DE4439323C2 - Verwendung einer Baueinheit als galvanisches Element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Baueinheit als galvanisches Element.

Galvanische Elemente sind in unterschiedlichen Ausführungs­ formen und Werkstoffkombinationen bekannt. Zumindest weisen sie jeweils zwei Teile unterschiedlicher Werkstoffe auf, wo­ bei die eine Werkstoffkomponente als Anode und die andere als Kathode wirkt. Wenn ein solches galvanisches Element in ein Elektrolyt eingebracht wird, läuft der bekannte elektrochemi­ sche Prozeß ab, bei dem Gas erzeugt wird. Häufig wird daher ein solches galvanisches Element auch als Gaserzeuger verwen­ det.

Ein bekanntes galvanisches Element dieser Art besteht aus einer gestanzten Ronde aus Zink mit einer konzentrisch ange­ ordneten Bohrung. In diese Bohrung wird ein im Sinterverfah­ ren hergestellter, gehämmerter und geschliffener Stift aus Molybdän gesteckt, der anschließend mit der Zinkronde zu ei­ ner Baueinheit verlötet und plangeschliffen wird. Damit das Lot den Molybdänstift mit der Zinkronde sicher verbindet, wird der Molybdänstift zuvor noch vernickelt, d. h., er wird mit einer Nickelschicht von ca. 4 bis 6 µm versehen.

Je nach dem wieviel Gas das galvanische Element in einer vorbestimmten Zeiteinheit erzeugen soll, desto größer bzw. kleiner muß die Masse des Molybdänstiftes gegenüber der Masse der Zinkronde sein. Deshalb wurde bisher bei nahezu unverän­ derbaren Außenmaßen des galvanischen Elementes - beispiels­ weise aufgrund einer gegebenen Halterung eines Schmiermittel­ gebers für das galvanische Element - lediglich der Durchmes­ ser des Molybdänstiftes verändert und die Maße der Zinkronde mit der darin angeordneten Bohrung konstant gehalten. Die Differenzen zwischen den verschiedenen Durchmessern der Molybdänstifte und dem jeweils konstanten Durchmesser der Bohrung der Zinkronde wurden dabei durch das zusätzliche Einbringen von Lot ausgeglichen.

Derartige galvanische Elemente haben jedoch den Nachteil, daß diese sehr aufwendig zu produzieren sind. Desweiteren ist es äußerst schwierig, den Molybdänstift in der Bohrung der Zink­ ronde exakt konzentrisch zu fixieren. Jede Abweichung von dieser Konzentrität wirkt sich nämlich unmittelbar auf die Eigenschaften und Kenndaten des z. B. als Gaserzeuger einge­ setzten galvanischen Elementes aus. Zudem sind bei den be­ kannten galvanischen Elementen hohe Streubreiten bei den Werkstoffeigenschaften sowie bei deren Verarbeitung - z. B. Auftragen der Nickelschicht - und deren Qualität vorhanden.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentschrift DE 44 14 672 C1 ist ein Schmierstoffspender mit einem galvani­ schen Element offenbart, bei dem das unedlere und das edlere Metall in feiner Verteilung zu einem einheitlichen Treibgas­ bildungsbauteil vereinigt sind und das unedlere Metall und das edlere Metall sich leitend berühren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung einer Baueinheit als galvanisches Element anzugeben, so daß eine vereinfachte Herstellung der Baueinheit ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Nunmehr wird lediglich der Werkstoff, der als Anode, und der Werkstoff, der als Kathode wirkt, in seine Bestandteile zer­ legt und durch einzelne Partikel in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis gleichmäßig miteinander vermischt und anschließend zu einer Baueinheit verpreßt. Dadurch entfallen nicht nur gegenüber dem eingangs genannten Herstellungsver­ fahren sehr viele Arbeitsschritte, sondern es ist auch eine exakte Steuerung der Kenndaten des zu erzeugenden galvani­ schen Elements, z. B. über das Mischungsverhältnis und/oder die Partikelgrößen der beiden Werkstoffe, möglich. Die Partikel weisen zumindest vor dem Vermischen der Werkstoffe eine Korngröße von bis zu 2 mm auf. Ist die Korngröße des Zinks nämlich zu groß, läßt sich die Preßvorrichtung nicht mehr ohne weiteres befüllen. Zudem würden mit dem Verpressen große Hohlräume/Poren in dem Preß­ teil auftreten.

Um den Preßvorgang zu beeinflussen, wird dem ersten und dem zweiten Werkstoff als Preßmittel Mikrowachs, beispielsweise in einem Anteil bis zu 1 Gew.-% zugegeben. Im übrigen kann auch über den Anteil des Preßmittels bis zu einem gewissen Grad die elektrochemische Reaktion des galvanischen Elements in einem Elektrolyt beeinflußt werden.

