DE2228893C3

DE2228893C3 - Galvanisches Element mit einem zylindrischen Becher und einem VerschluBkörper aus isolierendem Material

Info

Publication number: DE2228893C3
Application number: DE2228893A
Authority: DE
Inventors: Robert Eugene Spring Valley N.Y. Ralston (V.St.A.)
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1971-06-16
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1975-03-13
Also published as: AU4306872A; NL7208306A; GB1342873A; DE2228893B2; US3754997A; AU467940B2; FR2141999B1; CA974586A; JPS5549383B1; IL39645A0; NL154069B; BE785034A; DE2228893A1; FR2141999A1; IL39645A

Description

^nC]2 Element nach Anspruch 10 oder 11, dagekennzeichnet, daß der Verschlußkörper ·" l 30B) an seinem Umfang einen ntch ¹ n, in die Rast (28) passenden Teil

oHweist
element nach Anspruch 10, Π oder 12,

^h "kennzeichnet, daß der dichtende Te» chjeKenn _{Druck ausübenden}

sowohl gegen die Rast (28) als auch gegen ^ Oberfläche des Bechers (24) gedrückt

ist

_{h inem dcr} Ansprüche I bis ,¹⁴ _dajS"etennzeichnet, daß der Verschluß13, -da dun:n &eke nn^ ^ ^ Radialrichtung

prfisch ^^^CäS^^

tisch über den f^^^S^o'Tau"isoHeren" chers erstreckenden Versen'^οφ" a_U '^rendem Material, der am Umfang einen dichtenden T-il aufweist, welcher über einen axial begrenzten Bere.ch an der inneren Obeiflache des Bechers anliegt.

Derartige bekannte Elemente werfen ,nsbesondere dann, wenn s.e einen alkalischen Elektrolyten aufweisen, Dichtungsprobleme bezüglich des BehaIters auf, in dem die Bestandteile des Elementes einschließhch 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 Kriechvorgangen, 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 Dcckeldichtung 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 verbesserte 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 Wirksamkeil verändern.

Ausgehend von einem galvanischen Element der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungs-

gemäß dadurch gelöst, daß in den Verschlußkörper Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von Ausein Ring aus Federmetall eingesetzt ist, der von führungsbeispielen näher erläutert, die auf der Zeichqegenüberliegenden Seiten her zusammen mit dem nung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt Becher derart auf den dichtenden Teil einwirkt, daß _p. Seitenansicht eines Elementes in teil-Twischen diesem und dem Becher eine unter hohem 5 ^B ' ^1C ^Xilc"^a"*£"¹ «" Ck stehende, dichtende Verbindung gebildet ist. ^ÄtSd/Scht gemäß Fig. 1 mit Somit wirkt der Federnng als ein dauernd von innen ^ Ü^^S^SZS^ Druck ausübendes Element gegen den dichtenden _p. 3 . ^ , _SchniUansi(£_{t einer we}iteren Teil, beisp.elswe.se emenDichtnng oder e.nen D.cht- « _m _{Dkh mit einem Druck}. flansch, deren äußere Oberfläche dadurch und ge- 10 · ■ ⁶

gebenenfalls durch die Umbördelung des offenen ^m$™₄ _{die Dichtung gemä}ß Fig. 3 mit heraus-

Endes des Bechers gegen d.e Innenflache des Bechers J_mmcm _Druckrilf_g.⁸

gedrückt wird, so daß eine in zwei Richtungen unter ⁶ ^b

Druck stehende Abdichtung gebildet ist. Das in F i g. 1 dargestellte Element 10 enthält eine Der Federring, der in Radialrichtung federnd 15 negative Elektrode 12, die sich nach unten in das

elastisch ist, ist vorzugsweise in Axialrichtung steif, negative Elektrodenmaterial 14 erstreckt und mit

so daß er als eine feste Rückenversteifung dient, einem verbreiterten Kopf 16 versehen ist, welcher als

gegen die der Dichtring oder der Dichtflansch zu- Träger für den den negativen Pol bildenden Deckel

sätzlich in Axialrichtung gedrückt werden kann, um 18 dient. Der Deckel 18 wird beim Zusammenbau eine verbesserte Abdichtung zu erzielen. _J0 des Elementes mit dem Kopf 16 der negativen

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Elektrode 12 verschweißt.

zylindrischer Becher zur Aufnahme der Bestandteile Das negative Elektrodenmaterial ist in einem dieses

des Elementes vorgesehen, welcher innen eine um- umgebenden Separatorbeutel 20 enthalten, der seiner-

laufende Rast aufweist, die als Sitz für den Ver- seits von einem zylindrischen Ring von Depolarisaschlußkörper und damit den Dichtring dient. Dann as tormaterial 22 umgeben ist, das an einem zylindri-

ist die Öffnungskante des Bechers über den Ver- sehen Metailbecher 24 anliegt, welcher als Behälter

schlußkörper umgebördelt und nach unten gepreßt, für die einzelnen Bestandteile des Elementes

so daß der Becher im Bereich oberhalb der Rast dient.

vollständig verschlossen ist. Das freie Ende des Der Becher 24 ist am Boden unter Ausformung

Bechers oberhalb der Rast bildet damit im Zusam- 30 eines koaxialen Vorsprunges 26 geschlossen, der als

menwirkcn mit dem Verschlußkörper eine unter ein Pol des Elementes dient. Das andere Ende des

hoher Vorspannung stehende Abdichtung. Bechers 24 ist ursprünglich offen und mit einer innen

Während bei bekannten Elementen, die im Handel umlaufenden Rast 28 versehen, die als Sitz für einen

nicht schnell genug abgesetzt werden können, eine oberen Abschlußring 30 aus plastischem Material

