DE1809601A1

DE1809601A1 - Rundes galvanisches Primaerelement mit einer Kunststoffumhuellung und einer metallischen Loesungselektrode sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1809601A1
Application number: DE19681809601
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wolfgang Brill
Original assignee: VARTA GmbH
Current assignee: VARTA GmbH
Priority date: 1968-11-19
Filing date: 1968-11-19
Publication date: 1970-08-13
Also published as: DE1809602B2; NL6915667A; FR2023590A1; DE1809602A1; DE1809601B2; BE741405A; DE1809602C3

Description

Reg.-Ur. PP 136 a Frankfurt/Main, den 29.10.68

PT - J?nn/lTau.

VARTA

Gesellschaft mit beschränkter Haftung, 709 Ellwangen / Jagst

Rundes galvanisches Primärelement mit einer Kunststoffumhüllung und einer metallischen lösungselektrode sowie Verfahren zu seiner Herstellung.

Primärelemente mit einer Kunststoffumhüllung und mit einer metallischen lösungselektrode sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekanntgeworden, wobei üblicherweise die meist aus Zink bestehende Elektrode als Becher ausgebildet ist, während die Kunststoffumhüllung, oftmals im Verbund mit anderen Wandmaterialien, für die Aufgabe vorgesehen ist, den Austritt von Flüssigkeit durch die Wand der Becherelektrode wirksam zu verhindern.

Bei den bisher vorgeschlagenen Ausführungsformen sind Nachteile zu verzeichnen, die bisher noch nicht beseitigt werden konnten. So wird bei den Becherelektroden der meist sogar verstärkt ausgebildete Boden elektrochemisch überhaupt nicht genutzt. Alle bekannten Ausführungsformen sind trotz zahlreicher Vorsichtsmaßnahmen nicht in jedem Falle auslaufsicher. Dabei erhöhen gerade diese Maßnahmen beträchtlich die Zahl der Einzelteile, aus denen sich das Element zusammensetzt. Weiterhin ist anzumerken, daß sich die bekannten

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Konstruktionen nur für einen ganz bestimmten Elemententyp bzw. für ein bestimmtes elektrochemisches System eignen.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein galvanisches Primärelement aufzufinden, das diese Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß beim erfindungsgemäßen runden Primärelement mit einer Kunststoffumhüllung und einer metallischen Lösungselektrode diese Elektrode als ein die Gegenelektrode und in deren Mitte angebrachter Stromableiter umschließendes Metallrohr ausgebildet ist, wobei die einen aus elektrisch isolierendem Kunststoff bestehenden Deckelteil aufweisende Kunststoffumhüllung den elektrischen Kontakt mit der Lösungselektrode vermittelt.

Im einfachsten Fall besteht mit Ausnahme des Deckelteils die Umhüllung aus einer der Elektrode unmittelbar anliegenden elektrisch leitenden Kunststoffschicht, wobei der Boden dieser Umhüllung einen metallischen Abgriff aufweisen kann.

Bevorzugt sind jedoch Kunststoffbecher, in deren Boden ein beiderseits herausragender, mit der Lösungselektrode in elektrischer Verbindung stehender Abgriff eingelassen ist.

Während die das elektrische System umschließende Kunststoffhülle üblicherweise aus miteinander verbundenen Becher und Deckel besteht, kann es aus fertigungstechnischen Gründen angebracht sein, den den metallischen Abgriff enthaltenden Boden für sich herzustellen und ihn erst anschließend mit

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einer Kunststoffhülse zu einem Becher zu vereinen.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den metallischen Abgriff federnd auszubilden, damit er am unteren Teil des Metallrohrs fest anliegt. Als Material hat sich infolge der Preiswürdigkeit Stahlblech als geeignet erwiesen. Durch Vernickelung, gegebenenfalls mit anschließender Vergoldung, kann man die Korrosionsfestigkeit des Abgriffs wesentlich erhöhen. Für spezielle Ausfüllrungen kann es günstig sein, den Abgriff aus Messing oder Weißblech herzustellen. Manchmal ist es angebracht, den Abgriff aus dem gleichen Metall zu fertigen, aus dem die Lösungselektrode besteht.

Während es ohne weiteres möglich ist, den elektrischen Abgriff als Scheibe mit federnder Wandung einzusetzen, hat es sich aus Gründen einer elastischen Federung wie auch aus Materialer sparnisgründen als günstig erwiesen, den Abgriff als beidseitig hochgezogene Lamelle im Boden des Kunststoffbechers anzuordnen.

