DE4439323A1

DE4439323A1 - Galvanisches Element

Info

Publication number: DE4439323A1
Application number: DE19944439323
Authority: DE
Inventors: Hubert Lehermeier
Original assignee: Bayerische Metallwerke GmbH
Current assignee: perma tec GmbH and Co KG
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2014-11-05
Also published as: DE4439323C2

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Galvanische Elemente sind in unterschiedlichen Ausführungs formen und Werkstoffkombinationen bekannt. Zumindest weisen sie jeweils zwei Teile unterschiedlicher Werkstoffe auf, wobei die eine Werkstoffkomponente als Anode und die andere als Kathode wirkt. Wenn ein solches galvanisches Element in ein Elektrolyt eingebracht wird, läuft der bekannte elektrochemische Prozeß ab, bei dem Gas erzeugt wird. Häu fig wird daher ein solches galvanisches Element auch als Gaserzeuger verwendet.

Ein bekanntes galvanisches Element dieser Art besteht aus einer gestanzten Ronde aus Zink mit einer konzentrisch an geordneten Bohrung. In diese Bohrung wird ein im Sinterver fahren hergestellter, gehämmerter und geschliffener Stift aus Molybdän gesteckt, der anschließend mit der Zinkronde zu einer Baueinheit verlötet und plangeschliffen wird. Da mit das Lot den Molybdänstift mit der Zinkronde sicher verbindet, wird der Molybdänstift zuvor noch vernickelt, d. h., er wird mit einer Nickelschicht von ca. 4 bis 6 µ versehen.

Je nach dem wieviel Gas das galvanische Element in einer vorbestimmten Zeiteinheit erzeugen soll, desto großer bzw. kleiner muß die Masse des Molybdänstiftes gegenüber der Masse der Zinkronde sein. Deshalb wurde bisher bei nahezu unveränderbaren Außenmaßen des galvanischen Elementes - beispielsweise aufgrund einer gegebenen Halterung eines Schmiermittelgebers für das galvanische Element - lediglich der Durchmesser des Molybdänstiftes verändert und die Maße der Zinkronde mit der darin angeordneten Bohrung konstant gehalten. Die Differenzen zwischen den verschiedenen Durchmessern der Molybdänstifte und dem jeweils konstanten Durchmesser der Bohrung der Zinkronde wurden dabei durch das zusätzliche Einbringen von Lot ausgeglichen.

Derartige galvanische Elemente haben jedoch den Nachteil, daß diese sehr aufwendig zu produzieren sind. Desweiteren ist es äußerst schwierig, den Molybdänstift in der Bohrung der Zinkronde exakt konzentrisch zu fixieren. Jede Abwei chung von dieser Konzentrität wirkt sich nämlich unmittel bar auf die Eigenschaften und Kenndaten des z. B. als Gas erzeuger eingesetzten galvanischen Elementes aus. Zudem sind bei den bekannten galvanischen Elementen hohe Streu breiten bei den Werkstoffeigenschaften sowie bei deren Ver arbeitung - z. B. Auftragen der Nickelschicht - und deren Qualität vorhanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein galvanisches Element gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebe nen Art derart weiterzubilden, daß bei Vermeidung der ge nannten Nachteile eine vereinfachte Herstellung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Nunmehr wird lediglich der Werkstoff, der als Anode, und der Werkstoff, der als Kathode wirkt, in seine Bestandteile zerlegt und durch einzelne Partikel in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis gleichmäßig miteinander vermischt und anschließend zu einer Baueinheit verpreßt. Dadurch entfallen nicht nur gegenüber dem eingangs genannten Herstellungsverfahren sehr viele Arbeitsschritte, sondern es ist auch eine exakte Steuerung der Kenndaten des zu er zeugenden galvanischen Elements, z. B. über das Mischungs verhältnis und/oder die Partikelgrößen der beiden Werk stoffe, möglich.

