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Die
Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle, die eine Verschlusskappenanordnung
zum Abdichten elektrochemischer Zellen und speziell von Alkalizellen
hat. Die Erfindung betrifft eine Pol-Verschlusskappe, die eine gute
elektrische Kontaktoberfläche
für Ladungstester
für die
Zelle liefert, die in das Zellen-Label integriert ist.
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Konventionelle
elektrochemische Zellen, wie beispielsweise Alkalizellen, werden
aus einem zylindrischen Gehäuse
erzeugt, das eine offene Seite hat. Nachdem der Zelleninhalt zugeführt worden
ist, wird die Zelle verschlossen, indem der Rand des Gehäuses über die
Verschlusskappenanordnung gequetscht wird, um eine Dichtung für die Zelle
zu gewähren.
Die Verschlusskappenanordnung weist ein freigelassenes Verschlusskappenblech
auf, das als ein Zellenpol fungiert.
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Die
neueren Ladungstester für
elektrochemische Zeilen, z. B. Alkalizellen, sind in das Label für die Zellen
integriert worden, um einen Tester/Label-Verbund zu bilden, der
an dem Zellengehäuse angebracht
ist. Der Ladungstester kann im typischen Fall ein thermochromer
Tester sein, wobei er jedoch alternativ ein elektrochromer Tester,
elektrochemischer Tester, coulometrischer Tester oder gleichwertiger
sein kann, der an der Innenseite des Labels angebracht ist. Der
Ladungstester kann darin eine elektrisch leitfähige Lage haben. Wenn die Enden
der leitfähigen
Lage in Kontakt mit den Zellenpolen gepresst werden, erreicht die
leitfähige
Lage eine Gleichgewichtstemperatur, die eine Funktion der Zellenspannung
ist. Wenn die leitfähige
Lage heiß genug
wird, ruft sie eine Änderung
des Aussehens der thermochromen Lage des Testers hervor, wodurch
der Betrachter eine sichtbare Anzeige dafür erhält, ob die Zelle stark oder
schwach ist. Ein Label/Tester-Verbund unter Einsatz eines Testers
vom thermochromen Typ zur Anbringung an dem Zellengehäuse wurde
in den US-P-5 612 151 und 5 614 333 beschrieben.
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Damit
der Tester aktiviert wird, müssen
die Enden der leitfähigen
Lage entweder beide manuell in Kontakt mit den Zellenpolen gepresst
werden oder das eine Ende der leitfähigen Lage kann permanent mit
dem einen der Zellenpole verbunden sein und das andere in Kontakt
mit dem anderen der Zellenpole gepresst werden. Wenn der Label/Tester-Verbund bei
konventionellen Alkalizellen angewendet werden soll, muss das eine
Ende der leitfähigen
Lage entweder permanent elektrisch mit der Pol-Verschlusskappe verbunden
sein oder es ansonsten ermöglichen, dass
er manuell in einen elektrischen Kontakt mit der Verschlusskappe
gedrückt
wird. In der US-P-5 614 333 wird eine Ausführungsform des Label/Testers gezeigt,
worin ein Ende der leitfähigen
Lage manuell in Kontakt mit der Pol-Verschlusskappe gedrückt werden
soll. Das leitfähige
Ende wird von der Pol-Verschlusskappe durch eine elektrisch isolierende
Schicht separiert, die über Öffnungen
verfügt,
die durch sie hindurch gehen. Um den Tester zu aktivieren, wird
das leitfähige
Ende von Hand durch die Öffnungen
gedrückt,
um den Kontakt der Pol-Verschlusskappe herzustellen, indem ein Druck
mit dem Finger auf den Label-Abschnitt darüber aufgebracht wird. Als ein
separates Stück
kann ein Ring zwischen dem peripheren Rand der Pol-Verschlusskappe
und dem Gehäuse
der Zelle eingesetzt werden, um einen Kontaktbereich für die leitfähige Lage
oder die Zuführungen
bereitzustellen, die von ihr entsprechend der Beschreibung in der
US-P-5 491 038 hervorstehen. Der Nachteil besteht darin, dass der
Ring als ein separates Stück
eingesetzt wird. Alternativ lässt
sich das eine Ende der leitfähigen
Lage des Testers dauerhaft an der Pol-Verschlusskappe der Zelle unter Verwendung
eines leitfähigen
Klebmittels entsprechend der Beschreibung in der US-P-5 543 246
befestigen.
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Die
EP-A-0 495 636, 0 523 901, die WO 96/06462 und 91/09429 offenbaren
insgesamt Batterien mit einer Pol-Verschlusskappe, die über einen Abschnitt
auf ihrer flachen Oberfläche
und etwa im rechten Winkel zu der Längsachse der Zelle verfügt.