Damit dae Einfuhren des Metallrohreε in die Kunststoffhülle erleichtert wird, ist das Rohr nach innen angel;:"rdelt. Das Metallrohr besteht vorzugsweise auc einen: gewickelten Metallband, das durch Punkt-, Schritt- oder Veilsanweisung zu einem mechanisch stabilen Rohr zusammengefügt ist.

Elemente der eriindungsgemäien Art weiser, als at^enelektrcde zur Rohrelektrode sogenannte Depelarisn.·.erfassen, auf, die als Stromableiter fast immer einen Echlesti-t aufweise:.. Di-3er

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dient der Stroinableitung, weshalb der Deckel der KunststoffumhüTlung fest an einer sogenannten Kohlekappe, die das obere Ende des Kohlestiftes umfaßt, anliegt, um das Auslaufen von Elektrolyt mit Sicherheit zu verhindern. In einer Ausführungsform wird die aus elektrisch leitendem Material hergestellte Kohlekappe in den Kunststoffdeckel eingelassen, was z.B. durch Umspritzen der Kohlekappe mit dem vorgesehenen Kunststoff geschehen kann. Einfacher ist es jedoch, die Kappe "beispielsweise durch eine Wärmebehandlung oder durch Kleben an der vorgesehenen Stelle des KunststoffdeckelteilB zu befestigen.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform v/eist der Deckelrand einen Inneriring auf, der unmittelbar auf der Rohrelektrode aufliegt. Man kann auch glatt aufliegende Deckelteile fest mit der Zunststoffumhüllung verbinden, insbesondere dann, wenn diese Verbindung vermittels Ultraschall-Schweißung vorgenommen werden soll.

Das erfindungsgemäße Primärelement v/eist den großen Torteil auf, daß es absolut auslaufsicher ist und deshalb auch in teuren Geräten Verwendung finden kann, bei denen austretender Elektrolyt großen Schaden verursachen würde. Las Element ist billig herzustellen, wobei besondere darauf hingewiesen v/erden soll, daß der bei üblichen Ausführungen vorhandene Elektrodenboden wegfällt und im Gegensatz -zu den bisher bekannten Konstruktionen zahlreiche Einzelteile eingespart werden. Las Element kann in großen Serien in kontinuierlichen Verfahren auf einfache V/eise hergestellt werden und kann

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wahlweise für verschiedene elektrochemische Systeme verwendet werden. Die Erfindung hat für sämtliche Größen von runden Primärelementen große Bedeutung. Dies gilt vor allem für die Zink/Braunstein-Elemente.

Zur eingehenderen Erläuterung der Erfindung sind Zeichnungen "beigelegt, die den Gegenstand und das Verfahren zu seiner Herstellung in schematischer Weise wiedergeben. Die nicht maßstabsgerechte schematische Mg. 1 gibt eine Ausführungsform der Erfindung wieder. Die aus Deckelteil 4 und Becher bestehende Kunststoffumhüllung umfaßt das eigentliche Element, das das Metallrohr 2 enthält, welches über den elektrischen Abgriff 3 mit der Außenseite des Kunststoffbodens in Verbindung steht. Der Deckel 4 drückt die Kappe 5 fest auf den Stromableiter 6, der wiederum eingebettet ist in die elektrochemisch aktive Masse der Gegenelektrode 9. Mit 10 ist der Raum bezeichnet, der für die Aufnahme von Separation und Elektrolyt vorgesehen ist. Auf der Distanzscheibe 8 ist das Dichtungsmaterial 7 aufgebracht.

Während gemäß Fig. 1 die Kappe 5 durch den Deckel 4 fest auf den Kohlestift aufgedrückt ist, zeigen die Fig. 2 bis andere Deckelteil-Ausführungen, von denen die gemäß Fig. 2 und 4 bevorzugt sind. Bei allen Ausführungsformen ist die Kappe 11 bzw. 15 bzw. 19 bzw. 23 unmittelbar in den Kunststoff deckel 12 bzw. 16 bzw. 20 bzw. 24 eingelassen. Die Rohrelektroden sind mit 14 bzw. 18 bzw. 22 bzw. 26 bezeichnet. Während die in Fig. 4 dargestellte Verbindung zwischen Deckelteil 20 und Becher 21 sich für die Massenfertigung anbietet,

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wird gemäß der Ausbildung des Deckelrandes nach Pig, 2 sichergestellt, daß die Rohrelektrode H im Element einen festen Sitz hat und der Deckel besonders gut mit der Umhüllung 13 verbunden ist.

