DE2729837A1

DE2729837A1 - Abgedichtetes galvanisches element

Info

Publication number: DE2729837A1
Application number: DE19772729837
Authority: DE
Inventors: Isaac Levy
Original assignee: ESB Inc
Current assignee: ESB Inc
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-07-01
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DK274677A; JPS61114659U; NL7707026A; SE7710689L; AU2877977A; JPS5354750A; ES242421U; AU509807B2; MX145337A; FR2369691A1; CA1085914A; ES242421Y; BR7704819A; GB1524669A; CH618812A5; US4075398A

Description

SCHIFF V. FONER STREHL SCHOBEL-HOPF EBBINGHAUS

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft galvanische Elemente und insbesondere eine Einrichtung zum Entlüften abgedichteter galvanischer Elemente, wenn ein ungewöhnlicher Druck darin erzeugt wird.

Ein übliches abgedichtetes galvanisches Element hat einen relativ tiefen rohrförmigen Mantel, der gewöhnlich aus Metall gezogen wird, und eine getrennte Abdeckung oder Stirnkappe, die dazu verwendet wird, den Mantel zu schließen, wenn er mit dem Elektrolyten, Separatoren und anderen Materialien gefüllt worden ist, was von der Art des Elements abhängt. Auf diese Weise werden sowohl Salmiakelemente als auch Alkalielemente hergestellt. Obwohl solche Elemente in einer großen Vielfalt von Formen und Größen hergestellt werden, ist der am häufigsten vorkommende Typ ein relativ kleines zylindrisches abgedichtetes Element, das auch häuig als "Blitzlich tbatter ie" bezeichnet wird. Natürlich werden solche abgedichteten Elemente auch bei zahlreichen anderen Vorrichtungen verwendet und werden in vielen verschiedenen Größen und Leistungsvermögen hergestellt.

Der Aufbau solcher Elemente ist sehr schwierig und muß sowohl hinsichtlich der Isolierung als auch der Abdichtung genauen Anforderungen genügen. Insbesondere muß der Elementaufbau nicht nur wirtschaftlich sondern auch flüssigkeitsdicht sein, um ein Entweichen des Elementinhalts zu verhindern.

Eine abgedichtete galvanische Zelle bzw. ein abgedichtetes galvanisches Element arbeitet theoretisch bei einem relativ niedrigen Innendruck, der selten etwa 1,5 bar absolut übersteigt. In der Praxis wird dieser Wert jedoch oft überschritten. Eine besonders häufige Ursache für einen starken Überdruck ergibt sich aus dem

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versehentiichen umgekehrten Anordnen eines Elements bei einer Anwendung, bei welcher eine Reihenverbindung mit zwei oder mehreren anderen Elementen besteht. In diesem Fall ist das Potential der richtig ausgerichteten Elemente größer als das des umgekehrt angeordneten Elements, so daß sich das umgekehrt angeordnete Element schnell lädt. Der Elektrolyt des Elements gast dann schneller aus, d.h. es wird schneller Gas entwickelt als von dem Zelleninhalt wieder absorbiert werden kann. Das hat zur Folge, daß sich schnell in dem Element ein Druck aufbaut. Wenn dieser Druck nicht freigesetzt wird, kann die Zelle zerbersten, wodurch der Zellenelektrolyt zerstreut wird und möglicherweise den Mantel, in dem die Elemente angeordnet sind, beschädigt.

Aus diesen Gründen braucht man Entlüftungs- oder Druckentspannungsmechanismen in abgedichteten Elementen. Derartige Entlüftungsmechanismen erlauben gewöhnlich, daß Gas aus der im Element im Zustand eines Überdrucks längs eines vorgegebenen Weges entweicht, so daß der Gasdruck abgebaut werden kann, ehe das Element birst. Obwohl die Anordnung eines Druckentspannungsventils naheliegen mag, ist die Konstruktion von geeigneten Entlüftungsmechanismen bei Elementen kleiner Größe, die relativ billig sind und häufig gebraucht werden, sehr schwierig.

Man kennt drei Arten von Entlüftungssystemen, die für kleine abgedichtete Elemente entwickelt wurden. Bei einer Bauweise wird ein federbelastetes Ventil vorgesehen, das durch die Feder mit einem Druck vorgespannt ist, der während des Ausgasens tiberwunden wird, wobei das Ventil entgegen dem Druck dieser Feder zeitweise öffnet. Bei einer anderen Bauweise wird ein Entlüftungskanal von einem elastischen Element abgedeckt, beispielsweise von einer Kunststoffscheibe. Das elastische Element kann zeitweise durch den überdruck in dem Element verformt werden, wodurch es von der Entlüftungsöffnung weggedrückt wird, so daß es aus dem Inneren des Elements entweichen kann. Schließlich werden bei

