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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Entlüftungsdichtung
für eine
elektrochemische Zelle. Genauer betrifft die Erfindung eine elektrochemische
Zelle, wie eine Alkali-Primärzelle,
die an einem Ende mit einer Dichtung verschlossen ist, die ein elektrisch
nicht leitendes Kuststoff-Dichtelement mit einem Druckentlüftungselement
aufweist, das ein ringförmiges
Diaphragma bzw. eine Trennwand aufweist, das oder die bei Scherung
reißt,
um die Zelle zu entlüften,
wenn sich ein übermäßiger Zellendruck
aufbaut.
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Hintergrund
der Offenbarung
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Elektrochemische
Zellen, wie Alkali-Primärzellen,
werden hergestellt durch Befüllen
einer an einem Ende verschlossenen zylindrischen Metallhülse bzw.
eines Metallbehälters
mit den aktiven Inhaltsstoffen und anschließendes Falzen des offenen Endes,
das über
einer Dichtungsanordnung geschlossen ist, welche ein elektrisch
nicht leitendes Dichtelement, einen Metall-Stromkollektor und eine
Metall-Abschlußkappe,
die als einer der Pole der Zelle dient, aufweist. Einige Dichtanordnungen
schließen auch
eine Metallscheibe ein, die als Stütze dient, um zu verhindern,
daß die
Dichtung und die Abdeckung während
des Falzschritts, durch den das Schließen der Zelle erreicht wird,
zerdrückt
oder verformt werden. Das Dichtelement ist in der Regel scheiben- oder
radförmig
und wird einstückig
durch Spritzgießen
aus Kunststoff hergestellt. Erläuternde,
aber nicht beschränkende
Beispiele für
jüngere
Entwicklungen solcher Dichtanordnungen und ihre Verwendung mit elektrochemischen
Zellen sind beispielsweise in den US-Patenten 4,537,841 und 5,080,985
offenbart.
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Die
japanische Patentschrift JP-A-03089454 offenbart eine Dichtung für eine elektrochemische Zelle
mit einer mittig angeordneten, zylindrischen Nabe, die über eine
Basis, welche ein ringförmiges
Druckentlüftungselement
aufweist, das unter Zellen druck entlang eines dünnen Abschnitts der Basis um die
mittige Nabe herum reißen
kann, mit einem Außenrand
verbunden ist.
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Die
US-Patentschrift US-A-5,080,985 offenbart eine Dichtung für eine elektrochemische
Zelle mit einer mittig angeordneten, zylindrischen Nabe, die über eine
Basis mit einem Außenrand
verbunden ist. Die Basis weist ein ringförmiges Druckentlüftungselement
auf mit einem dünnen
Abschnitt, der um die mittige Nabe herum verlaufen kann, der jedoch
vorzugsweise um einen anderen Teil der Basis verläuft, um
dabei zu helfen, zu verhindern, daß die aufgerissene Basis sich
nach oben biegt.
