DE2619178A1 - Galvanisches primaerelement - Google Patents

Description

Rsg.-Nr. PP 184-DT 6233 Kalkheim, 22. April 1976

EAP-Ksr/Mar

\7ARTA Batterie Aktiengesellschaft 3ODQ Hannover 21 / Am Leineufer 51

Galvanisches Primärelement

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Primärelement mit zylindrischem Zellenbechsr, welcher durch ein Kunststoffdichtungselement verschlossen ist, in dessen Unterseite der umgebördelte Rand des Zellenbechsrs eingreift.

Primärelemente mit saurem odar alkalischem Elektrolyten besitzen im allgemeinen zylindrische Form mit einem gsfäBförmigen Zellenbecher zur Aufnahme der Elektrodenmaterialien, einem Dichtungselement aus Kunststoff, das die Primärzelle auf der Stirnseite flüssigkeitsdicht verschlieBt, und einer positiven und einer negativen Kontaktscheibe samt Isolierumhüllung.

Bei Primärelementen, bei denen die negative Lösungselektrode als Zellenbecher ausgebildet ist (Leclanche-Zelle), sind verschiedene Konstruktionen bekannt, bei welchen ein Dichtungselement aus Kunststoff als Stopfen in den Zellenbecher eingepreßt ist. Dieses Kunststaffverschlußelement ist beispielsweise zwischen einer Sicke im Zellenbecher und dem umgebördelten oberen Rand des Zellenbechers eingespannt (US-PS 3 694 ?.67) oder bei anderen Konstruktionen ₍stützt sich das Dichtungselement auf der Elektrode ab und wird durch den umgehördeiten Zellenbecher positioniert (US-PS 3 D16 414).

Diese bekannten Ausführungsformen van Kunstsboffabdichtungsn haben den Nachteil, daß sie einen verhältnismäßig großen Teil des zur Verfügung stehenden Zellenvalumens einnehmen, der damit für die aktiven Elektrodenmaterialien nicht genutzt werden kann. Darüberhinaus sind diese Stupfendichtungen bei auftretenden Überdrücken in der Primärzelle

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nicht elastisch genug und führen zu einem Quellen in Längsachse weit über die zulässige IMormlänge der Primärelemente hinaus. Bei plötzlich ansteigenden Überdrücken, welche beispielsweise durch falsche Polung des Primärelementes im Gerät verursacht uiird, können solche Stopfenverschlüsse aus Kunststoff explosionsartig aus dem Zellenbecher herausgedrückt werden.

Dies wird durch Kunststoffdichtungen vermieden, hei welchen diess Kunststoffdichtung nur noch teilweise in den gebördelten Zellenbecher eingreift und mittels eines überstehenden Randes auf der Stirnseite des Zellenbechers abdichtet. Beispielsweise ist in der DT-PS 2 238 406 ein Dichtungselement beschrieben, welches einen in den gebördelten Zellenbecher naGh innen ragenden federnd elastischen Flansch und einen an der äußeren Stirnseite federnd anliegenden dünnen Ringflansch als Flatterventil aufweist.

GemäB der DT-PS 1 496 1B9 greift ein federnder Ringflansch in den gebördelten Zellenbecher und ein ringförmiger Nebenflansch auf die Außenseite des gebördelten Zellenbechers, der eine zusätzliche DichtungsfunktiDn übernimmt.

Diese zuletztgenannten Ausführungsformen werden oft als Topseals bezeichnet und auch sie benötigen, um die Funktion des Dichtungselementes sicherzustellen, den übergreifenden Bördelrand der äußeren Zellenumhüllung, meist in Form eines Stahlmantels, der die federnd anliegenden Dichtungslamellen an dan Zellenbecher andrückt. Die eigentliche Dichtungseigenschaft wird bei diesen Konstruktionen somit erst nach der Endmontage des Primärelementes erreicht, wenn die den Zellenbechar und das Dichtungselement umschließende Zellenumhüllung gebördelt ist.

In der Zeit zwischen dem Einbringen der Elektrodenmasse bis zur Bördelung der Zellenumhüllung ist daher bei diesen Konstruktionen die Oberfläche der Elektrode unzureichend gegen Austrocknung geschützt. Dies führt insbesondere bei kleinen Zellenabmessungen oder bei besonderen Elektrolyten, wie z.B. Zinkchloridelektrolyten höherer Konzentration oder bei verschiedenen alkalischen Elektrolyten, zu einer starken Streuung in den elektrischen Zustandswerten der Primärelemente. Es wird daher meist un-

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mittelbar nach dem Einbringen der Elektrodenmasse eine zusätzliche paraffinierte Scheibe ader ein Bitumen- oder ülachsverguß direkt auf die Elektrodenoberfläche aufgebracht bzw. aufgedüst.

