DE2703774B2

DE2703774B2 - Prunärtrockenrundzelle mit einem sich bei Überdruck öffnenden Gasventil

Info

Publication number: DE2703774B2
Application number: DE2703774A
Authority: DE
Inventors: Vicente Santo Domingo Parma Alberto; Frank George Parma Heights Spanur
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1976-02-11
Filing date: 1977-01-29
Publication date: 1980-05-29
Also published as: DE2703774A1; FR2341207A1; DE2703774C3; JPS5297125A; US4056659A; FR2341207B1; CA1077129A; JPS5836822B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Primärtrockenrundzelle mit einem sich bei Überdruck öffnenden Gasventil, bei der eine mit einer Bohrung für einen Stromableiter versehene, aus elastischem Material bestehende Dichtungsscheibe vorgesehen ist, die einen am Stromableiter anliegenden dünnwandigen Bereich aufweist, der sich unter erhöhtem Gasdruck von dem Stromableiter abhebt.

Für Trockenzellen, die mit einer negativen Elektrode aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen ausgestattet sind, spielt die Möglichkeit einer Entlüftung der Zelle während des Betriebes eine wesentlich größere Rolle als bei den konventionellen Leclanche-Trockenzellen. Die für die letztgenannten Zellen bekannten Entlüftungsein- w richtungen sind im allgemeinen nicht in der Lage, in kurzer Zeit größere Gasmengen aus dem Inneren der Zelle freizugeben. Sie sind daher für den Betrieb von Magnesium-Trockenzellen nicht geeignet, bei denen sich wesentlich größere Gasmengen in kürzerer Zeit π entwickeln als in Leclanchfe-Trockenzellen. Diese bekannten Entlüftungsvorrichtungen weisen meistens eine offene Diffusionsabzugsöffnung auf, durch die leicht ein kontinuierlicher Feuchtigkeitsverlust aus der Zelle stattfindet. Bei Zellen mit Magnesiumelektroden fao muß jedoch der ursprüngliche Wassergehalt im wesentlichen erhalten bleiben, um eine möglichst ausgedehnte Lagerungszeit zu gewährleisten. Es ist daher erforderlich, während der Lagerungszeit derartige Zellen hermetisch zu verschließen. Die üblichen μ Verschlüsse mit Diffusionsabzugsöffnungen genügen dieser Anforderung nicht, da sie sowohl während der Entladung der Zelle als auch während der Lagerung offen sind.

Aus der DE-PS 22 25 140 ist ein Primärelement bekannt geworden, das mit einem sich bei Überdruck öffnenden Gasventil ausgestattet ist Das Element wird durch eine auf einen Stromableiter aufgebrachte, aus elastischem Material bestehende Dichtungsscheibe abgeschlossen, wobei die Dichtungsscheibe einen am Stromableiter anliegenden, dünnwandigen Bereich aufweist der sich unter dem Einfluß eines erhöhten Gasdruckes im Inneren der Zelle vom Stromableiter vorübergehend elastisch wegbiegt Bei der bekannten Ausführungsform ist die konusförmige Nut die das Wegbiegen des eigentlichen Gasventils gestattet nur auf einen verhältnismäßig kleinen Teil des inneren Umfanges der Bohrung der Dichtungsscheibe beschränkt so daß dieser Verschluß der Zelle eine rasche Freisetzung gröberer Gasmengen aus der Zelle nicht erlaubt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entlüftungsvorrichtung für eine Primärtrockenzelle anzugeben, die die Zelle während der Lagerungszeit sicher verschließt und bei der Entladung der Zelle das schnelle Entweichen größerer Mengen an Gas aus der Zelle gestattet wobei der öffnungsdruck des Gasventils einstellbar ist und dieses nach Entspannung des Gasdruckes selbst wieder schließt.