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Dementsprechend
ist es wünschenswert, eine
Pol-Verschlusskappe mit einem Abschnitt oder einer damit integrierten
Oberfläche
und von einer solchen Konstruktion zu haben, die einen guten elektrischen
Kontakt mit dem leitfähigen
Abschnitt eines Label/Tester-Verbundes unabhängig davon bereitstellt, ob
ein dauerhafter Kontakt oder ein Kontakt von Hand angestrebt wird.
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Ebenfalls
ist es wünschenswert, über eine Verschlusskappenanordnung
zu verfügen,
die einen dichten Verschluss für
die Zelle selbst dann gewährt, wenn
die Zelle extremen Bedingungen sowohl in einem heißen als
auch kalten Klima ausgesetzt ist.
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Die
Erfindung richtet sich auf eine elektrochemische Zelle, wie beispielsweise
eine Alkalizelle, die eine Verschlusskappenanordnung aufweist, die
in das offene Ende eines zylindrischen Gehäuses für die Zelle eingesetzt ist.
Die Verschlusskappenanordnung weist eine exponierte Pol-Verschlusskappe
auf, eine elektrisch isolierende Dichtung und ein Metall-Halteplättchen zwischen
der isolierenden Dichtung und der Verschlusskappe. Die erfindungsgemäße Pol-Verschlusskappe
verfügt über einen
in ihrer Oberfläche
integrierten Abschnitt, der flach und so beschaffen ist, dass der
Kontakt zwischen der Verschlusskappe und einem leitfähigen Abschnitt
eines Ladungstesters für
die Zelle verbessert wird, der in das Zellenlabel unter Erzeugung
eines Label/Tester-Verbundes integriert wird. Der Tester ist bevorzugt
ein thermochromer Tester, kann jedoch ein elektrochemischer Tester,
coulometrischer Tester oder anderer Tester sein, wie beispielsweise
ein elektrochromer Tester oder elektrophoretischer Tester mit einer
leitfähigen
Lage darin oder Zuführungen,
die von der leitfähigen
Lage ausgehen und die entweder dauerhaft oder von Hand in den elektrischen
Kontakt mit der Pol-Verschlusskappe gedrückt werden müssen. Die
Verschlusskappenanordnung als ganzes ist so konstruiert, dass die
Dichtung an der offenen Seite des Gehäuses für die Zelle verbessert wird,
indem man größere radiale
Druckkräfte
möglich
macht, die darauf aufgebracht werden, wenn das Zellengehäuse radial
um die Zellenanordnung gequetscht wird.
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Die
Pol-Verschlusskappe hat eine spiralig gewickelte Oberfläche, von
der ein Abschnitt durchaus einen nach oben vom zentralen Abschnitt
der Verschlusskappe verlaufenden Arm aufweist, wenn die Zelle in
vertikaler Position mit der Verschlusskappe nach oben betrachtet
wird, und einen anderen Oberflächenabschnitt,
der die Form einer flachen kreisrunden Abstufung annimmt, die zwischen
dem nach oben sich erstreckenden Oberflächenarm und dem peripheren
Rand der Pol-Verschlusskappe angeordnet ist. Die flache kreisrunde
Abstufung liegt bevorzugt etwa im rechten Winkel zu der Längsachse der
Zelle und ist auf Wunsch in etwa der gleichen Höhe wie die Abstufung des Zellengehäuses am Ende
der Zelle anzuordnen, die die Pol-Verschlusskappe aufweist. Der
Abschnitt der flachen kreisrunden Abstufung der auf diese Weise
angeordneten Verschlusskappenoberfläche liefert für den elektrisch leitfähigen Abschnitt
des Testers eine bessere Kontaktauflage.