Insbesondere wenn eine definierte elektrochemische Reaktion in einem Elektrolyt erreicht werden soll, werden die Parti kel des ersten und zweiten Werkstoffes in einem vorbestimmten Gewichtsverhältnis miteinander vermischt.

Um den Preßvorgang zu beeinflussen, wird dem ersten und dem zweiten Werkstoff Preßmittel, wie Mikrowachs, beispielswei se in einem Anteil bis zu 1 Gew-% zugegeben. Im übrigen kann auch über den Anteil des Preßmittels bis zu einem ge wissen Grade die elektrochemische Reaktion des galvanischen Elementes in einem Elektrolyt beeinflußt werden.

Nach einem homogenen Vermischen der beiden Werkstoffe und insbesondere des Preßmittels wird dieses Gemisch dann ge preßt. Dabei wird vorzugsweise auf das Gemisch ein Druck von 30 bis 60 kN aufgebracht. Dieser Druckbereich hat sich in der Praxis bewährt, da bei einem zu geringen Druck die das galvanische Element dann bildende Baueinheit nicht mehr handhabbar wäre, d. h., sie würde sehr leicht zerbrechen. Bei einem zu hohen Druck wiederum wurde die Anlaufge schwindigkeit für die elektrochemische Reaktion des galva nischen Elementes in einem Elektrolyt nachteilig beein flußt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bildet im wesentlichen reinstes Zink den ersten Werkstoff. Dieses Zink in Form einzelner Partikel wird dabei vor allem durch Verdüsen hergestellt. Zweckmäßigerweise weisen die Zink partikel bzw. Zinkkörner dabei zumindest vor dem Vermischen eine Korngröße von bis zu 2 mm auf. Ist die Korngröße des Zinks nämlich zu groß, läßt sich die Preßvorrichtung nicht mehr ohne weiteres befüllen. Zudem würden mit dem Verpressen große Hohlräume/Poren in dem Preßteil auftreten.

Als günstig hat es sich weiterhin erwiesen, im wesentlichen reines, insbesondere granuliertes, Molybdän als zweiten Werkstoff zu verwenden. Die Partikel aus Molybdän werden vorzugsweise durch Brechen eines aus verpreßtem und gesin tertem Molybdänpulver erzeugten massiven Molybdänteiles hergestellt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die Molybdänpartikel bzw. die Molybdänkör ner zumindest vor dem Vermischen eine Korngröße von bis zu 2 mm aufweisen. Ist die Korngröße des Molybdäns nämlich zu groß, ist eine gleichmäßige Verteilung in der Baueinheit nicht mehr gewährleistet.

In der Praxis hat sich ein Mischungsverhältnis von 1 bis 1000 Gew-% des ersten Werkstoffes bei 1 Gew-% des zweiten Werkstoffes bewährt. Mit diesem Mischungsverhältnis wird sowohl die Herstellung erleichtert, als auch eine vorbe stimmte Einstellung der Kenndaten des galvanischen Ele mentes garantiert.

Um die Baueinheit den teilweise gegebenen Einsatzverhält nissen optimal anpassen zu können, ist sie zu einem vorbe stimmten Formteil, wie eine Ronde, verpreßt.

Das erfindungsgemäße galvanische Element eignet sich u. a. aufgrund der einfachen Herstellung und der nunmehr verbes serten Möglichkeit der gezielten Einstellung seiner Kennda ten, beispielsweise über das oben erwähnte Mischungsver hältnis und/oder die jeweilige Korngröße der einzelnen Werkstoffkomponenten, als Gaserzeuger in einem Elektrolyt. Dabei ist es zweckmäßig, daß das Mischungsverhältnis und die Korngrößen der beiden Werkstoffe im wesentlichen in Ab hängigkeit der gewünschten Gaserzeugung und des verwendeten Elektrolytes festgelegt sind.

Allgemein werden Gaserzeuger beispielsweise in einem Schmiermittelgeber zur gasgesteuerten Abgabe eines Schmierstoffes mit einem galvanischen Element eingesetzt. Ein solcher Schmiermittelgeber ist beispielsweise aus der DE-PS 38 11 469 bekannt, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgen den Beschreibung einer Ausführungsform im Zusammenhang mit der einzigen Figur der Zeichnung.