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kleinen abgedichteten Elementen geschwächte Abschnitte oder Membranen verwendet, die von einem übermäßig hohen Druck In dem Element zerrissen werden. Bei einer Ausführungsform wird die Membran einfach bis zum Berstpunkt durch den Innendruck gedehnt. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Membran nach außen gegen eine Spitze oder dergleichen gedrückt, die die Membran durchbohrt, so daß die gestauten Gase entweichen können. Diese beiden Ausführungsformen haben sich für die Herstellung von kleinen abgedichteten Elementen als günstig erwiesen, da sie wenigstens zum Teil sehr einfach sind und somit leicht miniaturisiert werden können. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Anwendung sowie die Anwendung anderer Systeme auf äußerst kleine Elemente, beispielsweise auf Elemente der Größe AA äußerst schwierig ist. Elemente der AA-Größe haben herkömmlicher Weise einen Durchmesser im Bereich von 12 mm (0,5"). Die Mittelelektrode oder der "Nagel" hat herkömmlicher Weise einen Durchmesser von etwa 1,5 mm (1/16"), damit seine Steifigkeit für die verschiedenen Herstellungsvorgänge ausreicht und ein angemessener Kontakt mit dem oberen Elektrodenteil erzielt wird. Wenn man die Beschränkungen durch die weiteren Bauelemente in Betracht zieht, bleibt sehr wenig Raum für eine Entlüftung. Infolge der äußerst geringen Größe des Elementes werden komplexe Mechanismen ausgeschlossen. Der Einsatz von Membranen bzw. Diaphragmen und dergleichen ist äußerst schwierig wegen der großen erforderlichen Genauigkeit auszuführen. Der sehr kleine Flächenbereich für die axialen Enden des Elements bestimmt, daß Membranen, wenn sie verwendet werden, einen sehr kleinen Flächenbereich haben, wodurch der kritische Zustand der Abmessungen erhöht und die Toleranzen des Aufbaus reduziert werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein abgedichtetes galvanisches Element mit einer einfach gebauten Entlüftung zu schaffen, das wirtschaftlich für ein Arbeiten in verschiedenen genau definierten Druckbereichen, insbesondere in Serienfertigung bei niedrigen Kosten herstellbar ist. Dabei sollen die Parameter des Entlüftungssystems leicht änderbar sein,

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damit ein Entlüften über einen weiten Druckbereich möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein abgedichtetes galvanisches Element gelöst, das einen insgesamt rohrförmigen Mantel mit einer im Preßsitz eingepaßten Stirnkappe hat, die aus einem elastischen Kunststoff besteht, der gegen den Angriff durch den Zellenelektrolyten widerstandsfähig ist und ein niedriges charakteristisches Kriechen aufweist. Die Stirnkappe ist mit einem Paar von Kanälen versehen, von denen der eine eine Elektrode fest aufnimmt , während in dem anderen ein Stopfen angeordnet ist, der aus dem gleichen Material oder aus einem anderen Material wie die Stirnkappe hergestellt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat der Stopfen eine hohle Ausnehmung bzw. einen hohlen Kernabschnitt, dessen Abmessungen so gewählt werden, daß der Stopfen mit der erforderlichen Festigkeit in dem Kanal sitzen kann. Das äußerste Ende des Kanals befindet sich in einem Abstand von dem darüberliegenden Aufbau des Elements, so daß ein ausreichender freier Raum für den Stopfen verbleibt.

Bei der Herstellung des Elements wird vorzugsweise die Stirnkappe etwas größer als die öffnung des Mantels, in der sie aufgenommen wird, angefertigt. In einem Lüftungskanal in der Stirnkappe wird ein geformter Stopfen in einer vorgegebenen Tiefe angeordnet. Nachdem der Mantel mit Elektrolyt, Separatoren und anderen entsprechenden Materialien gefüllt ist, wird die Stirnkappe in die Mantelöffnung gedrückt und fest an Ort und Stelle umgebördelt. Das seitliche Zusammendrücken der Stirnkappe erhöht den Reibungswiderstand zwischen dem Stopfen und den Kanalwänden, so daß eine Freigabe des Stopfens erst bei einem vorgegebenen Druck erfolgt.

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Stopfen größer als der Kanal, um das erforderliche Übermaß bei Fehlen eines seitlichen

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Zusairanenpressens der Stirnkappe zu haben.

