DE2412843C3 - Alkalisches galvanisches Element - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein alkalisches galvanisches Element gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein Element dieser Art ist aus DE-OS 19 50 359 bekannt
Bei dieser bekannten Ausbildung ist die Muffe der Dichtung von einer metallischen Kappe umgeben, die
dazu dient, einen Durchtritt von Gasen und Flüssigkeiten
zwischen dem stabförmigen Stromableiter und der Dichtung völlig zu verhindern. Auch ist keine Möglichkeit
vorgesehen, den Luftzutritt ins Innere des Elements bei Ingebrauchnahme desselben zu ermöglichen.
Nachteilig ist bei einer solchen Ausbildung, daß es während der Lagerung des Elements zum Aufbau eines
Innendrucks kommen kann, da der Wasserstoff, der sich während der Lagerung unvermeidlich infolge von
Zinkkorrosion bildet, praktisch nicht austreten kann. Hierdurch werden die Eigenschaften des Elements
verschlechtert Die gleiche Wirkung hat die Unmöglichkeit des Zutritts von Luftsauerstoff zur positiven
Elektrode während des Gebrauchs.
Aus der FR-PS 7 96 648 ist ein alkalisches galvanisches
Element mit Luftdepolarisation bekannt, bei dem im Deckel zum Zwecke der Ermöglichung des Zutritts
von Luftsauerstoff Öffnungen ausbildbar sind, die entweder von vornherein vorhanden sind und während
der Lagerung durch einen Stopfen verschließbar sind oder die im Deckel bei Ingebrauchnahme eingestochen
werden können. Hier fehlt es aber an einer mit Muffe versehenen Dichtung, die einen Gasaustritt beim
Auftreten eines inneren Überdrucks ermöglichen könnte. Außerdem ist diese bekannte Ausbildung von
einigermaßen komplizierten und damit teurem Aufbau.
Aus der DE-AS 21 39 227 ist ein galvanisches Element bekannt, bei dem in einem Dichtungselement Kanäle
ausgebildet sind, die jedoch nicht in die Atmosphäre, sondern in einen geschlossenen Gassammeiraum
münden. Hierdurch besteht auch die Gefahr des Durchtritts von Alkalilösung durch diese Kanäle.
Aus der DE-OS 20 59 057 ist schließlich ein galvanisches Element mit Luftdepolarisation bekannt,
bei dem der Zutritt der Luft während der Lagerung durch eine Kunststoffolie verhindert wh"d, welche zur
Ingebrauchnahme abgerissen werden kann. Dadurch
so werden die Löcher des durchlöcherten Außengehäuses des Elements frei, was die Gefahr des Austritts von
Anodenmasse mit sich bringt.
Bei keiner der bekannten Ausbildungen ist gleichzeitig ein Gasaustritt aus dem Gehäuse nach außen derart
möglich, daß sich kein oder nur ein unwesentlicher innerer Überdruck bilden kann, während der Zutritt von
Luft oder Gasen in das Element während der Lagerung völlig verhindert ist und die Möglichkeit des Luftzutritts
bei Ingebrauchnahme nur zur positiven Elektrode eröffnet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist mithin die Schaffung eines alkalischen galvanischen Elements, bei
dem die vorstehend genannten Möglichkeiten eröffnet sind und das dabei von einfacher Konstruktion bleibt
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 2. Bei der
Ausbildungsvariante gemäß Patentanspruch 2 können die den Luftsauerstoffzutritt zur positiven Elektrode
ermöglichenden Kanäle durch Aufsetzen der Haube wieder geschlossen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ausbildung ergeben sich aus den Unteninsprüchen
3 bis 6.
Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch ein alkalisches galvanisches
Element, bei dem erfindungsgemäß der Deckel der hermetischen Abdichtungseinheit mit öffnungen
ausgeführt und die seitens des Deckels angeordnete Scheibe mit einer Muffe versehen ist sowie die positive
und negative Elektroden Kanäle enthalten,
F i g. 2 einen Schnitt nach Linie H-II der F i g. 1,
Fig.3 einen Schnitt durch ein alkalisches galvanisches
Element, bei dem erfindungsgemäß die Dichtung der hermetischen Abdichtungseinheit Kanäle enthält,
welche im Dichtungskörper angeordnet sinu, während die Masse der positiven Elektrode in eine Zarge
eingepreßt und das Element mit einer Haube versehen ist,
F i g. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der F i g. 3,
F i g. 5 die Gesamtansicht der in F i g. 3,4 verwandten Zarge mit der positiven Elektrode,
Fig.6 einen Teil eines alkalischen galvanischen Elements, bei dem erfindungsgemäß die Dichtung der
hermetischen Abdichtungseinheit aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, die ineinander eingesetzt sind,
wobei zwischen ihnen Kanäle für den Luftzutritt gebildet werden,
Fig.7 einen Teil eines alkalischen, galvanischen Elements, bei dem erfindungsgemäß der äußere Teil der
zusammengesetzten Dichtung gemeinsam mit einer dünnwandigen Membrane ausgeführt ist,
Fig.8 einen Teil eines alkalischen galvanischen Elements, bei dem erfindungsgemäß im Deckel der
hermetischen Abdichtungseinheit in der Zone, die am stabförmigen Stromableiter anliegt, eine Durchgangsöffnung ausgeführt ist,
F i g. 9 ein alkalisches galvanisches akkumulatorartiges Element, bei dem der Stromableiter der negativen
Elektrode, der in Form einer Metallhaube ausgeführt ist, mit einem rohrförmigen Kunststoffgestell versehen ist
und F i g. 10 einen Radialschnitt des Elements der F i g. 9.
Das alkalische galvanische Element enthält, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, eine positive Elektrode 1 mit einem
Stromableiter 2, der gleichzeitig als Elementgehäuse dient, un^t eine negative Elektrode 3 aus pastiertem Zink
mit eine^i stabförmigen Stromableiter 4. Die positive
Elektrode 1 und die negative Elektrode 3 sind, wie dies aus F i g· 1 ersichtlich ist, koaxial angeordnet und durch
ein£ ion^nleitende poröse Scheidewand 5 voneinander getfetin). An den Stirnseiten der Elektroden 1 und 3
befinde» Sich von der einen Seite je eine Scheibe 6 und
von dei' änderen Seite je eine Dichtung 7 aus einem elektrischen Isolierstoff, von denen jede eine ringförmige
Rippe 8 hat, welche in die ionenleitende poröse Scheidewand 5 längs des ganzen Umfangs der
Scheidewandstirnfläche hineinragen.
Die Scheibe 6 besitzt eine Muffe. 9, welche auf den stabförmigen Stromableiter 4 der negativen Elektrode 3
fest aufgesetzt ist Das Element ist von der Seite der Scheibe 6 mit einer hermetischen Abdichtungseinheit
versehen, welche aus einem Metalldeckel 10 und einer Dichtung 11 mit einer Muffe 12 besteht, die ebenfalls auf
den Stromableiter 4 fest aufgesetzt ist, während ein elektrischer Isolierkunststoff für den Deckel als Einlage
dient
Hierbei ist der Innendurchmesser der Muffe 9, der Scheibe 6 und der Muffe 12, welche ein Teil der
Dichtung 11 ist, kleiner als der Durchmesser des stabförmigen Stromableiters 4, wodurch ihr fester Sitz
auf dem letzteren gewährleistet wird
Die Außenfläche des Metalldeckels 10 dient als negativer Elementkontakt Die Dichtung 11 mit der
Muffe 12 ist aus einem durch Alkalilauge unbenetzbaren Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen, gefertigt Der
Mittelteil des Deckels 10 liegt auf dem stabförmigen Stromableiter 4 auf, welcher durch die Muffe 12 geführt
ist Die Letztere liegt fest am Stromableiter 4 an und läßt keine Alkalilauge an den Deckel 10 herankommen.
Der Deckel IO wird an den Stromableiter 4 über die Dichtung 11 durch einen am Umfang eingewalzten
Rand des Elementgehäuses, welches in diesem Fall der Stromableiter 2 ist, angepreßt Im Deckel 10 sind längs
seiner Umfangslinie öffnungen 13 vorgesehen, welche mit dem Kunststoff der Dichtung 11 gefüllt und dazu
bestimmt sind, Kanäle in diesem Material zu bilden, damit die Luft in das Element über vor der
Inbetriebnahme des Elements gemachte Durchstiche eintreten kann.
Es sind, um einen ungehinderten Zutritt des Luftsauerstotfs zur positiven Elektrode 1 längs ihrer
Höhe und ihres Querschnitts sowie den Austritt des Wasserstoffs aus der negativen Elektrode 3 ohne
Verformung derselben sicherzustellen, im Körper der positiven Elektrode 1 längs ihrer Achse Kanäle 14
(Fig, 1, 2) mit vorzugsweise gewölbeförmigem Querschnitt
und im Körper der negativen Elektrode ebenfalls längs der Achse Kanäle 15 vorgesehen.
