DE2620466A1

DE2620466A1 - Druckausgleichsoeffnung fuer ein elektrisches geraet und verfahren zur herstellung derselben

Info

Publication number: DE2620466A1
Application number: DE19762620466
Authority: DE
Inventors: Arthur Fitchman; Terry Doug Wyatt
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1975-05-12
Filing date: 1976-05-08
Publication date: 1976-12-02
Also published as: DK207676A; NL7604267A; AR217053A1; SE7605352L; FR2311413A1; DE2620466C3; DK142187C; DE2620466B2; ES461443A1; US4008354A; AU502199B2; SE422512B; JPS51140133A; CH600582A5; AU1294776A; ZA762444B; IL49281A0; DK142187B; GB1525417A; IL49281A

Description

Dipl. Phys. D- rer. nat. Wolfgang Kornpe

PATENTANWALT ^ D/I U 4 D O

D-6SOO Mannheim 1 ο β, 10

Postfach 1273

Fernsprecher (Οβ21) 3S1-47 44

P, R. Mallory & Co» Inc. 3029 East Washington Street Indianapolis, Indiana 46206 /USA

"Druckausgleichsöffnung für ein elektrisches Gerät und Verfahren zur Herstellung derselben"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckausgleichsöffnung für ein elektrisches Gerät mit Mitteln, die die Öffnung entfernbar verschließen.

Derartige Druckausgleichsöffnungen werden vorzugsweise in elektrochemischen Zellen benötigt. Wenn derartige Zellen unvor-

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schriftsmäßig benutzt werden oder extremen Beanspruchungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise durch einen elektrischen Kurzschluß der Elektroden, Überladen, zu starkes Entladen, Über-

un

hitzen und dergleichen, entwickelt sich einVgewöhnlich hoher innerer Gasdruck, der ein Zerbrechen des Zellengehäuses zur Folge haben kann, wenn der Druck genügend hoch ist. Die Zellen sind deshalb mit einer druckempfindlichen Vorrichtung versehen, die derartige ungewöhnlich hohen Drücke ablassen kann.

Die bekannten Druckausglexchsvorrichtungen zeiciwnen sich durch schlechte Genauigkeit, hohe Herstellungskosten und eine unzulängliche Abdichtung aus, wenn sie in kleinen, billigen Zellen eingesetzt werden sollen..

Andererseits sind Bruchmembranen bekannt, mit deren Hilfe die Zellen verschlossen werden, bis der Druck in der Zelle ausreicht, die Membranen zu zerstören. Der Druck, bei dem die Membran zerreißt, wird jedoch nicht durch die stabilen elastischen Eigenschaften des Membranwerkstoffes bestimmt, sondern durch ihr plastisches Deformationsverhalten, das sich in weiten Grenzen

und in Abhängigkeit von der ZusammensetzungVder mechanischen und

thermischen Vorgeschichte des Werkstoffes unterscheidet. Obwohl ein Verschluß durch eine solche Membran üblicherweise ausreicht,

Membranen
ist die Herstellung derartigerVmit einem präzise vorgebbaren

Zerreißdruck sehr teuer.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine in der Herstellung billige Druckausgleichsöffnung und ein Verfahren zur Herstellung derselben zu entwickeln, die Betriebssicherheit, Zuverlässigkeit, d. h. Genauigkeit in der Einstellung des Ansprechdruckes, Wirtschaftlichkeit und Flexibilität im

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Einsatz verbindet, ohne den normalen Betrieb des elektrischen Gerätes zu stören. Bei der zuverlässigen Einstellung und Einhaltung des Ansprechdruckes sollen die Erfordernisse einer Massenproduktion besonders berücksichtigt werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Druckausgleichsöffnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil mit einem Durchgangsloch und einen herauspreßbaren Werkstoff, der das Durchgangsloch verschließt und zumindest teilweise füllt und der mit dem Bauteil verbunden ist. Wenn im Inneren des elektrischen Gerätes ein bestimmter, ungewöhnlich hoher Druck, der Ansprechdruck, erreicht ist, wird der Werkstoff durch das Durchgangsloch in dem Bauteil herausgedrückt und der Überdruck im. Inneren des Gerätes kann durch das Durchgangsloch nach außen entweichen,.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß sich der herauspreßbare Werkstoff über eine Oberfläche des Bauteiles rund um das Druchgangsloch erstreckt und mit dieser verbunden ist. Vorzugsweise befindet sich der herauspreßbare Werkstoff in einer flachen Vertiefung im Bauteil,

