DE2813465A1

DE2813465A1 - Galvanische zelle mit einem hochdruckentlueftungsverschluss

Info

Publication number: DE2813465A1
Application number: DE19782813465
Authority: DE
Inventors: Norris Holland Drum; Thomas Renwick Potts
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Edgewell Personal Care Brands LLC
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1978-10-12
Also published as: GB1598881A; AR222636A1; DE2813465B2; KE3190A; PH19030A; MX145296A; US4079172A; JPS53122734A; CA1090875A; AU522130B2; HK7282A; FR2386147B1; AU3454378A; MY8300250A; GR73171B; JPS636851Y2; DE2857499C2; DE2813465C3; OA05922A; BR7801896A

Description

^ 28. März 1978 ßzm/Ro

UNION CARBIDE CORPORATION, 270 Park Avenue, New York, New York 10017, U. S. a.

Galvanische Zelle mit einem HochdruckentlüftungsVerschluß

Die vorliegende Erfindung betrifft verschlossene galvanische Trockenzellen, , und insbesondere eine Hochdruckentlüftungsvorrichtung, um hohen Überdruck vom Inneren der Trockenzellen zu entspannen.

Galvanische Zellen können unter gewissen Bedingungen der Anwendung große Gasmengen entwickeln. Da diese Zellen immer dicht \rerschlossen sein müssen, um zu verhindern, daß der Elektrolyt durch Sickern verloren geht, können sich hohe innere Gasdrücke entwickeln. Derartige Drücke können zu einem Sickerverlust führen, zum Ausbauchen oder zu einer möglichen Explosion, wenn die Zelle nicht ordentlich belüftet wird. Wenn ein Entlüftungsventil verwendet wird, so ist es im allgemeinen wiederverschließbar, um das Austrocknen des Elektrolyten während der Lebenszeit der Zelle zu verhindern und um das Eindringen von Sauerstoff aus der Atmosphäre zu verhindern, was zu einer schädlichen Korrosion der Anode führen kann.

In der Vergangenheit wurden verschiedene Typen von wiederverschließbaren Entlüftungsventilen.zur Entspannung des Druckes verwendet, um hohe innere Gasdrucke vom Inneren einer verschlossenen galvanischen Zelle zu entspannen. Ein Ventiltyp, der gewöhnlich verwendet wurde, besteht grund-

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sätzlich axis einem Ventil, z.B. einer flachen Gummidichtung, die über eine Entlüftungsöffnung mittels eines elastischen Gliedes, wie einer helixförmigen Feder, in eine Verschlußposition gebracht wird. Das elastische Glied oder die Feder ist dazu bestimmt, bei einem bestimmten im voraus bestimmten internen Gasdruck nachzugeben, so daß momentan der Verschluß aufgabrochen v/ird und das Gas durch die Entlüftungsöffnung entweichen kann.

Ein anderer Typ eines wiederverschließbaren Entlüftungsventils zur Druckentspannung wird in der US-Patentschrift 3 293 081 beschrieben. Dieses wiederverschließbare Entlüftungsventil besteht grundsätzlich aus einer ringförmigen Verschlußdichtung, z.B. einem O-Ring , der entlang der Peripherie der Entlüftungsöffnung in einer Verschlußposition gehalten wird, und zwar mittels eines bogenförmigen elastischen Gliedes oder einer Feder. Das elastische Glied oder die Feder sind so entworfen, das sie nachgeben und eine radiale Bewegung der Verschlußdichtung erlauben, um momentan den Verschluß aufzubrechen und den Durchgang des Gases durch die Entlüftungsöffnung zu erlauben, wenn der im voraus bestimmte hohe innere Gasdruck innerhalb der Zelle erreicht worden ist.

Ein anderer Typ eines wiederverschließbaren Ventils wird in dem US-Patent 3 415 690 beschrieben. In diesem Ventil liegt eine flache elastomere Verschlußdichtung über der Entlüftungsöffnung und wird durch eine- elastische Endkappe auf dem Oberteil der Zelle an ihrem Platz gehaltene Dieses Ventil funktioniert grundsätzlich in derselben Weise wie das vorhin beschriebene Ventil.

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In dem US-Patent 3 664 878 wird ein wiederverschließbares Ventil beschrieben, da? aus einer elastischen, deforraierbaren Kugel aus einem elastomeren Material besteht, die so gelagert ist, daß sie über der Entlüftungsöffnung innerhalb des Behälters der Zelle liegt. Eine Haltevorrichtung ist über der elastische Kugel gelagert, um die Kugel am Platze oberhalb der Entlüftungsöffnung zu halten und in. Kontakt mit einem Ventilsitz, der entlang der peripheren Kantenteile der Entlüftungsöffnung bereitgestellt ist, um die elastische Kugel zu komprimieren und zu einer abgeflachten Konfiguration zu deformieren, wodurch sich ein normalerweise flüssigkeitsdichter Verschluß zwischen der abgeflachten Kugel und dem Ventilsitz bildet. Die elastische Kugel kann weiterhin vorübergehend deformiert werden, und zwar wenn ein im voraus bestimmter hoher interner Gasdruck innerhalb des Behälters entsteht, so daß sie momentan den Verschluß aufbrechen kann und dem Gas das Entweichen durch die Entlüftungsöffnung gestattet.

