DE2117447A1

DE2117447A1 - Primärelement

Info

Publication number: DE2117447A1
Application number: DE19712117447
Authority: DE
Inventors: Y L Ko; R E Ralston
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1970-04-09
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1971-11-11
Also published as: DE2117447B2; NL151221B; CA959926A; BE765424A; IL36579A; FR2089487A5; IL36579A0; US3663301A; NL7104586A; GB1338780A; JPS557663B1; SE377510B

Description

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DR.-iNG. H. KINKELDEY M«i.»i™.i»e. «

T.i.fon N Tl Γ0/29 67U DR.-ING. W, STOCKMAIR, Αθ. E. (CALPF.iNST. OFTECHN.) T«!»jrai<im· Monopo» MSndi·«

PATENTANWÄLTE Dx . ΓΘΓ .nat .Fl SCher. T.I« 03-28380

p. 3S97 2 11 7 A A 7 ' ^r* April

P. R. Mallory & Co. Inc.
3029 East Washington Street Indianapolis, Indiana, U.S.A.

Primärelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein Primärelement, insbesondere ein Alkali-Trockenelement.

Es sind Alkali-Trockenelemente entwickelt worden, die infolge ihrer stark verbesserten Funktionseigenschaften für viele Zwecke verwendet-werden können, für die Primärelemente vorher im allgemeinen ungeeignet waren.

In vielen Fällen mußte jedoch für eine optimale" Verwendung dieser verbesserten Elemente für die genannten Zwecke infolge abgeänderter Abmessungen gegenüber den bekannten Elementen auch die Konstruktion abgeändert werden. Bei jeder neuartigen Konstruktion \mcL geänderten Abmessung trat stets das Problem einer einwandfreien Abdichtung des Elementes auf, durch die ein Kriechen des Elektrolyten verhindert werden sollte.

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Da sich die genannten Primärelemente bzw. die daraus zusammengesetzten Batterien "bei einmaligem Betrieb aufbrauchen und weggeworfen werden, wenn die in dem Element enthaltenen chemischen Massen im wesentlichen vollständig in einen unbrauchbaren oder nichtaktiven Zustand übergeführt sind, muß bei der Entwicklung derartiger Elemente besonders darauf geachtet werden, daß die Herstellungskosten niedrig liegen.

Bei ijeder Veränderung der Konstruktion oder einer Abmessung zur Anpassung an die durch einen neuen Verwendungszweck. oder -ort bedingten Forderungen mußte stets gewährleistet werden, daß diese neuartige Konstruktion und diese neuen Abmessungen nicht dazu führen, daß der Elektrolyt aus dem Element in unerwünschter Weise austritt oder in jene "Bereiche des Elementes tritt, in denen er unerwünscht ist. Unbeschadet anderer Verbesserungen, die bei der Entwicklung dieser Elemente erzielt wurden, mußte daher stets darauf geachtet werden, den Austritt und das Kriechen des Elektrolyten zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde^ ein Primärelement, insbesondere ein Alkali-Trockenelement, anzugeben, das sich durch eine verbesserte Konstruktion, höhere Stabilität der Betriegseigenschaften und insbesondere dadurch auszeichnet, daß ein Austritt des Elektrolyten ziaa* Außenseite des Elements verhindert ist. Dabei soll die Abdichtung des Elements verbessert und gleichzeitig seine Herstellung mit niedrigen Kosten ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen zylindrischen Metalltopf, der am unteren Sude geschlossen und am oberen Ende offen ist, durch eine im Bereich der Innen-

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Wandung des Topfes angeordnete, ringförmige Füllung, die aus Kathoden- oder Depolarisatormasse besteht, durch eine in der Kathoden- oder Depolarisatormasse angeordnete, ringförmige Auskleidung, die einen Separator bzw· ein Ionenaustauschdiaphragma bildet und eine zentrale axiale Kammer begrenzt, in der ein Anodenelektrolyt angeordnet ist, durch eine Anodenverbinderanordnung mit einem Kunststoffdeckel, der den Topf an seinem oberen Ende im wesentlichen verschließt und einen Anodenverbinder in Form eines Nagels, der von dem Kunststoff deckel getragen ist, und' an einem' Teil des Schaftes des Hagels angreift, durch eine Preßpassung an diesem Schaft, die zu einer hermetischen Abdich- j tung führt, die ein Kriechen des Elektrolyten zwischen dem Schaft und dem Kunststoff deckel verhindert, und durch eine Einrichtung zum hermetischen Abdichten des Kunststoffdeckels an einer Handfläche desselben mittels eines eingebördelten Randes des Topfes derart, daß ein Kriechen, des Elektrolyten durch diesen Bereich hindurch verhindert ist·

