DE3033113A1

DE3033113A1 - Galvanische zelle

Info

Publication number: DE3033113A1
Application number: DE19803033113
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Berec Group Ltd
Current assignee: Berec Group Ltd
Priority date: 1979-09-12
Filing date: 1980-09-03
Publication date: 1981-04-02
Also published as: NO802698L; IT1136194B; DK387980A; ZA805605B; GB2058440A; FR2469008B1; BE885193A; FR2469008A1; SE8006332L; JPS5650049A; IT8012642A0; NL8004848A; GB2058440B; LU82759A1

Description

"Galvanische Zelle"

Die vorliegende Erfindimg bezieht sich auf galvanische Zellen und insbesondere auf die Versorgung solcher Zellen mit einer Druckentlastungsvorrichtung. Galvanische Zellen für die Erzeugung von elektrischem Strom sind bekannt und umfassen gewähnlich ein röhrenförmiges Gehäuse, das eine Elektrode der Zelle bilden kann, das Elektrolyt und das für den Betrieb der Zelle notwendige Anoden- oder Kathodenmaterial zusammen mit einer weiteren Elektrode enthält.

Der Inhalt muß so im Gehäuse abgedichtet werden, daß kein Elektrolyt ausfließen kann. Es ist bei solchen Zellen auch üblich, an einem Ende des röhrenförmigen Gehäuses ein Plastikverschlußteil vorzusehen; dieses Plastikverschlußteil ist gewöhnlich widerstandsfähig gegenüber dem Elektrolyten und wird am Ende des Gehäuses in abdichtender Verbindung mit dem Gehäuse festgehalten. Für den Einbau eines . Druckentlastungsmechanismus in das Piastiverschlußteil sind schon früher Vorschläge gemacht worden, für den Pail, daß sich im Innern der Zelle ein Gasüberdruck aufbauen sollte.

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Dies kann aus verschiedenen Gründen vorkommen, u.a. durch Aufbringen von zuviel Ladestrom auf die Zelle. Zu den bekannten galvanischen Zellen gehören auch wieder auf ladbare Einheiten und sogar solche, die nicht für das Wiederaufladen gedacht sind, können einem Ladestrom unterworfen werden, wenn sie bei der Verwendung falsch angeschlossen werden. Beim Laden erzeugt der Zellelektrolyt Gas, und dieses kann unter gewissen Umständen einen Überdruck erzeugen, der, wenn man ihn sich in der Zelle aufbauen läßt, die Zelle zum Platzen bringt.

Es wurden verschiedene Druckentlastungsmechanismen vorgeschlagen, aber die Schwierigkeiten einer befriedigenden Anordnung vergrößern sichm dem Maße, wie die Zellen immer kleiner werden müssen und dabei Probleme sehr kleiner Toleranzen und der Handhabung sehr sehr kleiner Bauteile mit sich bringen.

Aufgabe der Erfindung ist die Erstellung einer abgedichteten galvanischen Zelle mit einer verbesserten Druckentlastungsvorrichtung.

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Ufach der Erfindung wird eine abgedichtete galvanische Zelle erstellt, die ein röhrenförmiges Gehäuse mit einer öffnung an einem Ende, einem Elektrolyteninhalt des Gehäuses, einem isolierenden Verschlußteil, das abdichtend so in der öffnung befestigt wird, daß es die öffnung dicht verschließt, eine äußere leitende Kappe über dem Verschlußteil und mit Abstand vom Gehäuse,und ein von der Kappe durch das Verschlußteil in den Elektrolyten reichendes Polteil umfaßt·

Das Verschlußteil wird in einem. Stück aus einem gegen den Elektrolyten widerstandsfähigen Plastikmaterial hergestellt z.B. gegossen und umfaßt ein mit dem Rest des Verschlußteils durch einen dünnen Steg aus Kunststoffmaterial verbundenes integrales Stopfenteil j dieser Steg verläuft zwischen dem Stopfenteil und dem übrigen Verschlußteil in einer Richtung entlang der Länge des röhrenförmigen Gehäuses und ist in einer quer zur Länge des röhrenförmigen Gehäuses verlaufenden Richtung dünn ausgebildet, wodurch das Verschlußteil bei normalem Betrieb eine gasdichte Abdichtung an diesem Zellenende bildet; im Falle eines übermäßigen Drucks

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in der Zelle kann der Steg zerreißen, wodurch er das Stopfenteil freigibt, und Gas durch das Verschlußteil ausströmen kann.

Das Stopfenteil hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt und der §teg hat die 3?orm eines ringförmigen Steges.

Der Steg verläuft vorzugsweise in Längsrichtung parallel zur Achse des röhrenfrörmigen Gehäuses, und das Stopfenteil ist im Abstand vom Innern des Gehäuses mit einem Ende des Stegs verbunden.

