenstand hier beispielsweise unter Bezugnahme auf das Ausbilden eines Überzuges auf einer einzelnen
Rundzelle erläutert worden ist, versteht es sich, daß durch eine geeignete Auslegung der Verformungswerkzeuge auch
zwei oder mehrere erfindungsgemäße Zellen, die parallel zueinander verbunden sind, unter Ausbilden einer hermetisch
abgedichteten Batterie eingekapselt werden können. So kann man j-ede vorgegebene Batterieform unter Einschluß einer
Mehrzahl miteinander verbundener Zellen verarbeiten, und der Erfindungsgegenstand schließt ebenfalls elektrisch miteinander
verbundene Batterien ein, die miteinander in der beschriebenen Weise eingekapselt worden sind.
Gegebenenfalls kann eine|falsche Bodenplatte an jeder Rundzelle
angeordnet und in ihrer Lage durch das Überziehen ge-
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halten werden, wobei eine derartige Platte erhöht ausgeführt sein kann, um so eine innige Berührung zwischen den benachbarten
Zellen zu erreichen.
Weiterhin läßt sich erfindungsgemäß eine auslaufsichere Batterie wirtschaftlich herstellen, und so ist die verwickelte
Verriegelungsausrüstung, wie sie zum Ausbilden der herkömmlichen Verriegelungsdichtung an dem oberen Ende des Behälters
notwendig war, hier nicht erforderlich, und weiterhin wird die Höhe des Behälters aufgrund des Fichtvorliegens
einer herkömmlichen bitumenartigen Dichtung kleinstmöglich gehalten, wodurch sich eine erhebliche Ersparnis an der Zinkmenge
ergibt, die für das Ausbilden des Behälters erforderlich ist.
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Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer galvanischen Trockenzelle,
deren Hauptbestandteile ein Zinkbehälter als lösliche Elektrode und ein Kohlestift als unlösliche Elektrode
darstellen, wobei der Kohlestift eine Metallkappe, eine Depolarisationsspule um den Kohlestift und einen Separator
zwischen der Spule und der Behälterwandung aufweist, wobei der Kaum zwischen dem Flansch der Metallkappe und dem
Behälterrand durch eine Dichtung aus synthetischem Kunststoff angefüllt ist, wobei die Dichtung an einem den Zinkbehälter
umgebenden Überzug anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung un der Überzug
(10) zum Umschließen der Zelle einstückig mit einem Klemmflansch hergestellt werden, der die Aussenzone des Zellengehäuses
überdeckt, wobei die fertigung in der Weise vorgenommen
wird, daß die Zelle zunächst in einer Spritzgußform
abgestützt wird, dlo zur Herstellung des.Gehäuses um
die Zelle genügend groß int, woraufhin ein synthetischer Kunststoff unter 180° C und einem Druck unter 14t1 kg/cm
in die Form zur Herstellung des erwähnten Teils gtspritzt
wird, während die Fora gekühlt wird, wobti der Kunat-
»t>·. . it· \'·. ti ι to« Αηα·ΜΠ0·β·· ν. 4. 9. ll*te/>
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stoff so ausgewählt ist, daß er bei diesen niedrigen Temperaturen formbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem Kunststoff um ein niedermolekulares Polyäthylen handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,
daß der synthetische Kunststoff Nylon oder ein Copolymeres aus Polyvinylacetat und Polyäthylen
oder ein Gemisch aus Polyäthylen und Paraffinwachs ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoff eine Mischung aus 50 Gewichtsprozent Polyäthylen und 50 Gewichtsprozent
Paraffinwachs ist.
BAD ORIGINAL
1088U/0237
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