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Die
Erfindung betrifft eine Verschlussgruppe zum Verschließen von
elektrochemischen Alkalizellen mit kleinem Durchmesser und speziell
von Alkalizellen der Größe AAAA
(LR61). Die Erfindung betrifft berstfähige Vorrichtungen im Inneren
der Verschlussgruppe, die ein Entweichen von Gas aus dem Inneren
der Zelle ermöglichen.
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Konventionelle
elektrochemische Alkalizellen werden aus einem zylindrischen Gehäuse geformt,
das eine offene Seite hat. Das Gehäuse wird zunächst mit
einer vergrößerten offenen
Seite geformt. Nachdem der Zelleninhalt eingeführt worden ist, wird die Zelle
verschlossen, indem der Gehäuserand über einen
Rand der Verschlussgruppe gefalzt wird und das Gehäuse radial
um die Gruppe zusammengedrückt
wird, um eine feste Dichtung zu schaffen. Die Verschlussgruppe weist
ein freies Pol-Verschlusskappenblech und im typischen Fall ein isolierendes
Teil aus Kunststoff auf, das an der offenen Seite des Gehäuses einen
Verschluss bildet und das Pol-Verschlusskappenblech gegenüber dem
Zellengehäuse
isoliert. Ein in Verbindung mit dem Aufbau von Alkalizellen auftretendes
Problem ist die Neigung der Zelle, im Verlaufe einer Entladung bis
unterhalb eines bestimmten Punktes und normalerweise um den Punkt
des vollständigen
Verbrauchs der nutzbaren Leistung Gase zu entwickeln. Üblicherweise
sind Alkalizellen mit einem berstfähigen Teil ausgestattet, wie
beispielsweise eine Trennwand oder Membran im Inneren der Verschlussgruppe,
wie sie beispielsweise in der US-P-3 617 386 beschrieben wurde. Derartige
Trennwände
oder Membranen sind so konzipiert, dass sie bersten, wenn der Gasdruck
im Inneren der Zelle einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Verschlusskappe
kann mit Lüftungsöffnungen
ausgestattet sein, um das Gas entweichen zu lassen, wenn die Trennwand
oder Membran geborsten ist. Die in der US-P-3 617 386 offenbarte
Verschlussgruppe verfügt über einen
erheblichen freien Raum oberhalb der berstfähigen Membran, womit der Betrag
des im Inneren der Zelle für
das aktive Material verfügbare
Raum verringert wird.
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Um
für eine
feste Dichtung zu sorgen, haben Alkalizellen Verschlussgruppen,
in die ein Halteplättchen
aus Metall einbezogen ist, das in dem Hohlraum im Inneren des isolierenden
Teils aus Kunststoff eingesetzt ist. Das Metall-Halteplättchen kann eine gefaltete
Oberfläche
haben, wie in den US-P-5 532 081 oder 5 080 985 gezeigt wird, womit
gewährleistet wird,
dass die Verschlussgruppe hohen radialen Druckkräften widerstehen kann, während das
Zellengehäuse
um die Verschlussgruppe herum gefalzt wird. Mit einem derartigen
Halteplättchen
ist es möglich,
während
des Falzvorganges hohe Radialkräfte aufzubringen.
Dieses führt
zu einer dauerhaften, festen mechanischen Dichtung um die Verschlussgruppe
herum. Um für
einen zusätzlichen
Halt während des
Falzvorganges zu sorgen, kann der periphere Rand der Verschlussgruppe
auch in den Hohlraum eines isolierenden Teils aus Kunststoff eingesetzt sein,
wie in der US-P-5 080 985 gezeigt wird. Derartige Konstruktionen
können
im Inneren der Zelle jedoch einen zusätzlichen Raum beanspruchen
und die Komplexität
der Fertigung wesentlich erhöhen und
speziell dann, wenn eine Anwendung auf sehr kleine Zellen erfolgt.