Als herauspreßbarer Werkstoff hat sich ein in der Hitze schmelzendes Haftmittel (Klebstoff) bewährt. Das Bauteil kann aus Metall, einer Metallegierung, Keramik, einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff oder aus einer Kombination dieser bestehen,

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Druckausgleichsöffnung zeichnet sich nach einem weiteren Vorschlag der

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Erfindung dadurch aus, daß das Bauteil während und/oder vor dem Auftragen des erhitzten herauspreßbaren Werkstoffes auf die Oberfläche des Bauteiles und in das Durchgangsloch erwärmt wird. Dadurch wird die Bindung zwischen dem Bauteil und dem Werkstoff wesentlich verbessert. Bisher wurden herauspreßbare, in der Hitze schmelzende Klebstoffe ohne Erfolg dazu verwendet, eine sichere Verbindung zwischen dem Klebstoff und dem Bauteil herzustellen, da , wenn überhaupt, nur eine geringe Bindung eintrat, die zwar einem erhöhten, nicht aber einem ungewöhnlich hohen Druck zuverlässig standhielt, Unerwarteterweise wurde gefunden, daß eine Erwärmung der Oberfläche des Bauteiles vor Auftragen des herauspreßbaren Werkstoffes zur Bildung einer festklebenden Verbindung führt, die erhöhten Drücken standhält und bei vorbestimmten ungewöhnlich hohen Drücken aufbricht, so daß der Werkstoff durch das Durchgangs loch herausgepreßt wird. Ein anderes, aber weniger bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer zuverlässigen Bindung besteht darin, daß der Werkstoff als erhitzte Flüssigkeit mit Hilfe einer Spritzdüse aufgetragen wird, die während des Auftragens dicht an die Oberfläche des Bauteiles gehalten wird, so daß durch den erhitzten Klebstoff genügend Wärme auf die Oberfläche des Bauteiles übertragen wird, um. diese zu erwärmen..

Es versteht sich von selbst, daß der herauspreßbare Werkstoff bei beiden Verfahren auf diejenige Oberfläche des Bauteiles aufgetragen wird, die im eingebauten Zustand in das Innere des elektrischen Gerätes oder der Zelle zeigt» Dabei wird zuerst das Durchgangsloch im wesentlichen gefüllt und dann die flache Vertiefung, Der Werkstoff in der flachen Vertiefung wirkt als Verankerung für den Werkstoff im Durchgangsloch und ermöglicht eine genauere Einstellung desjenigen Druckes, der für die Öffnung des Durchgangsloches erforderlich ist* Vor der weiteren Ver-

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Wendung der erfindungsgemäßen Druckausgleichsöffnung muß der aufgetragene Werkstoff abkühlen und aushärten oder trocknen.

Neben anderen Funktionen erleichtert die flache Vertiefung das Auftragen des Werkstoffes auf das Bauteil und in das Durchgangsloch.

Der Wert des Ansprechdruckes kann mit einer Toleranz von ca. +10% auf mindestens dreierlei Weise eingestellt werden. Er

2 überdeckt dabei einen Bereich von 7 bis 50 kg/cm , der für eine breite Palette von elektrochemischen Zellen benötigt wird.

Der Ansprechdruck kann durch Veränderung des Durchmessers des Durchgangsloches eingestellt werden. Ein kleineres Loch würde bei höheren Drücken öffnen als ein größeres Loch, wenn die Menge des verwendeten Klebstoffes die gleiche ist.

Die Einstellung kann auch durch Veränderung der Menge des verwendeten Klebstoffes erfolgen: eine größere Menge Klebstoff würde zu einem höheren Ansprechdruck als eine kleinere Menge führen, wenn der Lochdurchmesser konstant gehalten wird.

Der Ansprechdruck kann auch durch Veränderung der Zusammensetzung des Werkstoffes variiert werden, beispielsweise durch Vervrendung von herauspreßbaren, in der Hitze schmelzenden Haftmitteln unterschiedlicher Viskositäten. HochviskoseVerkstoffe führen zu einem höheren Ansprechdruck als niedrigviskose^/erkstoffe, falls der Lochdurchmesser und die Menge des verwendeten Materials konstant gehalten werden..