Gemäß Pig. 3 ist das Deckelteil 16 in den Kunststoffbecher soweit eingeschoben, daß es auf der Rohrelektrode 18 aufliegt, nach Fig. 5 wird der Becher 25 vom Deckelrand 24 teilweise umfaßt.

Die Pig. 6 bis 11 geben Einzelheiten über die Kontaktierungsmöglichkeiten zwischen Rohrelektrode und elektrischem Abgriff wieder. V/ährend gemäß Fig. 1 der elektrische Abgriff durch eine Rundscheibe 3 mit hochgewölbtem Rand bewerkstelligt wird, enthält der 3oden des Elementteiles nach Fig. 8 eine in Fig. 9 in Aufsicht gezeigte Stromabnehmerlamelle 36. ITach den Fig. 6 bis 11 ist das untere Ende der Rohrelektrode angebördelt, um vor allem das Einschieben in die Kunststoffumhüllung zu erleichtern, zum anderen aber auch einen guten Kontakt zwischen Rohrelektrode und elektrischem Abgriff zu gewährleisten. Als besonders günstig haben sich die Ausführungsformen gemäß Fig. 7 und 8 herausgestellt, da durch die Ausbildung des in die Kunststoffhülle 31 bzw. 34 eingebetteten Abgriffs 30 bzw. 33 eine gut federnde Kontaktierung 36 mit dem Elektrodenrohr 32 bzw. 35 vorhanden ist. In den Fig. 6, 10 und 11 sind die unten angebördelten Rohre mit 29 bzw. 40 bzw. 44» die Kontaktlamellen mit 27 bzw. 37 bzw. 42 und die Kunststoffhüllen mit 28 bzw. 41 bzw. 43 bezeichnet. Die Kontaktierung erfolgt bei den drei zuletzt

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genannten Ausführungsformen etwas anders als in Pig. 10 mit 39 angedeutet ist, da der hochgebogene Teil des Abgriffs überwiegend in die Kunststoffwandung eingebettet ist. Pfeil A unterhalb der Pig. 8 und Bezugsziffer 38 in Fig. 10 weisen auf eine durch die Innenwand des Bodens und durch die Kante des umgebördelten Rohres gebildete Ringnut hin, die in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest unmittelbar an der Rohrkante mit härtendem Dichtmaterial, beispielsweise aus Bitumen oder einem aushärtenden Zweikomponenten-Kunststoffkleber ausgefüllt ist, um ein Entweichen von Flüssigkeit in den 3ereich zwischen Kunststoffumhüllung und Rohrelektrode zu unterbinden und gleichzeitig das Rohr am Boden zu fixieren.

Bei Verwendung von elektrisch leitenden Kunststoff für die Hülse sind diese Maßnahmen nicht erforderlich, v/erm. man die Folie auf das Metallrohr aufschrumpft.

Für die Ummantelung des Elementes mu£ ein Kunststoff ausgewählt werden, der dem Primärelement eine ausreichende Festigkeit verleiht. Bewährt haben sich unter anderem Polyolefine, Styrol- und Yinylchlorid-Polynerisate. Die Dicke von Deckel- und Bodenbcrcioh beträgt in Abhängigkeit vom Kunststoff und der Größe ά^ε Rundelementes etwa 1 bis 2,5 ^a, die- Dislic des Hantele 0,5 bis 1 mm.

Für die Herstellung der Primärelenente hat eich das nachstehend erläuterte kontinuierliche Verfahren sehr bev.-ah.rt.

Das auf einer Haspel befindliche lie tali cand wird auf einer

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Wickelmaschine, beispielsweise durch Spiralwicklung, in ein unendliches Rohr umgeformt, wobei die Bandränder durch Schweißen miteinander verbunden werden. Nach dem Durchlaufen , einer Ablängeinrichtung gelangt das die geforderte Länge aufweisende Rohr in eine Montagemaschine, die die in einer Kunststoffbecher-Spritzmasehine hergestellten Becher aufnimmt und festhält, das Rohr an einem Ende anbördelt und anschließend in den Becher soweit einschiebt, bis das Rohr fest auf dem Boden aufsitzt und ein guter elektrischer Kontakt zwischen unterem Rohrende und Abgriff hergestellt ist. Danach gelangt das Teil in eine weitere Hontagemaschine» in der die fertigen Puppen in die Hülle eingeschoben werden.