Erfindungsgeaäß wird die Kathodenmasse, die Anodenmasse und ein geeigneter Separator in einem kathodischen Metalltopf angeordnet, der am unteren Ende geschlossen und am oberen Ende zunächst vollständig offen ist, so daß die genannten Massen und der Separator bei der Herstellung des Elements ungehindert direkt eingeführt werden können. Der Topf wird dann so umgeformt, daß er knapp unterhalb des an seinem offenen Ende angeordneten, oberen fiandes einen Innenumfangswulst besitzt, auf den eine als Verschluß dienende Kunst stoff scheibe aufgelegt wird, die dann axial in den Topf eingeführt wird, bis sie auf dem Wulst aufliegt. Dann wird der Topf auf diese Scheibe eingebördelt. Die Kunststoffscheibe ist an der Seite mit einer radial vertieften Eingschulter ausgebildet, die auf

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dem Wulst aufliegt. Sie trägt ferner einen Anodenverbinder in Form eines Nagels mit einem Flachkopf, an den vorher eine Anschlußplatte angeschweißt worden ist. Die Kunststoffscheibe wird in den Topf eingeführt, bis sie auf dem Innenurafangsvmlst aufliegt. Danach wird der an dem offenen Ende des Topfes vorhandene Rand desselben auf die obere Fläche der Kunststoffscheibe oberhalb der auf dem Wulst aufliegenden Schulter eingebördelt .

Der zwischen der Kathodenmasse und dem Elektrolyten angeordnete Separator begrenzt eine zentrale Kammer, die den Elektrolyten ψ enthält. In dem erfindungsgemäßen Element hat die Kunststoffscheibe die Aufgabe, einen Austritt des Elektrolyten aus seiner Kammer und eine Berührung zwischen

dem Elektrolyten und metallischen Bestandteilen des Elements zu verhindern.

Die Kunststoffscheibe drückt ferner auf das obere Ende des zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Separators und dient zum Schließen des oberen Endes für den in diesem Element verwendeten Elektrolyten.

Die Kunststoffscheibe ist somit in den genannten Elementen k ein neuartiger, einstückiger, isolierender Bestandteil, der einen Anodenverbinder trägt, der die von dem Separator begrenzte Kammer für den Elektrolyten schließt, als Auflager für den zum dichten Verschluß des Topfes führenden, eingebördelten Rand am offenen Ende des Topfes dient und eine außen, am Ende des Elements angeordnete Anschlußplattc trägt, die mit dem Nagelkopf des Anodenvorbinders verschweißt ist.

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Infolge seiner !hermetischen Abdichtung" kann das Element lange Zeit hindurch gelagert werden, ohne daß Elektrolyt an den Enden des Elements austritt, was zur Bildung von Krusten führen würde, die nicht nur das Aussehen des Elements beeinträchtigen, sondern auch zu Zweifeln hinsichtlich der Gebrauchsfähigkeit des Elements führen würde.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt in einer aus Kunststoff bestehenden einstückigen Scheibe, die. einen elastischen vertikalen Randteil aufweist, der so angeordnet ist, daß der Rand des Topfes auf diesen Randteil eingebördelt · werden kann, wodurch die Abdichtung dieses eingebördelten Randes verbessert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die einstückige Scheibe aus Kunststoff eine zentrale Bohrung zur Aufnahme und zum Tragen eines nagelformigen Anordenverbinders besitzt, der seinerseits eine außen angeordnete Platte trägt, die den negativen Anschlußteil des Elements bildet. Der Hagel besitzt einen verjüngten Schaft, der den Zusammenbau erleichtert und eine optimale Preßpassung zwischen dem Nagel und der Wandung der Bohrung der Scheibe ermöglicht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die einstückige Kunststoffscheibe eine mit der zentralen Bohrung konzentrische, erhöhte Nabe aufweist, so daß die Kunststoffscheibe den Nagel über eine lange Strecke flächig berührt und dadurch das Kriechen des Elektrolyten längs des Nagelschaftes verhindert oder weitestmöglich herabgesetzt wird.

Zur vollen Verwirklichung der erfindungsgemäß erzielten Vorteile soll die Kunststoffscheibe Kriechfestigkeit und gewisse Elastizität und Relaxationsvermögen aufweisen, das

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führt, daß die Kunst stoff scheibe nach einer leichten Druckverformung wieder in ihren ursprünglichen oder Ausgangszustand zurückkehrt. Wenn in dein vorliegenden Fall der obere Hand des Topfes auf die obere Fläche des Kunststoffdeckels eingebördelt wird, erfolgt dieses Einbördeln absichtlich unter einem Druck, der zu einer geringen elastischen Verformung des Metalls führt, so daß das eingebördelte Metall nach dem Wegnehmen der Bördelkraft eine geringe Neigung hat, • rückwärts in seine Ausgangsstellung zurückzukehren und dadurch den Druck auf die obere Fläche der zusammengedrückten und verformten Kunststoff scheibe etwas herabzusetzen. Infolge ihrer Elastizität bzw. Relaxation trachtet die Kunst-™ Stoffscheibe ferner, sich in ihre Ausgangsstellung zu bewegen und dabei dem geringförmigen Rückfedern des eingebördelten Metalls des Topfes zu folgen., so daß das eirgebördelte Metall des Kathodentopfes und der von dem eingebördelten Metall berührte Teil der Kunststoffscheibe gegeneinanderdrücken und dadurch dicht aneinanderliegen.