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Gemäß der Erfindung
wird eine elektrochemische Zelle gewährt, die ein offenseitiges
zylindrisches Gehäuse
hat und eine darin eingesetzte Verschlusskappenanordnung, die das
Gehäuse
verschließt,
wobei die Zelle über
einen positiven und einen negativen Pol und ein Label um das Zellengehäuse herum
verfügt
und das Label einen darin integrierten Ladungstester aufweist, wobei
die Verschlusskappenanordnung eine Pol-Verschlusskappe und ein elektrisch
isolierendes Dichtungsteil aufweist, wobei das Dichtungsteil einen
langgestreckten, elektrisch leitfähigen, hindurchgehenden Stromkollektor
hat, wobei sich der Stromkollektor im elektrischen Kontakt mit der
Verschlusskappe befindet und das Dichtungsteil die Verschlusskappe
gegenüber dem
Gehäuse
elektrisch isoliert, und wobei der Rand des Gehäuses über den Umfangsrand der Verschlusskappe
unter Bildung einer Zellenabstufung entlang der Linie der ausgeführten Sicke
gequetscht ist; wobei die Verschlusskappe einen Abschnitt ihrer Oberfläche aufweist,
der flach ist und etwa im rechten Winkel zur Längsachse der Zelle steht und
etwa in der gleichen Höhe
wie die Zellenabstufung, wobei die flache Oberfläche einen elektrischen Kontaktbereich für eine elektrisch
leitfähige
Schicht des Ladungstesters für
die Zelle bereitstellt; worin mindestens ein Abschnitt des Testers
auf der Innenseite des Labels angebracht ist; worin der flache Abschnitt
der Pol-Verschlusskappe eine kreisrunde Abstufung bildet; worin die
Pol-Verschlusskappe
einen vertieften Mittelbereich aufweist sowie eine nach oben aufgewölbte ringförmige Oberfläche, die
sich vom Rand des Mittelbereichs in einen Winkel zwischen 1 und
20 Grad zur Horizontalen erstreckt, der mit der Zelle in vertikaler
Position zu der Verschlusskappe an der Oberseite gemessen wird;
dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Abstufung zwischen der
nach oben aufgewölbten
Oberfläche
und dem peripheren Rand der Verschlusskappe angeordnet ist.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verstanden,
worin sind:
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1 eine
freigelegte perspektivische Ansicht der Verschlusskappenanordnung
der Erfindung;
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2 eine
perspektivische Teilansicht der Pol-Verschlusskappe der Erfindung;
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3 ein
Querschnitt einer Alkalizelle, die eine Verschlusskappenanordnung
der Erfindung enthält;
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4 ein
Querschnitt der Verschlusskappenanordnung der Erfindung.
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In 1 wird
ein bevorzugter Aufbau der Verschlusskappenanordnung 10 der
Erfindung veranschaulicht. Eine spezielle Ausführungsform der Verschlusskappenanordnung 10,
die in einer Alkalizelle 8 integriert ist, ist in 3 veranschaulicht.
Die Verschlusskappenanordnung 10 gewährt eine Abdichtung des offenen
Endes des Zellengehäuses 90 und
umfasst darin auch die exponierte Pol-Verschlusskappe 20 der
Erfindung. Die Pol-Verschlusskappe 20 fungiert als eine
der Pole der Zelle (negativer Pol bei. der Alkalizelle) und ist
so aufgebaut, dass das richtige Abdichten der Zelle verbessert wird
und ein leichtes Einschließen
eines Ladungstesters 155 daran ermöglicht. Der Ladungstester 155 ist
in das Label 180 für
die Zelle integriert, um einen Tester/Label-Verbund 158 (3)
zu bilden.
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Die
Verschlusskappenanordnung 10 der Erfindung ist am Besten
in 1 und 4 veranschaulicht und weist
eine Pol-Verschlusskappe 20 auf, ein Metall-Halteplättchen 70 und
eine elektrisch isolierende Durchführungsdichtung 100.
Die Durchführungsdichtung 100 und
das Halteplättchen 70 haben
eine Öffnung 108 bzw. 78 durch
deren entsprechende zentralen Abschnitte zur Aufnahme eines Metall-Stromkollektors 60.
Der Kopf 62 des Stromkollektors 60 befindet sich
in einem Druckkontakt mit der Pol-Verschlusskappe 20, wenn
die Anordnung 10 in die Zelle 8 integriert wird.
Vorzugsweise hat der Stromkollektorkopf 62 eine konkave
Oberfläche (4),
wobei seine Oberfläche
jedoch auch eben oder konvex sein kann. Die Form des vertieften
Mittelbereichs 21 der Verschlusskappe 20 ist so
ausgeführt,
dass sie entsprechend der Darstellung in 4 der Form
des Kopfes 62 angepasst ist. Sofern die Oberfläche des
Kopfes 62 wie in 4 konkav
ist, dann ist der Radius des vertieften Bereichs 21 möglichst
kleiner als der Radius der konkaven Oberfläche des Kopfes 62.
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Die
Durchführungsdichtung 100 hat
einen peripheren Rand 120 der am Ende 125 abschließt. Die
Pol-Verschlusskappe 20 hat einen becherförmigen Rand 25,
der in dem nach oben stehenden peripheren Schenkel 28 endet.