Erfind'jngsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Primärtrockenrundzelle mit einem sich bei Überdruck öffnenden Gasventil, die in der aus elastischem Material bestehenden Dichtungsscheibe einen dem Stromableiter anliegenden dünnwandigen Bereich aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß der dünnwandige Bereich durch eine in der Oberseite der Dichtungsscheibe angeordnete, umlaufende V-förmige Nut gebildet ist und die Bohrung der Dichtungsscheibe konisch nach auswärts von dem Stromabieiter weg öffnend ausgebildet ist.

Nach einer besonders günstigen Ausführungsform weist der konische Teil der Bohrung die gleiche Schräge auf wie die der Bohrung zugewendete Flanke der V-förmigen Nut.

Die Zelle kann auch so ausgestaltet werden, daß die Wandstärke des dünnwandigen Bereiches in der Dichtungsscheibe nach oben abnimmt oder nach einer anderen Ausführungsform im oberen Teil des dünnwandigen Bereiches größer ist als in seinem unteren Teil.

Zweckmäßigerweise sind im Inneren der Bohrung der Dichtungsscheibe Vorsprünge angeordnet die dem Stromableiter anliegen und gewissermaßen als Greiffinger zur Verbesserung der Dichtigkeit des Verschlusses wirken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der F i g. 1 bis 5 ausführlich erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer aufrechtstehenden Magnesiumtrockenzelle gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine Grundrißansicht entlang den Linien 2-2 der Fig. I,

Fig.3 eine Draufsicht entlang den Linien 3-3 der F i g. 1 mit den im gleichen Abstand angebrachten Vorwölbungen auf der kegelförmigen Oberfläche der Ausbohrung des Verschlusses; diese werden bei allen Modifikationen des Verschlusses verwendet,

Fig.4 einen modifizierten Verschluß, der für die in F i g. 1 gezeigte Zelle verwendet werden kann,

Fig.5 eine Draufsicht eines anderen modifizierten Verschlusses, der für die in F i g. 1 gezeigte Zelle verwendet werden kann, und

F i g. 6 einen Ausschnitt entlang den Linien 6-6 der Fig. 5.

F i g. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Primärtrockenzelle; diese besteht aus einem zylinderförmigen Becher 10 aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, mit einem oberen offenen Ende und einem geschlossenen Boden. Innerhalb des Bechers 10 befindet sich eine Mischung 12 als positive Elek-rode; sie besteht aus einem oxidischen Depolarisator, z. B. aus Mangandioxid, einem feinverteilten leitenden Material, z. B. Acetylenruß, und einem Elektrolyten. Der Elektrolyt kann aus einer wäßrigen Magnesiumperchloratlösung bestehen. Die Mischung 12 ist getrennt von dem die negative Elektrode bildenden Becher 10 durch einen porösen, für Ionen durchlässigen Separator 14, der geeigneterweise aus einem porösen Kraftpapier besteht. Die Mischung 12 ist auch von dem Boden des Bechers durch ein poröses Papier oder eine Papierscheibe 16 getrennt. Die Scheibe 16 ist auch durchlässig für den Elektrolyten und macht den Boden des Bechers anodisch aktiv, ebenso die Seitenwand des Bechers 10. Ein poröses, zentrales Kohlenstoff-Elektrodenelement 18 ist in die Mischung 12 eingebettet und ragt etwas über das obere offene Ende des Bechers 10. Der Verschluß für die Zelle bestellt aus einem kreisförmigen Dichtungsglied 22, das in das offene Ende des Bechers 10 gasdicht eingesetzt ist. Die Dichtungsscheibe 22 kann aus einer Vielzahl von verschiedenen Materialien geformt werden, welche die erforderliche Festigkeit und Elastizität aufweisen. Bevorzugt wird als Konstruknonsmaterial ein plastisches Material und insbesondere bei hoher Temperatur schmelzende Harze wie Nylon, das mit einem Mineral gefüllt sein kann. Harze, die bei niedrigen Temperaturen schmelzen, wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen und Polypropylen, die mit Talkum gefüllt sind, können verwendet werden, verhalten sich aber nicht für alle Erfordernisse zufriedenstellend. Das bevorzugte Konstruktionsmaterial ist ein handelsübliches, mit Mineral gefülltes Polyamid, und zwar wegen seiner relativ niedrigen Kosten und weil es leicht geformt werden kann.