Das Verschlußteil umfaßt vorzugsweise eine Scheibe mit einem kreisförmigen Querschnitt mit zwei konzentrischen ringförmigen Aussparungen an gegenüberliegenden Flächen; die Aussparungen haben übergreifende Tiefen, aber einen unterschiedlichen Durchmesser, wodurch der Steg mit einer die beiden Aussparungen trennenden Wand versehen wird.

Das Stopfenteil liegt vorzugsweise in der Mitte des Verschlußteils.

Das Stopfenteil hat vorzugsweise eine zentrale öffnung, durch die das Polteil geht.

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Die äußere Kante des Verschlußteils ist vorzugsweise mit einem !Flansch zur abdichtenden Verbindung mit dem röhrenförmigen Gehäuse versehen.

Bas äußere Ende des röhrenförmigen Gehäuses ist gebördelt, um den !Flansch in abdichtende Verbindung zum röhrenförmigen Gehäuse und zur äußeren Kappe auf dem Verschlußteil zu hätten.

Obgleich sich die Erfindung bei verschiedenen Arten von abgedichteten galvanischen Zellen verwenden läßt, ist sie besonders geeignet für Alkali-Manganzellen.

Die Erfindung wird nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben} darin ist KLg. Λ ein senkrechter Schnitt durch eine die vorliegende Erfindung verkörpernde Zelle$ Pig. 2 ein Querschnitt durch ein Plastikverschlußteil

für die Zelle von Pig. 1 vor dem Einbau, und Hg. 3 eine Aufsicht des in 3?ig. 2 gezeigten Verschlußteils.

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In diesem besonderen Beispiel umfaßt die Zelle eine Alkali-Manganzelle mit einem äußeren rohrenfonnigen Gehäuse 11, das an einem Ende durch einen integralen Vorsprung 12 verschlossen ist, der als ein Pol der Zelle verwendet werden kann. Das röhrenförmige Gehäuse 11 ist aus elektrisch leitendem Material, wie z.B. vernickeltem Stahl, gebildet.

Das röhrenförmige Gehäuse 11 hat am anderen Ende eine öffnung,, Die Öffnung wird durch ein Verschlußteil 13 aus Kunststoff verschlossen, das in i"ig. 2 und 3 genauer gezeigt wird.

Das offene Ende von Gehäuse 11 hat eine Öffnung 14, in der eine äußere Kappe 15 in einem Abstand vom Gehäuse 11 angebracht ist, um eine elektrische Verbindung zwischen den beiden !Teilen zu vermeiden. Kappe 15 ist durch das Verschlußteil festgehalten und bildet einen negativen Pol für die Zelle.

An der Innenfläche von Kappe 15 ist ein ISLteil in Sorm eines Nagels befestigt, der aus Nickel, Silber oder Messing sein kann.

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Hagel 16 geht durch, das Verschlußteil 13 in das Innere der Zelle, wo er mit der .iAnodenpaste 17 in Berühxung kommt, die in diesem Beispiel eine Zinkpaste zusammen mit einem elektrischen Elektrolyt aus Kaliumhydroxid umfaßt. Die Anodenpaste befindet sich in einem im allgemeinen röhrenförmigen Trenngefäß 18, das ein aus zwei aufeinanderliegenden Schichten bestehendes Zusammengesetzes Material umfaßt. Das Trenngefäß 18 ist an seinem in der Fähe von Ende 12 des röhrenförmigen Gehäuses 11 liegenden Ende geschlossen. Das andere Ende 19 des Irenngefäßes ist offen und umgreift einen !Beil des Versehlußteils 13.

Das Kathodengemisch 20 befindet sich zwischen dem Trenngefäß 18 und dem röhrenförmigen Gehäuse 11. In diesem Beispiel besteht das Kathodengemisch aus Hangandioxid und Graphit.

Das Verschlußteil 13 wird nun unter Bezugnahme auf die KLguren 2 und 3 näher beschrieben. Das Versehlußteil 13 wird in einem Stück aus Kunststoff gegossen, der von dem in der Zelle verwandten Elektrolyten nicht angegriffen wird.

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Das Verschlußteil 13 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt, wie in Fig. 3 gezeigt, und umfaßt im allgemeinen eine Scheibe mit einem nach oben gehenden peripherisehen Flansch 21 und einer zentralen öffnung 22. Die Scheibe wird unter Verwendung vonfGießwerkzeugen gegossen, die sich gegeneinander in Richtung der in Fig. 2 gezeigten Pfeile A und B bewegen. Die Gießwerkzeuge sind so gebildet, daß sie zwei konzentrische Aussparungen 23,24 auf einander gegenüberliegenden Flächen der Scheibe bilden. Die beiden Aussparungen sind so tief, daß sie einander in der !Tiefe übergreifen und einen dünnen ringförmigen Steg 25 zwischen sich bilden. Aussparung 23 hat einen größeren Durchmesser als Aussparung 2A-, und die Dicke des Steges 25 wird durch den Durchmesserunterschied der beiden Aussparungen 23,24 bestimmt.

