DE1920846A1

DE1920846A1 - Verzoegert aktivierbare elektrochemische Zelle oder Batterie

Info

Publication number: DE1920846A1
Application number: DE19691920846
Authority: DE
Inventors: Powers Jun Gerald P
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1968-04-29
Filing date: 1969-04-24
Publication date: 1969-11-06
Also published as: JPS4810966B1; NL6906533A; CH484525A; FR2007549A1; US3514339A; ES169630U; DE1920846B2; AT287819B; GB1201257A; ES169630Y; BE732199A; SE365347B; DK121494B; NL136426C

Description

Jfraakf urtrA-in »dem 22.4.1969 ι - ^H 31 P 145 -

Patentanwalt ' -

Frankfurt/M.,

Honeywell Inc.

2701 Fourth Avenue South

Minneapolis» Minn., USA

Verzögert aktivierbare elektrochemische Zelle oder Batterie

Gegenstand der Erfindung ist eine verzögert aktivierbar elektrochemische Zelle oder Batterie mit einem Speicherbehälter für den Elektrolyten für die Zeit vor der Aktivierung, wobei zum Zwecke der Aktivierung ein Teil der Wand des Speieherbehälters mit Hilfe eines von einer Sprengstoffladung angetriebenen Zerstörungskörpers zerstörbar ist* Unter einer Batterie soll im Rahmen der Beschreibung eine aus mehreren Einzelzellen zusammengebaute, verzögert aktivierbare und nach der Aktivierung elektrischen Strom erzeugenden Anordnung verstanden werden* unabhängig davon, ob die einzelnen Zellen untereinander in Reihe oder parallelgesehaltet oder irgendwie zu Gruppen zusammengefaßt sind. Es ist üblich, mehrere Einzelzellen zur Bildung einer Batterie übereinanderzustapeln und in geeigneter Weise elektrisch untereinander au verbinden*

Bei bekannten verzögert aktivierbaren elektroehemi-seiiea Zellen wird vor der- Aktivierung der Elektrolyt vielfach unter Druck in einem oder mehreren Behältern gespeichert und muß zur Aktivierung in den die als elektrochemisches Element wirksamen Zellen enthaltenden Raum geleitet werden. Der Elektrolyt kann beispielsweise in einer Glasampulle gespeichert werden, die zerstört wird, oder er ist in einem mit einer Membran oder anderen Dichtung gegenüber der Zelle, bzvi.. den Zellen abgeschlossenen Raum untergebracht, und zur

909845/1160

Aktivierung der Zelle wird die Membran oder Dichtung zerstört oder entfernt. So zeigt beispielsweise die USA Patentschrift 2 8^2 8l4 eine Zelle dieser Art, welche von Hand aktivierbar ist, indem von außen her der Mantel des Elektrolybehälters zerstörbar ist. Eine solche Anordnung ist kaum mittels einer Fernbediehungsvorrichtung aktivierbar. Um eine Zelle durch einen Fernauslöser aktivieren zu können, ist es beispielsweise aus der USA Patentschrift > 2^9 !585 bekannt, eine Lanze oder ähnliches Element z.u verwenden, welches von einer auf beliebige V/eise zündbaren kleinen Explosivladung angetrieben wird und dann die Wand des Elektrolytbehälters durchstößt. Auch diese Anordnung hat sich jedoch als unbefriedigend erwiesen, weil üblicherweise die Lanze in dem von ihr erzeugten Loch in der Trennwand steckenbleibt und damit den Durchfluß des Elektrolyten behindert. Außerdem liegen Teile der Lanze nach der Aktivierung innerhalb des Gehäuses mit den elektrochemisch wirksamen Zellen, so daß die Gefahr besteht, daß diese Teile der Lanze mit den Zellen in Berührung kommen und einen Stromweg bilden, welcher Ausgleichströme zwischen den einzelnen Zellen fließen läßt und damit die Wirksamkeit der Batterie herabsetzt.

