DE6911044U

DE6911044U - Trockenzelle (ii)

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Publication number: DE6911044U
Application number: DE6911044U
Authority: DE
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-03-18
Filing date: 1969-03-18
Publication date: 1969-10-09

Description

PATINTANWAkT
DIPL-INO.

HELMUT GORTZ

6 Frankfurt am MiIn 70

G 69 11 044.7 s*hn«fc.nhohir. 27.TtI.«170Zp₁ ₁ _{Juni 196g} Union Carbide Corporation Gzy/Ha.

Trockenzelle (II)

Die Neuerung betrifft eine Trockenzelle, insbesondere mit einer Anode aus Magnesium. Sie ist gerichtet auf neue Mittel zum Ablassen von Gas aus einer solchen Zelle, wenn beim Entladen ein Gasdruck in ihr entsteht.

Magnesium-Trockenzellen sind ausgezeichnet geeignet, wenn eine hohe Arbeitsspannung erfordert wird. Im Vergleich mit den üblichen Trockenzellen nach Leclanche mit einer Zinkanode liefern Magnesiumzellen bei gleicher Stromabnahme eine um etwa o,3 Volt höhere Arbeitespannung. Trotz dieses Vorteils werden Magnesiumzellen nur selten verwendet, da sie verschiedene Schwierigkeiten mit sich bringen.

Eine ernsthafte Schwierigkeit besteht darin, daß in Magnesiumzellen Gas entsteht, so daß beim Entladen der Zellen ein gefährlicher Gasdruck im Inneren auftritt. Magnesium reagiert mit dem Wasser des Elektrolyten unter Bildung großer Mengen von gasförmigem Wasserstoff.

Auch in Trockenzellen räch Leclanche werden Abzüge verwendet, um etwa entstehendes flas abzulassen. Diese Abzüge bestehen in der Regel aus Diffusionaabzügen dieser oder jener Art in dem Verschluß der Zelle. Das genügt zwar für Trockenzell nach. Leclanche, nicht aber bei Magnesiumzellen. Ein Diffusicr

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kann nicht, große Mengen von Gas aus dem Inneren der Zelle schnell ablassen. Die Gasentwicklung in Magnesiumzellen findet bis zu eintausend Mal so schnell statt, als in Trockenzellen nach Leclanche. In diesen letzteren entsteht bis zur vollständigen Entladung keine ernsthafte Menge von Gas.

Ein weiterer Nachteil der Diffusionsabzüge in Trockenzellen nach Leelanche besteht darin, daß auch leicht Feuchtigkeit austritt. Pur eine längere Lagerbeständigkeit muß eine Zelle mit einer Magnesiumanode praktisch das gesamte ursprünglich vorhandene Wasser zurückhalten. Während der Lagerung muß also die Zelle hermetisch verschlossen sein.

Ein weiterer Nachteil der bisherigen Diffusionsabzüge besteht darin, daß sie dauernd während der Entladung und während der Lagerung offen sind. Gasablässe in Magnesiumzellen sollten die Zelle während der Lagerung dicht verschließen und dann bei der Entladung schnell größere Mengen von Gas ablassen. Die Verschlüsse sollten sich auch wieder schließen, wenn der Gasdruck nachläßt. Die Gasablässe sollten in ihrer Konstruktion einfach und bei der Herstellung billig sein.

Ein Ziel der Neuerung ist eine neue und verbesserte Anordnung zum Ablassen von Gasen bei Magnesiumzeilen, welche die Zelle während der Lagerung verschlossen halten, beim Entladen sich aber öffnen und damit größere Mengen von Gas aus dem Inneren der Zelle schnell- ablassen können·*·

Die Neuerung betrifft eine Trockenzelle mit einem oben offenen, zylindrischen, becherförmigen Behälter und einr ringförmigen Verschlußscheibe im offenen Ende des Behälters, deren Umfang sich gegen die Innenwandung des Behälters stützt. Die Trockenzelle ist gekennzeichnet durch eine GasauslaßÖffnung in der Verschlußscheibe, einem flachen Dichtungsring auf der Verschlußscheibe, der das obere Ende der Gasauslaßöffnung bedeckt, und einem Flanschring mit L-förmigem Querschnitt über der Oberkante des Behälters, dessen einer Schenkel dem oberen Rande des Behälters von außen fest anliegt, dessen anderer Schenkel den Dichtungsring elastisch von oben gegen die Auslaßöffnung drückt.

