DE2228893A1 - Galvanisches element - Google Patents

Galvanisches element

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DE2228893A1
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PR Mallory and Co Inc
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Description

DIPL.-ING. R. LEMCKE
Patentanwalt
Karlsruhe/Boden 2228893
P. R. MALLORY & CO. INC., eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Delaware, 3029 East Washington Street, Indianapolis, Indiana 46206, Vereinigte
Staaten von Amerika
Galvanisches Element
Die Erfindung "bezieht sich auf galvanische Elemente in einem geschlossenen Becher und besonders auf Elemente mit einem alkalisehen Elektrolyten.
Elemente mit einem alkalischen Elektrolyten werfen
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Dichtungsprobleme bezüglich des Behälters auf, in dem die Bestandteile des Elementes einschließlich des Elektrolyten enthalten sind. Leckage des flüssigen Elektrolyten verursacht Beeinträchtigungen des Elementes und führt zu einem beschädigten Aussehen, welches Zweifel darüber hervorruft, welche Lebensdauer und welchen Wert das Element noch hat. Daher soll die Abdichtung vollständig gegen Leckage sichern. Dies ist jedoch schwierig zu erreichen, wenn ein Kunststofformteil als unter Druckbeanspruchung stehende Dichtung dient. Eine solche Druckdichtung unterliegt nämlich Kriechvorgängen, thermischen Formänderungen und einer Reihe anderer Einflüsse, .die für das Kunststoffmaterial charakteristisch sind und Leckage zulassen.
Daher wurden bereits Schritte unternommen, eine verbesserte Abdichtung zwischen metallenem Becher und dem Formkörper aus plastischem Material, der als Deckeldichtung dient, zu schaffen, indem das offene Ende des Bechers über das Verschlußglied aus plastischem Material umgebördelt wurde, nachdem die Bestandteile des Elementes in den Becher eingebracht waren, jedoch garantieren auch solche umgebördelten Becher nicht absolut eine betriebssichere Abdichtung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Dichtung anzugeben, bei der Kriechvorgänge, thermische
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Formänderungen und andere charakteristische Erscheinungen von Kunststoffmaterial kompensiert werden, die sonst den Dichtungsdruck beeinflussen und dadurch die Betriebsbedingungen der Dichtung und deren Wirksamkeit verändern.
Ausgehend von einem galvanischen Element mit einem insbesondere zylindrischen, an einem Ende offenen Becher und einem Verschlußglied aus isolierendem Material, das in dieses Ende eingesetzt ist und am Umfang einen dichtenden Teil aufweist, welcher über einen axial begrenzten Bereich an der inneren Oberfläche des Bechers anliegt, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich das Verschlußglied praktisch über den gesamten Innenquerschnitt des Bechers erstreckt und daß in das Verschlußglied Mittel eingesetzt sind, die von gegenüberliegenden Seiten her zusammen mit dem Becher derart auf den dichtenden Teil einwirken, daß zwischen diesem und dem Becher eine gegen hohen Druck dichte Verbindung gebildet ist.
Die genannten Mittel bestehen in einem druckerzeugenden Federelement, wie beispielsweise einem vorgespannten Federwickel oder Federring und wirken als ein dauernd von innen Druck ausübendes Element gegen den dichtenden Teil, beispielsweise einen Dichtring oder einen Dichtflansch, deren äußere Oberfläche da-
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durch und durch die Umbördelung des offenen Endes des Bechers gegen die Innenfläche des Bechers gedrückt wird, so daß eine in zwei Richtungen unter Druck stehende Abdichtung gebildet ist.