Da die Kunststoff scheibe mit ihrer den-Umfang der Kunststoffscheibe umgebenden Schulter oder einwärfesgerichteten Stufe auf dem Wulst des Topfes ruht und gleichzeitig von dem eingebördelten Metall des Käthodentopfes festgehalten wird, wirken der Wulst raid das eingebördelte Metall im wesentlichen wie ) zwei Backen einen? Zange, welche die Emnststo-ffscheibe fest einspannen·Dadurch wird die _, Abdichtung verbessert«

Diese Einspaaswirkang genügt an sieü selion zur 3ewäio?leistung einer gutes. Abdichtung zwischen den "beiden unter Druck aneinaMer liegenden !Flächen« Ein weiter-es Merkmale der Erfindung führt dasug äaß auf das eingebördelte Metall eine zusätzliche Driickraft aiasgeuSfc wird, welche öle die Kunststoffscheibe einspannenden feile im wesentliches, festlegt, so daß diese

Einspannwirkung während der ganzen Lebensdauer des Elements gewährleistet ist und kein Elektrolyt zwischen diesen einander b er uhr enden Flächen heraussickern kann.

Erfindungsgemäß ist an dem Ende eines Elementtopfes ein neuartiger, verbesserter Bördelrand vorgesehen, der auf den dicht an der Kunststoffscheibe anliegenden Bördelrand einen zusätzlichen Druck von außen ausübt und die genannte Einspannwirkung dadurch aufrechterhält, daß der abdichtend wirkende Bördelrand nicht infolge seiner Eigenelastizität zurückfedern kann.

Diese zusätzliche Druckkraft wird auf den eingebördelten Endteil des Topfes dadurch ausgeübt, daß der aus Stahl bestehende Kathodentopf von einem !Metallmantel umgeben ist, der beispielsweise mittels einer Papierhülse von dem Kathodentopf isoliert ist. Der Metallmantel ist zunächst an beiden Enden offen und wird dann an beiden Enden zusammen mit der Isolierhülse aus Papier eingebördelt und dabei im wesentlichen auf Zug beansprucht, so daß er am einen Ende des Elements auf eine Metallkappe, die einen negativen Anschlußteil bildet, und am anderen Ende auf eine andere Metallkappe, die einen positiven Anschlußteil bildet, einen Druck ausübt. Mit Hilfe dieser Anschlußteile kann das schließlich erhaltene Trockenelement auf einfache Weise in einen Außen-Stromkreis eingeschaltet werden.

Die erfindungs^eraäße Ausbildung soll weiterhin auch verhindern, daß i m Innern des Elements Elektrolyt zwischen zwei Bereichen kriechen kann, die voneinander getrennt sein sollen.

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Der nageiförmige Anodenverbinder ist mit der den negativen Anschluß bildenden Metallkappe oder -platte elektrisch verbunden. Diese Metallkappe ist mit dem Kopf.des Nagels verschweißt. Der Nagel besteht vorzugsweise aus einer mit Neusilber bezeichneten, Jedoch silberfreien Legierung, die mit der Anodenmasse verträglich ist und sich gut für die Widerstandssclrweißung zur Verbindung mit der Anschlußplatte eignet.

■ Legierungen mit 8 - 18 % Nickel haben sich als geeignet erwiesen.

Erfindungsgemäß ist die einstückige Kunststoffscheibe mit einer k langen Bohrungsfläche versehen, an welcher der Nagelschaft anliegt, damit ein Kriechen des Elektrolyten längs der Fläche der Bohrung oder des Nagels verhindert und die Schweißstelle zwischen der ebenen oberen Fläche des Nagels und einer außen angeordneten, negativen Anschlußp^atte oder -kappe geschützt wird. · -,

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die einstückige Kunststoffscheibe ferner einen abwärtsgerichteten, ringförmigen Randteil besitzt, der auf einen Separator wirkt und ihn so.verschließt, daß der in dem Separator angeordnete Elektrolyt darin eingeschlossen und ein Kriechen des Elektrolyten aus dem für ihn " vorgesehenen Raum·in dem Behälter auf ein Minimum herabge-

■ setzt wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Kunststoffscheibe und der Separator nahe beieinander angeordnet sind und zwischen ihnen kein weiterer Bestandteil vorgesehen ist.

Durch die erfindungßgemäße Ausbildung der Abdichtung der Zelle mit einem nachgiebigen, relaxierenden Material und der

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Anordnung dieses Materials derart, . daß der Rand des Behälters unter Verformung dieses Material umgebördelt werden kann, wird eine ausgezeichnete Dichtigkeit erzielt.

Wesentliche Vorzüge der Erfindung bestehen in der Abdichtung für das Element und in der einfachen und wirtschaftlichen mechanischen Anodenanordnung. Dadurch werden das Einführen der Anodenanordnung in das Element und das Zusammensetzen der Anodenanordnung in dem Element in der gewünschten Stel- . lung von Hand oder mit automatischen Vorrichtungen erleichtert. Nach dem Einbau der Anodenanordnung kann das Element'dann fertig zusammengesetzt und verschlossen werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Primärelement in einer schematischen Schrägansicht,

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 auseinandergezogen Bestandteile des Anodenverbinders sowie die ihn tragende Kunststoffscheibe nach Fig. 2, und_

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Scheibe und die an ihrem oberen Teil ausgebildeten, radialen Verstäfkungsrippen.

