DE69501755T2

DE69501755T2 - Gasdichter Akkumulator und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69501755T2
Application number: DE69501755T
Authority: DE
Inventors: Naoyoshi Hinotsu; Koichi Hoshino; Ken Saito; Hikaru Sakamoto
Original assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Current assignee: Furukawa Battery Co Ltd
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-06-01
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2015-06-02
Also published as: JPH07335190A; KR960002934A; EP0685895A1; US5665483A; EP0685895B1; KR100210271B1; JP2897104B2; DE69501755D1; US5586993A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine abgedichtete Batterie, die ein Sicherheitsventil zum Verhindern eines übermäßigen Anstiegs des Innendrucks der Batterie aufweist und insbesondere eine Batterie (Sekundärbatterie oder Sammelbattene) dieser Art, die in Bezug auf eine Flüssigkeit-Auslaufstelle einen hervorragenden Widerstand aufweist, und ein Verfahren zum Herstellen derselben.

Beschreibung des dazugehörigen Standes der Technik

Abgedichtete Batterien werden weithin als Stromquellen für kleine elektrische Geräte verwendet, da sie darin von Vorteil sind, keine Ergänzung eines Elektrolyten zu benötigen und zur Zeit der Anwendung in Bezug auf ihre Stellung keine Einschränkung zu erheben. Die Batterien dieses Typs können grob in Übereinstimmung mit ihrer jeweiligen Außenform in zylinderförmige und in rechteckige Batterien unterteilt werden. Die zylinderförmigen Batterien weisen ein elektrisches Stromgenerator-Element auf, das mithilfe der Spiralwicklung einer Plus-Platte, einer Minus-Platte, und eines dazwischenliegenden rohrförmigen Trennelements aufgebaut wird, und sie können effizient hergestellt werden. Jedoch bringen die zylinderförmigen Batterien ein Problem mit sich, da sie dazu neigen, bei ihrer Installation in Geräten Toträume zu bilden. Die rechteckigen Batterien, die ein derartiges Problem nicht kennen, umfassen ein Generatorelement, das aus einer Mehrzahl von Plus-Platten und aus einer Mehrzahl von Minus-Platten besteht, wobei die Plus- und Minus-Platten über Trennelemente abwechselnd geschichtet sind.
In diesen abgedichteten Batterien ist das Generatorelement zur Sicherung ihrer hermetischen Strukturen so aufgebaut, daß der Innendruck der Batterie durch die chemische Reaktion in der Batterie nicht übermäßig ansteigt; und das offene Ende eines Behälters, in dem das Generatorelement aufgenommen wird, wird mit einer Deckplatte abgedichtet. Wie auch immer passiert es manchmal, daß der Innendruck infolge eines versehentlichen Kurzschlusses in der Batterie bzw. einer Erzeugung von Gas beim Überladen der Batterie übermäßig ansteigt. In derartigen Fällen wird der Behälter wahrscheinlich beschädigt. Um dieses zu vermeiden, wird in einer Plus-Kappe der Batterie ein Sicherheitsventil angeordnet.
Die abgedichteten Batterien des zuvor erwähnten Typs erfordern, die Plus-Kappe auf eine Art und Weise an der Deckplatte derart zu befestigen, daß die elektrische Isolation und Undurchlässigkeit (die Flüssigkeits-Undurchlässigkeit und die Gas-Undurchlässigkeit) zwischen der Plus-Kappe und der Deckplatte erhalten bleiben kann, daß die Plus-Platten (Plus- Blätter) elektrisch mit der Plus-Kappe verbunden sind, und daß das in der Kappe angeordnete Sicherheitsventil mit dem Inneren der Batterie in Verbindung steht.
Deshalb ist es herkömmlich bekannt, den Behälter abzudichten, indem ein Dichtungsaufbau verwendet wird, der einen hohlen Niet einschließt. Der hohle Niet wird über eine Isolierdichtung in einem in der Deckplatte ausgebildeten Mittelloch eingepaßt und an die Deckplatte befestigt, und die Plus-Kappe, die darin ein Sicherheitsventil aufnimmt, wird an den hohlen Niet verschweißt Desweiteren ist die Plus-Kappe über den hohlen Niet mit der Plus-Platte verbunden. In Zusammenhang mit diesem Dichtungsaufbau kann sowohl das Befestigen der Plus- Kappe an die Deckplatte als auch die elektrische Verbindung der Plus-Platte an die Plus-Kappe durch den hohlen Niet erreicht werden, und auch die Verbindung zwischen dem Sicherheitsventil und dem Inneren der Batterie kann durch die Bohrung des hohlen Niets erreicht werden.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine rechteckige abgedichtete Alkali-Batterie, die mit dem zuvor erwähnten Typ des Dichtungsaufbaus bereitgestellt wird. Diese Batterie ist in einer rechteckigen Quaderform ausgebildet und weist eine reduzierte Dicke auf, wobei ein Generatorelement 1a in einem Außenbehälter (Behälter) 1 aufgenommen wird. Desweiteren wird ein Alkali-Elektrolyt in den Behälter 1 geladen. Die Markierung C bezeichnet einen Dichtungsaufbau, der am oberen offenen Ende des Behälters 1 angebracht werden muß. Der Dichtungsaufbau C ist mittels einer Laserschweißung entlang des Gesamtumfangs des offenen Endes des Behälters 1 verschweißt.
