DE2728358A1

DE2728358A1 - Zylinderfoermiges galvanisches element und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2728358A1
Application number: DE19772728358
Authority: DE
Inventors: Claude Lechevallier
Original assignee: Compagnie Industrielle des Piles Electriques CIPEL SA
Current assignee: Compagnie Industrielle des Piles Electriques CIPEL SA
Priority date: 1976-06-30
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1978-01-05
Also published as: SE7707515L; FR2357076B1; ES460271A1; LU77575A1; GB1540710A; GR63130B; BE855572A; JPS5352944A; US4078126A; IE45233L; DK290777A; FR2357076A1; NL7707243A; IE45233B1; IT1074529B; CA1076642A

Description

Fo 10 491 D

ZYLINDERFÖRMIGES GALVANISCHES ELEMENT UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

Die Erfindung betrifft ein zylinderförmiges galvanisches Element, z.B. eine Trockenbatterie, dessen negative Elektrode teilweise als Behälter für die übrigen aktiven Massen des Elements dient. Sie betrifft auch ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Element.

Bekannte zylinderförmige Trockenbatterieelemente besitzen einen Zinkbecher, der gleichzeitig als Behälter für einen Teil der aktiven Massen des Elements und als negative Elektrode dient. Es wurde bereits vorgeschlagen, sei es aus wirtschaftlichen Gründen, sei es, weil anstelle von Zink ein schwierig verformbares Material verwendet wurde, den Becher durch eine rohrförmig aufgerollte Folie aus dem Anodenmaterial und einem auf das Rohr gepaßten Metalldeckel zu ersetzen. Der Metalldeckel dient als negativer Stromausgang des Elements. Der Nachteil einer derartigen Struktur im Verhältnis zu einem Becher als Anodenmaterial besteht darin, daß sie an der Kontaktstelle zwischen dem Metall und dem Rohr, bei dem es sich um eine Berührung von Metall auf Metall handelt, nicht hermetisch dicht ist, so daß unbedingt zusätzlich eine besondere Dichtvorrichtung vorzusehen ist. Die Dichtheit kann durch überziehen mit einer Kunststoffhülle erreicht werden, wie es aus der FR-PS 69 36 444 bekannt ist, jedoch handelt es sich dabei um ein relativ teueres Verfahren.

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Mit der Erfindung kann unter relativ geringem Kostenaufwand eine aus Fahr und Bodendeckel bestehende Struktur erhalten werden, die in ihrem unteren Bereich abgedichtet ist und nach dem Zusammenbau der Batteriezelle keine komplizierteren Dichtvorrichtungen erfordert, als sie ohnehin bei einem einteiligen Becher vorgesehen sind.

Gegenstand der Erfindung ist ein zylinderförmiges galvanisches Element, dessen positive aktive Masse sowie dessen Elektrolyt und evtl. ein Separator in einem Behälter untergebracht sind, der teilweise aus der negativen Elektrode geformt ist, wobei die negative Elektrode ein Rohr bildet, dessen eines Ende in eine metallische Bodenschale bestehend aus einem eigentlichen Boden und einem zylindrischen Randteil gesteckt ist, wobei diese Bodenschale den Boden des Behälters und den negativen Ausgang des Generators bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Rohrs durchgehend ist und daß zwischen Rohr und metallische Bodenschale ein Dichtring gelegt wird, der mindestens einen Teil des oberen Bereichs des zylindrischen Randteils der Bodenschale freiläßt, so daß ein Teil dieses Randteils mit dem Rohr direkt in Kontakt steht.

Auf diese Weise erhält man einen dichten Behälter, der den üblichen Becher ersetzt, da das Rohr aus negativer aktiver Masse (Zink, Magnesium, Aluminium usw.) keinerlei Schlitze aufweist und ein Dichtring auf einem Teil der Bodenschale zwischen dem Rohrende oder einem Bereich in der Nähe dieses Endes und der Bodenschale angeordnet ist; ein Teil der zylindrischen Wandung der metallischen Bodenschale steht weiterhin mit dem negativen Rohr in Berührung, so daß diese Bodenschale als

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negativer Stromausgang der Batteriezelle dienen kann.