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In
der US-P-4 670 362 wird eine Isolierscheibe aus Kunststoff offenbart,
die mit einer Schnappverbindung in die offene Seite eines zylindrischen Gehäuses für eine Alkalizelle
eingesetzt wird. Die offenbarte Isolierscheibe weist kein Nylon
auf. Die in dieser Fundstelle offenbarte Isolierscheibe ist nicht zur
Verwendung in Zellen mit sehr geringer Größe vorgesehen, z.B. AAAA-Alkalizellen.
Die offenbarte Isolierscheibe mit Schnappsitz erfordert für den Einsatz
in die offene Seite eines zylindrischen Gehäuses zusätzliche Kraft. Jegliche zusätzliche
Kraft, die zum Einsatz der Isolierscheibe erforderlich ist, wird
in Bezug auf das Dichten von Zellen mit sehr geringem Durchmesser,
z.B. Alkalizellen der Größe AAAA, zum
Nachteil, was auf die Schwierigkeit der Handhabung derartiger kleinerer
Zellen zurückzuführen ist.
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Eine
berstfähige
Lüftungsmembran
lässt sich
einstückig
als Teil des isolierenden Teils aus Kunststoff erzeugen, das in
die Verschlussgruppe einbezogen ist. Eine derartige Lüftungsmembran kann
im typischen Fall eine kreisrunde Form haben, wie in der US-P-4
537 841 gezeigt wird. Wie in dieser Fundstelle gezeigt wird, kann
die berstfähige
Membran einstückig
als ein dünner
Abschnitt des isolierenden Teils aus Kunststoff erzeugt werden.
Die berstfähige
Membran kann auch die Form einer genuteten oder umlaufenden Konfiguration
entsprechend der Offenbarung in der US-P-5 080 985 annehmen.
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Es
ist jedoch schwieriger, die erforderliche radiale Kompression des
Zellengehäuses
an der offenen Seite des Gehäuses
beim Abdichten einer Zelle der Größe AAAA zu erhalten als beim
Abdichten größerer Zellen
ohne die Verwendung eines Metall-Halteplättchens oder eines im Gehäuse sitzenden
Verschlusskappenbleches. Zum Teil ist dieses darauf zurückzuführen, dass
es in Alkalizellen mit sehr geringem Durchmesser, z.B. Zellen der
Größe AAAA,
schwieriger wird, die offene Seite des Gehäuses nach außen abzustufen,
z.B. die offene Seite zu vergrößern, wenn
das Gehäuse
zu Beginn geformt wird.
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Ein
anderes Problem in Verbindung mit dem Aufbau von Verschlussgruppen
für AAAA-Alkalizellen
besteht darin, dass jede beliebige Isolierscheibe aus Kunststoff,
die zum Dichten der Zelle eingesetzt wird, notwendigerweise entsprechend
dem kleinen Zellendurchmesser einen sehr geringen Durchmesser hat.
Da derartige Scheiben sehr klein sind, können sie gegenüber Rissbildung
leichter anfällig
sein, als Isolierscheiben aus Kunststoff für größere Zellen.
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Die
Erfindung richtet sich auf eine Verschlussgruppe für zylindrische
Alkalizellen mit geringem Durchmesser. Die Verschlussgruppe wird
in die offene Seite des Gehäuses
für die
Zelle eingesetzt. Die Erfindung richtet sich auf Verschlussgruppen
und vorzugsweise auf zylindrische Alkalizellen mit einem Durchmesser,
der kleiner ist als der Durchmesser der Zellen der Größe AAA (kleiner
als etwa 10 Millimeter und nach Möglichkeit mit einem Durchmesser
zwischen etwa 7 und 9 Millimeter). In einer der bevorzugten Ausführungsformen
richtet sich die Erfindung auf eine Verschlussgruppe für AAAA (Quad
A)-Zellen (IEC-Bezeichnung: "LR61 "-Zellen). Derartige
Zellen haben einen Durchmesser zwischen etwa 7,7 und 8,3 Millimeter
und haben eine Länge
zwischen etwa 41,5 und 42,5 Millimeter.