Gegenstand der Erfindung ist somit das Verschließen der Öffnung eines rohrförmigen Elementmantels dadurch, daß in die öffnung eine Stirnkappe gedrückt wird, die aus einem elastischen Kunststoff besteht, der eine niedrige Kriecheigenschaft bzw. eine niedrige Kriechfestigkeit hat. Durch die Stirnkappe wird in das Innere des Elements eine langgestreckte Klemme eingeführt. In der Kappe ist an einer Stelle zwischen der Elektrode und dem Kappenrand ein Lüftungskanal ausgebildet. Bei einer Ausführungsform wird in dem Kanal ein Stopfen vor der Montage der Stirnkappe an dem Mantel angeordnet, so daß das radiale Zusammendrücken der Stirnkappe durch den umgebenden Mantel den Stopfen fest in den Kanal klemmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Stopfen mit einer hohlen Kernausnehmung versehen und das äußere Ende des Kanals wird mit einer sackbohrungsähnlichen Ausnehmung versehen oder abgefast, so daß der Stopfen aus dem Kanal bei einem unerwünscht hohen, in dem Element erzeugten Druck herausgedrückt werden kann.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines abgedichteten galvanischen Alkalielements,

Fig. 2 einen alternativen Aufbau des Elements,

Fig. 3 einen Bauteil eines Elements teilweise fertiggestellt, und

Fig. 4 eine alternative Ausführungsform einer Stirnkappe des Elements.

Das in Fig. 1 gezeigte Element bzw. die Zelle hat ein mittig ange-

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ordnetes geliertes Elektrolytgemisch 12, das von einem Separator 14 umgeben wird. Außerhalb des Separators befindet sich in konzentrischer Anordnung ein zweites Gemisch 16, das gewöhnlich aus Mangandioxyd oder dergleichen besteht. Die Hülle 10 ist leitend und dient zur Bildung der positiven Elektrode des Elements, während eine mittig angeordnete Elektrode 18, die als "Nagel" bezeichnet ist, den inneren Abschnitt der negativen Elektrode bildet. Das gezeigte Element ist ein galvanisches Miniaturelement der Größe AA. Solche Elemente werden herkömmlicherweise in Form eines geraden Zylinders ausgebildet, wobei die Hülle bzw. der Mantel 10 aus einem tiefgezogenen zylindrischen Stahlrohr besteht, das ein offenes Ende oder eine öffnung hat, in welche die verschiedenen Gemische, Separatoren und dergleichen bei der Herstellung des Elements eingesetzt werden. Die öffnung der Zelle bzw. des Elements wird durch eine insgesamt ebene Stirnkappe 20 verschlossen, die auf Vertiefungen 22 sitzt, deren Hauptfunktion die richtige axiale Anordnung der Stirnkappe ist. Das obere Ende des Nagels 18 endet in einem Flansch, der sich quer über die Oberseite der Stirnkappe 20 erstreckt, über dem Flansch ist eine ringförmige Papierscheibe 24 angeordnet, welche einen Isolator bildet und den Zellenmantel von anderen leitenden Teilen trennt, welche die äußere Kappenanordnung bilden. Auf der Scheibe 24 sitzt schließlich ein Metallband 26 mit einer öffnung in der Mitte, wobei die Ränder der öffnung angestaucht sind und elastische Zähne bilden, die, wenn sie auf den Kopf des Nagels 18 gedrückt sind, fest an dem Kopf angreifen und die montierten Bauteile an Ort und Stelle halten sowie eine leitende Strecke von dem Kopf des Nagels 18 zu einer Außenkappe 28 bilden. Die Außenkappe bildet dann die negative Klemme bzw. den Minuspol des Elements.

Um die Seitenfläche des Mantels herum ist eine äußere Abdeckung 30 angeordnet, die im Abstand vom Mantel durch eine Isolierbüchse 32 gehalten wird, die beispielsweise aus Papier oder dergleichen be-

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stehen kann. Die oberen Enden der Büchse 30 sind über den Umfang der Außenkappe 28 und um den ebenen Boden des Mantels 10 umgebördelt, so daß die Bauteile des Elements fest miteinander verbunden sind.

Um eine Druckentlastung bzw. eine Druckreduzierung des Innenraums des Elements zu ermöglichen, hat die Kappe 20 einen Entlüftungskanal 34. In dem Kanal sitzt ein Stopfen 36 in der gezeigten Weise. Wenn ein ungewöhnlicher Druck in dem Element durch Gasbildung der Elektrode infolge eines zu schnellen Ladens des Elements oder aufgrund anderer Umstände entsteht, wird durch den Druck der Stopfen 36 aus dem Kanal, in welchem er sitzt, verdrängt, wobei er nach oben gedrückt wird, bis das untere Ende des Stopfen das obere Ende des Kanals freigibt. Das Gas kann dann durch nicht gezeigte Offnungen in der Außenkappe entweichen.

