DE2119765A1 - Batterieverpackung - Google Patents

Description

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.Mpi Ing. A. 3ri"rksr 22. April 1971

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Dr.-tng. W. Stocky.- 2 1 19765

8 Mönchen 22, Maxi.-nii.jriu.r. 43

P. R. MALLOEJ & GO. INO.

3029 East Washington Street,
Indianapolis, Indiana, USA

Batterieverpackung

Die Erfindung betrifft eine Batterieverpackung, bestehend aus einem Gehäuse, das besonders geformt ist, um darin mehrere kleine elektro-chemische Zellen unterzubringen. Bei diesen Zellen handelt es sich insbesondere um den wegen der verhältnismäßig großen Ähnlichkeit in den Abmessungen als Bleistiftbatterie bezeichneten Typ.

Da kleine Batterien des elektro-chemischen Typs im allgemeinen nicht wiederaufladbar sind, sondern eher sogenannte Einmalzellen (throw-aways), die man wegwirft, nachdem die nutzbare Leistungsreserve der Batterie voll ausgeschöpft worden ist, sind die Kosten der Batterie und die Wirtschaftlichkeit ihrer Herstellung extrem wichtige Faktoren in der Wirtschaftsplanung der Batterieherstellung und des Batterievertriebs.

Verbesserungen werden angestrebt in der grundsätzlichen Batteriekonstruktion, die einerseits wirtschaftlicher werden und einen einfacheren IFertigungsprozeß erlauben soll. Andererseits könnten Verbesserungen der Konstruktion zu einer besseren Wirkung im Betrieb oder zu einer längeren Lebensdauer der elektrischen Zelle führen. Endlich werden auch Verbesserungen beim Packen der Batterie, das heißt beim Vereinigen mehrerer Zellen miteinander, angestrebt.

Üblicherweise sind die Dimensionen der für die verschiedenen An-

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wendungszwecke benutzten Zellen im wesentlichen genormt, sei es durch vertragliche Vereinbarung oder einfach infolge der Durchschlagskraft der Abmessungen eines bevorzugten, auf dem Markt verbreiteten Musters. Es sollten daher Verbesserungen beim Packen der Batteriezellen gesucht und gefunden werden, um das Packen angemessen und einfach zu gestalten in Richtung auf eine größere Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung der Verpackung und beim Einfügen der Zellen in die. Verpackung.

Der Typ der erfindungsgemäßen Konstruktion verschafft sowohl größere Freiheit in der Verpackungsgestaltung als auch eine Verminde- * rung der Anzahl der insgesamt verwendeten Teile und der Zusammenbaukosten bei der Produktion der Batterieverpackung im Vergleich zu dem bisher Erreichten. Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch die Verwendung eines einzigen und als Einheit hergestellten Plastik-Preßteiles, das mit zu einer Einheit verbundenen Elementen versehen ist, die als seitliche, obere und untere Abschlüsse dienen und zu einem Gehäuse oder Behälter für eine Mehrzahl von Zellen zusammengefaltet werden.

Zusätzlich wird eine Verringerung der Teilezahl erreicht durch die Bildung einer Anzahl einzelner Höhlungen, die jede Zelle von der anderen absondern und gleichzeitig wirksam isolieren, damit keine Kurzschlüsse zwischen den Zellen innerhalb der Verpackung entstehen können.

Ferner wirkt die Verpackung bei der Fertigung der Batterie als Haltevorrichtung, die eine automatische oder von Hand hergestellte Leitungsverbindung zwischen den Zellen in einer Weise erlaubt, welche die Arbeitszeit beim Lokalisieren und Anbringen von Teilen verringert.

Zusätzlich erlaubt die erfindungsgemäße Verpackung jede beliebige vernünftige Konfiguration der metallischen Anschlußkontakte, die an der Zelle auf automatische Weise oder durch Handmontage ange-

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bracht werden müssen, und ermöglicht, daß eine unregelmäßige geometrische Anordnung des Kontaktes oder der Kontakte leicht ausgeführt werden kann.