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Es
ist festgestellt worden, dass bei sehr kleinen zylindrischen Alkalizellen,
d.h. bei Zellen mit einem zylindrischen Zellengehäuse eines
Durchmessers, der kleiner ist als der Durchmesser des Gehäuses einer
AAA-Zelle und speziell des Durchmessers für ein Gehäuse einer AAAA(LR61)-Zelle,
eine ausreichende feste Dichtung ohne Einbeziehung eines Metall-Halteplättchens
oder irgendeines Teils eines Pol-Verschlussklappenbleches in das
Zellengehäuse erhalten
werden kann. Insbesondere ist festgestellt worden, dass es keine
Notwendigkeit zum Einsatz eines Metall-Halteplättchens (unabhängig davon,
ob es flach oder gefaltet ist) irgendwo in das Innere des Zellengehäuses einzusetzen.
Statt dessen kann für eine
ausreichend feste Dichtung derartiger kleiner zylindrischer Alkalizellen,
z.B. AAAA (LR61)-Zellen, gesorgt werden, indem man lediglich ein
dichtendes Teil einsetzt, d.h. eine einzige isolierende Scheibe aus
Kunststoff (mit dem Stromkollektor hindurch) an der offenen Seite
des Zellengehäuses.
Ein einziges dichtendes Teil aus Kunststoff vermittelt der Zelle während des
Falzens einen ausreichenden Halt und erzeugt eine feste Dichtung.
Damit ist selbstverständlich
nicht gesagt, dass eine derartige einzige isolierende Scheibe aus
Kunststoff nicht auch in größeren Zellen
verwendet werden kann.
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Die
Verschlussgruppe der Erfindung weist eine isolierende Dichtungsscheibe
aus Kunststoff auf, eine Pol-Verschlusskappe und einen länglichen Stromkollektor.
Die isolierende Dichtungsscheibe besteht bevorzugt aus Nylon 66
oder Nylon 612 und vorzugsweise aus Nylon 612. Die Verschlussgruppe kann
auch eine isolierende Zwischenscheibe aufweisen, die unter der Verschlusskappe
liegt. Die isolierende Dichtungsscheibe hat einen dicken zentralen Abschnitt,
der eine Verstärkung
bildet mit einer hindurch gehenden zentralen Öffnung, einem einstückig ausgeführten Mittelabschnitt,
der sich radial von der Verstärkung
erstreckt und einen einstückig
ausgebildeten peripheren Rand. Der Mittelabschnitt der isolierenden
Dichtungsscheibe hat mindestens einen verdünnten Abschnitt, der eine berstfähige Membran bildet.
Die berstfähige
Membran hat vorzugsweise die Form einer kreisrunden Inselkonfiguration,
kann jedoch auch eine andere Konfiguration annehmen, wie beispielsweise
oval, rechteckig, als Parallelogramm oder Polygon oder die Form
einer geraden oder gekrümmten
Nut. Die Membran kommt zum Bersten, wenn der Gasdruck in der Zelle
einen vorbestimmten Wert erreicht.
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Die
Verschlussgruppe wird erzeugt, indem die isolierende Scheibe in
die offene Seite des zylindrischen Gehäuses einer kleinen Zelle und
vorzugsweise einer Alkalizelle der AAAA-Größe eingesetzt wird. Ein Abschnitt
der Außenseite
des peripheren Randes der isolierenden Scheibe liegt auf einer umlaufenden
Vertiefung (Wulst) in der Oberfläche
des Gehäuses
an der offenen Seite des Gehäuses.
Die isolierende Scheibe wird ortfest gehalten, indem der periphere
Rand des Gehäuses über den
peripheren Rand der isolierenden Scheibe gefalzt wird (Gehäuse in vertikaler
Stellung mit der Verschlussgruppe nach oben). Auf der isolierenden
Scheibe kann eine isolierende Zwischenscheibe derart aufgesetzt
werden, dass der periphere Rand der Zwischenscheibe auf der Oberseite
des peripheren Randes des Gehäuses
an der offenen Seite der Zelle liegt. Der Kopf des länglichen
Stromkollektors wird mit dem Pol-Verschlusskappenblech verbunden
und der Stromkollektor in die zentrale Öffnung in der Verstärkung eingesetzt.
