DE3045594C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Durchführung für elektrochemische Elemente nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung der Durchführung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und eine Anwendung der Durchführung.

Elektrische Durchführungen werden für zahlreiche Zwecke vorgesehen. Beispielsweise werden sie in elektrochemischen Elementen benutzt, um eine elektrische Anschlußleitung oder einen Anschlußstift durch das Gehäuse oder den Behälter des Elements hindurchtreten zu lassen und den Kontakt des Anschlußstifts mit einer Elektrode des Elements zu ermöglichen. Die Durchführung sorgt für eine Isolation des Anschlußstifts gegenüber dem Gehäuse.

Aus der US-PS 41 28 703 ist eine Durchführung für elektrochemische Elemente bekannt, die eine metallische Hülse, einen durch die Hülse hindurchreichenden, leitenden Anschlußstift und eine den Anschlußstift innerhalb der Hülse hermetisch abdichtende Glasverschmelzung aufweist. Die Hülse und der Anschlußstift sind über jeweils einen Teil ihrer Längsabmessung von einem Kunststoffkörper umgeben, wobei der Kunststoffkörper und die metallische Hülse als getrennte Bauteile ausgeführt sind. Die Hülse weist ein Außengewinde und der Kunststoffkörper ein entsprechendes Innengewinde auf. Beide Teile werden bei der Montage der bekannten Vorrichtung miteinander verschraubt. Zur Abdichtung können der die Metallhülse umfassende Teil des Kunststoffkörpers und der in diesen Teil eingreifende Abschnitt der Metallhülse miteinander verklebt oder verkittet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach zu fertigende Durchführung zu schaffen, die für eine einwandfreie Abdichtung sorgt und gegen Bestandteile des elektrochemischen Elements wirkungsvoll geschützt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Durchführung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der Durchführung nach der Erfindung sind die inneren Teile der Durchführung mittels des Kunststoffkörpers geschützt, der an der Hülse der Durchführung und dem Anschlußstift angeformt, vorzugsweise um die betreffenden Teile herumgespritzt, ist. Um dabei den zweckmäßig als Spritzgußteil ausgebildeten Kunststoffkörper auf der Hülse sicher festzulegen, ist ein Teil der Oberfläche der Hülse mit einer Textur versehen. Auf diese Weise wird verhältnismäßig einfach eine dichte, leckfreie Durchführung erhalten.

Die Textur an der Außenfläche der Hülse kann vorteilhaft von einer oder mehreren quer zu der Längsachse der Hülse und des Anschlußstiftes verlaufende Umfangsnuten gebildet sein, die für eine besonders wirkungsvolle Verriegelung und einen einwandfreien Leckschutz gegen ein Auslecken von Bestandteilen des Elements zwischen dem Kunststoffkörper und der Hülse sorgen.

Das Verfahren zur Herstellung der Durchführung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Hülse auf mindestens einem Teil ihrer Außenfläche mit einer Textur versehen wird und daß der Kunststoffkörper um einen mit Textur versehenen Teil der Hülse und um einen Teil des Anschlußstifts herum angeformt wird.

Erfindungsgemäß ist ferner eine Anwendung der Durchführung bei einem mit einer Anode und einer Kathode versehenen, in einem Gehäuse untergebrachten elektrochemischen Element vorgesehen, wobei das Gehäuse eine Wand aufweist, durch welche die Durchführung hindurchreicht, wobei sich der Anschlußstift in das Gehäuse hineinerstreckt und mit einer der Elektroden verbunden ist, wobei die metallische Hülse von dem Gehäuse abgestützt und an diesem angebracht ist sowie mit dem die Textur tragenden Teil in das Gehäuse hineinreicht, und wobei der Kunststoffkörper zum Schutz des innenliegenden Teils der Durchführung vor einem Kontakt mit dem Inhalt des Gehäuses sowohl an dem innenliegenden Teil der Hülse im Bereich der Textur als auch an mindestens einem sich zwischen der Hülse und der mit dem Anschlußstift verbundenen Elektrode erstreckenden Teil des Anschlußstifts angeformt ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein mit der Durchführung nach der Erfindung versehenes elektrochemisches Element, und

Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt durch die Durchführung nach der Erfindung.