Absorbierende Materialien in den Zwischenräumen des erfindungsgemäßen Gebildes in der Nähe der Zellenverschlüsse vermögen, wenn die Zellen leck sind, Kurzschlüsse über interzellulare elektrolytische Pfade zu vermeiden. Daher ist die Verpackung erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die Fächer, in die die einzelnen Zellen eingelegt v/erden, derart in zwei Hälften aufgeteilt sind, daß die Trennlinie der Verpackung parallel zur Mittellinie oder in der Nähe der Mittellinie des Grundrisses oder der Seitenansicht der einzelnen Zelle verläuft. Eine einzelne Zelle schnappt in das eng angepaßte Fach ein, sodaß sie darin während des Herstellungsprozesses der Batterie verbleibt. Zumindest die Hälfte des Zellenendes liegt frei und erlaubt freien Zugang zum Zellenkörper beim nachiolgenden Anbringen der elektrischen Leitungsverbindungen»

Die interzellularen Verbindungen können an einem bestimmten Anschluß jeder Zelle angebracht und nachfolgend am entgegengesetzten Anschluß der anderen Zelle angeschweißt werden, oder es können auch diese Verbindungen an den Zellen erst angebracht werden, nachdem sie in die Halbschalen eingelegt sind.

Die äußeren Kontakte sind in gleicher Weise frei von Beschränkungen bezüglich ihrer Anordnung oder Gestalt. Es ist lediglich erforderlich, daß ein abstehender Lappen oder ein Anschlußleiter von dem vorgenannten äußeren Kontakt aus durch einen Schlitz in der Halbschale in eine festgelegte Position bezüglich des gewünschten Zellenanschlusses gebracht wird. Dieser Schlitz grenzt an die Trennlinie des Verpackungsgebildes und der Lappen gleitet einfach in den Schlitz, ohne daß es nötig ist, eine Seitenwand zu durchstoßen. Weitere Haltemittel werden nicht benötigt, da die andere Hälfte des Behälters sowohl die Zellen als auch die Anschlußlappen einfaßt und verschließt. Der Lappen, welcher vorher an den frei liegenden

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Zellenanschluß angeschweißt worden war, ist nach dem endgültigen Schließen der beiden Verpackungshälften sorgfältig festgelegt.

In gleicher Weise kann Jede beliebige Anzahl von Spannungsabgriffen ausgeführt werden. Das Verschließen der beiden Hälften wird bewerkstelligt durch Verkitten mit einem Lösungsmittel oder durch Ultraschallmethoden im Falle eines thermoplastischen Behälterwerkstoffs. Selbst zuhaltende Behälter können so konstruiert werden, daß die Hälften zusammenschnappen und dann die im Ausführungsbeispiel gezeigte Konfiguration haben.

Das komplette Zusammenpacken der Batterie ist so mit einem Minimum an Teilen und Arbeit beendet, nachdem das endgültige Schließen erfolgt ist.

Farben und Bezeichnungen können ohne zusätzliche Arbeits- oder Materialkosten in die geformten metallischen Kontakte eingebaut werden.

Diese Erfindung ist weiterhin auf ein verbessertes Konzept für die Verwendbarkeit einer Verpackung gerichtet. Diesbezüglich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das einteilige Formstück als Haltevorrichtung zur Aufnahme einer vorbestimmten Anzahl von Zellen in der richtigen endgültigen Anordnung zu verwenden, um so den Zusammenbau der Zellen in ihrer bleibenden Zuordnung in einer Weise durchführen zu können, in der die Zahl der zum Vollenden der Packung notwendigen Handgriffe auf ein Minimum reduziert wird. In ihrer Endgültigkeit kann die Packung dann als Batterie dienen und alle äußeren Abmessungen bleiben innerhalb bestimmter vorgeschriebener Grenzen.

Bei der Herstellung der Verpackung als einstückiger Formling, «indem die Zellen angeordnet werden sollen, wird gemäß dieser Erfindung vorgeschlagen, zum Beispiel zum Montieren der elektrischen Anschlüsse und zum Abdecken der Zellenkörper und Potential führenden Oberflächen der Zellen geeignete faltbare Streifen vorzusehen in

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der Weise, daß durch bloßes Palten dieser Streifen eine angemessene Isolation erreicht wird. Die Streifen sind an dem einstückigen Formling mit angeformt, sojdaß die Verpackung zum vollständigen und sachgemäßen Einschließen der Zellen m dem einstückigen Formkörper vollständig enthalten ist. Dieser kann dann mit einem Minimum an notwendigen äußeren Werkzeugen oder Handgriffen so umgestellt werden, daß er ein geschlossenes Gehäuse bildet. Eine so gebildete Verpackung wird dann mit einer geeigneten metallischen Hülle oder Dose versehen, die dazu dient, das innere isolierende Gehäuse während der ganzen normalen Lebensdauer der Batterie in der sauber geschlossenen Position zu halten. Die Konstruktion einer Verpackung gemäß vorliegender Erfindung wird in der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit näheren Einzelheiten erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.