Die Verschlusskappenanordnung 10 wird in die Alkalizelle 8 eingebaut,
indem sie in das offene Ende des zylindrischen Gehäuses 90 eingesetzt
und das Ende 92 des Gehäuses 90 (4)
und das Ende 125 der Durchführungsdichtung 100 über dem
peripheren Schenkel 28 der Verschlusskappe 20 zusammengequetscht
wird. Beim Zusammenquetschen gewährt
der periphere Rand 120 der Durchführungsdichtung eine elektrisch
isolierende Dichtung zwischen der Pol-Verschlusskappe 20 und
dem Gehäuse 90.
Da das Gehäuse 90 den gegenüberliegenden
Pol der Zelle bildet, ist eine derartige elektrisch isolierende
Abdichtung erforderlich, um ein Kurzschließen der Zelle zu vermeiden.
Die Dichtung muss ausreichend undurchlässig sein, um zu verhüten, dass
Elektrolyt oder anderes flüssiges Material
selbst dann nicht in die Umgebung austreten, wenn die Zelle extremen
Bedingungen in heißem oder
kaltem Klima unterworfen wird. Die Pol-Verschlusskappe 20 hat
einen solchen Aufbau, dass das dichte Abschließen der Zelle verbessert wird,
ein dauerhafter Kontakt mit dem Stromkollektor 60 gewährt wird
und ein guter elektrischer Kontakt mit einem Ladungstester 155 ermöglicht wird,
der in das Label 180 integriert ist.
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Ein
Ladungstester für
eine Zelle lässt
sich derart in das Zellenlabel 180 integrieren, dass er
zwischen dem Label und dem Gehäuse 90 eingekeilt
ist. Der Ladungstester kann vorzugsweise ein Tester für vom thermochromen
Typ für
die Zelle sein, wie in den US-P-5 612 151 oder 5 614 333 beschrieben
wurde. Ein solcher Tester ist schematisch als Tester 155 (4)
gezeigt und in das Label 180 integriert, das spiralig um
die Zelle gewickelt ist. Ein solcher Tester hat eine elektrisch
leitfähige
Lage, die schematisch als leitfähige
Lage 158 (4) gezeigt ist. Es gibt eine
elektrisch isolierende Lage (nicht gezeigt) zwischen der leitfähigen Lage 158 und
dem Gehäuse 90.
Ein detaillierter Aufbau für
den Tester 155 ist in den zwei genannten Patentschriften
beschrieben worden. Wenn die Enden der leitfähigen Lage 158 oder
der aus ihr heraustretenden Leitungen in Kontakt mit den Zellenpolen
gedrückt
werden, wird durch die leitfähige
Lage Wärme
erzeugt. (Der nachfolgend und in den Patentansprüchen verwendete Begriff "leitfähige Lage" soll eine elektrisch
leitfähige
Beschichtung oder leitfähigen
Film sowie eine elektrisch leitfähige
Beschichtung oder leitfähigen
Film einschließen,
die über
daraus hervorstehende elektrische Zuleitungen verfügen). Die
Gleichgewichtsoberflächentemperatur
an jeder Stelle entlang der leitfähigen Lage ist eine Funktion
der Heizleistung (pro Flächeneinheit
der leitfähigen
Lage verbrauchte Leistung). Diese ist wiederum eine Funktion der
Zellenspannung zum Zeitpunkt des Testens. Wenn die Zellenspannung
ausreichend hoch ist, wird die leitfähige Lage eine ausreichend
hohe Gleichgewichtstemperatur erreichen, um eine Farbänderung
oder eine Änderung
des Aussehens oder der darüberliegenden thermochromen
Schicht zu bewirken. Dieses gibt dem Betrachter einen visuellen
Eindruck, der es ihm möglich
macht, zu entscheiden, ob die Zelle schwach oder stark ist. In einem
solchen Tester kann das eine Ende der leitfähigen Beschichtung im dauerhaften elektrischen
Kontakt mit dem negativen Pol 20 der Alkalizelle 8 stehen.
Andererseits kann das eine Ende der leitfähigen Lage dicht an dem Pol 20 liegen,
ohne jedoch den Pol wirklich zu berühren, bis ein Fingerdruck auf
den Abschnitt des Labels 180 aufgebracht wird, der über diesem
Ende der leitfähigen
Lage liegt. Wenn der Tester 155 in ein Label 180,
das auf einer konventionellen Alkalizelle 8 aufgebracht
ist, integriert ist, ist die Kontaktfläche 23 (4)
für die
leitfähige
Lage 158 an dem negativen Pol der Zelle vorzugsweise in
jedem Fall flach. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung lassen
sich auch andere Ladungstester, die in das Zellen-Label integriert
sind, so lange verwenden, wie sie über eine elektrisch leitfähige Lage
verfügen,
die elektrisch mit dem Pol 20 verbunden sein muss. Beispielsweise
kann der Tester ein elektrochemischer Tester sein, wie er in der US-P-5
339 024 offenbart wurde, oder ein in der US-P-5 627 472 offenbarter
coulometrischer Tester.