In Fig. 1 ist ein schaubildlich von außen dargestellten Trockenelement mit 10 beseichne.t

. Fig. 2 zeigt die verschiedenen Bestandteile des Trockenelements und ihre allgemeine Anordnung relativ zueinander innerhalb des Außenmantels. Die Bestandteile des Elements sind in einem Kathodentopf 12 angeordnet, der aus Stahl bestehen kann, unten geschlossen und oben zunächst vollständig offen ist.

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Als Depolarisator ist ein ringförmiger Zylinder 14 aus einer Kathodenmasse vorgesehen, die im wesentlichen aus MnO2 mit beigemischten Graphit- oder anderen Kohlenstoffteilchen besteht. Dieser Zylinder 14 ist so ausgebildet und bemessen, daß er satt passend direkt in den aus Stahl.bestehenden Kathodentopf 12 eingesetzt werden kann. Ein Separator 16 ist in der Kathodenmasse 14- als Auskleidung vorgesehen, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel konzentrisch und passend angeordnet ist, aus einem geeigneten, elektrisch isolierenden, porösen Material besteht und eine zentrale Hauptkammer 18 für die Aufnahme einer Elektrolytmasse 20 ^ begrenzt, in die ein Anodenverbinder in 3?orm eines Nagels leicht eingeführt werden kann.

Das Anodenelektrolytmaterial des Elements besteht aus Zinkpellets und einem Gemisch von KOH und ZnO und wird in die von dem Separator 16 begrenzte, zentrale Kammer 18 eingebracht. Jetzt kann der Anodenverbinder 22 in das Element eingesetzt werden. Der Anodenverbinder besteht aus einem Nagel, der von einem Verschluß getragen wird, der allgemein von den in Jig. gezeigten Bestandteilen gebildet wird.

Um die Erläuterung des Aufbaus und Zusammenbaus 'des auch zum Tragen des nageiförmigen Anodenverbinders 22- dienenden Ver- ψ Schlusses zu vereinfachen, werden alle Bestandteile zunächst anhand der Fig. 3 beschrieben. Danach werden die von ihnen gebildete Anordnung anhand der Pig. 2 beschrieben.

Der in Fig. 3 Ca) oben gezeigte AnodenverMnder 22 besteht aus einem nageiförmigen Glied mit einem flachen Kopf 24, einem sich abwärts verjüngenden Schaftteil 26 und einem langgestreckten Hauptschaft 28. Auf dem Nagelkopf 24 ruht eine kreisförmige Platte 30, die vor dem Zusammensetzen des Elements

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durch. Punkt schweiß]ing mit dem Nagelkopf 24 verbunden wird und als außen angeordnete Anschlußplatte des Elements dient. Die Anschlußplatte 30 besitzt einen kreisförmigen zentralen Teil 32, der von einem abwärtsgerichteten Randteil 34 umgeben ist, ferner einen an den Randteil 34 anschließenden, ringförmigen Teil 36 und einen den Teil 36 umgebenden Bördelrand 38. Die Teile 34, 36 und 38 begrenzen eine oben offene Ringrinne.

· 3 Cb) zeigt einen Ring 40, der aus Isoliermaterial, z.B. relativ hartem,aber ein wenig zusammendrückbarem Papier, besteht und eine zentrale Bohrung 42 besitzt.

3 (c) zeigt einen einstückigen, kreisförmigen Deckel 46 für das Element. Dieser Deckel besteht aus einem Kunststoff, der ein wenig zusammendrückbar ist und eine gewisse Relaxation aufweist, so daß er nach dem Wegnehmen einer von außen ausgeübten Druckkraft in seine ursprüngliche Form und Lage zurückkehrt.

Der in Fig. 3 (d) gezeigte Kunststoffdeckel 46 ist dem Topf angepaßt kreisförmig'ausgebildet und hat eine zentrale Axialbohrung 48, die so bemessen ist, daß sie den etwas verjüngten Hauptschaft 26 des Nagels 22 im festen Preßsitz aufnehmen kann. Die zentrale Axialbohrung 48 ist von einer Nabe 50 umgeben, die innen eine relativ lange Anlagefläche 52 hat, so daß ein langer Abdichtweg zvri sehen der Wandung 52 der zentralen Bohrung und dem Schaftteil 26 des Hagels 22 vorhanden ist. Das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Bohrung und des Schaftes wird ebenfalls so gewählt, daß eire feste Preßpassung erzielt wird. Die obere Fläche 54 der Nabe 50 dient zur Abdichtung des Nagelkopfes 24.