Insbesondere wenn eine definierte elektromechanische Reaktion in einem Elektrolyt erreicht werden soll, werden die Partikel des ersten und zweiten Werkstoffes in einem vorbestimmten Ge­ wichtsverhältnis miteinander vermischt.

Nach einem homogenen Vermischen der beiden Werkstoffe und des Preßmittels wird dieses Gemisch dann ge­ preßt. Dabei wird vorzugsweise auf das Gemisch eine Kraft von 30 bis 60 kN aufgebracht. Dieser Kraftbereich hat sich in der Praxis bewährt, da bei einer zu geringen Kraft die das galva­ nische Element dann bildende Baueinheit nicht mehr handhabbar wäre, d. h., sie würde sehr leicht zerbrechen. Bei einer zu großen Kraft wiederum würde die Anlaufgeschwindigkeit für die elektrochemische Reaktion des galvanischen Elementes in einem Elektrolyt nachteilig beeinflußt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildet im wesentlichen reinstes Zink den ersten Werkstoff. Dieses Zink in Form einzelner Partikel wird dabei vor allem durch Verdü­ sen hergestellt.

Als günstig hat es sich weiterhin erwiesen, im wesentlichen reines, insbesondere granuliertes, Molybdän als zweiten Werk­ stoff zu verwenden. Die Partikel aus Molybdän werden vorzugs­ weise durch Brechen eines aus verpreßtem und gesintertem Molybdänpulver erzeugten massiven Molybdänteiles hergestellt.

In der Praxis hat sich ein Mischungsverhältnis von 1 bis 1000 Gewichtsteile des ersten Werkstoffes bei 1 Gewichtsteil des zweiten Werk­ stoffes bewährt. Mit diesem Mischungsverhältnis wird sowohl die Herstellung erleichtert, als auch eine vorbestimmte Ein­ stellung der Kenndaten des galvanischen Elementes garantiert.

Um die Baueinheit den teilweise gegebenen Einsatzverhältnis­ sen optimal anpassen zu können, ist sie zu einem vorbestimm­ ten Formteil, vorzugsweise einer Ronde, verpreßt.

Die erfindungsgemäße Verwendung des galvanischen Elements eignet sich u. a. aufgrund der einfachen Herstellung und der nunmehr verbes­ serten Möglichkeit der gezielten Einstellung seiner Kennda­ ten, beispielsweise über das oben erwähnte Mischungsver­ hältnis und/oder die jeweilige Korngröße der einzelenen Werkstoffkomponenten, als Gaserzeuger in einem Elektrolyt. Dabei ist es zweckmäßig, daß das Mischungsverhältnis und die Korngrößen der beiden Werkstoffe im wesentlichen in Ab­ hängigkeit der gewünschten Gaserzeugung und des verwendeten Elektrolytes festgelegt sind.

Allgemein werden Gaserzeuger beispielsweise in einem Schmiermittelgeber zur gasgesteuerten Abgabe eines Schmierstoffes mit einem galvanischen Element eingesetzt. Ein solcher Schmiermittelgeber ist beispielsweise aus der DE 38 11 469 C2 bekannt, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgen­ den Beschreibung einer Ausführungsform im Zusammenhang mit der einzigen Figur der Zeichnung.

Wie in der einzigen Figur dargestellt ist, wird die als galva­ nisches Element verwendete Baueinheit in mehreren Verfahrensschritten hergestellt.

Zunächst wird die erste Werkstoffkomponente 1, in dem fol­ genden Beispiel Zink, des galvanischen Elementes so behan­ delt, daß es schließlich in einzelnen Partikel vorliegt. Dies geschieht durch sogenanntes Verdüsen in einer Ver­ düsungsvorrichtung 2. Hierbei wird in bekannter Weise rein­ stes, flüssiges Zink unter Druck durch eine Düse geblasen, wo es in kleine Partikel zerstäubt wird, die anschließend erstarren. Das Zink liegt dann in einer spratzigen Kornform vor, die beispielsweise einen durchschnittlichen Durchmes­ ser von bis zu 1 mm aufweist.

Als zweite Werkstoffkomponente 3 für das galvanische Ele­ ment wird Molybdän verwendet, das durch Brechen eines aus verpreßtem und gesintertem Molybdänpulver erzeugten massi­ ven Molybdänteiles in einer entsprechenden Brechvorrichtung 4 hergestellt wird. Nach dem Brechen liegt beispielsweise das Molybdän in einer Korngröße mit einem durchschnittli­ chen Korndurchmesser von 0,25 bis 0,5 mm vor.

Die in dieser Korngröße vorliegenden beiden Werkstoffkompo­ nenten werden anschließend zusammen mit Mikrowachs 5 in ei­ ner Mischvorrichtung 6 homogen miteinander vermischt.

