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Aus mehreren Einzelzellen bestehende aufladbare elektrische Stromquelle
Bei aufladbaren elektrischen Stromquellen, wie solche z. B. von Bleiakkumulatoren
und alkalischen Sammlern gebildet sind, müssen zur Erzielung entsprechender Spannungswerte
mehrere einzelne Zellen zu einer Stromquelle durch elektrische Hintereinanderschaltung
zusammengefaßt werden. Je nach der Art der aufladbaren Stromquelle entspricht eine
solche Sammlerzelle einem Spannungswert von etwa i,o bis a,5 Volt. Zur Erzielung
eines raum- und gewichtsgünstigen Aufbaues der aufladbaren elektrischen Stromquellen
hat man zur Zusammenfassung mehrerer Zellen zu einer Stromquelle verschiedene Lösungen
vorgeschlagen. Es ist bekannt, ein Sammlergefäß durch eingezogene Trennwände in
einzelne Zellengefäße zu unterteilen und in jedem solchen Zellengefäß der gewünschten
elektrischen Kapazität der Zelle bzw. des 'Sammlers entsprechende Elektroden anzuordnen.
Die Elektroden bilden dabei mit Zwischenraum oder unter Freilassung von Zirkulationskanälen
aneinandergeschichtete Platten, oder sie sind-in Rahmen aus Alkali- bzw. säurebeständiger
plastischer Kunstmasse eingesetzt, und es werden sämtliche derartigen Rahmen dicht
aneinandergepreßt, so daß sie in ihrer Gesamtheit zusammen mit zwei Stirnwänden
das allseits geschlossene Sammlergefäß bilden. Auch bei diesem Aufbau eines Sammlers
ist der für die Anordnung der Elektroden -im Sammlergefäß vorgesehene Raum nur ungünstig
ausgenutzt.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei der Verwendung
von dünnen, insbesondere extrem dünnen Trägerunterlagen für die aktiven Schichten
der Elektroden, wie sie z. B. bei blattoderfoliendünnen Sintergerüstelektrodenvorhanden
sind,
bei Anordnung einer geeigneten isolierenden Zwischenlage zwischen Elektroden unterschiedlicher
Polarität die Sammler aus Elektrodenwickeln oder Elektrodenpaketen aufgebaut werden
können, bei denen die folienartigen Elektroden, z. B. Sintergerüstelektroden, lügendicht
gewickelt oder geschichtet sind. Bei solchen Folienelektroden ist nach neuesten
Herstellungsverfahren erreichbar, daß die Elektrodenoberfiäche weitgehend mit Kapillarkanälen
durchsetzt ist, was den Vorteil hat, däß insbesondere im Zusammenwirken rxiit einer
gut saugfähigen Isolierzwischenlage zwischen benachbarten Elektroden selbst auch
dann der Elektrolyt auf der ganzen Elektrodenoberfläche zur Wirkung kommt, wenn
die Elektroden lügendicht geschichtet oder gewickelt sind. Daraus ergibt sich der
besondere Vorteil für den räumsparenden Aufbau einer aufladbaren Stromquelle, daß
im Vergleich zu anderen Sammlern nur ein verhältnismäßig geringes Quantum Elektrolytflüssigkeit
in dem Sammler bzw. Sammlerzellengefäß vorhanden sein muß, was gleichbedeutend mit
einer Verringerung des Raumbedarfs für jede einzelne Sammlerzelle ist.
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Der Vorteil der mit dem lügendichten Wickeln derElektrodengegebenenHerstellungsvereinfachung
erfährt mit der Erfindung eine weitere Verbesserung dadurch, daß die lügendicht
gewickelten oder ge= schichteten Elektroden der einen Zelle unter Zwischenschaltung
einer Trennwand für den Elektrolyten den Wickelkern für das lügendichte Wickeln
der Elektroden der nächsten Zelle bilden. Mit dieser erfindungsgemäßen Herstellung
einer mehrzelligen aufladbaren elektrischen Stromduelle ist also erreicht, daß die
von Folien gebildeten Elektroden zellenweise nacheinander zu einem Wickel aufgewickelt
werden. Ein so aufgebauter Sammler beansprucht für die Unterbringung der Elektroden
und damit der einzelnen Sammlerzellen nur einen wenig größeren Behälterraum, als
das Volumen des zellenweise aufeinandergewickelten Elektroden-Paketes ausmacht.