Es zeigt:

Figur 1 eine Ansicht des einstückigen Formkörpers, welcher als Verpackung oder innere Hülle für sechs Bleistiftzellen

dient;
Figur 2 eine Draufsicht auf die aus Preßmasse geformte und in

Figur 1 gezeigte Einheit;
Figur $ eine linke Seitenansicht des einstückigen Formkörpers

nach Figur 1;
Figur 4 eine rechte Seitenansicht des einstückigen Formkörpers

nach Figur 1, wobei einige Teile weggebrochen sind; Figur 5 eine räumliche Ansicht des Formkörpers, der sich hier als Kasten darstellt, der in eine metallische Mantelhülse teilweise eingesteckt ist.

Die Zeichnungen zeigen alle einen gepreßten Formkörper 10, beispielsweise aus Polypropylen. Er ist als einzelne Einheit geformt und umfaßt verschiedene miteinander verbundene Elemente, darunter eine Rückwand 14· und eine Vorderwand 16, die mit der Rückwand mittels

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eines flexiblen Seitenwandstrexfens 18, der über die volle Länge dieser beiden Wände verläuft, verbunden ist. Die Rückwand 14 ist mit einer halben Seitenwand 22 und zwei Zwischenwänden 24 und 26 versehen, welch letztere dazu dienen, den Zwischenraum zwischen der Seitenwand 22 und einem scharnierartig biegsamen Streifenelement (Figur 2) des flexiblen Seitenwandstrexfens 18 in drei gleiche Abteile oder Fächer 32, 34 und 36 zu teilen. Die Fächer haben derart abgestimmte Abmessungen, daß sie je eine elektro-chemische Bleistiftzelle aufnehmen können.

Der obere Rand der Rückwand 14 trägt einen oberen Anschlußdeckel 38, ψ der an seinem unteren Rand mit der Rückwand 14 durch einen dünnen scharnierartigen Abschnitt 40 verbunden ist. Dieser obere Anschlußdeckel ist mit zv/ei Löchern 38A und 38B zur Aufnahme zweier Batterieanschlüsse versehen, weiche die elektrische Verbindung zu einem äußeren Stromkreis ermöglichen. Dieser Anschlußdeckel 38 trägt auch einen isolierenden Unterdeckel 42, der mit dem Anschlußdeckel durch einen scharnierartigen Abschnitt 44 verbunden ist, um die Klappe oder den Unterdeckel 42 unter den Anschlußdeckel umschlagen zu können, sojdaß er eine isolierende Abdeckung der Unterseite der in den Löchern 38A und 38B des Anschlußdeckels angeordneten Anschlußklemmstücken bildet.

. Der untere Rand der Rückwand 14 trägt in ähnlicher Weise einen Boden 46, der mit dem unteren Rand der Rückwand entlang eines dünnen Scharnierbereichs 48 verbunden ist.

Die Vorderwand 16 ist am entgegengesetzten Rand 28A des flexiblen Seitenwandstrexfens 18 angesetzt, der ebenso als Scharnier dient, um die Vorderwand 16 nach vorne in eine öle Rückwand 14 des Formkörpers bedeckende Stellung umschlagen su können.

Die Vorderxvand 16 ist entsprechend mit zwei Zwischenwänden 54 und 56 und einer äußeren halben Seitenwand 58 versehen, die gleichzeitig einen Zapfen 60 auf v/eist, der in eine ihm entsprechend geformte Aussparung 62 am Hand der anderen halben Seitenwand 22 der Rück-U a ο 4 b / \ £ i h<

wand 14 paßt, wenn der Formkörper in die geschlossene Position gefaltet ist.

Die Vorderwand 16 ist durch die Zwischenwände 54 und 56 in. drei langgestreckte Kammern oder Fächer 62, 64 und 66 geteilt, die drei elektro-cliemische Bleistiftzellen aufnehmen können.

Wenn nun die Fächer in der Vorderwand 16 und in der Rückwand 14 gefüllt sind, so enthält die Rückwand drei Zellen 68 und die Vorderwand drei Zellen 70 (Figur 2). Die Vorderwand kann umgeschlagen werden, um so den Formkörper mit den verschiedenen darin enthaltenen Zellen 68 und 70 zu schließen. Jede der einzelnen Zellen wird in ihrem eigenen Fach eingeschlossen und der ganze Satz Zellen 70 in der Vorderwand kann gegenüber den Zellen 68 in der Rückwand durch ein Blatt eines geeigneten Isolierpapiers oder durch etwas Gleichwertiges abgetrennt und isoliert werden.