Das druckerzeugende Element, welches in Radialrichtung federnd elastisch ist, ist vorzugsweise in Axialrichtung steif, so daß es als eine feste Rückenversteifung dient, gegen die der Dichtring oder der Dichtflansch zusätzlich in Axialrichtung gedrückt werden kann, um eine verbesserte Abdichtung zu erzielen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein zylindrischer Becher zur Aufnahme der Bestandteile des Elementes vorgesehen, welcher innen eine umlaufende Rast aufweist, die als Sitz für das Verschlußglied und damit den Dichtring dient. Dann ist die Öffnungskante des Bechers über das Verschlußglied umgebördelt und nach unten gepreßt, so daß der Becher im Bereich oberhalb der Rast vollständig verschlossen ist. Das freie Ende des Bechers oberhalb der Rast bildet damit im Zusammenwirken mit dem Verschlußglied eine gegen hohen Druck widerstandsfähige Abdichtung.
Während bei bekannten Elementen, die im Handel nicht schnell genug abgesetzt werden können, eine Beeinträchtigung der Abdichtung infolge Temperaturschwankungen
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und Kriechvorgängen des plastischen Dichtungsmaterials auftreten, führt die gemäß der Erfindung verbesserte Dichtung zu einer längeren Lagerfähigkeit, wenn die Elemente nicht auf andere Weise beeinträchtigt werden.
Das erfindungsgemäß vorgesehene, vorgespannte Federelement kompensiert diesen folgend Kriechvorgänge oder andere Bewegungen des Verschlußgliedes aus plastischem Material. Dabei ist am Umfang des Verschlußgliedes vorzugsweise als zylindrischer Fortsatz ausgebildet, der beim TJmbördeln des offenen Endes des Behälters im Zusammenhang mit den diesen verschließenden letzten Fertigungsschritten gegen die Innenwand des Behälters gepreßt wird. Der vorgespannte Federring ist dabei dazu eingesetzt, um sich in einer einen ständigen radial nach außen gerichteten Druck ausübenden Anlage gegen die innere Oberfläche dieses zylindrischen Fortsatzes zu befinden. Wenn dann die Oberkante des Bechers über die Außenkante des Verschlußgliedes umgebördelt wird, wird der zylindrische Vorsprung dicht zwischen dem umgebördelten Teil des Bechers und der vorgespannten Feder zusammengedrückt, so daß der sich von beiden Seiten auf den zylindrischen Vorsprung auswirkende Druck dauernd erhalten bleibt und so aus Kriechvorgängen und thermischen Formänderungen herrührende Änderungen der Abmessungen des Verschlußgliedes kompensieren kann. Darüber hinaus wird der durch das umgebördelte Ende des Bechers ausgeübte Druck durch einen weiteren Druck unterstützt, der aus einer zu-
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sätzlichen Umbördelung einer äußeren Ummantelung herrührt, die den Becher umgibt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die auf der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
Pig. 1 die Seitenansicht eines Elementes in teilweise aufgeschnittener Form;
Fig. 2 eine teilweise Ansicht gemäß Fig. 1 mit einer anders ausgebildeten Dichtung;
Fig. 3 eine axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Dichtung mit einem Druckring und
Fig. 4 die Dichtung gemäß Pig. 3 mit herausgenommenem Druckring.
Das in Fig. 1 dargestellte Element 10 enthält eine negative Elektrode 12, die sich nach unten in das negative Elektrodenmaterial 14 erstreckt und mit einem verbreiterten Kopf 16 versehen ist, welcher als Träger für den den negativen Pol bildenden Deckel 18 dient. Der Deckel 18 wird beim Zusammenbau des Elementes mit dem Kopf 16 der negativen Elektrode 12 verschweißt.
Das negative Elektrodenmaterial ist in einem dieses
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umgebenden Separatorbeutel 20 enthalten, der seinerseits von einem zylindrischen Ring von Depolarisatormaterial 22 umgeben ist, das an einem zylindrischen Metallbecher 24 anliegt, welcher als Behälter für die einzelnen Bestandteile des Elementes dient.
Der Becher 24 ist am Boden unter Ausformung eines koaxialen Vorsprunges 26 geschlossen, der als ein Pol des Elementes dient. Das andere Ende des Bechers ist ursprünglich offen und mit einer innen umlaufenden Rast 28 versehen, die als Sitz für einen oberen Abschlußring 30 aus plastischem Material dient, welcher mit einem federnd vorgespannten, umlaufenden, metallenen Federring 32 versehen ist.
