DE1918725A1 - Becherfoermiger Separator fuer galvanische Primaerelemente mit stabfoermiger metallischer Loesungselektrode sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Reg.-ITr. PP 143 a 'Frankfurt/Main, den 11.4.69

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VARTA Gesellschaft mit beschränkter Haftung 709 Ellwangen/Jagst

Becherförmiger Separator für galvanische Primärelemente mit stabförmiger metallischer Lösungselektrode sowie Verfahren zu seiner Herstellung »''-■

Die Erfindung betrifft einen becherförmigen Separator für galvanisphe Primärelement mit stabförmiger metallischer ■ Lösungselektrode und einer JDepolarisatorpuppe mit elektronischer Ableitung. · ' ' .

Galvanische Primärelemente mit stab- oder becherförmigen Lösungselektroden werden nach Verfahren hergestellt, die den Fachleuten unter den Namen "Pasten-Verfahren" und "Papierfutter-Verfahren (Paperlined-Verfahren)" geläufig sind. Bei beiden Verfahren, die insbesondere zur Herstellung von Zink/ Braunstein-Elementen Verwendung finden, wird ein im Handlöt-, Tiefzieh- oder Fließpreßverfahren hergestellter und als die eine Elektrode dienender Metallbecher oder M_etallhülse als Aufnahmegefäß für den Elektrolyten und die Puppe (Innenelektrode; Depolarisator) eingesetzt.

Bei Durchführung des Pasten-Verfahrens befindet sich zwischen Metallbecher und Puppe ein einige Millimeter breiter Zwischenraum zur Aufnahme des Elektrolyten.

Dieser Zv/ischenraum entfallt bei den Pnpierfutter-Elernenten, da die Puppen in mit Elektrolyt kaschiertem Papier eingewickelt sind. Man kann deshalb die Puppe entsprechend größer, machen und gewinnt dadurch an elektrischer Kapazität. Außerdem. ist der innere Yfiderstand· dieser Elemente wegen der dünneren ElektroLytschicht gering und nonit die Belastbarkeit-höher.

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Bei der Fertigung dieser Elemente treten jedoch Nachteile auf. Vor allem treten beim Einbringen der mit elektrolytka,schiertem Separatorpapier unter stirnseitiger Faltung umwickelten Puppe in den Metallbecher, aber auch beim anschließenden Einpressen des Ableitungsstiftes, sehr leicht durch Papierrisse elektrische Kurzschlüsse auf, die zu einer hohen Ausschußquote führen. Kurzschlüsse treten selbst dann auf, wenn der Außendurchmesser der umwickelten Puppe 'unter Verzicht auf größtmögliche Kapazität beträchtlich kleiner gehalten ist als der Innendurchmesser des Bechers bzw. der Hülse.

Außerdem ist es wegen der mechanischen Anfälligkeit der

umwickelten Puppe nicht möglich, eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit einzuhalten.

Es stellte sich daher die Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen.

Eine praktisch ausschußfreie Fertigung wird gemäß der Erfindung ermöglicht durch die Einführung eines becherförmigen Separators, der aus Separationsraaterial zu einer Hülse gewickelt und verklebt ist, wobei die Hülse an ihrem einen Snde mit einer Bodenscheibe aus gleichem oder anderem Material versehen ist. In einer bevorzugten AusfUhrungsform besteht die Hülse aus einem.unter Übe.rlappung schraubenförmig aufgewickelten Separationsband·

Diese Hülse, die.in ihren inneren Abmessungen der Puppe und in ihren äußeren Abmessungen dem Metallbecher bzw. der Metallhülse voll entspricht, läßt sich sowohl leicht in den Becher als auch auf die Puppe schieben, so daß mit ihrer Hilfe die Fertigung ganz erheblich beschleunigt werden kann. Die Gefahr einer Rißbildung und damit die eines inneren Kurzschlusses im Element 1st bei Verwendung dieses Separationsbechers gleichfalls praktisch ausgeschlossen.

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Dabei hat es sich als besonders günstig für die mechanische „ Stabilität der Hülse erwiesen» wenn sie aus mindestens zwei Bahnen Separationsmaterial schraubenförmig gewickelt ist. Als Material für die Hülse hat eich Separationspapier sehr gut bewährt. .

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die zur Hülse gewickelte Separationsbahn bereits vorher mit einem Trockenelelqtrolyjfcen kaschiert ist; bei Verwendung mehrerer Separationsbahnen hat es sich als besondere günstig erwiesen, wenn die mehrschichti ge Hülse auf und/oder zwischen den Einzelbahnen Trockenelektrolyt

Je nach den an die Elementkonstruktion zu stellenden Anforde rungen besitzt die Hülse eine Bodenscheibe aus Papier, Pappe und ähnlichem Material oder auch aus isolierenden Stoffen, wie beispielsweise Kunststoff.