Das in Fig. 1 veranschaulichte elektrochemische Lithium-Jod- Element weist einen Behälter oder ein Gehäuse 10 aus rostfreiem Stahl auf, das vorzugsweise die in Fig. 1 gezeigte Form hat und im Vergleich zu der in Fig. 1 ersichtlichen Breite relativ dünn (nicht dargestellt) ist. Das oben offene Gehäuse 10 ist mittels eines mit dem Gehäuse verschweißten Deckels 12 abgedeckt und dicht verschlossen.

Das Element weist eine Anode 14 und eine Kathode 16 auf. Die Anode 14 kann in bekannter Weise mit Lithium versehen sein, das auf einen (nicht dargestellten) Stromsammler aufgepreßt ist. Das Lithium kann zum Teil innerhalb eines Kunststoffbandes oder -rahmens 18 gehalten sein. Der Rahmen 18 kann beispielsweise aus einem Copolymerisat aus Äthylen und Chlortrifluoräthylen (ECTFE) gefertigt sein. Weitere geeignete Kunststoffe sind u. a. Polyvinylidenfluorid und ein Copolymer aus Äthylen und Tetrafluoräthylen.

Der Rahmen 18 ist mit einer (nicht gezeigten) Öffnung versehen, durch die ein Anschlußstift 22 der elektrischen Durchführung 20 hindurchreicht, um mit der Anode 14 in Kontakt zu kommen. Die Anode kann mit einem dünnen Überzug 21 aus Poly-2-vinylpyridin versehen sein. Ein elektrochemisches Element dieser Art ist an sich bekannt (US-PS 41 28 703).

Die im einzelnen in Fig. 2 veranschaulichte Durchführung 20 weist eine metallische Hülse 24 auf, durch die der Anschlußstift 22 hindurchreicht. Der Anschlußstift und die Hülse können beide aus rostfreiem Stahl gefertigt sein. Der Anschlußstift 22 wird mittels einer Glasverschmelzung 26 in der Hülse 24 gehalten und gegenüber dieser isoliert.

Die Hülse 24 ist im Bereich ihres unteren Außenumfangs mit mindestens einer und vorzugsweise, wie veranschaulicht, mehreren in Abstand voneinander liegenden Nuten 28 versehen. Die Nuten 28 sind auf der Hülse derart angeordnet, daß sie innerhalb des Gehäuses 10 liegen, wenn die Hülse 24 an dem Deckel 12 angebracht, beispielsweise mit dem Deckel verschweißt, wird, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist. Ein nichtleitender Körper 30 aus einem Kunststoff, der gegenüber dem Inhalt des elektrochemischen Elements inert ist, und vorzugsweise aus einem Copolymer von Äthylen und Chlortrifluoräthylen oder einem anderen der vorstehend genannten Kunststoffe besteht, ist um den die Nuten 28 aufweisenden Teil der Hülse 24 und einen Teil des Anschlußstifts 22 herum angeformt. Der Körper 30 ist vorzugsweise als Spritzgußteil ausgebildet und um die Hülse 24 und den Anschlußstift 22 herumgespritzt. Zweckmäßig weist der Körper 30 einen oberen zylindrischen Teil 30a, der den genuteten Teil der Hülse 24 umgibt, und einen unteren zylindrischen Teil 30b auf, der einen Teil des Anschlußstifts 22 umschließt und in die Anode 14 hineinreicht.

Statt Nuten 28 vorzusehen, kann die Oberfläche der Hülse 24, beispielsweise durch Sandstrahlen, aufgerauht sein, um für eine sichere Verbindung zwischen der Hülse und dem Kunststoffkörper zu sorgen. Vorzugsweise sind jedoch die Nuten 28 vorgesehen, da sie untereinander nicht in Verbindung stehen und damit keinen durchgehenden Leckpfad bilden. Allgemein gilt, daß ein Teil der Oberfläche der Hülse mit einer Textur versehen ist, so daß sich der angeformte Kunststoffkörper auf der Hülse sicher halten kann.