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Das
Label 180 mit dem darunterliegenden Tester 155,
d. h. dem Label/Tester-Verbund 185, wird bevorzugt auf
die Zelle aufgebracht, indem das Label um das Zellengehäuse 90 gelegt
wird und das Label 180 über
den Zellenschultern 29 durch Wärmeschrumpfen aufgebracht wird.
Es ist festgestellt worden, dass, wenn die Kontaktfläche 23 auf
der Pol-Verschlusskappe 20 flach ist, zum Kontaktieren der
leitfähigen
Lage 158 mehr nutzbare Oberfläche auf dem Pol verfügbar ist
und der Kontakt leichter und sicherer ausgeführt wird. Dieses führt zu einem wirksameren
und zuverlässigeren
Kontakt zwischen der leitfähigen
Lage 158 und dem Verschlusskappenpol 20, wenn
der Tester so bemessen ist, dass er durch Anwendung von Fingerdruck
auf den Bereich 160 des Labels über dem Ende der leitfähigen Lage manuell
aktiviert wird oder wenn das Ende der leitfähigen Lage im anderen Fall
dauerhaft an den Verschlusskappenpol 20 an der Kontaktfläche 23 angeschweißt wird.
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Die
Pol-Verschlusskappe 20 ist ein Plättchen einer einstückigen Metallkonstruktion.
Die Plättchenoberfläche ist
zusammenhängend
und jedoch spiralig gewickelt. Die Wicklungen der Verschlusskappe 20,
wie sie hierin beschrieben wird, können auf eine Zelle jeder beliebigen
Größe bevorzugt
jedoch auf Zellen der Größe C und
D aufgebracht werden. Die Plättchenoberfläche ist
nach Möglichkeit
in der am Besten in 2 und 4 gezeigten
Form gewickelt. Die Pol- Verschlusskappe 20 ist
ein Plättchen, das
nach Möglichkeit
einen vertieften Mittelbereich hat, der wie ein Krater 21 aussieht.
Betrachtet man die Zelle in vertikaler Position mit der Verschlusskappe 20 nach
oben, so erstreckt sich die Oberfläche der Verschlusskappe 20 nach
oben von dem Rand des Kraters 21 (2 und 4),
um einen kreisringförmigen,
nach oben stehenden Oberflächenabgriff 32 zu
bilden. Der Oberflächenabgriff 32 erstreckt
sich nach oben in einem Winkel nach Möglichkeit zwischen etwa 1 und
20 Grad zur Horizontalen. Bei Zellen der Größe D erstreckt sich der Oberflächenabgriff 32 nach
Möglichkeit
nach oben in einem Winkel von etwa 4 Grad und bei Zellen der Größe C erstreckt sich
der Oberflächenabgriff 32 nach
oben in einem Winkel von etwa 10 Grad zur Horizontalen. Der nach oben
stehende Oberflächenabgriff 32 trägt dazu
bei, dass die Verschlusskappe 20 eine gewünschte,
nach unten gerichtete vertikale Kraft ausübt, wenn das Ende 92 des
Gehäuses 90 bei
dem nachstehend beschriebenen Schritt des ersten Falzens über den
peripheren Rand 120 der Verschlusskappe 20 gefalzt wird.
Der Oberflächenabgriff 32 erstreckt
sich nach oben bis zu einer Stelle 33 (4)
ungefähr
in der Mitte zwischen der Mitte und dem peripheren Rand der Verschlusskappe 20.
An der Stelle 33 ist die Oberfläche abrupt aufwärts gewickelt,
um einen erhabenen, peripheren Versteifungssteg zu bilden (2 und 4).
Die Umfangsfläche 35 des
Versteifungssteges 34 läuft
abrupt schräg
nach unten und sodann horizontal, um die horizontale kreisrunde Abstufung 23 (2 und 4)
zu bilden, die als eine Kontaktauflage für die leitfähige Lage 158 des Ladungstesters 155 fungiert.
Die Höhe
der Umfangsfläche 35 beträgt etwa
0,5 mm bei Zellen der Größe C und
D. Die Breite der kreisrunden Abstufung 23 liegt bevorzugt
zwischen etwa 2 und 3 mm bei Zellen der Größe C und D. Die kreisrunde
Abstufung 23 endet in einer abrupt nach unten geneigten
Fläche 24, die
sich unter Erzeugung einer Schale 25 (4)
am peripheren Ende der Verschlusskappe nach oben wölbt. Die
Schale 25 ist durch die Wände 24 und 120 begrenzt.