Ein Hauptproblem, das bei den wiederverschließbaren Entlüftungsventilen zur Entspannung des Drucks auftritt, besteht darin, daß sie unförmig sind und/oder schwierig in die Zelle einzubauen sind. Ferner sind diese Entlüftungsventile zur Entspannung des Drucks kostspielig herzustellen und die meisten können nicht in Miniaturzellen eingebaut werden. Zudem eignen sich einige der dem Stande der Technik entsprechenden wiederverschließbaren Ventile nicht für die Entlüftung bei niedrigem Druck, wie durch die vorhergehenden Patente belegt wird.

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Ein nicht teurer wiederverschließbarer EntlüftmigsVerschluß für niedrigen Druck wird in der US-Anmeldung 671 674 (1976) beschrieben. Insbesondere wird eine galvanische Zelle beschrieben, welche einen wiederverschließbaren Entlüftungsverschluß aufweist, der aus einer elastischen, elastomeren Schaumstoffdichtung besteht (sponge gasket), die zwischen den Deckel d.er Zelle und die obere Wand des Behälters der Zelle komprimiert ist und so ausgelegt ist, daß Gas niedrigen Drucks entspanntwird, das sich entlang der Grenzfläche zwischen Deckel und Dichtung ansammelt und/oder entlang der Grenzfläche zwischen Behälter und Dichtung.

Wie oben erwähnt wurde, sind wiederverschließbare Entlüftungsventile zur Entspannung eines hohen Drucks im allgemeinen sperrig und/oder schwierig in die Zelle einzubauen, während Entlüftungsvorrichtungen für Gase von niedrigem Druck für einige Zellsysteme möglicherweise nicht adäquat sind und nicht im ausreichenden Maße den Verlust an Elektrolyt verhindern, und zwar durch Durchsickern oder sie verhindern nicht das Eindringen von Sauerstoff aus der Atmosphäre, was zu einer schädlichen Korrosion der Anode führt.

Es ist daher ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung, eine kompakte und ökonomische Hochdruckentlüftungsvorrichtung zu schaffen für die Verwendung in einer galvanischen Trockenzelle.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Entlüftungsvorrichtung für Gase von hohem Druck für galvanische

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Trockenzellen zu entwickeln, die ein Minimum von Teilen erfordern und die daher leicht eingebaut werden können und leicht hergestellt werden können.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft eine galvanische Zelle, in v/elcher die obere Wand des Behälters, welche über den Deckel gezogen ist, einen Schlitz aufweist, um Gase hohen Drucks aus dem Inneren der Zelle zu entlüften.

Die vorhin genannten Ziele und zusätzliche Ziele werden deutlicher anhand der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

Die Erfindung betrifft eine galvanische Zelle, bestehend aus einem Behälter mit einem offenen Ende und einer innen angebrachten Anode; aus einer Kathode innerhalb des Behälters; aus einem Separator, der zwischen die Anode und Kathode angebracht ist, aus einem Elektrolyten, der innerhalb des Behälters untergebracht ist; und aus einem Deckel für den Behälter; ein Segment der oberen Wand des Behälters wird radial gegen den Deckel gepreßt, wodurch dort ein Verschluß entsteht; die obere Wand, welche sich über den Verschluß hinaus erstreckt, ist über die obere Oberfläche des Deckels gezogen; der technische Fortschritt besteht in einem Schmiermittel, das an der Grenzfläche zwischen dem Behälter und dem Deckel angebracht ist, welcher den Verschluß bildet; der Deckel hat wenigstens eine Aussparung an seiner oberen Oberfläche, die sich teilweise durch den Deckel erstreckt und wenigstens teilweise unter der oberen Wand des Behälters angebracht ist, der über den Deckel gezogen ist, um das Entlüften des Gases aus dem Inneren der Zelle zu erleichtern und zwar an der Grenzfläche des Deckels und dem übergezogenen (turned over) Teil der oberen Wand des Behälters.

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In dieser Anmeldung bedeutet eine Aussparung eine Rinne, einen Kanal, einen Schlitz, °in weggeschnittener Teil (cut-away) oder irgendeine andere Vertiefung oder Öffnung in d.er Oberfläche des Deckels, die sich teilweise durch den Deckel erstreckt. Eine Aussparung bedeutet eine Vertiefung zwischen zwei benachbarten Rippen oder Vorsprünge, welche sich von der Oberfläche des Deckels erheben.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine galvanische Zelle bestehend aus einem Behälter mit einem offenen Ende und eine]" innen angebrachten Anode; aus einer Kathode innerhalb des Behälters; aus einem Separator, der zwischen Anode und Kathode angebracht ist; aus einem Elektrolyten, der sich innerhalb des Behälters befindet; und aus einem Deckel für den Behälter, wobei ein Segment der oberen Wand des Behälters radial gegen den Deckel gepreßt wird, v/o durch dort ein Verschluß entsteht; die obere Wand erstreckt sich über den Verschluß hinaus, der über die obere Oberfläche des Deckels gedreht ist (turned over the top surface); der Fortschritt besteht aus einem Schmiermittel, das an der Grenzfläche des Behälters und des Deckels angebracht ist, welcher den Verschluß bildet; die obere Wand, des Behälters, welche über den Deckel gedreht ist, hat wenigstens einen Schlitz, um das Entlüften des Gases aus dem Inneren der Zelle zu erleichtern, und zwar an der Grenzfläche des Deckels und des Teils der oberen Wand des Behälters, der darüber gedreht ist„

In der vorliegenden Anmeldung bedeutet ein Schlitz in dem darüber gedrehten Teil der Wand des Behälters ein Loch in dem darüber gedrehten Teil.

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In der vorliegenden Anmeldung "bedeutet ein Schmiermittel eine nicht härtbare, nachgebende Komposition, die aus einem Siliconpolymeren besteht, aus siliconhaltigen polymeren Substanzen, Gallerten oder Schmiermittel auf Petroleumbasis und dergleichen.

