DE1956779A1

DE1956779A1 - Elektrodenhuelse fuer ein rundes galvanisches Primaerelement und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1956779A1
Application number: DE19691956779
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Fuellenbach; Christof Friedrich Georg
Original assignee: VARTA GmbH
Current assignee: VARTA GmbH
Priority date: 1969-11-12
Filing date: 1969-11-12
Publication date: 1971-05-27
Also published as: AT297819B; NL7014908A; BE758854A; CH518628A; FR2094781A5; ZA707438B

Description

Reg.-Nr. PP 144 a Frankfurt am Main, den 7.November 1969

PT -- Fnn/HBn.

VARTA Gesellschaft mit beschränkter Haftung 709 Ellwangen / Jagst

Elektrodenhülse für ein rundes galvanisches Primärelement und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Galvanische. Primärelemente mit einer negativen Lösungselektrode werden zur Zeit nach zwei bevorzugten Verfahren hergestellt, die Fachleuten als Pasten- bzw. Papierfutter-Verfahren geläufig sind.

Beide Verfahren verwenden im wesentlichen'einen im Handlöt-_f Tiefzieh- oder Fließpreß-Verfahren hergestellten Metallbecher, beispielsweise Zinkbecher, sowohl als elektrochemisch aktiven Bestandteil als auch als Eleraentbehälter.

In der deutschen Patentschrift 360 769 ist eine Taschenlarapenbatterie (Flachbatterie) beschrieben, bei der die Zinkelektroden aus Blechstreifen bestehen, die in schraubengangförmigen Windungen um den Elektrolyten gewickelt Bind und deren äußere Enden Polfahnen bilden, die mit der Kohlenelektrode des benachbarten Elements leitend verbunden sind.

Die deutsche Patentschrift Nr. 413 846 beschreibt ein Primärelement mit um eine zentrale positive Elektrode spiralig angeordneter bandförmiger Elektrode, wobei das in mindestens zwei vollen Windungen übereinander aufgewickelte Elektrodenbnnd an der inneren Windung von unten schräg nach oben steigend abgeschnitten ist.

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Die Nachteile dieser bekannten Konstruktionen liegen darin, daß die gewickelte Zinkhulse keine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist und überdies undicht ist, so daß ein besonderes Gehäuse oder Stützmittel für die Lösungselektrode erforderlich wird.

Ferner bieten sie keine Möglichkeit einer rationellen und schnellen Fertigung.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Elektrodenhülse für ein rundes galvanisches Primärelement aufzufinden, die die genannten Nachteile nicht aufweist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Hülsenkern aus einem schraubengewickelten Metallband, vorzugsweise Zinkband, besteht, der außen von einer gewickelten Doppelbahn aus Papier umgeben ist.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die äußere Papierbahn zumindest auf einer Seite mit Kunststoff, beispielsweise mit einer PVC-Folie kaschiert ist, weil dadurch die Lecksicherheit des Trockenelements wesentlich erhöht wird ^

Bevorzugt ist das Metallband derart gewickelt, daß die Ränder des Metallbandes aneinanderstoßen; die Hülse weist dann eine besonders glatte Oberfläche aus. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, die Hülse durch überlappendes Wickeln bzw. aus mehreren Lagen Metallband übereinander zu formen.

Um die Durchführung späterer Fertigungsschritte zu erleichtern, ist die eine Öffnung der Hülse durch eine aufgefalzte Scheibe, deren Innenseite lackiert ist, flüssigkeitsdicht verschlossen.

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Eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit wird dadurch erreicht, daß sich auf der Innenseite der metallischen Hülse bereits ein ebenfalls schraubengewickeltes Elektrolytpapier befindet.

Die Festlegung und Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Elektrolytpapiers bei der Weiterverarbeitung der Elektrodenhülse ist dann gegeben, wenn das Elektrolytpapier zwischen dem Metallband und einem weiteren schraubenförmig gewickelten Papierband angeordnet ist.

Eine weitere Ausführungsform für die Elektrodenhülse sieht vor, daß das Metallband aus einem zumindest auf einer Seite mit elektrochemisch aktiver Masse bedeckten Trägerband besteht.

Die Abdichtung und die Festigkeit der Hülse wie auch ihr Aussehen werden wesentlich verbessert, wenn die einzelnen Bänder derart übereinander gewickelt sind, daß das nachfolgende Band die aneinanderstoßenden Ränder des vorhergehenden Bandes voll überdeckt; aus dem aufgezeigten Grund ist es sehr zweckmäßig, die Breite aller Bänder gleich groß zu wählen.