Die Wand 120 bildet den peripheren Rand der Verschlusskappe 20.
Der Versteifungssteg 34 ist angehoben, um die höchste Oberfläche auf
der Verschlusskappe entsprechend der Darstellung in den 2 und 4 zu
bilden. Die Oberfläche
des Versteifungssteges 34 ist höher als die Oberfläche der horizontalen
Abstufung 23 (4). Dieses dient zum Schutz
des Abschnittes des Testers 155 und des Labels 180 im
Kontakt mit der Abstufung 23 gegenüber Beschädigung, wenn die Zelle 8 beispielsweise
fallengelassen wird oder wenn eine andere Oberfläche mit der Verschlusskappe 20 in
Kontakt gelangt, da ein Kontakt in einem solchen Fall wahrscheinlich
an dem erhabenen Versteifungssteg 34 und nicht an der Abstufung 23 erfolgen
wird. Da der Versteifungssteg 34 außerdem höher ist als der Mittelbereich 21,
dient er zum Schutz des Mittelbereichs 21 und des Stromkollektors 60 im
elektrischen Kontakt mit dem Mittel bereich 21 gegenüber Beschädigung,
wenn die Zelle fallengelassen wird oder wenn eine andere Oberfläche in Kontakt
mit der Verschlusskappe 20 gelangt. Der Versteifungssteg 34 stellt
außerdem
eine visuelle Unterbrechung in der Oberfläche der Verschlusskappe 20 bereit.
Eine solche visuelle Unterbrechung dient zum Undeutlichmachen kleinerer
Abschleif- oder Abnutzungsspuren, die auf der Oberfläche der Verschlusskappe
als Ergebnis der Verarbeitung oder Handhabung bei der Herstellung
vorhanden sein können.
Die kreisförmige
Abstufung 23 liegt bevorzugt etwa im rechten Winkel zur
Längsachse 195 der Zelle 8 und
ist nach Möglichkeit
etwa in der gleichen Höhe
wie die Zellenschulter 29 angeordnet.
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Das
Halteplättchen 70 ist
so bemessen, dass es als eine radiale Feder wirkt, wenn während des Falzens
des offenen Endes des Gehäuses 90 radiale Druckkräfte darauf
aufgebracht werden, mit denen die Verschlusskappenanordnung 10 dauerhaft
in das offene Ende des Gehäuses
gedrückt
wird. Ein bevorzugter Aufbau des Halteplättchens 70 ist in
den 1 und 4 veranschaulicht. Der hierin
bevorzugte Aufbau des Halteplättchens 70 ist
außerdem
in der gemeinschaftlich zuerkannten US-P-5 532 081 detailliert beschrieben
und in den 1A und 1B dargestellt.
Das Halteplättchen 70 ist
ein metallisches Plättchen,
das eine gewickelte Oberfläche hat.
Das Plättchen
ist gekennzeichnet durch einen erhabenen kreisrunden Steg 74,
der sich von einem vertieften Mittelbereich 72 erstreckt.
Ein erster, schräg
abwärts
gerichteter ringförmiger
Oberflächenabgriff 75 erstreckt
sich von dem Rand des kreisrunden Steges 74 (4).
Das Ende des schräg
abwärts
gerichteten Abgriffes 75 wölbt sich entsprechend der Darstellung
in 4 nach oben, um einen ersten, schräg nach oben
gerichteten Abgriff 82 zu bilden, der sich wiederum an
seinem Ende unter Bildung eines zweiten schräg abwärts gerichteten Oberflächenabgriffes 85 nach
unten wölbt.
Die zweite, schräg
nach unten gerichteten Oberfläche 85 endet
in dem horizontalen peripheren Rand 87, der sich in den
peripheren Rand 120 der Durchführungsdichtung 100 während des
Falzschrittes eindrückt.
Die erste schräg
nach oben verlaufende Oberfläche 82 hat
nach Möglichkeit
einen Winkel zwischen etwa 2 und 30 Grad zur Horizontalen und bevorzugt
zwischen etwa 10 und 20 Grad zur Horizontalen. Die doppelt gewickelte
Oberfläche,
die festgelegt wird durch den erhabenen Steg 74 und die
ersten und zweiten schräg
abwärts
gerichteten Oberflächen 75 und 85 mit
der schräg
aufwärts
gerichteten Oberfläche 82 dazwischen,
ermöglicht
die Aufbringung größerer radialer
Druckkräfte
auf die Verschlusskappenanordnung 10 während des Falzschrittes. Dieses wiederum
gewährt
eine festere Dichtung, die ein Austritt von Elektrolyt oder anderen
Flüssigkeiten,
die die Zelle bilden, selbst dann verhindert, wenn die Zelle in heißem und/oder
kaltem Klima extremen Bedingungen ausgesetzt ist.
