DE2941757C2

DE2941757C2 - Verschlußanordnung für galvanische Elemente und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2941757C2
Application number: DE2941757A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Dr. 6239 Eppstein Kühl; Hans 6271 Idstein Sauer
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1979-10-16
Filing date: 1979-10-16
Publication date: 1982-06-16
Also published as: FR2468211B1; GB2062946B; DK152235B; US4309493A; BR8006636A; JPS5665463A; DK152235C; DK436680A; FR2468211A1; GB2062946A; DE2941757A1; BE885706A

Description

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 üls 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 Rückfedern 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 amor phen zu kristallinen Zuständen, zurückgehen.

Darüber hinaus können große Temperaturunterschiede dazu führen, daß der Kunststoff aufgrund seines höheren Ausdehnungskoeffizienten dem Becher irreversible plastische Verformungen aufzwingt.

Ein besonderes Anliegen ist es daher, alle Dehnungsänderungsprozesse in den Dichtungspartnern derart elastisch abzufangen, daß kein nennenswerter Abfall in der Dichtungspressung eintritt Herkömmlirhe Becher

ίο 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 Durch messer zugrundelegt

Aus der DE-PS 22 28 893 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 ais die ihn umschließende Riiie des Verschiußkörpers 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 Verschlußkonstruktiön 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 Gegenhall 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 Dichtungs- pressung auffängt.

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 Federelement durch so 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.

Anhand der F i g. 1 bis 3 werden verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sowie die Fertigungsschritte bei deren Herstellung näher erläutert

Fig. 1 zeigt den oberen Teil eines galvanischen Elements mit einer Kontaktkappe, die gleichzeitig Federelement ist

Fig.2 zeigt eine Draufsicht auf das Fsderelement nach F ig. 1.

Fig.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 Tonis mit Schlitzen sowohl in der inneren wie äußeren Mantelfläche,

c) aus zwei koaxial miteinander vei-schweißten Kontaktkappen, deren äußere Mantelflächen mit Schlitzen versehen, ausgeführt ist

Die Montage des galvanischen Elements gemäß F i g. 1 beginnt mit dem Einsetzen der Kathode 1 in den Becher 2. Es folgt die Einsetzung der Separatorhülse 3, das Einfüllen 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.

Während der als Dom 10 bezeichnete Zentralteil des Verschlußkörpers vom Innenmantel des Federelements gefaßt ist, sorgen die Sicke Hirn Becher 2 und der obere Rand 12 des Verschlußkörpers für eine Lagofixierung.

Im rechten Teil der F i g. 1 ist das Bördelwerkzeug zum Verschließen des galvanischen Elements schematisch dargestellt. Während das Bördelwerkzeug 13 gegen die Halterung 14 heruntei fährt, werden die Laschen 15 (vgl. F i g. 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 Börderlung nicht plastisch verformt, sondern nur im elastischen Bereich aufgeweitet wird.

Der Werkstoff des Federelements ist im allgemeinen vernickelter Stahl, d:e Materialstärke beträgt ca. 0,5 mm.

In einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig,3a weist das Federelement 6, welches nach wie vor eine Kontaktkappe ist, eine zentrale Bohrung auf, 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 F i g. 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 F i g. 3b kann das Federelement 6 auch die Form eines offenen Torus (Halbtorus) haben. Der offene Torus ist an seinem äußeren Umf;^g geschlitzt, so daß die gebildeten Federlaschen in radiaier Richtung federn können. Diese am äußeren Umfang gebildeten Federlaschen halten den Dichtungsdruck im Dichtbereich zwischen Zellenbecher 2 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, aufrechterhaiien 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, nachdem 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.

Da die Innenschlitzung einer Torusfeder fertigungstechnisch schwierig ist, kann an deren Stelle, wie es F i g. 3c zeigt, eine zweite geschlitzte Federkappe 22 mit Schlitzen 7 vorgesehen sein, die den Dom 10 (Dichtungsbereich zwischen Konstaktstift 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 S in den Verschlußkörper 8 eingesetzt, dann wird die Kappe 22 aufgesetzt. Anschließend werden Kontaktstift 5 und Kappe 22 miteinander verschweißt. Der vormontierte Verband Verschlußkö^rper 8 — Kontaktstift 5 — Kappe 22 'vii-d in die große Kontaktkappe 6 eingeschoben und nun erst, von der Separatorhülse 3 zentrierend geführt, in den Becher 2 eingebracht. Es erfolgt dar».·] der übliche Verschlußvorgang, beispielsweise durch Bördeln. Dabei wird, wie in F i g. I erläutert, eine Haltehülse verwendet, durch welche eine plastische Verformung des Federeiements beim Vei schließen vermieden wird. Eine solche Haltehülse kann auch beim Zusammenbau von Kontaktstift 5, Verschlußkörper 8 und Kappe 22 verwendet werden. Abschließend wird die Kappe 22 mit dsr Kontaktkappe 6 verschweißt

Hierzu 2 Blntt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verschlußanordnung 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 Federelement (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 (Q 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) blndurchgeführt ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Verschlußanordnung für ein galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (5) und das Federelement (6) in den Verschlußl;3rper eingesetzt werden und dieser Verbund in den Becher (2) -ingeschoben wird und daß während des Bördelvorgangs das Federelement (6) durch eine vorher eingeschobene Haltehülse (16) in Form und Lage fixiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (5) durch das als Kontaktkappe ausgebildete Federelement (6) hindurchgeführt und mit diesem durch Laserstrahlschweißung verbunden wird.