DE2228893B2 - Galvanisches Element mit einem zylindrischen Becher und einem Verschlußkörper aus isolierendem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit einem zylindrischen Becher und einem sich praktisch über den gesamten Innenquerschnitt des Bechers erstreckenden Verschlußkörper aus isolierendem Material, der am Umfang einen dichtenden Teil aufweist, welcher über einen axial begrenzten Bereich an der inneren Oberfläche des Bechers anliegt.

Derartige bekannte Elemente werfen insbesondere dann, wenn sie einen alkalischen Elektrolyten aufweisen, 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, das 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 den Verschlußkörper 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 ver-

6u besserte Dichtung anzugeben, bei der Kriechvorgänge, thermische 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 der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungs-

gemäß dadurch gelöst, daß in den Verschlußkörper ein Ring aus Federmetall eingesetzt ist, der von gegenüberliegenden Seiten her zusammen mit dem Becher derart auf den dichtenden Teil einwirkt, daß zwischen diesem und dem Becher eine unter hohem Druck stehende, dichtende Verbindung gebildet ist. Somit wirkt der Federring als ein dauernd von innen Druck ausübendes Element gegen den dichtenden Teil, beispielsweise einen Dichtring oder einen Dichtflansch, deren äußere Oberfläche dadurch und gegebenenfails durch die Umbördeiung des offenen Endes des Bechers gegen die Innenfläche des Bechers gedrückt wird, so daß eine in zwei Richtungen unter Druck stehende Abdichtung gebildet ist.

Der Federring, der in Radialrichtung federnd elastisch ist, ist vorzugsweise in Axialrichtung steif, so daß er 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 Rasi aufweist, die als Sitz für den Verschlußkörper und damit den Dichtring dient. Dann ist die Öffnungskante des Bechers über den Verschlußkörper umgebördelt und nach unten gepreßt, so daß der Becher im Bereich oberhalb der Rast vollständig verschlossen ist. Das freie Eüde des Bechers oberhalb der Rast bildet damit im Zusammenwirken mit dem Verschlußkörper eine unter hoher Vorspannung stehende Abdichtung.

Während bei bekannten Elementen, die im Handel nicht schnell genug abgesetzt werden können, eine Beeinträchtigung der Abdichtung infolge Temperaturschwankungen und Kriechvorgängen des plastischen Dichtungsmaterials auftreten, führt die gemäß der Erfindung verbesserte Dichtung zu einer längeren Lagerfähigkeit, wenn die Ebmente 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 ein zylindrischer Fortsatz ausgebildet, der beim Umbördeln 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 zusätzlichen Umbör.^lung einer äußeren Ummantelung herrührt, die den Becher umgibt.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die auf der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht eines Elementes in teilweise aufgeschnittener Form;

F i g. 2 eine teilweise Ansicht gemäß F i g. 1 mit einer anders ausgebildeten Dichtung;

F i g. 3 eine axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Dichtung mit einem Druckring, und

F i g. 4 die Dichtung gemäß F i g. 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 umgebenden Separatorbeutel 20 enthalten, der seinerseits von einem zylindrischen Ring von Depolarisa-

»5 tormaterial 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 24 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 relativer fester Reibverbindung mit dem oberen Teil des Bechers 24 oberhalb der Rast 28 und mit der Rast 28 selbst steht.

Der in Fig. 1 dargestellte Abschlußring30 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 daß er sich gegen seitlich auf die Dichtung einwir-

kende 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 14 einstecken 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 kegeistumpfförmige 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 44 des Separatorbeutels 20 ge-

währleistet die erforderliche Trennung zwischen dem im Separatorbeutel 20 gebildeten Raum 46 und dem äußeren Raum 48, der das Depolarisatormaterial enthält. Das Umlegen des Endbereiches 44 des Sepa; atorbeutels 20 geschieht, wenn der Abschlußring 30 in den Becher 24 eingesetzt wird.