"β* ♦ Der Stoß des schraubenförmig aufgewickelten Metallbandes ist in einer weiteren vorteilhaften Form durch ein umlaufendes Klebeband, beispielsweise aus Tesafilm (WZ), flüssigkeitsdicht überdeckt. Die Hülsen werden am Boden bordiert und

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mit einem profilierten, vorzugsweise aus oberflächenbeharideltem Stahlblech bestehenden Deckel, mit "C-FaIz oder Doppelfalz am Boden verschlossen. In den derart gefertigten Becher wird gemäß bekanntem Pasten- bzw. Leclanche-Verfahren der Außenelektrolyt und eine mit Kohlestift versehene Elektrode eingegeben, und der Becher oben mit Distanzscheibe und Bitumen- verschlossen bzw. bei vorheriger Innenbeschichtung

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mit Papier der Elektrodenkörper eingeführt, der Kohlestift eingebracht, die Puppe durch entsprechende Hilfsmittel mit Stift und Wandung formschlüssig verbunden, und die Zelle oben mit Distanzscheibe und Dichtungsmittel abgeschlossen.

Die so entstandene Zelle kann durch äußere Etikettierung, Umhüllung mit einem Plastic-Becher oder Stahlmantel in die Form der handelsüblichen elektrischen Zelle oder Batterie gebracht werden.

Unter dem. Begriff "Metallband" ist nicht nur eine kompakte, praktisch porenfreie Folie zu verstehen; auch metallische Sinter- und Preßbänder, Netz- und Fließbänder, wie auch perforierte Bänder, eignen sich für den vorgesehenen Zweck.

Verfahren zur Herstellung von Hülsen sind an sich aus der Verpackungsindustrie her bekannt. Dort findet die Schraubenwickel- und Hülsenverschlußtechnik vielfache Anwendung,

Unter erfindungsgemäßer Verwendung von sogenannten Spiralwickelmaschinen wird zwecks Herstellung der Elektrodenhülsen ein vorzugsweise auf seiner nach außen weisenden Oberfläche aufgerauhtes Metallband, beispielsweise Zinkband, auf einen Wickeldorn schraubenförmig aufgerollt und hintereinander ein beidseitig mit einem Klebemittel versehenes Papierband sowie ein papierenes Deckband auf das Metallband aufgebracht, das dreischichtige Hülsenrohr zu Einzelhülsen aufgetrennt und anschließend das eine Ende der Einzelhülsen flüssigkeitsdicht verschlossen.

Will man Papierfutterelemente herstellen, so ist es zweckmäßig, vor dem Aufwickeln des Metallbandes ein Papierband, dessen dem Wickeldorn zugekehrte Seite mit einem Gleitmittel versehen wird, und anschließend auf dieses Band ein auf beiden Seiten mit Elektrolytpaste beschichtetes Papierband aufzurollen.

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Ira einzelnen wird das erfindungsgeraäße Verfahren derart ausgeführt, daß die schraubenförmig gewickelten Bandbahnen auf dem Wickeldorn durch einen umlaufenden Wickelriemen zu einem Ro.hr verpreßt werden, das verfestigte Rohr vom Wickeldorn stetig auf einen gleichsinnig und mit gleicher Geschwindigkeit rotierenden, im Wickeldorn gelagerten Beschneidedorn geschoben wird, der synchron mit einem Messerwagen in seiner Längsachse hin und herbewegt wird, wobei in der ausgefahrenen Stellung der vorderste Teil des Rohres durch die Rollenmesser des Wagens in einzelne Elektrodenhülsen zerlegt wird und ansehliessend diese Hülsen einseitig flüssigkeitsdicht verschlossen werden.

Beispiel 1

Anhand der Figuren 1 bis 7 soll die Herstellung einer Hülse für Pastenzellen näher aufgezeigt werden.

Nach Figur 1 werden von Bandrollen in der Reihenfolge Zinkband 1.1 als Grundbahn, Papierband 1.2 als Leimträger allseitig beleimt und als Deckbahn ein trockenes Papierband 1.3 um den in Lager 1.4 festverankerten Wickeldorn 1.5 bis zur Umschlingung 1.6 des Wickelriemens 1.7 gewickelt. Hierbei

wird das Zinkband 1.1 auf der dem Wickeldorn 1.5 zugekehrten Seite zur Verminderung der Reibung mit einem Gleitmittel bestrichen. Die gegenüberliegende Bandfläche wird zur Verbesserung der Klebewirkung durch eine im Gegenlauf zur Bandbewegung rotierende Stahldrahtbürste 1.8 gereinigt und aufgerauht. Das Papierband 1.2 v/ird im Tauchverfahren durch den Leimbehälter 1.9 gezogen, hierbei allseitig beleimt und überflüssiger Leim auf der Auslaufseite durch verstellbare Rakelleisten 1.10 abgestreift.

