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Die Erfindung betrifft eine galvanische Batterie mit in einer Ebene
angeordneten Kontaktbahnen, die die einzelnen Elemente in Serie schalten und Verfahren
zu ihrer Herstellung.
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Batterien aus mehreren Elementen werden verwendet, wenn die aus einem
Einzelelement entnehmbare Stromstärke und insbesondere die von ihm gelieferte Spannung
zu gering sind. Beispielsweise werden bei den bekannten Trockenbatterien zur Spannungserhöhung
die einzelnen Elemente durch Lötverbindungen miteinander elektrisch in Serie geschaltet:
Bei der Herstellung dieser bekannten Trockenbatterien werden die einzelnen Lötstellen,
mit denen die Leitungsdrähte mit den Anschlußpunkten der Einzelelemente verbunden
werden, von Hand ausgeführt, da die Lotungen praktisch nicht automatisiert werden
können.
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Der Aufwand an Zeit und Kosten bei der Herstellung der Batterien wird
daher durch das Anlöten der Verbindungsleitungen an die Einzelelemente vergrößert.
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Aus der deutschen Patentschrift 19 645 ist es bereits bekannt, in
einer Ebene, z. B. auf einer Deckplatte, mehrere Kontaktbahnen anzuordnen, die der
Serien-Vorschaltung von einzelnen Elementen zu einer Batterie dienen. Die Hintereinanderschaltung
erfolgt durch mehrfach festgelegte Federn, deren Kontaktstellen leicht korrodieren
und eine leitende Verbindung auch nur dann herbeiführen können, wenn die Deckplatte
fest aufliegt und die Spannkraft der Feder erhalten bleibt.
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Es ergab sich daher die Aufgabe, eine Batterie zu finden, welche diese
Nachterle nicht aufweist und mit einem geringeren Aufwand an Zeit und Kosten für
der Herstellung von besserleitenden Lötverbindungen hergestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Batterie gelöst, indem
die Kontaktbahnen aus gedruckten Schaltungen bestehen, die die becherförmigen Elemente
zu einer Batterie verbinden, wobei das überstehende metallische oder zumindest mit
einer Metallkappe versehene Ende der inneren Elektroden in eine Bohrung oder Ausnehmung
einer Kontaktbahn eingeführt und verlötet ist und der Becherrand desselben Elementes
mit einer zweiten Kontaktbahn verlötet ist, während er gegen die erste Kontaktbahn
isoliert ist.
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Bei einigen Formen elektrochemischer Elemente, auch bei Becherelementen,
besteht die Gefahr, daß der äußere Anschlußkontakt mit der Kontaktbahn, welche zu
einem inneren Anschlußkontakt führt, in Berührung kommt und das Element auf diese
Weise kurzgeschlossen wird. Deswegen ist es zweckmäßig, wenn die erste Kontaktbahn
eine Isolierung an der Stelle aufweist, an der der zweite Anschlußkontakt diese
Kontaktbahn berührt.
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Besonders vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Trockenbatterie mit
auf einer gedruckten Schaltung angeordneten Becherelementen, bei der die becherförmige
äußere Elektrode ein Zinkbecher und die innere Elektrode eine Kohleelektrode ist,
die am überstehenden Ende eine Metallkappe aufweist.
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Beim Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Batterien werden
die Kontaktbahnen mit Zinnüberschuß verzinnt und die Elemente so in die gedruckte
Schaltung eingesetzt, daß jeweils der überstehende Anschlußkontakt in die von der
ersten Kontaktbahn berührte Bohrung eingreift und der zweite Anschlußkontakt jeweils
auf einem verzinnten Bereich einer anderen Kontaktbahn aufliegt, und die Anschlußkontakte
anschließend durch induktive Erwärmung des Zinns mit den Kontaktbahnen der gedruckten
Schaltung verlötet werden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Form des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird anschließend die mit Zellen bestückte gedruckte Schaltung in einen Batteriekasten
eingesetzt und mit Bitumen vergossen.
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Für die erfindungsgemäße Batterie können neben anderen an sich bekannten
Ausführungsformen als gedruckte Schaltung beispielsweise die an sich bekannten,
im Handel erhältlichen Isolierstoffplatten verwendet werden, die an ihrer Oberfläche
dünne Kupferbahnen als Kontaktbahnen aufweisen. Vorzugsweise sind die Kontaktbahnen
so ausgeführt, daß sie die Bohrungen oder Ausnehmungen in der gedruckten Schaltung,
die zur Aufnahme der Enden der überstehenden Anschlußkontakte dienen, ringförmig
umschließen. Beispielsweise wird bei der zur Erhöhung der Spannung vorgenommenen
Serienschaltung von Einzelelementen einer Trockenbatterie die Kontaktbahn von einer
Bohrung zu der Stelle in der Nähe einer benachbarten Bohrung geführt, an der beim
Einsetzen der Einzelelemente der Becherrand des benachbarten bzw. des in der Serienschaltung
folgenden Einzelelements liegt. Die Stelle der Kontaktbahn, an der der Becherrand
des zu der Bohrung gehörigen Elements liegt, wird mit einer isolierenden Schicht
versehen, die entweder durch Aufkleben eines Isolierstreifens oder durch Bedrucken
mit einer Isolierfarbe oder durch andere aus der Technik der gedruckten Schaltung
bekannte Verfahren aufgebracht wird. Die Isolierung muß hoch temperaturfest sein
und ,gegen die beim Verlöten der Kontaktbahn mit den Anschlußpunkten an den Elementen
auftretende Temperatur, die bei Lötzinn beispielsweise etwa 240° C beträgt, beständig
sein. Als Materialien für die Isolierung können beispielsweise Silikone, Silikonlacke
und Isoliermaterialien auf Teflon-Basis verwendet werden. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren wird die gedruckte Schaltung mit einem Zinnüberschuß verzinnt, so daß
auf den Kontaktbahnen mit Ausnahme der isolierten Stellen Zinnkuppen anstehen. Dann
werden die einzelnen Elemente in die Bohrungen oder Ausnehmungen der gedruckten
Schaltung so eingesetzt, daß sie auf dem Kopf stehen, mit der positiven Elektrode
in die Bohrung eingreifen und mit dem Zinkbecher auf den verzinnten Kontaktbahnen
aufsitzen. Wenn alle Elemente eingesetzt sind, wird diese Anordnung mit einem kontinuierlichen
Förderband über die Induktionsspule einer induktiven Erwärmungsanlage hinweggeführt,
die das Zinn auf den Kontaktbahnen induktiv niederschmilzt. Dabei tritt einerseits
eine Verlötung der Kontaktbahn mit der positiven Elektrode und andererseits eine
Verlötung des Zinkbechers mit einer benachbarten Kontaktbahn ein. Anschließend wird
die Gesamtbatterie in einen Batteriekasten eingesetzt und mit Bitumen vergossen.