Bei manchen Elementen ist die Stirnkappe nicht verklammert oder auf andere Weise in einen Sitz in dem Element gepreßt, sondern ist eingeklebt. Bei solchen Elementen wird der Durchmesser des Stopfenteils 36 ausreichend größer als der Kanal gemacht, so daß der Stopfen fest in dem Kanal gehalten wird. Die Einsetztiefe des Stopfens und die Tiefe des Hohlkerns bestimmen den Druck, der für das Verdrängen des Stopfens erforderlich ist.

Die Anordnung eines verdrängbaren Stopfens in einer stirnseitigen Kappe ist eine relativ einfache Maßnahme. Bei einem relativ kleinen Element, wie es gezeigt ist, ergeben sich jedoch dabei große Probleme. So ergeben sich insbesondere beträchtliche Schwierigkeiten, den Stopfen 36 in der Stirnkappe 30 so anzuordnen, daß ein vorhersagbarer gleichbleibender Entlastungsdruck erreicht wird.

Erfindungsgemäß wurde nun.gefunden, daß durch die Ausbildung der Stirnkappe 20 aus einem Kunststoff, der sowohl elastisch bzw.

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federnd elastisch, jedoch auch kriechfest ist, und durch Preßeinpassen der Stirnkappe in die Öffnung des Mantels eine vorhersagbare, Preßpassungsbeziehung zwischen Stopfen 36 und der Stirnkappenöffnung erreichbar ist. Unter "Kriechen" ist eine bleibende Elastizität oder ein Widerstand gegen ein "Starrwerden" des elastischen Materials zu verstehen, d.h. wenn es einmal komprimiert ist, bleibt es in dem komprimierten Zustand und entspannt über lange Zeiträume nicht. Es wurde gefunden, daß mehrere Materialien diese Kriterien erfüllen, insbesondere Polysulfon. Polysulfon wird durch eine Reaktion zwischen dem Natriumsalz von 2,2-Bis(4-hydroxyphenol)-propan und 4,4'-Dichlor-diphenyl-sulfon hergestellt. In der natürlichen und unmodifizierten Form ist Polysulfon ein starres festes Thermoplast, welches stabil und selbstverlöschend ist. Besonders geeignet wird Polysulfon für die erfindungsgemäßen Zwecke dadurch, daß es elastisch ist und einen relativ hohen Kriechmodul hat.

Außer dem bevorzugten Polysulfon kann auch Polyphenylenoxyd verwendet werden. Außerdem eignen sich mit Glas als Füllmaterial versehene NyIonverbindungen sowie Polypropylen. Obwohl Polypropylen relativ billig und leicht erhältlich ist, hat es bei extremen Temperaturen einen niedrigen Kriechmodul und wird deshalb für abgedichtete Elemente hoher Qualität, die unter extremen Temperaturbedingungen eingesetzt werden, relativ wenig verwendet.

In Fig. 2 ist eine modifizierte Form einer Stirnkappe 40 für die Verwendung in einem abgedichteten galvanischen Element gezeigt. Durch die Stirnkappe erstreckt sich in herkömmlicher Weise ein Nagel 42 derart, daß eine gas- und flüssigkeitsdichte Abdichtung erzielt wird. Der Kopf des Nagels trägt eine Außenkappe 44, die, wie erwähnt, die eine Elektrode des Elements, bei Alkalielementen die negative Elektrode, bildet. Um die Außenfläche der Stirnkappe herum ist ein freier Bereich vorgesehen. Durch diese Fläche wird ein ringförmiger Kanal 48 gebildet. Es hat sich für die Praxis als

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vorteilhaft erwiesen, Stirnkappen, wie sie in den Figuren gezeigt sind, aus Polysulfon mit einer Spritzgießmaschine herzustellen, so daß der Kanal 48 in gleicher, relativ genauer Weise ausgebildet wird.

Wie bei Fig. 1, wird ein Stopfen 50 in einem Entlüftungskanal 48 angeordnet. Der Durchmesser des Stopfens 50 und der Durchmesser des Kanals 48 sind im wesentlichen gleich, wobei weder ein freier Raum noch ein Übermaß vorgesehen wird. Wenn die beiden Durchmesser aufgrund der verwendeten Vorrichtungen und des Standes des Technik nicht genau gleich ausgeführt werden können, ist vorzugsweise der Durchmesser des Stopfens größer als der des Kanals anstatt umgekehrt. Der Grund dafür besteht darin, daß der Stopfen 50 genau in dem Kanal 48 vor der Montage der Stirnkappe an dem Element angeordnet werden kann. Bei einer Ausführungsform wird der Stopfen . 50 in einem benachbarten Hohlraum, jedoch in dem gleichen Formaufbau wie die Stirnkappe 40 hergestellt. Nach dem ersten Formen der beiden Teile, jedoch ehe sie aus der Form entfernt werden, wird der Stopfen 50 in den Kanal 48 bis zu einer bestimmten Tiefe mittels eines beweglichen Fingers oder dergleichen gedrückt. Dies kann unmittelbar nach dem Formen der Teile ohne irgendein Verformen oder Verkleben der Teile trotz ihres Reibungseingriffes erreicht werden. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß dadurch, daß der Stopfen 50 mit einem Kern versehen wird, daß also der Stopfen mit einem Hohlraum 52 ausgebildet wird, eine gleichmäßigere und besser vorhersagbare Entspannungsdruckcharakteristik erreicht werden kann. Dies gilt insbesondere, wenn der Abschnitt des Stopfenumfangs, der an dem Kanal angreift, auf den den Kern umgebenden Abschnitt anstatt auf den Abschnitt begrenzt wird, der um den massiven Bereich des Stopfens herumliegt.