Zur Montage der Durchführung 20 wird der Anschlußstift 22 in einen Vorformkörper aus Glas eingesetzt, der, falls erwünscht, bereits in der Hülse montiert sein kann. Die aus drei Teilen bestehende Anordnung wird dann in einem Ofen erhitzt, um das Glas zu schmelzen und eine isolierende Abdichtung zwischen dem Anschlußstift und der Hülse auszubilden. Der Kunststoffkörper 30 wird anschließend um die Nut oder Nuten 28 der Hülse 24 und den Anschlußstift 22 herum im Spritzgießverfahren an Ort und Stelle ausgebildet. Die erhaltene Durchführung wird mit dem Deckel 12 verschweißt. Das untere Ende des Anschlußstifts 22 wird mit einem metallischen Anodenstromsammler (nicht veranschaulicht) verbunden. Das für die Anode 14 bestimmte Lithium wird über den Stromsammler und den unteren Teil 30b des Kunststoffkörpers 30 herum gepreßt, wie dies aus Fig. 1 zu ersehen ist. Die Oberfläche des Teils 30b ist vorzugsweise ebenfalls mit einer Textur versehen, um für einen sicheren Halt zwischen dem Kunststoffkörper und der Elektrode zu sorgen. Beispielsweise kann der Kunststoff chemisch geätzt werden. Dafür eignet sich u. a. eine Ätzlösung mit hohem Flammpunkt, die eine aktive Form von Natrium enthält. Der Kunststoffkörper kann auch mechanisch oder in anderer Weise aufgerauht werden, um ein vorbestimmtes Schrupp-Finish oder Kräusel-Finish, beispielsweise ein 6 µm-Oberflächen-Finish oder ein EDM36- Finish zu erzielen.

Die erhaltene Anordnung aus Durchführung und Anode wird durch eine Öffnung des Deckels 12 gesteckt; die Hülse 24 wird mit dem Deckel 12 verschweißt. Die gesamte Anordnung wird dann in das Gehäuse 10 eingesetzt. Der Deckel 12 wird mit dem Gehäuse verschweißt. Daraufhin wird der Werkstoff der Kathode 16 in der unten erläuterten Weise in das Gehäuse eingegossen. Bei der erläuterten Ausbildung des elektrochemischen Elements dient das Gehäuse 10 als Kathodenkollektor und -elektrode.

Die Kathode 16 weist, wie bekannt, ein jodhaltiges Material mit Poly-2-vinylpyridin (P2VP) auf. Es kann auch mit anderen Werkstoffen gearbeitet werden; P2VP wird jedoch vorzugsweise vorgesehen. Die Herstellung kann erfolgen, indem das Polymer erhitzt und gewünschte Mengen an Jod, üblicherweise mehr als etwa 50 Gew.-%, zugesetzt werden. Das Material kann in das Gehäuse über eine Öffnung 32 eingegossen werden, die für diesen Zweck im Deckel 12 vorgesehen ist. Dabei sind der Deckel 12, die Durchführung 20 und die Anode 14 zuvor im Gehäuse 10 montiert worden. Anschließend wird die Öffnung 32 mit einem Verschluß 34 durch Verschweißen verschlossen.

Die erläuterte Anordnung führt zu einer Durchführung, bei welcher der Anschlußstift gegenüber den Bestandteilen des elektrochemischen Elements mittels eines spritzgegossenen Körpers geschützt ist, der zusammen mit der eine Textur, vorzugsweise in Form von Nuten, versehenen Hülse eine Einheit bildet. Die Verbindung zwischen dem Äthylen-Chlortrifluoräthylen und den in Abstand voneinander liegenden Nuten und der Hülsenaußenwand bewirkt einen Schutz gegen ein Auslecken an der betreffenden Grenzfläche, beispielsweise ein Lecken von Kathodenwerkstoff in die Anodenkollektor/Elektroden-Anordnung.

