DE1266843B - Gasdicht verschlossener alkalischer Akkumulator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIm

DeutscheKL: 21b-25/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

G38982VIb/21b
19. Oktober 1963
25. April 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gasdicht verschlossenen alkalischen Akkumulator mit ringförmigem Gehäuse und ringscheibenförmigen Elektroden.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, neuartige, mit hohen Strömen entladbare und wieder aufladbare Zellen mit flachen ebenen Platten herzustellen, die gegenüber ähnlichen Elementen mit Wickelelektroden erhebliche Verbesserungen aufweisen. Es sollten Akkumulatoren hoher Leistung geschaffen werden, die als Stromquellen für transportable elektrische Geräte, Apparate oder Werkzeuge geeignet sind.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gehäusewandungen in bekannter Weise aus zwei konzentrisch ineinandergestellten Rohrabschnitten im wesentlichen gleicher Länge und gleicher Querschnittsform bestehen, die negativen Elektroden einen größeren Außendurchmesser und einen kleineren Innendurchmesser haben als die positiven Elektroden und mit den ebenfalls ringscheibenförmigen Separatoren zu einem Block vereinigt sind, wobei der Platten-Separatoren-Block vorzugsweise diametral angeordnete Ausnehmungen für die Stromableiter aufweist.

Es ist bereits ein ringförmiger Akkumulator bekannt, der ringscheibenförmige Elektroden aufweist. Der Akkumulator soll vorzugsweise für den Einbau in ein Treibrad eines Fahrzeuges bestimmt sein und so die Stromquelle für den Antriebsmotor des Fahrzeuges bilden. Dabei handelt es sich jedoch nicht um einen gasdichten Akkumulator, da er Öffnungen für die Entlüftung besitzt. Außerdem sind bei diesem Akkumumlator die Elektroden nicht mit den Separatoren zu einem Block vereinigt. Schließlich haben die Elektroden keine Ausnehmungen für die Stromableiter, wie sie beim Erfindungsgegenstand vorgesehen sind. Vor allem aber sind die positiven und negativen Elektroden bei diesem bekannten Akkumulator gleich groß, während nach der Erfindung die negativen Elektroden einen größeren Außendurchmesser und einen kleineren Innendurchmesser haben sollen, wodurch die Oberfläche der negativen Elektroden im Vergleich zu der der positiven Elektroden beträchtlich vergrößert ist, um Verzehrflächen für den an den positiven Elektroden entwickelten Sauerstoff zu schaffen. Daher kann der bekannnte Akkumulator nicht gasdicht betrieben werden.

Es ist vorteilhaft, die Wandungen und den Deckel des Akkumulators aus Metall herzustellen, die Teile beim Zusammenbau gegeneinander zu isolieren und als Pole des Akkumulators zu benutzen. Ferner sind Gasdicht verschlossener alkalischer Akkumulator

Anmelder:
5

Gould-National Batteries, Inc.,

St. Paul, Minn. (V. St. A.)
Vertreter:
ίο Dr. A. Pollack, Patentanwalt,

6000 Frankfurt, Neue Mainzer Str. 54

Als Erfinder benannt:
Harold E. Zahn, Edina, Minn.;
Raymond L. Schenk jun.,
Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 22. Oktober 1962 (231990)

die Plattensätze und Separatoren vorzugsweise diametral mit Ausnehmungen für die Stromableiter und Stromsammeischienen ausgestattet. Um eine sichere Isolation zwischen den Platten zu gewährleisten, haben die positiven Platten einen größeren Innendurchmesser und einen kleineren Außendurchmesser im Vergleich zu den Maßen des Zellraums, während die Separatoren die volle Größe des Zellraumquerschnitts aufweisen.
Durch alle diese konstruktiven Merkmale wird ein Akkumulator geschaffen, der gasdicht betrieben werden kann, eine hohe Kapazität aufweist und mit hohen Stromstärken entladen werden kann, was ihn für die Verwendung in sogenannten »kabellosen« Geräten besonders geeignet macht.

Die Ausbildung des Bodenteils des Akkumulators und des Deckels sowie der für den Deckeleinbau notwendigen Dichtungs- und Verstärkungselemente erfolgt vorteilhaft so, wie es in den Fig. 1 bis 5 dargestellt ist.

Die F i g. 1 bis 5 stellen eine vorteilhafte zylindrische Ausführungsform der Erfindung dar.