Gemäß den F i g. I und 2 ist die Dichtungsscheibe 22 mit einer zentralen Bohrung 24 versehen, die aus zwei Abschnitten besteht. Der Abschnitt 26 hat eine gleichmäßig glatte Oberfläche, die im nicht eingebauten Zustand einen etwas kleineren Durchmesser aufweist als der damit in Eingriff stehende Stromableiter 18, an den sie angepaßt ist. Im allgemeinen macht der Abschnitt 26 ungefähr V₃ der gesamten vertikalen Länge der Dichtungsscheibe 22 aus. Ein zweiter Abschnitt 28 erstreckt sich von dem Abschnitt 26 abwärts und erweitert sich trichterförmig nach außen. Die Oberfläche des Abschnitts 28 die.-.t als eine Einführung für die Montage der Dichtungsscheibe 22 auf den Stromableiter 18; er bietet auch dem Betätigungsdruck für das Gasventil, der sich innerhalb der Zelle entwickelt, eine größere Oberfläche.

In der Nähe des Stromableiters 18 befindet sich ein Entlüftungsrohr 30 (venting sleeve), das begrenzt wird durch eine kreisförmige Nut, vorzugsweise eine V-förmige Nut 32, und die sich kontinuierlich um den Stromableiter 18 erstreckt.

Die eine Seite des Entlüftungsrohres 30 ist begrenzt durch die innere Peripherie 34 der Aussparung 32 und die andere Seite ist begrenzt durch die Peripherie der zentralen Bohrung 34. Nach Fig. 1 ist die Oberfläche des Abschnitts 28 der zentralen Bohrung 24 im wesentlichen parallel zur inneren Peripherie 34 der Nut

32. Diese Konstruktion ergibt eine gleichförmige Dicke des Rohres von oer Basis des Rohres 30 bis zur abschließenden Oberfläche, die gebildet ist durch den Abschaitt 26 der zentralen Bohrung 24. Die äußere Peripherie der Nut 32 ist mit 31 bezeichnet

Im allgemeinen ist der Sitz der Dichtung und der Entlüftungsoberfläche, d. h. des Abschnitts 26 und dem damit in Eingriff stehenden Stromableiter 18 vorzugsweise ein Festsitz und die geeigneten Abmessungen

ι» können in erster Linie durch die Festigkeit des verwendeten Materials bestimmt -werden. Die Interferenz muß bei elastischeren Materialien größer sein, um eine gleich große anfängliche Druckentlastung zu erreichen.

ι ί Auch die Dicke des Entlüftungsrohres kann verändert werden, um die erwünschte anfängliche Druckentspannung zu erreichen. Um die Erfordernisse der Verformbarkeit der Teile und der Funktionscharakteristika zu erfüllen, kann eine Rohrdicke von ungefähr 0,4 mm bis ungefähr 6,3 mm verwendet werden, wobei die Dimensionen zwischen diesen Grenzwerten entlang den beiden Abschnitten des Entlüftungsrohres 30 variieren können. Beispielsweise ist in dem Entlüftungsrohr, das in den F i g. 1 und 2 gezeigt wird, der Winkel der

2^r> Oberfläche des zweiten Abschnitts 28 und der Winkel der inneren Peripherie 34 der Nut 32 identisch, und zwar infolge einer gleichförmigen Abmessung (0,63 mm) von der Basis des Abschnittes 28 bis zur Dichtungsfläche des Abschnittes 26. Von diesem Punkt verjüngt sich das

«ι Rohr zu einer verringerten Wanddicke (0,4 mm).