Auf Fig.3 ist eine Ausführungsvariante des alkalischen
galvanischen Elmentr abgebildet, bei dem die Masse der positiven Elektrode 1 in eine Zarge 16
(F i g. 3,4) eingepreßt ist, welche in das Elementgehäuse
2 eingebaut ist Die aus Metall gefertigte und perforierte Zarge 16 hat einen Überzug aus galvanischem Nickel.
An ihrer Außenfläche befinden sich Vorsprünge 17 (F i g. 4, 5), welche parallel zur Zargenachse liegen und
dazu bestimmt sind, einen gleichmäßigen Spalt 18 zwischen dem Elementgehäuse 2 und der Zarge 16 zu
bilden. Dieser Spalt 18 erleichtert den Zutritt von Luftsauerstoff zur positiven Elektrode 1 längs ihrer
Höhe und ihres Querschnitts. Die Zarge 16 wird aus Stahlband oder -blech gefertigt, die auf der Seite der
Masse der positiven Elektrode 1 mit galvanischem Nickel bedeckt ist Die Außenfläche der Zarge 16 kann
ohne solchen Überzug sein. Die Ränder der Zarge 16 sind eingewalzt Der elektrische Kontakt zwischen der
Zarge 16 und dem Gehäuse 2 erfolgt durch die Vorsprünge 17 und den eingewalzten Rand, welcher sich
auf dem Boden des Gehäuses 2 abstützt
Bei der vorliegenden Ausführungsvariante des alkalischen galvanischen Elements sind, um den Luftzutritt in
das Element zu ermöglichen, im Körper der Dichtung 11, die aus einem elektrischen Isolierkunststoff besteht,
Kanäle 19 ausgeführt
Das Element ist, um ein langfristiges Aufbewahren desselben zu ermöglichen (um zu verhindern, daß die
Luft während der Aufbewahrung in das Element eindringt), mit einer Haube 20 aus einem Kunststoff,
z. B. aus Polyäthylen, versehen, die auf der Seite des Metalldeckels 10 fest auf das Elementgehäuse aufgesetzt
wird. Der Mittelteil der Haube 20 ist dünnwandig ausgeführt, um das Austreten von Wasserstoff aus dem
Element zu ermöglichen. Die Haube 20 kann vielfach verwendet werden, d. h. sie wird beim Betriebseinsatz
des Elements abgenommen und bei langfristiger Aufbewahrung des Elements auf dieses aufgesetzt.
Auf Fig.6 ist die hermetische Abdichtungseinheit
eines alkalischen galvanischen Elements abgebildet, bei dem die aus einem elektrischen Isolierkunststoff
gefertigte Dichtung aus zwei Teilen 21, 22 besteht, die ineinander eingesetzt sind und zwischen denen ein
Kanal 23 gebildet wird, um den Luftzutritt in das Element zu ermöglichen.
Der Außenteil 22 der zusammengesetzten Dichtung kann gemeinsam mit einer dünnwandigen Membrane 24
(F i g. 7) ausgeführt werden, die wasserstoffdurchlässig ist.
Vor der Inbetriebnahme wird die Membrane 24 entfernt
Auf F i g. 8 ist eine Ausführungsvariante der hermetischen Abdichtungseinheit abgebildet, bei welcher die
Dichtung 11, welche als Einlage für den Metalldeckel 10
dient, eine ringförmige Rippe 25 besitzt, welche in die ionenleitende poröse Scheidewand 5 längs des ganzen
Umfangs der Scheidewandstirnfläche hineinragt, während im Deckel 10 in der am stabförmigen Stromableiter
4 anliegenden Zone eine Durchgangsöffnung 26 ausgeführt ist.
Die in die ionenleitende poröse Scheidewand 5 hineinragende Rippe 25 verhindert den Zutritt von
Luftsauerstoff zur negativen Elektrode 3, während eine öffnung 26 den Austritt von Wasserstoff aus dem
Element während der Aufbewahrung ermöglicht.
Auf F i g. 9 und 10 ist die Konstruktion eines Elements
abgebildet, das vorzugsweise zum Einsatz als Akkumulator (mit Wiederaufladung) bestimmt ist
Der Stromableiter 4 besitzt ein Kunststoffgestell 27, auf dessen eines Ende der metallische Stromableiter 28
der negativen Elektrode aufgepreßt ist, welcher vorzugsweise in Form einer Haube ausgeführt wird.