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Der Aufbau der erfindungsgemäßen Batterie wurde vorstehend beschrieben
an Hand der Ausführungsform, bei der die einzelnen elektrochemischen Elemente Trockenelemente
sind in Form von Rundzellen mit einer becherförmigen äußeren Elektrode, deren Rand
den Anschlußkontakt bildet, und einer aus dem Becher herausragenden mittleren Stabelektrode.
Neben dieser vorzugsweisen Ausführungsform
kann die erfindungsgemäße
Batterie auch aus anderen elektrochemischen Elementen aufgebaut werden. Hierzu gehören
Trockenelemente in Form von Flachelementen. Üblicherweise werden mehrere dieser
Elemente zu einer Batterie vereinigt, die einen Anschlußkontakt in Form des Randes
des rechteckigen Elektrodenbechers und einen inneren Anschlußkontakt besitzt. Eine
weitere Form elektrochemischer Elemente, die für den Aufbau der erfindungsgemäßen
Batterie verwendet werden können, sind becherförmige; gasdichte, alkalische Akkumulatoren,
in denen der Becherrand einen Anschlußkontakt bildet und ein überstehender mittlerer
Kontakt vorhanden ist. Ebenso können andere, beispielsweise rechteckige Formen der
bekannten gasdichten elektrischen Akkumulatoren sowie anderer Akkumulatoren verwendet
werden, Die F i g. 1 zeigt eine gedruckte Schaltung zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Trockenbatterie; auf der 12 Einzelelemente zu einer Batterie zusammengeschaltet
werden können: Die Schaltplatte 1 ist bereits durch ein bekanntes fotochemisches
Ätzverfahren mit den Kontaktbahnen 2 versehen, die nach dem Aufbringen. der Isolationsstreifen
3 mit Zinnüberschuß verzinnt werden. Die Kontaktbahnen 2 umgreifen die Bohrungen
5 für die Elektroden 6. An den Enden 4 der Kontaktbahnen 2 werden nach dem Einsetzen
der Einzelelemente die Becherränder der in der Serienschaltung folgenden Elemente
verlötet. Die Isolierstreifen 3 an den Kontaktbahnen 2 sind so angeordnet, daß beim
Einsetzen des Einzelelements deren Becherrand auf dem Isolierstreifen liegt, wenn
die positive Elektrode in die Bohrung 5 eingreift, die von der Kontaktbahn 2 umschlossen
wird. Auf diese Weise wird verhindert, daß an der Kontaktbahn 2 das einzelne Element
in sich kurzgeschlossen wird. Die beiden Kontaktbahnen 8 und 9 dienen als Anschlußpunkte
für die Gesamtbatterie.
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- Die F i g. 2 stellt einen Schnitt durch die F i g. 1 dar und zeigt
die mit Zinnkuppen versehenen Kontaktbahnen 2, welche die Bohrungen 5 umschließen.
' In die Bohrungen 5 werden die Metallkappen 10 an den Enden der positiven
Elektroden 6 der Einzelelemente eingesetzt, so daß die Metallkappe 10 im
Bereich der unmittelbar umgebenden verzinnten Kontaktbahn 2 liegt. Andererseits
ruht der Rand 7 der becherförmigen äußeren negativen Elektrode ebenfalls in einem
verzinnten Bereich auf der Kontaktbahn 2. Danach wird, wie bereits oben beschrieben,
die Verflüssigung des Zinns und damit das Verlöten in einer induktiven Erwärmungsanlage
durchgeführt.
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Dabei stehen die einzelnen Elemente mit der herausragenden positiven
Elektrode 6 und dem Rand 7 des Metallbechers nach unten. Bei der Verflüssigung des
Zinns rutschen die Zellen unmittelbar auf die Kontaktbahn 2 herunter: Das Zinn umgibt
auf diese Weise sowohl die Metallkappe 10 als auch den Zinkbecher seitlich, wodurch
eine einwandfreie Verlötung sichergestellt ist.
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Die F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Trockenbatterie mit
einer gedruckten Schaltung entsprechend F i g. 1. Die Becherränder 7 und die positiven
Kohleelektroden 6, die an einem Ende eine Metallkappe 10 tragen, sind durch Lötverbindung
mit den Kontaktbahnen 2 verbunden.