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Zusätzlich zu
seiner Dichtfunktion muß das Kunststoff-Dichtelement
die Zelle auch öffnen
und entlüften,
wenn der Zellendruck ein vorgegebenes Niveau überschreitet, um ein Lösen des
Falzes oder ein gewaltsames Aufbrechen der Zelle bei mißbräuchlicher
Verwendung zu vermeiden. In der Praxis bestehen Entlüftungsmittel,
die derzeit in Kunststoff-Dichtelementen verwendet werden, in jedem Fall
aus einer Membran aus dünnem
Kunststoff, die unter Bedingungen hohen Drucks reißt. Verschiedene
Arten und Konstruktionen von Entlüftungsmitteln in Kunststoff-Dichtelementen
sind beispielsweise in den US-Patenten 3,218,197; 3,219,488; 4,476,200 und
5,080,985 offenbart. Bei den in diesen Patenten offenbarten Entlüfungsmitteln
kommt es in erster Linie bei einem Strecken und Ziehen der Membran
aufgrund einer Aufwärtsbewegung
und Aufblähung
des Entlüftungsmittels
unter Druck zu einem Zugbruch. Es ist schwierig, einen exakten und
reproduzierbaren Zugbruch mit einer dünnen (beispielsweise 0,2 mm dicken)
Kunststoffmembran zu erreichen. Dies kann dazu führen, daß der tatsächliche Entlüftungsbetätigungsdruck
variiert und sich nur schwer innerhalb der erwünschten Grenzen steuern läßt. Somit
besteht nach wie vor ein Bedarf an einem Entlüftungsmittel in einem Kunststoff-Dichtelement,
das exakt geformt werden kann und das zuverlässiger und reproduzierbarer
ist als ein Entlüftungselement,
das bei einem Zug reißt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch nicht leitfähiges Dichtelement
für eine
elektrochemische Zelle und eine Zelle, in der dieses verwendet wird,
wobei das Dichtelement einstückig
konstruiert ist und ein Druckentlüftungselement einschließt, das
bei einer druckinduzierten Scherung reißt. Das Dichtelement weist
die Form einer Scheibe oder eines Rads auf und wird als eine Einheit
aus einem geeigneten elektrisch nicht leitenden, verformbaren Material
(z. B. Kunststoff) gebildet, mit einer mittig angeordneten Nabe,
die über
eine Basis, welche das Druckentlüftungselement
enthält,
mit dessen Außenrand
verbunden ist. Das Druckentlüftungselement
umfaßt
ein ringförmiges
Diaphragma mit einer dünnen
Membran als Ring, der von dessen Innenumfang ausgeht, und einem
ringförmigen
Gelenk, das von dessen Außenumfang
ausgeht. Der Rand schließt
einen zylindrischen Außenwandabschnitt ein.
In einer Ausführungsform
umfaßt
das Dichtelement eine radförmige
Scheibe mit einer mittig angeordneten Nabe, von der ringsum, in
radial nach außen
gerichtet Folge, ein ringförmiges
Druckentlüftungselement,
ein ringförmiges
Biegemittel, welches eine radial nach innen gerichtete Bewegung
des Randes ohne Beeinträchtigung
des Druckentlüftungselements
zuläßt, und
ein Rand mit einer zylindrischen Außenwand ausgehen. In dieser
Ausüfürungsform
umfaßt
das Druckentlüftungselement
eine dünne
Membran als Ring, der ringsum von der Nabe ausgeht. Das Diaphragma
ist wesentlich dicker als die Membran und konzentriert oder überträgt die druckinduzierte
Spannung auf die Membran, was es ermöglicht, daß die Membran in erster Linie
bei einer Scherung reißt,
wenn der Zellendruck ein vorgegebenes Niveau erreicht. Somit dient
das Diaphragma auch als Spannungsinduzierungsmittel für die Membran.
Ein Reißen
der Membran löst
den Innenumfang des Diaphragmas, wodurch das Diaphragma sich am Gelenk
biegen und dem angelegten Zellendruck ausweichen kann, wodurch die
Zelle entlüftet
wird. Das Dichtelement ist so ausgelegt, daß es die Zelle entlüftet, wenn
der Zellendruck einen vorgegebenen Falzöffnungsdruck-Wert für die Zelle
erreicht. Der Diaphragmaabschnitt des Entlüftungselements ist dick genug,
um sich unter dem Druck nicht in dem Maße aufzublähen oder zu verbiegen, daß ein Strecken und
primäres
Zugversagen der Membran bewirkt wird. Der Gelenkabschnitt ist dick
genug, um nicht zu reißen,
und dünn
genug, um sich zu biegen und somit eine Aufwärtsbewegung des Diaphragmas
zuzulassen, wenn der Innenumfang des Diaphragmas durch das Reißen der
Membran gelöst
wird.
