DE3034600A1

DE3034600A1 - Galvanische rund- oder knopfzelle

Info

Publication number: DE3034600A1
Application number: DE19803034600
Authority: DE
Inventors: Hans 6270 Idstein Sauer
Original assignee: VARTA Batterie AG
Current assignee: VARTA Batterie AG
Priority date: 1980-09-13
Filing date: 1980-09-13
Publication date: 1982-09-30

Description

Galvanische Rund- oder Knopfzelle
Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit einem dicht verschlossenen Gehäuse, bestehend aus einem Gehäusebecher und einem becherförmigen Deckel, die gegeneinander durch eine Kunststoffdichtung abgedichtet sind.
Den meisten galvanischen Elementen in Rundzellen- oder Knopfzellenform liegt als Dichtungskonstruktion ein rotationssymmetrisches Bechergehäuse zugrunde, in das ein Deckel mittels einer Kunststoffdichtung isolierend und abidchtend 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 Kunststoffes, die auf strukturelle Umwandlungsvorgänge, z.B. Obergang 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. Daher ist stets die Gefahr von Undichtigkeiten gegeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zwischen den becherförmigen Gehäuseteilen eine Dichtung zu schaffen, deren Qualität von den mechanischen Eigenschaften des Dichtungsmaterials weniger abhängig ist und dennoch den bei dem Verschließvorgang auftretenden mechanischen Kräften standhält.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor dem Zusammenbau der Außendurchmesser des Bechers zusammen mit der Dicke einer aufgebrachten Kunststoffbeschichtung größer ist als der Innendruchmesser des becherförmigen Deckels oder daß der Außendurchmesser des becherförmigen Deckels zusammen mit der Dicke der Kunststoffbeschichtung größer ist als der Innendurchmesser des Bechers.
Die für den Zellenbau verfügbaren Gehäuseteile sind beispielsweise einseitig geschlossene Metallhülsen als Becher und dazu passende Metallkappen gleichen Außendurchmessers als Deckel.
Eine erfindungsgemäße Rundzelle entsteht nun in der Weise, daß nach dem Einsetzen der Kathode in den Becher das zu verschließende Ende des Bechers in seinem Außendurchmesser vermindert wird, daß der Becher mit den übrigen Zellbestandteilen bestückt wird und daß der außerhalb der Zelle vorbereitete Deckel mit Preßsitz auf den Becher aufgeschoben wird. Dabei ist entweder der eingeengte Teil des Bechers oder die Innenfläche des Deckels oder auch beides mit einer Kunststoffbeschichtung versehen. Als Beschichtungsmaterialien sind z.B. Schmelzkleber auf Polyamidbasis oder Schrumpfschläuche besonders geeignet.
Da das Dichtungsmaterial selbst nur abdichtende und isolierende Funktionen hat, müssen die Dichtungskräfte im wesentlichen von den metallenen Gehäuseteilen erbracht werden. Erfindungsgemäß wird diese Forderung dadurch realisiert, daß vor der Montage der Zellen der Außendurchmesser des Becherhalses, die Kunststoffschichtdicke mit eingeschlossen, größer ist als der Innendurchmesser des Deckels, so daß sich beim Aufeinanderschieben beider Teile eine radiale Flächenpressung ergibt. Zum gleichen Ergebnis führt der Fall, daß der Außendurchmesser des becherförmigen Deckels, eine vorhandene Außenbeschichtung mit einem Kunststoff eingeschlossen, größer ist als der Innendurchmesser des Bechers.
Aus den eingangs erwähnten Gründen ist die Kunststoffbeschichtung erfindungsgemäß sehr dünn und beträgt etwa 0,01 bis 0,1 mm.
Die Figuren 1 bis 8 zeigen die Dichtungskonstruktion gemäß der Erfindung in einer Reihe von Varianten, in die auch Knopfzellen (Figur 8) einbezogen sind.
Figur 1 zeigt den Becher 1 und den Deckel 2 einer Rundzelle vor dem Zusammenbau. An der Innenseite des Deckels ist ein Messingdraht 3 als negativer Ableiter zentrisch angepunktet. In den Becher 1 wird zuerst die Kathode 4 eingesetzt und dann der mit 5 bezeichnete obere Becherabschnitt durch Einrollen mit einem Kugelkranz in seinem Durchmesser soweit reduziert, daß der Deckel nach Anbringen einer Kunststoffschicht 6 - hier ein Schrumpfschlauch - auf den Becherabschnitt 5 unter Preßsitz aufgeschoben werden kann. Zuvor wird in den Becher 1 noch die Separatorhülse 7, die Anodenmasse 8 (z.B. Zinkpulver) eingebracht sowie Elektrolyt zudosiert.
Der Becher 1 kann auch über seine volle Länge mit einem Schrumpfschlauch überzogen sein. Die Kunststoffschicht 6 kann insbesondere auch ein Schmelzkleber sein.
In Figur 2 sind sowohl der eingerollte Becherabschnitt 5 als auch die Innenseite des Deckels 2 sehr dünn mit dem Kunststoff 6 beschichtet und auch die Anschweißstelle des Messingdrahtes 3 geschützt.
Figur 3 zeigt die Möglichkeit, den Deckel durch Tiefziehen von kunststoffbeschichtetem Blech herzustellen. Beim Anpunkten des Messingdrahtes schmilzt die Kunststoffschicht 6 von der Schweißstelle weg.
Figur 4 zeigt als alternative Anordnung gemäß der Erfindung die Verlegung des Deckels 3 in das Innere des Bechers, wobei in diesem Fall der Außendurchmesser des Deckels 2 mit aufgezogenem Schrumpfschlauch 6 größer sein muß als der Innendurchmesser des Bechers 1.
Figur 5 zeigt eine nahezu umfassende Beschichtung 6 des Deckels 2 und eines Teils des Ableiters 3 mit einem Kunststuff. Bei dieser Ausführung werden auf der durch das negative Potential stark leckgefährdeten Seite besonders lange Kriechwege geschaffen.
Nach Figur 6 kann ein über den eingerollten Becherabschnitt 5 übergezogener Deckel 2 gemäß einer der weiter vorn behandelten Ausführungsformen (Figuren 1 - 3) durch Eindrücken einer Sicke 9 zusätzlich gesichert werden.
Figur 7 zeigt die Möglichkeit, einen in das Becherinnere verlegten Deckel 2 durch einen Bördelrand 10 des Gehäusebechers 1 davor zu sichern, daß er aus der Zelle herausgedrückt wird.
Die in den Figuren 1 - 7 dargestellten Zellen werden anschließend in üblicherweisebeispielsweise mit einem Schrumpfschlauch, mit einem Metallmantel und einer Etikettierung versehen.
Die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Dichtungsprinzips auch auf Knopfzellen aller Art zeigt die Figur 8. Die Knopfzelle der Figur 8 ist beispielsweise eine Ag20/Zn-Zelle, deren mit Kunststoff 6 beschichteter Decken 2 und Gehäuse 1 nach Art der Rundzell-Variante in Figur 7 zusammengefügt und durch Bördelung 10 gesichert sind.
Wegen des in solchen Zellen nicht vorhandenen Totvolumens sind bei der Montage besondere Maßnahmen wie z.B. Zusammenfügen der Gehäuseteile 1 und 2 unter Vakuum oder nachträgliches Verschließen einer EntlUftungsöffnung 11 im Zellengehäuse durch Laserstrahlschweißen erforderlich, es sei denn, es handele sich um eine Zink/Luft Knopfzelle die eine Luftzufuhröffnung besitzt.
Zusammenfassend ergeben sich aus der erfindungsgemäßen Dichtkonstruktion gegenüber herkömmlichen Zelldichtungen viele Vorteile, nämlich ein besser ausnutzbares Innenvolumen der Zelle, weniger Bauteile, minimale Dicke des Dichtungsmaterials und dadurch kein Wegfließen, demgegenüber maximale Kriechwege in der Dichtungszone und beim Außendeckel Freihaltung der Dichtflächen von Verunreinigungen mit Elektrolyt oder Kathodenmaterial.
Die Dichtungskräfte werden von den Gehäuseteilen und nicht vom Dichtungsmaterial erbracht. Schließlich fallen die Verwendbarkeit eines Messingdrahtes statt eines Nagels als Ableiter und die billige Beschichtung mit Schrumpfschlauch oder Schmelzkleber konstenmäßig günstig ins Gewicht.