Genauer gesagt, schließt der Dichtungsaufbau C eine an den Behälter 1 geschweißte Deckplatte 2 ein. Die Deckplatte 2 ist an ihrem Mittelpunkt mit einem Einschnitt ausgebildet, und sie ist mit einem durchgehenden Loch 2a ausgebildet, das sich durch die Mitte des Einschnitts erstreckt. Ein hohler Niet 3 wird über eine Dichtung 6 im durchgehenden Loch 2a eingepaßt, um eine elektrische Isolation zu erreichen und einen Elektrolyt-Auslauf zu verhindern. Der hohle Niet 3 verfügt über einen ringförmigen Kopf 3a und einen zylindrischen hohlen Schaft 3b, der einstückig mit dem Kopf 3a ausgebildet ist, wobei im hohlen Schaft 3b eine axiale Bohrung 3d ausgebildet ist. Der Kopf 3a wird derart in den Einschnitt der Deckplatte 2 eingepaßt, daß die obere Fläche des Kopfes 3a im wesentlichen mit der oberen Oberfläche der Deckplatte 2 bündig ist. Der axiale innere Endabschnitt 3c des hohlen Schaftes 3b ist an einem ringförmigen Führungsstück 7 abgedichtet, das innerhalb der Deckplatte 2 angeordnet ist. Zum Erreichen einer solchen Abdichtung werden die Deckplatte 2, die Dichtung 6 und das Führungsstück 7 durch den Kopf 3a und den inneren Endabschnitt 3c des hohlen Schaftes 3 mit einem axialen Druck beaufschlagt. Solchermaßen kann die Undurchlässigkeit zwischen den gegenüberliegenden Flächen der zugehörigen Teile der Deckplatte 2, des hohlen Niets 3, der Dichtung 6 und des Führungsstücks 7 verbessert werden, wodurch die Batterie gegenüber einem Flüssigkeitsauslauf widerstandsfähig wird. In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß ein Plus-Kollektor ib; der mit den Plus-Platten 1c verbunden ist, mit dem Führungsstück 7 verbunden ist. In Fig. 2 bezeichnen jeweils die Bezugszeichen 1d, 1e und 1f eine Minus-Platte, ein Trennelement und ein Anschlußstück für die zugehörige Plus-Platte.
Eine Plus-Kappe 4, die einen Ventilkörper 5 des Sicherheitsventils einschließt, ist am Kopf 3a des hohlen Niets 3 angebracht. Die Plus-Kappe 4, die insgesamt gesehen kastenförmig ausgebildet ist, hat eine offene Unterseite. Kerben 4b sind an den jeweiligen unteren Enden der zwei Seitenflächen 4a der Kappe 4 ausgebildet. Das Ventil 5 arbeitet für gewöhnlich, um die Außenöffnung der Bohrung 3d des hohlen Niets 3 zu sperren, um die Gasdichte der Batterie beizubehalten. Im Fall eines abnormalen Anstiegs im Innendruck der Batterie aus irgendwelchen Gründen, öffnet sich das Ventil 5, um das Innere der Batterie über die Bohrung 3d des hohlen Niets 3 und die Kerbe 4b des Plus-Pols 4 mit dem Äußeren der Batterie in Verbindung zu bringen. Solchermaßen kann das Gas in der Batterie durch die Bohrung 3d und die Kerbe 4b zur Außenseite der Batterie entweichen, um den Innendruck der Batterie herabzusetzen.
Eine abgedichte Alkali-Batterie wurde in der japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 3-11803 vorgeschlagen, die mit dem zuvor erwähnten Dichtungsaufbau-Typ bereitgestellt wird und darüber hinaus über einen verbesserten Flüssigkeitsauslauf- Widerstand verfügt. In dieser vorgeschlagenen Batterie (s. Fig. 3) wird, wenn der innere Endabschnitt 3c des hohlen Niets 3 im Laufe des Verfahrens zum Herstellen der Batterie abgedichtet wird, ein axialer Zwischenabschnitt des hohlen Schaftes 3b des hohlen Niets 3 radial nach außen ausgedehnt, um die Deckplatte 2, die Dichtung 6 und das Führungsstück 7 durch den Kopf 3a und den inneren Endabschnitt 3c des hohlen Niets 3 mit einem axialen Druck zu beaufschlagen und um gleichzeitig durch den Außenumfang des Zwischenabschnitts des hohlen Schaftes 3b einen radial nach außen gerichteten Druck an die Dichtung 6 anzulegen, wodurch die Undurchlässigkeit zwischen den gegenüberliegenden Flächen der zugehörigen Teile der Deckplatte 2, des hohlen Niets 3 und der Dichtung 6, und wiederum der Widerstand in Bezug auf einen Flüssigkeitsauslauf in der Batterie verbessert wird.
Übrigens bedeutet das wie oben beschriebene radiale Nach- Außen-Ausdehnen des hohlen Schaftes 3b des hohlen Niets 3, daß der hohle Schaft 3b verformt wird. Entsprechend wird während der Abdichtung des hohlen Niets in der vorgestellten Batterie eine Stanze 8 verwendet, die einen Hauptkörper aufweist, der mit einer Abdichtungs-Endfläche 8a bereitgestellt wird, wie von der Doppel-Strichpunkt-Linie in Fig. 3 angezeigt, und der über einen mittleren Schaft 8b verfügt, der einstückig damit ausgebildet ist und axial nach außen aus der Abdichtungs-Endfläche 8a herausragt. Es wird nämlich durch die Abdichtungs-Endfläche 8a der Stanze 8 ein axialer Druck, der ausreicht, um den hohlen Schaft 3b zu verformen, am inneren Endabschnitt 3c des hohlen Niets 3 angelegt, wobei der mittlere Schaft 8b der Stanze 8 in die Bohrung 3d des hohlen Niets 3 eingepaßt wird, um den inneren Endabschnitt 3c abzudichten und gleichzeitig den hohlen Schaft 3b radial nach außen auszudehnen.
Es ist jedoch äußerst schwierig, den hohlen Schaft 3b in einer gewünschten axialen Stellung radial nach außen auszudehnen, indem der Verformungs-Vorgang verwendet wird. Selbst wenn der mittlere Schaft 8b der Stanze 8 in die Bohrung 3d des hohlen Niets 3 eingepaßt wird, um die Stanze 8 in bezug auf den hohlen Niet 3 korrekt zu Positionieren, wird, wenn der hohle Niet 3 durch die Stanze 8 mit Druck beaufschlagt werden muß, die zu verformende Stelle abhängig von den veränderlichen Faktoren einschließlich einer kleineren Materialveränderung im hohlen Schaft 3b voraussichtlich woanders liegen. Entsprechend wird bewirkt, daß sich die axiale Stellung des auszudehnenden hohlen Schaftes 3b und wiederum die Stelle, an der durch den ausgedehnten Abschnitt des hohlen Schaftes 3b eine radiale Kraft an die Dichtung 6 angelegt wird, ändert. Auf diese Weise wird es schwierig, die Undurchlässigkeit zwischen den gegenüberliegenden Flächen der zugehörigen Teile der Deckplatte 2, des hohlen Niets 3, der Dichtung 6 und des Führungsstücks 7 beizubehalten, was es wiederum erschwert, den Flüssigkeitsauslauf-Widerstand der Batterie konstant zu halten.