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Das
Kunststoff-Dichtelement der Erfindung wird in einer Dichtanordnung
verwendet, welche das Dichtelement, eine Stützscheibe, die gegen den Rand
des Dichtelements zum Herstellen der Dichtung gedrückt wird,
einen Anoden-Stromkollektor und eine metallene Abschlußkappe einschließt, die
elektrisch mit dem Kollektor verbunden ist und als negativer Pol
der Zelle dient. Somit betrifft die Erfindung eine Dichtanordnung
für eine
elektrochemische Zelle, welche das Dichtelement der Erfindung verwendet,
und auch eine elektrochemische Zelle, welche das Dichtelement enthält. Das
Verwenden einer Membran, die in erster Linie bei Scherung reißt, reduziert
die Variation des Entlüftungsdrucks
um immerhin fünfzig
Prozent und ermöglicht
außerdem
die Erhöhung
der Dicke, wodurch sie leichter zu formen ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1(a) und 1(b) zeigen
eine schematische Querschnittsansicht bzw. eine perspektivische
Teilansicht eines Dichtelements der Erfindung.
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2 ist
eine perspektivische Schnittansicht einer Dichtanordnung für eine elektrochemische
Zelle, welche ein Dichtelement der Erfindung verwendet.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Alkalizelle mit einer Dichtung,
welche das Dichtelement der Erfindung verwendet.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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In
den 1(a) und 1(b) ist
ein spritzgegossenes Kunststoff-Dichtelement 10 generell
rad- oder scheibenförmig,
von einstückigem
Aufbau, dargestellt, mit einer mittig angeordneten zylindrischen Nabe 12,
von welcher ringsum, in radial nach außen gerichteter Reihenfolge,
ein ringförmiges
Druckentlüftungselement 18 ausgeht,
gefolgt von einem ringförmigen
Vorsprung 26, einer nach unten überstehenden Schürze 30,
einem ringförmigen
Biegemittel 38, das eine radiale Bewegung ermöglicht und
das in einem Rand endet, der eine nach oben überstehende zylindrische Wand 40 an
seinem Außenumfang
aufweist. In dieser Ausführungsform
bilden die Entlüftung 18,
der Vorsprung 26, die Schürze 30 und das Biegemittel 38 den
Basisabschnitt des Dichtelements. Das Druckentlüftungselement 18 ist
der entlüftbare
Abschnitt der Basis, und der Vorsprung 26, die Schürze 30 und
das Biegemittel 38 bilden den nicht-entlüftbaren
Abschnitt der Basis. Die Nabe 12 weist eine axiale Bohrung 14 auf
um einen Stromkollektor 102 aufzunehmen (3),
und dessen Längsachse
ist senkrecht zur Ebene der Basis des Dichtelements. In dieser Ausführungsform
ist das ringförmige
Entlüftungselement 18 generell
plan und umfaßt (i)
einen dünnen
Membranring 22 an seinem Innenrand, durch den es mit der
Nabe 12 zusammenhängt und
verbunden ist, (ii) ein relativ dickes, ringförmiges Diaphragma 20 und
(iii) ein Gelenkelement 24 als Ring um den Außenrand
des Diaphragmas, durch welchen das Diaphragma mit dem ringförmigen Vorsprung 26 verbunden
ist. Der Vorsprung 26 ist als relativ dicker Ring dargestellt.
In dieser Ausführungsform
wirkt er mit einer Metallstütze
zusammen, wie in den 2 und 3 dargestellt,
um zu verhindern, daß ein
nach oben gerichtetes Aufblähen
der Dichtelementbasis unter einem Zellendruck ein Ausmaß erreicht,
welches einen Zugbruch der Membran 22 bewirken würde, wenn
die Zelle entlüftet
wird, was nachstehend detailliert erläutert wird. Die Schürze 30 geht
radial nach außen
gerichtet vom Außenabschnitt
des Vorsprungs 26 aus und verläuft abwärts, um ein Mischen der Anoden-
und Kathodenkomponenten der Zelle (z. B. einer Alkalizelle) zu verhindern,
wie in 3 dargestellt. Ein Biegemittel 38 geht ringsum
radial nach außen
gerichtet von der Schürze 30 aus
und schließt
einen ringförmigen,
V-förmigen Kanal 32 ein,
der von Wänden 34 und 36 gebildet wird.