Die Dichtung kann aus einem Kunststoff- oder Elastomerring oder aus einer Scheibe aus einem derartigen Material bestehen. Sie kann aber auch vorteilhafterweise die Form einer Schale aufweisen, deren zylindrischer Rand zwischen den zylindrischen wandungen der Bodenschale und dem Rohrende eingeklemmt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird diese schalenform!ge Dichtung ausgehend von einer Scheibe hergestellt, deren Ränder sich beim Zusammenbau der Zelle zwischen Rohr und Bodenschale aufrichten.

Die Erfindung hat außerdem Herstellungsverfahren für ein derartiges Element zum Gegenstand. Hierzu wird auf die Patentansprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes galvanisches Element.

Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch ein zweites erfindungsgemäSes Element.

Fig. 3 zeigt im Teilschnitt einen Herstellungsverfahrensschritt für ein Element gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen späteren Schritt desselben Herstellungsverfahrens .

Fig. 5a zeigt einen Teilschnitt durch eine dritte Aueführungsform eines erfindungsgemäßen Elements.

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Fig. 5b zeigt einen Teilschnitt durch den Boden einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elements.

Bei den hier beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich um eine Trockenzelle auf Zink-Mangandioxyd-Basis, jedoch gilt die Erfindung auch für andere elektrochemische Paare; auch können die Form und Anordnung der positiven Elektrode innerhalb der Zelle und der Verschluß des oberen Teils des Elements unterschiedlich sein.

Fig. 1 zeigt einen mit einer Metallkappe 2 versehenen Kohlestift 1, der durch einen Kunststoffstopfen 3 verläuft und tief in die Depolarisationsmasse 4 hineinreicht. Der Stopfen 3 sitzt in einem Ende eines Zinkrohres 5, in dem er durch einen Metallring 6 befestigt ist, der auf den Rand des Stopfens übergreift und durch Einhalsen auf dem Rohr 5 befestigt ist. Das Rohr 5 ist von der Depolarisationsmasse 4 durch einen Separator 7 getrennt, der mit einem gelierten Elektrolyten imprägniert ist, sowie durch die Ränder einer Scheibe aus Kraftpapier 8, auf der die untere Seite der Depolarisationsmasse ruht.

Auf das untere Ende des Rohrs 5 ist eine metallische Bodenschale 9 gesteckt, wobei die Schale 9 mit dem Rohr durch ihren Rand über eine bestimmte Höhe in Kontakt steht. Diese Bodenschale kann aus verzinntem Eisen bestehen oder aus einem geeigneten Metall oder einer Legierung. Zwischen dem Ende des Rohrs 5 und der Bodenschale 9 ist eine Abdichtschale 10 angeordnet, deren nach oben aufgerichteter Rand zwischen dem unteren Teil der zylindrischen Wandung der Bodenschale 9 und dem Ende des Rohrs 5 eingeklemmt und zusammengepreßt wird. Diese

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Dichtschale IO besteht aus einem Elastomer oder einem ausreichend weichen Kunststoff, damit der zusammengepreßte Teil einen Dichtring bildet. Für diese Dichtschale kommen Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Nylon, usw. in Frage. Auch können zusammengesetzte Strukturen verwendet werden, beispielsweise aus Kraftpapier und Polyäthylen. Die Dichtheit zwischen Zinkrohr 5 und Bodenschale 9 wird somit durch den Rand der Dichtschale 10 gesichert. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dieser Anordnung die Scheibe 8 nicht unbedingt notwendig ist, wenn der Separator soweit verlängert wird, daß er auf den Boden der Dichtschale IO stößt.