Ausgehend von einer verzögert aktivierbaren elektrochemischen Zelle oder Batterie der letztgenannten Art, ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine solche Ausgestaltung und Bemessung von zerstörbarem Wandteil, Zerstörungskörper und Treibladung,, daß der Zer-störungskörper. mit genügender Kraft völlig durch den V/andteii hindurchdringt und die erzeugte öffnung ganz für den Durchfluß des Elektrolyten freigibt.

Als Zerstörungskörper dient vorzugsweise eine Metallkugel, während der zerstörbare Wandteil durch eine Glasscheibe gebildet sein kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sitzt der^; Zerstörungskörper vor der Aktivierung mit Haft- oder Preßsitz in einer mit ihrer Achse auf den zerstörbaren Wandteilung g&richteten Bohrung, Vielehe auf der dem Wandteil abgewandten Seite in einen die Treibladung enthaltenden Raum mündet.

90 9845/1160

Eine besonders günstige Bauform ergibt sich, wenn das Gehäuse der Zelle der Batterie mittels einer flüssigkeitsdichten Trennwand in eine Speicherkammer für den Elektrolyten und eine die Zellen(n) aufnehmende Kammer unterteilt ist, die Trennwand den zerstörbaren Wandteil aufweist, der Zerstörungskörper vor der Aktivierung an der der'Trennwand abgewandten Seite der Zellenkammer gehalten ist und beim Aktivieren durch einen die Zellenkammer durchsetzenden Kanal hindurch auf den zerstörbaren Wandteil und durch diesen hindurch bis in die Elektrolytkammer geschleudert wird.

Zweckmäßig steht der Elektrolyt, beispielsweise flüssiges Ammoniak, im Speicherbehälter vor der Aktivierung unter dem Druck eines Druckgaspolsters.

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf das in der Zeichnung dargestellte AusfUhrungsbeispiel Bezug genommen, welches eine erfindungsgemäße Batterie im Schnitt zeigt.

Das Gehäuse besteht aus einem Zylindermantel 10, dessen Achse in der Zeichnungsebene liegt und dessen Enden durch je eine Platte 11, bzw. 12 verschlossen sind. Wenn im folgenden von einer oberen und einer unteren Platte, bzw. von einer rechten und linken Anschlußklemme die Rede ist, so beziehen sich diese Bezeichnungen nur auf die zeichnerische Darstellung. Die Batterie selbst ist in jeder beliebigen Betriebslage einsatzfähig. In der unteren Platte 12 sind die elektrischen Anschlußklemmen J>6 und j57 befestigt, mit deren Hilfe die Elektroden der im Gehäuse befindlichen Batterie an einen beliebigen äußeren elektrischen Stromkreis -anschließbar sind. Durch eine flüssigkeitsdichte Trennwand 16 wird das Gehäuse in eine obere Kammer Ik und eine untere Kammer 15 unterteilt. Die obere Kammer Ik bildet den Speicherbehälter für den Elektrolyten vor der Aktivierung.

Die untere Kammer 15 enthält einen Stapel in Reihe geschalteter Zellen 18, welche um einen zentralen Träger 20 herum angeordnet sind. Dieser liegt koaxial zum Zylindermantel 10 und erstreckt sich über die gesamte Höhe-der Zellenkammer 15· Der Träger 20 weist eine sich über seine gesamte Länge von der Anschlußplatte 12

909845/1160

bis zur Trennwand 16 erstreckende zentrale Bohrung 21 auf. Zahlreiche über seinen Umfang verteilte und im Abstand längs der Achse ■ des Trägers 20 vorgesehene Löcher 22 im Mantel des Trägers., er-möglichen nach der Aktivierung dem Elektrolyten den Zutritt von der Bohrung 21 in die-einzelnen Zellen 18.