Damit befinden sich die isolierende Zwischenscheibe und die Pol-Verschlusskappe
außerhalb
des Zellengehäuses
wenn sie übereinander
auf den peripheren Rand des Gehäuses
aufgesetzt werden, so dass kein Teil der Verschlusskappe oder der
isolierenden Zwischenscheibe im Inneren des Gehäuses liegt. Durch die isolierende
Zwischenscheibe wird die Pol-Verschlusskappe
elektrisch gegenüber
dem Zellengehäuse
isoliert.
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehender
beschrieben, worin sind:
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1 eine
Querschnittansicht einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verschlussgruppe,
abgedichtet innerhalb der offenen Seite einer AAAA (LR61)-Alkalizelle;
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2 eine
perspektivische Ansicht im Schnitt der in 1 gezeigten
Verschlussgruppe;
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2A eine
Draufsicht auf die isolierende Scheibe, die darin eine berstfähige Membran
zeigt;
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3 eine
Ansicht in auseinandergezogener Darstellung der Komponenten, die
die in den 1 und 2 gezeigte
Verschlussgruppe aufbauen.
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Die
erfindungsgemäße Verschlussgruppe 10 (1 bis 3)
eignet sich für
die Anwendung auf zylindrische Alkalizellen und vorzugsweise auf
solche mit einem Gehäusedurchmesser,
der kleiner ist als der Durchmesser eines AAA-Zellengehäuses, d.h. kleiner als etwa
10 Millimeter, nach Möglichkeit mit
einem Außendurchmesser
des Gehäuses
zwischen etwa 7 und 9 Millimeter. Die Verschlussgruppe 10 der
Erfindung ist besonders geeignet für die Anwendung bei zylindrischen
Alkalizellen der Größe AAAA.
Diese Zellen können
ein Gehäuse
mit einem Außendurchmesser
im typischen Fall zwischen etwa 7,7 und 8,3 Millimeter haben. Dieses
bedeutet selbstverständlich
nicht, dass eine solche Verschlussgruppe nicht auch in größeren Zellen
zur Anwendung gelangen kann, was von der Festigkeit des Kunststoffes und/oder
dem erwarteten Innendruck abhängt.
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Eine
spezielle Ausführungsform
der Verschlussgruppe 10 der Erfindung, die für eine AAAA (Quad
A)-Alkalizelle 100 bevorzugt wird, ist in den 1 bis 3 gezeigt.
(Die AAAA-Zelle wird von dem American National Standards Institute
(ANSI) bezeichnet als "25A"-Zelle und in Europa
von der International Electrotechnical Commission (IEC) mit der
Bezeichnung "LR61"-Zelle). Die AAAA (LR61)-Alkalizelle 100 (1)
ist eine zylindrische Zelle aus einem zylindrischen Gehäuse 70 einer
Länge zwischen
etwa 41,5 und 42,5 Millimeter und mit einem Außendurchmesser zwischen etwa
7,7 und 8,3 Millimeter. Die Dicke der Wand des Gehäuses 70 kann
zwischen etwa 0,1 mm und 0,25 mm betragen. Bei der AAAA (LR61)-Zelle 100 können eine
Alkalizellenanode, -kathode und die Elektrolytchemie sowie Separatormaterial
zum Einsatz gelangen, wie sie üblicherweise
in größeren Zellen
z.B. in AA- oder C- und D-Zellen eingesetzt werden. Damit kann die
Zelle 100 eine Anode 20 haben, die aus Zink besteht, eine
Kathode 30, die verdichtetes Mangandioxid aufweist, und
einen Elektrolyten im Inneren der Anode der Kaliumhydroxid aufweist.
Wie in konventionellen Fällen können Additive
eingesetzt werden, um den chemischen Vorgang in der Zelle zu modifizieren.
In der Alkalizelle kann ein für
Ionen durchlässiges
Separatormaterial 40 eingesetzt werden, das im typischen
Fall aus Kunstseide oder Cellulose besteht. Die erfindungsgemäße Verschlussgruppe 10 ist
nicht als auf irgendeine spezielle Chemie der Alkalizelle und/oder
Größe der Alkalizelle
eingeschränkt
zu betrachten. Die erfindungsgemäße Verschlussgruppe 10 ist
in einer der bevorzugten Ausführungsformen zur
Anwendung für
Alkalizellen der Größe AAAA (LR61)
unter Einsatz konventioneller Chemie der Alkalizelle und deren Modifikationen
vorgesehen. Die Chemie, die dafür
repräsentativ
ist, wurde beispielsweise in der US-P-5 401 590 offenbart.