Die Puppen werden in bekannter Weise für die Papierfutter-Ausführung durch einen Preßwickel- und einen Stiftmontage-Automaten oder für die klassische Element-Ausführung durch eine Puppenpresse gefertigt und an die Montagemaschine weitergeleitet. Die Zugabe von Elektrolyt und das Verschließen des Elementes erfolgt in der üblichen Art, wobei das in einem Deckelspritzautomaten hergestellte Deckelteil beispielsweise durch Kleben oder Schweißen, insbesondere durch Ultraschall-Schweißen flüssigkeitsdicht mit dem Kunststoffbecher verbunden wird.

Falls ale elektrolytaufnehmende, elektrisch isolierende Separation eine Ionenaustauscherschicht oder eine andere Binde- und Quellmittel enthaltende Schicht Verwendung finden soll, so wird man diese Schicht schon bei der Herstellung der Rohrelektroden aufbringen. Beispielsweise kann man das Metall-

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band vor dem Wickelverfahren auf seiner später innen liegenden Seite beschichten. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, das Metallrohr nach dem Haftschweißen oder nach dem Ablängen mit der Separationsschicht, beispielsweise durch Aufstreichen oder Aufspritzen zu versehen.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Rundzellen beschränkt. So bietet sich der abgelängte, mit Depolarisator' und Kohlekappe versehene Strangteil dazu an, in Flachbatterien verwendet zu werden. Die aus Kunststoff bestehende Flachhülse enthält zwei bis zum Boden durchgezogene Stege. In die dadurch gebildeten etwa gleichgroßen drei Innenräume werden drei Rohrelektroden eingesetzt, oben über Litzen hintereinandergeschaltet und die Batterie nach Anbringen der Kontaktfedern verschlossene

- Patentansprüche -

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Claims

AO Patentansprüche

1. Rundes galvanisches Primärelement mit einer Kunststoffumhüllung und einer metallischen Lösungselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elektrode als Metallrohr ausgebildet ist und die Kunststoffumhüllung gebildet ist aus einem aus elektrisch isolierendem Kunststoff bestehenden Deckelteil sowie einem Kunststoffbecherteil, der eine elektronenleitende Verbindung mit der lösungselektrode vermittelt.

2. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kunststoffbecherteil ein das Metallrohr von außen umfassender Kontaktabgriff eingelassen ist.

3. Primärelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktabgriff federnd gegen den unteren Teil des Metallrohrs anliegt.

4. Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktabgriff als beidseitig federnde Lamelle ausgebildet ist.

5. Primärelement nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktabgriff aus vernickeltem Stahlblech besteht.

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6. Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr unten nach innen angebördelt ist.

7. Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr aus gewickeltem und miteinander verbundenem Metallband besteht.

8. Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffumhüllung aus miteinander verbundenen, insbesondere verschweißtem Bodenteil, Hülse und Deckelteil besteht.

9. Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Deckelteil eine mit ihm fest verbundene Metallkappe für den Elektrodenstift aufweist.

10. Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckelrand mit einem an der oberen Beclierkante anliegenden Innenring versehen ist.

11. Primärelement nach Anspruch 1C, dadurch gekennzeichnet, da3 der Innenring auf der Oberkante des Metallrohrs aufliegt.

12. Primärelement nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante des Metallrolirs flüssijkeitsdicht an eine härtbare Dichtnasse grenzt.

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13. Verfahren zum Herstellen des in den Ansprüchen 1 bis 12 beschriebenen Primärelementes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band aus dem' Metall der lösungselektrode durch Wickeln und Schweißen zu einem Rohr geformt wird, dieses nach dem verengenden Anbördeln des einen Rohrrandes in einen Kunststoffbecher soweit eingeschoben wird, bis das Metallrohr den am Becherboden eingelassenen elektrischen Abgriff federnd in Richtung auf die Becherwandung zurückdrtickt, worauf in an sich bekannter Weise die Puppe in das Zinkrohr eingebracht und anschließend der mit einer Metallkappe versehene Deckel aufgesetzt und mit dem Kunststoffbecher, vorzugsweise durch Schweißen, insbesondere Ultraschall- oder Hochfrequenz-Schweißung, flüssigkeitsdicht verbunden wird.

14. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband vor dem Wickeln auf einer Seite mit Separations- und/oder JBlektrolytmaterial versehen wird.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschieben des Metallrohrs der Bereich zwischen seinem unteren Innenrand und dem Becherboden mit härtendem Dichtungsmaterial ausgefüllt wird.

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