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, Festigkeitswerte. 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 AbschluBring 30 einen kurzen außen umlaufenden Ring 54 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 gerichteten Druck ausübt, welcher verbesserte Dichtungsverhältnisse zwischen dem Abschlußring 30 und dem Becher 24 schafft, nämlich einmal gegenüber dem Becherkörper 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 Ringes 54. Daher muß der Federring 32 auf ein Maß, welches geringer ist als der Innendurchmesser des Ringes 54, zusammengepreßt werden, um ihn in den Ring 54 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 F i g. 4 dargestellt ist. Der zusammengedrückte Federring 32 wird in den Ring 54 eingesetzt und kann sich dann so lange 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 bzw. Entspannung ist die Feder durch die begrenzte Kompressibilität, Kriechfähigkeit und thermische Veränderbarkeit des Ringes 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.

ίο 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 24 liegt eine Scheibe 60 aus isolierendem Material, auf die von oben ein Druck durch das obere, umgebördelte Ende 64 einer äußeren, metalli-

ao sehen 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 Um-

*5 maptdung 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 72 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 Abschlußdeckeis 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.

F i g. 2 zeigt einen modifizierten Abschlußring 30 A 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 F i g. 3 und 4 zeigen einen weiteren Abschlußring 30 B, 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 füi 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 hat der Federring eine ebene obere Fläche 110, gegen die das obere Ende 112 des Dichtungsringes 54 A durch die Ober-

kante 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 F i g. 4 aus den gestrichelten Linien ergibt. Übt man auf rhn 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 54 A einzusetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

409530/2!

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Galvanisches Element mit einem zylindrischen Becher und einem sich praktisch über den gesamten Innenquerschnitt des Bechers erstrekkenden Verschlußkörper aus isolierendem Material, der am Umfang einen dichtenden Teil aufweist, welcher über einen axial begrenzten Bereich an der inneren Oberfläche des Bechers anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verschlußkörper (30, 30 A, 30 B) ein Ring (32, 108) aus Federmetall eingesetzt ist, der von gegenüberliegenden Seiten her zusammen mit dem Becher derart auf den dichtenden Teil einwirkt, daß zwischen diesem und dem Becher eine unter hohem Druck stehende, dichtende Verbindung gebildet ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (32, 108) gewickelt ist.

3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderstoßenden Stirnflächen des Federwickels (32, 108) zueinander parallel sind und in zur Federachse in Umfangsrichtung des Federwickels geneigten Ebenen liegen.

4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (108) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (32, 108) im eingesetzten Zustand radial auf einen gegenüber seinem Durchmesser im entspannten Zustand kleineren Durchmesser vorgespannt ist.

6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (56) des Bechers (24) zusammen mit dem dichtenden Teil (54, 54 A) 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.

7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Becher (24) unter gegenseitiger Isolierung von einer zylindrischen Ummantelung (66) umgeben ist und daß das umgebördelte obere Ende (64) der Ummantelung auf die umgebördelte Oberkante (56) des Bechers einen ständigen Druck ausübt.

8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die umgebördelte Oberkante (56) des Bechers (24) koaxial eine Druckscheibe (60) aufgelegt ist und daß das umgebördelte obere Ende (64) der Ummantelung (66) auf diese einen axialen Druck ausübt.

9. Element nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (32, 108) aus Federmetall derart mit dem Becher (24) zusammenwirkt, daß der dichtende Teil (54, 54-4) beiderseits sowohl unter radialem als auch unter axialem Druck steht.

10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß der Becher (24) auf seiner Innenseite eine Rast (28) aufweist, auf der der Verschlußkörper (30, 30/1, 30 5) aufsitzt.

11. Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (32, 108) in axialer Richtung auf der Höhe zwischen der Rast (28) und dem offenen Ende des Bechers (24) angeordnet ist.

12. Element nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (30, 30Λ, 30ß) an seinem Umfang einen nach unten ragenden, in die Rast (28) passenden Teil (50, 90) aufweist.

13. Element nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der dichtende Teil (54, 54/1) durch die den Druck ausübenden Mittel sowohl gegen die Rast (28) als auch gegen die innere Oberfläche des Bechers (24) gedrückt ist.

14. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (30, 30 A, 30 B) einen in Radialrichtung praktisch steifen, scheibenförmigen Bereich (36) und einen verformbaren, den dichtenden Teil (54, 54A) bildenden Flansch aufweist.