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Der Kunststoffdeckel 46 besitzt ferner an seinem Umfang einen kreisförmigen Randteil 56, der sich, von der ringförmigen Bodenplatte 58 aufwärts erstreckt. Infolgedessen ist der Kunststoffeckel relativ starr. Eine weitere Versteifung zwischen der zentralen Nabe 50 und dem Umfangsrandteil 56 wird dadurch erzielt, daß mehrere radiale Rippen 60 speichenartig zwischen der Nabe-50 und dem Umfangsrandteil 56 verteilt sind.

Der Umfangsrandteil 56 des Kunststoffdeckels 46 ist außen mit einer radial einwärtsgerichteten Schulter 62 versehen,mit welcher der in dem Element angeordnete Kunststoffdeckel 46 auf einem Auflager rührt.

Der Kunststoffdeckel 46 besitzt weiter in der Nähe seines Randes einen abwärtsgerichteten, kreisförmigen und konzentrischen, ringförmigen Randteil 64, dessen Zweck und Funktion nachstehend anhand der Fig. 2 beschrieben werd,en.

Die Konizität des Hauptschaftes 26 des in Fig. 3 Ca) gezeigten Nagels 22 nimmt nach oben hin zu, damit eine feste Preßpassung in der Bohrung 48 des Kunststoffdeckels 46 gewährleistet ist. Der flache Kopf 24 des Nagels 22 dient als Auflagerfläche für die den negativen Anschlußteil bildende Kappe 30, die -vor dem Zusammenbau des Elements durch Punktschweißung mit dem Nagelkopf 24 verbunden wird.

Der in Fig..3 (b) gezeigte Isolierring 40 aus Papier besitzt eine Bohrung 42, die so bemessen ist, daß sie die in Fig. 3(c) gezeigte Habe 50 des Kunststoffdeckels 46 passend aufnehmen kann. In dem fertigen Element liegt diese Ringscheibe 40 auf. dem Bördelrand am Ende des Topfes 12 auf, so daß die Ringscheibe 40 dann ein isoliertes Auflager für die den negativen Anschlußteil bildende Endkappe 30 bildet (Fig. 2).

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Pig. 3 (d) zeigt das Element in einem Zwischenstadium seiner Herstellung. Die Depolarisatormasse 14 und der Separator 16 sind in den Topf 12 eingebracht worden. Es ist ferner der Innenwulst 66 ausgebildet und danach der Elektrolyt bis zu dem angezeigten Niveau eingefüllt worden. Dagegen ist der nageiförmige Anodenverbinder 22 noch nicht eingesetzt. Mit ausgezogenen Linien ist der Separator 16 in einer aufrechten Stellung gezeigt, aus der er dann in seine Schließ-: stellung umgelegt wird, die in unterbrochenen Linien angedeutet ist. Das Umlegen des Separators 16 wird durch "den abwärtsgerichteten Randteil 64 des Kunststoffdeckeis 46 bewirkt, wenn dieser zum Schließen des Elements auf den Wulst 66 in den Topf 12 aufgesetzt wird.

Jetzt sei wieder die JPig. 2 betrachtet, Nach dem Einsetzen der Kathodenmasse 14 in den ursprünglichen Kathodentopf 12 wird an dessen Innenwandung der radial einwärts vor-.stehende Umfangswulst 66 ausgebildet, der ein kreisförmiges Auflager für die hinterschnittene Schulter 62 bildet, die gemäß Fig. 3 (c) am Umfang des Kunststoffdeckeis 46 ausgebildet ist.

Nach dem Ausbilden des Innenwulstes 66 in dem Kathodentopf befindet sich der Randteil des Topfes an dessen offenem Ende noch in dem in Fig. 3 (d) gezeigten, ursprünglichen, offenen Zustand, so daß der Separator 16, der Elektrolyt 20 und der nageiförmige Anodenverbinder 22 (Fig. 3 (a) in den offenen Stahltopf 12 eingesetzt und darin axial abwärtsgedrückt werden können, bis der Kunststoffdeckel 46 auf dem Wulst 66 aufliegt.

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Zur Erzielung der gewünschten guten Abdichtung in dem Trockenelement sollen die Abmessungen des Kunststoffdeckeis so gewählt werden, daß er mit einer Preßpassung in dem Kathodentopf 12 aus Stahl sitzt, so daß der aufliegende Band der Sohulter 62 satt passend in dem Topf 12 sitzt und gewährleistet, daß die ganze Anordnung in dem fertigen Element koaxial und konzentrisch angeordnet ist. Die sich von der abgesetzten Schulter 62 des Kunststoffdeckels 46 direkt abwärts erstreckende Fläche 68 kann ebenfalls so bemessen werden, daß sie sich relativ satt und diametral an den Wulst 66 anlegt. .

Wie vorstehend erläutert wurde, kann der nageiförmige Anodenverbinder 22 eingesetzt werden, wenn der Depolarisator 14 aus der Kathodenmasse und der Separator 16 eingeführt und der Elektrolyt in das Innere des Separators eingebracht worden sind.