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Die
Durchführungsdichtung 100 ist
aus einem härtbaren,
wärmebeständigen und
elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial und vorzugsweise in einem
einstückigen
Aufbau gefertigt. Nach Möglichkeit
ist die Durchführungsdichtung 100 aus
einem Polyamid und bevorzugt aus Nylon erzeugt. Die Durchführungsdichtung 100 hat
eine Mittenverstärkung 105 mit
einer hindurchgehenden Öffnung
für den Stromkollektor 60.
Die Durchführungsöffnung 100 hat eine
oder mehrere dünne
Membranbereiche 115, die so bemessen sind, dass sie reißen in dem
Fall, wenn sich im Inneren der Zelle ein Gasdruck aufbaut oder dieser
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Unter diesen Umständen
wird die Membran 115 aufreißen und ein Entweichen des
Gases aus dem Inneren der Zelle ermöglichen. Die Durchführungsdichtung 100 kann
einen oder mehrere radiale Stege 110 enthalten, die von
der Membran 115 herüberragen.
Diese Stege sind dicker als die Membran 115 und dienen zum
Verstärken
der Membran. Die Durchführungsdichtung 100 kann
auch über
einen umlaufenden Ring 118 verfügen, der von seiner Unterseite
entsprechend der Darstellung in 1 herüberragt. Wenn
die Verschlusskappenanordnung 10 aufgebracht wird, um das
offene Ende einer Alkalizelle 8 (3) zu verschließen, wird
dieser Ring in das Anodenmaterial im Inneren der Zelle gedrückt und
trägt dazu
bei, die Verschlusskappenanordnung 10 zu stabilisieren.
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Die
Verschlusskappenanordnung 10 wird vorteilhaft zum Abdichten
einer elektrochemischen Zelle verwendet, die über ein zylindrisches Gehäuse mit
einem offenen Ende verfügt.
Die erfindungsgemäße Verschlusskappenanordnung 10 findet
eine besondere Nutzanwendung beim Abdichten des offenen Endes von
Alkalizellen unabhängig
von ihrer Größe insbesondere
aber von Alkalizellen mit der Größe C und
D. Die Verschlusskappenanordnung 10 findet eine besondere
Anwendung zum Abdichten von Alkalizellen der Größe C und D, die einen thermochromen
Ladungstester oder einen anderen Tester haben, der über eine
elektrisch leitfähige
Lage darin integriert in sein Label verfügt. Die Verschlusskappenanordnung
wird auf Zink/MnO2-Alkalizellen der Größe C oder
D entsprechend der Darstellung in 3 angewendet.
Die zugrunde liegende Chemie und die Funktion konventioneller Zink/MnO2-Alkalizellen sind auf dem Gebiet gut bekannt.
Die Zelle hat einen Zinkpartikel aufweisenden Anodenkern 160 und
einen Kaliumhydroxid aufweisenden Elektrolyten sowie eine Kathode 170,
die verdichtetes Mangandioxid aufweist, und einen porösen Separator 190 dazwischen,
der im typischen Fall aus einem Cellulosematerial oder Kunstseidematerial
sein kann und auf dem Gebiet gut bekannt ist. Detailliertere repräsentative
Zusammensetzungen für
Alkalizellen wurden beispielsweise in der US-P-5 401 590 beschrieben.
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Die
Verschlusskappenanordnung 10 der Erfindung wird zum Abdichten
des offenen Endes des Gehäuses 90 einer
Alkalizelle 8 angewendet, indem sie in das offene Ende
eingesetzt wird, nachdem das Anodenmaterial, das Kathodenmaterial,
der Elektrolyt und der Separator eingeführt worden sind. Die Verschlusskappenanordnung 10 wird
in einer solchen Weise eingesetzt, dass der Stromkollektor 60 in das
Anodenmaterial 160 eindringt. Das offene Ende des Gehäuses wird
sodann mechanisch gefalzt, um die Verschlusskappenanordnung 10 fest
und dauerhaft an ihrem Platz zu halten. Das Falzen kann vorteilhaft
in zwei Schritten erfolgen. In dem ersten Falzschritt wird der obere
Rand 92 des Gehäuses 90 zusammen
mit der Oberkante 125 der Durchführungsdichtung 100 mechanisch über den
peripheren Rand 120 der Pol-Verschlusskappe 20 gefalzt.
