DE2941757A1 - Verschlussanordnung fuer galvanische elemente - Google Patents
Verschlussanordnung fuer galvanische elementeInfo
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Description
VARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51
Die Erfindung betrifft eine Verschlußanordnung für ein galvanisches Element, bestehend aus einem Verschlußkörper
aus isolierendem Material, der mittels eines Federelements an eine Dichtfläche anpressbar ist, sowie ein Verfahren
zu ihrer Herstellung.
Den meisten galvanischen Elementen einschließlich Knopfzellen liegt als Dichtungskonstruktion ein rotationssymmetrisches
Bechergehäuse zugrunde, in das ein Deckel mittels einer Kunststoffdichtung isolierend und abdichtend
eingesetzt ist. Indem das Bechergehäuse, z.B. durch Bördeln, gegen den Deckel hin plastisch verformt wird, wird eine
Dichtungspressung erzeugt. Der geringere Elastizitätsmodul des Dichtungsmaterials gewährleistet dabei, daß
auch nach dem elastischen RUckfedern des Bechers nach erfolgter
Verbördelung ein Pressungsdruck bestehen bleibt. Dem Deckel kommt bei herkömmlichen Konstruktionen in
diesem Kräftespiel nur eine starre Rolle zu.
Von Nachteil ist, daß Kunststoff im Laufe der Zeit dem Preßdruck durch Kaltfließen ausweicht. Diesem Relaxation
genannten Spannungsabbau überlagern sich Volumenänderungen des Kunststoffs, die auf strukturelle Umwandlungsvorgänge,
z.B. Übergang von amorphen zu kristallinen Zuständen,zurückgehen.
Darüber hinaus können große Temperaturunterschiede dazu führen, daß der Kunststoff aufgrund seines höheren Ausdehnungskoeffizienten
dem Becher irreversible plastische Verformungen aufzwingt.
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Ein besonderes Anliegen ist es daher, alle Dehnungsänderungsprozesse
in den Dichtungspartnern derart elastisch abzufangen, daß kein nennenswerter Abfall in der Dichtungs
pressung eintritt. Herkömmliche Becher und Deckel werden dieser Aufgabe nicht gerecht, da sie in Umfangsrichtung
geschlossen sind und in Umfangsrichtung nur eine elastische Durchmesserveränderung von einigen tausendstel
Millimetern erlauben, wenn man beispielsweise eine Rundzelle von 10 mm Durchmesser zugrundelegt.
Aus der DE-PS 2 228 893 ist ein den Innenquerschnitt des Zellenbechers abdeckender Verschlußkörper aus plastischem
Material bekannt, in dessen rillenartig aufgewölbte Randzone
ein Ring aus Federmetall eingelegt ist. Der Federring ist vorgespannt, und da er im entspannten Zustand
einen größeren Durchmesser als die ihn umschließende Rille des Verschlußkörpers besitzt, übt der Federring
einen ständigen Druck von innen gegen die Rillenwand aus, welche dadurch gegen die Innenfläche des Bechers im
Bereich der Bördelzone gepreßt wird.
Die bekannte Verschlußkonstruktion ist mit Nachteilen behaftet, die sich darin äußern, daß die Pressungsverteilung
über den Umfang des Federringes nicht gleichmäßig ist, daß ein elastisches Arbeiten des Ringes nur unter
erheblicher Reibung in Umfangsrichtung geschehen kann und daß das Federelement beim Verbördeln nicht von innen
her durch einen Gegenhalt vor plastischer Verformung geschützt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Deckelkonstruktion mit einem Federelement anzugeben,
durch welche die genannten Nachteile vermieden werden und welche Durchmesserveränderungen elastisch und ohne nennenswerten
Abfall der Dichtungspressung auffängt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Federelement die Form einer Mantelfläche besitzt, die in
dem Bereich, in dem sie den Verschlußkörper an die Dichtfläche anpreßt, mit Schlitzen versehen ist.
Gemäß der Erfindung werden Temperaturschwankungen und Relaxationsvorgänge
im Kunststoff elastisch von den Laschen einer Halbtorus-Feder abgefangen. Die Laschen gehen aus
dem Federlement durch senkrecht zur Umfangsrichtung angebrachte
Schlitze hervor.
Das erfindungsgemäße Federelement ist im Verschlußkörper so angeordnet, daß es den Pressdruck im Dichtungsbereich
zwischen Zellenbecher und Verschlußkörper oder im Dichtungsbereich zwischen Verschlußkörper und einem durch
diesen durchgeführten Polanschluß aufrechterhält, oder es ist so aufgebaut, daß es auf beide Dichtbereiche einwirkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Federelement die Form einer Kontaktkappe, deren
äußerer Rand torusförmig hochgestellt ist und mit Schlitzen versehen ist.
