DE10332093A1

DE10332093A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle sowie die elektrochemische Zelle

Info

Publication number: DE10332093A1
Application number: DE10332093A
Authority: DE
Inventors: Norbert Will
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: DE10332093A8; WO2005008699A2; US20060168787A1; DE10332093B4; US7495889B2; WO2005008699A3

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle (1) vorgeschlagen, bei dem zuerst im Verfahrensschritt A) ein becherförmiges Gehäuse (9) mit zumindest einer ersten Einbuchtung (10) bereitgestellt wird. Danach wird im Verfahrensschritt B) ein Elektrodenstapel (6) in das Gehäuse (9) angesetzt und anschließend im Verfahrensschritt C) mittels einer quer zur ersten Einbuchtung (10) einwirkenden Kraft (20) auf das Gehäuse (9) die erste Einbuchtung in Richtung des Gehäuseinneren weiter eingebuchtet, wobei der Elektrodenstapel (6) im Gehäuse (9) fixiert wird. Dadurch lassen sich besonders einfach und zuverlässig Elektrodenstapel in becherförmigen Gehäusen fixieren.

Description

Viele elektrochemische Zellen, beispielsweise Kondensatoren, Batterien oder Akkumulatoren weisen ein becherförmiges Gehäuse auf, in dem ein Elektrodenstapel untergebracht ist. Der Elektrodenstapel besteht in der Regel aus flächig ausgeformten positiven und negativ geladenen Elektroden, die beispielsweise durch eine Separatorschicht voneinander getrennt sein können. Die Elektroden stehen dabei in Kontakt mit einem Elektrolyten. Bei Elektrolytkondensatoren, beispielsweise Aluminium-Elektrolytkondensatoren bestehen die Elektroden häufig aus einer Aluminium-Kathodenfolie und einer. Anodenfolie aus Aluminium, die eine dielektrisch wirkende Oxidschicht aufweist. Zwischen den Folien befindet sich ein Abstandshalter, beispielsweise eine ein- oder mehrlagige Schicht aus Papier, die mit einer Elektrolytlösung imprägniert ist. Die Anordnung liegt üblicherweise in Form eines um einen Dorn herum aufgebrachten Wickels vor, der in das becherförmige Gehäuse eingesetzt wird. Häufig schließt dabei ein Deckel, an dem elektrische Anschlüsse angeordnet sind, das becherförmige Gehäuse nach oben hin ab. Dabei können vor allen Dingen bei Elektrolytkondensatoren die Anschlüsse elektrisch leitend beispielsweise mittels Metallstreifen mit dem Kondensatorwickel elektrisch leitend verbunden sein.
Die genannten elektrochemischen Zellen werden häufig in Automotiv-Anwendungen, z.B. bei Automobilen eingesetzt. Dort sind diese Zellen sehr starken mechanischen Schwingungen ausgesetzt. Bei sehr hohen Schwingbelastungen kann dabei der Elektrodenstapel auch Relativbewegungen zum becherförmigen Gehäuse durchführen. Dabei ist es möglich, daß die Elektroden des Elektrodenstapels geschädigt werden oder daß die elektrischen Verbindungen, z.B. die Metallstreifen zwischen den elektrischen Außenanschlüssen und den Elektrodenstapel, abbrechen oder beschädigt werden.
Aus der Offenlegungsschrift DE 199 29 598 A1 ist ein Elektrolytkondensator mit hoher Schwingbelastbarkeit bekannt. Dieser weist Verbindungsstreifen zwischen dem Kondensatorwickel und den beiden elektrischen Anschlüssen auf, wobei die Verbindungsstreifen einen Großteil der Kräfte aufnehmen, die bei einer Schwingung des gesamten Kondensators auf dem Kondensatorwickel lasten. Zusätzlich kann der Kondensatorwickel im Gehäuse dadurch weiter fixiert werden, daß nach dem Einsetzen des Kondensatorwickels Mittelsicken im Gehäuse erzeugt werden, die den Kondensatorwickel zusätzlich fixieren. Diese Mittelsicken werden nachträglich, z.B. mittels Einbuchtens mit einem Prägestempel angebracht. Dabei wird allerdings das Gehäuse länger, so daß eine reduzierte axiale Verspannung des Kondensatorwickels zwischen dem Deckel und dem Gehäuseboden resultiert.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle anzugeben, das die oben genannten Nachteile vermeidet.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie eine elektrochemische Zelle sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle zeichnet sich dadurch aus, daß in einem Verfahrensschritt A) ein becherförmiges Gehäuse mit zumindest einer ersten Einbuchtung bereitgestellt wird. Danach wird ein Elektrodenstapel im Verfahrensschritt B) in das Gehäuse eingesetzt und anschließend im Verfahrensschritt C) mittels einer quer zur ersten Einbuchtung auf das Gehäuse einwirkenden Kraft die erste Einbuchtung in Richtung des Gehäuseinneren weiter eingebuchtet, wobei der Elektrodenstapel im Gehäuse fixiert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Kraft nicht direkt an die Einbuchtung wirkt, wie dies z.B. beim Prägen mittels des oben genannten Prägestempels der Fall wäre, sondern daß die Kraft indirekt über das Gehäuse wirkt, wobei es zu einer Stauchung der ersten Einbuchtung kommt, die in einer Fixierung des Elektrodenstapels im Gehäuse resultiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, bei denen z.B. Prägestempel verwendet werden, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Länge des Gehäuses nicht erhöht, sondern vielmehr sogar verkürzt, so daß neben der guten radialen Verspannung durch die erste Einbuchtung auch eine verbesserte axiale Verspannung des Elektrodenstapels zwischen einem Deckel und einem Gehäuseboden erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens steht darin, daß aufgrund der indirekten Krafteinwirkung auf die erste Einbuchtung die maximal möglichen Kräfte begrenzt auf den Elektrodenstapel im Verfahrensschritt C) einwirken, so daß unter ungünstigen Bedingungen eine geringere Gefahr besteht, daß dieser während des Fixierungsvorgangs geschädigt wird.