Besonders geeignet sind solche Elektrodenwickel für die Bildung sog. halbtrockener
elektrischer Sammler, bei denen eine Tränkung der Wickel mit dem Elektrolyt für
den Betrieb des Sammlers ausreicht.
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Die erf ndungsgernäß angeordneten Trennwände zwischen den Wickelschichten
benachbarter Zellen wird man vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. Polystyrol, herstellen,
damit eine wirkungsvolle Trenirung des Elektrolytweges zwischen den einzelnen Zellen
gegeben ist.- Die Trennwände stehen an beiden Stirnseiten des Wickels gegenüber
den Elektroden vor. An der Bodenseite des Wickels wird man, z. B. durch Planschleifen,
die vorstehenden Trennwände egalisieren, damit beim Aufsetzen des Bodens mit Sicherheit
ein sauberes Anschließen und Abdichten zwischen diesen Trennwänden und der Bodenplatte
erzielt ist. Dabei wird man z. B. durch Vergießen, Verschweißen, Verspritzenod.
dgl. eine absolut fl#,ssigkeitsdichteVerbindung zwischen den Trennwänden und der
Bodenplatte herstellen. Es kann auch der Boden bei der Herstellung der Umhüllung
des Elektrodeni-ickels finit erzeugt werden, iiideni der "robereitete Wickel in
eine Preß- oder Spritzform eingesetzt wird und in einem .=lrbeitsvörgang der.Wickel
sein Außengehäuse erhält; das durch die beim Herstellen des Wickels mit angeordneten
Trennsände in einzelne Zellenräume unterteilt ist.
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In gleicher Weise, wie die Verbindung zwischen den Zellentrennwänden
und der Bodenplatte des Gehäuses erfolgt, kann auch der Abschluß der einzelnen Zellenräume
durch die Deckelplatte des Gehäuses vorgenommen werden. In diesem Fall bilden die
an der Deckelseite gegenüber den Elektroden vorstehenden Trennwände auch mit der
,Deckelplatte des Gehäuses eine dichte Verbindung, und es sind dadurch die Elektrodenschichten
des Wickels zellenweise unterteilt gegeneinander abgetrennt in dem Gehäuse der aufladbaren
Stromquelle untergebracht. Dabei ist es erforderlich, für jeden einzelnen Zellenraum
des Gehäuses eineFüllöffnung für den Elektrolyten vorzusehen, die in bekannter Weise
gleichzeitig eine- Entgasungsöffiiüng sein kann.
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Die Elektroden benachbarter Zellen wird man elektrisch hintereinanderschalten,was
in einfacher Weise erfolgen kann, wenn die Trennwand zwischen zwei benachbarten
Zellen ganz oder teilweise aus Leitermaterial besteht und die Anode des einen Wickels
mit der Kathode des anderen Wickels leitend über die Trennwand verbünden ist.
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In vielen Fällen der Benutzung von elektrischen Sammlern ist die Gefahr
eines Kippers od. dgl. für den Sammlerbehälter nicht gegeben. Für solche Verwendungszwecke
und insbesondere für trockene oder halbtrockene aufladbare Stromquellen wird man
die gegenüber den Elektroden vorstehenden :Trennwände zwischen den einzelnen Zellen
lediglich an der Bodenseite dicht abschließend mit dem Gehäuse verbinden. An der
Deckelseite sind die. Trennsände nicht bis ah den Deckel herangeführt, so daß an
dieser Seite das Gehäuse einen alle in dasselbe eingesetzte Zellen untereinander
verbindenden, über dem Elektrodenwickel liegenden Raum bildet. Dadurch ist es möglich,
für das Auffüllen des Sammlers mit Elektrolytflüssigkeit und zur Sicherung gegen
nachteilige Gasansammlung in dem Sammlerbehälter mit einer gemeinsamen Füll-und
Entgasungsöffnung für alle in das Gehäuse eingesetzte Zellen auszukommen. Es können
auch die mit dem Deckel verbundenen Trennwände in dein über den Elektroden liegenden.