Ein sehr guter Abschluß der Hülse an ihrem einen Ende ist dann erreicht, wenn dieses Ende eingebördelt ist und eine dem Innendurchmesser der Hülse angepaßte Bodenscheibe auf dem Bördelrand aufliegt.

In den Pig. 2-6 sind die becherförmigen Separatoren bzw. Teile von ihnen schematisch wiedergegeben.

Fig. 2 zeigt einen Separationsbecher 2, der unter Überlappung schraubenförmig zweibahnig gewickelt worden ist. Mit 21 ist die Grundbahn und mit 22 die Elektrolytträgerbahn bezeichnet. Auch die Grundbahn 21 kann mit Trockenelektrolyt versehen sein. In unteren Teil des Bechers ist mit der Bahn 23 ein dreischichtiger Becher angedeutet. In diesem Falle werden bevorzugt beide Bahnen 22 und 23 Trockenelektrolyt in oder zusätzlich auch zwischen sich enthalten. Die Bahnen oder Bänder bestehen vorzugsweise aus für Separationszwecke be kannten und bewährten Papieren.

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Pa eich die Elektrolytka schierung ohne jede Mühe während des Verfahrens zur Herstellung der Becher durchfuhren läßt und dabei eine zusätzliche, sehr erwünschte Klebwirkung auftritt, wird nan diesen Schritt in der Regel während der Herstellung durchführen, obwohl das Separationsmaterial bereits vor seiner Verwendung mit Elektrolyt kaschiert sein kann.

Die Pig·. 3 und 4 zeigen »die bevorzugte Art der Verbindung von Hülse 3 mit Bodenscheibe 31 bzw. Hülse 4 mit Bodennapf ein fester Zusammenhalt kann beispielsweise durch Kleben mit Elektrolytpaste hergestellt werden.

Es ist allerdings auch möglich, gemäß Pig. 5 die Bodenscheibe 51 zum Außennapf umzuformen und über die Hülse 5 zu streifen. Wegen der auftretenden Randwulst wird man deshalb nach einem weiteren Vorschlag lieber das eine Ende der Hülse 6 mit dem Hand der Bodenscheibe 61 auf bekannte Weise gemäß Pig. 6 verbördeln.

Wie bereite ausführlich beschrieben, ist es durch die Verwendung des becherförmigen Separators möglich geworden, den Ausschuß an Trockenelementen ganz wesentlich zu drosseln und die Fertigungszeit erheblich zu verkürzen.

Ein weiterer großer Vorteil ist es ferner, daß dieser Zellenteil einfach.,und mit großer Geschwindigkeit zu fertigen ist.

Grundsätzlich eignen sich dazu alle vor allem aus der Yerpackungsindustrie bekannt gewordenen VTickelvorrichtungen. In den Fig. 1, 7 und 8 sind schematisiert drei Vorrichtungen wiedergegeben, mit denen durch verschiedene Y/ickeltechniken ein vorzugsweise papierener Separationsbecher hergestellt werden kann, in dem ein Band aus Separationsmaterial zu einem dem Puppendurchmesser entsprechenden Hülsenrohr gewickelt,

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verklebt und danach das Hülsenrohr gemäß der Puppenlänge su £inselhülsen aufgetrennt wird. Mit einer Bördelvorrich- · tung wird anschliefiend das eine Ende jeder Hülse massedicht verschlossen,

Bei diesen Verfahren ist es. zweckmäßig, daß vor dein eigentlichen Wickelvorgang Elektrolytpaste auf das Separat^onsband aufgebracht wird. Die Paste wird vom Band gut aufgenommen und kann in vielen Fällen die besondere Verwendung eines Klebemittels überflüssig machen.

In Pig. T ist mit 7 ein Schlitzwickeldorn bezeichnet, in dessen Schlitz die Separationsbahn 71 intermittierend eingeschoben und zu einem Hülsenrohr aufgerollt wird, wie es Pig. 7a im Schnitt zeigt. Die Elektrolytpaste im Behälter 72 wird vermittels einer Pederrolle 73 auf die Bahn aufgetragen.