Dadurch, daß das obere Ende des Entlüftungskanals 48 im Abstand von dem darüberliegenden Elementaufbau angeordnet wird, wird ein ausreichender freier Raum geschaffen, so daß der Stopfen den

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oberen Rand des Kanals freigeben und eingeschlossenes Gas entweichen lassen kann. Der Kopf des Nagels 42 hat einen relativ kleinen Durchmesser, so daß der Aufbau, der unmittelbar über der Oberseite des Stopfens 50 liegt, die Außenkappe 44 ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung einer Stirnkappe in dem Formungszustand vor dem Anordnen des Druckentspannungsstopfens oder des Nagels. Bei dieser Art von Element, für das die Stirnkappe 40 ausgelegt ist, wird der Kopf des nicht gezeigten Nagels mit einem Flansch mit einem relativ großen Durchmesser versehen, wie dies bei dem Nagel 18 von Fig. 1 der Fall ist. Damit der Stopfen 50 das obere Ende des Kanals 48 freigeben kann, ist über dem Kanal eine sackbohrungsförmige Ausnehmung 56 vorgesehen. Dies hat zur Wirkung, daß der Kanal kürzer wird oder daß die Oberseite der Stirnkappe abgesenkt wird. Quer über dem Boden einer mittig angeordneten öffnung 60 ist eine zerreißbare Membran 58 ausgebildet, durch welche später der Nagel getrieben wird. Diese Membran dient zur Erzeilung einer druckfesten Abdichtung um den Nagelschaft herum.

Der Stopfen 50 und die Stirnkappe 40 werden einstückig ausgebildet und sind durch einen Steg mit der Stärke t verbunden. Obwohl die genauen Abmessungen des Aufbaus für die Anpassung an eine vorgegebene Anwendung variierbar sein müssen und bis zu einem bestimmten Ausmaß von der Größe und Art der Konstruktion des Elements sowie der Art der verwendeten Materialien abhängen, beträgt bei einer erfolgreich geprüften Ausführungsform die Stärke t etwa 0,1 mm (0,004"). Nach dem Entfernen aus der Form wird der einstückig ausgebildete Stopfen 50 nach unten gedrückt, wodurch die dünne Verbindungsmembran reißt. Der Stopfen wird in einem vorgegebenen Abstand in den Kanal 48 eingesetzt, vorzugsweise nicht tiefer als die Tiefe des Kerns 52. Dadurch, daß zwischen dem Stopfen und dem Kanal tatsächlich ein freier Raum Null vorhanden ist und daß infolge des Kerns 52 eine zusätzliche radiale

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Elastizität vorliegt, kann der Stopfen leicht in der gewünschten Tiefe angeordnet werden. Außerdem wird dadurch die gewünschte Stellung während der darauffolgenden Herstellungsvorgänge beibehalten.

Fig. 4 zeigt eine Stirnkappe, die etwas anders als die von Fig. ausgebildet ist. Wie bisher wird der Stopfen 72 einstückig mit der Stirnkappe 70 geformt. Die beiden Teile der Anordnung werden durch einen Steg mit der Stärke t verbunden. Dadurch, daß die Teile in der gezeigten Weise ausgebildet werden, so daß der Steg den oberen Abschnitt des Stopfens 72 mit dem untersten Abschnitt des Kanals 74 verbindet, kann ein besser vorhersagbarer Entlüftungsdruck für die Entspannung erreicht werden. Dies ergibt sich dadurch, daß, wenn der Stopfen 72 nach oben aus seiner gezeigten Stellung gedrückt wird, so daß nur der mit einem Kern versehene Bereich des Stopfens in dem Kanal 74 liegt, das unterste Ende des Stopfens den unregelmäßigen unteren Rand des Kanals 74 freigibt. Man sieht, daß aufgerauhte Flächen durch das Zerreißen der Verbindungsmembran erzeugt werden. Dementsprechend braucht der Stopfen der Ausführungsform von Fig. 4 eine aufgerauhte oder gerissene Fläche nicht zu durchqueren, wenn er aus dem Innenraum des Kanals 74 durch den inneren Elementendruck gedrückt wird.