Raum mit Verbindungsöffnungen für die Bildung eines gemeinsamen Füllraumes versehen
sein. Die gemeinsame Füllöffnung wird inan bei @ übereinandergewickelten Zellen
dem inneren Wickel zuordnen und die Trennwände der: sich nach außen anschließenden
Zellen in ihrer Höhe abnehmend staffeln. Dadurch ist eine Elektrolytbrücke auch
bei nur einer Füllöffnung für mehrere Zellen vermieden, wenn beim Auffüllen beachtet
wird, daß die Zelle mit der niedrigstenTrennvand, also die am weitesten außen liegende
Zelle, nicht ganz bis zur Höhe dieser niedrigsten Trennwand gefüllt ist. Beim Füllen
läuft die Elektrolytflüssigkeit über die zugehörige höchste
Trennwand
der inneren Zelle in die nächste Zelle, von da aus beim Cberlaufen wieder in die
nächste Zelle usf., bis alle Zellen gerade mit dem durch die Trennwandhöhe bestimmten
Elektrolytstand gefüllt sind. In entsprechender Weise wird man auch die Trennwände
bei dem Einbau von mehrzelligen Elektrodenpaketen in ein Gehäuse mit einer Füllöffnung
gestaffelt anordnen, damit eine betriebsmäßige Verbindung der Elektrolytflüssigkeit
zwischen den Zellen eines Gehäuses nicht besteht.
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Durch den flüssigkeitsdichten gegenseitigen Abschluß der trockenen
oder halbtrockenen Sammlerzellen an der Bodenseite des Behälters ist erreicht, daß
auch beim Absetzen geringer Mengen von Elektrolyt, «-as bei längerem Gebrauch oder
beim Lagern der Sammler erfolgen kann, die Gebrauchsgüte der aufladbaren Stromquelle
durch die erfindungsgemäße Herstellung in keiner `'eise ungünstig beeinflußt wird.
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In gleich vorteilhafter Weise wie bei aufladbaren Stromquellen mit
gewickelten Elektroden kann die Erfindung auch bei lagendicht geschichteten Elektrodenpaketen
Anwendung finden. Auch in diesem Fall wird man zwischen benachbarten Zellen einer
aufladbaren Stromquelle beim Schichten der hagendicht ü-bereinanderliegendenFolienelektroden
Trennwände einlegen, die durch ihre Verbindung mit dem Sammlergehäuse voneinander
getrennte Elektrolyträume bilden.
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Finden Sainmler-ehäuse Verwendung, in die das gewickelte oder -eschichtete
I?lelztrodenpaket mit seinen Trennwänden zur Unterteilung der einzelnen Sammlerzellen
eingesetzt wird, und besteht das Gehäuse aus einem nicht ohne weiteres mit den Trennwänden
sich verbindenden Material, z. B. Preßstoff, so wird man die innere Bodenfläche
des Gehäuses mit einer Verbindungsmasse überziehen, die z. h. durch Erwärmen sich
laugendieht mit den Trennwänden des Wickels oder Elektrodenpaketes verbindet.
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Im Sinn der Erfindung soll es gleichgültig sein, ob der Elektrodenwickel
runden, rechteckigen, ovalen oder anderen für den Aufbau der aufladbaren Stromquelle
geeigneten Querschnitt besitzt. Auch soll es gleichgültig sein, ob die Trennwände
der Wickel an in sich geschlossenen vorgeformten l#,'olirstüclcen gebildet sind
oder ob sie beim Herstellen des Wickels als Flächenstücke nach jedem _lutwickeln
der Elektroden einer Zelle einschichtig oder mehrschichtig um den `Wickel herumgelegt
und schichtendicht miteinander durch Kleben od. d-1. verbunden werden.
