DE19647593A1 - Galvanisches Element - Google Patents

Description

Galvanische Elemente insbesondere in Knopfzeilenform bestehen aus einem Gehäusenapf und einem Deckel. Der Gehäusenapf wird beispielsweise aus vernickeltem Tiefziehblech als Stanzziehteil hergestellt. Gewöhnlich ist der Gehäusenapf positiv und der Deckel ne­ gativ gepolt. Derartige Knopfzellen können die verschiedensten elektrochemischen Syste­ me enthalten, beispielsweise Nickel/Cadmium, Nickel/Metallhydrid oder die verschiedensten Primärsysteme, wie Zink/MnO₂ oder primäre und sekundäre Lithium-Systeme.

Der flüssigkeitsdichte Verschluß solcher Zellen erfolgt durch Umbördeln des Napfrandes über den Deckelrand, dabei dient ein Kunststoffring gleichzeitig als Dichtring und als Isolie­ rung des Napfes vom Deckel. Derartige Knopfzellen sind beispielsweise der DE-OS 31 13 309 zu entnehmen.

Die für diese Knopfzellen erforderlichen Dichtungselemente werden im Spritzgießverfahren, beispielsweise aus Polyamiden hergestellt. Die dazu notwendigen Spritzwerkzeuge sind sehr aufwendig. Darüber hinaus ist es praktisch nicht möglich Dichtungselemente mit Wan­ dungen einer Dicke von weniger als 0,3 mm im Spritzgußverfahren herzustellen, so daß die bekannten Dichtungen, insbesondere bei sehr kleinen Knopfzellen, ein verhältnismäßig großes Volumen beanspruchen und damit die Kapazitätsausnutzung der Zelle beeinträchti­ gen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach hersteilbare und zuverlässige Zellenabdichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Dichtung an­ zugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem galvanischen Element der eingangs ge­ nannten Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Dichtung und Verfahren zur Herstellung von erfindungs­ gemäßen Knopfzellen angegeben.

Erfindungsgemäß wird aus einer beheizten Folie mittels einer Ziehmatrize und Formstempel unter Vakuum ein Napf gezogen. Die Verformung erfolgt je nach Durchmesser/Höhenver­ hältnis in einem oder mehreren abgestuften Arbeitsgängen ähnlich dem Tiefziehverfahren in der Blechumformung. Der Bodenbereich des durch Tiefziehen hergestellten Napfes er­ hält eine Ausstanzung in einer konventionellen Schnitt-Technik mittels eines Schnittstem­ pels und einer Schnittbuchse in einer separaten Arbeitsstation, die auf das Tiefziehen folgt. Je nach Einstellung der Verfahrensparameter lassen sich sehr gleichmäßige Wandstärken bei Dichtungshöhen zwischen 0,8 bis 5 mm erreichen. Wenn beispielsweise eine Folien­ stärke von 0,15 mm verwendet wird, kann eine Wandstärke von ca. 0,12 mm erreicht wer­ den. Als Folienmaterial werden Polyamide verwendet, die Materialdicken liegen vorteilhaf­ tenweise im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung und das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Knopfzelle anhand der Fig. näher erläutert.

Gemäß Fig. 1 wird die Polyamid-Folie 1 mit einer Materialdicke von 0,1 bis 0,3 mm durch eine Heizstrecke 2 geführt, wo eine Erwärmung auf ca. 100 bis 120°C erfolgt. Daran an­ schließend wird mittels des Formstempels 3 mit Abstreiferbrille 6 und der Ziehmatrize 4 unter Anlegen eines Vakuums 5 von 0,1 bis 0,8 bar ein napfförmiges Dichtungsformteil ausgeformt. Die Verformung kann je nach dem gewünschten Verhältnis von Durchmesser zu Höhe in einem oder mehreren abgestuften Arbeitsgängen erfolgen. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, ist beispielsweise vorgesehen, daß in einem ersten Arbeitsschritt eine Ronde 11 aus der Folie 1 freigeschnitten wird, daß dann daraus in einem ersten Zieh­ vorgang ein Napf 12 gezogen wird und der Napf 12 in einen zweiten Ziehvorgang 12a profi­ liert wird. Gegebenenfalls kann dabei eine Innenbeschichtung 12d dieses Napfes mit einem Kleber, wie Fettpolyamid, um die Abdichtung zu verbessern, erfolgen.