Vorteilhafterweise wird im Verfahrensschritt C) die Kraft im wesentlichen senkrecht zur ersten Einbuchtung und parallel zur Hauptachse des Gehäuses ausgeübt (siehe beispielsweise 2a). Bei einer Kraftausübung entlang dieser Richtung ist es vorteilhafterweise besonders einfach möglich, die erste Einbuchtung mittels einer Stauchung zur Fixierung des Elektrodenstapels zu verwenden.
Im Verfahrensschritt C) kann dabei die Kraft auf den Rand des becherförmigen Gehäuses ausgeübt werden (siehe beispielsweise 2a).
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, in einem zusätzlichen Verfahrensschritt D) nach dem Verfahrensschritt C) einen Deckel anzubringen, der das Gehäuse verschließt. In diesem Fall wird das nach oben hin offene becherförmige Gehäuse mit dem bereits eingesetzten Elektrodenstapel mittels der quer zur ersten Einbuchtung einwirkenden Kraft gestaucht, so daß der Elektrodenstapel im Gehäuse fixiert wird und erst danach das Gehäuse mittels eines Deckels verschlossen. Dabei wird vorteilhafterweise zusätzlich zur bereits vorhandenen radialen Fixierung des Elektrodenstapels aufgrund der Fixierung durch die zumindest eine erste Einbuchtung zusätzlich eine axiale Verspannung zwischen dem Deckel und dem Gehäuseboden erreicht.
Bei einer anderen vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Verfahrensschritt C) ein Deckel in der Öffnung des becherförmigen Gehäuses positioniert, ohne das Gehäuse dicht zu verschließen. Erst nach dem Verfahrensschritt C), der Stauchung der ersten Einbuchtung, wird das Gehäuse mittels des bereits aufgebrachten Deckels verschlossen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der umlaufende Rand des Gehäuses zu einem zusätzlich eingebrachten Dichtungsring, der den Deckel zum Gehäuse verschließt, umgebogen, also umgebördelt wird (siehe z.B. 2c). Dabei ist es dann besonders einfach, nach dem Verfahrensschritt C) eine zusätzliche axiale Verspannung des Elektrodenstapels zwischen dem Gehäuseboden und dem Deckel zu erzielen.
Es ist aber beispielsweise auch möglich, z.B. bei flexiblen Deckeln in Form von Gummistopfen, bereits nach dem Einsetzen des Elektrodenstapels und noch vor dem Stauchen im Verfahrensschritt C) das Gehäuse dicht zu verschließen. Dabei kann dann der Elektrodenstapel mittels axialer Verspannung zwischen dem Deckel und dem Gehäuseboden fixiert werden. Aufgrund seiner Flexibilität kann der Gummistopfen während des Stauchvorgangs im Verfahrensschritt C) auch kleine strukturelle Veränderungen im Deckelbereich kompensieren, so daß nach wie vor ein dichter Verschluß des Gehäuses nach dem Stauchvorgang gegeben ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im Verfahrensschritt C) ein flächiger Kontaktbereich zwischen der ersten Einbuchtung und dem Elektrodenstapel erzeugt wird. Aufgrund des besonders großen Kontaktbereichs resultiert dann eine besonders gute Fixierung des Elektrodenstapels im becherförmigen Gehäuse (siehe beispielsweise 3c).
Vorteilhaft ist weiterhin ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung erzeugt wird, wobei diese im Querschnitt eine mittlere Breite aufweist, die wenigstens drei mal so groß ist wie ihre mittlere Tiefe. Derartige, besonders breite Einbuchtungen eignen sich besonders gut dazu, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens im Verfahrensschritt C gestaucht zu werden, wobei aufgrund der großen Breite dieser Sicken eine besonders gute Fixierung des Elektrodenstapels resultiert.