In konventionellen galvanischen Zellen wird die obere Wand des Behälters mit dem Deckel der Zelle verschlossen unter Verwendung einer radialen Verschlußtechnik und/oder eines Umbördelungsverfahren (crimped sealing technique), In Leclanche-Zellen, Zinkchloridzellen oder in anderen galvanischen Zellen besteht gewöhnlich die Tendenz _v· daß während der Lagerung und/oder während der Verwendung ein Gas innerhalb der Zelle entsteht. Wie bereits oben festgestellt wurde, besteht in einer Zelle mit einem Entlüftungssystem für Gase niedrigen Drucks, obwohl das Gas eine Vorrichtung hat, um in die Atmosphäre zu erweichen, eine Tendenz, daß Luft aus der Atmosphäre in die Zelle möglicherweise eindringt, wodurch Korrosion der Anode verursacht wird. Zudem besteht in Entlüftungssystemen für Gase niedrigen Drucks au.ch die Tendenz des Elektrolyten, in der Zelle zu kriechen oder zu lecken, was zu einem Schaden an dem Instrument oder an der Vorrichtung führen könnte, in welche die Zelle eingebaut ist. Um einen verbesserten Verschluß für derartige Zelle zu entwickeln, wurde herausgefunden, daß ein Schmiermittel, z.B. Siliconfett, auf die Grenzfläche zwischen dem oberen Teil der inneren Wand des Behälters und den Deckel aufgetragen werden kann* Durch diese Maßnahme wird die Zelle wirksam gegen eine Leakage des Elektrolyten bei niedrigem Druck verschlossen, während gleichzeitig verhindert wird, daß die flüssigen Komponenten der Zelle vorzeitig austrocknen.

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Es stellte sich heraus, daß, wenn der obere Teil der Wand des Behälters über und auf den Deckel der Zelle mit Hilfe konventioneller Verfahren gezogen wird, der Verschluß, der durch die Verwendung des Schmiermittels in Kombination mit konventionellen radialen und/oder Umbördelungsverfahren erhalten wird, sehr wirksam ist. Mit dem Entstehen eines Gasdrucks innerhalb der Zelle dehnt sich jedoch die Wand des Behälters aus, wodurch der radiale Verschluß gelockert wird und der Deckel wird axial aufwärts gedrückt, wodurch der Deckel der Z-^lIe an den oberen übergezogenen Teil der Wand des Behälters befestigt wird, wodurch jede Entweichungsmöglichkeit für das Gas blockiert wird (the cover is urged axially upward thereby securing and sealing the cover of the cell to the upper turned over portion of the container wall). Das Resultat ist, daß mit ansteigendem Druck innerhalb der Zelle der Verschluß wirksamer gegen ein Lecken des Gases ist. Obwohl dies wünschenswert erscheint, führt dies dazu, daß bei der Verwendung unter besonderen Bedingungen, z.B. beim Laden oder bei der Verwendung in einer Umgebung hoher Temperatur, der Gasdruck immer höher werden könnte, bis er einen Wert erreicht, bei welchem der Deckel von der Zelle fliegt. Diese Verwendung unter besonderen Bedingungen könnte einen Schaden an der Vorrichtung verursachen, in welcher die Zelle veivendet wird. Um die Möglichkeit eines derartigen Schadens zu verhindern, ist die vorliegende Erfindung auf eine Entlastungsvorrichtung gerichtet, die an der Grenzfläche zwischen dem Deckel und dem oberen übergezogenen Teil der Behälterwand angebracht ist; diese Entlastungsvorrichtung besteht entweder aus einer Aussparung in der oberen Oberfläche des Deckels, und zwar unter dem übergezogenen Teil der oberen Wand des Behälters; die Entlastungsvorrichtung kann auch aus einem Schlitz in der oberen Wand des Behälters bestehen,

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welche über den Deckel gedreht ist. Als Resultat dieser Entlüftungsvorrichtung ist festzuhalten, daß überhöhter Gasdruck innerhalb der Zelle, der durch den radialen Verschluß entspannt wurde, nun an der Grenzfläche zwischen Deckel und dem übergezogenen Teil der oberen Behälterwand entspannt wird. Entsprechend den Lehren der vorliegenden Erfindung können also galvanische Zellen mit einem ökonomischen, zuverlässigen Verschluß versehen werden und mit einer Entlüftungsvorrichtung, und zwar ohne Verwendung zusätzlicher neuer Teile.

Eine Aussparung in der oberen Oberfläche des Deckels kann durch ein Loch bereitgestellt werden, durch einen Schlitz oder eine Rinne in dem Deckel oder durch Rippen, Ausbauchungen oder dergleichen,d.ie derart angeordnet sind, daß, wenn die obere Behälterwand über und auf den Deckel gedreht worden ist, die Behälterwand auf den Rippen, Ausbauchungen oder dergleichen lülit oder in sie eingebettet ist, wodurch eine Rinne oder dergleichen zwischen benachbarten Rippen, Ausbauchungen oder dergleichen bereitgestellt wird.