In der Zwischenzeit können das Führungsstück 7 und die Deckplatte 2 manchmal verformt werden, wenn der hohle Niet 3 in axialer Richtung bis zu einem solchen Grad mit Druck beaufschlagt wird, daß der hohle Schaft 3b verformt wird, wie in Fig. 3 zu sehen. Wenn das Führungsstück 7 verformt wird, tritt ein Schweißfehler auf, sobald das Führungsstück 7 und das Stück (durch das Bezugszeichen if in Fig. 2 gekennzeichnet) im nachfolgenden Schritt zusammengeschweißt werden, bzw. greift das Führungsstück 7 in die Dichtung 6, wie im Kreis A der Fig. 3 gezeigt, so daß die Dichtung 6 keine ausreichende Isolation zwischen dem Führungsstück 7 und der Deckplatte 2 erreicht, um einen Kurzschluß dazwischen auszulösen. Wenn die Deckplatte 2 wie im Kreis B der Fig. 3 gezeigü verformt wird, tritt unterdessen ein Schweißfehler auf, sobald die Deckplatte 2 im nachfolgenden Schritt an den Behälter 1 geschweißt wird, was einen Flüssigkeitsauslauf bewirkt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine abgedichtete Batterie bereitzustellen, die in Bezug auf das Auslaufen einer Flüssigkeit einen hervorragenden Widerstand aufweist, und ein Verfahren zum Herstellen derselben, wie in den anhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine abgedichtete Batterie, die einen Dichtungsaufbau aufweist, bereitgestellt. Im Dichtungsaufbau wird ein hohler Niet eingepaßt und über eine Isolierdichtung an eine ringförmige Deckplatte befestigt, die eine Öffnung eines Behälters abdichtet, und ein Sicherheitsventil in einer Elektrodenkappe wird aufgenommen, die derart an einem Kopf des hohlen Niets befestigt ist, daß das Sicherheitsventil über eine in einem hohlen Schaft des hohlen Niets ausgebildete Bohrung mit dem Inneren der Batterie in Verbindung steht.
Die Batterie wird dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Schaft abgedichtet wird, wobei sein distaler Endabschnitt (ein Endabschnitt des hohlen Schaftes an der vom Kopf des hohlen Niets entfernt liegenden Seite) in Bezug auf einen Endabschnitt des hohlen Schaftes auf der Seite, die sich nahe am Kopf des hohlen Nietes befindet, und in Bezug auf einen Zwischenabschnitt des hohlen Schafts diametral vergrößert ist, wodurch der hohle Niet an der Deckplatte befestigt ist.
Vorzugsweise ist der distale Endabschnitt des hohlen Schaftes des hohlen Niets in einem abgestumpften Kegel geformt. Noch bevorzugter ist der distale Endabschnitt des hohlen Schaftes in diesem abgestumpften Kegel geformt, dessen imaginäre Ausdehnung einen Kegel bildet, der einen Spitzenwinkel von 30 bis 50 Grad aufweist.
Vorzugsweise umfaßt die Batterie ein ringförmiges Führungsstück, das an der Seite angeordnet ist, die von der Elektrodenkappe entfernt liegt, und zwar in Bezug auf die Deckplatte in einer axialen Richtung des hohlen Niets, und das auf den hohlen Niet eingepaßt wird; die Plus-Platten sind mit dem Führungsstück verbunden; und eine Isolierdichtung wird zwischen das Führungsstück und die Deckplatte gelegt.
Vorzugsweise ist die Batterie eine abgedichtete Alkali- Batterie, die ein Alkali-Elektrolyt enthält.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer abgedichteten Batterie bereitgestellt, in dem ein Dichtungsaufbau der Batterie zusammengebaut wird. Das Herstellungsverfahren wird dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenbau des Dichtungsaufbaus folgende Schritte umfaßt: das Einpassen einer ringförmigen Deckplatte an einen hohlen Schaft eines hohlen Niets über eine Isolierdichtung; das Einstecken eines kegelförmigen Spitzen-Endabschnitts einer Stanze in eine Bohrung des hohlen Schaftes von der Seite der Bohrung, die von einem Kopf des hohlen Niets entfernt liegt; und die Druckbeaufschlagung der Stanze in Richtung des Kopfes des hohlen Niets, um zu bewirken, daß ein Endabschnitt des hohlen Niets an der Seite, die vom Kopf des hohlen Niets entfernt liegt, diametral vergrößert und vom kegelförmigen Spitzen-Endabschnitt der Stanze abgedichtet wird, wodurch der hohle Niet über die Isolierdichtung an die Deckplatte befestigt wird.
Vorzugsweise wird die Stanze verwendet, die den kegelförmigen Spitzen-Endabsohnitt aufweist, dessen Spitzenwinkel kleiner als der Spitzenwinkel ist, der den hohlen Schaft verformt. Noch bevorzugter wird die Stanze verwendet, die über den kegelförmigen Spitzen-Endabschnitt verfügt, der den Spitzenwinkel von 30 bis 50 Grad aufweist.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Einsteckens der Stanze in die Bohrung des hohlen Schaftes einen Unterschritt des Einsteckens eines mittleren Schafts, der am Spitzen-Ende des kegelförmigen Spitzen-Endabschnitts der Stanze bereitgestellt wird, in die Bohrung des hohlen Schaftes.