Die Länge des Durchgangsloches kann ebenfalls variiert werden, um eine gewisse Steuerung des Ansprechdruckes zu erreichen; aber

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dies ist insofern nicht so zweckmäßig wie die vorerwähnten Verfahren, weil eine Variation der Dicke des Bauteiles, das das Durchgangsloch enthält, die Folge sein müßte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig* 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Druckausgleichsöffnung;

Fig« 2 einen Querschnitt durch die Druckausgleichsöffnung entlang der Linie 2^-2 in Fig.. 1 und

Fig, 3 die Ansicht einer teilweise geschnittenen elektrochemischen Zelle, die eine Druckausgleichsöffnung geitu Fig^ 1 und 2 enthält.

Das Ausführungsbeispiel gem. Fig« 1 zeigt eine erfindungsgemäße Druckausgleichsöffnung 10 mit einem engen Durchgangsloch 3 am Umfang einer flachen Vertiefung 4, die in einem Bauteil 5 vorgesehen ist, das als Verschlußdeckel für eine elektrochemische Zelle verwendet wird. Andere Positionen des DurchgangsIoehes 3 in der flachen Vertiefung 4 sind möglich*

Fig. 2 zeigt das Bauteil 5, nachdem ein herauspreßbarer, in der Hitze schmelzender Klebstoff 6 auf die Oberfläche der flachen Vertiefung 4 und in das Durchgangsloch 3 aufgetragen worden ist.

Wenn im Inneren einer elektrochemischen Zelle ein ungewöhnlich hoher Druck, wie er durch die.Pfeile 8 angedeutet ist, entsteht,

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die durch das Bauteil 5 verschlossen ist, wird der Klebstoff 6 im Durchgangsloch 3 und in der flachen Vertiefung 4 durch den Druck bei einem ganz bestimmten Wert aus dem Durchgangsloch 3 herausgedrückt, so daß das Durchgangsloch geöffnet wird und das im Inneren der Zelle gebildete Gas nach außen entweichen kann, so daß sich Innen"- und Außendruck ausgleichen. Der Klebstoff 6 sollte das Durchgangsloch 3 im wesentlichen vollständig ausfüllen, damit der Ansprechdruck, bei dem der Klebstoff aus dem Durchgangsloch 3 herausgedrückt wird, genau vorherbestimmt und sicher eingestellt werden kann.

Fig. 3 zeigt eine elektrochemische Zelle 20 mit einem Gehäuse 22, dessen offenes Ende 24 durch die Druckausgleichsöffnung 10 gem. Fig. 1 und 2 verschlossen ist. Die Druckausglexchsoffnung 10 ist so in das offene Ende 24 des Gehäuses 22 eingesetzt, daß die flache Vertiefung 4 in das Innere der elektrochemischen Zelle 20 zeigt^ Wenn der innere Druck in der Zelle 20 einen ungewöhnlich hohen Wert erreicht, wird der Klebstoff 6 durch das Durchgangsloch 3 wie bereits beschrieben herausgepreßt, so daß Innen- und Außendruck sich, ausgleichen können, ohne daß es zu einer Zerstörung des Gehäuses 22 kommt»

Die Zelle 20 weist eine Anode 26 aus einem geeigneten Metalloxyd, eine Kathode 25 aus einem geeigneten, im wesentlichen reinen Metall, einen alkalischen Elektrolyten in einem absorbierenden Stoff 27 und eine Isolierfolie 28 auf. Ein Typ einer alkalischen elektrochemischen Zelle enthält eine Nickeldioxydanode, eine Eisenkathode und einen Elektrolyten aus Kaliumhydroxyd und destilliertem Wasser.. Andere Typen sind Nicfeeldioxyd-Afadmium-Zellen, Silberoxyd^Zink-Zellen und Mangandioxyd-Zink-Zellen, Nachfolgend wird zur Erläuterung ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Druckausgleichsöffnung zum Einsatz in elektrochemischen Zellen gegeben:

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Ein Nylonbauteil 5 (Nylon 101 L der Fa. I.E. DuPont de Nemours & Comp,, USA), das als Abschlußdeckel für eine alkalische Zelle geeignet ist, weist ein Durchgangsloch 3 von ca. 10 mm Durchmesser auf. Das Durchgangsloch 3 erstreckt sich von der flachen Vertiefung 4 des Bauteiles zur entgegengesetzten Außenfläche über eine Länge von ungefähr 7,5 mm. Die flache Vertiefung 4 wird auf ca.. 70 C erwärmt, bevor der herauspreßbare, in der Wärme schmelzende Klebstoff 6 aufgetragen wird. Die Vorwärmtemperatur kann bis zu ungefähr 95° C betragen. Der Werkstoff 6, ein thermoplastisches Polyamid — Grundmaterial A 6575 von der Fa. Biwax Corp, Chicago, USA, besitzt eine Viskosität von ungefähr 280 cps bei ungefähr 195 C und ungefähr 184 cps bei ungefähr 215 C und eine bevorzugte Auftragungstemperatur zwischen ungefähr 195° C und 212° C, Die Menge des aufgetragenen Werkstoffes auf die Innenfläche des Bauteiles 5 beträgt zwischen 0,05 und 0,75 g.. Der Werkstoff 6 und die Oberfläche der flachen Vertiefung 4 gehen dabei eine physikalische Bindung ein. Eine Zelle, in die eine derartige Druckausgleichsöffnung eingebaut