Gemäß Figur 2 sollen die einzelnen Bänder hierbei so zu liegen kommen, daß die Randstöße 2.1 des Zinkbandes 1.1 vom Band und dessen Randstöße 2.2 wiederum vom Band 1.3 überdeckt werden.

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Je nach Schräglage bzw. Breite der Bänder zum Wickeldorn kommen die Ränder der 'Bandbahnen gestoßen - Figur 3 - oder überlappt - Figur 4 - zu liegen. Der mit einer Wicklung den Wickeldorn umschlingende Wickelriemen 1.7, ein endloser Leder- oder Seweberiemeh, wird durch zwei gegenüberliegende Rollen 1.11 angetrieben. Diese Rollen sind auf einem drehbaren Support 1.12 gelagert, der entsprechend der Wicklungssteigung ebenfalls im Winkel zum Wickeldorn 1.5 verstellt werden kann.

Die von der Umschlingung 1.6 des Wickelriemens 1.7 erfaßten drei Bandbahnen werden in der Reihenfolge 1.1, 1.2, 1.3 um den Wickeldorn 1.5 fest aneinandergepreßt und zu einem endlosen Tubus 1.13 verleimt. Dieser Tubus schraubt sich infolge der Zugrichtung des Wickelriemens 1.7 kontinuierlich am Wickeldorn entlang und schiebt sich über den Beschneidedorn 1.14. Dieser Beschneidedorn ist im Wickeldorn 1.5 gelagert und rotiert mit der Drehgeschwindigkeit"des Tubus 1.13. Gleichzeitig bewegt er sich zusammen mit dem Messersupport 1.15 in seiner Längsachse synchron hin und her. Während der Bewegung in Richtung A (Arbeitsbewegung) senken sich die am Support 1.15 gelagerten Rollenmesser 1.16. Sie drücken fest auf den Beschneidedorn 1.14 und trennen vom Tubus 1.13 kurze Hülsen 1.17 ab. Am Ende dieser Bewegung heben sich die Rollenmesser^i.16 vom Beschneidedorn ab. Support 1.15 -und Beschneidedorn 1.14 kehren ,in ihre Ausgangsstellung zurück. Der kontinuierlich nachfolgende endlose Tubus 1.13 schiebt die Hülsen 1.17 vom Beschneidedorn 1.14 auf eine Transporteinrichtung 1.18, die sie der weiteren Verarbeitung zuleitet.

Im weiteren Verlauf wird die Hülse am unteren Ende beispielsweise gemäß Figur 5 bordiert, nach Figur 6 mit einer innenlackierten Bodenscheibe 6.1 versehen und mit dieser durch Falzung verbunden. In diesen so gebildeten Becher werden entsprechend dem Pastenzellenaufbau - wie in Figur 7 gezeigt flüssiger Elektrolyt 7.1 eingedüst, die Puppe 7-2 eingesetzt, eine Zentrierscheibe 7.3 auf den Kohlestift der Puppen aufgesetzt und der Elektrolyt eingedickt.

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Beispiel 2

Die Herstellung einer Hülse für Papierfutter-Zellen wird schematisch in den Figuren 8 und 9 wiedergegeben. Im wesentlichen entspricht das Verfahren dem Fertigungsablauf nach Beispiel 1. Y/ährend bei der Pastenzelle zwischen der Puppe und der Lösungselektrode (Zinkrohr) ein verdickter Elektrolyt (Paste) als Ionenleiter verwendet wird, übernimmt diese Funktion bei der Papierfutter-Zelle ein mit Elektrolytpaste kaschiertes Papier. . - ".....

Entsprechend diesem Zellenaufbau wird gemäß Figur 8 um den Wickeldorn 8.0 ein Papierband 8.1, das auf der dem Dorn züge- i kehrten Seite zur Milderung der Reibung mit einem Gleitmittel bestrichen ist, als Grundbahn gewickelt. Es folgt das Papierband 8.2 als Elektrolytträger. Dieses Band wird durch einen im Behälter 8.6 befindlichen Elektrolyten und zwei Rakelleisten 8.7 gezogen und dadurch allseitig gleichmäßig mit Elektrolytpaste beschichtet. Auf dieses Band 8.2 folgt das aus dem Metall der Lösungselektrode bestehende Band 8.3» das zur Erreichung einer besseren K^ebefähigkeit beidseitig "clurch rotierende Drahtbürsten 8.8 aufgerauht wird. Ihm folgt das Papierband 8.4 als Leimträger. Dieses Band wird in der Beleimungsvorrichtung und durch die Rakelle-isten 8.10 allseitig gleichmäßig mit Kleber beschichtet. Abschließend wird das Papierband 8.5 als Abdeckschicht um die so entstandene Röhre gelegt. Der weitere Ablauf ist in Beispiel 1 bereits beschrieben.