Weitere Vorteile, Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen die anhand von Zeichnungen erläutert v/erden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Deckels gemäß der Erfindung,

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Fig. 2 eine Draufsicht des in Figur 1 gezeigten Deckels,

Fig. 3 einen Querschnitt des Deckels der Figur 1 entlang der Linie 3-3 der Figur 2, und zwar eingebaut in eine galvanische Zelle,

Fig. 4 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Deckels gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 der Figur 4, wobei der Deckel gezeigt wird, wie er in den oberen Teil einer galvanischen Zelle eingebaut ist,

Fig. 6 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Deckels gemäß der Erfindung,

Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 der Figur 6, wobei der Deckel gezeigt wird, wie er in den oberen Teil einer galvanischen Zelle eingebaut ist,

Fig. 8 eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform eines Deckels gemäß der Erfindung,

Fig. 9 einen Querschnitt entlang der Linie 9-9 der Figur 8, wobei gezeigt wird, wie der Deckel in den oberen Teil einer galvanischen Zelle eingebaut ist,

'Fig. 10 eine Draufsicht einer zusammengebauten galvanischen Zelle,

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Pig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie 11-11 der Figur 10, wobei der obere Teil der zusammengebauten galvanischen Zelle gezeigt wird.

Figur 1 betrifft einen Verschluß oder einen Deckel 2, der an seinem Zentrum zu einer Kappe 4 für das Elektrodenende geformt ist. Der Deckel 2 sollte.eine starre Struktur sein und üblicherweise aus einem Plastikraaterial hergestellt sein. Wie den Figuren 1 und 2 zu entnehmen ist, hat der Deckel 2 halbkreisförmige Aussparungen 6 und 8, die in der oberen Oberfläche des Deckels 2 angebracht sind, sich nach außen erstrecken und auch die periphere Kante umfassen. Die Tiefe der Aussparungen (recesses) 6 und 8 ist etwas variabel, aber sie muß doch so ausreichend sein, daß die Kante die untere Oberfläche 10 nicht berührt, wenn die obere Wand des Behälters der Zelle über den Deckel gedreht wird oder gesponnen wird (spun) Dies ist notwendig, um sicherzustellen, dass ein Entlüftungspfad in der Zelle aufrechterhalten wird, um das Gas entweichen zu lassen aus dem Inneren der Zelle. Der Abstand zwischen der Kante des Behälters der Zelle, die über den Deckel 2 gedreht wird, und der unteren Oberflache 10 sollte zwischen ungefähr 0,013 cm und ungefähr 0,076 cm betragen. Wenn sich die Aussparung vollständig durch den Deckel erstrecken soll,- um darin eine Öffnung zu bilden, dann besteht die Gefahr, daß der Elektrolyt oder Feuchtigkeit entweicht und Luft eintritt. Bei beiden Vorfällen wird, wie oben diskutiert wurde, die Verwendbarkeit·der Zelle verkürzt oder gar ■aufgehoben.

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Der Deckel 2, der in den Figuren 1 und 2 gezeigt wird, und zwar entlang der Linie 3-3 der Figur 2, wird in Figur 3 gezeigt, und zwar wie er teilweise in eine typische Trockenzelle eingebaut ist, die aus einem zylinderförmigen Behälter 12 besteht, der aus einem elektrochemisch verbrauchbaren Metall, z.B. Zink besteht und der als Anode für die Zelle dient. Der Zellbohälter 12 enthält darin eine Kathodendepolarisatormischung in Form eines Kuchens 14, zum Beispiel Mangandioxid, ein leitendes Material wie Ruß und einen Elektro- lyt. Die Katnodendepolarisatormischung in Form eines Kuchens 14 könnte um den zentralen Kathodenkollektorstab 16 geformt v/erden oder die Kathodendepolerisatorraischung 14 könnte in den Behälter 12 eingeführt werden, und zwar als eine nasse Mischung, die buchstäblich den gesamten Elektrolyten der Zelle enthält; dann könnte der Kathodenkollektorstab 16 in das Zentrum der Depolarisatormischung 14 herabgedrückt werden. Der Kathodenkollektorstab 16 kann ein Stab aus Kohle sein, der mit einem Wachs oder einem organischen Harz imprägniert ist, um ihn sov^rohl flüssigkeits- und gasundurchlässig zu machen. Unabhängig davon, ob die Depolarisatormischung in einen separaten Arbeitsvorgang vor dem Zusammenbau der Zelle zu einer spulenartigen Struktur geformt wird oder direkt in den Behälter 12 eingeführt wird und darin verpackt wird, wird der Kathodenkollektorstab 16 in die Depolarisatormischung 14 derart eingeführt, daß sein Ende durch dan offene Ende des Behälters 12 herausragt. Ein Separator 18 umgibt die Kathodendepolarisatormischung 14 und trennt sie von der inneren Seitenwand des Behälters 12, während ein unterer becherförmiger Separator 20 die Depolarisatormischung 14 von der unteren inneren Oberfläche des Behälters 12 trennt. Der Separator kann

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ein Separator in Form eines dünnen Films sein, z.B. dünnes saugfähiges Papier, das mit einer Paste beschichtet ist. Der Oberteil des Separators 18 ist auf die Depolarisatormischung 14 herabgefaltet, wodurch der übliche Luftraum 22 übrigbleibt, um irgendeine austretende Flüssigkeit aufzunehmen, die sich beim Entladen der Zelle bildet.