'■ Die Trennwand l6 ist mit einem Mittelloch 24 versehen, welches durch eine zerstörbare Membran 25, beispielsweise eine Glasscheibe verschlossen ist, welche beim Aufschlagen eines harten Ge-• genstandes zerstört wird. Der Durchmesser des Loches 24 und der als zerstörbarer Wandteil der Trennwand dienenden Glasscheibe entspricht etwa dem Innendurchmesser des Trägers 21. Das Loch fluchtet mit der Bohrung 21 des Trägers 20. Bei Zerstörung der

W₁ Scheibe 25 fließt der in der Kammer 14 befindliche Elektrolyt durch die Bohrung 21 und die Löcher 22 in die Zellen l8 und bewirkt die Aktivierung der Batterie. Gleichachsig mit der Bohrung 21.befindet sich in der Mitte der Platte 12 eine Bohrung 30, deren Durchmesser etwas kleiner ist, als der der Bohrung 21 des Trägers 20. Eine Kugel 31 ist mit Haft- oder Preßsitz in die Bohrung 30 eingesetzt. Sie besteht aus einem harten Material, beispielsweise rostfreiem Stahl. Der Durchmesser der Kugel 31 ist etwas größer als der der Bohrung J>0, so daß der Schiebesitz ziemlich fest ist und die Kugel normalerweise, wenn sie nicht einer beträchtlichen Kraft ausgesetzt ist, .in ihrer Lage gehalten ist. Die Kugel befindet sich direkt gegenüber dem zerstörbaren Wandteil 25 am

. anderen Ende der Bohrung 21. Unterhalb der Kugel 31, d.h. auf der dem zerstörbaren Wandteil 25 abgewandten Seite der Kugel, ist eine Treibladung 33 in Form einer kleinen Menge Explosivstoff in einer entsprechenden Ausnehmung der Platte 12 untergebracht. Diese Ausnehmung ist nach außen hin durch eine Kappe 34 verschlossen.

Die Anschlußplatte 12 trägt eine positive und eine negative Anschlußklemme 36, bzw. 37, wobei die Klemme 36 über eine Leitung mit der Oberseite des Zellenstapels l8 und die Klemme 37 mit der Unterseite des Zellenstapels 18 verbunden ist. Die Zellen 18 sind untereinander in Reihe geschaltet, so daß sich bei Aktivierung der Batterie zwischen den Klemmen 36 und 37 eine der Summenspannung der einzelnen Zellen 18 entsprechende Spannung einstellt, deren Höhe von der Anzahl der. Zellen l8 des Stapels abhängt.

909845/1160

Die Treibladung 33 ist nach Art eines Aufschlagzünders ausgebildet, so daß-durch einen mechanischen Stoß auf die Kappe Jk die Ladung zur Explosion gebracht wird. Es können auch andere Zündvor-' richtungen für die Explosionsladung verwendet werden, beispielsweise eine elektrische, wie sie im USA Patent 3 239 385 beschrieben ist. Zweck verzögert aktivierbarer elektrochemischer Zellen ist es, eine · Stromquelle zu schaffen, welche während der Lagerzeit vor der Aktivierung nicht wesentlich geschwächt wird. Eine Zelle dieser Art kann vor der Aktivierung für längere Zeiten ohne merkbare Verringerung ihrer späteren Leistungsfähigkeit aufbewahrt werden. Wird elektrischer Strom benötigt, so läßt sich die Batterie nahezu verzögerungsfrei aktivieren. Dies geschieht folgendermaßen. Trifft ein Schlagbolzen oder dergleichen auf den mittleren Teil der Kappe 34 auf, so explodiert die Ladung 33· Dies hat zur Folge, daß sich hinter der Kugel 31 ein beträchtlicher Druck aufbaut, der sobald er eine genügende Höhe erreicht, die Kugel yi aus der Bohrung 30 herausschleudert. Die Kugel fliegt durch die Bohrung 21, trifft auf die Glasscheibe 25 auf und zerstört diese. Die Geschwindigkeit, welche der Kugel 31 durch die Treibladung verliehen wird, ist so groß, daß die Kugel nach dem Zerstören der Glasplatte 25 weiterfliegt,bis in die Elektrolytkammer 14. Sie verläßt also die Durchflußöffnung 24 zwischen Elektrolytkammer 14 und Zellenkammer 15 und gibt diese völlig für den Durchfluß des Elektrolyten frei. Art und Aufbau der Zellen 18 sowie des Elektrolyten können unterschiedlich sein. So beschreibt "beispielsweise die britische Patentschrift 1 138 717 verzögert aktivierbare Zellen, bei denen als Elektrolyt flüssiges Ammoniak verwendet wird. In diesem Falle wird der Elektrolyt in der Speicherkammer 14 unter dem Druck eines inerten Gases, beispielsweise Argon, gespeichert. Sobald die Membran 25 unter dem Druck der Kugel 3I zerbirst, drückt der Gasdruck den Elektrolyten schnell in die Zellen 18.