Infolgedessen bildet sich im Mittelteil des Verschlußteils ein Stopfenteil 26. Stopfenteil 26 hat einen kreisförmigen Querschnitt und ist mit dem Verschlußteil als Ganzem konzentrisch. Stopfenteil 26 ist so an dem äußeren Ende des Steges 25 befestigt, daß Teil 27 des Stopfenteiles, an dem der Steg 25 befestigt ist, auf der Seite des

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Verschlußteiles liegt, die vom Innern der Zelle entfernt liegt, wenn das Verschlußteil (13) in die Zelle eingebaut ist. Auf diese Weise kann sich, das Stopfenteil 26, wenn es durch, den Bruch von Steg 25 infolge übermäßigen Gasdrucks in der Zelle zerbrochen wird, nach außen bewegen und das Gas durch das Verschlußteil 13 entweichen lassen.

Wenn Flansch 21 auf das Verschlußteil 13 aufgesetzt wird, paßt er in das offene Ende des röhrenförmigen Gehäuses 11 hinein und greift in eine vorgeformte peripherisehe Einbuchtung 30 in der Außenseite von Gehäuse 11 und hält so das Verschlußteil in seiner Lage fest und verhindert, daß es sich weiter nach innen bewegen kann.« Das äußere Ende von Gehäuse 11 wird dann in die in Hg. 1 gezeigte Stellung umgebogen, wobei sich der Plansch 21 am Verschlußteil 13 dann zwangsweise se auf die Außenseite eines Flansches 32 umbiegt, der die Kappe 15 umgibt. Dadurch liefert Flansch 21 eine wirksame Abdichtung zum röhrenförmigen Gehäuse 11 und zur Kappe 15 und bewirkt gleichzeitig die elektrische Isolierung zwischen den beiden. Das obere Ende 19 des Trenngefäßes 18 paßt in die röhrenförmige Aussparung 24 in der Innenfläche von Verschlußteil 13.

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Diese Aussparung 24 hilft bei der Montage, indem sie einen passenden Sitz für das obere Ende des Trenngefäßes bildet und zugleich die Möglichkeit des Auslauf es von Anodengemisch 17 beim Gebrauch um das Ende des Trenngefäßes herum vermindert. Nagel 16 geht durch die zentrale öffnung 22 im Stopfenteil 26 hindurch und ist an der Innenfläche des Verschlußteiles durch Isoliermaterial 33 auf der Grundlage von Bitumen abgedichtet.

Man kann sich vorstellen, daß beim Gebrauch jeder Anstieg des Gasdrucks im Innern der Zelle auf die Innenfläche von Stopfenteil 26 einwirkt und daß dieses durch den ringförmigen Steg 25 in seiner Lage festgehalten wird. Wie schon beschrieben, verläuft der ringförmige Steg parallel zur Länge des röhrenförmigen Gehäuses 11 und ist quer zur Länge des Gehäuses dünn.

Auf diese Weise verursacht jede Bewegung des Stopfenteiles 26 zur Kappe 15 hin eine Längsausdehnung des Steges 25 mit einer daraus folgenden Verdünnung des Steges. Ist der Druckanstieg gering und nur vorübergehender Hatur, dann kann eine geringe Bewegung des Stopfens durch Ausdehnung der

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Länge von Steg 25 ausreichen, um den Gasdruck aufzunehmen. Steigt der Gasdruck jedoch weiter auf eine unzulässige Höhe an, zerbricht der Steg 25, gibt damit Stopfen 26 frei und läßt das Gas durch das Verschlußteil 13 entweichen. Flansch 32 an Kappe ist mit mehreren, in Abständen angebrachten (nicht gezeigten) Schlitzen versehen, durch die das Gas entweichen kann, wenn das Stopfenteil 26 einmal gelöst ist.

Man kann sich vorstellen, daß das oben beschriebene Verschleißteil eine Reihe praktischer Vorteile bietet.

Zunächst: Die Stopfenvorrichtung ist mit dem Eest des Verschlußteiles in einem Stück gegossen, so daß die Montage leicht ist.

Es braucht nur ein !Teil gehandhabt zu werden, und es sind keine beweglichen Teile zu montieren. Weiter wären die Abmessungen des Stopfenteils in sehr kleinen Zellen sehr gering und folglieh schwer zu handhaben, wenn sie vom Rest des Verschlußteiles getrennt wären. Dies wird im obigen Beispiel jedoch vermieden. Außerdem müssen die Verschlußteile so hergestellt werden, daß sie die vorher festgelegten Betriebsdrucksgrenzen für die betreffende Zelle aushalten können.

