NL8600471A - Verankerde aansluitklemgeleider. - Google Patents

Description

T

NO 33685 Do/JSm * i1 1

Verankerde aansluitklemgeleider.

Beschrijving.

De uitvinding heeft betrekking op een elektrochemische cel, op 5 elektroden en aansluitklemgeleiders, in het bijzonder elektrodegeleiders van het stifttype en op het verhinderen van het verplaatsen of het verwijderen daarvan uit de elektrochemische cel. De cel omvat een celhouder die door een veerkrachtig isolerend bovenvlak van de cel is gesloten en een door het bovenvlak van de cel en in een elektrode van de cel gesto-10 ken elektrodegeleider, waarbij deze elektrodegeleider fysisch en elektrisch toegankelijk is vanaf het uitwendige van de cel waardoor hij functioneert als een aansluitklem voor de elektrode en waarin een gedeelte van de elektrodegeleider door het bovenvlak van de cel wordt omsloten.

15 In elektrochemische cellen met trommelvormige opbouw zoals alka- - lische cellen wordt in het algemeen een uitwendige elektrische verbinding met de middenelektrode gerealiseerd doo'r het toepassen van een verlengd metalen deel zoals een stift die door een van kunststof isolerend bovendeel van de cel is gestoken of gedreven. De kop van de stift blijft 20 uitwendig (met betrekking tot de cel) aan het kunststof bovenvlak voor het elektrisch verbinden met een metalen kap, plaat of dergelijke door fysisch contact van de stiftkop met de metalen kap of plaat die de cel sluit met de stift daarbinnen in. De steel van de stift (inwendig aan het kunststof bovenvlak) is in de middenelektrode gestoken waardoor hij 25 werkt als een stroomverzamelaar voor de elektrode (in alkalische cellen is deze elektrode gewoonlijk de anode) en een deel van de steel van de stift, nabij de kop, wordt omsloten door het kunststof bovenvlak en is op afdichtende wijze daarmee verbonden.

Het verwijderen of zelfs het losraken of het verplaatsen van de 30 stift van het kunststof bovenvlak, in het bijzonder bij een enigszins onder druk staande cel, zou gepaard kunnen gaan met het ongewenst lekken of sproeien van de bijtende alkalische elektrolyt door de holte van de stift. In het verleden werden dergelijke voorvallen geminimaliseerd door de robuuste structuur van alkalische cellen. Dergelijke cellen werden 35 geconstrueerd met metalen behuizingen of mantels waarvan de einden waren omgebogen over de omtrek van het kunststof bovenvlak van de cel dat op zijn beurt de randen van de metalen kappen of platen die de stiftkop bedekten veilig vasthield. De omgebogen einden van de metalen behuizingen verschaften voldoende ingebouwde structurele sterkte om de kap of 40 plaat veilig in positie te houden waardoor een uitwendige beweging van 360 0 411

A

• 2 » · de stift als gevolg van binnen de cel opgebouwde gasdruk werd voorkomen. Dergelijke metalen mantels waren bovendien relatief moeilijk van de cel te verwijderen waardoor knoeien met de componenten van de cel en verwijdering van de stift sterk bemoeilijkt wordt.

5 Het uitdrijven of verplaatsen en het verwijderen van de stift is een probleem geworden doordat celfabrikanten overgingen tot het gebruik van kunststofbehuizingen of -mantels (overigens van hoge kwaliteit) om de metalen kap of plaat aan de omtrek op zijn plaats te houden. Derge-lijke kunststof mantels echter hebben niet de structurele sterkte van 10 metaal om de normaal opgesloten kap of plaat veilig in positie te houden.

Het is een doelstelling van de onderhavige uitvinding een structuur voor een metalen geleider zoals een stift te verschaffen waardoor deze geleider op vaste wijze door het bovenvlak van de cel verankerd is tegen 15 uitpersen of wegneemknoeihandelingen waardoor de veiligheid van de cel wordt vergroot.