In anderen Ausführungsformen besitzt das Federelement die Form eines offenen Torus, dessen äußere und/oder innere
Mantelfläche mit Schlitzen versehen ist.
Bei galvanischen Elementen mit alkalischem Elektrolyten ist ein Kontaktstift als elektrischer Ableiter - im allgemeinen
der negative Ableiter - durch den Verschlußkörper zentrisch hindurchgeführt und mit der Kontaktkappe,
die selbst Teil des Federelements sein kann, verschweißt.
Erfindungsgemäße Federelemente können bei den verschiedensten Bauformen von Rundzellen aber auch bei prismatischen
Zellen verwendet werden.
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Anhand der Figuren 1 bis 3 werden verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sowie die
Fertigungsschritte bei deren Herstellung näher erläutert.
Figur 1 zeigt den oberen Teil eines galvanischen Blements
mit einer Kontaktkappe, die gleichzeitig Federelement ist.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf das Federelement nach
Figur 1. Figur 3 zeigt in Teilansichten den Dichtungsbereich von galvanischen Elementen, wobei das Federelement
a) als offener Torus mit Schlitzen in der äußeren Mantelfläche,
b) als offener Torus mit Schlitzen sowohl in der inneren wie äußeren Mantelfläche,
c) aus zwei koaxial miteinander verschweißten Kontaktkappen, deren äußere Mantelflächen mit Schlitzen versehen,
ausgeführt ist.
Die Montage des galvanischen Elements gemäß Figur 1 beginnt mit dem Einsetzen der Kathode 1 in den Becher 2.
Es folgt die Einsetzung der Separatorhülse 3, das Einfüllgen des Anodenmaterials 4, z. B. Zink, und das Zudosieren
des Elektrolyten. Dann werden außerhalb der Zelle nacheinander der Kontaktstift 5 und das mit
Schlitzen 7 versehene Federelement 6, welches die Form einer Kontaktkappe besitzt, in den Verschlußkörper 8
eingesetzt, wobei eine Schnappkante 9 die Lage des Federelements 6 im Verschlußkörper 8 fixiert. Nach dem Verschweißen
von Kontaktstift 5 und Federelement 6, die sich selbst zentrieren, wird der Verband Verschlußkörper
8 - Kontaktstift 5 - Federelement 6 in den Becher 2 eingeschoben.
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Während der als Dom 10 bezeichnete Zentralteil des Verschlußkörpers
vom Innenmantel des Federelements gefaßt ist, sorgen die Sicke 11 im Becher 2 land der obere Rand 12
des Verschlußkörpers für eine Lagefixierung.
Im rechten Teil der Figur 1 ist das Bördelwerkzeug zum Verschließen des galvanischen Elements schematisch dargestellt.
Während das Bördelwerkzeug 13 gegen die Halte·»-
rung 14 herunterfährt, werden die Laschen 15 (vgl. Figur 2) des geschlitzten Federelements 6 von innen durch die
Bördel-Haltehülse 16 gehalten. Hierdurch wird gewährleistet, daß während des Bördelns der Kunststoff des
Verschlußkörpers im Bördelbereich plastifiziert werden kann, d.h. daß er sich optimal der Oberfläche beider
Metallgegenteile (Becher -Feder) anpaßt. Dabei wird eine plastische Verformung des Federelements beim Verschließen
sicher verhindert.
Ohne Haltehülse ist ein Plastifizieren des Verschlußkörpers erschwert, da die Feder dann zu stark gestaucht
werden würde.
Die Federkraft ist so auf den Becher abgestimmt, daß durch den durch sie erzeugten Innendruck der Becher nach
vollzogener Bördelung nicht plastisch verformt, sondern nur im elastischen Bereich aufgeweitet wird.
Der Werkstoff des Federelements ist im allgemeinen vernickelter Stahl, die Materialstärke beträgt ca. 0,5 mm.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 3a weist das Federelement 6, welches nach wie
vor eine Kontaktkappe ist, eine zentrale Bohrung auf,
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durch welche der Kontaktstift 5 nach der Vormontage von Kappe 6 und Verschlußkörper 8 von oben her eingeführt
wird. Die dabei auftretende Reibungskraft kann, da die Teile erst vormontiert sind, über den Domboden 17 des
Verschlußkörpers 8 abgeführt werden. Der Dombereich 10 selbst wird durch die Kappe am Wegfließen gehindert.
Nach der Endmontage, die wie in der Erläuterung zu Figur 1 erfolgt, wird der Kontaktstift 5 beispielsweise
mittels Laserstrahl-Schweißung hermetisch dicht in die Kappe 6 eingeschweißt. Die Laser-Schweißung hat den
Vorteil, daß die Zelle nur wenig aufgeheizt wird.