Vorzugsweise umfaßt das Herstellungsverfahren einen Schritt zum Anbringen des zusammengebauten Dichtungsaufbaus an die Öffnung des Batterie-Behälters, um dadurch den Behälter abzudichten.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden aus einer Betrachtung der bevorzugten Ausführungsformen, die nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen der Figuren beschrieben werden, besser verständlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird klarer aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich, die hier unten in Bezug auf die begleitenden Figuren - nur zum Zweck der Veranschaulichung und ohne die Absicht einer Einschränkung der vorliegenden Erfindung - ausgeführt wird, wobei:
Fig. 1 eine bruchstückhafte schematische, perspekti4ische Ansicht der herkömmlichen rechteckigen, abgedichteten Alkali- Batterie ist;
Fig. 2 eine bruchstückhafte senkrechte Schnittansicht eines Dichtungsaufbaus der in Fig. 1 gezeigten Batterie entlang der Linie II-II der Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine bruchstückhafte senkrechte Schnittansicht eines Dichtungsaufbaus einer herkömmlichen abgedichteten Alkali-Batterie eines Typs ist, die sich von der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Batterie unterscheidet;
Fig. 4 eine bruchstückhafte senkrechte Schnittansicht eines Dichtungsaufbaus einer abgedichteten Alkali-Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 5 eine bruchstückhafte senkrechte Schnittansicht ist, die den in Fig. 4 gezeigten Dichtungsaufbau in einem Zustand zeigt, der vor einem Abdichtungsverfahren liegt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine abgedichtete Batterie (hiernach einfach als Batterie bezeichnet) und ein Verfahren zum Herstellen derselben beschrieben.
Die Batterie ist dadurch gekennzeichnet, daß der distale Endabschnitt 3c eines hohlen Schaftes 3b eines hohlen Niets 3 in einem Dichtungsaufbau C abgedichtet wird, indem der distale Endabschnitt 3c diametral vergroßert ist, ohne daß der hohle Schaft 3b verformt wird. Es sollte hier bemerkt werden, daß die Grundstruktur der Batterie dieselbe ist, wie die der herkömmlichen in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Batterien, so daß die Beschreibung des Grundaufbaus teilweise weggelassen wird.
Der Dichtungsaufbau C weist eine Metall-Deckplatte 2 auf. Die Deckplatte 2 hat einen ovalen Einschnitt 2b, der in der Mitte auf ihrer oberen Oberfläche ausgebildet ist, und ein Mittelloch 2a, das konzentrisch mit dem Einschnitt 2b ausgebildet ist. Das Mittelloch 2a wird verwendet, um eine Dichtung 6 und den hohlen Niet 3 in die Deckplatte 2 einzupassen.
Der hohle Niet 3 wird über die Dichtung 6 und ein Führungsstück 7 an die Deckplatte 2 angebracht, indem sein distaler Endabschnitt 3c abgedichtet wird, und er dient der Erhaltung der Undurchlässigkeit der Batterie. Das Material, das den hohlen Niet 3 bildet, kann jedes Beliebige sein, sofern es zusammen mit der Dichtung 6 und mit dem Führungsstück 7 an die Deckplatte 2 angebracht werden kann, indem der distale Endabschnitt 3c abgedichtet wird. Der hohle Niet 3 wird zum Beispiel aus Nickel-plattiertem Eisen, vorzugsweise Weicheisen, hergestellt. Der hohle Niet 3 ist mit geeigneten Ausmaßen und passendem Profil ausgebildet, und zwar zum Beispiel in zylindrischer Form mit geeigneter Länge, wobei die Höhe hl des durch das Abdichtungsverfahren zu vergrößernden distalen Endabschnitts 3c, etc. in Betracht gezogen wird.
Ein Plus-Pol (Plus-Kappe) 4 hat eine Form, die in der Ebene im wesentlichen dieselbe ist, wie die des Kopfes 3a des hohlen Niets 3, und sie ist beispielsweise mittels Punktschweißung am Kopf 3a des hohlen Niets 3 angebracht. Zwei Seitenflächen des Plus-Pols 4 sind mit jeweiligen Kerben 4b ausgebildet, die als Durchlässe für das Ablassen des in der Batterie erzeugten Gases dienen.
Ein in der Plus-Kappe 4 aufgenommener Ventilkörper 5 öffnet sich, wann immer der Druck des Gases, der in der Batterie erzeugt und durch die Bohrung 3d des hohlen Niets 3 am Ventil 5 angelegt wird, einen vorbestimmten Grad übersteigt, um so den Innendruck der Batterie zu vermindern. Der Aufbau des Ventils 5 und das Material, das es bildet, kann ein Beliebiges sein, sofern sich das Ventil 5 öffnen kann, wann immer der Innendruck der Batterie übermäßig ansteigt, um das Gas abzulassen. Ein Gummiventil kann zum Beispiel bevorzugt verwendet werden.
Die Dichtung 6 und ein Isolier-Abstandsstück 9 sichern die elektrische Isolation zwischen der Deckplatte 2, die als Minus- Element dient, und dem hohlen Niet 3, der als Plus-Element dient, und zwischen der Deckplatte 2 und dem Führungsstück 7, das als Plus-Element dient. Die Dichtung 6 und das Abstandsstück 9 dienen auch dazu, das Auslaufen des in einer Außenhülle oder einem Behälter 1 geladenen Elektrolyts zu verhindern.
Die Dichtung 6 verfügt über einen zylindrischen Abschnitt 6a, der einen Außendurchmesser hat, der etwas kleiner als das Mittelloch 2a der Deckplatte 2 ist, und einen Innendurchmesser, der etwas größer als der Außendurchmesser des hohlen Schaftes 3b des hohlen Niets 3 ist, und einen Flansch 6b, der einstückig mit dem zylindrischen Abschnitt 6a ausgebildet ist und der eine ovale Form aufweist, die im wesentlichen dieselbe wie die des auf der Deckplatte 2 ausgebildeten ovalen Einschnitts 2b ist.