Im beschriebenen AusfUhrungsbeispiel wird die Kugel J>\ dazu benutzt, eine Glasscheibe zu zerstören. Stattdessen könnte sie auch .die Wand eines Glas- oder ähnlichen Behälters durchschlagen.

909845/1 160

Claims

Patentansprüche

(TT) Verzögert aktivierbare elektrochemische Zelle oder Batterie mit einem Speicherbehälter für den Elektrolyten für die Zeit vor der Aktivierung, wobei zum Zwecke der Aktivierung ein Teil der Wand des Speicherbehälters mit Hilfe eines von einer Explosivladung angetriebenen Zerstörungskörpers zerstörbar ist, gekennzeichnet durch eine solche Ausgestaltung und Bemessung von zerstörbarem Wandteil (25), Zerstörungskörper (31) und Treibladung (33)* daß der Zerstörungskörper mit genügender Kraft völlig durch den V/andteil hindurchdringt und die erzeugte Öffnung ganz für den Durchfluß des Elektrolyten freigibt.
2. Zelle oder Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zerstörungskörper (31) eine Metallkugel dient.
3. Zelle oder Batterie nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der zerstörbare Wandteil (25) aus Glas besteht.
4. Zelle oder Batterie nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch' gekennzeichnet, 3aß der Zerstörungskörper (31) vor der Aktivierung mit Haft- oder Preßsitz in einer mit ihrer Achse auf den zerstörbaren V/andteil (25) gerichteten Bohrung (30) sitzt, Vielehe auf der dem V/andteil abgewandten Seite in einen die Treibladung (33) enthaltenen Raum mündet.

909845/1160
5· Zelle oder Batterie nach einem der Ansprüche 1 - K, d a durch gekennzeichne,ti daß das Gehäuse (10) der Zelle oder Batterie mittels einer flüßigkeitsdichten Trennwand (ΐβ) in eine Speicherkammer (14) für den Elektrolyten und eine die Zelle(n) (l8) aufnehmende Kammer (15) unterteilt ist,

daß die Trennwand den zerstörbaren Wandteil (25) aufweist und daß der Zerstörungskörper (^l) vor der Aktivierung an' der der Trennwand abgewandten Seite der Zellenkammer (15) gehalten ist und beim Aktivieren durch einen die Zellenkammer durchsetzenden Kanal (21) hindurch auf den zerstörbaren Wandteil (25) und durch diesen hindurch bis in die Elektrolytkammer (1Λ) geschleudert wird.
6. Zelle oder Batterie nach einem der Ansprüche 1 - 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt im Speicherbehälter (14) vor der Aktivierung unter dem Druck eines Druckgaspolsters steht.

7· Zelle oder Batterie nach einem der Ansprüche 1 - 6, d a durch gekennzeichnet, daß als Elektrolyt flüssiges Ammoniak dient.

9 09845/1160