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Trockenelement. Die Erfindung bezieht sich auf Trockenelemente derjenigen
Art, bei welchen der Elektrolyt innerhalb der Zelle anfänglich in einem besonderen
Raum untergebracht ist, der erst bei Inbetriebsetzung geöffnet wird, um .das Trockenelement
bis zum Augenblick seiner Benutzung vor dem Eintreten elektrochemischer Vorgänge
zu schützen, die Lagerfähigkeit des Elementes also zu verlängern.
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Es ist bekannt, zu diesem Zweck den mit einem Aufsauge- oder Verdickungsmittel
verbundenen Elektrolyten im Zinkbecher des Elements durch eine Wachsschicht - von-
der Kohlenelektrode getrennt zu lagern und diese trennende Schicht durch eine Bewegung
der Kohlenelektrode zu zerstören, wenn das Element in Gebrauch genommen werden soll.
Hierbei steht der Elektrolyt also in ständiger Berührung mit dem Zink, so daß das
Eintreten chemischer Reaktionen vor der Inbetriebsetzung des Elements nicht vermieden
ist. Auch ist die Verteilung des Elektrolyts bei der Inbetriebsetzung dadurch erschwert,
daß derselbe mit dem Verdickungsmittel verbunden, also pastenförmig dickflüssig
ist.
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Anderseits sind Trockenelemente bekannt, bei denen der Elektrolyt
in einem besonderen geschlossenen Gefäß aus zerbrechlichem Material, wie Zelluloid
oder Glas, im Innern der Zelle gelagert ist, welches zur Inbetriebsetzung durch
einen starken Stoß oder Schlag zerbrochen werden soll, worauf durch Schütteln des
Elements die Verteilung des Elektrolyten in der Zelle erfolgen soll. Diese Anordnung
bedingt eine sehr schlechte Ausnutzung des verfügbaren Raumes, da der Platz, wo
sich der Elektrolytbehälter befindet, nach der Inbetriebsetzung ' als toter Raum
nicht wirksam ausgenutzt wird.
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Gemäß der Erfindung wird das Ziel, ein
Trockenelement
bis zum Augenblick seiner Benutzung nicht nur vor dein Eintritt elektrochemischer
Vorgänge zu schützen, sondern auch jeden chemischen Angriff auf die Elektroden zu
vermeiden, das Element also unbegrenzt lagerfähig zti machen unter gleichzeitiger
Ausnutzung des verfügbaren Raumes, durch die Kombination zweier :Maßnahmen erreicht,
nämlich daß der Elektrolyt in einem geschlossenen Behälter rnit gegen den Elektrolyten
chemisch widerstandsfähigen Wandungen derart untergebracht ist, daß er von beiden
Elektroden und dem .-'#-ufsaugemittel getrennt ist, und daß zugleich mindestens
eine der Elektroden in solcher Weise beweglich angeordnet ist, claß sie gegen den
Behälter bewegt werden kann, um diesen zu zerstören oder zu öffnen und dadurch die
Berührung des Elektrolyten rnit dein Aufsaugeinittel und beiden Elektroden herbeizuführen.
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Hierbei kann vorteilhaft die Einrichtung so getroffen werden, daß
das Aufsaugemittel für den Elektrolyten bei oder neben der Bewegung der beweglichen
Elektrode gleichfalls bewegt wird, und daß die (Öffnung oder Zerstörung des die
Elektrolytflüssigkeit enthaltenen Gefäßes unter Vermittlung des Aufsaugemittels
bewirkt wird. So kann z. B. die Puppe der beweglichen Kohlenelektrode mit einer
in trockenem Zustand isolierenden porösen Umhüllung, die als Aufsaugemittel des
Elektrolyten dient, versehen sein, die den Zwischenraum zwischen der Puppe der Kohlenelektrode
und der Innenwand des Zinkbechers ausfüllt, so daß die mit der Puppe versehene Kohlenelektrode
durch diese poröse Umhüllung kolbenartig an der Innenwand des Zinkbechers geführt
ist. Als aufsaugender oder poröser Stoff ist Watte o. dgl. besonders vorteilhaft,
da hierdurch ein Polster gebildet wird, welches eine vorzeitige Zerstörung des zerbrechlichen
Elektrolytgefäßes verhütet.