Entsprechend dem Papierfutter-Zellenaufbau werden - wie in Figur 9 gezeigt - in den so gebildeten Becher ein zylindrischer Masse-Preßling 9·1 eingesetzt, ein Kohlestift 9.2 eingedrückt, 'eine Abdeckscheibe 9·3 aufgesetzt und festgepreßt.

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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren v/eist den Vorteil der kontinuierlichen Fertigung auf. im Gegensatz zu den bekannten diskontinuierlich arbeitenden Verfahren, die einer meist maschinendynamisch bestimmten oberen Grenze der Arbeitsgeschwindigkeit unterliegen; gemäß der Erfindung gelingt es, den Ausstoß an Elektrodenhülsen in der gleichen Zeit bis auf das mehrfache zu erhöhen.

Dieses Verfahren eignet sich übrigens nicht nur zur Herstellung üblicher Primärelemente, wie beispielsweise Zink-Braunstein-Elemente, sondern auch zur Herstellung anderer stromliefernder elektrochemischer Systeme, von denen ein Elektrodenmaterial aufgrund seiner metallurgischen Eigenschaften nicht lötfähig oder schweißbar oder tiefziehfähig ist, sondern, lediglich im Bandwalzverfahren bearbeitet werden kann. Es ergeben sich somit erfindungsgemäß Varianten der als sogenannte Sandwich-Werkstoffe bekannten Halbzeuge, bei denen der elektrochemisch aktive Stoff auf einen Trägerstoff höherer Festigkeit und/oder Beständigkeit oder größerer Billigkeit ^aufgebracht wird; als Beispiele seien Bänder aus Stahllegierungen, Nickel, Aluminium und Magnesium genannt. *

Patentansprüche

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OBiGiNALiNSPECTEO

Claims

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■Reg.-ITr. PP 144 a Prankfurt am Main, den 7. November 1969

Patentansprüche

Elektrodenhülse für ein rundes galvanisches Primärelement mit einer durch Aufwickeln eines Bandes hergestelltten negativen Lösungselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkern aus einem schraubengev/ickelten Metallband, vorzugsweise Zinkband, besteht, der außen von einer gewickelten Doppelbahn aus Papier umgeben ist.

2. Elektrodenhülse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Papierbahn zumindest auf einer Seite mit Kunststoff kaschiert ist.

3. Elektrodenhüise nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des Metallbandes aneinanderstoßen. ***

4. Elektrodenhülse nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Öffnung der Hülse durch eine aufgefalzte Scheibe, deren Innenseite lackiert ist, flüssigkeitsdicht verschlossen ist.

5. Elektrodenhülse nach den Ansprüchen T bis 4ι dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Innenseite der Hülse ein schrnubengewickeltes Elektrolytpapier befindet.

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6. Elektrodenhülse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolytpapierband zwischen dem Metallband und einem weiteren schraubenförmig gewickelten Papierband angeordnet ist.

7. Elektrodenhülse nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband aus einem Trägerband besteht, daß zumindest auf einer Seite mit elektrochemisch aktiver Masse bedeckt ist.

8. Elektrodenhülse nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stöße der Bänder durch außen folgende Bänder voll überdeckt sind.

Verfahren zur Herstellung der in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen Elektrodenhülse, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise einseitig aufgerauhtes Metallband auf einen Wickeldorn schraubenförmig aufgerollt und hintereinander ein beidseitig mit einem Klebemittel versehenes Papierband sowie ein papierenes Deckband auf das Metallband aufgebracht werden, das dreischichtige schraubenförmig gewickelte Hülsenrohr zu Einzelhülsen aufgetrennt und anschließend die Hülsen einseitig flüssigkeitsdicht verschlossen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufwickeln des Metallbandes ein Papierband, dessen dem Wickeldorn zugekehrte Seite mit einem Gleitmittel versehen wird, und anschließend auf dieses Band ein beidseitig mit Elektrolytpaste beschichtetes Papierband aufgewickelt wird.

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11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmig gewickelten Bandbahnen auf dem Y/ickeldorn durch einen umlaufenden Wickelriemen zu einem Rohr verpreßt werden, das verfestigte Rohr vom Wickeldorn stetig auf einen gleichsinnig und mit gleicher Geschwindigkeit rotierenden, im Wickeldorn gelagerten Beschneidedorn geschoben wird, der synchron mit einem Messerwagen in seiner Längsachse hin und herbewegt wird, wobei in der ausgefahrenen Stellung der vorderste Teil des Rohres durch die Röllenmesser des Wagens in einzelne Elektrodenhülsen zerlegt wird und anschließend diese Hülsen einseitig flüssigkeitsdicht verschlossen werden.

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