DE2703774C3 - Primärtrockenrundzelle mit einem sich bei Überdruck öffnenden Gasventil - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Primärtrockenrundzelle mit einem sich bei Oberdruck 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 Magnesiumlegterungen 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 Entlüftungseinrichtungen 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 entwickeln als in Leclanche-Trockenzellen. Diese bekannten Entlüftungsvorrichtungen weisen meistens eine offene Diffusionsabzugsöffnung auf, durch die leicht ein kontinuierlicher Feuchtigkeitsverlust aus der Zelle stattfindet Bei Zellen mit Magnesiumelektroden 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 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 Oberdruck 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 größerer Gasmengen aus der Zelle nicht erlaubt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entlüftungsvorrichtung für eine Primärtrockenzelle anzugeben, die die Zeile 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

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Primärtrockenrundzelle mit einem sich bei Oberdruck 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 Stromableiter weg öffnend ausgebildet ist

Nach einer besonders günstigen Ausführungsform weist der konische Teil der Bohrung <üc 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,

F i g. 2 eine Grundrißansicht entlang den Linien 2-2 der F ig. 1,

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

F i g. 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.

Fig. 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 Elektrode; 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 Mischling 12 ist getrennt von dem die negative Elektrode bildenden Becher 10 durch einen porösen, für Ionen durchlassigen 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 Berhers 10. Ein poröses, zentrales Kohlenstoff-Elektrodenelement 18 ist in die Mischung 12 eingebettet und ragt etwas Ober das obere offene Ende des Bechers 10. Der Verschluß für die Zelle besteht 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 Konstruktion- -so material 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. 1 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 dient 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 w 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 24. Nach F i g. 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 Dicks des Rohres von der Basis des Rohres 30 bis zu> abschließenden Oberflache, die gebildet ist durch den Abschnitt 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 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.

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 63 mm verwendet werden, ««-obei die Dimensionen zwischen diesen Grenzwerten entlang den beiden Abschnitten des Entlüftungsrohres 30 variieren können. Beispielsweise ist in dem Entlüftungsrohr, das in den Fig. 1 und 2 gezeigt wird, der Winkel der 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 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 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 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 Fig.3 zu entnehmen ist Nach der 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 Vorwölbungen oder Finger 46 verstärkt, utsd 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 verwendet werden; die geeipete Anzahl hängt ab von dem Ausmaß der gewünschten Haftung, von dem Typ des in der Zelle entwickelten Druckes und dem Material, der Dichtungsscheibe 22.

Während die Zelle gelagert wird, wenn also wenig 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 Qbermäßiger oder gefährlicher Gasdruck innerhalb der Zelle 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 üas 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 kreisförmige Nut die in F i g. 4 gezeigte Modifikation betrifft, kann sie dennoch auch auf die Konstruktion der bevorzugter

Ausführungsform angewendet werden.

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

ίο Dichtungsscheibe 22 auf den Stromableiter aufgebracht wird. Die Verwendung eines Isoliermaterials verbesseri die Abdichtung dadurch, daß die Porosität und die physikalischen Fehler der Oberfläche des Stromableiters kompensiert werden.

ii In einer Testreihe wurden acht Magnesiumzellen mil dem erfindungsgemäßen Entlüftungsverschluß hergestellt. Das Konstruktionsmaterial des Verschlusses war Nylon, das mit einem Mineral gefüllt war. Die Dicke des

hptriicr 04 mm hk Ofil mm AU

Isoliermaterial wurde Asphalt verwendet. Gemäß der US-PS 39 32 196 wurden die Zellen mit Gasentlüftungsdurchgängen versehen, und zwar in der Depolarisatormischung. Sechs Zellen wurden kontinuierlich bei 0,280 Ohm betrieben und zwei Zellen wurden kurzgeschlossen. Defekte traten nicht auf. Bei 7)⁰C trat bei Verwendung des erfindungsgemäßen Entlüftungsverschlusses ein Wasserverlust von ungefähr 3 mg pro Tag auf. Diese- Verlust ist bedeutend niedriger als der dem Stande der Technik entsprechende Verlust von 12 mg Wasser pro Tag bei 71°C. Der Durchmesser der Zellen war wie üblich R 14 IEC; die Zellen waren jedoch mit ca 8,1 cm etwas länger als üblich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Primärtrockenrundzelle mit einem sich bei Überdruck öffnenden Gasventil, bei der eine mit einer Bohrung für den Stromableiter versehene, aus s 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, daS der dünn- ίο wandige 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 ι s

2. Primärtrockenrundzelle 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 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.