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Galvanische 9 Element, insbesondere elektrischer Akkumulator Die
Erfindung betrifft ein Galvanisches Element, insbesondere einen elektrischen Akkumulator,
mit Wickelelektrodensatz, bestehend aus positiver und negativer Elektrode mit zwischenliegender
Separation, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses galvanischen Elementes.
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Es ist bekannt, die Becher von galvanishen Elementen nach Einführung
des Elektrodenwickels mit Hilfe mechanisher Vorrichtungen zusammenzupressen. In
der französischen Patentschrift 1 343 759 ist ein Verfahren beschrieben, das ein
Abwickeln des eingeführten Elektrodenwickels und somit eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes
dadur verhindert, daß der Becher auf den Elektrodenwikkel gepreßt wird. Zu diesem
Zweck durchläuft der Becher ein Ziehzizen odr wird mittels einer Presse oder durch
Drücken auf der Drehbank zusammengepreßt. Durch die geringe Verengung und besonders
durch die Streuung der Dicke des Elektrodenmaterials kommt es vor, daß der Elektrodenwickel
sich unter Stoßeinwirkung seit;-lich verschieben kann.
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Die französische Patentschrift 1 411 162 beschreibt ein Verfahren
zur Vermeldung dieser seitlichen Verschiebung. Zwischen Deckel und Elektrodenwinckel
sind Plastikstücke eingelegt und der Zylindermantel ist teilweine mit der äußeren
Windung des Wickels verschweist. Eine solche Befestigung ist besonders wichtig,
wenn das galvanische Element Vibrationen oder sehr starken Beschleunigungen ausgesetzt
ist.
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In der letztgenannten Patentschrift ist sußerdem beschrieben, wie
die Fahnen der negativen Elektroden, die sich am Boden des Behälters befinden, angeschweißt
sind. hierzu wird eine Elektrode des Schweißgerätes in die Mitte des Elektrodenwickels
eingeführt, die andere Elektrode wird außen am Boden des Bechers befestigt. Sine
solche Verschweißung ist schwierig herzustellen und beansprucht relativ viel Zeit.
Sie ist Jedoch nötig, um einen elektrischen Kontakt längs der gesamten Länge der
negativen Elektrode mit dem als negative Anschlußklemme dienenden Becher zu erhalten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der
bekanten Anordnung zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird dies dadruch erreicht, daß der Elektrodenwickel
in einem metallischen Becher angeordnet ist, dessen innere Manteloberfläche nach
plastischer Verformung durch Einwirkung eines radialen Kräftefelden, vorzugsweise
eines elektromagnetischen Kräftefeldes, eng unter elektrisher Verbindung an der
Oberfläche der iußeren Elektrode des Wickels anliegt.
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Die Zusammenpressung kann dabei aud mechanishem Wege unter Zunilfenahme
eines nicht zusammendrückbaren Stoffen, wie z,B. Wasser oder Kautschuk, erfolgen.
Vorzugsweise wird jedoch die Zusammenpressung auf elektromagnetischen Wege erfolgen,
indem ein impulsförmigen magnetischen Feld auf den leitenden Becher einwirkt und
eine magneto-plastiche Verformung $hervorruft.
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Auf diese Weise schmiegt sich der Bechermantel an alle @nregelmässigkeiten
der Oberfläche den Elektrodenwickels an. Die durch das Kräftefeld hervorzugerufene
radiale Zusammenpressung erfolgt mit konstantem Druck gegebener Größe und die Amplitude
der palstischen Verformung wird nur durch den Widerstand des Elektrolenwickels bestimmt.
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Auf diese Weise erhält man einen guten elektrischen Kont@ - zwischen
der äußeren Windung den Elektrodenwickels und der inneren metallischen
Becheroberflächen
und ein Anschwießen dieser Windung an den Becher er@brigt sich. Da sich der Rechermantel
eng an die Unregelmäßigkeiten der Wickeloberfläche anschmiegt, ist der Elektrodenwickel
durch Reibungskräfte im Inneren des Bechers fest eingeklemmt.
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An die den Elektrodenwickel überragende Seite einer Elektrode ist
ein Deckel angeschweißt, der den Becher nach erfolgter Zusammenpressung tihnchließt
und als Anschlußklemme dient. Die elektrische Isolation zwischen Deckel und Becher
übernimmt ein auf den Deckel aufgebrachtes Rand aus Isoliermaterial.
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In einer weiteren Ausführungsform besitzt die äußere Elektrode F@hnen,
die vor der Einführung des Elektrodeswickels in den Becher um die äüßere Windung
des Elektrodenwickels gelegt werden. Nach der Zusammenpressung des Bechers dienen
diese Fahnen als zusätzliche Befestigung des Elektrodenwickels im Becher und gleichzeiti;
als elektrische Verbindung der äußeren Elektrode mit dem Becher.
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Im folgenden ist nahand der Figuren die Erfindung näher erläutert.
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Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitte des galvanischen Elementen
vor dem Zusammenpressen.
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Figur 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II - II der Figur 1.
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Figur 3 zeigt einen Längsschnitt des galvanischen Elementes nach dem
Zusammenpressen. Dabei sind die plastischen Verformungen übertrieben groß eingezeichnet.
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Figur 4 den Schnitt längs der Linie IV - IV der Figur 3.
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Figur 5 zeigt in Vergrößerung eine Einzelheit aus Figur 1.