Wenn die Teile und aktiven Bestandteile des Elementes in dem Becher 24 untergebracht sind, wird der Abschlußring 30 in das noch offene obere Ende des Bechers und auf die Rast 28 eingesetzt. Dabei sind die Abmessungen so gewählt, daß der Abschlußring in relativ fester Reibverbindung mit dem oberen Teil des Bechers 24 oberhalb der Rast 28 und mit der Rast selbst steht.
Der in Pig. 1 dargestellte Abschlußring 30 hat im großen und ganzen die Form einer Kreisscheibe mit einem zentralen Körper 34, dessen Dicke ausreicht, um ihm eine genügende Quersteifigkeit zu geben, so
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daß er sich gegen seitlich auf die Dichtung einwirkende Druckkräfte wie ein fester Körper verhält. Ferner ist dem Körper 34 durch entsprechende Bemessung eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen äußere Belastungen durch eine zentrale Nabe 36 gegeben, die mit einer Bohrung 38 versehen ist, durch die die negative Elektrode 12 vom offenen Ende des Bechers 24 her eingesetzt werden kann. Das untere Ende der negativen Elektrode 12 ist mit einer Spitze 40 versehen, um sie leicht in das negative Elektrodenmaterial H einstekken zu können.
Der Abschlußring 30 aus plastischem Material erweitert sich vom Körper 34 ausgehend radial schräg nach unten und seine Dicke nimmt dabei konisch ab. Seine so gebildete kegelstumpfförmige Unterseite 42 verschließt den Separatorbeutel 20, dessen oberer Endbereich 44 nach innen umgelegt ist und sich unter Druck in Anlage gegen den Abschlußring 30 befindet. Die gegenseitige Anlage von Abschlußring 30 und Endbereich des Separatorbeutels 20 gewährleistet die erforderliche Trennung zwischen dem im Separator 20 gebildeten Raum 46 und dem äußeren Raum 48, der das Depolarisatormaterial enthält. Das Umlegen des Endbereiches 44 des Separatorbeutels 20 geschieht, wenn der Abschlußring 30 in den Becher 24 eingesetzt wird.
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Der Abschlußring 30 weist eine äußere, schürzenförmige Oberfläche 50 auf, deren Durchmesser derart bemessen ist, daß sie sich in fester Reibverbindung mit dem Scheitel 52 der Rast 28 befindet. Der Abschlußring 30 kann aus Nylon oder aus ähnlichem, plastischem Material hergestellt werden, welches vergleichbare isolierende Eigenschaften, Pestigkeitswerte, Widerstandsfähigkeit gegen Alkalien zusammen mit geringer Verformbarkeit und federnder Reaktion gegenüber Verformungen aufweist. Die charakteristischen Werte bezüglich Kriechen und Dimensionsänderungen bei Temperaturwechseln, wie sie für Nylon zutreffen, finden sich auch bei anderen, brauchbaren plastischen Materialien und müssen daher kompensiert werden, damit man eine betriebssichere Dichtung erhält.
Wie schon bei bekannten Element-Bauformen weist' der Abschlußring 30 einen kurzen außen umlaufenden Ring auf, über den die Oberkante 56 des Bechers 24 umgebördelt wird, um eine Druckdichtung zwischen dieser umgebördelten Oberkante, und dem Ring 54 zu bilden. Darauf wird dann auf die umgebördelte Oberkante Druck ausgeübt, um sie vor einem Zurückschwenken von dem Ring 54 zu bewahren. Damit- ist jedoch keine vollkommen betriebssichere Dichtung hergestellt. Deshalb ist ein vorgespannter metallener Federring"32 innerhalb des Ringes 54 vorgesehen, der einen radial nach außen ge-
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richteten Druck ausübt, welcher verbesserte Dichtungsverhältnisse zwischen dem Abschlußring 30 und dem Becher 24 schafft, nämlich einmal gegenüber dem Beeherkörper als solchem und zum anderen gegenüber der umgebördelten Oberkante 56 des Bechers.