Daraus, daß erst durch das Umbördeln des Zellenmantels die eigentliche Dichtung erzielt wird, ergibt sich ein weiterer Nachteil, nämlich eine bei der Lagerung eintretende Ermüdungserscheinung oder Schrumpfung dsr Dichtungswerkstoffe, so daß eine optimale Pressung zwischen Dichtung und Zellenbecher nicht mehr gewährleistet ist. Zur Vermeidung von Undichtigkeiten nach Lagerung müssen daher auf den Rand des Zellenbechers zusätzliche elastische Dichtungsmassen oft aufgebracht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der genannten Art (Topsealdichtung) zu entwickeln, die unmittelbar nach der Einbringung der Elektrodenmasse und des Elektrolyten montiert und schon in diesem Zustand die Primärzelle gegen Austrocknung in der Art der Stopfendichtung sofort ohne zusätzliche Dichtungsmassen abdichtet, und die gleichzeitig ihre Dichtungsfunktion auch unabhängig von der Verwendung einer etwaigen zusätzlichen gebördelten Zellenumhüllung erfüllt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rand des Zellenbechers um mindestens 1*tG° bis zu ca. 190°, vorzugsweise ca. 170° bis ca. 190°,. umgebördelt ist und daß die Bördelzone formschlüssig und abdichtend über mindestens 50°, maximal ca. 100°, an einem Flanschteil auf der Dichtungsunterseite anliegt und daß das Ende der Bördelzone an einem Ansatz am Dichtungselement selbsthemmend positioniert ist.

Das Kunststoffdichtungselement besitzt dabei wie üblich eine zentrale Bahrung zur Durchführung der Elektradenableitung.

Bei Verwendung von gummielastischen Werkstoffen kann der gewünschte Grad der Vorpressung zwischen Dichtungselement und Bördelzone des Zellenbachers besonders günstig ausgelegt werden. Im Gegensatz zu bekannten Ausführungsfarmen, bei denen der Zellenbecher winklig oder bogenförmig, Jedach höchstens im LJinkel van 90° angebördelt ist, kann es bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nicht zu einem Einschneiden des Randes des

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cntungsma-

Zellenbechsrs schon vor Erreichen der Endstellung in das Dicntungsma terial kommen, da der nach innen halbkreisförmig anlaufende Zellenbecherrand die Ansatzverlängerung des Dichtungselementes konzentrisch zusammenpreßt und erst nach Erreichen der Endstellung hinter den Bördelrand selbsthemmend eingreift.

Zusätzlich kann dann auf die Zelle jegliche gewünschte Zellenumhüllung aufgebracht uierden, wobei in allen Fällen aber die selbstdichtende Kunststoffdichtung sofort nach ihrer Einbringung die bereitB im Zellenbecher vorhandene Elektrodenmasse gegen Verlust von Elektrolytfeuchtigkeit schützt, und zwar unabhängig davon, zu welchem Zeitpunkt die zusätzliche Umhüllung des Primärelementes aus Pappe, Kunststoff, Metall oder Kombinationen dieser Materialien montiert wird.

Der Radius der Umbördelung des Randes des Zellenbechers ist abhängig vom Zellendurchmesser, der bei den üblichen internationalen genormten Zellenabmessungen zwischen 10 bis 35 mm liegt und liegt zwischen 0,7 und 2,5 mm.

Die erfindungsgemäße Kunststoffdichtungsanordnung kann sowohl bei üblichen Primärelementen mit saurem Elektrolyten als auch bei Primärelementen mit alkalischem Elektrolyten (Alkali Manganzelle) verwendet uierden. Dabei wird dann der aus Stahl hergestellte Zellenbecher ebenfalls um mindestens 140 und maximal ca. 190 umgebördelt und das Dichtungselement enthält eine Bohrung zur Durchführung der negativen Ableitung, die mit einer negativen Kantaktplatte in Verbindung steht. Insbesondere bei diesen Zellen kann das Dichtungselement mit einer Sollbruchstelle, beispielsweise in Form einer Sollbruchmembran, versehen werden,'Dies kann aber auch bei Primärelementen in Leclanche-Bauweise angewandt werden.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.

Dabei zeigt Figur 1 einen Schnitt durch eine Primärzelle mit einer Topsaaldichtung und einer Etikettumhüllung, Figur 2 einen Schnitt durch die gleiche Zelle mit Etikett- und Kunststaffumhüllung, Figur 3 zeigt ein Primärelement mit Tapsealdichtung und Kantaktkappe sowie mit einer

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Matailmantelumhüllung, Figur if zeigt das gleiche Primärelement wie Figur 3 mit einem konstruktiv weiter verbesserten Dichtungselement und Figur 5 zeigt einen Schnitt durch ein Primärelement mit alkalischem Elektrolyten mit einer erfindungsgemäßen Dichtung.