F i g. 1 zeigt eine Teilansicht des durch die Stromableiter gehenden Axialschnittes und gleichzeitig eine Teilansicht eines neben den Stromableitern verlaufenden Axialschnittes.

Gemäß Fig. 1 besteht der Metallbehälter des Akkumulators aus einer zylindrischen Außenwan-

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dung 7, einer koaxial angeordneten zylindrischen Der Stapel aus zusammengesetzten Platten, Sepa-

Innenwandung 8, einem Bodenteil 9, der direkt mit ratoren, Verbindungsstücken und Isolierstücken wird den Wandungen 7 und 8 verbunden ist sowie einem dann in das offene obere Ende des Behälters zwiringf örmigen Deckel 10. sehen die Wandungen 7 und 8 eingesetzt. Die Kette

F i g. 2 zeigt die Draufsicht auf einen Stapel flacher 5 von negativen Verbindungsstücken wird dann an die ringförmiger Elektroden oder Platten zusammen mit Behälterwand angeschweißt (s. Fig. 1, Ziffer 20), den Separatoren, Zwischenverbindungsstücken und während die Kette der positiven Verbindungsstücke Isolationselementen nach dem Zusammenbau; 17, wie bei 21 gekennzeichnet, an die untere Seite

Fig. 3 stellt einen Ausschnitt des durch die des Deckelringes 10 geschweißt wird. Man kann ein Linie 3-3 der Fig. 2 gegebenen Axialschnittes dar; io Abstandsstück aus nichtleitendem Material, wie z. B.

F i g. 4 ist eine auseinandergezogene perspektivi- mit 22 gekennzeichnet, oder eine Feder zwischen den sehe Ansicht von typischen Innenelementen der Zelle, Deckel 10 und die oberste positive Platte 11 ein- und setzen, um den Stapel aus Platten und Separatoren

F i g. 5 erläutert im vergrößerten Maßstab den gegen senkrechte Bewegungen innerhalb des Behäläußeren Deckeldichtring. · 15 ters zu sichern.

Innerhalb des Behälters sind in dem ringförmigen Die U-förmigen Isolationsstücke 18 und 19 verRaum zwischen den Wandungen? und 8 die posi- hindern kreisende bzw. seitliche Bewegungen der tiven Platten 11, die negativen Platten 12 sowie die Platten in horizontaler Lage, so daß weder die posi-Separatoren 13 gestapelt, die die gleiche flache Ring- tiven Platten mit den Wandungen 7 oder 8 des Beform aufweisen, wobei die Separatoren in herkömm- 20 hälters noch die negativen Verbindungsstücke 16 und licher Weise zwischen den positiven und den nega- die positiven Verbindungsstücke 17 mit den Rändern tiven Platten in engem Kontakt mit diesen liegen. Wie der Platten entgegengesetzter Polarität in Berührung rechts unten dargestellt, ist der äußere Durchmesser geraten, wodurch Kurzschlüsse entstehen können, jeder positiven Platte kleiner als der Außendurch- Der Zellverschluß und die Verschlußstücke be-

messer der negativen Platten, während der Innen- 25 stehen aus dem ringförmigen Deckel 10, einer äußedurchmesser der positiven Platten größer als der- ren ringförmigen Dichtung 23 und einer inneren jenige der negativen Platten ist, so daß in der ferti- Dichtung 24, einem äußeren Verstärkungsring 25 und gen Zelle die äußeren und inneren Ränder der posi- einem Verstärkungsring 26. Die Dichtungen 23 und tiven Platten die Behälterwandungen 7 und 8 nicht 24 bestehen aus einem festen gegen Kaltfluß beständiberühren. Bei Zellen, bei denen die rohrartigen Be- 30 gem Kunststoff. Die Dichtung 23 besitzt einmal einen hälterwandungen 7 und 8 elektrisch mit den nega- horizontalen Rand 23 α, der an der unteren Seite des tiven Platten verbunden werden, können die Innen- Deckels 10 hervorsteht, außerdem einen zweiten und Außenränder der negativen Platten engen Kontakt Rand 23 b, der an der oberen Seite des Deckels hermit den rohrartigen Behälterwandungen haben. Vor- ausragt, und schließlich einen äußeren Rand 23 c, der zugsweise bestehen die Platten 11 und 12 aus fein- 35 das Ende der rohrartigen Wandung 7 überragt. Die maschigen metallischen Gittern und porösen Schich- innere Dichtung 24 ist entsprechend geformt. Der ten aus gesintertem Metall, in die die aktive Masse äußere Verstärkungsring 25 erstreckt sich über den eingebracht ist. Die feinmaschigen Gitter können oberen Randteil der Wandung 7 und hat einen waageauch mit aktiver Masse bepastet und dann in den recht verlaufenden Rand 25 a, der den Rand 23 c der dargestellten Formen und Größen ausgestanzt wer- 40 Dichtung 23 übergreift. Der Verstärkungsring 26 ist den. Die äußeren und inneren Ränder der Separa- im Querschnitt keilförmig und hat ©ine zylindrische torenl3 sind vorzugsweise lose den rohrartigen Be- Außenfläche, die die Innenfläche der Wandung 8 hälterwandungen angepaßt. stützt, sowie eine nach unten zu der Stützfläche hin