Schließlich
geht ein nach oben verlaufender Rand 40 vom oberen Abschnitt
der Wand 36 aus und enthält eine Vielzahl von Ansätzen 42,
die radial nach innen gerichtet an der Innenseite des dünnen Wandabschnitts 46 angeordnet
sind, um einen Metall-Endkappenpol kraftschlüssig im Inneren zu halten,
wie in den 2 und 3 dargestellt
und nachstehend detailliert beschrieben. Die in Umfangsrichtung
verlaufende Schulter 48 der Innenfläche des Rands 40 stützt den
Außenrand
der Dichtanordnungs-Stützscheibe,
wie in den 2 und 3 dargestellt.
Eine Vielzahl von Rippen 52 sind dargestellt, welche radial über die
Außenfläche des
oberen Abschnitts der Wand 36 nach außen und von der unteren, äußeren Schulter 50 des
Rands 40 nach unten überstehen.
Diese Rippen machen es möglich,
daß die
Dichtanordnung in den oberen Teil der Metallhülse eingeführt werden kann, der als positiver
Pol der Zelle dient (3), und machen es gleichzeig
möglich,
daß mitgerissene
Luft entweichen kann, wenn die Dichtanordnung in der Hülse angeordnet
wird, um eine Austreibung oder ein "Auspumpen" des Elektrolyten aus der Hülse während des
Zusammenbaus zu verhindern. Diese Rippen sind so dimensioniert,
daß sie
einen leichten Preßsitz
mit der Innenfläche
des Metall-Zellenbehälters 122 erreichen,
wie in 3 dargestellt, so daß die Dichtanordnung in dem
Zellenbehälter
während
des Zusammenbaus und des Falzens in dem Zellenbehälter an
Ort und Stelle gehalten werden. In 3 ist gezeigt,
daß die
Schulter 50 am Boden des Rands 40 die Dichtanordnung in der
Zelle stützt
und diese im richtigen Abstand zu den chemischen Komponenten der
Zelle hält.
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Wie
in den 1(a) und 1(b) dargestellt, nimmt
die Dicke der Membran 22 nicht allmählich zu, um einen dicken Diaphragmaabschnitt 20 des
Entlüftungselements
zu bilden. Stattdessen nimmt die Dicke abrupt zu, wie dargestellt,
jedoch mit einer leichten Schrägung 21 für ein leichteres
Formen. Der Druck, der in der Zelle entsteht, wirkt gegen die Bodenfläche des
Basisabschnitts der Dichtung, welche das Diaphragma enthält. Der
Diaphragmaabschnitt 20 der Entlüftung wird dick genug gemacht,
so daß er sich
nicht in einem Maß nach
oben bläht
oder biegt, das zu einer Zugspannung auf die Membran führt, welche
bewirken würde,
daß die
Membran beim Entlüftungsbetätigungsdruck
reißt
und nach einem Zugbruch von der Außenwand der Nabe abgezogen
wird. Somit überträgt das dickere
Diaphragma die nach oben gerichtete induzierte Druckspannung, welche
in der dargestellten Ausführungsform
generell parallel zur Oberfläche
des Substrats, von dem die Membran ausgeht, und senkrecht zur Ebene
der Membran verläuft,
auf die Membran. In einer hierin nicht dargestellten Ausführungsform
schneidet der Boden der Membran die vertikale, zylindrische Außenwand
der Nabe in einem Winkel, der generell senkrecht ist. Beim Entlüftungsdruck
biegt sich das Diaphragma unter dem Druck ausreichend weit nach
oben, um einen Kerbspannungseffekt in der Membran an der Schnittstelle
zwischen der Bodenfläche
der Membran und der Wand der Nabe zu erzeugen, wodurch die Membran
bei einer kerbinduzierten Scherung und nicht bei einem Zug reißt. In der
in den Figuren dargestellten Ausführungsform, die für eine Zelle
geringerer Größe ist,
beispielsweise eine AA-Zelle, fällt der
Boden der Membran mit der Bodenfläche der Nabe zusammen und es
ist kein Winkel zwischen der Bodenfläche der Membran und der äußeren Nabenwand
vorhanden. In jedem Fall reißt
die Membran 22 in erster Linie bei einer Scherung, wodurch
es möglich
ist, daß sich
das Diaphragma 20 am Gelenk 24 nach oben biegt
und die Zelle entlüftet.