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Um die zur Beseitigung oder Öffnung des Elektrolytbehälters erforderliche
Bewegung auszulösen, kann das Element oder eine Batterie solcher Elemente von ineinanderschiebbaren
Hülsen umgeben sein, durch deren Verschiebung die Bewegung erleichtert wird. Hierdurch
wird zugleich eine gute Führung dieser Bewegung erreicht, ohne daß besondere, Raum
beanspruchende Mittel für diese Führung vorgesehen werden müssen.
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Das Element bzw. die Batterie nach der Erfindung gewährt wegen ihrer
größeren Haltbarkeit die Möglichkeit, eine Lampenfassung mit Schaltvorrichtung in
einfachster Weise unmittelbar fest damit zti verbinden, was bei den bisherigen Trockenbatterien
nicht wirtschaftlich war. Wird eine verschiebbare Hülse zur llbertragung der Auslösebewegung
benutzt, so, kann an dieser Hülse die über einen Schalter rnit den Polen der Batterie
verbundene. Lampenfassung unmittelbar angebracht werden.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsheispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine Batterie aus (frei gemäß der Erfindung hergestellten
Trokkenelementen vor der Ingebrauchnahme bzw. Auslösebewegung in Seitenansicht mit
abgeschnittener Seitenwand der Cberhülse und Fassungshülse, Abb. 2 eine Oberansicht
hierzu, Abb. 3 ein einzelnes Element im Längsschnitt und Abb. d. eine andere Ausführungsform
des Elementes.
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Bei den dargestellten Ausführungsformen ist das Element ein für Taschenlampen
besonders übliches Leclanche-Element. Der Zinkbecher a enthält den Elektrolyten
in einer leicht zu zerdrückenden Kapsel b aus Glas, deren Eingußöffnung dicht verschlossen
ist. Die Kapsel kann auch aus einem andern, dem 1lektrolyten gegenüber physkalisch
und cheinisch indifferenten Stoff bestehen, der durch Druck, Stoß o. dgl. zerbrochen
oder zerstört werden kann, wie z. B. aus Zelluloid, Gummi, Gelatine, getränktem
Papierstoff u. dgl.
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Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel besteht dieses Gefäß b aus
einer Glaskapsel rnit zugeschmolzenem Einguß und Luftlöchern c, c'. Dieses Gefäß
enthält den flüssigen Elektrolyten. Die Form des Gefäßes ist vorteilhaft (ler Form
des Elementes anzupassen. Zum Schutz gegen Stöße kann die leicht zerbrechliche Kapsel
in Wachs oder Paraffin getaucht bzw. mit Watte o. dgl. umwickelt werden. Das Gefäß
kann auch aus einem dem Elektrolyten gegenüber nicht völlig chemisch oder physikalisch
widerstandsfähigen Stofft hergestellt und auf der Innenseite mit einem geeigneten
t'berzug, z. B. Lack oder Paraffin, überzogen sein. Es ist nicht erforderlich, daß
das ganze Gefäß aus dem zerbrechlichen Material besteht, vielmehr genügt es, wenn
ein Einsatzteil oder Verschlußteil z. B. am Boden oder Deckel so eingerichtet ist,
daß er beseitigt, zerstört oder geöffnet werden kann, um der in dem Gefäß enthaltenen
Elektrolytflüssigkeit Austritt zu verschaffen. So kann z. B. ein flaschenartiges
Gefäß Verwendung finden, in welchem ein (licht schließender Stopfen durch Druck
von i außen derart verschoben werden kann, daß die Flüssigkeit Austritt findet.
So kann auch die Kapsel aus einem widerstandsfähigen Material, unter Umständen sogar
einem Metall, das den elektrochemischen Vorgang nicht stört, bestehen, dessen eine
Seite durch ein leicht einzudrückendes Häutchen aus indifferentem Material geschlossen
ist. Auch kann ein Deckel, der mit Paraffin oder anderem geeigneten Stoff eingesetzt
und abgedichtet ist, t vorgesehen sein, welcher Deckel bei ausreichendem Druck geöffnet,
zerstört oder in die
Kapsel hineingedrückt wird. Über der Kapsel
b befindet sich in der Zelle a die andere Elektrode, welche kolbenartig
verschiebbar angeordnet ist. Sie besteht im vorliegenden Falle aus einem Kohlestift
d mit der üblichen Umkleidung, der sog. Puppe e, aus einer depolarisierenden Masse.