Der Durchmesser des Federringes 32 im entspannten Zustand ist größer als der Innendurchmesser des Hinges 54. Daher muß der Federring 32 auf ein Maß, welches geringer ist als der Innendurchmesser des Hinges 54, zusammengepreßt werden, um ihn in den Hing einzusetzen. Zu diesem Zweck ist der Federring 32 geschlitzt, wobei die sich so gegenüberstehenden Enden durch ihren abgeschrägten Verlauf aufeinander gleiten können, wie dies bei 109 in Fig. 4 dargestellt ist. Der zusammengedrückte Federring 32 wird in den Ring eingesetzt und kann sich dann solange ausdehnen, bis er sich an die Innenfläche des Ringes 54 anlegt, wodurch er diesen Ring gegen den Becher drückt. Dabei kann sich der Ring 54 außen etwas ausbauchen, soweit er daran nicht durch den Metallbecher und die übrigen Teile gehindert wird.
Der ursprüngliche Durchmesser des Federringes ist so gewählt, daß er auch nach dem Einsetzen vorgespannt bleibt und diese Vorspannung während der Lebensdauer des Elementes beibehält. Gegen vollständige Ausdehnung
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bzw. Entspannung ist die Feder durch die begrenzte Kompressibilität, Kriechfähigkeit und thermische Veränderbarkeit des Hinges 54 sowie durch den Widerstand gehalten, den der oberhalb der Rast 28 liegende Teil des Bechers 24 bildet, womit eine unter hohem Druck stehende Dichtung während der gesamten lebensdauer des Elementes gewährleistet ist. Andererseits werden durch den radial auf den Ring 54 von dem Federring 32 ausgeübten Druck Kriechvorgänge oder thermische Veränderungen des Ringes 54 kompensiert.
Wenn der Federring 32 in den Dichtungsring 54 eingesetzt ist, wird die Oberkante 56 des Bechers umgebördelt, um die Dichtung zu vervollständigen, wobei gleichzeitig die Oberkante 86 des Ringes 54 um den Federring 32 gebogen wird.
Gleichzeitig dient der Federring 32 als fester Stützrücken, gegen den der Dichtungsring 54 axial angedrückt werden kann, wenn die Oberkante 56 des Bechers umgebördelt wird. Diese axiale Andrückung verstärkt den Dichtungsdruck zwischen dem Ring 54 und dem Metallbecher 24.
Auf der umgebördelten Oberkante 56 des Metallbechers liegt eine Scheibe 60 aus isolierendem Material, auf die von oben ein Druck durch das obere, umgebördelte
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Ende 64 einer äußeren, metallischen Ummantelung 66 drückt. Diese Anordnung sorgt für einen weiteren axialen Dichtdruck auf den Ring 54.
Die beiden Enden 64 und 68 der Ummantelung 66 sind derart umgebördelt, daß sich die äußere Ummantelung 66 unter Zugspannung befindet und so'an den umgebördelten Enden zieht, um sie auf zwei äußere isolierende Scheiben 70 und 74 an den jeweiligen Enden des Elementes zu drücken.
Ist die Oberkante 56 über und auf den Dichtungsring 54 umgebördelt, wird die Scheibe 60 auf das umgebördelte Ende aufgelegt und es wird das obere Ende einer Hülse aus isolierendem Kunststoffmaterial, die sich zwischen Becher 24 und Ummantelung 66 befindet, über die Oberkante 56 umgebördelt und auf diese gedrückt. Das untere Ende der Hülse 72 ist bereits um das untere Ende des Bechers 24 gelegt. Die negative Elektrode 12 mit dem an ihr befestigten Abschlußdeckel 18 wird nun eingedrückt, so daß der äußere ringförmige Teil 76 des Abschlußdeckels 18 sich unter Druck auf das umgeschlagene Ende der Hülse 72 legt. Dann werden die obere Isolierscheibe 74 und die untere Isolierscheibe 70 auf den Enden der Hülse 72 in Position gebracht und es werden schließlich die beiden Enden 64 und 68 der äußeren metallischen Ummantelung 66 dichtend um und auf diese beiden Scheiben gebördelt.