Wie in der einzigen Figur dargestellt ist, wird das galva nische Element in mehreren Verfahrensschritten hergestellt.

Zunächst wird die erste Werkstoffkomponente 1, in dem fol genden Beispiel Zink, des galvanischen Elementes so behan delt, daß es schließlich in einzelnen Partikel vorliegt. Dies geschieht durch sogenanntes Verdüsen in einer Ver düsungsvorrichtung 2. Hierbei wird in bekannter Weise rein stes, flüssiges Zink unter Druck durch eine Düse geblasen, wo es in kleine Partikel zerstäubt wird, die anschließend erstarren. Das Zink liegt dann in einer spratzigen Kornform vor, die beispielsweise einen durchschnittlichen Durchmes ser von bis zu 1 mm aufweist.

Als zweite Werkstoffkomponente 3 für das galvanische Ele ment wird Molybdän verwendet, das durch Brechen eines aus verpreßtem und gesintertem Molybdänpulver erzeugten massi ven Molybdänteiles in einer entsprechenden Brechvorrichtung 4 hergestellt wird. Nach dem Brechen liegt beispielsweise das Molybdän in einer Korngröße mit einem durchschnittli chen Korndurchmesser von 0,25 bis 0,5 mm vor.

Die in dieser Korngröße vorliegenden beiden Werkstoffkompo nenten werden anschließend zusammen mit Mikrowachs 5 in ei ner Mischvorrichtung 6 homogen miteinander vermischt.

In die Mischvorrichtung 6 werden beispielsweise 10 kg Zink als erste Werkstoffkomponente 1 in der erwähnten spratzigen Kornform, 1 kg Molybdän als zweite Werkstoffkomponente 3 und 0,022 kg Mikrowachs 5 nacheinander zugegeben und homo gen miteinander vermischt.

Dieses Mischungsverhältnis eignet sich auch bei einem durchschnittlichen Korngrößendurchmesseer von Zink bis zu 50 µ und von Molybdän bis zu 20 µ.

Bei dem Mikrowachs 5 handelt es sich insbesondere um das sogenannte Hoechst-Wachs/C-Mikropulver/PM-Qualität.

Die homogen gemischte Masse aus Zink- und Molybdänpartikeln sowie Mikrowachs 5 wird anschließend in eine Preßvorrich tung 7 eingegeben. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß sich die Komponenten 1, 3 und 5 nicht entmischen.

In der Preßvorrichtung 7 wird das Ganze dann zu einer Bau einheit, beispielsweise in der Form einer Ronde 8, bei 35 kN gepreßt.

Somit ist eine Art eines Gaserzeugers hergestellt, der in bestimmten Elektrolyten vorbestimmte Kennwerten hinsicht lich der erzeugbaren Gasmenge im Verhältnis zur Zeit hat.

Diese Kennwerte, die sich sowohl aus den jeweiligen Mi schungsverhältnissen der Werkstoffkomponenten 1, 3, und 5 als auch aus der Partikelgröße der einzelnen Werkstoff komponenten ergeben können, sind durch Versuche zu ermit teln.

Nach dem Preßvorgang wird dann die als eine Baueinheit vor liegende Ronde 8 noch markiert, um diese als bestimmten Gaserzeugertyp zu kennzeichnen, der, wie eben erwähnt, durch unterschiedliche Mischungsverhältnisse/Korngrößen un terschiedliche Eigenschaften und Kennwerte aufweist.

Statt der beiden genannten Werkstoffkomponenten 1 und 3 kommen selbstverständlich auch andere Werkstoffe entspre chend der Spannungsreihe der Metalle in Frage, insbesondere aber folgende Werkstoffkombinationen:

Zn - Mo
Zn - Al
Zn - Cu
Zn - Mg.