Wie bereits früher erwähnt wurde, ist die zentrale Bohrung 24 dem Stromableiter 18 dicht angepaßt. Die Dichtungsscheibe 22 ist versehen mit einem ringförmig erhöhten peripheren Eckteil 36; dieser bildet eine

Γι Schulter 38, die auf der Oberkante der Becherelektrode 10 ruht. Ein Dichtungsring, vorzugsweise ein Stahldichtungsring 40 mit einem Schenkelteil 42, wird zusammengedrückt und der Schenkelteil 42 wird unter hohem Radialdruck nach innen gegen die äußere Seitenwand des Bechers 10 gedrückt, der nach innen gedrängt wird, wodurch ein dichter radialer Verschluß zwischen den abgeschrägten äußeren Ecken der Dichtungsscheibe 22 und der inneren Seitenwand des Bechers 10 gebildet wird. Eine Metallverschlußkappe 44 wird dem oberen

4^r> Ende des Stromableiters 18 angepaßt und dient als der positive Anschluß der Zelle.

Obwohl es für die Entlüftungsfunktion nicht notwendig ist, wird die Dichtungsscheibe mit Vorsprüngen 46 versehen, wie der F i g. 3 zu entnehmen ist. Nach der

^r>" F i g. 3 wirken die Vorsprünge 46 als Greiffinger, welche den Stromableiter 18 fester halten und einen dichteren Verschluß bewirken, als dies mit nur dem Entlüftungsrohr 30 möglich wäre. Wenn der Stahlverschlußring 40 radial gefaltet ist, wird die Greifwirkung dieser

r> Vorwölbungen oder Finger 46 verstärkt, und zwar durch die sich ergebende Verringerung des Durchmessers der Dichtungsscheibe 22. Obwohl in F i g. 3 nur drei solcher in gleichen Abständen angebrachter Vorsprünge gezeigt werden, können auch mehr als drei

b<> verwendet werden; die geeignete Anzahl hängt ab von dem Ausmaß der gewünschten Haftung, von dem Typ des in der Zelle entwickelten Druck es und dem Material, der Dichtungsscheibe 22.

Während die Zelle gelagert wird, wenn also wenig

h^r> oder überhaupt kein Gas entwickelt wird, ist das Entlüftungsrohr 30 normalerweise in Verschlußposition, d. h. der Abschnitt 26 umgibt dicht den Stromableiter 18 und der Abschnitt 28 erweitert sich von dem

Stromabscheider 18 weg. In diesem Zustand verliert die Zelle wenig oder gar keine Feuchtigkeit. Wenn jedoch die Zelle entladen wird, können beträchtliche Gasmengen sich entwickeln, die entfernt werden müssen, um zu verhindern, daß sich ein übermäßiger oder gefährlicher Gasdruck innerhalb der 2IeIIe ausbildet. Wenn der im voraus als sicher festgelegte Entlüftungsdruck erreicht ist, wird der untere Abschnitt 28 von dem Stromableiter 18 weggedrückt, wobei der von dem Abschnitt 26 gebildete Verschluß augenblicklich geöffnet wird, und das Gas aus der Zelle entweichen kann. Wenn der Gasdruck entspannt worden ist, nimmt der Abschnitt 26 seine Ausgangslage um den Stromableiter 18 wieder ein, wodurch die Zelle wieder verschlossen wird.

F i g. 4 zeigt eine Modifikation des Entlüftungsrohres 30, bei der der dünnste Wandabschnitt der Basis des Rohres 30' bei 28' ist. In anderen Worten: Benützt man die Abmessungen, welche für die bevorzugte Ausführungsform verwendet wurden, so befindet sich die größte Dicke des Entlüftungsrohres 30' (0,63 mm) in dem Abschnitt 26 und das Rohr verjüngt sich zu einer verringerten Wanddicke (0,4 mm) im zweiten Abschnitt. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß der Winkel, der durch die innere Peripherie 34' der Nut 32' gebildet wird, verändert wird, so daß die innere Peripherie 34' zum zweiten Abschnitt 28' nicht parallel ist.