Het is een verdere doelstelling van de onderhavige uitvinding een dergelijke metalen, geleider te verschaffen die aan het bovenvlak van de cel kan worden verankerd zelfs wanneer het bovenvlak van de cel reeds op 20 de cel is geplaatst.

De uitvinding heeft hiertoe het kenmerk, dat de cel middelen omvat om bewegen van de elektrodegeleider ten opzichte van het bovenvlak van de cel wezenlijk te beperken.

De bovenstaande doelstellingen, kenmerken en voordelen van de on-25 derhavige uitvinding zullen nu duidelijk naar voren komen uit de volgende beschrijving alsmede uit de tekeningen waarin:

Fig. la en b gedeeltelijke doorsnede-aanzichten van de bovenvlakken van cellen zijn met uitvoeringsvormen van de verankerde stiftgeleider volgens de onderhavige uitvinding; 30 Fig. 2 tot 4 verschillende uitvoeringsvormen van de stiftgeleider volgens de onderhavige uitvinding zijn; en

Fig. 5 een vergroot aanzicht van het omcirkeld gebied van de stift-geleiders van de figuren 2 tot 4 is.

In het algemeen omvat de onderhavige uitvinding een elektroche-35 mische cel met een celhouder die door een veerkrachtig isolerend bovenvlak van de cel is gesloten. Een elektrodegeleider, zoals een stift, wordt door het bovenvlak van de cel en in een elektrode van de cel gestoken waarbij de elektrodegeleider elektrisch toegankelijk blijft vanaf het uitwendige van de cel waardoor hij functioneert als een aansluitklem 40 voor de elektrode. Omdat de elektrodegeleider in het algemeen ook fy- 3090 471 ¢- lit 3 sisch uitwendig toegankelijk is (in het bijzonder wanneer de bedekkende metalen kap gemakkelijk is te verwijderen) is deze bijgevolg onderhevig aan extractie door knoeihandelingen, het losmaken of het uitdrijven door binnen de cel opgewekte gasdruk. In overeenstemming met de onderhavige 5 uitvinding zijn ia de cel middelen opgenomen om een beweging van het celbovenvlak ten opzichte van de.elektrodegeleider wezenlijk te begrenzen of te beperken waarbij de elektrodegeleider verankerd is tegen het ongewenst losraken, uitdrijven of het verwijderen daarvan vanaf het bovenvlak van de cel. Dergelijke beperkende middelen vormen bij voorkeur 10 een geheel met de geleider om de vereiste graad van verankering tussen de geleider en het bovenvlak van de cel te verschaffen ten einde het losraken van de geleider te voorkomen of te vertragen. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de geleider een stift met radiaal uitstekende steunmiddelen op de steel daarvan. De steunmid-15 delen zijn op dat gedeelte van de steel van d*e stift aangebracht dat inwendig is aan het bovenvlak van de cel en dicht aangrenzend aan het bo-dem-omtreksvlak van de wanden van de opening waar doorheen de stift is gestoken. De steunmiddelen maken het insteken van de stift mogelijk maar verhinderen extractie of uitdrijving van de stift door een vergrendelen-20 de koppeling daarvan met het bovenvlak van de cel. Een voorkeursuitvoeringsvorm voor dergelijke steunmiddelen is een longitudinaal gerichte ringvormige weerhaak of verschillende gescheiden en bij voorkeur symmetrisch gepositioneerde weerhaken die een geheel vormen met de stift om het in een richting inbrengen van de stift in het bovenvlak van de cel 25 mogelijk te maken. De weerhaak heeft een wigvormige dwarsdoorsnede (of een eenvoudige wig voor elk van de gescheiden weerhaken) met een bovenste aanslag die, wanneer volledig door en voorbij het bovenvlak van de cel ingebracht verwijdering van de stift weerstaat doordat de aanslag tegen het bodemoppervlak van de apertuurwanden aangrijpt met als resul-30 taat een vergrendelende koppeling. Door het toepassen van de in het voorgaande genoemde weerhaak kan de stift in een reeds vervaardigde cel worden ingebracht zonder de noodzaak dé stift vooraf te verankeren aan het bovenvlak van de cel voordat het bovenvlak op de cel wordt geplaatst (vooraf verankeren is natuurlijk ook mogelijk met de onderhavige uitvin-35 ding).