Bei allen beschriebenen Stirnkappen werden nach der Herstellung, jedoch vor der Montage zu einem abgedichteten Element die Entlüftungsstopfen in ihre entsprechenden Kanäle in dem vorgegebenen Abstand gedrückt. Der Betrag des Einführens des Stopfens in den Kanal bestimmt in bestimmtem Ausmaß den Druck, der erforderlich ist, um den Stopfen zu verdrängen und um somit das Innere des Elements zu entlüften. Eine andere Variable, die leicht kontrollierbar ist, ist die Elastizität des Stopfens. Die Elastizität kann durch die Tiefe und/oder den Durchmesser des Hohlbereichs oder Kerns gesteuert werden, der in dem Stopfen ausgebildet ist.

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Obwohl Massivstopfen aus einem starren Material, wie Nylon, erfolgreich untersucht wurden, werden mit einem Kern versehene bzw. hohle Stopfen insoweit bevorzugt, als die Elastizität, wie sie durch die hohlen Mittelabschnitte gewährleistet ist, die Herstellung der Stopfen mit etwas weniger Genauigkeit ermöglicht, als sie bei Massivstopfen erforderlich wäre. Dadurch, daß ein Hohlraum oder ein Kern in dem Stopfen vorgesehen wird, hat der Konstrukteur eine weitere Variable, die leicht hinsichtlich Änderungen in Abmessungen und einzelner Formen veränderbar ist. Der mit dem Kern versehene Schaft des Stopfens kann mit einer Abfasung um sein oberes Ende herum versehen sein, so daß der gesamte Stopfen in dem Kanal sitzen kann, wobei jedoch der Umfang des obersten massiven Abschnitts nicht an den Wänden des Kanals angreift.

Beim Einsetzen der elastischen Stirnkappe in die öffnung des Elementenmantels bewirkt der seitliche Druck, der entgegen der Stirnkappe infolge des Umbördelns des Elements oder infolge des Übermaßes zwischen der Stirnkappe und dem Zellenmantel ausgeübt wird, eine Reduzierung des Durchmessers des Lüftungskanals. Diese Erscheinung führt zu einem noch dichteren Eingriff zwischen den Wänden des Stopfens und des Kanals. Es wurde gefunden, daß nur ein leichter Reibungseingriff zwischen dem Stopfen und der öffnung während des anfänglichen Einführens des Stopfens erforderlich ist. Der Reibungseingriff gewährleistet, daß der Stopfen seine Lage in der Stirnkappe während der Herstellungsvorgänge beibehält, jedoch nur eine relativ geringe Kraft erforderlich ist, um den Stopfen anfänglich anzuordnen. Demzufolge kann eine Verformung oder Beschädigung des Stopfens und der Stirnkappe auf ein Minimum reduziert werden. Das zusätzliche Festerwerden des Eingriffs zwischen dem Stopfen und der Stirnkappe , das durch das kompressive Einpassen der Kappe in den Zellenmantel erreicht wird, ergibt einen zusätzlichen Widerstand, der erforderlich ist, um die Entlüftungsanordnung gegenüber dem üblichen Druck in dem Element widerstands-

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fest zu machen.

Die Erfindung eignet sich auch für ein Element mit einem rohrförmigen Mantel ohne einen kreisförmigen Querschnitt oder für die Ausbildung der Stirnkappe in anderer Weise als beschrieben für die Aufnahme eines speziellen Elementenaufbaus.

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Claims

ΡΑΤΓΝΤ *h'WÄl TE SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 8O POSTADRESSE: POSTFACH 8BO16O, D-8OOO MÖNCHEN SB KARL LUOWIQ SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FONER OIPL. INO. PETER STREHL DIPL. CHEM. OR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. INa. DIETER EBBINQHAUS DR. INQ. DIETER FINCK TELEFON (OBB) 4S9OS4 TELEX 6-23 068 AURO O TELEQRAMME auromarcpat München

1. Juli 1977

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ESB INCORPORATED, Philadelphia, Pa., U.S.A.