Vorteilhafterweise wird im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung erzeugt, wobei deren mittlere Wandstärke kleiner ist als die mittlere Wandstärke des restlichen Gehäuses. Dies führt besonders günstig dazu, daß bei der Ausübung der Kraft im Verfahrensschritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt die erste Einbuchtung weiter eingebuchtet wird und nicht etwa andere Bereiche des Gehäuses während des Stauchvorgangs im Verfahrensschritt C) deformiert werden.
Günstigerweise wird im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung im Gehäuse so erzeugt, daß diejenigen Bereiche der Einbuchtung, die nach dem Einsetzen des Elektrodenstapels im Verfahrensschritt B) diesem am nächsten sind, eine in etwa gleiche Wandstärke aufweisen, wie die vom Elektrodenstapel weiter entfernten Bereiche der Einbuchtung. Dies bedeutet, daß die Einbuchtung, die auch als Sicke bezeichnet werden kann, einen dem Elektrodenstapel am nächsten kommenden Sickengrund aufweist, der in etwa gleiche Wandstärke aufweist wie die Sickenflanken (siehe beispielsweise 3a bis 3c und 8a und 8b). Eine Einbuchtung, die in allen Bereichen etwa gleiche Wandstärke aufweist, läßt sich besonders günstig dadurch erzeugen, daß mit im Vergleich zu herkömmlichen Sickverfahren erhöhtem Kraftaufwand im Verfahrensschritt A) ein Prägestempel gegen die Wandung des Gehäuses gedrückt wird, wobei als Gegenkraft z.B. ein Amboß vorhanden ist. Aufgrund dieses Sickens mit erhöhtem Kraftaufwand werden dann Einbuchtungen erzeugt, die in allen Bereichen der Einbuchtungen in etwa gleiche Wandstärke aufweisen. Bei herkömmlichen Sickvorgängen z.B. mittels eines Prägestempels fehlt häufig die Gegenkraft in Form des Ambosses, so daß derartig ausgestaltete Sicken eine größere Wandstärke am Sickengrund als auf der Sickenflanke aufweisen. Derartige nach herkömmlichen Methoden erzeugte Sicken würden häufig dazu führen, daß im Verfahrensschritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens die der Sicke naheliegenden Bereiche des Bechers deformiert werden, so daß nur eine geringe Stauchung der ersten Einbuchtung erzielt wird (siehe 7a und 7b). Einbuchtungen mit etwa gleicher Wandstärke im Sickengrund und der Sickenflanke hingegen lassen sich besonders einfach im Verfahrensschritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter einbuchten ( 8a und 8b).
Günstigerweise wird im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung in Form einer um den Umfang des Gehäuses umlaufenden Einbuchtung erzeugt. Dies hat den Vorteil, daß aufgrund der besonders großen umlaufenden Kontaktfläche zwischen der Einbuchtung und dem Elektrodenstapel eine besonders gute Fixierung resultiert.
Häufig kann im Verfahrensschritt A) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zusätzliche, zweite Einbuchtung im Bereich der Öffnung des Gehäuses erzeugt werden, deren mittlere Wandstärke größer ist als die mittlere Wandstärke der ersten Einbuchtung. Diese zweite Einbuchtung dient häufig als sogenannte Auflagensicke für eine Positionierung des Deckels (siehe z.B. 2a bis 2c). Diese Auflagensicke hat günstiger weise eine größere Wandstärke als die erste Einbuchtung, um sicherzustellen, daß während des Stauchungsvorgangs im Verfahrensschritt C) lediglich die erste Einbuchtung weiter eingebuchtet wird und nicht etwa auch die Auflagensicke, die zweite Einbuchtung.
Im Falle des Vorhandenseins der zweiten Einbuchtung ist es besonders günstig, wenn im Verfahrensschritt A) der Neigungswinkel der Flanke der ersten Einbuchtung größer ist, als der entsprechende Neigungswinkel der zweiten Einbuchtung. Zur Ermittlung des Neigungswinkels wird, wie beispielsweise in 3c gezeigt, eine Gerade entlang der Wandung des Gehäuses gelegt und eine Tangente an die Flanke der Einbuchtung gelegt. Der Neigungswinkel wird dann durch den Winkel definiert, den beide Geraden zueinander einnehmen. Ein größerer Neigungswinkel der Flanken der ersten Einbuchtung als der entsprechende Neigungswinkel der zweiten Einbuchtung hat zur Folge, daß die Flanken der ersten Einbuchtung steiler sind als diejenigen der zweiten Einbuchtung. Dies hat zur Folge, daß während des Stauchungsvorgangs im Verfahrensschritt C) bevorzugt die erste Einbuchtung und nicht die zweite Einbuchtung gestaucht wird. Ein Gehäuse mit derartigen ersten und zweiten Einbuchtungen ist beispielsweise in 2a zu sehen.