Der Kohlestift d, welcher bei anderer Ausführung des Elements auch durch einen Stab
aus geeignetem Metall ersetzt werden kann, geht im vorliegenden Fall bis an das
untere Ende der Elektrode hindurch und liegt vor der Ingebrauchnahme des. Elements
in der aus Abb. 3 ersichtlichen Weise über der zerbrechlichen Oberfläche der Kapsel
b. Durch Hineindrücken der Elektrode vermittels Druck auf den Stift -d ist es möglich,
die Kapsel b ganz oder teilweise zu zerbrechen, worauf die Elektrolytflüssigkeit
austritt und das Element gebrauchsfertig ist. Bei dieser Verschiebung der inneren
Elektrode wird eine kolbenartige Wirkung auf die Elektrolytflüssigkeit ausgeübt,
so daß dieselbe stark nach oben getrieben wird und alle Teile der Elektrode benetzt
werden. Das Verdickungs-oder Aufsaugemittel befindet sich dabei von vornherein in
trockener Form außerhalb der Kapsel b in der Zelle a, wobei eine innige Durchmischung
bzw. Tränkung des Aufsaugematerials mit der Flüssigkeit beim Eindrücken der Elektrode
erreicht wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Aufsaugematerial
aus einem festen porösen Stoff f, der um die Elektrode bzw. Puppe e herum angeordnet
ist. Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Anordnung besteht darin, daß die Puppe
fest mit einer Umhüllung f aus Watte o. dgl. umgeben ist, die gegen die Innenwand
des Zinkbechers anliegt. Diese Wattehülle kann auch unterhalb der Elektrode e um
diese herumreichen und ein Polster bilden, um die zerbrechliche Kapsel b vor einer
ungewollten Zerstörung und gegen Erschütterungen zu schützen. Die Anwendung von
Watte als Elektrolytträger ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch gleichzeitig
eine Ausfüllung der Hohlräume neben der beweglichen Elektrode bewirkt und das Element
dadurch auf dem Transport vor inneren Beschädigungen gesichert wird. Zwischen der
Unterfläche der Puppe e und der Oberfläche der Kapsel b kann auch ein Boden aus
Pappe oder anderem haltbaren Isoliermaterial eingefügt werden, um eine gleichmäßige
Verteilung des Druckes bei der Zerstörung der Kapsel zu sichern und zugleich die
Puppe gegen eine Beschädigung bei der Druckbewegung zu schützen. Es empfiehlt sich,
den Boden so groß zu machen, daß er den Querschnitt des Bechers vollständg ausfüllt,
so daß die Splitter der zerstörten Kapsel notwendig unter den Boden zu liegen kommen.
Der Zinkbecher a ist zweckmäßig bis auf die Öffnung, durch welche der Stift d der
Puppe e geführt ist, und nötigenfalls ein kleines Luftloch g geschlossen. Die Isolation
der inneren Elektrode bzw. des Stiftes d gegen den Zinkbecher a ist bei diesem Ausführungsreispiel
durch Einfügung eines Plättchens lt aus einem nicht metallisch leitenden wasser-und
säurefesten Stoff, z. B. Zelluloid, Gummi, Ebonit o. dgl.,-bewirkt.
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Anstatt dessen kann auch die in Abb. q. dargestellte abgeänderte Ausführungsform
benutzt werden, bei welcher der Zinkbecher i ol:en offen ist und die Isolation sowie
der Abschluß durch einen übergreifenden Zylinder h aus nicht leitendem; gegen den
Elektrolyten widerstandsfähigem Material, wie Zelluloid, Kunstharz o. dgl., bewirkt
wird. Dieser verschiebbare Zylinder h kann auch aus Zinkblech bestehen und oben
durch einen Einsatz oder Ring aus nicht leitendem Material, z. B. Zelluloid, gegen
die Elektrode bzw. Stift d isoliert sein, so daß also die Zinkelektrode in diesem
Falle aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen besteht. Diese Konstruktion,
wie überhaupt die Ausführungsform gemäß Abb. q., hat den Vorteil, daß eine größere
Länge :der Puppe bei einer gegebenen Größe des Zinkbechers möglich ist, die nutzbare
Oberfläche der inneren Elektrode also vergrößert wird.