Ein dünner Film aus einem Schmiermittel wird auf die Seitenwand 24.und/oder auf die innere obere Wand 26 des Behälters aufgetragen, und zwar bevor der Deckel 2 in die Zelle montiert wird. Wie der Figur 3 zu entnehmen ist, ist eine vollständig zusammengebaute, verschlossene Zelle vorhanden, nachdem der obere Teil des Behälters 12 umgebördelt worden ist (crimped) und radial in den Deckel 2 gequetscht worden ist. Ein Kügelchen 28 aus einem Schmiermittel xtfird gewöhnlich in der Nachbar- ' schaft des unteren Teils des Deckels gebildet und der inneren Wand des Behälters 12. Der obere Teil der Wand des Behälters wird über den Deckel 2 gerollt und gewöhnlich wird die Kante in die obere Oberfläche des Deckels 2 eingebettet. Wie der Figur 3 zu entnehmen ist> befindet sich die Aussparung 6 im Deckel 2 unterhalb des Teils der Wand des Behälters, der übergedreht worden ist, wodurch eine Öffnung entsteht, durch die Gas aus der Zelle entweichen kann. Ohne die Aussparungen 6 und 8, würde der vollständige Rand der Wand des Behälters mit dem Deckel 2 in Kontakt sein; wenn infolge zu hohen Gasdrucks innerhalb der Zelle ein Druck gegen den Deckel 2 ausgeübt würde, dann würde der Deckel 2 axial nach aufwärts gedrängt .werden, wodurch der Teil der Wand des Behälters, der übergedreht worden ist,·noch- stärker mit dem Deckel verbunden wird und einen Verschluß bewirkt. Bei steigendem Gasdruck inner-

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halb der Zelle unter besonderen Bedingungen, wird der Verschluß wirksamer, bis der Gasdruck einen Wert erreicht hat, der ausreicht, um den Deckel von dem Behälter 12 zu werfen. Um diese Möglichkeit auszuschalten, haben die Aussparungen und 8 Durchgänge, und zwar an der Grenzfläche zwischen dem Deckel und dem Segment der Wand des Behälters, das übergezogen ist; durch die Durchgänge kann das Gas hohen Drucks aus der Zelle entweichen.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine andere Ausfuhrungsform eines Deckels 32, der ein zentrales Endstück 34 hat und vier voneinander bc-abstandete kreisförmige. Aussparungen 36, 38, 40 und 42. Wie der Figur 5 zu entnehmen ist, die einer Ansicht entlang der Linie 5-5 der Figur 4 entspricht, ist der Deckel 32 in eine Zelle eingebaut, weiche dieselben Komponenten aufm st wie die Zelle in Figur 3 (die Bezugszeichen sind dieselben). Figur 5 zeigt insbesondere eine kreisförmige Aussparung 40, die unterhalb des Teils der Wand des Behälters 12, der übergezogen ist, angebracht ist, wobei die Kante 30 von der unteren Oberfläche 44 der Aussparung beabstandet ist. Wie sich aus der Figur 5 ergibt, bilden die Aussparungen 40, 36, 38 und 42 Durchgänge an der Grenzfläche zwischen Deckel 32 und dem übergezogenen Teil des Behälters 12, durch welche das Gas aus dem Inneren der Zelle entweichen kann»

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform eines Deckels 46 mit einem zentralen Abschluß 48 und zwei voneinander beabstandeten, rechteckigen Aussparungen 50 und 52, die sich zu der peripheren Kante des Deckels erstrecken. Wie der Figur 7 zu entnehmen ist, die eine Ansicht entlang der Linie 7-7 der Figur 6 zeigt, ist der Deckel 46 in eine Zelle mon-

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tiert, welche dieselben Komponenten hat wie die ZelJ.e in Figur 3 (die Bezugszeichen sind dieselben). Figur 7 zeigt insbesondere die r.-echteckige Aussparung 52, die unter dem übergezogenen Teil der Wand des Behälters 12 angebracht ist, wobei die Kante 30 von der unteren Oberfläche 54 der Aussparung entfernt ist. Wie der Figur 7 zu entnehmen ist, bilden die Aussparungen 52 und 50 Durchgänge an der Grenzfläche zwischen dem Deckel 46 und dem übergezogenen Teil des Behälters 12, durch welche Gas aus dem Inneren der Zelle entweichen kann.

Die Figuren 8 und 9 zeigen eine andere Ausfülirungsform eines Deckels 56 mit einem zentralen Abschluß 58 und sechs beabstandeten, sich radial erstreckenden Außenrippen 60, 62, 64, 66, 68 und 70. Die Rippen 60 bis 70 erheben sich 0,05 cm über die Oberfläche 72 des Deckels 56, und zwar der Art, daß zwei benachbarte .Rippen, z.B. 60 und 62, eine Aussparung 74 (Figur 9) bilden, welche durch die Oberfläche 72 und die Seitenwände 76 und 78 der Rippen 60 und 62 gebildet wird. Wie der Figur 9 zu entnehmen ist, welche eine Ansicht entlang der Linie 9-9 der Figur 8 zeigt, ist der Deckel 56 in eine Zelle eingebaut, welche dieselben Komponenten hat wie die in Figur 3 gezeigte Zelle (die Bezugszeichen sind dieselben) . Figur 9 zeigt insbesondere eine Aussparung 74, die unter dem übergezogenen Teil der Wand des Behälters 12 angebracht ist, wobei ihre Kante 30 von der unteren Oberfläche der Aussparung 74 beabstandet ist. Wie sich aus der Figur ergibt, bilden die Aussparungen, welche durch benachbarte Rippen 60 bis 70 begrenzt werden, Durchgänge an der Grenzfläche zwischen dem Deckel 56 und dem übergezogenen Teil des Behälters 12, durch welche Gas aus dem Inneren der Zelle entweichen kann. Es sol3.te axis den Figuren 1 bis 9 ersichtlich

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sein, daß die Aussparung durch irgendeine geometrische Konfiguration begrenzt sein kann,solange sie nur einen Durchgang für ein <=>.ntweichendes Gas bildet, wobei der Durchgang zwischen dem Deckel und dem übergezogenen. Teil der Wand des Behälters erfolgt» 3ei entsprechender Auswahl der Dimensioner der Aussparung, kann die Aussparung als ein Entlüftungsgang für die Zelle dienen und dadurch Schaden von der Zelle fernhalten, v/i ο oben erörtert wurde „