Bei einer weiteren, günstigen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vor dem Verfahrensschritt C) zumindest teilweise ein zusätzliches Teil in der ersten Einbuchtung positioniert werden. Dieses zusätzliche Teil kann dann im Verfahrensschritt C) zusammen mit der Fixierung des Elektrodenstapels aufgrund der Stauchung der ersten Einbuchtung mittels z.B. Verkanten in der Einbuchtung am Gehäuse befestigt werden. Dadurch entfallen zusätzliche Befestigungsschritte für das zusätzliche Teil, beispielsweise Anschrauben oder Verschweißen. Ein Befestigen von zusätzlichen Teilen in der ersten Einbuchtung läßt sich beispielsweise den 5a bis 5c und 6 entnehmen.
Das zusätzliche Teil kann beispielsweise eine Kühlrippe sein, die besonders einfach während des Betriebs der elektrochemischen Zelle auftretende Wärme nach außen abführt. Als zusätzliches Teil kann beispielsweise auch eine Befestigungsvorrichtung am Gehäuse befestigt werden, die dann zu einer besonders einfachen Befestigung der elektrochemischen Zelle auf einer Platine verwendet werden kann. Als zusätzliches Teil kann auch eine zusätzliche elektrische Stromführung besonders einfach mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in der ersten Einbuchtung am Gehäuse befestigt werden. Derartige Stromführungen können beispielsweise dazu dienen, induktionsarme Elektrolytkondensatoren zu realisieren, wie sie in der Offenlegungsschrift DE 199 29 597 A1 beschrieben werden, auf die hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Wenn im Gehäuse eine zusätzliche zweite Einbuchtung als Auflagensicke für den Deckel im Bereich der Öffnung des Gehäuses erzeugt wird, ist es beispielsweise auch möglich, zwischen den Verfahrensschritten B) und C) das Gehäuse mittels eines Deckels zu verschließen. Dabei kann der Deckel dann nicht nur aus flexiblem Material, beispielsweise einem Gummistopfen bestehen, sondern beispielsweise auch aus einem Metalldeckel, der mittels eines Dichtungsrings das Gehäuse dicht verschließt. In diesem Falle kann dann während des Verfahrensschrittes C) ein Stauchwerkzeug in der zweiten Einbuchtung positioniert werden und durch Ausüben der Kraft auf dieses Stauchwerkzeug gezielt die erste Einbuchtung gestaucht werden. Mittels des Stauchwerkzeugs kann somit verhindert werden, daß die Kräfte auch gleichzeitig auf den Deckelbereich des Gehäuses wirken, was zu Deformationen des Deckels führen könnte mit der Folge, daß das Gehäuse evtl. nicht mehr dicht verschlossen wäre. Im Falle einer um das Gehäuse umlaufenden zweiten Einbuchtung als Auflagensicke läßt sich als Stauchwerkzeug beispielsweise ein Stauchring verwenden (siehe beispielsweise 4).
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich beispielsweise ein Aluminium-Elektrolytkondensator herstellen, wobei als Elektrodenstapel ein Kondensatorwickel verwendet wird, der zwei in Kontakt mit einem Elektrolyten stehende Aluminiumfolien als Elektroden und einen dazwischen befindlichen Separator umfaßt.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine elektrochemische Zelle, bei der ein becherförmiges Gehäuse vorhanden ist, in dem ein Elektrodenstapel untergebracht ist. Zumindest eine erste Einbuchtung ist in dem becherförmigen Gehäuse vorhanden und fixiert den Elektrodenstapel im Gehäuse. Für die mittlere Wandstärke d_mitt. der Flanken der ersten Einbuchtungen gilt dabei, dmitt. > amitt.∙cos α,wobei a_mitt. die mittlere Wandstärke des restlichen Gehäuses und α der Neigungswinkel der Flanken der ersten Einbuchtung ist.
Der Erfinder hat gefunden, daß bei mittels herkömmlichen Sickverfahren erzeugten Sicken für die mittlere Wandstärke d_mitt. folgendes gilt dmitt. < amitt.∙cos α.
Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei herkömmlichen Sickverfahren, bei denen beispielsweise mittels eines Sickrändels, das umlaufend um den Umfang des Gehäuses herum geführt wird, eingebuchtet wird, die mittlere Wandstärke der Flanken der Einbuchtung verringert wird, wobei Einbuchtungen resultieren, die keine so steilen Flanken aufweisen, wie dies beim erfindungsgemäßen Stauchvorgang im Verfahrensschritt C) der Fall ist. Dies hat zur Folge, daß bei herkömmlich erzeugten Einbuchtungen der Neigungswinkel α der Flanken kleiner ist, als bei erfindungsgemäß erzeugten Einbuchtungen. Im Gegensatz dazu wird beim erfindungsgemäßen Verfahren während des Stauchvorgangs C) die mittlere Wandstärke der Flanke der Sicke kaum verändert, während der Neigungswinkel α stark zunimmt (siehe beispielsweise 3a bis 3c). Aufgrund ihrer geringen Deformationen im Bereich des die Einbuchtung umgebenden Gehäuses, sowie aufgrund ihrer größeren mittleren Wandstärke sind dabei mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte Einbuchtungen stabiler als mittels herkömmlichen Verfahren erzeugte Einbuchtungen mit gleichem Neigungswinkel, so daß sie sich besser zur Fixierung von Elektrodenstapeln in Gehäusen eignen.
Gegenstand der Erfindung sind damit auch elektrochemische Zellen, bei denen der Neigungswinkel α der Flanken der ersten Einbuchtung größer als etwa 50° ist (siehe beispielsweise 3c). Nur mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Flanken mit derart großen Neigungswinkeln herstellen, ohne daß es zu einer Deformation oder sogar einem Bruch des Gehäuses im Bereich neben der Sicke kommt.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte elektrochemische Zellen können dabei auch erste Einbuchtungen aufweisen, bei denen der Neigungswinkel α größer als etwa 90° ist (siehe beispielsweise 6). Einbuchtungen, deren Flanken derart große Neigungswinkel aufweisen, können nur mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden, da bei herkömmlichen Sickverfahren bei derart hohen Neigungswinkeln evtl. das Gehäuses brechen könnte. Erste Einbuchtungen mit derart großen Neigungswinkeln können dabei besonders vorteilhaft auch zur gleichzeitigen Befestigung von z.B. sehr dünnen Blechen in den Einbuchtungen verwendet werden, die mittels ersten Einbuchtungen mit geringeren Neigungswinkeln nicht zu befestigen wären (siehe 6).
Bei dem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten elektrochemischen Zellen kann es sich um Aluminium-Elektrolytkondensatoren handeln, bei denen der Elektrodenstapel ein Kondensatorwickel ist, der als Elektroden zwei Aluminiumfolien umfaßt, die durch einen Separator voneinander getrennt sind und in Kontakt mit einem Elektrolyten stehen.
Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren und die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten elektrochemischen Zellen noch näher anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert werden. Die Figuren sind dabei nur schematisch dargestellt und sind nicht maßstabsgetreu.
1 zeigt einen herkömmlichen schwingungsfesten Kondensator im Querschnitt.
Die 2a bis 2c zeigen eine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 3a bis 3c zeigen schematisch das Verhalten der ersten Einbuchtung während des erfindungsgemäßen Stauchungsvorgangs im Querschnitt.
4 zeigt eine andere Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Querschnitt.
Die 5a bis 5c zeigen die Befestigung von zusätzlichen Teilen an einer elektrochemischen Zelle mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
6 zeigt eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte elektrochemische Zelle mit besonders steilen Flanken der ersten Einbuchtung.
Die 7a und 7b zeigen das Verhalten einer mittels eines herkömmlichen Verfahrens hergestellten breiten Sicke beim erfindungsgemäßen Stauchungsvorgang.
Die 8a und 8b zeigen das Verhalten einer mittels eines besonderen Sickungsvorgangs erzeugten breiten Sicke während des erfindungsgemäßen Stauchungsvorgangs.
Die 1 zeigt einen herkömmlichen schwingungsfesten Kondensator 2, der beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 199 29 598 A1 beschrieben wird. Die elektrischen Anschlüsse 6a bzw. 7a sind mittels Verbindungsblechen 6B bzw. 7 mit dem Kondensatorwickel 6 verbunden, wobei diese Verbindungsbleche die während einer Schwingung auftretenden Kräfte auf den Kondensator bzw. Kondensatorwickel auffangen sollen. Zusätzlich zu diesen Verbindungsblechen 6B und 7 sind nach dem Einsetzen des Kondensatorwickels 6 sogenannte Mittelsicken 3 erzeugt worden, die zusätzlich den Kondensatorwickel im Gehäuse fixieren. Während der Erzeugung dieser Mittelsicken 3 verlängert sich allerdings das Gehäuse entlang seiner Hauptachse, wobei die ebenfalls wichtige axiale Verspannung des Kondensatorwickels 6 zwischen dem Deckel 4 und dem Becherboden 5 verringert wird. Somit führt das nachträgliche Erzeugen der Mittelsicken 3 zu einer verminderten axialen Verspannung des Kondensatorwickels 6.
