DE2262670A1

DE2262670A1 - Lecksichere trockenzellenbatterie

Info

Publication number: DE2262670A1
Application number: DE2262670A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Dr Karobath; Leopold Dipl Ing Dr Rippel
Original assignee: Telephon und Telegraphen Fabriks AG Kapsch und Soehne
Current assignee: Telephon und Telegraphen Fabriks AG Kapsch und Soehne
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1974-07-11
Also published as: SE407130B; IN140673B; DK133799C; FR2211764A1; CH559432A5; GB1450814A; PL91165B1; DE2262670B2; JPS4989823A; ZA739663B; US3891463A; ATA1038273A; DK133799B; AT331322B; BR7308764D0

Description

Telephon- und Telegraphen- Fabriks-Aktiengesellschaft KAPSCH & SÖHNE in Wien (Österreich)

Lecksichere Trockenzellenbatterie

Die Erfindung "betrifft eine lecksichere Troekensellenbatterie mit einer Kunststoffhülse, deren Deckel eine flansch= artige Durchführung für die stabförmige positive Elektrode aufweist, wobei im Ringspalt zwischen Deckelflansch und Elektrode eine Dichtmasse vorgesehen ist_o

Derartige Trockenzellenbatterie unterscheiden sich vom allgemein üblichen Aufbau galvanischer Zellen mit Eun'st stoff um= mantelring durch die Anordnung einer gesonderten Dichtmasse im Ringspalt zwischen Deckelflansch und positiver Elektrode_o Üblich ist lediglich eine Imprägnierung der positiven Elektrode mit öl oder Wachs, wobei jedoch der Sitz der Elektrode rein mechanisch gesichert wird. Dabei ist es notwendig, daß die Bohrung des Flansches kleiner ausgeführt wird als der Durchmesser der üblicherweise als Kohlestift ausgebildeten positiven Elektrode, sodaß der Flansch mit einer Art Preßsitz am Kohlestift aufsitzt. In der Praxis gelingt dabei trotzdem'

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keine völlig sichere Abdichtung und zwar aus folgenden Gründen:

Erstens ist damit zu rechnen, daß der Kohlestift nie völlig kreisrund sein wird. Es besteht immer die Möglichkeit, daß Absplitterungen auftreten, womit ein Kanal für Flüssigkeitsaustritt auch bei sehr fest sitzendem Dichtungsflansch geschaffen wird. Der Kohlestift ist in der Regel mit öl oder Wachs imprägniert, um einen Flüssigkeitstransport durch die Porosität des Kohlematerials zu verhindern. Absplitterungen im Kohlestift können jedoch durch öl- oder Wachs- Imprägnierung nicht ausgeglichen werden.

Abgesehen von den Fehlern im Material und in der Fabrikation, ist die Oberfläche der verwendeten Kohlestifte nicht so glatt, daß selbst durch starken Preßsitz des Kunststoffhalses (Flansch) auf dem Graphitstift kleinste kapillare Kanälchen verbleiben, durch die Elektrolyt aus dem Zelleninneren nach außen gelangen kann, zumal die Benetzung einer Festkörperoberfläche mit ihrer Rauhigkeit zunimmt. Dies führt soweit, daß sogar Benetzung eintritt, wenn die Oberflächenspannung der Lösung großer als die kritische Oberflächenspannung des Festkörpers ist. Auch daran ändert die Imprägnierung des Kohlestiftes mit öl oder Paraffin nichts.

Wählt man andererseits, um einen entsprechend strengen Sitz des Flansches zu erhalten, beispielsweise den Durchmesser des Flansches um 0,1 - 0,2 mm kleiner als der Durchmesser des Kohlestiftes ist, so besteht die Gefahr für zwei Fabrikationsfehler:

Zum Aufpressen der Hülle mit dem im Kopf sitzenden Dichtungsflansch ist eine größere Kraft erforderlich. Diese größere Kraft beansprucht einerseits die Festigkeit des Pluspolstiftes, besonders dann, wenn der Pluspolstift nicht genau zentrisch

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in die*Bohrung des Hüllendeckels paßt. Zum Ausgleich solcher Exzentrizitäten ist bereits vorgeschlagen worden, den Deckel ringförmig zu schwächen. Dennoch kann es beim Einhülsen zum Bruch des Pluspolstiftes kommen. Andererseits, wenn der Kohlestift diese starke Beanspruchung aushält, wird über ihn die Aufpreßkraft in das Innere der Zelle übertragen, well die Zelle beim Einhülsen ja nur am Boden des Element-Bechers abgestützt werden kann. Damit- aber treten leicht Beschädigungen im Inneren des Zellenaufbaues ein.