Ebenfalls in der dargestellten Ausführungsform kann der Gelenkabschnitt 24 des
Entlüftungselements 18 die
gleiche Dicke und Breite aufweisen wie die Membran 22 oder er
kann dicker sein, falls gewünscht.
Seine Abmessungen sollte so sein, daß er bei dem Entlüftungsbetätigungsdruck
kein Scheren oder Aufblähen
nach oben zeigt, aber sich biegt und krümmt, wenn es zu einem Scherbruch
der Membran 22 kommt, um zu ermöglichen, daß der dicke Hauptabschnitt
des Diaphragmas 20 der Entlüftung sich nach oben bewegt und
die Zelle entlüftet.
In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform sind die Membran
und das Gelenk von gleicher Dicke und Breite. Da die Scherfläche jedoch
die Gesamt-Umfangslänge
mal der Dicke ist, ist sie für
das Gelenk viel größer, da
dessen Länge
wesentlich größer ist
als die der Membran. Somit ist bei einem bestimmten Zellendruck
die Druckspannung, ausgedrückt
in Kraft pro Einheitsfläche der
Scherung, auf der Membran wesentlich größer als auf dem Gelenk.
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Ein
Fachmann wird erkennen, daß die
aktuellen Abmessungen des Entlüftungselements
nicht nur von dem gewünschten
Entlüftungsdruck,
sondern auch von den Abmessungen des Entlüftungselements, dessen Ort
oder dessen Abstand vom Mittelpunkt der Kunststoffdichtung, dem
für die
Dichtung verwendeten Kunststoffmaterial usw. abhängen, und daß sie von
Fall zu Fall festgelegt werden müssen. Es
folgt ein erläuterndes,
aber nicht beschränkendes Beispiel
eines spritzgegossenen Nylon-Dichtelements der Erfindung für eine Alkali-Primärzelle der Größe D, um
die Erfindung zu erläutern.
Die Scheibe weist einen Gesamt-AD von 33 mm auf, und die Gesamtbreite
des Entlüftungsmittels
von der Nabe bis zum Vorsprung beträgt 3,7 mm. Das Diaphragma ist 0,70
mm dick. Der Gelenkabschnitt ist 0,35 mm dick und hat eine Breite
von 0,27 mm. Die Membran ist 0,15 mm dick und 0,27 mm breit. Der
Vorsprung ist 1,7 mm dick. Ein ähnliches
Dichtelement für
eine typische AA-Alkalizelle weist einen Gesamt-AD von 14 mm auf,
wobei das Entlüftungselement
2 mm breit ist. Das Diaphragma ist 0,38 mm dick. Sowohl die Membran
als auch die Gelenkabschnitte sind 0,19 mm dick und 0,14 mm breit.
Wenn sie in einer Zelle der Größe AA verwendet
wird, die generell ähnlich
zu der ist, die in 3 dargesestellt ist, wobei der
Boden der Membran mit dem Boden der Nabe zusammenfällt, reißt die Membran
bei einer Scherung, wenn die Zelle aufgrund des Drucks in der Zelle
entlüftet
wird. Ein Fachmann weiß,
daß es
schwierig ist, Kunststoff ohne die Anwesenheit einer Kehle an der
Schnittstelle von aneinander stoßenden Flächen zu formen. Dementsprechend
wird die Membran mit einer Kehle an der Verbindungsstelle zwischen
der oberen, der unteren oder beiden Membranflächen mit der vertikalen, zylindrischen
Wandfläche
der Nabe geformt. Der Radius der Kehle oder der Kehlen (nicht dargestellt) ist
so klein wie möglich
und liegt nicht über
0,05 mm.