Gemäß Figur 1 ist der obere Rand des Zallenbechers 1 um einen Winkel van > 1ifO^D und <19D^a umgebärdelt. Die Bärdelzone ist mit 2 bezeichnet. Durch das Dichtungselement 5 ist die positive Elektradenableitung 3 mit Kantaktkappe k durchgeführt und der Zellenbecher ist bei dieser Ausführungsfarm gleichzeitig die aus Zink bestehende Lösungselektrode. Die Unterseite des Dichtun gselementes liegt mit ihrem Flanschteil 6 dann farmschlüssig und dichtend über einen Winkel von mindestens 50° und maximal.ca. 1Π0^α am umgebördelten Rand des Zellenbechers bzw. an der Bärdelzone an. Der Rand des Zellenbechers bzw. das Ende der Bördslzone greift hinter die Ansatzverlängerung ß der Dichtung 5 und wird dort selbsthemmend positioniert. Im Zellenbecher ist damit die eingebrachte Elektrodenmasse 9 gegen Feuchtigkeitsverlust geschützt, schon bevor die Etikettumhüllung 10 aufgebracht wird. Die Dichtungszone ist mit 7 bezeichnet.

Die Form der Dichtung" 5 gemäß Figur 2 entspricht im wesentlichen der Dichtung gemäß Figur 1. Zusätzlich ist bei dieser Zelle ein Kunststoffschlauch 11 vorgesehen, welcher bedruckt oder farblos sein kann und dessen oberer Rand zweckmäßigerweise in eine entsprechende Vertiefung 12 an der Oberseite des Dichtungselementes 5 eingebracht ist.

Bei der Ausführungsfarm des Primärelementes gemäß Figur 3 ist auf die positive Elektrodenableitung 3 eine sich über die Oberfläche der Zelle erstreckende Kontaktkappe 13 aufgebracht, am Zellenbecher 1 liegt eine Isolierumhüllung ^k an und über diese Iaolierumhüllung sowie über die Kontaktkappe 13 ist ein Metallmantel 15 umgebärdelt.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur h ist der Zellenbecher bzw. die negative Lösungselektrode 1 wiederum mit einer Kunststoffumhüllung 1% samt Metallmantel 15 versehen. Das Dichtungselement 5 besitzt zusätzlich an seiner Oberseite einen äußeren Ringflansch 15, der sieh dann zusammen mit der Kunststoffumhüllung Ik über den Randflsnsch der Kontaktkappe legt.

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ement bei

In Figur 5 schließlich ist das erfindungsgemäße Dichtungselement
einem an sich bekannten alkalischen Primärelement, insbesondere einer Alkali Manganzelle, dargestellt. Der Zellenbecher 17 besteht dabei
vorzugsweise aus Stahl und besitzt an seinem oberen Rand ebenfalls die erfindungagemäße Umbördelung zur Positionierung der Topsealdichtung 5. Die Dichtung 5 besitzt eine Bohrung 1B zur Aufnahme der negativen Ableitung 19 und die Minuskantaktscheibe 2D, deren Rand mit einem hochstehenden Flansch 21 versehen ist, wird von dem Ringflansch 16 am Dichtungselement zusammen mit der Isolierhülle 23 und der Metallumhüllung 2h eingebördelt. Als Sollbruchstelle besitzt das Dichtungselement 5
beispielsweise ein an sich bekanntes Membranventil 22, welches bsi plötzlichen Überdruck anspricht, ohne hierbei die Dichtung 5 aus dem gebördelten Stahlbecher 17 herauszudrücken.

- Patentansprüche -

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Galvanisches Primärelement mit zylindrischem Zellenbecher, welcher durch ein Kunststoffdichtungselement verschlossen ist, in dessen Unterseite der umgebördelte Rand des Zellenbechers eingreift, dadurch gekennzeichnet, daB der Rand des Zellenbechers um mindestens 1^0°, maximal ca. 190°, vorzugsweise ca. 17Q^D bis ca. 19G^D, umgebördelt ist und daB die Bördelzone formschlüssig und abdichtend über mindestens 50°, maximal ca.. 1QD^D, an einem Flanschteil an der Dichtungsunterssite anliegt und daB das Ende der Bördelzone an einem Ansatz am Dichtungselement selbsthemmend positioniert ist.

2. Galvanisches Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Oberseite des Dichtungselementes (5) mit einem an ihrem Rand umlaufenden Ringansatz (16) versehen ist.

3. Galvanisches Primärelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daB das Dichtungselement (5) mit einer Sollbruchstelle (22) versehen ist.

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ORIGINAL INSPECTED