Claims (13)

1. Durchführung für elektrochemische Elemente, mit einer metallischen Hülse, einem durch die Hülse hindurchreichenden, leitenden Anschlußstift, dessen langgestreckte Endteile aus beiden offenen Enden der Hülse vorstehen, einer den Anschlußstift innerhalb der Hülse, hermetisch abdichtenden Glasverschmelzung und einem Kunststoffkörper, der die Hülse und den Anschlußstift über jeweils einen Teil ihrer Längsabmessung umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Hülse (24) im Bereich eines Teiles ihrer Außenfläche mit einer Textur versehen ist und daß der Kunststoffkörper (30) an der Hülse (24) im Bereich der die Textur tragenden Oberfläche angeformt ist.

2. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Textur an der Außenfläche der Hülse (24) von einer oder mehreren quer zu der Längsachse der Hülse (24) und des Anschlußstiftes (22) verlaufenden Umfangsnuten (28) gebildet ist.

3. Durchführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Außenfläche der Hülse (24) zur Bildung der Textur aufgerauht ist.

4. Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (30) auch an dem von ihm umgebenen Teil des Anschlußstiftes (22) angeformt ist.

5. Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (30) einen die Hülse (24) umgebenden zylindrischen Teil (30a) und einen damit unter Bildung einer Schulter verbundenen schmalen, langgestreckten Teil (30b) aufweist, der den Anschlußstift (22) umgreift und sich in einer von dem zylindrischen Teil (30a) wegweisenden Richtung verjüngt.

6. Durchführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des langgestreckten Teils (30b) des Kunststoffkörpers (30) mit einer Textur, insbesondere einer Oberflächenaufrauhung, versehen ist.

7. Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffkörper (30) aus einem thermoplastischen Werkstoff, insbesondere Äthylen-Chlortrifluoräthylen, besteht.

8. Verfahren zur Herstellung einer Durchführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrisch isolierende Glasverschmelzung zwischen dem elektrisch leitenden Anschlußstift und der metallischen Hülse ausgebildet wird, und bei dem die metallische Hülse mit dem die Hülse und den Anschlußstift auf jeweils einem Teil ihrer Außenfläche umgreifenden Kunststoffkörper verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Hülse auf mindestens einem Teil ihrer Außenfläche mit einer Textur versehen wird und daß der Kunststoffkörper um einen mit Textur versehenen Teil der Hülse und um einen Teil des Anschlußstiftes herum angeformt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anformen durch Spritzgießen erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff Äthylen-Chlortrifluoräthylen verwendet, auf Spritzgießtemperatur erhitzt und zum Einströmen in eine vorgeheizte Form gebracht wird, in der sich die aus Hülse, Anschlußstift und Glasverschmelzung bestehende Anordnung befindet.

11. Anwendung der Durchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei einem mit einer Anode (14) und einer Kathode (16) versehenen, in einem Gehäuse (10) untergebrachten elektrochemischen Element, wobei das Gehäuse (10) eine Wand aufweist, durch welche die Durchführung hindurchreicht, wobei sich der Anschlußstift (22) in das Gehäuse (10) hineinerstreckt und mit einer der Elektroden verbunden ist, wobei die metallische Hülse (24) von dem Gehäuse (10) abgestützt und an diesem angebracht ist sowie mit dem die Textur tragenden Teil in das Gehäuse (10) hineinreicht, und wobei der Kunststoffkörper (30) zum Schutz des innenliegenden Teils der Durchführung (20) vor einem Kontakt mit dem Inhalt des Gehäuses (10) sowohl an dem innenliegenden Teil der Hülse (24) im Bereich der Textur als auch an mindestens einem sich zwischen der Hülse (24) und der mit dem Anschlußstift (22) verbundenen Elektrode (14) erstreckenden Teil des Anschlußstifts (22) angeformt ist.

12. Anwendung nach Anspruch 11, wobei der Anschlußstift (22) und der an der metallischen Hülse (24) angeformte Kunststoffkörper (30) in die betreffende Elektrode (14) zwecks Herstellung eines Kontakts mit der Elektrode hineinreichen und der innerhalb der Elektrode (14) liegende Teil (30b) des Kunststoffkörpers mit einer oberflächenaufrauhenden Textur versehen ist.

13. Anwendung nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Gehäuse (10) aus Metall besteht, die Anode (14) Lithium enthält und die Kathode (16) als jodhaltige Kathode ausgebildet ist.