Daran anschließend wird im Napfboden durch einen Schnittstempel eine Öffnung 12c aus­ geschnitten, so daß sich ein vorgeformtes Dichtungselement 13 ergibt. Dieses Dichtungs­ element wird auf den Zellendeckel 7 der Knopfzelle montiert. Anschließend daran wird der Zellendeckel in den Gehäusenapf eingesetzt und die Teile werden flüssigkeitsdicht verbör­ delt. Der Zellendeckel 7 kann beispielsweise aus einem vernickelten Tiefziehblech oder einem Bi- oder Trimetall hergestellt sein. Der untere Rand des Zellendeckels ist wie üblich bei 16 umgeschlagen.

Besonders vorteilhaft ist es, das vorgeformte Dichtungselement bzw. Dichtungs-Formteil auf den Zellendeckel 7 aufzuschrumpfen 14, dies kann beispielsweise bei dem Material Polyamid durch Behandlung mittels einer Temperatur von 100 bis 120°C erfolgen. Daran anschließend kann der obere Teil 12b des vorgeformten Dichtungselementes noch abge­ schnitten werden, so daß der Zellendeckel nach diesem Vorgang mit einer aufge­ schrumpften L-förmigen Dichtung 15 versehen ist. Das Folien-Material kann gegebenenfalls auch ein Mehrschichtenmaterial sein.

Gemäß Fig. 3 wird ein konisch geformtes Dichtungselement 12 auf den Zellendeckel 7 der Knopfzelle montiert. Dadurch ist eine einfache Montage möglich, ohne daß das Dichtungs­ element beim Einschieben des Zellendeckels beschädigt wird. Anschließend wird das Dichtungselement auf den Zellendeckel aufgeschrumpft.

Gemäß Fig. 4 wird ein Zellendeckel 7 verwendet, dessen unterer Teil 17 nicht wie in den Fig. 2 und 3 umgeschlagen ist. Durch diese Ausführungsform des Zellendeckels 7 wird das Innenvolumen der Zelle erhöht. Beim Aufschrumpfen legt sich der untere Teil des Dichtungselements um die Schnittkante 17 des Zellendeckels 7 und verbindet sich innig mit dieser Schnittkante. So wird bei Zellen mit alkalischem Elektrolyten erreicht, daß der Elek­ trolyt nicht an die Schnittkante des Zellendeckels gelangt und zum Entwickeln von Was­ serstoff in der Zelle führt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist der untere Bereich 18 des Zellendeckels 7 so geformt, daß die Schnittkante des Zellendeckels 7 nach außen zeigt. Dadurch kann diese Schnittkante durch das Dichtungselement 13 noch besser vor dem Kontakt mit dem alkali­ schen Elektrolyten geschützt werden.

Bei der Verwendung von Deckein nach den Fig. 4 und 5 kann für den Deckel 7 verhält­ nismäßig dünnes Material verwendet werden. Denn bei der Montage des erfindungsgemä­ ßen Dichtungselements treten kaum Kräfte auf, die den Deckel verformen könnten.

Im Gegensatz dazu treten bei der Montage eines herkömmlichen Dichtungsrings wesentlich größere Kräfte auf, da erreicht werden muß, daß der Deckel sehr stramm in der Dichtung sitzt, denn dadurch soll verhindert werden, daß der Elektrolyt an die Schnittkante des Deckels gelangt bzw. aus der Zelle austritt.