Schließlich gibt es noch weitere Schwierigkeit, die in der Natur des Kunststoffes liegt. Wählt man nämlich eine so große Differenz der beiden Durchmesser wie angegeben zwischen 0,1 0,2 mm, um einen entsprechend festen Sitz zu erreichen, so wird durch den Kohlestift der Spritzstofflansch aufgeweitet und es treten im Kunststoff starke, radial in der Bohrung wirkende Kräfte auf, Spannungen im Kunststoff sind aber immer gefährlich. Einmal gibt der Kunststoff im Laufe der Zeit diesen Spannungen nach, wodurch die Abdichtung verlorengeht und außerdem besteht die Gefahr von Spannungskorrosion, was zum Auftreten von Rissen im Kunststoff führt.

um die angeführten Nachteile zu vermeiden wurde bereits (vgl. DL-PS 62.598) vorgeschlagen _v im Hingspalt zwischen Beckelflansch und Elektrode als Dichtmasse eine Wachsschicht vorzusehen«, Bei Verwendung eines solchen Dichtungsringes ist es möglich₀ die Differenz der Durchmesser vom Flansch "and Pluspolstift wesentlich kleiner zu wählen₉ etwa in einer Größenordnung von Q₉1 Hm₀ Es ist damit gewährleistet₉ daß die Hülse mit dem Flansch nur unter Anwendung geringer Kräfte auf di® Zelle aufgeschoben = werden kann, wodurch Beschädigungen der galvanischen Zelle und der Hülle ausgeschlossen sind»

Völlig überraschend kam es jedoch auch bei derartig abgedichteten Zellen gelegentlich sum Austritt von Elektrolytflüssigkeit ,der zunächst schwer erklärlich war. Es wurde nun gefunden.

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daß der Grund für dieses Versagen in zwei ganz verschiedenen Eigenschaften der Dichtungsmasse liegt. Zunächst war bisher übersehen worden, daß beispielsweise bei Kurzschluß der Zelle je nach den Abkühlungsverhältnissen des Batteriebehälters in der Zelle Temperaturen zwischen $0 - 10O⁰C auftreten können. Praktische Versuche haben erwiesen, daß in einem solchen Fall das bisher als Dichtungsmaterial verschwendete Wachs flüssig wird, durch den im Inneren der Zelle im Kurzschlußfall herrschenden Überdruck aus dem Hals hinausgetrieben wird, worauf anschließend durch die solcher Art geöffneten Undichtheitskanäle Elektrolytilüssigkeit austritt.

Außerdem wurde festgestellt, daß wohl die Verbindung zwischen Wachs und Kohlestift, nicht aber die Verbindung zwischen Wachs und Deckelflansch stark genug ist, um dem unter Umständen im Zelleninneren auftretenden Gasdruck zu widerstehen. Der Grund hiefür wurde darin gefunden, daß bei Verwendung kristalliner Dichtungsmittel keine hinreichende Flächenberührung zwischen Dichtungsmittel und Kunststoff und deshalb keine ausreichende Adhäsionskraft gegeben.ist.

Erfindungsgemäß ist demgegenüber vorgesehen, daß das Erweichungsintervall der ganz oder überwiegend aus elastomerem, plastischem, nicht kristallinem Material bestehenden Dichtungsmasse erst oberhalb einer Temperatur von 100⁰C beginnt.

Grundsätzlich können als derartige Dichtungsmittel z.B. Einkomponentenlacke, die flüssig auf den Pluspolstift aufgebracht werden und deren Erhärtungsdauer so bemessen ist, daß sie während des Einhülsens der Zelle flüssig sind und vor Endprüfung und Auslieferung der Zelle fest sind,betrachtet werden. Ebenso Zweikomponentenkleber, bei welchen Kleber und Härter erst am Verwendungsort (Pluspolstift) zusammengeführt werden, sodaß sie während des Einhülsens der Zelle flüssig sind und kurz danach erhärten.