Abgedichtetes galvanisches Element

Paten tan sprüche

1. Abgedichtetes galvanisches Element, gekennzeichnet durch einen insgesamt rohrförmigen Mantel (10) mit einer öffnung an einer Stirnseite, durch eine Elektrolytmasse (12, 16), die in dem Mantel (10) angeordnet ist, durch eine Stirnkappe (20, 40, 70) mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei sich die Stirnkappe über die öffnung des Mantels

(10) erstreckt, den Innenraum des Mantels (10) abdichtet und aus einem Kunststoff hergestellt ist, der gegenüber einem Angriff durch den Elektrolyten widerstandfähig ist, durch einen Entlüftungskanal (34, 48, 74) in der Stirnkappe (20, 40, 70), der sich durch die Stirnkappe erstreckt und Gase aus dem Inneren des Mantels (10) entweichen läßt, durch einen insgesamt zylindrischen Stopfen (36, 50, 72), der in dem Kanal (34, 48, 74) angeordnet ist und im nicht zusammengedrückten Zustand einen Durchmesser hat, der größer als der Durchmesser des Entlüftungskanals (34, 48, 74) ist, wodurch man einen Preßsitz erhält, wobei der Kunststoff der Stirnkappe (20, 40, 70) eine ausreichend niedrige charakteristische Kriecheigenschaft hat, so

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ORIGINAL INSPECTED

daß der durch den Preßsitz erzeugte Druck im wesentlichen konstant bleibt, durch eine äußere Kappenanordnung (28, 44), die über der Stirnkappe (20, 40, 70) angeordnet ist und durch Klemmeneinrichtungen (18, 42), die sich durch die Endkappe (20, 40, 70) in den Elektrolyten erstrecken.

2. Abgedichtetes galvanisches Element, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen insgesamt rohrförmigen Mantel (10) mit einer öffnung an einer Stirnseite, durch eine in dem Mantel (10) angeordnete Elektrolytmasse (12, 16), durch eine Stirnkappe (20, 40, 70) mit einer Innen- und einer Außenfläche, wobei die Stirnkappe eine Fläche hat, die größer ist als die Querschnittsfläche der öffnung des Mantels (10) und im Preßsitz in die öffnung des Mantels (10) eingesetzt ist, sich quer darüber erstreckt, den Innenraum des Mantels (10) abdichtet und aus einem Kunststoff hergestellt ist, der gegenüber dem Angriff durch den Elektrolyten widerstandsfähig ist, eine ausreichende Elastizität hat, die den Preßsitzeingriff mit der öffnung des Mantels (10) ermöglicht und eine ausreichend niedrige charakteristische Kriecheigenschaft hat, so daß der Druck des Preßsitzes im wesentlichen konstant bleibt, durch eine Entlüftungsöffnung (34, 48, 74), die sich durch die Stirnkappe (20, 40, 70) erstreckt und Gase aus dem Inneren des Mantels (10) entweichen läßt, durch einen insgesamt zylindrischen Stopfen (36, 50, 72), der in dem Kanal (34, 48, 74) angeordnet ist, durch eine Außenkappenanordnung (28, 44), die über der ,Stirnkappe (20, 40, 70) angeordnet ist und durch Klemmeinrichtungen (18, 42), die sich durch die Stirnkappe (20, 40, 70) und in den Elektrolyten (12, 16) erstrecken.

3. Abgedichtetes galvanisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Stopfens (50) einen hohlen Kern bzw. eine Ausnehmung (52) aufweist.

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4. Abgedichtetes galvanisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stirnkappe (20, 40, 70) aus Polysulfon besteht.

5. Abgedichtetes galvanisches Element, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende des Kanals (34, 48, 74) in einem Abstand zur Außenkappenanordnung (28, 44) angeordnet ist, die wenigstens gleich der axialen Länge des Stopfens (36, 50, 72) ist, wobei der Stopfen nach außen aus dem Kanal durch den Druck gedrängt werden kann, der innerhalb des Elements erzeugt wird, so daß unter Druck stehendes Material aus dem Innenraum des Elements entweichen kann.

6. Abgedichtetes galvanisches Element nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der äußere Kanal (48) in einer Gegenbohrung (56) endet, die sich zu einer Außenfläche der Stirnkappe (40) erstreckt.

7. Abgedichtetes galvanisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfenelement massiv ist und keinen hohlen Kernraum in sich hat.

8. Abgedichtetes galvanisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeic hnet, daß das massive Stopfenelement aus Nylon besteht.

9. Abgedichtetes galvanisches Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkappe und das Stopfenelement aus Polysulfon hergestellt sind.

10. Abgedichtetes galvanisches Element, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen metallischen Mantel (10), der eine erste Elektrode bildet und eine Öffnung an einer Stirnseite