Het bovenvlak van de cel is veerkrachtig van aard waardoor het mogelijk is dat de van de weerhaken voorziene stift kan worden ingebracht.

Bij bovenvlakken van cellen bestaande uit een relatief zacht materiaal zoals polypropyleen is het zeer gewenst dat de weerhaak geen scherpe 40 kant heeft omdat een dergelijke kant eenvoudigweg een invoerpad zal - - y' « 4 schrapen en eveneens een uitvoerpad door het polypropyleen waardoor een eenvoudige verwijdering mogelijk wordt en de vergrendelende koppeling ongedaan wordt gemaakt. Voor dergelijke toepassingen kan het afronden van de kant van de weerhaak nodig zijn. (Bij meerdere weerhaken kan de 5 geleider worden ingebracht en gedeeltelijk worden gedraaid om een vergrendelende koppeling te bereiken op een wijze gelijk aan een bayonet-verbinding.) Het inbrengen van een stiftgeleider in het bovenvlak van een cel vereist in het algemeen eveneens dat de steel van de stift en het bovenvlak van de cel, waarmee deze in aanraking is, op af dichtende 10 wijze zijn verbonden om lekken te voorkomen. Dienovereenkomstig wordt tussen de steel van de stift en het bovenvlak van de cel op hun aanrakingspunten een afdichtingsmateriaal aangebracht. Een scherpe kant van de weerhaak zou leiden tot het verwijderen van een dergelijk afdichtingsmateriaal. Verrassenderwijs wordt de samenhang van de afdichtings-15 laag niet beïnvloed door de afgeronde kant. In hardere materialen zoals nylon komt het schrapen van een pad of het verwijderen van afdichtingsmateriaal weinig of niet voor en hoeft de kant van de weerhaak of de weerhaken, niet te worden afgerond.

De mate waarin de steunmiddelen zoals de weerhaken uitsteken hangt 20 in het algemeen af van de minimale kracht die nodig is voor het losmaken of het verwijderen van de stift. Deze minimale kracht is afhankelijk van de hardheid van het kunststof bovenvlak en de weerstand hiervan tegen trekkrachten uitgeoefend op de weerhaak en de grootte van het oppervlak-tegebied van het bovenvlak van de cel dat in contact is met de bovenste 25 aanslag van de weerhaak. Hardere materialen zoals nylon en een groter oppervlaktegebied zoals een ringvormige weerhaak vereisen een minder ver naar buiten uitsteken terwijl zachtere materialen zoals polypropyleen en gescheiden weerhaken een verder naar buiten uitsteken vereisen om dezelfde minimale extractie- of uitdrijfkracht te verschaffen. In elk 30 geval moeten de steunmiddelen, zoals een weerhaak, niet in die mate uitsteken dat het inbrengen van. de stift in het bovenvlak van de cel wordt verhinderd of wezenlijk bemoeilijkt.

Andere factoren die in aanmerking moeten worden genomen bij het bepalen van de mate waarin de weerhaak uitsteekt zijn de opbouw van de 35 stift en de opening in het kunststof bovenvlak van de cel waar doorheen de stift moet worden ingebracht. In sommige cellen omvat de stift een breed steelgedeelte nabij de kop van de stift waarbij de opening in het bovenvlak van de cel een passende vorm heeft om de af dichtende relatie tussen de stift en de wanden van de opening van het bovenvlak van de cel 40 te vergroten. De weerhaak moet dus minder dan de diameter van het breed- 8§0 3 471 *

(ί jC

5 ste gedeelte van de opening in het bovenvlak van de cel uitsteken maar meer dan waarmee het smalste gedeelte het inbrengen van een van weerhaken voorziene stift mogelijk maakt met weinig of geen invloed op de afdichtende relatie tussen de stift en het bovenvlak van de cel.