In manchen Fällen ist es vorteilhaft, die GasauslaßÖffnung oben kreisförmig, elliptisch oder nierenförmig zu erweitern.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Neuerung mündet die Gasauslafiffnung in eine Ringnut auf der Oberfläche der Verschlußscheibe.

Die Zeichnungen zeigen beispielsweise einige Ausführungsformen der Neuerung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Trockenzelle;

Fig. 2 in vergrößerten Maßstabe im Schnitt einige Teile der in Fig. 1 dargestellten Trockenzelle;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Trockenzelle nach Fig.· 1 entlang der Linie 3-3;

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Fig. 4 einen Teil einer anderen Ausführungsform der Neuerung;

Fig. 5 in einer Darstellung entsprechend der Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Neuerung.

Nach den Fig. 1 bis 3 hat eine neuerungsgemäße Trockenzelle einen zylindrischen becherf örmig en Behälter aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, der als Anode dient. Innerhalb dieses Behälters 2 ist in üblicher Weise ein Gemisch 3 mit Mangandioxyd als Depolarisator und eine stabförmige Kathode 4 aus Kohle angeordnet. Die Kathode 4 ist in dem Depolarisatorgemisch 3 eingebettet. Ihr oberes Ende ragt über die Oberkanten des Behälters 2 hinaus. Eine sternförmige Scheibe 5 befindet sich am Boden des Behälters und isoliert das Depolarisatorgemisch 3 und die Kathode 4 gegen den Boden des Behälters 2. Eine für Ionen durchlässige Scheidewand in Form eines Mantels 6 aus saugfähigem Papier uefindet sich zwischen dem Depolarisatorgemisch 3 und den Seitenwandungen des Behälters 2. Diese Scheidewand kann beispielsweise aus mit Methylzellulose überzogenem Papier bestehen.

Die Zelle ist verschlossen durch eine ringförmige Verschluß scheibe 7, die zweckmäßigerweise aus Kunststoff besteht. Diese Scheibe sitzt fest um den oberen Teil der Kathode 4 innerhalb des offenen Endes des Behälters 2. An ihrem Umfang 8 ist die Verschlußscheibe 7 ringförmig an ihrer Oberfläche durch eine Schulter 9 verstärkt. Diese Schulter ruht auf der Oberkante des Behälters 2. Gleich unterhalb der Schulter 9 ist die Oberkante des Behälters 2 bei 1o einwärts gebogen, so daß auf sie der Schenkel 11a eines Flanschringes 11, der in der Regel aus Stahl besteht, paßt. Der Schenkel 11a ist unter einem hohen radialen

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Druck nach, innen gegen die Außenwandung des Behälters 2 gepreßt, so daß eine feste radiale Abdichtung zwischen ^ler Außenkante der Verschlußscheibe 7 und dem Inneren der Wandung des Behälters besteht. Über das obere Ende der Kathode 4 ist eine metallische Endkappe 12 geschoben, die als Stromabnahmestelle dient.

Die Pig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstabe Einzelheiten. Durch die isolierende Verschlußscheibe 7 führt an ihrem äußeren Teil 8 die Gasabxaßöffnung 13. Über dieser Gasablaßöffnung 13 befindet sich ein flacher Dichtungsring 14. Dieser Dichtungsring 14 besteht aus einem geeigneten Material, wie Katuschuk oder einer Kautschukverbindung. Er ist vorzugsweise so groß, daß er die gesamte Oberfläche des verstärkten Teiles 8 der Verschlußscheibe 7 bedeckt. Der andere Schenkel 11b des Planschringes 11 erstreckt sich radial einwärts von der Außenkante des Behälters 2. Er drückt elastisch gegen die obere Oberfläche de"3 flachen Dichtungsringes 14. Wie gezeigt wird, drückt bei normalem