2a zeigt eine elektrochemische Zelle 1 im Querschnitt vor dem Verfahrensschritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist ein Elektrodenstapel 6 in das becherförmige Gehäuse 9 eingebracht worden. Dieses becherförmige Gehäuse 9 weist eine erste um das Gehäuse umlaufende Einbuchtung 10 auf. Weiterhin ist zur Auflage des Deckels 4 im Bereich der Öffnung des becherförmigen Gehäuses 9 eine zweite Einbuchtung 15 vorhanden. Die Steilheit der Flanken 10a der ersten Einbuchtung 10 ist dabei größer als die entsprechende Steilheit der Flanken 15a der zweiten Einbuchtung 15. Die Steilheit läßt sich dabei auch mittels des Neigungswinkels α berechnen, der später noch in 3c erläutert wird. Entlang der Hauptachse 8 der elektrochemischen Zelle 1 kann eine Kraft 20 aufgewendet werden (siehe Pfeile). Diese Kraft 20 wirkt dabei in erster Linie auf die Ränder des becherförmigen Gehäuses und in geringeren Ausmaßen auch auf den Deckel 4 (Pfeile in unterschiedlichen Größen). Im Deckel 4 sind noch die elektrischen Anschlüsse 4a und 4b vorhanden.
2b zeigt die elektrochemische Zelle der 2a nach dem Verfahrensschritt C), dem Stauchen. Dabei ist zu erkennen, daß selektiv die erste Einbuchtung 10 weiter gestaucht, also eingebuchtet wurde, wobei eine Kontaktfläche 12 zwischen der ersten Einbuchtung und dem Kondensatorwickel 6 resultiert, die zu einer Fixierung des Kondensatorwickels führt. Die zweite Einbuchtung 15 war vom Stauchungsvorgang im Verfahrensschritt C) nicht gestaucht worden.
2c zeigt die elektrochemische Zelle nach dem Verschließen des Deckels 4. Dabei wurde der Rand des becherförmigen Gehäuses 9 umgelegt, also umgebördelt, wobei das Gehäuse dicht verschlossen wurde. Im Falle von z.B. Metallplatten als Deckel 4 kann dieser dichte Verschluß mittels Dichtringen erfolgen. Möglich ist aber auch einen Gummistopfen als Deckel 4 zu verwenden. Während des Verschließens des Deckels kann dabei zusätzlich zur radialen Verspannung noch eine axiale Verspannung zwischen dem Deckel 4 und dem Becherboden 9a aufgebaut werden, ohne die radiale Verspannung des Kondensatorwickels 6 zu beeinträchtigen.
3a zeigt schematisch die Kräfte, die während des Stauchvorgangs im Verfahrensschritt C) auf die erste Einbuchtung 10 einwirken. Die mit 20 bezeichneten Pfeile stellen dabei die aufgrund der Kraft 20 auf das Gehäuse unmittelbar einwirkenden Kräfte dar. Die erste Einbuchtung 10 setzt sich dabei im Querschnitt aus zwei Flanken 10a und dem Grund 10b zusammen. Die mit 20a bezeichneten Pfeile geben dabei die Kräfte an, die auf den Grund 10b der Einbuchtung 10 wirken. Die mit 20b bezeichneten gestrichelten Pfeile geben dabei die aus dieser Krafteinwirkung resultierenden Kräfte an, die auf die Becherwandung wirken. Benachbart zur ersten Einbuchtung 10 ist ein Teil des Kondensatorwickels 6 dargestellt.
3b zeigt die in 3a gezeigte erste Einbuchtung 10 im Querschnitt, wobei bereits aufgrund der Kraft 20 eine Stauchung stattgefunden hat, so daß der Grund 10b der Einbuchtung 10 eine Kontaktfläche 12 mit dem Kondensatorwickel 6 ausgebildet hat. Zu sehen ist dabei, daß gleichzeitig die Steilheit der Flanken 10a der Einbuchtung 10 zunehmen.
3c zeigt die bereits in den 3a und 3b gezeigte erste Einbuchtung 10 nach dem Stauchungsvorgang im Verfahrensschritt C). Ein Vergleich zwischen der 3a und 3c macht dabei deutlich, daß die Steilheit der Flanken 10a der ersten Einbuchtung 10 während des Stauchungsvorganges zugenommen hat. Die Steilheit kann dabei durch den Neigungswinkel α dargestellt werden. Dieser Winkel ergibt sich, wenn man eine Gerade entlang der nicht zur Einbuchtung 10 gehörenden Becherwandung zieht und gleichzeitig eine Tangente an die Flanke 10a der ersten Einbuchtung 10 legt. Somit wird deutlich, daß der Neigungswinkel 25 während des Stauchungsvorgangs von 3a bis 3c zugenommen hat.
Wie bereits oben beschrieben, gilt für eine Einbuchtung, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde, daß die mittlere Wandstärke d_mitt. ihrer Flanken 10a größer ist als das Produkt aus der mittleren Wandstärke a_mitt. des restlichen Gehäuses und dem cos des Neigungswinkels 25. Die mittlere Wandstärke d_mitt. der Flanken 10a läßt sich dabei als Mittel der an verschiedenen Punkten der Flanke 10a gemessenen Wandstärke d berechnen. Die mittlere Wandstärke des restlichen Gehäuses a_mitt. läßt sich dabei als Mittel der an verschiedenen Punkten des Gehäuses gemessenen tatsächlichen Wandstärke α darstellen.