In Fig. 2 wird die Ausführung eines Bodens eines anderen Elements dargestellt, bei dem die Dichtschale lojaurch einen Ring 11 aus demselben Material ersetzt wurde. Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnen auch hier dieselben Bestandteile.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Elemente können auf folgende Weise zusammengebaut werden :

Das Ende des Rohrs 5 wird mit der Dichtschale 10 bzw. dem Dichtring 11 versehen und so in die Bodenschale 9 gesteckt, deren Innendurchmesser ausreichend groß vorgesehen wird, so daß die Bodenschale ohne Schwierigkeiten das Rohr umfassen kann. Die drei Teile 5, 10, 9 bzw. 5, 11, 9 werden anschließend auf den Durchmesser des Rohrs 5 verjüngt. So erhält man einen Becher, dessen Boden vollkommen dicht ist und der entsprechend bekannter Techniken mit der Scheibe 8, mit dem Separator 7 und mit der den Kohlestift 1 enthaltendenDepcdarLsafcicnsmasse 4 gefüllt wird. Anschließend wird der Stopfen 3 in das Rohr 5 um den

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Kohlestift 1 und den Ring 6 herum eingeführt und dann, beispielsweise durch Einhalsen, auf dem Rohr 5 befestigt.

In einer Variante kann man damit beginnen, ein Ende des Rohrs 5 zu verjüngen,und dieses anschließend mit der Dichtschale IO bzw. dem Dichtring 11 versehen. Dieses Ende wird dann in die Bodenschale 9 eingeführt, deren Außendurchmesser so vorgesehen wird, daß er gleich dem größtem Außendurchmesser des Rohrs 5 ist. Anschließend weitet man das verjüngte Ende des Rohrs 5, wodurch der Rand der Dichtschale IO bzw. der Dichtring 11 auf die Zylinderwandung der Bodenschale 9 gequetscht wird. Auch hierbei erhält man wiederum einen Becher, dessen Boden vollkommen dicht ist und der eine Form aufweist, die gleich der des mit dem weiter oben beschriebenen Verfahren erhaltenen Bechers ist. Das Element wird dann auf die bereits beschriebene Weise fertig montiert.

Die Figuren 3 und 4 zeigen Herstellungsstufen für eine mögliche Besonderheit bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Elements, wonach die Dichtschale 10 während der Herstellung ausgehend von einer Scheibe aus verformbarem Kunststoffmaterial ihre Form erhält.

Die Bodenschale 9 wird in einen Träger 13 gelegt, in dessen Innenraum ihre zylindrische Wandung gesetzt wird, die dann auf eine Schulter 15 stößt. Die Bodenschale ruht auf einer entfernbaren Platte 14. Auf den oberen Teil des Trägers 13 wird eine Kunststoffscheibe 12 in eine durch eine zweite kreisförmige Schulter 16 geschaffene Vertiefung gelegt. Ein zweiter Träger empfängt unter Reibung in seinem zylindrischen Innenraum das Rohr 5.

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In Fig. 3 sieht man, wie das Rohr 5 soeben in den Träger 17 eingeführt wurde und noch nicht auf die Scheibe 12 aufstößt. In Fig. 4 wird der Beginn des Eindrückens des Rohrs 5 in die Bodenschale 9 gezeigt. Wie ersichtlich, wird die Scheibe 12 zur Bodenschale 9 herabgedrückt, wobei seine Ränder an dem Rohr 5 entlang nach oben gebogen werden und er dadurch eine Schalenform annimmt. Vorzugsweise wird innerhalb des Rohrs 5 ein Dorn vorgesehen (der im übrigen zu dem Kolben gehören kann, durch den das Rohr in die Bodenschale 9 gedrückt wird) um ein Einschneiden der Scheibe 12 durch den Rand des Rohrs 5 bei unzureichender mechanischer Festigkeit zu vermeiden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Rand des Rohrs 5 leicht nach innen umzuschlagen, damit er nicht senkrecht auf die Scheibe 12 trifft. Nach erfolgtem Einsetzen des mit der schalenförmig ausgebildeten Scheibe 12 versehenen Rohrs 5 in die Bodenschale 9 führt man das Verfahren wie weiter oben beschrieben durch Verjüngen der gesamten Struktur weiter, wodurch sie über ihre gesamte Höhe hinweg auf den Außendurchmesser des Rohrs 5 gebracht wird.