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Erläuternde,
aber nicht beschränkende
Beispiele für
im Handel erhältliche
Materialien, die für
die Verwendung bei der Herstellung des Dichtungsmittels der Erfindung
geeignet sind, schließen
thermoplastische Polymere ein, wei Nylon, gefülltes Polypropylen, Polysulfon
und Mischungen verschiedern Nylons und anderer Materialien, wie
olefinische Polymere, ABS und Polysulfon.
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2 ist
eine perspektivische Schnittansicht einer Zellen-Dichtanordnung,
welche ein Dichtelement der Erfindung verwendet, im Fall dieser
Ausführungsform
für eine
AA-Alkalizelle. 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung
einer AA-Zelle, deren eines Ende durch Falzen mit der Dichtanordnung
verschlossen ist. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform,
in der die Dichtanordnung 100, welche eine Dichtung 10 der
Erfindung einschließt, als
integrales Bauteil vormontiert ist, das während des Zusammenbaus der
Zelle wie ein einziges Element behandelt werden kann. In den 2 und 3 ist
eine Dichtanordnung 100 dargestellt, welche ein Kunststoff-Dichtungsformelement 10 der
Erfindung, einen Metallstromkollektor 102, ein Metallstützelement 104 und
eine Metallkappe 106 einschließt, die auch als einer der
elektrischen Pole der Zelle dient. In dieser Ausführungsform
ist die Kappe 106 der negative Pol der Alkali-Primärzelle.
Metallstromkollektoren werden vom Fachmann in der Regel als Nägel bezeichnet,
und diese Art von Stromkollektoren kann, falls gewünscht, bei
der Durchführung dieser
Erfindung verwendet werden. In der hierin dargestellten und beschriebenen
Ausführungsform
ist der Metallstromkollektor eher ein Niet als ein Nagel. Der ringförmige Vorsprung 26 des
Kunststoff-Dichtelements wirkt mit der Metallstütze 104 zusammen, um
ein Aufblähen
der Basis des Dichtelements unter dem Zellendruck zu verhindern,
und zwar dadurch, daß die
Oberseite des Vorsprungs die Unterseite des runden Kreisabschnitts 105 der
Stützscheibe 104 berührt (3).
Dies begrenzt die Aufwärtsbewegung des
Vorsprungs und begrenzt somit auch die Aufwärtsbewegung der Basis des Dichtelements 10,
wodurch ein übermäßiges Aufblähen unter
Druck, das ansonsten bewirken könnte,
daß die
Membran unter Zug statt unter Scherung bricht, verhindert wird.
Die Schürze 30 geht
vom Außenabschnitt
des Vorsprungs 26 aus und verläuft nach unten, um ein Mischen
der Anoden- und Kathodenkomponenten der Zelle (z. B. einer Alkali-Primärzelle)
zu verindern, wie in 3 dargestellt. Die Vielzahl
der Ansätze 42,
die von der Innenseite des Rands 40 radial nach innen überstehen,
sichern die Metallkappe 106 kraftschlüssig im Inneren, so daß die Dichtanordnung
während des
Zusammenbaus der Zelle als einzige integrierte Einheit gehandhabt
werden kann. Während
des Zusammenbaus wird die Kappe 106 auf die Ansätze gesetzt
und über
die Ansätze
und in den Hohlraum, der durch die Wand 40 des Dichtelements
und die Oberseite der Metall-Stützscheibe 104 definiert
wird, gedrückt
oder einrasten gelassen. Die in Umfangsrichtung verlaufende Schulter 48 an
der Innenseite des Rands 40 stützt den Rand der Scheibe 104 während des
Falzens, wenn die Dichtung gebildet wird. Eine Vielzahl von Rippen 52 sind
dargestellt, die radial über
die Außenfläche am oberen
Abschnitt der Wand nach oben und ausgehend von der unteren, äußeren Schulter 50 des