f Gasdruck der Schenkel 11b den Dichtungsring 14 so fest auf die

ί Gasauslaßöffnung, daß kein Gas austreten kann, bei erhöhtem

Druck wird er aber in Richtung des Pfeiles nach Pig. 2 abgebogen. Diese Abbiegung des Schenkels 11b geschieht um den Punkt, an welchem der Schenkel 11b mit dem anderen Schenkel 11a verbunden ist.

Wenn die Zelle gelagert wird ober beim Beginn der Entladung wird wenig oder gar kein Gas erzeugt. Die Gasauslaßöffnung ist daher geschlossen, und Verluste der Feuchtigkeit aus dem Inneren der Zelle treten nicht aus. Beim Entladen der Zelle können große

Mengen Gas entstehen, die zu e:nem gefährlichen Überdruck innerhalb der Zelle führen. Wenn ein bestimmter innerer Überdruck erreicht ist, so biegt sich der Schenkel 11b des Planschringes 11 nach oben und hinweg von dem Dichtungsring 14, wodurch die Dichtung der Gasauslaßöffnung 13 geöffnet wird und Gas aus der Zelle austreten kann. Bei Verminderung des Gasdruckes geht der Schenkel 11b in seine ursprüngliche Stellung über dem Dichtungsring 14 zurück und schließt die GasauslaßÖffnung.

Bei dem Betriebe biegt sich der Schenkel 11b des Planschringes 11 nach oben infolge des inneren Gasdruckes, der durch die Gasauslaßöffnung 13 auf die Unterseite des flachen Dichtungsringes 14 wirkt. Gleichzeitig wird aber auch ein Druck direkt auf die Unterseite der Verschlußscheibe 7 ausgeübt. Dieser Druck drückt die Verschlußscheibe 7 nach außen aus dem offenen Ende des Behälters 2 hinaus. Auch dadurch wird der Schenkel 11b nach oben von dem Dichtungsring 14 abgebogen. Das Abbiegen des Schenkels 11b des Planschringes 11 unter Freigabe der Gasauslaßöffnung durch den Innendruck geschieht also sowohl durch den Druck auf den Dichtungsring 14 wie auch durch dan Druck auf die Verschlußscheibe 7. Die Oberfläche der Verschlußscheibe 7 ist größer als derjenige Teil des Dichtungsringes 14, der mit dem Gas in Berührung steht. Der auf die Unterseite der Verschlußscheibe Y ausgeübte Druck wirkt daher stärker auf dem Schenkel 11b. Das ist von Vorteil, da man hierbei eine verhältnismäßig enge Gasauslaßöffnung 13 verwenden kann. Eine derartige enge Öffnung ist erwünscht, um die Feuchtigkeit nach Möglichkeit in der Zelle zurückzuhalten. Große Öffnungen lassen mehr Feuchtigkeit aus der Zelle entweichen.

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Wenn das richtige Gleichgewicht zwischen dem Druck auf die Verschlußscheibe 7 und dem Druck auf den Dichtung-~xng 14 nicht eingehalten wird, so besteht die Gefahr, daß die Verschlußscheibe 7 aus aer Zeile herausgedrückt wird. Dieses notwendige Gleichgewicht kann erreicht werden durch Vergrößerung der Fläche, auf welche das Gas auf die untere Seite des Dichtungsringes 14 drückt. Ein naheliegender Weg besteht darin, daß man den Durchmesser des Gasauslaßöffnung 1* vergrößert. Das ist aber unerwünscht wegen der Gefahr eines Feuchtigkeitsverlustes und wegen der Raumausnutzung. Man kann auch mehrere Gasauslaßöffnungen anbringen, beispielsweise drei Öffnungen in Winkelabständen von 12o°. Auch diese Maßnahme ist nicht immer zweckmäßig, weil eine größere Zahl von Öffnungen die Verschlußscheibe 7 schwächen kann.