Pig. 8 bringt - gleichfalls schematisierend dargestellt -eine Vorrichtung, die nach einem Überlappsungs-Wickelverfahren arbeitet. Um den Wickeldorn 8 wird vermittels der Vorschubwalzen 81 und der Andrückwalze 82 eine entsprechend dimensionierte Separationsbahn 83 herumgeschlagen. Der auf dem Randstreifen 84 befindliche Elektrolyt-Pastenkleber stellt von der Andrückwalze 82 an eine feste Verbindung zwischen den Bahnrändern her· Fig. 8a zeigt das Hülsenrohr im Schnitt·

Beide skizzierten Verfahren erlauben die Fertigung der erfindungsgemäßen becherförmigen Separatoren. Dennoch wird ein Verfahren bevorzugt, bei dem das Hülsenrohr durch schraubenförmiges Wickeln zweier Separationsbänder hergestellt und anschließend auf die erforderliche Becherlänge zugeschnitten wird. Die Anwendung dieses Verfahrens führt nämlich zu völlig runden Hülsen und unterscheidet sich dadurch - wie ein Blick ' auf 74 in Fig. 7a bzw. 85'in Fig. Ba zeigt - vorteilhaft von

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den Produkten der vorher "beschriebenen Verfahren; die Kontinuität des Scrhraubenwickelverfahrens und die sehr hohe lertlgungsgeechwlndigkeit bringen weitere Torteile.

Herstellung der becherförmigen Separataren wird derart durchgeführt, daß zwecks Erhöhung der Steifigkeit der Hülse zwei oder mehr Bänder nach wahlweisem Beschichten oder Tränken mit Elektrolyt schraubenförmig auf einen Wickeldorn aufgebracht, danach unter Verkleben zu einem Hülsenrohr durch einen* umlaufenden'Wickelriemen fest aneinander gepreßt werden, das verfestigte Hülsenrohr vom Wickeldorn stetig auf eineg gleichsinnig mit gleicher Geschwindigkeit rotierenden, im \7ickeldorn gelagerten Beschneidedorn geschoben wird,

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der - synchron mit einem Messersupport - in Richtung seiner Längsachse hin- und herbewegt wird, wobei in der ausgefahrenen Stellung der vorderste Teil des .Hülsenrohres durch die Rollenmesser des Hesaersupports in Sinzelhülsen aufgetrennt wird» wonach die einzelnen Hülsen einseitig, beispielsweise durch Elnbördeln einer Bodenscheibe oder Einbringen elnee Innennapfes, massedicht verschlossen werden.

Wegen der hohen Geschwindigkeit des Wickelprozesses und der dabei auftretenden Reibungswärme am Dorn ist es oftmals angebracht, die auf dem V/ickeldorn unmittelbar aufliegende Grundbahn der Separation vor dem Aufbringen auf der Bornseite mit einem Gleitmittel zu versehen.

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Beispiel;

Anhand der Fig. 1 soll das Verfahren noch näher erläutert werden. ■

Von Bandrollen werden ein trockenes Papierband 11 als Grundbahn mit einem wahlweise trockenen oder bereits imprägnierten Elektrolyt-Separator-Papierband 12, das einseitig gleichmäßig mit Elektrolytklebepaste beschichtet ist, spiral- oder besser ausgedrückt schraubenförmig, um den im Lager 13 fest verankerten Wickeldorn 14 gewickelt und gelangt bis zur Umschlingung 15 durch den Wickelriemen 16.

Das Papierband 12 wird im Kaschierverfahren über eine Auftragswalze 17 durch einen Elektrolyt-Klebebehälter geführt, hierbei einseitig gleichmäßig beschichtet, überflüssige Elektrolytpaste durch Abstreifleisten 18 entfernt und aufgewickelt.

Bei Mehrlagen-Wicklung kann das jeweilige Elektrolytpapier-Trägerband (Separator) nach obigen Verfahren durch Anordnung mehrerer Auftragseinrichtungen schraubgev/iekelt werden.

Li a einzelnen Bänder sollen hierbei vorzugsweise so geführt werden, daß die Randstöße jeweils überdeckt zu liegen kommen. Je nach Schräglage bzw. Breite der Bänder zum Wickeldorn (Steigwinkel «£ ) kommen die Bandbahnen gestoßen oder überlappt zu liegen. ·

Der mit einer Wicklung um den Wickeldorn geschlungene Wickelriemen 16 (endloser Leder- oder Geweberiemen) wird durch zv/ei gegenüberliegende Rollen 19 angetrieben. Diese Rollen sind auf einem.,drehbaren Support 110 gelagert, der entsprechend der Wicklungssteigung ebenfalls im Winkel ©6 zum Wickeldorn 14 verstellt werden kann. Die von der Umschlingung 15 des Wickelriemens 16 erfaßten Bandbahnen v/erden in der Reihenfolge um den Wickeldorn 14 fest aneinandergepreßt und zu einem endlosen Tubus 111 verklebt.

Dieser Tubus schraubt sich infolge der Zugrichtung des Wickelriemens 16 kontinuierlich am Wickeldorn entlang und schiebt eich über den Beschneidedorn 112.