Rands 40 nach unten überstehen. Diese
Rippen erlauben das Einfügen
der Dichtanordnung in den oberen Teil der Metallhülse, der
als positiver Zellenpol dient, während
sie gleichzeitig ermöglicht,
daß mitgerissene
Luft entweicht, wenn die Dichtanordnung in der Hülse angeordnet wird, um während des
Zusammenbaus ein "Auspumpen" des Elektrolyten
aus der Hülse
zu verhindern. Die Rippen sind so dimensioniert, daß sie einen
leichten Preßsitz mit
der entsprechenden Innenwandfläche
eines Metallzellenbehälters 122 erreichen,
wie in 3 dargestellt, so daß die Dichtanordnung während des
Zusammenbaus und des Falzens an Ort und Stelle im Zellenbehälter gehalten
wird. Während
diese Dichtanordnung eine bevorzugte Ausführungsform ist, welche das
Dichtelement 10 der Erfindung verwendet, wird ein Fachmann
wissen, daß auch
andere Konstruktionen, welche das Dichtelement der Erfindung enthalten,
für die
Dichtelementanordnung verwendet werden können, wofür erläuternde, aber nicht beschränkende Beispiele
die Typen einschließen,
die in den '985-
und '602-Patenten
beschrieben sind.
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Wenn
die Dichtung durch Falzen gebildet wird, beißt die radiale Kante 107 der
Stütze 104 in den
Innenabschnitt der Randwand 46 des Dichtelements 10,
wie in 3 dargestellt. Vorzugsweise komprimiert der Rand 107 des
Stützelements
die Wand 46 des Dichtelements in einem Ausmaß von mindestens
25% der Dicke der Wand 46, um eine gute Dichtung zu erreichen.
Ferner ist die Metallstütze 104 so
ausgelegt wie dargestellt, so daß der Rand 107 eine
federartige Rückstellkraft
zeigt und eine radial nach außen
wirkende Druckkraft auf die Wand 46 aufrecht hält, um sicherzustellen,
daß die
Dichtung über
einen großen
Temperaturbereich (z. B. etwa –30 bis
+800°C)
während
der Lebensdauer der Zelle aufrecht erhalten bleibt. Ebenso ist klar,
daß das
Biegemittel 38 es dem Rand des Dichtelements ermöglicht, sich
während
des Zusammenbaus und des Falzens radial nach innen und außen zu bewegen,
und auch während
Temperaturschwankungen, ohne den Rest der Basis der Dichtung, einschließlich des
Druckentlüftungselements,
zu beeinflussen.
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In 3 ist
dargestellt, daß die
Schulter 50 am Boden des Rands 40 die Dichtanordnung
in der Zelle 120 dadurch stützt, daß sie an der Innenumfangsschulter 124 aufliegt,
die in die Metallhülse 122, welche
den Behälter
der Zelle bildet, gefalzt ist. In dieser Ausführungsform ist die Metallendkappe 106, bei
der es sich um den Negativpol der Zelle 120 handelt, als
Metallscheibe dargestellt, die einen planen zentralen Scheibenabschnitt 112 aufweist,
der leicht nach unten in Richtung ihres Mittelpunkts hin abfällt, wo
sich eine mittig angeordnete, nach unten überstehende Vertiefung 114 befindet.
Ein relativ flacher zylindrischer Abschnitt 116 geht nach
unten gerichtet vom Außenumfang 112 aus,
wobei ein Flansch 117, der vom Boden 116 ausgeht,
sich radial nach außen erstreckt
und an seinem Außenumfang
in einem nach oben verlaufenden Rand 118 mit einer äußeren Umfangskante 119 endet.
Wie bei dem oben beschriebenen Dichtungsmittel ist diese spezielle
Endkappenkonstruktion eine bevorzugte Ausführungsform, welche die Durchführung der
Erfindung nicht beschränken
soll. So können
auch andere Endkappenkonstruktionen verwendet werden, wie die im '985-Patent dargestellte.