Nach den Fi£. 1 bis 3 ist die Gasauslaßöffnung 13 oben bei 15 kreisförmig erweitert. Diese Erweiterung 15 vergrößert die Fläche, auf welcher das Gas mit der Unterseite des Dichtungsringes 14 in Berührung steht. Versieht man also die Gasauslaßöffnung mit einem solchen erweiterten oberen Ende, so kann man leicht das gewünschte Gleichgewicht zwischen den verschiedenen erwähnten Drücken erreichen, ohne die Anzahl der Gasauslaßöffnungen zu vergrößern.

Die Fig. 4 zeigt eine Abänderung, bei welcher die Gasauslaßöffnung 13a oben bei 16 elliptisch oder nierenförmig erweitert ist. Ordnet man die Längsachse dieser elliptischen oder nierenförmig en Erweiterung 16 senkrecht zum Durchmesser der Verschlußscheibe 7 an, so entstehen größere Flächen, an welchen das Gas mit der Unterseite des Dichtungsringes in Berührung kommt, ohne daß es notwendig ist, aie Abmessungen des Schenkels 11b oder des

Dichtungsringes H zu vergrößern.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt. Die Gasauslaßöffnung 15b mündet in eine ringförmige Nut 17 auf der Oberfläche des Außenteiles 8 der Verschlußscheibe 7. Die Ringnut 17 schafft eine große Berührungsfläche für das Gas mit der Unterseite des Diohtungsringes 14, so daß Gas schon bei verhältnismäßig niedrigem Druck abgelassen wird.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen dient der verstärkte Randteil 8 zur Festigkeitserhöhung der Verschlußscheibe 7 an den Stellen, wo die GasauslaßÖffnung 13 vorgesehen ist. In manchen Fällen ist ein derartig verstärkter Randteil 8 nicht erforderlich, es wird aber empfohlen, in bei kleineren Zellen zu verwenden, z.B. bei Zellen der Α-Größe. Die Abmessungen von den Zellen der Α-Größe, wie sie durch U.S. Department of Commerce, National Bureau of Standards vorgesehen sind, sind die folgenden: Durchmesser
etwa 2o,4 g.

Durchmesser 16 mm, Höhe 47»5 mm, Inhalt etwa 93,5 cm , Gewicht

Zu Versuchen wurden Magnesiumzellen der Α-Größe verwendet, mit einer Gasauslaßöffnung von o,6 mm Durchmesser und einer oberen Erweiterung von 1,6 mm Durchmesser. Die Zellen wurden einen Monat lang bei 7o°C gelagert. Sie hatten hierbei weniger als 5% ihres ursprünglichen Wassergehalts verloren. Beim Entladen ließen die Zellen Gas in Mengen bis zu 8o cnr je Minute austreten.

Claims

S chutzansprüche:

1. Trockenzelle mit einem oben offenen, zylindrischen, becherförmigen Behälter und einer ringförmigen Versohlußsoheibe im offenen Ende des Behälters, deren Umfang sich gegen die Innenwandung des Behälters stützt, gekennzeichnet durch eine Gasauslaßöffnung (13) in der Verschlußscheibe (7), einen flachen Dichtungsring (14) auf der Verschlußscheibe (f), der das obere Ende der Gasauslaßöffnung (13) bedeckt, und einen Flanschring (11) mit L-förmigem Querschnitt über der Oberkante (1o) des Behälters (2), dessen einer Schenkel (11a) dem oberen Rande des Behälters (2) von außen fest anliegt, dessen anderer Schsnkel (11b) den Dichtungsring (14) elastisch von oben gegen die Gasauslaßöffnung (13) drückt.

2. Trockenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßöffnung (13) oben (15) kreisförmig erweitert ist.

3. Trockenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßöffnung (13) oben (16) elliptisch erweitert ist.

4. Trockenzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßöffnung (13) in eine Ringnut (17) auf der Oberfläche der Verschlußscheibe (7) mündet.