Wie in Fig. 4 deutlich dargestellt, besitzen die schräg verlaufende Innenfläche.

Platten 11 und 12 sowie die Separatoren 13 an ihren 45 Ein geeigneter flüssiger Elektrolyt wird vor dem äußeren Rändern diametrale Ausnehmungen 14 und Verschließen in den Behälter eingefüllt. Zum end-15. Jede negative Platte weist ein leitendes Verbin- gültigen Verschluß wird eine Preßvorrichtung bedungsstück 16 auf, das mit diesen Platten innerhalb nutzt, die nach innen mit einem radialen Druck auf der Ausnehmungen 14 verbunden, vorzugsweise an- den Ring 25 wirkt und sich auf der anderen Seite geschmolzen oder angeschweißt, ist, während leitende 50 gegen die Innenfläche des Keilringes 26 anlegt. Verbindungsstücke 17 auf ähnliche Weise mit den Um einen Dauerverschluß zu erreichen, der sowohl

einzelnen positiven Platten 11 in den Ausnehmungen „thermischen Schocks als auch hohen Innendrücken in 15 verbunden sind. Zum Zusammenbau werden die"" der Zelle widersteht, verwendet man zweckmäßigereinzelnen Platten in der erforderlichen Zahl mit ihren weise für den Deckel 10 und die Verstärkungsringe Verbindungsstücken und Separatoren m. «iner geeig- 55 25 und 26 Stahlsorten hoher Zugfestigkeit und für neten Vorrichtung auf einander-gesfapelt. Die Schlitze die Dichtungen 23 und 24 einen festen Kunststoff, 14 und 15 werden jeweils an einer Seite übereinander z. B. ein widerstandsfähiges Polyamid, ausgerichtet, und die Verbindungsstücke überragen Wird der Druck vom Behälter genommen, üben die

dann die Platten in radialer Richtung. Die Verbin- Dichtungen 23 und 24 einen radialen Druck nach dungsstücke werden dann so umgebogen, daß sie 60 außen gegen die Behälterwandung 7 und den Verübereinander in den Schlitzen 14 und 15 liegen und Stärkungsring 25 und nach innen gegen die Behälterentweder miteinander und/oder mit einer passenden wandung 8 und den Ring 24 aus. Die Druckkraft ist Stromsammeileiste oder -schiene verschweißt werden im wesentlichen gleich der Streckgrenze des Metalls, (vgl. F i g. 3, Ziffern 16 und 17). Die U-förmigen Iso- aus dem die Ringe 25 und 26 gemacht sind, auf keilierstücke 18 und 19 werden dann gemäß Fig. 2 65 nen Fall größer. Bei dieser Verstärkung kann man und 3 in die übereinander geordneten Schlitze 14 die Behälterwandungen 7, 8 und 9 aus verhältnis- und 15 eingepaßt. Auf diese Weise erhält man iso- mäßig dünnem, geschmeidigem, korrosionsbeständilierte Ableiter entgegengesetzter Polarität. gern Material herstellen. Wenn der Akkumulator

durch Druckformen kleineren Durchmessers verschlossen wird, können die oberen Rundteile der Wandungen 7 und 8 radial versetzt werden, bis die Außenfläche des Ringes 25 mit der Außenfläche der Wandung 7 und die Innenfläche des Ringes 26 mit der Wandung 8 abschließt, wie in F i g. 1 dargestellt.