Über die Auswahl der Werkstoffe der Spannungsreihe der Me talle können ebenfalls die Eigenschaften und Kennwerte des erfindungsgemäßen galvanischen Elementes beeinflußt werden.

Die Erfindung zeichnet sich somit dadurch aus, daß die Steuerung der zu produzierenden Gasmenge in Abhängigkeit von der Zeit in einem Elektrolyt durch Veränderung der Par tikelgröße, des Mischungsverhältnisses sowie durch die Aus wahl der Werkstoffkomponenten einfach steuerbar ist, ohne daß das Herstellungsverfahren nachhaltig beeinflußt wird. Zudem wird das Herstellungsverfahren ganz erheblich verein facht, was eine erhöhte Produktivität zur Folge hat.

Bezugszeichenliste

1 erste Werkstoffkomponente
2 Verdüsungsvorrichtung
3 zweite Werkstoffkomponente
4 Brechvorrichtung
5 Mikrowachs
6 Mischvorrichtung
7 Preßvorrichtung
8 Ronde/galvanisches Element.

Claims

1. Galvanisches Element (8) mit einem ersten als Anode wirkenden und einem zweiten als Kathode wirkenden Werkstoff (1, 3), das eine Baueinheit bildet und in einem Elektrolyt bei einer elektrochemischen Reaktion Gas erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Partikel des ersten und mehrere Partikel des zweiten Werkstoffes (1, 3) miteinander vermischt und miteinander zu der Baueinheit verpreßt sind.

2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste und der zweite Werkstoff (1, 3) in einem vorbestimmten Gewichtsverhältnis zueinander vorhanden sind.

3. Galvanisches Element nach Anspruch 1 oder 2, gekenn zeichnet durch ein Preßmittel (5), das dem ersten und zwei ten Werkstoff (1, 3) zumindest vor dem Verpressen zugegeben wird.

4. Galvanisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß Mikrowachs (5) das Preßmittel bildet.

5. Galvanisches Element nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Anteil an Preßmittel (5) von bis zu 1 Gew-%.

6. Galvanisches Element nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Pressen zur Bau einheit ein Druck von 30 bis 60 kN anliegt.

7. Galvanisches Element nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen rein stes Zink (1) den ersten Werkstoff bildet.

8. Galvanisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Partikel aus Zink (1) durch Verdüsen her gestellt sind.

9. Galvanisches Element nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Zink (1) zumindest vor dem Vermischen eine Korngröße von bis zu 2 mm aufweist.

10. Galvanisches Element nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen rei nes, insbesondere granuliertes, Molybdän (3) den zweiten Werkstoff bildet.

11. Galvanisches Element nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Partikel aus Molybdän (3) durch Brechen eines aus verpreßtem und gesintertem Molybdänpulver erzeug ten massiven Molybdänteiles hergestellt sind.

12. Galvanisches Element nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdän (3) zumindest vor dem Vermischen eine Korngröße von bis zu 2 mm aufweist.

13. Galvanisches Element nach einem der vorangehenden An sprüche, gekennzeichnet durch im wesentlichen 1 bis 1000 Gew-% des ersten Werkstoffes (1) bei 1 Gew-% des zweiten Werkstoffes (3).

14. Galvanisches Element nach einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit zu ei nem vorbestimmten Formteil, wie eine Ronde (8), verpreßt ist.

15. Galvanisches Element nach einem der vorangehenden An sprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Gaserzeu ger in einem Elektrolyten.

16. Galvanisches Element nach Anspruch 15, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mischungsverhältnis der beiden Werkstoffe (1, 3) im wesentlichen in Abhängigkeit der gewünschten Gas erzeugung und des verwendeten Elektrolytes festgelegt ist.

17. Galvanisches Element nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis der beiden Werkstoffe (1, 3) im wesentlichen in Abhängigkeit der Par tikelgröße festgelegt ist.

18. Schmiermittelgeber zur gasgesteuerten Abgabe eines Schmierstoffes mit einem galvanischen Element nach einem der vorangehenden Ansprüche.