Das Kunststoffgestell 27 besitzt eine Muffe 29, welche fest am Stromableiter 4 anliegt, dessen eines Ende mit
dem Stromableiter 28 in Berührung steht, während das andere Ende den Deckel 10 in der Zone der öffnung 26
berührt. Bei der vorliegenden Variante erleichtern die Kanäle 14 in der positiven Elektrode 1 den Sauerstoffaustritt
aus dem Innern der Elektrode beim Aufladen des Elements. Der Sauerstoff kann über eine öffnung 30
in der Rippe 25 und die öffnung 26 im Deckel 10 entweichen.
Die in Fig. 1—4und 6—10dargestellte ionenleitende
Scheidewand 5 wird aus Stärkeverdicker mit zerkleinertem feuchtigkeitsaufnehmenden (aufsaugenden) Material,
z. B. Holzmehl, als Zusatz gefertigt Die Zusammensetzung der ionenleitenden Scheidewand kann z. B. sein:
Auf 1 Liter Elektrolyt werden 65 g Stärke und 130 g Holzmehl zugegeben. Als Zusatz kann auch ein anderes
Material verwendet werden, z. B. Sägespäne, Papier-, Baumwollestaub oder ähnliches.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Alkalisches galvanisches Element mit einer positiven Elektrode mit das Gehäuse bildendem
Stromableiter und einer negativen Elektrode aus pastiertem Zink mit einem stabförmigen Stromableiter,
wobei die Elektroden koaxial angeordnet und durch eine ionenleitende poröse Scheidewand
getrennt sind, und mit einer Scheibe und einer Dichtung aus elektrischem Isolierstoff, die an den
Elektrodenstirnseiten angeordnet sind, und mit einer hermetischen Abdichtungseinheit, die aus einem
Metalldeckel und einer mit einer Muffe versehenen Dichtung besteht, welche aus einem elektrischen
Isolierkunststoff ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6), welche sich
auf der Seite des Metalldeckels (10) befindet, mit einet· Muffe (9) versehen ist, wobei der Innendurchmesser
der Muffen (9 und 12) der Dichtung (11) und der erwähnten Scheibe (6) kleiner als der Durchmesser
des stabförmigen Stromableiters (4) ist, und daß im Körper der Dichtung (11) der Abdichtungseinheit
Kanäle für den Luftzutritt aus der Atmosphäre ins Innere des Elements ausbildbar sind, wozu im
Metalldeckel (10) Öffnungen (13) vorgesehen sind, die von dem Kunststoffmaterial der Dichtung (11)
überdeckt sind, das erst nach Durchstechen nach der Lagerung die Kanäle bildet, die den Luftzutritt ins
Innere des Elements ermöglichen, und daß in der positiven Elektrode längs ihrer Achse Kanäle (14)
für den Luftzutritt und den Gasaustritt aus der Elektrode vorgesehen sind.
2. Alkalisches galvanisches Element nach Antpruch 1 mit der Abweichung, daß im Körper der
Dichtung (11) der Abdichtungseinheit von vorherein
Kanäle für den Luftzutritt aus der Atmosphäre ins Innere des Elements ausgebildet sind, die mit einer
Haube (20) überdeckt sind, welche dicht auf das Gehäuse aufgesetzt ist und verhindert, daß Luft über
die Kanäle in das Element während der Lagerung eindringt.
3. Alkalisches galvanisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus
elektrischem Isolierkunststoff bestehende Dichtung aus zwei Teilen (21,22) zusammengesetzt ist, welche
unter Bildung von Kanälen (23) zwischen ihnen ineinandergesetzt sind.
4. Alkalisches galvanisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil
(22) der zusammengesetzten Dichtung gemeinsam mit einer wasserstoffdurchlässigen dünnwandigen
Membrane (24) ausgeführt ist, die den Luftzutritt ins Innere des Elements während der Lagerung
verhindert und vor der Inbetriebnahme entfernt wird.
5. Alkalische galvanisches Element nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse
der positiven Elektrode (1) in die gelochte Metallzarge (16) eingepreßt ist, auf deren Außenseite
sich Vorsprünge (17) befinden, welche vorzugsweise parallel zur Achse der Zarge (16) liegen und
dazu bestimmt sind, einen gleichmäßigen Spalt (18) zum Durchtritt der Luft zur positiven Elektrode über
deren Höhe und Querschnitt und Kontakt zwischen der Zarge und dem Elementgehäuse herzustellen.
6. Alkalisches galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im
Körper der negativen Elektrode (3) längs ihrer Achse Kanäle (15) für den Gasaustriit vorgesehen
sind.
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