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ist, wird bei einem Ansprechdruck von 42 kg/cm +_ 4 kg/cm geöffnet.

Der herauspreßbare Werkstoff 6, der das Durchgangsloch 3 verschließt, muß an der Oberfläche der flachen Vertiefung des Bauteiles 5 haften, d.. h* eine physikalische Bindung mit ihr eingehen. Dies ist aus verschiedenen Gründen wichtig. Einer dieser Gründe besteht darin, daß der Werkstoff 6 Drücken widerstehen muß, die geringer sind als der Ansprechdruck; und doch muß er die Eigenschaft behalten, aus dem Durchgangsloch 3 herauspreßbar zu sein, wenn der Innendruck in der Zelle, der auf dem Werkstoff lastet, den Ansprechdruck erreicht. Ein anderer Grund besteht darin, daß die Bindung zwischen dem Werkstoff 6 und der

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benachbarten Oberfläche der flachen Vertiefung 4 dazu beiträgt, daß der Elektrolyt in der Zelle gehalten wird und den Eintritt von schädlichen Verunreinigungen in die Zelle verhindert. Die geeignete herauspreßbare Werkstoffe sind das thermoplastische Polyamid-Grundmaterial gem» Beispiel, Silicone, Siliconkautschuk, andere Gummi und dergleichen„ Der herauspreßbare Werkstoff kann Füllstoffe enthalten, die die Fließfähigkeit herabsetzen und/oder die Festigkeit des Werkstoffes erhöhen. Geeignete Füllstoffe sind Asbest, Puder, Talk, Ton, fasrige Werkstoffe und dergleichen.

Das Bauteil 5 kann aus einem geeigneten, im wesentlichen steifen Material wie beispielsweise Metall, Metallegierungen, Keramik, thermoplastischen oder duroplastichen Kunststoffen bestehen, die durch die Bestandteile der elektrochemischen Zelle nicht angegriffen werden» Wegen der geringen Kosten, des hohen elektrischen Isolationsvermögens, der gerinjen Gasdurchlässigkeit, der Festigkeit und Beständigkeit werden thermoplastische Kunststoffe wie beispielsweise Polyamide, Polypropylen, Polyäthylen und modifizierte Polystyrole und duroplastische Harze wie beispielweise Epoxydharze und die meisten Fluorcarbone bevorzugt.

Die erfindungsgemäße Druckausgleichsöffnung kann selbstverständlich nicht nur bei alkalischen Zellen eingesetzt werden,, sondern auch bei einer Vielzahl anderer elektrischer Gerät, wie beispielsweise Primär-/Sekundär~Zeilen, Kondensatoren und dergleichen.

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Claims

Ansprüche

¹ 1J Druckausgleichsöffnung für ein elektrisches Gerät mit Mitteln, die die Öffnung entfernbar verschließen, gekennzeichnet durch ein Bauteil (5) mit einem Durchgangsloch (3) und einen herauspreßbaren Werkstoff (6), der das Durchgangsloch verschließt und zumindest teilweise füllt und der mit dem Bauteil verbunden ist,

2, Druckausgleichsöffnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der herauspreßbare Werkstoff (6) über eine Oberfläche des Bauteiles (5) rund um das Durchgangsloch erstreckt und mit-dieser verbunden ist.

3, Druckausgleichsöffnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der herauspreßbare Werkstoff (6) in einer flachen Vertiefung (4)im Bauteil (5) befindet.

4, Druckausgleichsöffnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der herauspreßbare Werkstoff (6) ein in der Hitze schmelzendes Haftmittel (Klebstoff) ist«

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5. Druckausgleichsöffnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (5) aus Kunststoff besteht.

6. Verfahren zur Herstellung einer Druckausgleichsöffnung nacl/einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (5) während und/oder vor dem Auftragen des erhitzten herauspreßbaren Werkstoffes (6) auf die Oberfläche des Bauteiles und in das Durchgangsloch C3) erwärmt wird..

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