Die sechs Zellen, die in der kleinen Batterieverpackung enthalten sind, können alle in Serie oder in der Weise parallel geschaltet werden, daß an den Anschlüssen eine Spannung ansteht, die der Serienspannung von drei parallel geschalteten Zellenpaaren entspricht. Jede der Zellen, die für diesen Zweck verwendet werden, ist gewöhnlich in einem metallischen Becher enthalten, der den äußeren Anschluß einer Polarität bildet, und mit einem axialen Anschluß am anderen Ende des Bechers versehen, der auf geeignete Weise gegenüber dem Becherrand isoliert ist. Die einzelnen Zellen sind untereinander verbunden in der gewünschten Parallel- oder Serienschaltung und die entsprechenden Endanschlüsse sind mit den in den Löchern 38A und 38B eingesetzten Batterieanschlüssen 90 und 92 verbunden. Der isolierende Unterdeckel 42 wird dann über die Unterseite dieser Anschlüsse geklappt, um so eine isolierende Abdeckung über den oberen Enden der Zellen zu bilden.

Die unteren Enden der Zellen werden dann ebenso bedeckt oder isoliert zum Schutz gegen eventuell von außen verursachte Kurzschlüsse. Hierzu dient ein isolierender Faltstreifen '/5, der

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normalerweise dem flexiblen Seitenwandstriefen 18 anhängt, um dann nach oben gegen die unteren Enden der Zellen gebogen zu werden. Dann wird der isolierende Boden 46 nach oben ungelegt entlang seines Scharniers 48, soidaß er den Faltstreifen 75 und die unteren Ränder der Vorderwand 16, der halben Seitenwände 22 und 58 und des flexiblen Seitenwandstreifens 18 erfaßt. Letzterer ■ dient, wie schon erwähnt, als Scharnier zwischen der Rückwand und der Vorderwand. Während dieser Faltungen wird das kastenartige Gebilde geschlossen gehalten durch den schwalbenschwanzförmigen Zapfen 60 und die Ausnehmung 62, wie in Figur 5 gezeigt.

Um nun das so zusammengefaltete Kästchen dauernd geschlossen; zu halten und die Zellen in dem Formkörper 10 zu schützen, wird, der geschlossene- Formkörper 10 als inneres Gehäuse in eine äußere metallische Hülle 80 eingesteckt, die die Form eines Hohlzylinders von rechteckigem Querschnitt hat. Nachdem dies, wie in Figur 5 dargestellt, geschehen ist,, werden biegsame Umsehlaglappen 82 am oberen Ende der metallischen Hülle 80 radial nach innen gedruckt, sojdaß sie in einer Ebene stehen und auf dem oberen Ans chlußde ekel 38 aufliegen entlang dem Rand dieses Deckels. Es ist genügend Zwischenraum zväschen dem Rand dieser Umschlaglappen 82 und den Batterieanschlüssen 90 und 92 in dem Anschlußdeckel 38 vorzusehen, damit die Lappen gegenüber den Anschlüssen isoliert sind.

In ähnlicher V/eise ist der untere Rand der metallischen Hülle 80 an allen vier Seiten mit Umschlaglappen. 82 versehen, die dann so verstemmt werden, daß sie auf dem unten angelenkten Boden 46 in seiner geschlossenen Stellung aufliegen. Dadurch wird der Boden in seiner geschlossenen Position festgehalten und ebenso der Formkörper 10, welcher die Zellen gegen Jegliche Verlagerung festlegt.

Die hier gezeigte Formgebung des isolierenden Behälters, der als eine Einheit ausgebildet ist zum Zusammenhalten der sechs Bleistiftzellen, mit den verschiedenen Lappen und Wänden, die in geeigneter Weise biegsam zusammenhängen, um. ein Umschlagen der Wände zum Schließen des Formkörpers als einziges inneres Gehäuse der Ver-