Das Isolier-Abstandsstück 9 liegt zwischen der Deckplatte 2 und dem Führungsstück 7 bzw. zwischen der Deckplatte 2 und dem hohlen Niet 3, um zwischen den dazugehörigen Oberflächen unter der Deckplatte 2, dem hohlen Niet 3 und dem Führungsstück 7 eine elektrische Isolierung zur Verfügung zu stellen. Das Isolier- Abstandsstück 9 hat eine rechteckige Form, die im wesentlichen in der Ebene gleich mit der der Deckplatte 2 ist, und ist in seiner Mitte mit einer Bohrung 9b ausgebildet, deren Durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 6a der Dichtung 6 ist. Der hohle Schaft 3b erstreckt sich durch das Mittelloch 9b. Das Isolier-Abstandsstück 9 ist an seiner Außenkante mit einer ringförmigen Rippe 9a bereitgestellt, die sich von der Deckplatte 2 weg erstreckt, wenn sie in der Batterie eingebaut ist. Die ringförmige Rippe 9a steht mit dem inneren Umfang des Behälters 1 elastisch in Eingriff, sobald der Dichtungsaufbau C in die Öffnung des Behälters 1 eingepaßt wird, um den Dichtungsaufbau C in Stellung zu halten.
Das Material, aus dem die Dichtung 6 bzw. das Isolier- Abstandsstück 9 besteht, kann ein Beliebiges sein, sofern es über eine elektrische Isoliereigenschaft verfügt, vom Elektrolyten nicht beschädigt wird und die Undurchlässigkeit beibehält. Die Dichtung 6 und das Isolier-Abstandsstück 9 sind nämlich beispielsweise aus einem Kunststoff bzw. einem Gummi hergestellt, der bzw. das an der Oberfläche mit einem Abdichtungsmaterial überzogen ist, wobei ein Nylonharz bevorzugt wird. Desweiteren können die Dichtung 6 und das Isolier- Abstandsstück 9 nicht notwendigerweise getrennte Teile sein; sondern in einem einteiligen Glied ausgebildet sein, sofern sie eine elektrische Isolierfähigkeit und Erhaltungsfähigkeit der Undurchlässigkeit an den Tag legen.
Das Führungsstück 7 sichert die elektrische Verbindung zwischen dem Plus-Pol 4 und den Plus-Platten 1c in einem elektrischen Stromgenerator-Element 1a über Plus-Kollektoren 1b, die mit dem Führungsstück 7 und dem hohlen Niet 3, auf dem das Führungsstück 7 eingepaßt ist, verbunden sind. Das Führungsstück 7 dient auch als Scheibe, wenn der hohle Niet 3 abgedichtet werden muß. Als Führungsstück 7 wird eine leitfähige dünne Platte, vorzugsweise eine Nickelfolien- bzw. Nickel-plattierte dünne Platte, verwendet. Das Führungsstück 7 wird mit einer Bohrung 7a ausgebildet, deren Durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des hohlen Schaftes 3b ist.
Nunmehr wird unten ein Verfahren zum Herstellen der so gebildeten Batterie beschrieben.
Vor der Herstellung der Batterie werden die oben beschriebenen Batteriebestandteile bereitgestellt. Diese Bestandteile werden auf herkömmliche Weise hergestellt, so daß die Beschreibung davon weggelassen wird.
Beim Zusammenbau des Dichtungsaufbaus C der Batterie wird die Dichtung 6 in die Deckplatte 2 eingepaßt, indem der zylindrische Abschnitt 6a der Dichtung 6 in das Loch 2a der Deckplatte 2 gesteckt wird, wobei danach der hohle Schaft 3b des hohlen Niets 3 in den zylindrischen Abschnitt 6a der Dichtung 6 gesteckt wird. Solchermaßen kann der hohle Niet 3 über die Dichtung 6 in das Loch 2b der Deckplatte 2 gesteckt werden. Übrigens kann, anstelle der oben beschriebenen Durchführung des Zusammenbaus, der hohle Schaft 3b des hohlen Niets 3 zuerst in den zylindrischen Abschnitt 6a der Dichtung 6 gesteckt werden, woraufhin der daraus entstehende Aufbau des hohlen Niets 3 und der Dichtung 6 in das Loch 2a der Deckplatte 2 gesteckt werden kann.
Als nächstes wird der Aufbau der Deckplatte 2, des hohlen Niets 3 und der Dichtung 6 auf einen Amboß 10 gelegt, wobei der Kopf 3a des hohlen Niets 3 gegen den Amboß 10 angelegt wird, wie in Fig. 5 gezeigt, woraufhin das Isolier-Abstandsstück 9 und das Führungsstück 7 in dieser Reihenfolge am hohlen Schaft 3b eingepaßt werden. Desweiteren wird eine Stanze 11 bereitgestellt, um den distalen Endabschnitt 3c des hohlen Niets 3, an dem die Bestandteile 2, 6, 7 und 9 eingepaßt sind, abzudichten.
Die Stanze 11 verfügt über einen kegelförmigen Spitzen- Endabschnitt 11a, um den Durchmesser des distalen Endabschnitts 3c des hohlen Niets 3 zu vergrößern. Die Stanze 11 ist aufgebaut, um einen Außendurchmesser d1 aufzuweisen, der ausreicht, um den Durchmesser des distalen Endabschnitts 3c des Niets 3 auf eine vorbestimmte Größe zu vergrößern. Der Spitzenwinkel α des kegelförmigen Spitzen-Endabschnitts 11a ist so bestimmt, daß er in den Bereich von 30 bis 50 Grad fällt, und zwar vorzugsweise 35 bis 45 Grad.
Wenn der Spitzenwinkel α größer als 50 Grad ist, wird die axiale Komponente (Abdichtungskraft) des Druckes, der an den hohlen Schaft 3b des hohlen Niets 3 angelegt werden muß, zu groß sein, so daß es passieren kann, daß der hohle Schaft 3b verformt wird, und daß die radiale Komponente des am hohlen Schaft 3b angelegten Druckes zu klein wird, um den Durchmesser des distalen Endabschnitts 3c des hohlen Schaftes 3b richtig zu vergrößern. Wenn der Spitzenwinkel α kleiner als 30 Grad ist, wird andererseits die Abdichtungskraft zu klein und der distale Endabschnitt 3c des diametral zu vergrößernden hohlen Schafts 3b zu lang sein.
Die Stanze 11 weist vorzugsweise einen mittleren Schaft lib aus, der in Ausrichtung mit der Stanzen-Achse am kegelförmigen Spitzen-Endabschnitt ha ausgebildet ist. Der mittlere Schaft 11b ist im Durchmesser etwas kleiner als der Innendurchmesser des hohlen Schaftes 3b des hohlen Niets 3 und dient dazu, die Stanze 11 in Bezug auf den hohlen Niet 3 genau zu positionieren.