In einer Variante dient lediglich das verjüngte Ende des Rohrs 5 dazu, die Scheibe 12 herabzudrücken und zu verformen, und man nimmt, wie weiter oben bereits angegeben, nach dem Einsetzen des Rohrendes in die Bodenschale 9 ein Ausweiten dieses Endes vor, wobei dann der Außendurchmesser der Bodenschale 9 gleich dem Außendurchmesser des Rohrs 5 vor der Verjüngung sein muß.

In den Figuren 5a und 5b werden Elemente dargestellt, die gemäß einer bekannten Technik mit einer äußeren Netallhülle

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versehen sind. Soweit gleiche Bestandteile wie in den Figuren 1 und 2 auftreten, werden auch dieselben Bezugszeichen verwendet. So findet sich auch hier der mit der Kappe 2 versehene Kohlestift 1, der in die Depolarisationsmasse 4 mit umgebendem Separator 7 hineingedrückt ist. In diesem Fall ist ein Stopfen 3 auf den oberen Teil des Zinkrohrs 5 lediglich aufgesetzt und wird durch umschlagen des Metallrohrs 18, das innen mit einer Isolierschicht 19, beispielsweise aus Karton, versehen ist, einerseits auf dem Stopfen 3 und andererseits auf der metallischen Bodenschale 9 festgeklemmt. Die Masse 4 ruht auf einer Scheibe 8 aus Kraftpapier.

Betrachtet man zunächst die Fig. 5a, so sieht man, daß das Ende des Rohrs 5 an der Stelle 21 gerollt ist und daß es so mit einem abgerundeten Teil 23 in der metallischen Bodenschale 9 zusammenwirkt, um den Rand einer Scheibe 20 aus Kunststoff oder Elastomer, der hier die Rolle der schalenförmigen Scheibe 10 aus Fig. 1 spielt, einzuklemmen. Hier erfolgt die Abdichtung zwischen den Bereichen 21 und 23, die durch Umbiegen der Rohre 18 und 19 auf den Stopfen 3 und auf die Bodenscheibe 9 eingeklemmt werden. Das dem Ende des Zinkrohrs verliehene Profil erlaubt bei sog. paper-line-Zellen das Ein spritzen der Depolarisationsmasse vor dem Einsetzen der metallischen Bodenschale; dadurch wird deren Beschmutzung während der ersten Herstellungsschritte vermieden.

Schließlich zeigt die Variante gemäß Fig. 5b, daß das Ende des Rohrs 5 gerade verlaufen kann und in einen weichen Elastomer- oder Kunststoffring 22 eindringt, der in dem abgerundeten Teil 23 der Bodenschale 9 liegt, die gleich der Boden-

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Fo IO 491 D

2 3. Juni 1377

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES PILES ELECTRIQÜES

¹¹CIPEL" S.A.

125, rue du President Wilson, 923O2 LEVALLOIS-PERRET Frankreich

PATENTANSPRÜCHE

Zylinderförmiges galvanisches Element, dessen positive aktive Masse sowie dessen Elektrolyt und evtl. ein Separator in einem Behälter untergebracht sind, der teilweise aus der negativen Elektrode geformt ist, wobei die negative Elektrode ein Rohr bildet, dessen eines Ende in eine metallische Bodenschale bestehend aus einem eigentlichen Boden und einem zylindrischen Randteil gesteckt ist, wobei diese Bodenschale den Boden des Behälters und den negativen Ausgang des Generators bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Rohrs (5) durchgehend ist und daß zwischen Rohr (5) und metallische Bodenschale (9) ein Dichtring gelegt wird, der mindestens einen Teil des oberen Bereichs des zylindrischen Randteils der Bodenschale (9) freiläßt, so daß ein Teil dieses Randteils mit dem Rohr direkt in Kontakt steht.