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1:, kUnnen auch als Trennwände vorgeformte Rohrstücke od. d:,1. verwendet
werden, die an ihren Stirnseiten zur lrzieluirg einer guten dichten Verhindung mit
der Boden- oder Deckelplatte des Sammlergehäuses einen die Wandstärke vergrößernden
Rand besitzen. Solche besonders vorbereiteten "I'reiinwandzwischenlageri wird man
bevorzugt bei dein erfindtuigsgemäßen Aufbau von lagendicht -eschichteten Elektrodenpaketen
benutzen, bei denen die Trennwände zur Bildung von einzelnen Zellenräumen dicht
mit der Bodenplatte und den Seitenwänden des Sammlerbehälters verbunden sein müssen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
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Fig. i zeigt eine von den Wickeln 1, 2 und 3 gebildete aufladbare
elektrische Stromquelle. Der Wickel i mit dem Kernhohlraum q. ist durch die Trennwand
5 flüssigkeitsdicht gegenüber dem Wickele, für den er den Wickelkern bildet, abgeschlossen.
In gleicher Weise ist der Wickel durch die Trennwand 6 gegenüber dem Wickel 3 abgeschlossen.
Die Trennwände 5 und 6 werden beim Wickeln der Elektroden, z. B. durch mehrlagiges
Übereinanderwickeln eines geeigneten Materials und flüssigkeitsdichtes Verkleben
der Lagen miteinander, mit hergestellt. Das Gehäuse ist von dem Außenmantel 7, der
Bodenplatte 8 und der Deckelplatte 9 gebildet. Die Trennwände 5 und 6 stehen an
den Stirnseiten gegenüber den ElektrodenwiCkeln 1, 2 und 3 vor, und sie greifen
in die z. B. aufgespritzten Plätten 8 und 9 zur guten, dichten Verbindung ein. Die
Kontaktverbindung zwischen der Anode und Kathode der benachbarten Wickel i, 2 und
2, 3 ist von den die Trennwände 5 und 6 durchsetzenden Nieten io gebildet. ii ist
eine Hülsenkappe als Mittelkontakt der Stromquelle und 12 der Kontaktbügel für den
Anschluß des anderen Poles dieser Stromquelle. Die Deckelplatte 9 ist mit den Füll-
und Entgasungsöffnungen 13 versehen, die in bekannter Weise ventilartig verschlossen
sind. Für jeden Wickel 1, 2 und 3 ist eine solche öffnung 13 vorhanden. Durch den
_11r s s tand des Deckels 9 und des Bodens 8 von den Elektrodenwickeln 1. 2 und
3 sind für jeden Wickel Elektrolyträume gebildet, und es ist, unter Ausnutzung der
Dochtwirkung der lagendicht gewickelten Folienelektroden mit ihren Isolierrzwischenlagen
großer Saugfähigkeit, die Gewähr gegeben, daß die Elektrodenobei-flächen in ihrer
Gesamtheit genügend mit Elektrolyttlüssigkeit benetzt sind. Der Kernhohlraum 4 ist
über den Schlitz 1q. in der Hülsenkappe i i an den über dem Wickel i liegenden Elektrolvtraum
angeschlossen. 15 bildet eine Unterlage für das Vergießen oder Spritzen der Bodenplatte
8 und Deckelplatte 9.