Im Abdichtungsschritt wird der mittlere Schaft 11b der Stanze 11 zunächst in die Bohrung 3d des hohlen Niets 3 eingepaßt. Solchermaßen kann die Achse der Stanze 11 mit der Achse des hohlen Niets 3 ausgerichtet werden, um die genaue Positionierung der Stanze 11 in Bezug auf den hohlen Niet 3 zu erhalten. Als nächstes wird die Stanze 11 mit einem Druck beaufschlagt, wobei die kegelförmige Oberfläche des kegelförmigen Spitzen-Endabschnitts 11a der Stanze 11 gegen den distalen Ehdabschnitt 3c des hohlen Schaftes 3b des hohlen Niets 3 angelegt wird. Es sollte hier beachtet werden, daß das optimale Druckpegel P vom Material, der Größe, der Form, etc. des hohlen Niets 3 und den dazugehörigen Außenrandbestandteilen abhängt, so daß der optimale Druck P durch Experimente oder Computersimulation bestimmt wird.
Wenn die Stanze 11 mit dem Druck P beaufschlagt wird, gleitet der kegelförmige Spitzen-Endabschnitt 11a der Stanze 11 im hohlen Schaft 3b graduell in Richtung des Kopfes 3a des hohlen Niets 3, wobei die kegelförmige Oberfläche der Stanze 11 in Preßkontakt mit dem inneren Umfang des hohlen Schaftes 3b des hohlen Niets 3 gebracht wird. In diesem Verfahren werden, da am hohlen Schaft 3b des hohlen Niets 3 ein Optimaldruck angelegt wird, indem eine Stanze verwendet wird, die über einen Kegel mit einem Spitzenwinkel von 30 bis 50 Grad verfügt, sowohl die axiale Komponente als auch die radiale Komponente des am hohlen Schaft 3b anzulegenden Drucks optimiert, was bewirkt, daß der hohle Schaft 3b nicht verformt wird. Bei der Druckbeaufschlagung mit der Stanze 11 wird der distale Endabschnitt 3c des hohlen Schaftes 3b durch den kegelförmigen Spitzen-Endabschnitt ha der Stanze 11, der damit in Gleitkontakt ist, graduell diametral vergrößert, um eine abgestumpfte Kegelform anzunehmen, die zum kegelförmigen Spitzen-Endabschnitt 11a komplementär ist. Genauer gesagt, wird der distale Endabschnitt 3c so in eine Form eines abgestumpften Kegels gebracht, daß die imaginäre Ausdehnung des distalen Endabschnitts 3c einen Kegel bildet, der einen Spitzenwinkel von 30 bis 50 Grad aufweist.
Wenn der hohle Niet 3, wie oben beschrieben, abgedichtet wird, wird die Dichtung 6 vom gesamten Außenumfang des hohlen Schaftes 3b des hohlen Niets 3 mit Druck beaufschlagt, um in Bezug auf einen Flüssigkeitsauslauf einen erforderlichen Widerstand sicherzustellen und die Verformung des Führungsstücks 7 und der Deckplatte 2 zu verhindern.
Nach Beendigung der Abdichtung wird der in sich das Ventil 5 aufnehmende Plus-Pol 4 an den Kopf 3a des hohlen Niets 3 geschweißt, was den Zusammenbau des Dichtungsaufbaus C beendet.
Desweiteren wird der Dichtungsaufbau C in die Öffnung des Batteriebehälters 1 eingepaßt, in die das Generatorelement la gesteckt und ein Elektrolyt geladen wird, und in diesem Zustand wird die Deckplatte 2 des Dichtungsaufbaus C an den Batteriebehälter 1 geschweißt, um den Behälter 1 abzudichten, womit die Herstellung der Batterie abgeschlossen ist.
Batterien der Beispiele 1 bis 3 gemäß der vorliegenden Erfindung und jene der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 werden unten beschrieben.
Die abgedichteten Alkali-Batterien der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurden jeweils in einer Anzahl von 1000 Stück hergestellt. Die Stanzen, die zur Herstellung dieser Batterien in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet werden, haben eine gewöhnliche Form, wie in Fig. 5 gezeigt, und sie haben einen Außendurchmesser von 4,0 mm, einen Außendurchmesser des mittleren Schaftes von 0,8 mm und eine mittlere Schaftlänge von 1,0 mm. Jedoch unterscheiden sich die in den Beispielen verwendeten Stanzen von denen in den Vergleichsbeispielen verwendeten im Spitzenwinkel des Kegels, wie in Tabelle 1 gezeigt. Darüber hinaus wurde als herkömmliche Stanze eine verwendet, die eine Form aufweist, wie durch die Doppel-Strichpunkt-Linie der Fig. 3 dargestellt, und zwar mit einem Außendurchmesser von 4,0 mm, einem Außendurchmesser des mittleren Schaftes von 1,0 mm und eine mittlere Schaftlänge von 2,00 mm.
Der hohle Niet 3 ist aus Weicheisen hergestellt und verfügt über die folgenden Ausmaße: große (Apsis) Kopflänge = 6,0 mm; kleine Kopflänge = 4,0 mm; Bohrungsdurchmesser = 1,5 mm; Hohl- Schaft-Außendurchmesser = 2,0 mm; Hohl-Schaft-Höhe = 3,0 mm; Dicke = 0,4 mm.
Die Dichtung 6 und das Isolier-Abstandsstück 9 sind aus Nylon hergestellt. Die Dichtung 6 ist am zylindrischen Abschnitt 6a und am Flansch 6b jeweils 0,4 mm dick und 0,3 mm dick und das Isolier-Abstandsstück 9 ist 0,3 mm dick.
Das Führungsstück 7 ist aus Weicheisen hergestellt und hat folgende Ausmaße: große Länge = 8 mm; kleine Länge = 4 mm; Dicke = 0,3 mm.
Die Deckplatte 2 ist aus Weicheisen hergestellt und hat folgenden Ausmaße: große Länge = 16 mm; kleine Länge = 5 mm; Dicke = 0,4 mm.
Die so erzeugten Batterien (1000 Stück) wurden nach der Abdichtungsbehandlung auf defekte Formen in den Dichtungsaufbauten, auf Verformung des hohlen Niets und auf den Widerstand in Bezug auf den Flüssigkeitsausfall auffolgende Art und Weise hin untersucht.
Die Anzahl defekter Formen und die Anzahl der in diesen Batterien erfolgten Flüssigkeitsausläufe wurden gezählt, um die Auftritt-Rate defekter Formen (in %) und die Rate des Auftretens des Flüssigkeitsauslaufs (in %) zu berechnen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.