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hat, durch eine in dem Mantel (10) angeordnete Elektrolytmasse (12, 16), durch eine sich koaxial zu dem Mantel (10) in die Elektrolytmasse erstreckende zweite Elektrode (18, 42), durch eine Stirnkappe (20, 40, 70) mit einer Innen- und einer Außenfläche, die einen nicht zusammengedrückten Bereich aufweist, der größer ist als der Querschnittsbereich der öffnung des Mantels (10) und die quer über die öffnung des Mantels (10) angeordnet ist, um den Innenraum des Mantels (10) abzudecken, wobei sich die zweite Elektrode (18, 42) durch die Stirnkappe (20, 40, 70) erstreckt, durch eine Außenkappeneinrichtung (28, 44), die elektrisch mit der zweiten Elektrode (18, 42) verbunden ist und über der Außenfläche der Stirnkappe liegt, durch einen sich durch die Stirnkappe (20, 40, 70) erstreckenden Kanal (34, 48, 74), der insgesamt parallel zur zweiten Elektrode (18, 42) verläuft und das Entweichen des Drucks aus dem Inneren des Elements ermöglicht, und durch ein Stopfenelement (36, 50, 72), das im Reibungseingriff in dem Kanal (34, 48, 74) angeordnet ist und einen insgesamt mittig angeordneten hohlen Kernraum bzw. eine Ausnehmung (52) aufweist, der sich teilweise durch das Stopfenelement erstreckt.

11. Abgedichtetes galvanisches Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkappe (20, 40, 70) aus einem elastischen Kunststoff hergestellt ist, der gegen einen Angriff durch den Elektrolyten widerstandsfähig ist und eine niedrige Charakterische Kriecheigenschaft hat, wobei die Stirnkappe im Preßsitz in der öffnung des Mantels (10) gehalten ist.

12. Abgedichtetes galvanisches Element nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkappe aus Polysulfon besteht.

13. Abgedichtetes galvanisches Element nach Anspruch 10, dadurch

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gekennzeichnet, daß das äußere Ende des Lüftungskanals (34, 48, 74) im Abstand von der Außenkappenanordnung (18, 42) angeordnet ist, damit das Stopfenelement (36, 50, 72) aus dem Kanal herausdrückbar ist.

14. Verfahren zum Zusammensetzen eines abgedichteten galvanischen Elements, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnkappe aus einem elastischen Kunststoff hergestellt wird, wobei das Material gegenüber einem Angriff des Zellelektrolyten widerstandsfähig ist und eine niedrige charakteristische Kriecheigenschaft bzw. Kriechfestigkeit hat, wobei die Stirnkappe einen Lüftungskanal begrenzt, der sich im wesentlichen durch sie hindurch erstreckt, daß ein Stopfenelement ausgebildet wird, das einen Durchmesser hat, der nicht kleiner als der Durchmesser des Lüftungskanals ist, daß der Stopfen in Reibungseingriff mit dem Inneren des Kanals gedrückt wird, daß ein insgesamt rohrförmiger Elementmantel vorgesehen wird, der ein offenes Ende aufweist, dessen Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche der Stirnkappe ist und daß die Stirnkappe seitlich angedrückt wird, um die Stirnkappe in dem offenen Ende des Mantels zu verankern, .wodurch der Reibungseingriff zwischen dem Stopfenelement und dem Lüftungskanal erhöht wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines abgedichteten galvanischen Elements, insbesonderenach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Teil hergestellt wird, das eine Oberseite und eine Unterseite hat und eine Stirnkappe aufweist, die einen ersten Außendurchmesser und einen insgesamt zylindrischen Kanal hat, der sich teilweise hindurch erstreckt, wobei ein insgesamt zylindrisches Stopfenteil axial zum Kanal ausgerichtet ist und als ein Stück mit der Stirnkappe durch eine Membran verbunden

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ist, daß das einzige Teil aus einem elastischen Kunststoff hergestellt wird, der gegen den Angriff durch den Zellenelektrolyten widerstandsfähig ist und ein niedriges charakteristisches Kriechen aufweist, daß das Stopfenelement in den Kanal mit einer Kraft gedrückt wird, die ausreicht, daß die Verbindungsmembran reißt, daß mit dem Drücken des Stopfenelements in den Kanal um einen vorgegebenen Abstand fortgesetzt wird, daß ein insgesamt zylindrischer rohrförmiger Mantel vorgesehen wird, der ein offenes Ende mit einem zweiten Innendurchmesser hat, der kleiner ist als der erste Außendurchmesser der Stirnkappe und daß die Stirnkappe in das erste Ende des Mantels gedrückt wird, um so ein seitliches Zusammendrücken in der Stirnkappe zu erreichen, wodurch der Reibungseingriff zwischen der Stopfeneinrichtung und dem Entlüftungskanal wesentlich erhöht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfenelement des einzigen Teils von der Unterseite der Stirnkappe hochsteht und daß das Stopfenelement einen hohlen Kernraumabschnitt aufweist, der in das Ende des Stopfenelements mündet, das von der Unterseite der Stirnkappe abliegt.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfenelement des einzigen Teils von der Oberseite der Stirnkappe hochsteht und einen hohlen Kernraumabschnitt bildet, der in das Ende des Stopfenelements mündet, das von der Oberseite der Stirnkappe abgewandt ist.

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