4 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Querschnitt während des Verfahrensschrittes C), wobei eine Spannvorrichtung 30, im Falle einer umlaufenden zweiten Einbuchtung ein Spannring dazu verwendet wird, um selektiv Kräfte 20 auf die erste Einbuchtung 10 auszuüben, ohne dabei den Bereich des Deckels 4 zu deformieren.
5a zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens während des Verfahrensschrittes C). Dabei wird wieder auf die Ränder des becherförmigen Gehäuses 9 sowie im untergeordneten Maße auf den Deckel 4 die Kraft 20 ausgeübt. Zusätzlich ist dabei ein Blech 35 als zusätzliches Teil in der ersten Einbuchtung 10 positioniert.
5b zeigt dabei die in 5a dargestellte elektrochemische Zelle nach dem Verfahrensschritt C). Das Blech 35 ist dabei aufgrund des Stauchungsvorgangs der ersten Einbuchtung 10 in dieser verkantet und damit befestigt worden. Gleichzeitig ist besonders vorteilhaft aufgrund der Stauchung der ersten Einbuchtung 10 eine radiale Fixierung des Kondensatorwickels 6 realisiert worden.
5c zeigt eine elektrochemische Zelle 1 in der Seitenansicht, an die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein zusätzliches Blech 35 befestigt wurde, das gleichzeitig auch zur Befestigung der Zelle 1 auf der Platine 50 dient. Gleichzeitig sind noch elektrische Kontakte 4a und 4b vorhanden.
6 zeigt einen Kondensator im Querschnitt, der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, wobei ein besonders dünnes Blech 35 in der ersten Einbuchtung 10 während des Stauchungsvorgangs im Verfahrensschritt C) befestigt wurde. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich dabei auch Einbuchtungen 10 realisieren, deren Flanken 10a derart steil sind, daß der Neigungswinkel α größer als 90° ist. Bei mittels herkömmlichen Verfahren hergestellten Einbuchtungen können derart große Neigungswinkel bereits zu einem Bruch der Gehäusewand führen.
7a zeigt eine breite Sicke 10, wobei die Wandstärke d ihrer Flanken 10a geringer ist als die Wandstärke g ihres Grundes 10b. Derartige breite Sicken, die mittels herkömmlichen Sickungsverfahrens hergestellt werden, können nicht für das erfindungsgemäße Stauchungsverfahren im Verfahrensschritt C) eingesetzt werden.
7b zeigt dabei die in 7a dargestellte herkömmliche Sicke 10 nach einem Stauchungsvorgang wie er im Verfahrensschritt C) des erfindungsgemäßen Verfahrens stattfindet. Zu sehen ist, daß dabei Deformationen 9a sowohl in der Becherwandung 9 als auch in der Sicke 10 auftreten.
8a zeigt im Querschnitt eine erste Einbuchtung 10, die im Verfahrensschritt A) des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wurde. Dabei kann beispielsweise mittels eines Sickwerkzeugs intensiv gesickt werden, wobei der Sickengrund 10b durch eine Gegenkraft, beispielsweise einen Amboß abgestützt wird. Dadurch entsteht eine erste Sicke 10, deren Wandstärke d an den Flanken 10a in etwa genauso groß ist wie ihre Wandstärke g im Sickengrund 10b.
8b zeigt die in 8a dargestellte Sicke nach dem Stauchungsvorgang im Verfahrensschritt C). Deutlich ist zu erkennen, daß im Gegensatz zu 7b keine bzw. kaum Deformationen an der Sicke oder an der Becherwandung auftreten. Dementsprechend läßt sich eine besonders gute Fixierung des Kondensatorwickels 6 erreichen.