Nachstehend sei ein weiteres Merkmal der Erfindung erläutert. Da die Elemente in vielen Fällen relativ klein sind, sind auch die Bestandteile sehr klein und müssen «sorgfältig behandelt werden. Dies gilt besonders für das Einsetzen des Anodenverbinders. In dem vorliegenden Fall kann man den fc Anodenverbindep leichter handhaben, weil er mit der" Anschlußplatte 30 verschweißt ist und von ihr getragen wird. Die Platte 30 kann jetzt als Handgriff für die Handhabung des nageiförmigen Anodenverbinders 22 dienen, was für die manuelle oder automatische Verarbeitung von Vorteil ist.

Wenn sich der Kunststoffdeckel in Stellung befindet, wird die den nageiförmigen Anodenverbinder umfassende Anordnung durch den Kunst stoff deckel 46 hindurch koaxial in den Topf eingesetzt. Mann kann jetzt den Anodenverbinder 22 mit

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relativ leichtem Druck abwärts in den Elektrolyten hineindrücken, selbst wenn dieser inzwischen innerhalb des Separators 16 die Zinkpulverpellets aufgenommen hat. Der Separator bildet zwischen dem Anodenraum und dem kathodischen Depolarisator eine Sperre, durch die hindurch ein Ionenaustausch stattfinden kann.

Nach dem Auflegen des Kunststoffdeckels 46 auf den Wulst 66 wird der erste Bördelvorgang durchgeführt, in dem der Hand am offene, oberen Ende des Topfes 12 auf die obere Flache des Eandteils 56 des Kunststoffdeckels 46 eingebördelt wird.

Dieser zum Abdichten des Elements dienende Yorgang führt ferner zu einem wichtigen Merkmal der erfindungsgemäßen Konstruktion. Als Material für den Kunst stoff deckel 46 hat sich Nylon besonders gut bewährt. Dieses Material hat die vorstehend angegebenen, erwünschten Eigenschaften. Es ist etwas zusammendrückbar und hat eine gewisse Relaxation, die bewirkt, daß das Material in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Das am oberen Ende des Kathodentopfes 12 eingebördelte Material 70 wird beim Zusammensetzen einem so starken Druck ausgesetzt, daß das Nylon des Deckels 46 stärker zusammengepreßt wird, als es für eine gute Abdichtung erforderlich ist. Dabei bleibt jedoch das Material in seinem* elastischen Bereich, so daß der eingebördelte Metallteil 70 etwas zu seiner Ausgangsstellung hin zurückzufedern trachtet, was zu einer gewissen Druckentlastung des Nylons führt. Dieses folgt daher der Entlastungsbewegung des eingebördelten Metalls 70, so daß zwischen den Berührungsflächen des Nylons und des eingebördelten Metalls 70 des Topfes 12 ein hoher Berührungsdruck und damit zwischen diesen beiden Flächen die gewünschte druckfeste Abdichtung erhalten wird, die auch ein Kriechen von Elektrolyt verhindert, der bei der Handhabung des Elements in diesen Bereich gelangen könnte.

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Um diesen hohen Berührungsdruck zwischen dem Kunststoffdeckel und dem eingebördelten Metall des Topfes aufrechtzuerhalten, ist erfindungsgemäß ein weiteres, sehr wichtiges Merkmal vorgesehen. Anhand der Pigl 3 (b) wurde schon die Ringscheibe 4-0 erwähnt, die aus Isoliermaterial, z.B. Hartpapier, besteht, und sich oben auf das eingebördelte Material 70 auflegt, das oben auf dem Randteil 56 des Kunststoffdeckeis 46 angeordnet ist. Diese Ringscheibe 40 aus Papier hat ebenfalls bestimmte erwünschte Eigenschaften. Sie besteht vorzugsweise aus einem Stück aus. relativ ; hartem Papier, das nur wenig zusammendrückbar ist, elektrisch isoliert und eine gewisse Druckfestigkeit besitzt, so daß sie einen Druck auf das eingebördelte Metall übertragen kann. Beim Zusammenbau des Elements wird diese Ringscheibe 40 aus Papier über dem eingebördelten Metall in der nachstehend beschriebenen Weise unter Druck gesetzt und unter Druck gehalten.

Wenn man die Ringscheibe 40 aus Papier auf das eingebördelte Metall 70 des Topfes 12 auflegt und auf diese Ringscheibe in der nachstehend beschriebenen Weise einen Druck ausübt, wird das eingebördetel Metall 70 derart druckbeansprucht, daß es sich praktisch nicht von der von ihm berührten oberen Fläche des Randteils 56 des Kunststoffdeckels 46 webgewegen kann· Dieser zusätzlich auf das eingebördelte Metall ausgeübte Druck gewährleistet eine einwandfreie Abdichtung, so daß Elektrolyt,der infolge von unabsichtlicher oder unerwünschter Handhabung des Trockenelements in den Bereich des Wulstes gelangen könnte, nicht aufwärts aus dem Element bzw. aus den für ihn vorgesehenen Bereichen des Elements herausgelangen und außen angeordnete Metallteile berühren kann. ''.

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Nachstehend wird die Ausübung des zusätzlichen Druckes auf die Ringscheibe 40 aus Papier beschrieben.

Gemäß Fig. 2 ist der Topf 12 von einer Schicht aus Isoliermaterial, z.B. einer Papierhülse 80, und diese Schicht von einem Außenmantel 82 aus Stahl umgeben.