Figur 10 zeigt eine Draufsicht einer teilweise montierten galvanischen Trockenzelle, die einen Deckel 80 aufweist, der einen zentralen Abschluß 82 auf v/eist; die obere Wand des Behälters 12 ist über den Deckel 80 gebördelt (container curled over co\^rer). Diese Zelle ist eine tj'pische galvanische Trockenzelle, allerdings mit der Ausnahme, daß ein Teil der oberen, umbördelten Wand des Behälters 12 geschlitzt ist, um eine Öffnung 84 bereitzustellen. Wie der Figur 11, die eine Ansicht entlang der Linie 11-11 der Figur 10 zeigt, zu entnehmen ist, ist die obere überbördelte Wand des Behälters 12 aufgeschlitzt, um eine Öffnung 84 bereitzustellen, und zwar an der Grenzfläche zwischen Deckel und dem überbördelten Teil der 'Wand des Behälters. Die Entfernung eines Teils der gewellten Abschlußkante des Behälters 12 ergibt eine Öffnung 84, durch welche das Gas aus αem Inneren der Zelle entweichen kann.

Wie sich aus der Zeichnung ergibt, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Entspannung eines Gases bereit, und zwar an der Grenzfläche zwischen dem Deckel und dem übergedrehten oder gewellten Teil der oberen Wand des Behälters,

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ohne daß der Verschluß an der Grenzfläche zwischen der Seitenwand des Deckels und der aufrechtstehenden inneren Wand des Behälters beinflußt wird, der mit HiIie konventioneller radialer Verfahren und/oder Umbördelungsverfahren erhalten wird.

BEISPIEL 1

Vfie allgemein in den Figuren 1 bis 3 gezeigt wird, wurden einige Partien von Zellen der Größe AA konstruiert, ra.it 15 Zellen pro Partie (äußerer Durchmesser 1,34 cm, .Lange 4,78 cm). Die Anode jeder Zelle bestand aus einem Z3?linderförmigen Behälter aus Zink, in dem sich eine Kathodendepolarisatormischung befand, die aus Mangangdioxid besteht, Ruß und einem Elektrolyten, der aus einer wässrigen Zinkchloridlösung bestand oder einer konventionellen wässrigen Mischung von Zinkchlorid, und Ammoniumchlorid. Ein dünnes, saugfähiges Separatorpapier umgab die Kathodendepolarisatormisohung, wodurch die Mischung von der inneren Wand des Zinkbehälters getrennt wurde. Ein Kollektorstab aus Kohlenstoff (Durchmesser 0,41 cm) wurde innerhalb des Zentrums der Mischung angebracht, wobei sein Oberteil über die Mischung ragte. Ein Deckel aus Polystyrol (äußerer Durchmesser 1,257 cm), der, wie in Figur 1 gezeigt wird, zu einer Endkappe geformt war, wurde in den Zinkbeliälter gepreßt. Der obere Teil des Zinkbehälters wurde dann verschlossen, und zwar indem er in Eingriff gebracht wurde mit dem Deckel, und zwar mit Hilfe eines konventionellen Umbördelungsverfahrens und Quers chnittsVerminderungsverfahrens» Dies ergab einen ersten Verschluß an der Grenzfläche zwischen der Wand des Deckels und der inneren aufrechtstehenden Wand des Behälters. Abgesehen von den Zellen

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TB -

einer Partie, vmrd.e eine dünne Schicht von Siliconfett an der Grenzfläche des ersten Verschl\isses angebracht, d.h. an der Grenzfläche der äußeren Wand des Deckels und der inneren Wand des Behälters. Bei den Zellen einiger Partien erhielt der Deckel zwei voneinander beabstandete, halbkreisförmige Aussparungen, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt wird,· jede der Aussparungen hatte folgende Abmessungen: radiale Dimension 0,15 cm, Bogendimonsion: 0,23 cm; die Tiefe ist aus der Tabelle 1 zu ersehen. Die Zellen wurden dann bei 71⁰C gelagert und alle Vorkommnisse, bei denen der Verschluß vorsagte und die Zelle dadurch zerstört wurde, wurden nach einer und nach zwei Wochen beobachtet. Das Versagen des Verschlusses ist an einem beobachtbaren Heben des üborgedrehten Teils des Behälters zu erkennen. Beim normalen Lüften (ohne daß der Verschluß versagt), entweicht das Gas zwischen dem Deckel und der äußeren Wand des Behälters, ohne daß der übergedrehte Teil des Behälters merklich angehoben wird. Die beobachteten Daten sind in Tabelle 1 ziis ammengestellt.