In die Mischvorrichtung 6 werden beispielsweise 10 kg Zink als erste Werkstoffkomponente 1 in der erwähnten spratzigen Kornform, 1 kg Molybdän als zweite Werkstoffkomponente 3 und 0,022 kg Mikrowachs 5 nacheinander zugegeben und homo­ gen miteinander vermischt.

Dieses Mischungsverhältnis eignet sich auch bei einem durchschnittlichen Korngrößendurchmesseer von Zink bis zu 50 µm und von Molybdän bis zu 20 µm.

Bei dem Mikrowachs 5 handelt es sich insbesondere um das sogenannte Hoechst-Wachs/C-Mikropulver/PM-Qualität.

Die homogen gemischte Masse aus Zink- und Molybdänpartikeln sowie Mikrowachs 5 wird anschließend in eine Preßvorrich­ tung 7 eingegeben. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß sich die Komponenten 1, 3 und 5 nicht entmischen.

In der Preßvorrichtung 7 wird das Ganze dann zu einer Bau­ einheit, beispielsweise in der Form einer Ronde 8, bei 35 kN gepreßt.

Somit ist eine Art eines Gaserzeugers hergestellt, der in bestimmten Elektrolyten vorbestimmte Kennwerten hinsicht­ lich der erzeugbaren Gasmenge im Verhältnis zur Zeit hat.

Diese Kennwerte, die sich sowohl aus den jeweiligen Mi­ schungsverhältnissen der Werkstoffkomponenten 1, 3, und 5 als auch aus der Partikelgröße der einzelnen Werkstoff­ komponenten ergeben können, sind durch Versuche zu ermit­ teln.

Nach dem Preßvorgang wird dann die als eine Baueinheit vor­ liegende Ronde 8 noch markiert, um diese als bestimmten Gaserzeugertyp zu kennzeichnen, der, wie eben erwähnt, durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse/Korngrößen un­ terschiedliche Eigenschaften und Kennwerte aufweist.

Statt der beiden genannten Werkstoffkomponenten 1 und 3 kommen selbstverständlich auch andere Werkstoffe entspre­ chend der Spannungsreihe der Metalle in Frage, insbesondere aber folgende Werkstoffkombinationen:

Zn - Mo
Zn - Al
Zn - Cu
Zn - Mg

Über die Auswahl der Werkstoffe der Spannungsreihe der Me­ talle können ebenfalls die Eigenschaften und Kennwerte des erfindungsgemäßen galvanischen Elementes beeinflußt werden.

Die Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, daß die Steuerung der zu produzierenden Gasmenge in Abhängigkeit von der Zeit in einem Elektrolyt durch Veränderung der Par­ tikelgröße, des Mischungsverhältnisses sowie durch die Aus­ wahl der Werkstoffkomponenten einfach steuerbar ist, ohne daß das Herstellungsverfahren nachhaltig beeinflußt wird. Zudem wird das Herstellungsverfahren ganz erheblich verein­ facht, was eine erhöhte Produktivität zur Folge hat.

Bezugszeichenliste

1

erste Werkstoffkomponente

2

Verdüsungsvorrichtung

3

zweite Werkstoffkomponente

4

Brechvorrichtung

5

Mikrowachs

6

Mischvorrichtung

7

Preßvorrichtung

8

Ronde/galvanisches Element

Claims (9)

1. Verwendung einer Baueinheit mit einem ersten als Anode wirkenden und einem zweiten als Kathode wirkenden Werkstoff (1, 3), die in einem Elektrolyt bei einer elektrochemischen Reaktion Gas erzeugt, wobei mehrere Par­ tikel des ersten und mehrere Partikel des zweiten Werkstoffes (1, 3) nach Zugabe eines Mikrowachses als Preßmittel miteinander vermischt und mitein­ ander zu der Baueinheit verpreßt sind und vor dem Vermischen die Partikel der Werkstoffe jeweils eine Korngröße von bis zu 2 mm aufweisen, als galvanisches Element.

2. Verwendung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Anteil an Preßmittel (5) von bis zu 1 Gew.-%.

3. Verwendung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß reinstes Zink (1) den ersten Werkstoff bildet.

4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Partikel aus Zink (1) durch Verdü­ sen hergestellt sind.

5. Verwendung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß reines, insbe­ sondere granuliertes, Molybdän (3) den zweiten Werk­ stoff bildet.

6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Partikel aus Molybdän (3) durch Brechen eines aus verpreßtem und gesintertem Molyb­ dänpulver erzeugten massiven Molybdänteiles herge­ stellt sind.

7. Verwendung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch im wesentlichen 1 bis 1000 Gewichtsteile des ersten Werkstoffes (1) bei 1 Gewichtsteil des zweiten Werkstoffes (3).

8. Verwendung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit zu einem vorbestimmten Formteil, vorzugsweise einer Ronde (8) verpreßt ist.

9. Verwendung eines galvanischen Elements nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Schmiermittelgeber.