2 - Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung ein Ring (11) ist.

3 - Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einer Kunststoffschale (10) gebildet wird.

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4 - Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einer Kunststoffscheibe

ί (12) besteht.

5 - Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Bodenschale (9) eingesetzte . Ende (21) des Rohrs (5) nach innen gerollt ist.

6 - Element nach einem der Ansprüche 2, 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in seinem oberen Teil durch einen Stopfen (3) verschlossen

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und auf den Stopfen (3) bzw. die Bodenschale (9) umgeschlagen ist, derart, daß die Dichtung zwischen dem Ende des ersten Rohrs und der Bodenschale zusammengepreßt wird.

7 - Herstellungsverfahren für ein Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Ende des Rohrs (5), auf dem die Dichtung angeordnet wurde, in die Bodenschale (9) eingeführt wird, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des die Dichtung tragenden
Rohrs ist, anschließend diese drei Teile zusammen auf den Außendurchmesser des nackten Rohrs reduziert werden und schließlich der so gebildete Behälter mit den aktiven Bestandteilen gefüllt und dann verschlossen wird.

8 - Herstellungsverfahren für ein Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Außendurchmesser des Rohrs, der in etwa gleich dem Außendurchmesser der Bodenschale ist, zuerst an einem Ende des Rohrs

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ORIGINAL INSPECTED _copy

verjüngt wird, bis er einen Wert erreicht, der unter dem Innendurchmesser der Bodenschale liegt, dann dieses Ende mit der Dichtung versehen, in die metallische Bodenschale eingeführt und der Außendurchmesser dieses Rohrendes auf einen Wert gebracht wird, der in etwa gleich dem Innendurchmesser der metallenen Bodenschale ist, um dadurch die Dichtung zusammenzupressen, und daß der so gebildete Behälter mit den aktiven Bestandteilen gefüllt und schließlich verschlossen wird.

9 - Herstellungsverfahren für ein Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Rohrs (5), auf dem die Dichtung angeordnet wurde, in die Bodenschale (9) eingeführt wird, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des die Dichtung tragenden Rohrs ist, anschließend diese drei Teile zusammen auf den Außendurchmesser des nackten Rohrs reduziert werden und schließlich der so gebildete Behälter mit den aktiven Bestandteilen gefüllt und dann verschlossen wird.

10 - Herstellungsverfahren für ein Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Rohrs, der in etwa gleich dem Außendurchmesser der Bodenschale ist, zuerst an einem Ende des Rohrs verjüngt wird, bis er einen Wert erreicht, der unter dem Innendurchmesser der Bodenschale liegt, dann dieses Ende mit der Dichtung versehen, in die metallische Bodenschale eingeführt und der Außendurchmesser dieses Rohrendes auf einen Wert gebracht wird, der in etwa gleich dem Innendurchmesser der metallenen Bodenschale ist,

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COPY

um dadurch die Dichtung zusammenzupressen, und daß der so gebildete Behälter mit den aktiven Bestandteilen gefüllt und schließlich verschlossen wird.

11 - Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschale ausgehend von einer Scheibe (12) gebildet wird.

12 - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn-

auf> zeichnet, daß man zuerst/die metallische Schale eine Scheibe aus weichem Kunststoff legt, daß das Ende des Rohrs anschließend in die metallische Bodenschale eingedrückt wird, wobei es die Scheibe mit sich nimmt, so daß diese zu einer Schale verformt wird, deren Randteil zwischen dem zylindrischen Rand der metallischen Bodenschale und dem Rohrende eingeklemmt wird.

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