5 De kracht nodig om uit het bovenvlak van de cel een niet-verankerde stift te verwijderen is ongeveer 6,8 kg en gewenst is dat deze kracht moet worden vergroot tot ten minste ongeveer 11,4 kg. Krachttestprocedu-res verschillen echter en een algemene vuistregel is dat de kracht, bij verankering ten minste 50% groter moet zijn dan de kracht zonder veran-10 kering en bij voorkeur ten minste 100% groter is.

In aanvulling op de steunmiddelen zoals de bovenbeschreven weerhaak of weerhaken, kunnen secundaire middelen worden toegepast om de uittree-kracht nodig voor het verwijderen van de stift te vergroten of om extractie van de stift te voorkomen. De betrouwbaarheid van de afdichting 15 kan eveneens worden vergroot. Een weerhaak met een scherpe kant kan bijvoorbeeld een geheel vormen met dat deel van de stift dat in aanraking blijft met de openingswanden van het bovenvlak van de cel. In harde materialen voor het bovenvlak van de cel zoals nylon, zal een dergelijke weerhaak ertoe neigen om zich in te vreten in de wanden van de opening 20 van het bovenvlak van de cel en dus als tweede steunmiddelen werkzaam zijn, In zachtere materialen zoals polypropyleen zal de scherpe kant zoals bovenbeschreven de wanden van de opening afschrapen, waarbij geschraapt materiaal tussen de stift en de openingswanden wordt neergeslagen in het gebied tussen de weerhaak met de scherpe kant en de opgeslo-25 ten weerhaak die werkt als de verankering onder het bodemopper vlak van het bovenvlak van de cel. Dit neergeslagen polypropyleen verhoogt de afdichtende verhouding tussen de stift en de openingswand in dat gebied en vergroot de frictie daartussen waardoor de kracht nodig voor extractie van de stift wordt vergroot.

30 In een verdere uitvoeringsvorm kan de stift opzettelijk worden voorzien van een zachter deel in het stiftgedeelte dat in het bovenvlak van de cel is ingebed. In deze uitvoeringsvorm is de kracht nodig voor het breken van een dergelijk zachter deel kleiner dan die nodig voor extractie van de stift. Als gevolg hiervan zal extractie door knoeien aan 35 de stift daarin resulteren dat de kop van de stift afbreekt en het overblijvende gedeelte van de stift niet gemakkelijk uit het bovenvlak van de cel kan worden verwijderd.

Onder verwijzing naar de tekeningen, fig. la toont een celhouder 12 gesloten met een polypropyleen bovenvlak 13 van de cel. Het bovenvlak 13 40 van de cel heeft een centrale opening 13a waardoorde stiftgeleider 11 : . '· .·’ 'i * *- 6 wordt ingebracht voor een elektrische verbinding met de anode 14. De metalen kap 15 is aan de stiftkop 21 gelast en is aan de omtrek verbonden met de einden van een uitwendige kunststofmantel 16. Als gevolg hiervan is er slechts een kleine verbindingskracht om de metalen kap 15 op de 5 cel 10 te houden. De stiftgeleider 11 zou daardoor normaliter gemakkelijk te bewegen of gemakkelijk los te maken zijn. Om een dergelijke gebeurtenis te voorkomen heeft de steel 22 van de stift een ringvormige weerhaak 23 die onder het bodemoppervlak 13b van de wanden van de opening 13a is aangebracht waarbij de aanslag 25 van een dergelijke weer-10 haak zodanig met het bodemoppervlak verbonden is dat losmaak- of extrac-tiekrachten worden weerstaan. Het deel van de steel 22 van de stift ingebed in het bovenvlak 13 van de cel heeft gedeelten 11a en llb met een bredere en smallere diameter met bijbehorende configuraties van de opening 13a. De afdichting 17 is tussen het brede gedeelte 11a en de wanden 15 van de opening 13a aangebracht om lekkage daartussen te voorkomen. In samenhang daarmee is de diameter van de ringvormige weerhaak 23 iets kleiner dan de diameter van het bredere gedeelte 11a. waardoor de weerhaak 23, wanneer ingebracht in de opening 13, niet langs de wand van de opening nabij het bredere gedeelte Ha zal schrapen en niet het daarop 20 geplaatste afdichtingsmateriaal zal verwijderen. Fig. Ib toont een cel met een identieke configuratie, met uitzondering van de configuratie van het weerhaakgedeelte van de stift dat nu bestaat uit gescheiden weerhaken 23' die op een analoge wijze functioneren als de ringvormige weerhaak van fig. la. De weerhaken 23 en 23' zijn op een kleine afstand van 25 het bodemoppervlak 13b van de wanden van de opening 13a weergegeven ten einde toleranties in de afmetingen van het kunststof bovenvlak van de cel mogelijk te maken. Een dergelijke afstand moet echter worden geminimaliseerd om nadelige gedeeltelijke uitdrijving van de stift te voorkomen.