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Um ein etwaiges Austreten des Elektrolyten durch die unvermeidlichen
kleinen Öffnungen infolge des bei der Auslösung entstehenden Druckes zu vermeiden,
kann unterhalb des Becherdeckels ein Wattering na um den Puppenstift d gelegt
sein.
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Zur Anwendung für Lampen u. dgl. können je nach der benötigten Spannung
eines oder mehrere dieser Elemente hintereinandergeschaltet verwendet werden. Bei
dem in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind <frei nebeneinanderstehende
solche Elemente zu einer Batterie verbunden, die wie üblich in eine Papierhülse
n mit den notwendigen Isolationsstreifen o eingesetzt sein können. Über diese Hülse
n greift von der andern Seite eine zweite Hülse p über, deren gegebenenfalls verstärkter
oder versteifter Deckel mit öffsungen 2, 21 für die Kontakte r, rl versehen ist.
Die Auslösung der Batterie kann hierbei in einfacher Weise durch Herunterdrücken
dieser Überhülse p erfolgen, wobei die Puppenstifte d mit der Puppe e und gegebenenfalls
der Gegenhülse 1z sowie dem aufsaugencten Material f gleichzeitig heruntergedrückt
werden. Durch diese Bewegung wird die Wandung des Elektrolytbehälters b zerstört
oderdurchbrochen oder der Verschluß des Behälters geöffnet und unter dem kolbenartigen
Einfluß der Puppe e gleichzeitig die Elektro-
Ivtflüssigkeit stark
nach oben gedrückt, so daß sie in alle Teile der Zelle gelangt und die Elektrode
gleichmäßig befeuchtet wird. Diese Hülse p kann vor der Ingebrauchnahme des Elementes
vorteilhaft gegen ungewollte Verschiebung festgestellt werden, z. B. durch einen
überklebten Papierstreifen oder einen lösbaren Splint oder Niet, der sich mit der
inneren Hülsen verbindet. Auch kann diese Feststellung in einfacher Weise dadurch
erfolgen, daß gegen die Überhülse p, die vor der Auslösung der Batterie in der aus
Abb. i ersichtlichen Weise die innere Hülse n nicht vollständig bis zum Boden überdeckt,
eine Gegenhülse t von der andern Seite her aufgeschoben ist, deren Rand ein Widerlager
gegen die ungewollte Bewegung der Hülse p bildet.
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Bei Verwendung mehrerer Elemente können die Verbindungsleiter s aus
isolierten Drähten bestehen, um bei der Auslösungsbewegung der Elektrode ein Auftreten
von Kurzschlüssen zu vermeiden. Dies kann auch durch isolierende Auflagen, z. B.
von Pappringen, auf den Deckel der Elemente oder durch geeignete Ausgestaltung der
Isolationsstreifen o vermieden werden. Auch kann der Verbindungsdraht s, statt am
oberen Ende des Stiftes d befestigt zu sein, in einem Ringe endigen, der gerade
weit genug ist, daß der Puppenstift d darin gleiten kann, wobei sich der Kontakt
z. B. am oberen Ende des Puppenstiftes d durch einen mit dem Ringe in Berührung
kommenden :Metallstift eine Feder o. dgl. nach der Auslösebewegung herstellt. Auch
kann der Leiter s aus einer geeigneten gebogenen Schleiffeder bestehen. Um eine
Prüfung derElemente einer fertigen,abernoch nicht ausgelösten Batterie auf Unversehrtheit
jederzeit zu ermöglichen, können in den Boden oder die Wandung der Papier- oder
Pappumhüllung kleine Löcher an den Stellen angebracht werden, wo sich die einzelnen
Zinkbecher befinden. Durch diese Löcher ist die Möglichkeit geboten, einen Draht
hineinzuführen und dadurch festzustellen, ob etwa das Element bereits Stromschluß
hat. Eine derartige Prüfung sämtlicher Elemente zugleich kann bei geeigneter Anordnung
in einer einzigen Messung erfolgen.