Flüssigkeitsausfall-Widerstandstest:

Die einem Ladungsschritt unterworfenen Batterien wurden unter einer Bedingung gehalten, bei der die Temperatur bei 45 Grad C und die Feuchtigkeit bei 90 bis 95 % gehalten werden, und das Auftreten eines Flüssigkeitsauslaufs wurde bestätigt, indem alle 15 Tage in die Einpaß-Abschnitte der hohlen Niete an den Deckplatten und drumherum rotes Reagenzpapier angelegt wurde.
Nach Beendigung der Abdichtungsbehandlung durch die - Verwendung von Stanzen, wurde fehlerhafte Formen der Dichtungsaufbauten bestätigt, indem das Auftreten einer Verformung der Deckplatten und der Führungsstücke, sowie die Verformung der hohlen Niete, die eine fehlerhafte Dßchtungsschweißung und einen Kurzschluß zwischen der Deckplatte und dem hohlen Niet verursachen, beobachtet wurde. Tabelle 1
Wie die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse deutlich zeigen, wurde dargestellt, daß die Rate des Auftretens eines Flüssigkeitsauslaufs und die Rate des Auftretens einer fehlerhaften Form in den Dichtungsaufbauten in den gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugten abgedichteten Alkali-Batterien verglichen mit denen der Vergleichsbeispiele äußerst gering waren.
Wenn überdies der Spitzenwinkel des Kegels der Stanze kleiner als der Bereich ist, der für das Verfahren der vorliegenden Erfindung festgelegt wird (wie im Vergleichsbeispiel 1), werden der hohle Niet nicht verformt, und die Deckplatte und das Führungsstück werden kaum verformt. Jedoch ist die Rate des Auftretens eines Flüssigkeitsauslaufs hoch, was zeigt, daß die Druckbeaufschlagung, die durch das Abdichten des hohlen Niets erreicht werden soll, nicht ausreicht.
Wenn der Spitzenwinkel des Kegels der Stanze größer ist als der Bereich, der für das Verfahren der vorliegenden Erfindung festgelegt wird (wie in Vergleichsbeispiel 2) , ist dagegen die Rate des Auftretens eines Flüssigkeitsauslaufs niedrig, und zwar aufgrund der ausreichenden Druckbeaufschlagung, die durch das Abdichten des hohlen Niets erreicht wird; allerdings werden die Deckplatte und das Führungsstück verformt, wobei eine-fehlerhafte Dichtungsschweißung bzw. ein Kurzschluß verursacht wird.
Wenn unterdessen die herkömmliche Stanze verwendet wird (wie im Vergleichsbeispiel 3), ist die Rate des Auftretens eines Flüssigkeitsauslaufs niedrig, und zwar aufgrund der ausreichenden Druckbeaufschlagung, die durch das Abdichten des hohlen Niets erreicht wird; allerdings werden die Deckplatte und das Führungsstück verformt, wobei eine fehlerhafte Dichtungsschweißung bzw. ein Kurzschluß verursacht wird.
Wie hier zuvor beschrieben wurde, wird im Verfahren zum Abdichten des hohlen Niets gemäß der vorliegenden Erfindung der distale Endabschnitt des hohlen Schaftes des hohlen Niets abgedichtet, indem der distale Endabschnitt diametral vergrößert wird, ohne daß das Verformen des hohlen Schaftes bewirkt wird, so daß die Undurchlässigkeit zwischen dem hohlen Niet und der Dichtung stark verbessert werden kann. Desweiteren kann das Abdichtungsverfahren - im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren, das das Verformen verursacht - mit einer hohen Wiederholbarkeit durchgeführt werden, wobei abgedichtete Batterien bereitstellt werden, die hinsichtlich der Undurchlässigkeit und des Widerstands in Bezug auf einen Flüssigkeitsauslauf sehr zuverlässig sind. Außerdem kann der Kurzschluß zwischen dem Führungsstück und der Deckplatte verhindert werden, da die Abdichtungsbehandlung ohne Verformung des Führungsstücks und der Deckplatte durchgeführt werden kann. Darüber hinaus kann der Dichtungsaufbau sicher am Behälter abdichtend geschweißt werden, weshalb die Batterien der Erfindung an den geschweißten Abschnitten eine hervorragende Undurchlässigkeit und einen hervorragenden Widerstand in Bezug auf den Flüssigkeitsauslauf zeigen.
Es sollte hier bemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit rechteckigen oder zylindrischen, abgedichteten Batterien verwendet werden kann, die sich von den rechteckigen, abgedichteten Alkali-Batterien unterscheiden.
Aus der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung abgeändert werden kann, wie einem durchschnittlichen Fachmann ohne weiteres ersichtlich, ohne sich vom Geist und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu lösen, die ausschließlich durch die anhängigen Ansprüche bestimmt werden sollte. Alle derartigen Abänderungen, die einem durchschnittlichen Fachmann offensichtlich wären, sollten nicht als Loslösung vom Schutzumfang der Erfindung betrachtet werden. Vielmehr sollten alle derartige Änderungen im Schutzumfang der Erfindung, wie ausschließlich durch die anhängigen Ansprüche bestimmt, enthalten sein.
Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Umfangs solcher Elemente dar, die beispielsweise durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