30 De stift in fig. 2 verschilt licht van de stift getoond in fig. la door de aanwezigheid van een ringvormige inkeping 24. Een dergelijke inkeping ontstaat door de vorming van de weerhaak 23 waarbij materiaal van de stift vanaf dit punt wordt verplaatst om de weerhaak te vormen. Een stift met weerhaakconfiguratiës zoals in fig. la en lb kan eenvoudig 35 worden gemaakt door de stift met de vereiste weerhaak te gieten. De stift in fig. 2 echter geeft een modificatie van een bestaande stift weer. Deze laatste configuratie met de inkeping 24 is van verder voordeel omdat deze een verlenging van het aanslaggebied 25 verschaft zonder dat de weerhaak extra naar buiten uitsteekt. Het veerkrachtige kunststof 40 bovenvlak van de cel is gedeeltelijk verlengd tot in een dergelijke in-q ,·? · ' * / y - v» V w V i 1 7 keping met als gevolg een vergroot vasthoudvermogen van de weerhaak 23. Stiften toegepast als aansluitklemgeleiders in elektrochemische cellen worden in het algemeen gevormd van gangbare draadmaterialen zoals messing, nikkel-zilver en met tin bekleed staal. Het met tin beklede staal 5 geeft de grootste moeilijkheden bij het vervaardigen van de stift van . fig. 2 als gevolg van complicaties in de bekleding. De daaraan gelaste metalen kap is echter het moeilijkste te verwijderen.

De stift in fig. 3 verschilt bovendien van de stift in fig. 2 door het toevoegen van een schraapelement 26 met een scherpe kant 26a. Wan-10 neer de stift in een polypropyleen bovenvlak van de cel zoals getoond in de fig. la en b wordt ingebracht schraapt de kant 26a polypropyleen van zichzelf vooruit in het gebied 27 om de afdichtende relatie tussen de stift en de wanden van de opening in het celbovenvlak alsmede de frictie daartussen te vergroten waardoor de voor extractie benodigde kracht 15 enigszins toeneemt.

De stift in fig, 4 heeft een extra kenmerk in de ringvormige inkeping 29 in de steel van de stift aangrenzend aan de stiftkop 21. Deze inkeping verzwakt de steel van de stift op dit punt in bepaalde mate waardoor uittrekken van de stiftkop tegen de verankeringskracht uitge-20 oefend door de verankeringsweerhaak 23 resulteert in het afbreken van het gedeelte 28 van de rest van de steel van de stift dat ingebed blijft in het kunststof. Met als gevolg dat een knoeiende wegneemhandeling van de stift met het bijbehorende opengaan van de opening 13 en een mogelijke uitdrijving van de bijtende alkalische elektroliet wezenlijk worden 25 voorkomen.