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Den erfindungsgemäßen Aufbau einer aufladbaren elektrischen Stromquelle,
die au., mehreren Zellen mit Elektrodenpaketen besteht, zeigt Fig. 2. Jedes Elektrodenpaket
16, 17, 18 und i9 bildet die Zelle eines alkalischen Sammlers. Die Elektroden jeder
Zelle sind zusammen mit den Isoliereinlagen zwischen benachbarten Elektroden unterschiedlicher
Polarität lagendicht geschichtet. Beim Schichten werden zum Abteilen der einzelnen
Zellen die Trennwände 20, ? 1 und 22 mit eingelegt. Diese Trennwände 2o, 21 und
2:2 stehen seitlich und unten ein geringes Stück gegenüber den Elektrodenpaketen
16, 17, 18 und i9 vor, damit sie beim Umder zu einer aufladbaren Stromquelle zusammengefaßten
Elektrodenpakete 16, 17, 18 und i9 eine flüssigkeitsdichte Verbindung mit dem Gehäuse
23 eingehen. Oben bildet das Gehäuse 23 einen über den Elektroden liegenden freien
Kaum,
der =durch den Deckel z4. abgeschlossen ist. Die Trennwände
2o, 21 und 22 ragen nur ein Stück in den freien Raum hinein, und sie sind in ihrer
Höhe untereinander abgestuft, derart, daß die Trennwand 2o höher als die Wand :2i,
und 21 höher als die Wand 22 ist. Dadurch, daß sich die Elektrolyteinfüllöffnung
28 im Bereich der durch die Wand 2o abgegrenzten Zelle befindet, füllt sich diese
Zelle mit Elektrolytflüssigkeit, bis -diese über die Wand 2o in die von den Wänden
2o und 21 begrenzte Zelle überläuft. Diese Zelle füllt sich ebenfalls bis zum Überlaufen
in die nächste Zelle und diese wiederum bis zum Überlaufen über die Wand 22 in die
letzte Zelle. Achtet man durch das durchsichtige Gehäuse 23, darauf, daß sich diese
letzte Zelle nicht bis auf die Höhe der Trennwand 22 füllt; so ist durch die Staffelung
der Trennwandhöhen erreicht, daß trotz der Benutzung nur einer Füllöffnung keine
Elektrolytverbindung zwischen den einzelnen .Zellen in dem gemeinsamen Gehäuse 23
entsteht. In gleicher Weise kann eine iStaffelung der Trennwandhöhen auch bei einer
aufladbaren elektrischen Stromquelle nach Fig. i vorhanden sein. In diesem Fall
wird man zur Kontrolle der Elektrolytfüllung in den einzelnen Zellen die höchste
Trennwand dem inneren Wickel zuordnen und die sich nach der Gehäusewand zu anschließenden
Ringtrennwände entsprechend abstufen: Die Elektrodenpakete 16, 17, 18 und i9 sind
dicht aneinander und an die Gehäusewandungen anliegend angeordnet. Auch in diesem
Fall ist die Dochtwirkung der Elektrodenoberflächen in günstigster Weise für die
Bestimmung der Abmessungen -,des Gehäuses 23 ausgenutzt, dadurch, daß es unter Beachtung
dieser Dochtwirkung möglich ist, die Elektrodenpakete lagendicht geschichtet und
eng anliegend in das Gehäuse 23 einzusetzen. Die von Folien gebildeten Elektroden
sind in bekannter Weise mit Anschlußfahnen 25 versehen, und es sind für die elektrische
Hintereinanderschaltung der Zellen die Anoden der einen Zelle mit den Kathoden der
nächsten Zelle durch die Kontaktbolzen 26 verbunden-. 27 sind die Anschlußschrauben
der von dem Gehäuse 23 umschlossenen aufladbäien Stromquelle, die aus dicht geschichteten
Elektrodenpaketen mit der erfindungsgemäßen Unterteilung in mehrere Zellen besteht.
Es ist eine Frage der zweckmäßigsten Herstellung, ob die zu einer aufladbaren Stromquelle
zusammengefaßten Zellen mit dem Gehäuse 23 bei entsprechender Formgebung ümspritzt,
umgossen od. dgl. werden oder ob die zu einem Einbaukörper vereinigten Elektrodenpakete
mit ihren Trennwänden in ein vorbereitetes Gehäuse ein gesetzt werden. Es kommt
lediglich darauf an, daß die gegenüber den Elektrodenpaketen vorstehenden Trennwände
mit dem Gehäuseboden und den beiden Gehäuseseitenwänden eine feste, flüssigkeitsdichte
Verbindung eingehen, wobei es gleichgültig sein soll, welche Verfahren und Mittel
zur Herstellung dieser Verbindung benutzt werden.
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Für einzelne Verwendungszwecke kann es von Vorteil sein, denn Mehrzellenelektrodenwickel,
wie er als Beispiel in Fig. i gezeigt ist, eine nichtrunde Form zu geben. Sind die
einzelnen Elektrodenschichten verhältnismäßig lose gewickelt, so kann der fertige
Mehrzellenwickel vor seinem Einsetzen in ein Gehäuse oder Umspritzen mit dem Gehäuse
durch Drücken entsprechend verformt werden. Der Vorteil einer einfachen Herstellung
als kreisrunder Elektrodenwickel ist dabei günstig ausgenutzt.