Claims

1. Eine abgedichteter Batterie, die folgendes umfaßt: einen Dichtungsaufbau (C), der einen hohlen Niet (3) aufweist, der über eine Isolierdichtung (6) an einer ringförmigen Platte (2), die eine Öffnung eines Behälters (1) abdichtet; eingepaßt und befestigt ist; und ein Sicherheitsventil (5), das in einer Elektrodenkappe (4) aufgenommen ist, die an einem Kopf (3a) des hohlen Niets (3) befestigt ist, und zwar derart, daß das Sicherheitsventil (5) über eine in einem hohlen Schaft (3b) des hohlen Niets (3) ausgebildete axiale Bohrung (3d) mit dem Inneren der Batterie in Verbindung steht,

worin der hohle Schaft (3b) abgedichtet wird, wobei sein distaler Endabschnitt (3c) in Bezug auf seinen verbleibenden Abschnitt diametral vergrößert wird, wobei der distale Endabschnitt (3c) an der Seite angeordnet ist, die vom Kopf (3a) des hohlen Niets (3) entfernt liegt, wodurch der hohle Niet (3) an der Deckplatte (2) befestigt wird,

worin der distale Endabschnitt (3c) des hohlen Schaftes (3b) des hohlen Niets (3) als abgestumpfter Kegel geformt ist, dessen imaginäre Ausdehnung einen Kegel bildet, der über einen Spitzenwinkel von 30 bis 50 Grad verfügt.

2. Die Batterie nach Anspruch 1, worin die Batterie ein ringförmiges Führungsstück (7) einschließt, das an einer Seite angeordnet ist, die von der Elektrodenkappe (4) entfernt liegt, und zwar in bezug auf die Deckplatte (2) in einer axialen Richtung des hohlen Niets (3), und das am hohlen Niet (3) eingepaßt ist; worin

die Plus-Platten mit dem Führungsstück (7) verbunden sind; und worin

die Isolierdichtung (6) zwischen dem Führungsstück (7) und der Deckplatte (2) liegt.

3. Die Batterie nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin die Batterie eine abgedichtete Alkali-Batterie ist, die darin ein Alkali-Elektrolyt enthält.

4. Ein Verfahren zum Herstellen einer abgedichteten Batterie, in-dem ein Dichtungsaufbau (C) der Batterie zusammengebaut wird, wobei das Zusammenbauen des Dichtungsaufbaus (C) folgende Schritte einschließt:

das Einpassen einer ringförmigen Deckplatte (2) an einen hohlen Schaft (3b) eines hohlen Niets (3) über eine Isolierdichtung (6);

das Einstecken eines kegelförmigen Spitzen-Endabschnitts (ha) einer Stanze (11) in eine Bohrung (3d) des hohlen Schaftes (3b), und zwar von einer Seite der Bohrung (3d) aus, die von einem Kopf (3a) des hohlen Niets (3) entfernt liegt, wobei der kegelförmige Spitzen-Endabschnitt (11a) einen Spitzenwinkel von 30 bis 50 Grad aufweist; und

das Beaufschlagen der Stanze (11) mit Druck in Richtung des Kopfes (3a) des hohlen Niets (3), um zu bewirken, daß ein Endabschnitt (3c) des hohlen Niets (3) an einer Seite, die vom Kopf (3a) des hohlen Niets (3) entfernt liegt, diametral vergrößert und durch den kegelförmigen Spitzen-Endabschnitt (11a) der Stanze (11) abgedichtet wird, wodurch der hohle Niet (3) über die Isolierdichtung (6) an der Deckplatte (2) befestigt wird.

5. Das Verfahren nach Anspruch 6, worin eine Stanze (11) verwendet wird, die einen kegelförmigen Spitzen-Endabschnitt (11a) aufweist, dessen Spitzenwinkel kleiner als der Spitzenwinkel ist, der den hohlen Schaft (3b) verformt.

6. Das Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, worin der Schritt zum Einstecken der Stanze (11) in die Bohrung (3d) des hohlen Schaftes (3b) einen Unterschritt zum Einstecken eines mittleren Positionierungs-Schaftes (11b), der an einem Spitzenende des kegelförmigen Spitzen-Endabschnitts (11a) der Stanze (11) bereitgestellt wird, in die Bohrung (3d) des hohlen Schaftes (3b) einschließt.

7. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4- 6, das weiterhin den folgenden Schritt einschließt: das Anbringen des zusammengebauten Dichtungsaufbaus (C) an der Öffnung eines Behälters (1) der Batterie, um dadurch den Behälter (1) abzudichten.