Gemäß Figur 3b kann das Federelement 6 auch die Form eines offenen Torus (Halbtorus) haben. Der offene Torus
ist an seinem äußeren Umfang geschlitzt, so daß die gebildeten Federlaschen in radialer Richtung federn können.
Diese am äußeren Umfang gebildeten Federlaschen halten den Dichtungsdruck im Dichtbereich zwischen Zellenbecher
und Verschlußkörper 8 aufrecht. Zusätzlich kann, wie dargestellt, die Torusfeder 6 auch an ihrer inneren Mantelfläche
mit Schlitzen 7 versehen sein, so daß der Dichtungsdruck im Dichtungsbereich zwischen Kontaktstift 5 und Verschlußkörper
8, d.h. am Dom der Zelle, aufrechterhalten wird. In jedem Falle sind die Federlaschen lediglich
einer Biegebeanspruchung ausgesetzt, ohne daß am Federelement eine Umfangsspannung aufgebaut wird.
Auch in dieser Ausführungsform wird das galvanische Element mit Hilfe einer Haltehülse 16 verschlossen. Der negative
Ableiter, der metallische Kontaktstift 5, wird eingeschoben, nachedem er an eine Kontaktkappe 18 angepunktet und ein
Isolierring 19 aufgelegt ist. Auf die Zelle kann anschließend ein Schrumpfschlauch 20 und ein Metallmantel 21 aufgebracht
werden.
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Da die Innenschlitzung einer Torusfeder fertigungstechnisch
schwierig ist, kann an deren Stelle, wie es Figur 3c zeigt, eine zweite geschlitzte Federkappe 22 mit
Schlitzen 7 vorgesehen sein, die den Dom 10 (Dichtungsbereich zwischen Kontaktstift 5 und Verschlußkörper
8) umgreift und unter Pressung hält. Der Verschlußkörper 8 muß sich in diesem Falle mit seinem Profil
beiden Federelementen 6, 22 anpassen.
Bei der Montage wird zuerst der Kontaktstift 5 in den Verschlußkörper 8 eingesetzt, dann wird die Kappe 22 aufgesetzt.
Anschließend werden Kontaktstift 5 und Kappe miteinander verschweißt. Der vormontierte Verband Verschlußkörper
8 - Kontaktstift 5 - Kappe 22 wird in die große Kontaktkappe 6 eingeschoben und nun erst, von der
Separatorhülse 3 zentrierend geführt, in den Becher 2 eingebracht. Es erfolgt dann der übliche Verschlußvorgang,
beispielsweise durch Bördeln. Dabei wird, wie in Figur 1 erläutert, eine Haltehülse verwendet, durch welche
eine plastische Verformung des Federelements beim Verschließen vermieden wird. Eine solche Haltehülse kann
auch beim Zusammenbau von Kontaktstift 5» Verschlußkörper und Kappe 22 verwendet werden. Abschließend wird die
Kappe 22 mit der Kontaktkappe 6 verschweißt.
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Claims (7)
- Reg.-Nr. 6 FP 348-DT Kelkheim, den 5.10.79EAP-Ksr/sdVARTA Batterie Aktiengesellschaft 3000 Hannover 21, Am Leineufer 51PatentansprücheVerschlußanordnung für ein galvanisches Element, bestehend aus einem Verschlußkörper aus isolierendem Material, der mittels eines Federelements an eine Dichtfläche anpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (6, 22) die Form einer Mantelfläche besitzt, die in dem Bereich, in dem sie den Verschlußkörper (8) an die Dichtfläche anpreßt, mit Schlitzen (7) versehen ist.
- 2. Verschlußanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (7) senkrecht zur Umfangsrichtung angeordnet sind.
- 3. Verschlußanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federlement (6) die Form einer Kontaktkappe besitzt, deren äußerer Rand torusförmig hochgestellt ist und mit Schlitzen (7) versehen ist.
- 4. Verschlußanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (6) die Form eines offenen Torus besitzt, dessen innere und/oder äußere Mantelfläche mit Schlitzen (7) versehen ist.
- 5. Verschlußanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktstift (5) als elektrischer Ableiter zentrisch durch das Federelement (6) hindurchgeführt ist.- 2 130018/0130ORIGINAL INSPECTED
- 6. Verfahren zur Herstellung einer Verschlußanordnung für ein galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (6) mit seiner Mantelfläche am Dichtungsmaterial des Verschlußkörpers (8) anliegend beim Verschließen in Lage und Form fixiert wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontaktstift (5) durch das als Kontaktkappe ausgebildete Federelement (6) hindurchgeführt und mit diesem durch Laserstrahlschweißung verbunden wird.13 0018/0130
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