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packung zu gestatten, diese Formgebung erlaubt auch, die Verwendung der schalenförmigen Rück- und Vorderwand als Haltetrog während der Fertigung. Die Zellen können darin leicht zugänglich für den Zusammenbau angeordnet werden und es ist insbesondere möglich, das Anschweißen der interzellularen, als Verbindungsleitungen dienenden Mittelstreifen durchzuführen. Geeignete Streifenelemente können Teile des einheitlich geformten Gebildes sein, das damit diese Streifen ohne Anwendung äußerer Werkzeuge festlegt. Es werden also besondere Werkzeuge und die ansonsten notwendigen, von Hand vorzunehmenden Verrichtungen vermieden, sojdaß der Zusammenbau der Zellen mit dem Gehäuse vereinfacht und beschleunigt wird. Außerdem werden die Kosten dieses Vorgangs praktisch auf ein Minimum reduziert, während die Einfachheit der Konstruktion und der für die Herstellung erforderlichen Arbeitsgänge beibehalten wird.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, liegt mehr als die Hälfte der Stirnfläche der Zellen frei, das heißt sowohl der Becherboden oder die Kathodenfläche 94- als auch ein zentraler Anodenkopf 96 sind frei zugänglich, sofiaß ein kurzer Metallstreifen 98 zur interzellularen Verbindung mit einem kleinen Schweißwerkzeug an jede Zelle und an die nächste angrenzende Zelle angeschweißt werden kann, während sie in ihrem Fach anjihrem Plata liegt.

Ei/se Patentansprüche

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Batterieverpackung sum Zusammenhalten einer Mehrzahl ITLs Batteriestromquelle dienender elektro-chemischer Zellen, gekennzeichnet durch einen einstückig geformten Körper mit einer Mehrzahl von in einem Preßvorgang hergestellten, zusammenhängenden und an Knicklinien derart faltbaren Wänden, daß diese im zusammengefalteten Zustand ein sechsflächiges kastenartiges Gebilde ergeben.
2. 2. Batterieverpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schalen nebeneinander vorgesehen und mittels eines scharnierartigen Zwischenwandstückes derart miteinander verbunden sind, daß die Schalen in eine parallele Stellung bewegt werden können, in der sie mit entgegengesetzten Seiten einander- gegenüber stehen und zwei Hälften des oben und unten geöffneten kastenartigen Gebildes bilden, und daß eine Vorrichtung zum Zusammenhalten der beiden äußeren Ränder dieser beiden Schalen in der kastenartigen Stellung sowie eine Vorrichtung zum Verschließen der oberen und unteren Öffnungen des kastenartigen Gebildes vorgesehen sind.
3. 3. Batterieverpackung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schale mit Trennwänden versehen ist, welche die Gesamtbreite jeder Schale in langgestreckte Fächer aufteilt, von denen jedes eine eingelegte elektrochemische Zelle aufnehmen kann und diese Zelle von den benachbarten trennt und elektrisch isoliert.
4. 4. Batterieverpackung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß jedes langgestreckte lach an den beiden Endwänden mit einem vorspringenden Halterand versehen ist_f tos eine in dein Fach angeordnete Zelle gegen Herausrutschen zn sichern»

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5. 5- Batterieverpackung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Zusammenhalten der äußeren Ränder der Schalen des kastenartigen Gebildes aus einer Aussparung und einem Zapfenelement besteht, die an den Rändern angeformt sind.
6. 6. Batterieverpackung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Verschließen der oberen und unteren öffnungen des kastenartigen Ge-bildes aus einzelnen mit dem oberen bzw. unteren Rand der einen Schale dadurch biegsam verbundenen Klappen besteht, daß dünne scharnierartige Abschnitte zwischen den Klappen und den Rändern der Schale zusammenhängend angeformt sind.
7. 7. Batterieverpackung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Klappe am oberen Rand der Schale mit zwei Löchern versehen ist, in die zwei Batterieanschlüsse eingesetzt werden können, und daß an einem Seitenrand der oberen Klappe eine Hilfsklappe biegsam angebracht ist, die unter die obere Klappe gefaltet werden kann um die beiden gegebenenfalls in den Löchern eingesetzten Anschlüsse abzudecken und um zu verhindern, daß diese Anschlüsse von Teilen der in dem gefalteten Gehäuse zusammengefügten Zellen unbeabsichtigt berührt werden können.

   o. Batterieverpackung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine passend über das sechsflächige Gebilde streifbare Zuhaltevorrichtung.

   9· Batterieverpackung nach Anspruch 2 im zusammengefalteten Zustand, gekennzeichnet durch eine eng anliegend über das geschlossene kastenartige Gebilde gestülpte metallische Mantelhülse, die mit umklappbaren Lappen an ihren Rändern versehen ist, die dazu dienen, das obere und untere Ende des kastenartigen Gebildes geschlossen zu halten.

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