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Vor allem haben sich jedoch Polymerisate des Isobutylens und insbesondere ataktische Polymerisate des Propylens bewährt. Dies vor allem, weil zwischen ataktischem Polypropylen und den als Deckelmaterial in Präge kommenden Thermoplasten die notwendigen Adhäsionskräfte vorhanden sind σ Schwierigkeiten der Applikation bei Verarbeitung des ataktischen Polypropylens als Dichtungsmittel in der beschriebenen Anwendung können durch Zugabe von 5 - 30 % eines geeigneten mikrokristallinen Wachses behoben werden.

Die Bevorzugung des letztgenannten Dichtungsmittels hat insbesondere auch verfahrenstechnische Gründe=, Es ist nämlich zu berücksichtigen, daß für den Arbeitsgang "Dichtung' aufbringen" nur ein Zeitraum in der Größenordnung einer Sekunde oder weniger zur Verfügung steht. Weiter darf durch das Auf= bringen des Dichtungsmaterials die Zelle selbst und die Fabrik©.-= tionaeinrichtung nicht beschmutzt werden,, etwa durch Sprühstoffe. Vor allem aber ist notwendig, daß nach Stillstand der Produktionsstrecke und deren Wiederanlauf etwa nach,der Nachtruhe nicht umfangreiche Reinigungsarbeiten an der Produktionseinrichtung notwendig sein dürften, um die eventuell in den zugeführten Einrichtungen enthaltenen, festgewordenen Dichtungsstoffe zu entfernen. Das ataktische Polypropylen allein er= füllt nur die Bedingungen hinsichtlich der Dichtheit bei Temperaturen bis 100° C, ist aber nur schwer innerhalb der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit auf dem Pluspolstift aufzubringen. Es ist aber möglich, durch Beigabe eines entsprechenden Prozentsatzes von Mikrowachs zu erreichen, daß einerseits die Erweichungstemperatur noch über 100° C liegt und damit eine sichere Abdichtung gewährleistet wird und andererseits die Dichtungsmasse leicht aufgebracht werden kann.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Der Zinkbecher 6 der Batterie ist durch eine Teerschicbte 7 · durcn die der Kohlestift 3 durchgeführt ist, verschlossen.

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Um ein Auslaufen der Zelle zu verhindern, ist der Zinkbecher 6 mit einem Kunststoffmantel 1 umgeben, der mit dem Kunststoffdeckel 2 verschweißt ist. Der mit einem metallischen Kontaktstück versehene Kohlestift 3 weist gegenüber der Bohrung des Deckels 2 ein geringes Übermaß etwa in der Größenordnung von 0,1 mm auf und durchdringt den Deckel 2. Die Zentrierung des Stiftes 3 im Deckel 2 wird dadurch gewährleistet, daß dieser mit einer ringförmigen Scnwächungazone 8 versehen ist. Vor dem Einhülsen der Batterie in den Kunststoffmantel 1 bzw. vor dem Aufsetzen des Deckels 2 wird, der aus der Zelle ragende Teil des Kohlestiftes 3 mit einer ganz oder überwiegend aus elastomerem, plastischem, nicht kristallinem Material bestehenden Dichtungsmasse bestrich η oder besprüht, sodaß sich diese beim Aufsetzen des Deckels über die gesamte zwischen dem Deckel 2 und dem Kohlestift 3 befindlichen Dichtfläche 5 verteilt. Nach dem Aufsetzen des Deckels 2 wird das Kontaktstück auf dem Kohlestift 3 montiert.

Besonders bewährt hat es sich, die Dichtungsmasse in Form eines schmalen Ringes aufzubringen, der erst durch den Druck des Deckels bei dessen Aufsetzen über die ganze Dichtungsflache verteilt wird.

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Claims

Patentansprüche :

1. Lecksichere Trockenzellenbatterie mit einer Kunststoffhülse, deren Deckel eine flanschartige Durchführung für die stabförmige positive Elektrode aufweist, wobei im Ringspalt zwischen Deckelflansch und Elektrode eine Dichtmasse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Erweichungsintervall der ganz oder überwiegend aus elastomerem, plastischem, nicht kristallinem Material bestehenden Dichtungsmasse erst oberhalb einer Temperatur von 100° C beginnt.

2. Trockenzellenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmasse zur Gänze überwiegend aus ataktischea Polypropylen besteht.

3· Trockenzellenbatterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmasse außer ataktischem Polypropylen 5 - 30 Ji Mikrokristallines Wachs enthält.

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