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Die Figuren 6, 7, 8 und 9 zeigen entsprechende Schnitte bei einer
reiteren Ausführungsform der Zelle. die Figuren 1 und 2 zeigen den im Becher 11
angeordneten Wickelelektrodensatz 10, bestehend aus negativer Elektrode 13, positiver
Elektrode
14 und den beiden Separatoren 15 und 16. Bei der letzten Windung ist die negativbe
Elektrode 13 gegenüber der positiven Elektrode 14 verlängert ausgeführt.
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Die beiden spiralig aufgewickelten Elektroden sind in Längsrichtung
auseinandergezogen. Am Boden des Bechers überragt die negative Elektrode den Wickel,
während im oberen Teil des Bechers die positive Elektrode iibersteht. Dieser hervorstehende
Teil 14 a der Elektrode 14 ist an einen metallischen, elektrisch leitenden Dekkel
17 anschweißt. Dieser Deckel stallt die positive Anschlußklemme dar. Die negative
Anschlußklemme stellt der metallische Becher 11 dar, der elektrisch leitend mit
der äußeren Windung der Elektrode 13 verbunden ist.
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Der Wickel 10 ist auf den Boden des Bechers 11 gepreßt. Der mit einem
Rand 17 a versehene Deckel 17 paßt in das Innere des Bechers 11. Ein ringsförmiges
isolierendes Kunstof fband 19 umgibt den Deckel 17 und verhindert die elektrische
Leitung nach der Zusammenpressung des Bechers 11 auf den Deckel 17.
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Die plastische Verformung des Bechermantels (siehe Figuren 3 und 4)
ensprechend der Oberfläche des Wickels wird vorzugsweise durch Anlegen eines Kräftefeldes
mit radialen Druckkomponenten hervorgherufen. Dieses Kräftefeld, das auf den leitenden
Becher wirkt, wird durch ein impulsförmige magnetische Feld hervorgerufen.
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Bekannt ist, daß ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld in
einem leitenden Material Wirbelströme hervorruft. Dieses leitende Material ist also
nach Laplace Kräften unterworfen, die einem allseitigen Druck gleichkommen. Eine
metallische plastisch verformbare Hohlform kann sich also durch dienen Druck den
Unebenheiten das entsprechenden Stempels eng anschmiegen.
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Im vorligenden Fall wird das impulsförmige magnetische Feld um den
Becher dadurch erzeugt, daß eine Induktionspule kurzzeitig
an eine
Kondensatorbatterie angeschlossen wird. Um die Energieverluste durch Streuung klein
zu halten, wird das magnetische Feld nur auf das erforderliche zylindrische Volumen
konzentriert.
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In einer praktischen Ausführung beträgt die Impulsdauer des magnetischen
Feldes nur einige Zehntel bis einige Hundertstel Mikrosekunden. Dabei ist das magnetische
Feld auf ein zylindrisches Volumen von 25 mm Höhe konzentriert und der sich darin
befindliche Becher besitzt höchstens ein Spiel von 1 mm innerhalb der Vorrichtung.
Um die Zusammenpressung des Bechers zu verwirklichen, kommen Energiemengen von 4
bis 12 kWs in Frage. Um eine unnötige Erwärmung zu vermeiden, wird das elektromagnetische
Feld nur sehr kurzzeitig angelegt.
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In einem Ausführungsbeispiel bestand der Becher 11 aus vernickeltem
Stahlblech von 0,4 mm Dicke und besaß einen Durchmesser von 22 mm. Die Verengung
lag in der Größenordnung von zviei bis drei Zahntel mm.
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Die Figuren 3 und 5 zeigen, daß nach der Zusammenpressung die innere
Manteloberfläche 11 a des Bechers 11 sich sehr eng an die Unebenheiten der außersten
Windung 13 a des Wickels schmiegt. Am Ende 13 b der äußersten Windung der Elektrode
17> ist eine Einkerbung 11 b im Becher entstanden. Gleichzeitig mit der Zusammenpressung
der inneren Manteloberfläche des Bechers auf die äußere Oberflache: des Wickels
wird der obere Teil des Bechermantels gegen den mit Isolierband 19 versechenen Deckel
17 gepreßt und es entsteht Kerbe 11 c im Becher.
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Gemäß der Ausführungsvariante nach Figur 6 bis 9 trägt die Elektrode
13 die Fahnen 20 und 21, die vor dem Einführen des Wickels 10 in den Becher 11 gegen
die äußere Oberfläche des Wickels gelegt sind. Diese Fahnen dienen als Stromführung
und sind nach der Zusammenpressung, wie die Figuren 8 und 9 zeigen, fest gegen die
innere Manteloberflache 11 a des Bechers 11 gepreßt und rufen in des-:3en Manteloberfläche
die Einkerbungen 11 g bis 11 i hervor. Diese
Anordnung ist vorteilhaft
in den Fällen, in denen die Elektrode 13 sehr lang ist und schnelle Entladungen
vorkommen. in diesen Fall genügt es nicht, daß die äußere Windung der Elektrode
13, selbst unter Voraussetzung eines engen Kontaktes dieser Windung mit dem Becher
11, den Strom allein liefert.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß der
als Stempel fiir die Verformung des Rechers dienende Wickel an allen Stellen durch
eine entsprechende spezielle Feldverteilung einem gleichen Druck unterliegt.
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Da der Becher sich sehr eng an die durch die Verlängerung der Elektrode
13 und die stromführenden Fahnen hervorgerufenen Unebenheiten der äußeren Wickeloberfläche
schmiegt, ist der Elektrodenwickel fest im Becher eingeklemmt. Dadurch entfällt
das sonst iibliche Anschweißen der äußeren Elektrode an den Becher.
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- Patentansprüche -