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Fig. 2 zeigt einen modifizierten Abschlußring 3OA aus plastischem Material, bei dem eine dickere Schürze 90 vorgesehen ist, um die Stützfläche für den Metallring eines größeren Elementes zu erweitern. Der Sitz des Abschlußringes auf der Rast 28 ist vergrößert dargestellt, um zu zeigen, daß sich der dichtende Eingriff hier über einen nennenswerten Bereich erstreckt. Auf diese Weise kann sich der Druck, den der mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgestattete Federring 32 ausübt, im wesentlichen über einen halbkreisförmigen Bereich zwischen Federring und Dichtring 54 auswirken.
Die Fig. 3 und 4 zeigen einen weiteren Abschlußring 30B, bei dem die Schürze 102 mit einer sich erweiternden inneren Fläche 104 und einem dickeren Bereich 106 versehen ist, damit man eine größere Festigkeit und einen größeren Reaktionsdruck für den metallenen Federring 108 erhält, der, wie dargestellt, einen rechteckigen radialen Querschnitt aufweist, dessen längere Seiten sich in radialer Richtung erstrecken. Der Federring 108 übt einen verhältnismäßig größeren, nach außen gerichteten Druck aus, was in seinem balkenförmigen Querschnitt begründet liegt, da der ausgeübte Druck die gleiche Richtung.hat wie die längere Seite des Querschnittes des Federringes. Der Federring 108 weist einen schrägen Schlitz 109 auf, bei dem die beiden Enden sich leicht gegeneinander verschieben können, wenn der Ring zusammengedrückt wird. Außerdem
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hat der Federring eine ebene obere Fläche 110, gegen* die das obere Ende 112 des Dichtungsringes 54A durch die Oberkante des Behälters besser in eine gut festgelegte und umgebördelte Lage gebracht werden kann.
Der Federring 108 hat im entspannten Zustand einen Durchmesser, wie er sich in Fig. 4 aus den gestrichelten Linien ergibt. Übt man auf ihn von entgegengesetzten Seiten, wie dies die Pfeile zeigen, einen Druck aus, so läßt sich der Federring 108 auf einen kleineren Durchmesser reduzieren, um ihn in den Dichtungsring 54A einzusetzen.
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Claims (18)

Pat entansprüche
1. Galvanisches Element mit einem insbesondere zylindrischen, an einem Ende offenen Becher und einem Verschlußglied aus isolierendem Material, das in dieses Ende eingesetzt ist und am Umfang einen dichtenden Teil aufweist, welcher über einen axial begrenzten Bereich an der inneren Oberfläche des Bechers anliegt, dadurch gekennzeichnet,
daß sich das Verschlußglied (30, 3OA, 30B) praktisch über den gesamten Innenquerschnitt des Bechers (24) erstreckt und daß in das Verschlußglied Mittel eingesetzt sind, die von gegenüberliegenden Seiten her zusammen mit dem Becher derart auf den dichtenden Teil (54, 54A) einwirken, daß zwischen diesem und dem Becher eine gegen hohen Druck dichte Verbindung gebildet ist.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel ein Metallring (32, 108) sind.
3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (32, 108) aus Federmetall besteht.
4. Element nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,
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daß der Federring (32, 108) gewickelt ist.
5. Element nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet,
daß die aufeinanderstoßenden Kanten des Federwickels (32, 108) in einer zur Federachse parallelen Ebene verlaufen und zur Federachse geneigt sind.
6. Element nach einem der Ansprüche 3 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (108) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
7. Element nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (32, 108) im eingesetzten Zustand radial auf einen gegenüber seinem Durchmesser im entspannten Zustand kleineren Durchmesser vorgespannt ist.