Dieser Beschneidedorn ist im Wickeldorn 14 gelagert, er dreht

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sich in der gleichen Umfangsgeschwindigkeit der Schraubendrehung des Tubus 111. -

Gleichzeitig bewegt er sich zusammen mit Messersupport 115 in Beiner Längsachse synchron hin und her. Während der Bewegung" in Richtung "A (Arbeitsbewegung) senken sich die am · Support gelagerten Rollenmesser 114. Sie drücken fest auf den Beschneidedorn 112 und trennen vom Tubus kurze Hülsen ab. Am Ende dieser Bewegung heben sich die Rollenmesser 114 vom Beschneidedorn ab. Support 113 und Beschneidedorn kehren in Ausgangsstellung zurück (Leerlauf). < \ _

Der nachfolgende endlose Tubus 111 schiebt die getrennten Hülsen 115 vom Beschneidedorn auf eine Transporteinrichtung 116, die sie der weiteren Verarbeitung zuleitet.

Im v/eiteren Verlauf wird die gewickelte Papphülse beispielsweise am unteren Ende eingebördelt/mit einer auf den Innendurchmesser abgestimmten, wahlweise imprägnierten Pappscheibe versehen und zu einem Becher (Paper-Cup) verarbeitet.

Je nach Anforderung können für den Bodenverschluß'zusätzlich alle Bördel- und Klebemethoden angewandt werden. '

*- Patentansprüche -

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Claims (12)

1. Reg.-Nr. PP 143 a

   Patentansprüche

   Becherförmiger Separator für galvanische Primärelemente mit stabförmiger metallischer Lösungselektrode und";,darin befindlicher Depolarisatorpuppe mit elektronischer Ableitung, dadurch gekennzeichnet, daß bandförmiges Separationsmaterial zu einer Hülse gewickelt und verklebt ist, wobei die Hülse an ihrem einen Ende mit einer Bodenscheibe bzw. einem Napf verschlossen ist.
2. 2. Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 'daß die Hülsenwandung aus einem oder mehreren unter Überlappung schraubenförmig aufgewickelten Separationsband bzw. -bändern besteht.
3. 3. Separator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsenwandung aus mindestens zwei schraubenförmig aufgewickelten Separationsbändern besteht, wobei zumindest ein Band mit Trockenelektrolyt kaschiert ist. ·
4. 4. Separator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrschichtige Hülsenwandung zwischen den Einzelwänden Trockenelektrolyt enthält.

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5. 5. Separator nach den Ansprüchen 1 "bis 4» dadurch gekenn-;

   zeichnet, daß die Hülse eine Bodenscheibe aus Pappe, , Papier! oder ähnlichem Material besitzt. ' j ··
6. 6. Separator nach den Ansprüchen _r1 bie 4» dadurch gekenn-/ zeichnet, daß die Hülse eine Bodenschelbe oder einen Napf aus einem elektrisch isolierenden Stoff, beispielsweise Kunststoff, enthält. ■

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7. 7. Separator nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse an ihrem einen Ende eingebördelt

   . · iet und die Bodehscheibe auf dem Bördelrand aufliegt.
8. 8. Verfahren zur Herstellung des in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen becherförmigen Separators, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Wickelmaschine zumindest ein Separationsband zu einem dem Puppendurchmesser entsprechenden Hülsenrohr gewickelt und geklebt wird, das Hülsenrohr entsprechend der Puppenlänge zu Einzelhülsen aufgetrennt und anschließend das eine Ende der Hülse massedicht verschlossen wird. ·
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß* auf das Separationsban'd vor dem Wickeln Elektrolytpaste aufgebracht wird. "
10. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekenn-. zeichnet, daß das Hülsenrohr durch schraubenförmiges Wickeln zweier Separationsbänder auf einen Wickeldorn hergestellt wird.
11. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gewickelten Bandbahnen unter Verklebung zu einem Hülsenrohr durch einen umlaufenden Wickelriemen fest aneinandergepreßt, das verfestigte Hülsenrohr vom Wickeldorn stetig auf einen gleichsinnig und mit gleicher Geschwindigkeit rotierenden, ia Wickeldorn gelagerten Beschneidedorn geschoben wird, der - synchron mit einem Messersuppjort ~ In seiner Igngsaonse hin» und herbewegt wird, wobei in der ausgefahrenen Stellung der vorderste Teil des Hjüleenrohres durch die Rollenmesser des Supports in Einzelhülsen'aufgetrennt wird, wonach die Hülsen einseitig massedicht verschlossen werden.
12. 12. Verfahrennach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekenn«® »eichnet, daß die auf dem Wickeldorn unmittelbar aufliegend© Grundbahn der Separation vor dem Aufwickeln auf der Dorneeite mit einem Gleitmittel versehen wird. ^ ■

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