Nach dem Einsetzen des Kunst stoff deckeis 4-6 in den Topf 12 wird der offene Rand des Topfes 12 auf den Randteil· 56 des Kunststoffdeckeis 46 eingebördelt. Dann wird die Ringscheibe 40 aus Papier auf den eingebördelten Rand 70 des Topfes 12 und die vorgeformte Kappe 30, die den negativen Anschlußteil bildet, auf die Ringscheibe 40 aus Papier gelegt, während der Nagel 22 durch den Kunststoffdeckel 46 hindurch abwärtsgedrückt wird. Durch Einbördeln der Anschlußkappe 30 wird dann ein Druck auf den Papierring 40 und über diesen auf das

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eingebördelte Metall 70 des Topfes 12 ausgeübt.

Die Kappe 30 besitzt eine große kreisförmige Scheibe 32 und einen davon abwärtsgerichteten Randteil 34, sowie einen horizontalen, ringförmigen Druckfpansch 36, der von einem Bördelrand 38 umgeben ist. Diese Teile sind in Fig. 3 (a) gezeigt.

In der in Fig. 2 gezeigten Anordung liegt der ringförmige Druckflansch 36 der Endkappe 30 auf der Ringscheibe 40 aus Papier auf. Auf diesen Druckflansch 36 der Kappe 30 wird Druck über einen ihn umgebenden Bördelrand 84 am oberen Ende des Stahlmantels 82 und den Bördelrand 38 ausgebüt. Der aus Stahl bestehende, obere Bördelrand 84 ist von der Kappe 30 durch die Papierhülse 80 isoliert, die zwischen dem Stahltopf 12 und dem Stahlmantel 82 angeordnet ist und sich über den Bördelrand 70 aus Metall hinaus aufwärts erstreckt.

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Am anderen Ende ist der Stahlmantel 82 ebenfalls mit einem halbkreisöfi-üiigen Bördelrand 86 versehen, der den kreisförmigen Bördelrand 88 einer Anschlußkappe 90 gegen, die untere Fläche des Topfes 12 drückt, so daß die Anschlußkappe 90 zum Anschluß an einen Außenstromkreis verwendet werden kann- Der Bördelrand 88 der Anschlußkappe 90 Ist ebenfalls durch die Papierhülse 80 von dem Stahlmantel isoliert.

Man erkennt, daß der Stahlmantel 82 als Druckeinricirfcung: dient, die am Boden des Elements verankert ist und sich bis zu dessen oberem Ende-.erstreckt und dazu dient, die Ringscheibe 40 aus Papier abwärts gegen das eingebördelte Metall 70 des Topfes 12 zu drücken und durch die dichte flächige Berührung zwischen dem eingebördelten Teil 70 des Topfes 21 und der oberen Fläche des ri ngförmigen Bandteils 56 des Kunststoffdeckeis 46 zeitlich praktisch unbegrenzt aufrechtzuerhalten. Dadurch-wird ein Kriechen des Elektrolyten verhindert und gewährleistet, daß das Element auch bei langer Lagerung gebrauchsfähig und außen sauber bleibt.

Infolge der Preßpassung zwischen dem Schaft des Nagels und der Bohrung 48 des Kunststoffdeckels und des von dem ringförmigen Bandteil 56 des Kunststoffeckeis 46 über dessen radiale Rippen 60 übertragenen Druckes entsteht zwischen den Berührungsflächen der Teile 22 und 48 ebenfalls ein starker Berührungsdruck.

Jetzt soll noch ein weiteres Merkmal beschrieben werden. 3?ig. 3 zeigt den abwärtsgerichteten Randteil 64 des Eunststoffdeckels. Gemäß Pig. 2 ist dieser Randteil 64 in einem

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kleinen Ringraum 120 oberhalb der Kathodenmasse angeordnet, und erstreckt sich der Kanddteil 64 so weit abwärts, daß das offene obere Ende des Separators 16 umgibt. Nun wird der Separator zu dem oberen Ende des nageiförmigen Anodenverbinders 22 hin so weit eingebördelt, daß nur noch ein kleiner Spalt vorhanden ist, durch den der Elektrolyt in den Separator hinein und aus ihm heraus gelangen könnte. Mt Hilfe des Kunststoffdeckels 46 wurde somit der Separator im wesentlichen geschlossen, so daß nur noch ein kleiner Spalt vorhanden ist, durch den Elektrolyt aus dem Elektrolyt raum austreten- kann. Außerhalb des Elektrolytraums kann daher der Elektrolyt nur mit dem Kunst st off deckel 46 in Berührung treten, so daß der Elektrolyt praktisch eingeschlossen ist und nicht in anjdere Bereiche gelangen kann, wo er zur Korrosion führen konnte.

Der Nagel 22 besteht aus einer Legierung von Kupfer, Zink und Nickel. Diese Legierung wird im Handel als Neusilber bezeichnet, obwohl sie kein Silber enthält· Legierungen mit einem Nickelgehalt von 8 - 18 % haben sich als geeignet erwiesen.