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Die
Dichtanordnung 100 ist als Falz dargestellt, der vom oberen
Ende der Zelle 120 durch eine bleibende Verbiegung 140,
die ringsum im oberen Ende der Metallzellenwand ausgebildet ist,
umschlossen ist. Der Falz drängt
die Zellenwand gegen die Außenfläche des
Rands 40 des Kunststoff-Dichtelements 10 und biegt
beide zusammen über
den Rand 119 der Metallkappe 106 nach unten, um
die Zelle zu verschließen.
Gleichzeitig wird während
des Falzens eine nach innen gerichtete radiale Kraft ringsum auf
die Außenkante 17 der
Stütze 104 ausgeübt, welche
aufgrund der Konstruktion der Stütze in
einer ständigen
nach oben gerichteten Kraft resultiert, die auf den mittleren Abschnitt
der Stütze
wirkt, was dazu beiträgt,
einen physikalischen und elektrischen Kontakt zwischen dem oberen
Ende des Anoden-Stromkollektors 102 und der Vertiefung 114 in der
Endkappe 100 sicherzustellen.
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Der
Metall-Anodenstromkollektor oder Nagel 102 ist mit der
Oberseite seines oberen Abschnitts offen verstemmt gegen das Oberteil
der Nabe 12 dargestellt, um die Metallstütze 104 fest
an Ort und Stelle zu vernieten, wobei er durch einen Flansch 130 an einer
Aufwärtsbewegung
gehindert wird. Der plane obere Abschnitt der Endkappe 106 ist
in 3 als zum Zentrum hin vertieft dargestellt, um
die Konstruktion der Kappe vor dem Falzen darzustellen. Während des
Falzens und Verschließens
wird jedoch eine radial nach innen gerichtete Kraft auf die Seite der
Dichtanordnung ausgeübt,
was in dieser bevorzugten Ausführungsform
zur Folge hat, daß die
Anordnung permanent nach innen gedrückt wird. Dies bewirkt wiederum,
daß der
obere Abschnitt der Stütze
leicht nach oben umgebogen wird, wobei das obere Ende des Stromkollektors
ständig
die Vertiefung nach oben drückt,
so daß der
obere plane Abschnitt des Endkappenpols 106 dauerhaft flach
wird. Dies führt
auch zu einer dauerhaften nach oben wirkenden Kraft vom oberen Ende
des Stromkollektors auf die Vertiefung, was eine ständige mechanische
und damit einhergehende elektrische Verbindung zwischen dem Metallstromkollektor
und der Endkappe während
der Lebendauer der Zelle sicherstellt.
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Die
Zelle 120 in 3 soll ein Beispiel für eine typische
Alkali-Primärzelle
mit einer gelatinierten Zinkanode und einer MnO2-Kathode
sein. Wie der Fachmann weiß,
befindet sich in der Zelle 120 ein kathodisches MnO2-Material 150 in Kontakt mit der
Innenfläche
einer Metallhülse 122 und
ist von einem gelatinierten anodischen Zinkmaterial 124 mittels
einer elektrisch nicht-leitenden Membran 126 getrennt, welche
auch verhindert, daß das
Anodenmaterial mit dem Boden der Hülse in Kontakt kommt.
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Die
Schürze 30 des
Kunststoff-Dichtelements überlappt
das Trennelement und verhindert ein Mischen der Anoden- und Kathodenmaterialien
in der Zelle. Der Stromkollektor 102 verläuft in dem
Anodenmaterial, wie in 3 dargestellt, und sorgt dadurch
für eine
elektrische Verbindung zwischen der gelatinierten Zinkanode und
dem Metallendkappenpol.
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Selbstverständlich liegen
für einen
Fachmann verschiedene andere Ausführungsformen und Modifikationen
bei der Durchführung
der Erfindung nahe, die von diesem leicht durchgeführt werden können, ohne
vom Bereich der oben offenbarten Erfindung abzuweichen. So soll
der Umfang der Erfindung nicht auf die oben ausgeführte Beschreibung, sondern
durch Ansprüche
beschränkt
sein.