Nickel-Cadmium- oder Silber-Zink-Batterien können beispielsweise gemäß der Erfindung für elektrischen Strom verbrauchende Apparate aller Art hergestellt werden, von denen sich vorteilhafterweise wenigstens ein Teil innerhalb des von der rohrartigen Wandung 8 umschlossenen Raumes befindet. Die Abweichungen der inneren und äußeren Durchmesser der Platten 11 und 12 können ohne Schwierigkeit sehr gering gehalten werden, wenn man die Platten so ausstanzt, daß sie größenmäßig leicht in den Behälter eingepaßt werden können. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber Wickelelektroden, die nur schwer mit gleich großen Durchmessern hergestellt werden können, da verhältnismäßig kleine Abweichungen in der Elektrodendicke sich beim Aufwickeln addieren, wodurch ovale Formen entstehen, die nicht in zylindrische Behälter einer bestimmten Größe hineinpassen.

Die vorliegende Erfindung sorgt für eine wirksaniere Wärmeableitung der Zelle beim Laden und Entladen, und ist besonders nützlich für Stromverbraucher, wie z. B. Motoren oder andere elektrische Apparate, bei denen man früher die Batterie in einiger Entfernung von dem stromaufnehmenden Gerät anordnen mußte. Die Vorteile der Erfindung können auch genutzt werden, wenn man die Zelle in beliebiger geometrischer Form mit einer zentralen Öffnung und inneren und äußeren rohrartigen Wandungen ausbildet, von denen die während des Ladens und Entladens mit hohen Strömen entstehende Wärme abgeleitet werden kann. Daher gestattet der Akkumulator nach der Erfindung durch die wirksame Wärmeableitung höhere Lade- und Entladeströme. Ebenso können seine Abmessungen und die der damit betriebenen Geräte klein gehalten werden.

Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen stapelweisen Anordnung von flachen Platten und Separatoren ist eine Verkürzung des Stromweges von den Gittern jeder Platte zu den Stromableitern. Die große Anzahl von leitenden Verbindungsstücken gewährleistet einen kurzen Stromweg von und zu den einzelnen Elektrodengittern. Die Herstellungskosten werden ebenfalls durch die vorgesehene Vielzahl von leitenden Verbindungsstücken reduziert, die aus dem Stapel hervorragen und so den Schweißvorgang erleichtern.

Die Bezeichnung »rohrartig« für die koaxialen Wandungen 7 und 8 ist nicht nur auf die dargestellten zylindrischen Formen beschränkt, sondern kann in ihrer Bedeutung verschiedene geometrische Formen umfassen, die aber einen zentralen Raum aufweisen müssen, der für Aufnahme der stromverbrauchenden Apparate geeignet ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasdicht verschlossener alkalischer Akkumulator mit ringförmigem Gehäuse und ringscheibenförmigen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusewandungen (7, 8) in bekannter Weise aus zwei konzentrisch ineinandergestellten Rohrabschnitten im wesentlichen gleicher Länge und gleicher Querschnittsform bestehen, die negativen Elektroden (12) einen größeren Außendurchmesser und einen kleineren Innendurchmesser haben als die positiven Elektroden (11) und mit den ebenfalls ringscheibenförmigen Separatoren (13) zu einem Block vereinigt sind, wobei der Platten-Separatoren-Block vorzugsweise diametral angeordnete Ausnehmungen (14, 15) für die Stromableiter aufweist.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (7, 8) samt Bodenteil (9) und der Deckel (10) aus Metall bestehen, der Deckel gegen die Wandungen isoliert ist und die gegeneinander isolierten Teile die Pole der Zellen bilden.

3. Akkumulator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein End-Verschluß aus einem ringförmigen Metalldeckel (10) besteht, wobei feste Kunststoffdichtungen (23, 24) die äußeren und inneren Ränder des Deckels innerhalb der äußeren und inneren rohrartigen Wandungen (7, 8) umfassen, während ein äußerer Verstärkungsring (25) die rohrartige Außenwandung (7) und ein innerer Verstärkungsring (26) die innere Fläche der rohrartigen Innenwandung (8) umgibt und die Dichtungen nach einer radialen Pressung einen Druck auf die rohrartigen Außen- und Innenwandungen ausüben, der die Verstärkungsringe höchstens bis zur Streckgrenze beansprucht.

4. Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Verstärkungsring (26) einen keilförmigen Querschnitt aufweist und mit seinem äußeren Rand an der inneren Fläche der inneren rohrartigen Wandung (8) flächig anliegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1021916;
deutsche Patentanmeldung ρ 39477 VI b/21 b D

(bekanntgemacht am 5. 4. 1956);

deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1 704 001,

834 060.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 540/147 4.68 © Bundesdruckerei Berlin