8. Element nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (56) des Bechers (24) zusammen mit dem dichtenden Teil (54, 54A) radial nach innen über und unter Vorspannung auf den Federring (32, 108) umgebördelt ist, wobei der Federring einen festen Stützrücken gegen den axial auf den dichtenden Teil durch die Umbördelung ausgeübten Druck bildet.
9. Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Becher (24) unter gegenseitiger Isolierung von einer zylindrischen Ummantelung (66) umgeben ist
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und daß von der Ummantelung beaufschlagte Mittel vorgesehen sind, um auf die umgebördelte Oberkante (56) des Bechers einen ständigen Druck auszuüben.
10. Element nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die umgebördelte Oberkante (56) des Bechers (.24) koaxial eine Druckscheibe (60) aufgelegt ist und daß die Mittel auf diese einen axialen Druck ausüben.
11. Element nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch das umgebördelte obere Ende (64) der Ummantelung (66) gebildet sind.
12. Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine nageiförmige, negative Elektrode (12) durch die Nabe (36) des Versehlußgliedes (30, 3OA, 30B) axial in den durch den Becher (24) gebildeten Raum und das dort angeordnete negative Elektrodenmaterial (14) erstreckt, daß diese Elektrode einen flachen Kopf (16) aufweist, daß darauf durch elektrische Verschweißung ein Abschlußdeckel (18) mit einem zentralen, koaxialen Bereich befestigt ist, der einen Pol des Elementes bildet, daß der Deckel mit einem ringförmigen äußeren Teil (76) unter gegenseitiger Isolierung kongruent über dem umgebördelten oberen Ende (56) des Bechers (24) sitzt und daß das umgebördelte obere Ende (64) der Ummantelung (66) von oben auf den ringförmigen Teil drückt.
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13. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel derart mit dem Becher (24) zusammenwirken, daß der dichtende Teil (54, 54A) beiderseits sowohl unter radialem als auch unter axialem Druck steht.
14· Element nach einem der Ansprüche 1 Ms 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Becher (24) auf seiner Innenseite eine Rast (28) aufweist, auf der das Verschlußglied (30, 3OA, 30B) aufsitzt.
15. Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hing (32, 108) in axialer Richtung auf der Höhe zwischen der Rast (28) und dem offenen Ende des Bechers (24) angeordnet ist.
16. Element nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (30, 3OA, 30B) an seinem Umfang einen nach unten ragenden, in die Rast (28) passenden Teil (50, 90) aufweist.
17. Element nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der dichtende Teil (54» 54A) durch die den Druck ausübenden Mittel sowohl gegen die Rast (28) als auch gegen die innere Oberfläche des Bechers (24) gedrückt ist.
18. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (30,
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3OA, 3OB) einen in Radialrichtung praktisch steifen, scheibenförmigen Bereich (36) und einen verformbaren, den dichtenden Teil (54-, 54-) bildenden Flansch aufweist.
19· Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elementes mit einem Metallbecher als Behälter für die Bestandteile des Elementes und einem Verschlußglied aus Kunststoff mit einem konzentrischen, federelastischen, zylindrischen und am Umfang angebrachten Ring als Dichtung gegenüber der inneren Oberfläche des Bechers, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Dichtring (54, 54A) und Becher (24) eine hohem Druck standhaltende Dichtung gebildet wird, indem ein radial zusammengedrückter und dadurch vorgespannter, geschlitzter Federmetallring (32, 108) beim Zusammensetzen des Elementes (10) in den Dichtring (54, 54A) eingesetzt wird und daß dann das Element derart verschlossen wird, daß durch den Federring ständig ein Innendruck auf den Dichtring ausgeübt wird, der ihn gegen die innere Oberfläche des Bechers (24) drückt.
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DE2228893A 1971-06-16 1972-06-14 Galvanisches Element mit einem zylindrischen Becher und einem VerschluBkörper aus isolierendem Material Expired DE2228893C3 (de)

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