Eine andere Modifikation der Dichtungsscheibe 22 ist in den F i g. 5 und 6 dargestellt In den F i g. 5 und 6 ist die kreisförmige Nut 32" anstatt perimetrisch kontinuierlich mit wenigstens einer Rippensektion fest verbunden, um die Festigkeit des Entlüftungsrohres 30' zu verstärken und um zu verhindern, daß der Verschluß zerstört wird, während der Stahlring nach inner gebogen wird. Obwohl die modifizierte kreisförmig« Nut die in F i g. 4 gezeigte Modifikation betrifft, kann si« dennoch auch auf die Konstruktion der bevorzugter ■' Ausführungsform angewendet werden.

Eine verbesserte Abdichtung kann erreicht werden wenn ein Isoliermaterial wie Silikon- oder Schmierfett Wachs, Asphalt und dergleichen auf das Kohlenstoff elektrodenelement 18 aufgetragen wird, bevor di<

in Dichtungsscheibe 22 auf den Stromableiter aufgebrach wird. Die Verwendung eines Isoliermaterials verbesser die Abdichtung dadurch, daß die Porosität und di( physikalischen Fehler der Oberfläche des Stromablei ters kompensiert werden.

ι^r' In einer Testreihe wurden acht Magnesiumzellen mi dem erfindungsgemäßen Entlüftungsverschluß herge stellt. Das Konstruktionsmaterial des Verschlusses wai Nylon, das mit einem Mineral gefüllt war. Die Dicke dei Entlüftungsrohres betrug 0,4 mm bis 0,63 mm. Al:

Isoliermaterial wurde Asphalt verwendet. Gemäß dei US-PS 39 32 196 wurden die Zellen mit Gasentlüftungs durchgängen versehen, und zwar in der Depolarisator mischung. Sechs Zellen wurden kontinuierlich be 0,280 Ohm betrieben und zwei Zellen wurden kurzge schlossen. Defekte traten nicht auf. Bei 71°C trat be Verwendung des erfindungsgemäßen Entlüftungsver Schlusses ein Wasserverlust von ungefähr 3 mg pro Ta| auf. Dieser Verlust ist bedeutend niedriger als der den Stande der Technik entsprechende Verlust von 12 mj

J» Wasser pro Tag bei 7 Γ C. Der Durchmesser der Zellei war wie üblich R 14IEC; die Zellen waren jedoch mit es 8,1 cm etwas länger als üblich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Primärtrockenrundzelle mit einem sich bei Oberdruck öffnenden Gasventil, bei der eine mit einer Bohrung für den Stromableiter versehene, aus elastischem Material bestehende Dichtungsscheibe vorgesehen ist, die einen am Stromableiter anliegenden dünnwandigen Bereich aufweist, der sich unter erhöhtem Gasdruck von dem Stromableiter abhebt, dadurch gekennzeichnet, daß der dünnwandige Bereich durch eine in der Oberseite der Dichtungsscheibe (22) angeordnete, umlaufende V-förmige Nut (32) gebildet ist und die Bohrung (24) der Dichtungsscheibe konisch nach auswärts von dem Stromableiter weg öffnend ausgebildet ist

2. Primärtrockenrundzeüe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Teil (28) der Bohrung (24) die gleiche Schräge aufweist wie die der Bohrung zugewendete Flanke der V-förmigen Nut

3. Primärtrockenrundzelle nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die Wandstärke des dünnwandigen Bereiches nach oben abnimmt

4. Primärtrockenrundzelle nach Ansprüchen 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des 2^r> oberen Teiles des dünnwandigen Bereiches größer ist als die des unteren Teiles.

5. Primärtrockenrundzelle nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß im Inneren der Bohrung (24) der Dichtungsscheibe (22) Vorsprünge (46) angeordnet sind, die dem Stromableiter anliegen.