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Claims

Pat ent an s ρ r ü c Ii e

/IJ Primärelement, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Metalltopf (12), der am unteren Ende geschlossen und am oberen Ende offen ist, durch eine im Bereich der Innenwandung des Topfes (12) angeordnete, ringförmige Füllung (14), • die aus Kathoden- oder Depolarisatormasse besteht, durch eine in der Kathoden- oder Depolarisatormasse angeordnete, ringförmige Auskleidung (16), die einen Separator bzw. ein lonenaustauschdiaphragnia bildet und eine zentrale axiale Kammer (18) begrenzt, in der ein Anodenelektrolyt (20) angeordnet ist,

P durch eine Anodenverbinderanordnung mit einem Kunststoffdeckel (46), der den Topf (12) an seinem oberen Ende im wesentlichen verschließt, und einem Anodenverbinder (22) in Form eines Nagels, der von dem Kunststoffdeckel (46) getragen ist, und an einem Teil (26) des Schaftes des Nagels (22) angreift, durch eine Preßpassung an diesem Schaft, die zu einer, hermetischen Abdichtung führt, die ein Kriechen des Elektrolyten zwischen dem Schaft (26) und dem Kunststoffdeckel (46) verhindert, und durch eine Einrichtung zum hermetischen Abdichten des Kunststoffdeckels (46) an einer Randfläche (50) desselben mittels eines eingebördelten Randes (70) des Topfes (12) derart, daß ein Kriechen des Elektrolyten durch diesen Bereich hindurch verhindert ist.
2. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kunststoffdeckel (46) eine axial aufwärts vorstehende, zentrale Nabe (50) besitzt, die mit einer zentralen, koaxialen Bohrung (48) und einer ringförmigen oberen Stirnfläche (54) ausgebildet ist, daß der nagel-, förmige Anodenverbinder (22) einen flachen Kopf (24) besitzt,

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dessen Unterseite auf der ringförmigen oberen Stirnfläche (54) der Nabe (50) aufliegt, daß der Schaft (26) des nageiförmigen Anodenverbinders (22) so bemessen ist, daß er nach seinem Einsetzen und Hineindrücken in die zentrale koaxiale Bohrung (48) satt passend in dieser sitzt, daß der nageiförmige Anodenverbinder (22) ferner einen Schaftfortsatz (28) besitzt, der sich axial in den Elektrolyten (20) in der zentralen axialen Kammer (18) des Elements erstreckt, und daß das Element außen mit einer Anschlußplatte (30) verschlossen ist, die auf dem flachen Kopf (24) des nageiförmigen Anddenverbinders (22) aufliegt und elektrisch mit diesem flachen Kopf (24) verschweißt ist.
3- Primärelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Element außen verschließende Anschlußplatte (30) durch Punktschweißung mit der ebenen Fläche des Nagelkopfes (24) verschweißt ist, so daß zwischen dem nageiförmigen Anodenverbinder (22) und der außen angeordneten Anschlußplatts (30) eine elektrische Verbindung vorhanden ist, und daß der nageiförmige Anodenverbinder (22) aus einer Legierung besteht, die einen solchen Nickelgehalt besitzt, daß sie widerstandsschweißbar ist, vorzugsweise einen Nickelgehalt von 8 - 18 %.
4. Primärelement nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die das Element verschließende Anschlußplatte (30) eine ebene, zentrale Fläche (32) besitzt, die von einem kreisförmigen Randteil (36) umgeben ist, der unter Zwischenlage von Isoliermaterial (40) gegen den eingebördelten Randteil (70) des Metalltopfes (12) drückt.
5. Primärelement nach Anspruch 4, gekenn zeichnet durch eine Isolierglied (40), das zwischen dem kreisförmigen

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Randteil (36) der Anschlußplatte (30) und der oberen Fläche des eingebördelten Randteils (70) des Kathodentopfes (12) festgelegt ist und die mit dem nageiförmigen Anodenverbinder (22) verbundene Anschlußplatte (30) von dem eingebördelten Randteil (70) des Kathodentopfes (12) isoliert.
6. Primärelement nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplatte einen Bördelrand (38) besitzt und daß deiv lopf (12) von einem Isolierschlauch (80) umgeben ist, der am einen Ende einen eingebördelten Randteil besitzt, der einen eingebördelten Randteil des Isolierschlauches (80) gegen den Bördelrand (38) der Anschlußplatte (30) drückt, während der rohrförmige Metallmantel (82) an seinem anderen Ende einen Bördelrand (86) besitzt, der an dem benachbarten Ende des zylindrischen Metalltopfes (12) verankert ist.

- ι
7. Primärelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des zylindrischen Hetalltopfes (12) ein Anschlußteil (90) vorgesehen und der benachbarte Bördelrand (86) des metallischen rohrförmigen Außenmantels isoliert an dem Anschlußteil (90) am unteren Ende des Topfes (12) derart befestigt ist, daß der Anschlußteil (90) mit der Unterseite des zylindrischen Metalltqpfes (12) in elektrischem Kontakt gehalten ist.

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