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Man kann feststellen, daß der besondere Druck, bei dem der Auslösemechanismus reagiert, in diesem !all von der .Art des verwendeten Plastikmaterials sowie von der Dicke von Steg 25 abhängt. Bei der vorliegenden Anordnung wird die Dicke des Steges 25 von dem Durchmesserunterschied der¹"beiden Gießwerkzeuge gesteuert, die die Aussparungen 23 uM

24 formen. Infolgedessen wird die Wirksamkeit von Steg 25 nicht durch Variationen im Schließdruck beim Gießen beeinflußt. Mit anderen Worten, eine Ä*nderung im Abstand der Gießwerkzeuge in den in Pig. 2 gezeigten Eichtungen der Pfeile A und B beeinflußt die betrieblichen Eigenschaften von Steg

25 nicht. Außerdem kann der besondere Druck, bei

dem der Auslösemechanismus anspricht, von einer niedrigen auf $ ede erforderliche Höhe eingestellt werden, und zwar durch einfaches Verstellen der Durchmesser der Gießteile, die die Aussparungen 23 und 24 formen. Ist der besondere Durchmesser einmal eingestellt, werden die Produkte mit stets gleichen betrieblichen Eigenschaftenfiir die ganze Lebensdauer des Gießwerkzeuges hergestellt und z.B. nicht durch Verschleiß an den Hauptflächen der Gießwerkzeuge beeinflußt.

Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten des vorstehenden Beispiels beschränkt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

'(iy Abgedichtete galvanische Zelle mit einem röhrenförmigen Gehäuse mit einer Öffnung an einem Ende, einem Elektrolyten in diesem Gehäuse, einem abdichtend in der Öffnung befestigten Versehlußteil, so daß es die Öffnung dicht verschließt, einer äußeren, im Abstand vom Gehäuse über dem Verschlußteil angebrachten leitenden Eappe, sowie einem von der Eappe durch das Verschlußteil in den Elektrolyten reichenden Polteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Versehlußteil (I3) in einem Stück aus plastischem, dem Elektrolyten gegenüber unempfindlichem Material hergestellt ist und ein integrales Stopfenteil (26) aufweist,das mit dem Rest des Verschlußteiles (13) durch einen dünnen Steg (25) aus Eunststoff verbunden ist, der zwischen dem Stopfenteil (26) und dem übrigen Versehlußteil (13) in einer Sichtung entlang der

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Länge des röhrenförmigen Gehäuses (11) verläuft und in einer Eichtung quer zur Länge des röhrenförmigen Gehäuses (11) dünn ist, wobei das Verschlußteil (13) eine gasdichte Dichtung an dem genannten Ende der Zelle bei normalem Betrieb bildet, und der Steg (25) infolge Druck zerstörbar ist, so daß das Stopfenteil (26) mit dem ßest des Verschlußteiles (13) Gasdurchläße bildet.
2. Abgedichtete galvanische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfenteil (26) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und der Steg (25) ringförmig ausgebildet ist.
3. Abgedichtete galvanische Zelle nach Anspruch 1, und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (13) eine Scheibe mit kreisförmigem Querschnitt mit zwei konzentrischen ringförmigen Aussparungen (23,24) auf gegenüberliegenden Flächen aufweist, wobei die Aussparungen (23,2A-) übergreifende üefen, aber verschiedene Durchmesser aufweisen, wodurch der Steg (25) aus einer die beiden Aussparungen (23,24) trennenden, ringförmigen ¥and gebildet ist.

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4-, Abgedichtete galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfenteil (26) in der Mitte des Verschlußteiles (13) liegt.
5. Abgedichtete galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Stopfenteil (26) in der Mitte eine öffnung (22) hat, durch die das Polteil (16) hindurchsteckbar ist.
6. Abgedichtete galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kante des Verschlußteiles (13) mit einem Plansch (21) zur abdichtenden Verbindung mit dem röhrenförmigen Gehäuse (11) versehen ist.
7. Abgedichtete galvanische Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende (19) des röhrenförmigen Gehäuses (11) so gebogen ist, daß es diesen Flansch (21) in abdichtender Verbindung zwischen röhrenförmigem Gehäuse (11) und äußerer Kappe (15) auf dem Verschlußteil (13) festhält.

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8. Abgedichtete galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (25) in Längsrichtung parallel zur Achse des röhrenförmigen Gehäuses (11) verläuft und das Stopfenteil (26) im Abstand vom Innern des Gehäuses (11) mit dem Ende des Steges (25) verbunden ist.
9. Abgedichtete galvanische Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle als Alkali-JÜangan-Zelle ausgebildet ist.

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