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Tabelle I

Partie Hr. Verschluß

Versagen der
Verschlüsse

Woche

- ins ρ:esamt nach

Wochen

■5···

■K-H·

■X-X--X

-H-Jf-X-

konventi onell

(kein Schmiermittel)

konventi onell

(mit Schmiermittel)

Tiefe der Aussparung (0,1 cm)
(0,04 inch)

Tiefe der·Aus sparung (0,08 cm)
(0,03 inch)

Tiefe der Aussparung (0,05 cm)
(0,020 inch)

Tiofe der Aussparung (0,1 cm)
(0,040 inch)

Tiefe der Aussparung (0,08 cm)
(0,030 inch)

Tiefe der Aussparung (0,05 cm)
(0,020 inch)

Tiefe der Aussparung 0,1cm) .
(0,040 inch;

Tiefe der Aussparung (0.08 cm)
(0,030 inch)

Tiefe der Aussparung (0,05 cm)
(0,030 inch)

11

13

11

13

14

Alle Zellen haben Schiniermittel mit Ausnahme der Partie Nr. 1

Elektrolyt-Leclanche

Elekorolyt-Zinkchlorici + afrikanisches Erz als Depolarisator Elelrtrolyt-Zinkchlorid + elektrolytisches Mn0_? als Depolarisator

- 20 -

09-84 1/08

- ZD -

Wie sich aus den in Tabelle 1 zusammengestellten Daten ergibt, eliminiert die vorliegende Erfindung wirksam das Versagen des Verschlusses, das bei identischen Zelle auftritt, die .jedoch keine Entlüftungsdurchginge aufweisen; nach der vorliegenden Erfindung werden entsprechend dimensionierte Entlüftungdurchränge bereitgestellt,und zwar an der Grenzfläche zwischen Deckel und dem gewellten Teil (curled over portion) des Behälters. Die Daten in Tabelle I zeigen auch, daß die Gasbildung in diesen Zinkchloridzellen schwerwiegender ist; um einen möglichen Versagen des Verschlusses vorzubeugen, sollten sich die Aussparungen weiter in den Deckel ausdehnen als Aussparungen derselben Größe, die bei Leclanche-Zellen verwendet v/erden, i'/enn beispielsweise die halbkreisförmigen Aussparungen 0,1 cm in den Deckel ausgedehnt wurden, trat bei keiner der Zinkchloridzellon in der ersten Woche ein Schaden auf.

B E I ,8 P I E L 2

Einige Partion von Zellen der Größe AA wurden konstruiert, und zwar wie in den Figuren 1 bis 3 gezeigt wird, unter Verwendung von halbkreisförmigen Aussparungen, die in Beispiel 1 beschrieben werden. Die Komponenten der Zellen waren im wesentlichen dieselben wie die im Beispiel 1 verwendeten; alle Zellen hatten eine Schicht von Siliconfett an der Grenzfläche des primären Verschlusses. Um eine Abnutzung der Zelle zu simulieren, wurde jede Zelle 24 Stunden lang mit einem Strom von 150 Milliampere geladen; während der folgenden 24 Stunden und während einer Periode von sieben Tagen wurde beobachtet, ob irgendein Verschluß versagte. Die Resultate dieses Versuches sind in Tabelle II gezeigt.

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T A BELL E II

Wr. der Verschluß __ Versagen..d.p.n.,..Vexochlu-ßes

Zellen 24~h 24~h 7 Tage

Ladung Rest Rest Total

* konventionell 12 13 6 31

* Tieie der Aussparung 0 0 0 0 (0,'i cm)
(0,04 inch)

* Tiefe der Aussparung 0 0 0 0 (0,08 cm)
(0,03 inch) ·

* Tiefe der Aussparung 0 0 0 0 (0,05 cm)
(0,02 inch)

** Tiefe der Aussparung 0 0 0 0 (0,1 cm)
(0,04 inch)

*# Tiefe der Aussparung 0 0 0 0 (0,08 cm)
(0,03 inch)

** Tiefe der.Aussparung 0 0 0 O^-(0,05 cm)
(0,02 inch)

*** Tiefe der Aussparung 0 0 0 0 (0,1 cm)
(0,04 inch)

*** Tiefe der Aussparung 0 0 0 0 (0,08 cm)
(0,03 inch)

#**■ Tiefe der Aussparung 0 0 0 0 (0,05 cm)
(0,02 inch)

*-Elektrol3'"b-Leclanche
^-Elektrolyt-Zinkchlorid + afrikanisches Erz als Depolarisator*

***-Elektrolyt-Zinkchlorid + elektrolytisches MnOp als Depolarisator

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Wie sich aus den Daten der Tabelle II ergibt, schützt die vorliegende Erfindung gegen übermäßiges Laden der galvanischer? Trockenzelle!!.

B 15 ISPI E L 3

Einige Partien von Leclanche-Zcllen der Größe ΛΛ wurden konstruiert, und zwar unter Verwendung der Komponenten, einschließlich der Schicht aus Siliconfett, die im Zusammenhang mit dom Beispiel 1 für Leclanche-Zelleii beschrieben wurden; der einzige Unterschied bestand darin, daß der Deckel so modifiziert wurde, das er gleichmäßig beabstandetθ kreisförmige Aussparungen (siehe Figur 4) aufwies oder gleichmäßig beabstandete rechteckige Aussparungen, wie sie in Figur 6 beschrieben sind. Jede Zelle wurde 24 Stunden lang mit einem Strom von 150 Milliampere, der abnützend wirkt, geladen; während der folgenden 24 Stunden und während einer Periode von 7 Tagen wurden die Zellen beobachtet, ob irgendein Verschluß versagte. Die Resultate dieses Versuches sind in Tabelle III gezeigt.

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- dö -

TABELLE III

Nr. der Zellen

Verschluß

Versagen des Verschlußes

24 hr

Total

24 hr Rest	7 Tage Rest
3	3
0	0
0	0
0	0
0	0
0	0
0	0

20 10 20 10 10 10 10

konventionell 3

*4 Aussparungen 1

*8 Aussparungen O

**4 Aussparungen O

**4 Aussparungen*** O

**6 Aussparungen O

**6 Aussparungen** O

O O O O O

* kreisförmige Aussparungen (Durchmesser: 0,16 cm; Tiefe: 0,01 era)

** rechteckige Aussparungen (Abmessungen: 0,063 cm χ 0,15 cm

/Tiefe/)¹"

***die obere Kante der Wand des Behälters war flach über den Deckel gebogen.

Wie aus den Daten in Tabelle III hervorgeht, schützt die vorliegende Erfindung in ausgezeichneter \\^reise gegen ein Laden der galvanischen Trockenzellen unter Bedingungen, die abnützend wirken.