Das hier dargestellte erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellen beschränken sich nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele. Weitere Ausgestaltungen sind dabei vor allem im Bezug auf die Form der Einbuchtungen möglich.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle (1) mit den Verfahrensschritten: A) ein becherförmiges Gehäuse (9) mit zumindest einer ersten seitlichen Einbuchtung (10) wird bereitgestellt, B) danach wird ein Elektrodenstapel (6) in das Gehäuse (9) eingesetzt, C) anschließend wird mittels einer quer zur ersten Einbuchtung (10) einwirkenden Kraft (20) auf das Gehäuse (9) die erste Einbuchtung in Richtung des Gehäuseinneren weiter eingebuchtet, wobei der Elektrodenstapel (6) im Gehäuse (9) fixiert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei dem im Verfahrensschritt C) die Kraft (20) im wesentlichen senkrecht zur ersten Einbuchtung (10) und parallel zur Hauptachse (8) des Gehäuses (9) ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem im Verfahrensschritt C) die Kraft (20) auf den Rand des becherförmigen Gehäuses (9) ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem in einem zusätzlichen Verfahrensschritt D) nach dem Verfahrensschritt C) ein Deckel (4) angebracht wird, der das Gehäuse (9) verschließt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, – bei dem vor dem Verfahrensschritt C) ein Deckel in der Öffnung des Gehäuses positioniert wird, – bei dem das Gehäuse nach dem Verfahrensschritt C) fest mit dem Deckel verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem im Verfahrensschritt C) ein flächiger Kontaktbereich (12) zwischen der ersten Einbuchtung (10) und dem Elektrodenstapel (6) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung (10) im Querschnitt mit einer mittleren Breite erzeugt wird, die wenigstens 3-mal so groß ist, wie ihre mittlere Tiefe.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung (10) mit einer mittlere Wandstärke erzeugt wird, die kleiner ist als die mittlere Wandstärke des restlichen Gehäuses (9).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei dem im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung erzeugt wird, wobei diejenigen Bereiche (10B) der Einbuchtung, die dem Elektrodenstapel am nächsten sind, eine in etwa gleiche Wandstärke aufweisen, wie vom Elektrodenstapel weiter entfernte Bereiche (10A) der Einbuchtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung (10) in Form einer um den Umfang des Gehäuses umlaufenden Einbuchtung erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem im Verfahrensschritt A) eine zusätzliche zweite Einbuchtung (15) im Bereich der Öffnung des Gehäuses (9) erzeugt wird deren mittlere Wandstärke größer ist als die mittlere Wandstärke der ersten Einbuchtung (10).
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, – bei dem im Verfahrensschritt A) die erste Einbuchtung (10) erzeugt wird wobei der Neigungswinkel (25) der Flanke (10A) der ersten Einbuchtung (10) größer ist, als der entsprechende Neigungswinkel der zweiten Einbuchtung (15).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei dem vor dem Verfahrensschritt C) zumindest teilweise ein zusätzliches Teil (35) in der ersten Einbuchtung (10) positioniert wird, – bei dem im Verfahrensschritt C) gleichzeitig zur Fixierung des Elektrodenstapels (6) das zusätzliche Teil (35) durch die Ausübung der Kraft (20) am Gehäuse (9) befestigt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei dem als zusätzliches Teil (35) eine Kühlrippe am Gehäuse befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, – bei dem als zusätzliches Teil (35) eine Befestigungsvorrichtung am Gehäuse befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, – bei dem als zusätzliches Teil (35) eine zusätzliche Stromführung am Gehäuse befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 bis 10 und 13 bis 16, – bei dem im Verfahrensschritt A) eine zusätzliche zweite Einbuchtung (15) im Bereich der Öffnung des Gehäuses (9) erzeugt wird, – bei dem zwischen den Verfahrensschritten B und C) das Gehäuse mittels eines Deckels (4) verschlossen wird, – bei dem im Verfahrensschritt C) ein Stauchwerkzeug (30) in der zweiten Einbuchtung (15) positioniert wird und durch Ausüben der Kraft (20) auf dieses Stauchwerkzeug (30) die erste Einbuchtung (10) gestaucht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zur Herstellung eines Aluminium-Elektrolytkondensators, – bei dem im Verfahrensschritt B) ein Kondensatorwickel als Elektrodenstapel verwendet wird, der zwei in Kontakt mit einem Elektrolyten stehende Aluminiumfolien als Elektroden und einen dazwischen befindlichen Separator umfaßt.
Elektrochemische Zelle (1) mit den Merkmalen, – ein becherförmiges Gehäuse (9) ist vorhanden in dem – ein Elektrodenstapel (6) untergebracht ist, – wobei zumindest eine erste Einbuchtung (10) in dem becherförmigen Gehäuse (9) vorhanden ist, die den Elektrodenstapel (6) im Gehäuse (9) fixiert, – wobei für die mittlere Wandstärke d_mitt. der Flanken (10A) der ersten Einbuchtung (10) folgendes gilt: dmitt. > amitt.∙cos αwobei a_mitt. die mittlere Wandstärke des restlichen Gehäuses und α der Neigungswinkel (25) der Flanken ist.
Elektrochemische Zelle (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, – bei der der Neigungswinkel α (25) der Flanke (10A) der ersten Einbuchtung (10) größer als 50° ist.
Elektrochemische Zelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 oder 20, – bei der der Neigungswinkel (25) größer als 90° ist.
Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 19 bis 21 ausgebildet als Aluminium-Elektrolytkondensator, – bei der der Elektrodenstapel (6) ein Kondensatorwickel ist, der als Elektroden zwei Aluminiumfolien umfaßt, die durch einen Separator voneinander getrennt sind und in Kontakt mit einem Elektrolyten stehen.