In diesem Schritt werden die Vorsprünge oder Schnapper 132 (1)
zusammen mit der Innenseite des peripheren Randes 120 der
Durchführungsdichtung 100 über den
peripheren Steg 28 der Verschlusskappe 20 gefaltet
und arretieren die Verschlusskappenanordnung 10 damit in
Längsrichtung
in ihrer Position und gewähren
eine elektrische Isolation zwischen dem Gehäuse 90 und der Verschlusskappe 20.
Bei diesem ersten Falzschritt bewirkt der vorstehend beschriebene
Aufbau der Verschlusskappe 20, dass die Verschlusskappe
vertikal nach unten ausgelenkt wird (4). Im Grunde
bewirkt der erste Falzschritt eine Vorbelastung der Verschlusskappe 20 nach
unten, d. h. in Längsrichtung
zum Zelleninneren. Wenn der obere Rand 92 des Gehäuses 90 über den
peripheren Rand 120 der Durchführungsdichtung 100 gefaltet
wird, wird eine Schulter 29 entlang des Randes des Gehäuses 90 entsprechend
der Darstellung in 4 erzeugt. Die kreisförmige Abstufung
in der Oberfläche
der Verschlusskappe 20 ist so angeordnet, dass, nachdem
der obere Rand 92 des Gehäuses 90 über den
peripheren Rand 120 der Durchführungsdichtung 100 gefaltet
ist, diese kreisrunde Abstufung 23 auf der gleichen Höhe wie die
Schulter 29 ist. In einem zweiten Schritt (radiales Falzen)
werden Radialkräfte
radial nach innen entlang der Außenseite des Gehäuses 90 im
Bereich der Verschlusskappenanordnung 10 aufgebracht. Bei
diesem zweiten Schritt (radiales Falzen) werden das Gehäuse 90 und das
Halteplättchen 70 radial
nach innen zusammengedrückt
und bewirken, dass sich sowohl der Rand 87 des Halteplättchens 70 als
auch das Ende 27 des peripheren Steges 28 in den
peripheren Rand 120 der Durchführungsdichtung 100 eindrücken. Außerdem bewirkt
der vorstehend beschriebene Aufbau des Halteplättchens 70, dass sich
das Halteplättchen 70 während des
zweiten Falzschrittes vertikal nach oben auslenkt, wenn radiale
Kräfte
nach innen aufgebracht werden. Die abwärts gerichtete vertikale Auslenkung
der Verschlusskappe 20 während des ersten Schrittes
des Falzens bewirkt zusammen mit der vertikalen Auslenkung des Halteplättchens 70 nach oben
während
des zweiten Falzschrittes einen ausreichenden Kontaktdruck zwischen
dem Kopf 62 des Stromkollektors 60 und der Verschlusskappe 20 im Kontaktbereich 21.
Der resultierende hohe Kontaktdruck zwischen dem Stromkollektorkopf 62 und
der Verschlusskappe 20 gewährleistet, dass der Stromkollektor 60 im
dauerhaften elektrischen Kontakt mit der Verschlusskappe 20 selbst
dann bleibt, wenn die Zelle extremen Schwankungen unter heißen und
kalten klimatischen Bedingungen ausgesetzt ist.
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Obgleich
es eine große
Vielzahl geeigneter Materialien für die Komponenten der Verschlusskappenanordnung 10 geben
mag, sind bevorzugte Materialien die Folgenden: die Verschlusskappe 20 besteht
vorzugsweise aus nickelplattiertem, kohlenstoffarmem Stahl mit einer
Dicke von etwa 0,25 mm. Das Halteplättchen 70 besteht
bevorzugt aus kohlenstoffarmem, kaltgewalztem Stahl. Die Durchführungsdichtung 100 besteht
nach Möglichkeit
aus einem Polyamid und bevorzugt aus Nylon. Der Stromkollektor 60 kann
aus einer Vielzahl bekannter, elektrisch leitfähiger Metalle ausgewählt werden,
die sich als Materialien für
den Stromkollektor als brauchbar erwiesen haben, wie beispielsweise
Messing, zinnplattiertes Messing, Bronze, Kupfer oder indiumplattiertes
Messing.
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Obgleich
die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen
beschrieben worden ist, können
im Rahmen des Grundgedankens der Erfindung andere Ausführungsformen
möglich
sein. Es ist daher nicht vorgesehen, die Erfindung auf spezielle
Ausführungsformen
zu beschränken,
die lediglich durch die Patentansprüche festgelegt ist.