Es kann gefolgert v/erden, daß die Erfindung eine ausgezeichnete Verschluß- und Entlüftungsvorrichtung für galvanische Trockenzellen bereitstellt, da diese Zellen dem Laden unter Bedingungen,, die abnützend wirken, widerstehen und ebenso einer Lagerung bei hohen Temperaturen,ohne daß der Verschluß versagt.

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Es versteht sich, daß andere Modifikationen und Veränderungen an der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß vom Geist der Erfindung abgewichen wird.

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Leerseite

Claims

- 25 Patentansprüche

Eine galvanische Zelle bestehend ans einem Behälter mit einem offenen Ende und einer im inneren angebrachten Anode, einer Kathode innerhalb des Behälters, einem Separator, der zwischen der Anode und Kathode angebracht ist, einem Elektrolyten innerhalb des Behälters und aus einem Deckel für den Behälter, wobei ein Segment der oberen Wand des Behälters radial gegen den Deckel gepreßt ist, wodurch dort ein Verschluß entsteht, aus einer oberen Wand, welche sich über den Verschluß hinaus erstreckt, der über die obore Oberfläche des Deckels gedreht ist (turned over the top surface), gekennzeichnet durch ein Schmiermittel, das an der Grenzfläche des Behälters und des Deckels angebracht ist und so einen Verschluß bildet, der Deckel hat wenigstens eine Aussparung auf seiner oberen Oberfläche, die sich teilweise durch den Deckel erstreckt und wenigstens teilweise unter der oberen Wand des Behälters angebracht ist, welche über den Deckel gedreht ist, um das Entweichen des Gases aus dem Inneren der Zelle zu erleichtern, und zwar an der Grenzfläche zwischen dem Deckel und dem übergedrehten Teil (turned over) der oberen Wand.des Behälters.

2. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel aus einem Siliconpolymer en besteht.

- 26 -

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3. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in der oberen Oberfläche des Deckels im wesentlichen eine halbkreisförmige Aussparung ist, welche sich zur peripheren Kante des Deckels erstreckt.

4. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in der oberen Oberfläche des Deckels im wesentlichen eine kreisförmige Aussparung ist.

5. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in der oberen Oberfläche des Deckels eine im v/esentlichen rechteckige Aussparung ist.

6. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß wenigstens eine Aussparung in öer oberen Oberfläche des Deckels durch benachbarte Rippen begrenzt ist, die auf der oberen Oberfläche des Deckels angebracht sind.

7. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in der oberen Oberfläche des Deckels durch'zwei benachbarte, aufrechtstehende Ausbauchungen begrenzt ist, die auf der oberen Oberfläche des Deckels angebracht sind.

- 27 -

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27 -

8. In einer galvanischen Zelle "bestehend aus einem Behälter mit einem offenen knde und einer i™. inneren angebrachten Anode, aus einer Kathode innerhalb des Behälters, aus einem Separator zwischen der Anode und der Kathode, und aus einem Elektrolyt eil innerhalb des Behälters, und aus einem Deckel für den Behälter, wobei ein Segment der oberen Wand des Behälters radial gegen den Deckel gepreßt wird, wodurch dort ein Verschluß entsteht, aus einer oberen Wand, die sich über den Verschluß hinaus erstreckt, der über die obere Oberfläche des Deckels gedreht ist, gekennzeichnet durch ein Schmiermittel, das an der Grenzfläche zwischen Behälter und Deckel angebracht ist und einen Verschluß bildet, die obere YTaiid des Behälters, welche über den Deckel gedreht ist, hat wenigstens einen Schlitz, um das Entweichen des Gases aus dem Inneren der Zelle zu erleichtern, und zwar an der Grenzfläche zwischen Deckel und dem Teil der oberen Wand des Behälters, der übergezogen ist (turned over).

9. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein Siliconpoljnneres ist.

10. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel wenigstens eine Aussparung auf seiner oberen Oberfläche aufweist, die sich teilweise durch den Deckel erstreckt und wenigstens teilweise unter der oberen Wand des Behälters angebracht ist, welche über den Deckel gedreht ist, um das Entweichen des Gases aus dem Inneren der Zelle zu erleichtern, und zwar an der Grenzfläche zwischen Deckel und dem Teil der oberen Wand des Behälters, der übergedreht ist.

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11. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in der oberen Oberfläche.· des Deckels eine im wesentlichen halbkreisförmige Aussparung ist, die sich bis zur peripheren Kante des Deckels erstreckt.

12. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in der oberen Oberfläche d.es Deckels eine im wesentlichen kreisförmige Aussparung ist.

-¹O

1.2, In der galvanischen Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in der oberen Oberfläche dos Deckels im wesentlichen eine rechteckige Aussparung ist.

14. In d.er galvanischen Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aussparung in der oberen Oberfläche des Deckels durch benachbarte Rippen begrenzt ist, die auf der oberen Oberfläche des Deckels angebracht sind.

15. In der galvanischen Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine; Aussparung in der oberen Oberfläche des Deckels durch benachbarte, aufrechtstehende Ausbauchungen begrenzt ist, die auf der oberen Oberfläche des Deckels angebracht sind.

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