Beeinträchtigung der Abdichtung infolge Tempera- 35 dient, welcher mit einem federnd vorgespannten,

turschwankungen und Kriechvorgängen des plash- umlaufenden, metallenen Federring 32 versehen ist.

sehen Dichtungsmaterials auftreten, führt die gemäß Wenn die Teile und aktiven Bestandteile des EIe-

der Erfindung verbesserte Dichtung zu einer länge- mentes in dem Becher 24 untergebracht sind, wird der

ren Lagerfähigkeit, wenn die Elemente nicht auf Abschlußring 30 in das noch offene obere Ende des

andere Weise beeinträchtigt werden. 40 Bechers und auf die Rast 28 eingesetzt. Dabei sind

Das erfindungsgemäß vorgesehene, vorgespannte die Abmessungen so gewählt, daß der Abschlußring

Federelement kompensiert diesen folgend Kriech- in relativer fester Reibverbindung mit dem oberen

vorgänge oder andere Bewegungen des Verschluß- Teil des Bechers 24 oberhalb der Rast 28 und mit

gliedes aus plastischem Material. Dabei ist am Um- der Rast 28 selbst steht.

fang des Verschlußgliedes vorzugsweise ein zylindri- ₄₅ Der in Fig. 1 dargestellte Abschlußring30 hat im scher Fortsatz ausgebildet, der beim Umbördeln des großen und ganzen die Form einer Kreisscheibe mit offenen Endes des Behälters im Zusammenhang mit einem zentralen Körper 34, dessen Dicke ausreicht, den diesen verschließenden letzten Fertigungsschrit- um ihm eine genügende Quersteifigkeit zu geben, so ten gegen die Innenwand des Behälters gepreßt wird. daß er sich gegen seitlich auf die Dichtung einwir-Der vorgespannte Federring ist dabei dazu eingesetzt, 50 kendc Druckkräfte wie ein fester Körper verhalt, um sich in einer einen ständigen radial nach außen Ferner ist dem Körper 34 durch entsprechende Begerichteten Druck ausübenden Anlage gegen die messung eine ausreichende Widerstandsfähigkeit innere Oberfläche dieses zylindrischen Fortsatzes zu gegen äußere Belastungen durch eine zentrale Nabe befinden. Wenn dann die Oberkante des Bechers 36 gegeben, die mit einer Bohrung 38 versehen ist, über die Außenkante des Verschlußgliedes umge- ₅₅ durch die die negative Elektrode 12 vom offenen bördelt wird, wird der zylindrische Vorsprung dicht Ende des Bechers 24 her eingesetzt werden kann, üas zwischen dem umgebördelten Teil des Bechers und untere Ende der negativen Elektrode 12 ist mit einer der vorgespannten Feder zusammengedrückt, so daß Spitze 40 versehen, um sie leicht in das negative der sich von beiden Seiten auf den zylindrischen Elektrodenmaterial 14 einstecken zu können. Vorsprung auswirkende Druck dauernd erhalten 60 Der Abschlußring 30 aus plastischem Material erbleibt und so aus Kriechvorgängen und thermischen weite« sich vom Körper 34 ausgehend radial schräg Formänderungen herrührende Änderungen der Ab- nach unten und seine Dicke nimmt dabei konisch atv messungen des Verschlußgliedes kompensieren kann. Seine so gebildete kegelstumpfformige Unterseite 4Z Darüber hinaus wird der durch das umgebördelte verschließt den Separatorbeutel 20, dessen oberer Ende des Bechers ausgeübte Druck durch einen wei- 65 Endbereich 44 nach innen umgelegt ist uncl sicn teren Druck unterstützt, der aus einer zusätzlichen unter Druck in Anlage gegen den Abschlußring JO Umbördelung einer äußeren Ummantelung herrührt. befindet. Die gegenseitige Anlage von AbschlutJnng die den Becher umgibt. 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 Separatorbeutels 20 geschieht, wenn der Abschlußring 30 in den Becher 24 eingesetzt wird.

Der Abschlußring 30 weist eine äußere, schürzenlörmige 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, weiches 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 Abschlußring 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 a!s 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 wäh rcnd 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 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 Dichtungs-

ring 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 Abschluß-

deckeis 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

♦5 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

5« 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, der

der mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgestattete Federring 32 ausübt, im wesentlichen über einer halbkreisförmigen Bereich zwischen Federring unc Dichtring 54 auswirken.

Die F i g. 3 und 4 zeigen einen weiteren Abschluß-

ring 30 B, bei dem die Schürze 102 mit einer sich erweiternden inneren Fläche 104 und einem dickerer Bereich 106 versehen ist, damit man eine größe« Festigkeit und einen größeren Reaktionsdruck füi den metallenen Federring 108 erhält, der, wie darge

stellt, einen rechteckigen radialen Querschnitt auf weist, dessen längere Seiten sich in radialer Richtuni erstrecken. Der Federring 108 übt einen verhältnis mäßig 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 Oberkante des Behälters besser in eine gut festgelegte und unigebördelte 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 54 A einzusetzen.

Hierzu 2¹ Blatt Zeichnungen

509*11/333

i-

Claims

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, 30.4, 30B) 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 Verbin-

ist.

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 Stützrürken 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 umgebördclte obere !Ende (64) der Ummantelung (66) auf diese einen axialen Druck ausübt.

9. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (32, 108) aus Federmetall derart mit dem Becher (24) zusammenwirkt, daß der dichtende Teil (54, 54/4) beiderseits sowohl 6_U 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 ß) 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) angeord-