In Fig. 6 ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Dichtungselements in einer Knopf­ zelle dargestellt, bei der der nach außen stehende untere Rand 19 des Deckels 7 von dem Dichtungselement umschrumpft wird. Der umgebördelte Rand des Bechers klemmt diesen Rand ein.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Dichtung ergibt sich daraus, daß eine gleichmäßige homogene Dichtungslippe gebildet wird, die im Gegensatz zu den durch Spritzgußverfahren hergestellten Dichtungen keinen Anspritzpunkt besitzt. Aufwendige und teure Spritzwerkzeuge entfallen, das Material wird optimal ausgenutzt. Durch das geringe Volumen einer erfindungsgemäßen Dichtung ist eine höhere Kapazitätsausnutzung der Knopfzelle möglich. Dadurch daß die Dichtung auf den Zellendeckel aufgeschrumpft wird, ergeben sich keine Verspannungen zwischen Deckel und Dichtung. Bei im Spritzgußver­ fahren hergestellten Dichtungen ist dagegen ein Konditionieren notwendig, welches darin besteht, daß die Dichtungen für einen definierten Zeitraum, z. B. 7d, in einer feuchten At­ mosphäre gelagert werden, damit die Dichtungen so elastisch werden, daß sie einwandfrei mit dem Deckel zusammengefügt werden können, was bei den erfindungsgemäßen Zellen entfallen kann.

Insbesondere ist es mit den erfindungsgemäßen Verfahren möglich, sehr dünnwandige Dichtungselemente herzustellen, die Stärken von weniger als 0,3 mm besitzen und die spritztechnisch nicht herstellbar sind.

Es ist möglich, in einem kontinuierlichen Fertigungsvorgang aus einer Kunststoffolie die Dichtungselemente in Form eines Napfes vorzuformen, den Boden auszustanzen, die Folie zu beschichten, dann den Deckel einzufügen und die Folie auf den Deckel zu schrumpfen sowie die Deckel dann direkt auf einer Montagelinie weiterzuverarbeiten.

Bei der Verwendung gespritzter Dichtungsringe dagegen müssen diese zunächst vorgefer­ tigt, geprüft und konditioniert werden. Dann müssen diese Dichtungsringe, die als Schütt­ ware transportiert und gelagert werden, in einem aufwendigen Verfahren lageorientiert an­ geordnet und dann auf die Deckel montiert werden.

Bei der Herstellung von Knopfzellen der unterschiedlichsten Abmessungen ist die Anpas­ sung der Werkzeuge für das erfindungsgemäße Dichtungselement wesentlich einfacher als die Umrüstung von Spritzwerkzeugen für die Dichtungsringe. Auch ist das Nacharbeiten dieser Spritzwerkzeuge viel aufwendiger als bei den benötigten einfachen Werkzeugen für das erfindungsgemäße Dichtungselement.

Claims (9)

1. Galvanisches Element insbesondere in Knopfzellenform mit einem flüssigkeitsdicht ver­ schlossenen Metallgehäuse, welches einen Zellenbecher und einen gegen diesen durch eine Dichtung elektrisch isolierten Zellendeckel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einem durch Tiefziehen aus einer Kunststoff-Folie hergestellten Dich­ tungs-Formteil gebildet ist.

2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungs-Formteil auf den Rand des Zellendeckels aufgeschrumpft ist.

3. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Dichtungs-Formteils zwischen 0,1 und 0,3 mm liegt.

4. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungs-Formteil aus einem Polyamid hergestellt ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elements nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch Tiefziehen aus einer Kunststoff-Folie ein Dichtungs-Formteil gebildet wird, welches anschließend an den Rand des Zellendeckels angelegt wird und um welches der Zellenbecher umgebördelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungs-Formteil auf den Rand des Zellendeckels aufgeschrumpft wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch Tiefzie­ hen ein becherförmiges Dichtungs-Formteil gebildet wird, in dessen Boden eine Öffnung gestanzt wird, daß das Formteil anschließend auf den Rand des Zellendeckels aufge­ schrumpft wird und daß nach dem Umbördeln des Zellenbechers der obere Rand des becherförmigen Dichtungsformteils beschnitten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Folie vor dem Tiefziehvorgang auf Temperaturen von ca. 100 bis 120°C aufgeheizt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefziehvorgang mittels Vakuum erfolgt.