Claims

Patentansprüche Ug. Galvanisches Element mit einem dicht verschlossenen Gehäuse, bestehend aus einem Gehäusebecher und einem becherförmigen Deckel, die gegeneinander durch eine Kunststoffdichtung abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenbau der Außendurchmesser des Bechers (1) zusammen mit der Dicke einer aufgebrachten Kunststoffbeschichtung (6) größer ist als der Innendurchmesser des becherförmigen Deckels (2) oder daß der Außendurchmesser des becherförmigen Deckels (2) zusammen mit der Dicke der Kunststoffbeschichtung (6) größer ist als der Innendurchmesser des Bechers (1).
2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Kunststoffbeschichtung (6) 0,01 bis 0,1 mm beträgt.
3. Galvanisches Element nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu verschließende obere Bereich (5) des Gehäusebechers (1) in seinem Außendurchmesser vermindert ist.
4. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bts 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Deckels (2) ein zentrischer Ableiterdraht (3) angeschweißt ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elements nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einsetzen der Kathode (4) in den Becher (1) das zu verschließende Ende des Bechers in seinem Außendurchmesser vermindert wird, daß der Becher mit den übrigen Zellbestandteilen bestückt wird und daß der außerhalb der Zelle vorbereitete Deckel (2) mit Preßsitz auf den Becher (l) aufgeschoben wird.
6. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elements nach den Ansprühen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einsetzen der Kathode (4) in den Becher (1) und der Bestückung des Bechers mit den übrigen Zellenbestandteilen der außerhalb der Zelle vorbereitete Deckel (2) mit Preßsitz in den Becher (1) eingeschoben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffbeschichtung (6) auf den Becherbereich mit vermindertem Außendurchmesser und/oder auf die Innenfläche des Deckels aufgebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffbeschichtung (6) auf die Außenfläche des Deckels (2) aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffbeschichtung (6) ein Schmelzkleber oder ein aufgezogener Schrumpfschlauch ist.