Fig. 5 is een vergroot gedeelte van het verankerende weerhaakdeel van de stiften zoals getoond in de fig. 2-4, dat bijzonder geschikt is voor toepassing met een relatief zacht kunststof bovenvlak van de cel. De weerhaak 23 heeft een aanslag 25 waarvan het einde is afgerond om 30 scherpe kanten te verwijderen die een ongewenst uitvoerpad in het poly— propyleen bovenvlak kunnen schrapen waar doorheen de weerhaak 23 gemakkelijk kan worden verwijderd. Bovendien verhindert een dergelijke afronding wezenlijk het verwijderen van afdichtingsmateriaal in het bijzonder in cellen waarin de opening in het bovenvlak van de cel en de steel van 35 de stift dezelfde diameter hebben.

Het zal duidelijk zijn dat de bovenstaande beschrijving van de tekeningen van illustratieve aard is en dat veranderingen in de configuratie, componentmaterialen, componentverhoudingen en dergelijke kunnen worden gemaakt zonder af te wijken van de omvang van de onderhavige uit-40 vinding zoals omschreven in de volgende conclusies.

" ' j

Claims (10)

1. Elektrochemische cel omvattende een celhouder die door een veerkrachtig isolerend bovenvlak van de cel is gesloten en een door het bo- 5 venvlak van de cel en in een elektrode van de cel gestoken elektrodege-leider, waarbij deze elektrodegeleider fysisch en elektrisch toegankelijk is vanaf het uitwendige van de cel waardoor hij functioneert als een aansluitklem voor de elektrode en waarin een gedeelte van deze elektrodegeleider door het bovenvlak van de cel wordt omsloten, met het ken- 10 merk, dat de cel verder middelen omvat om beweging van de elektrodegeleider ten opzichte van het bovenvlak van de cel wezenlijk te beperken.

2. Cel volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de elektrodegeleider een stiftvorm heeft omvattende een kop en een steel waarbij de kop van de stift de uitwendige fysische en elektrische toegankelijkheid ver- 15 schaft.

3. Cel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de beperkingsmid-delen een geheel vormen met de steel van de stift.

4. Cel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de beperkingsmid-delen op de steel zijn geplaatst, inwendig aan de celhouder en onder het 20 inwendige oppervlak van het bovenvlak van de cel en dicht aangrenzend aan het inwendige oppervlak.

5. Cel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de beperkingsmid-delen een ringvormige weerhaak omvatten longitudinaal aangebracht op de steel en met een bovendeel dat op het inwendige oppervlak aangrijpt om 25 de wezenlijke beperking van de beweging te verschaffen.

6. Cel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de beperkingsmid-delen twee of meer weerhaken omvatten waarbij elk longitudinaal op de steel is geplaatst en een bovengedeelte heeft dat op het inwendige oppervlak aangrijpt om de wezenlijke beperking van de beweging te ver- 30 schaffen.

7. Cel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de steel van de stift verder een ringvormige inkeping omvat rechtstreeks boven de weerhaak geplaatst waardoor een inwendig uitstekende aanslag is gevormd voor een vergroot beperkend contact tussen het bovenvlak van de cel en het 35 bovenste deel van de weerhaak.

8. Cel volgens conclusie 5 en 6,' met het kenmerk, dat de steel van de stift gedeelten met een brede en smalle diameter omvat waarbij het brede gedeelte aangrenzend aan de stiftkop is en in afdichtende relatie met het bovenvlak van de cel is, waarbij de diameter van de weerhaak 40 groter is dan de diameter van het smalle gedeelte en kleiner is dan die **-*-*"* * '«* : -* J ♦ 9 van het brede gedeelte.

9. Cel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat toegevoegde beper-kingsmiddelen omvattende een cirkelvormige weerhaak met een scherpe kant zijn aangebracht, die een geheel vormen met het omsloten gedeelte van de 5 steel van de stift.

10. Cel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat middelen zijn verschaft op het omsloten gedeelte van de steel van de stift zodanig dat door een op de stiftkop uitgeoefende trekkracht, kleiner dan die nodig voor extractie van de stift, de stiftkop afbreekt. 10 ****** *