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Die
in den 1, 2 und 3 gezeigte Verschlussgruppe
weist eine isolierende dichtende Scheibe 150, eine Pol-Verschlusskappe 200 und
einen länglichen
Stromkollektor 80 auf. Die Verschlusskappe 200 bildet
die negative Klemme der AAAA-Alkalizelle 100 (2).
Die Verschlussgruppe 10 kann auch eine isolierende Zwischenscheibe 130 aufweisen,
die unterhalb der Verschlusskappe 200 liegt. (Die Beschreibung
hierin erfolgt unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen die Verschlussgruppe 10 bei
Betrachtung der in vertikaler Position mit der Verschlussgruppe 10 nach
oben orientierten Zelle gezeigt wird). Die Pol-Verschlusskappe 200 ist
bevorzugt "hutförmig" mit einem flachen
zentralen Abschnitt 205, von dem sich nach unten abgestuft
ein ebener kreisrunder Rand 230 entsprechend der Darstellung
in 1 erstreckt.
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Die
isolierende Scheibe 150 hatte einen dicken Mittenabschnitt,
der die Verdickung 151 bildete, die über eine hindurchgehende zentrale Öffnung 90 verfügte. Die
zentrale Öffnung 90 ist
vorgesehen, um darin den metallischen Stromkollektor 80 einzusetzen.
Der Kopf 85 des Stromkollektors 80 ist nach Möglichkeit
mit der Unterseite des flachen zentralen Abschnittes 205 der
Verschlusskappe 200 verschweißt. Die isolierende Zwischenscheibe 130 erlaubt
die elektrische Isolierung zwischen Verschlusskappe 200 und
peripherem Rand 72 des Zellengehäuses 70. In der Alkalizelle 100 kann
jeder beliebige Abschnitt des Gehäuses 70 die positive
Klemme bilden. Vorzugsweise ist die positive Klemme die an der geschlossenen
Seite 74 des Gehäuses 70 befindliche
Spitze (vorstehende Oberfläche) 76.
Die isolierende Scheibe 150 hat einen Mittelabschnitt 154,
der sich zwischen der Verdickung 151 und dem peripheren
Rand 155 befindet. Von dem peripheren Rand 155 läuft ein
umlaufender Steg 157 nach unten und bildet einen umlaufenden
Mantel 157a unterhalb der umlaufenden Vertiefung 75 und
um die Unterseite der isolierenden Scheibe 150. Der Steg 157 läuft in Richtung
auf das Innere der Zelle zu einer Höhe unterhalb der Ebene der Unterseite 159 der
Verdickung 151. Der Steg 157 berührt nicht
das Zellengehäuse 70 und bildet
vorzugsweise keine Schnappverbindung um die umlaufende Vertiefung 75,
wodurch ein leichtes Einsetzen des peripheren Randes 155 der
Scheibe 150 in die umlaufende Vertiefung 75 während des
Zusammenbaus der Zelle ermöglicht
wird. Das bedeutet, dass lediglich ein geringer Kraftaufwand erforderlich
ist, um den peripheren Rand 155 der Scheibe 150 in
die umlaufende Vertiefung 75 einzusetzen, da er vorzugsweise
um die Vertiefung 75 keine Schnappverbindung bildet. (Eine
Schnappverbindung erfolgt, wenn der maximale Außendurchmesser des umlaufenden
Mantels 157a unterhalb der umlaufenden Vertiefung 75 größer ist
als der Zelleninnendurchmesser in der Ebene der umlaufenden Vertiefung 75).
Demgegenüber
kommt es im Inneren des Gehäuses
zu keiner Schnappverbindung, wenn der maximale Außendurchmesser
des umlaufenden Mantels 157a unterhalb der umlaufenden
Vertiefung 75 kleiner ist als der Zelleninnendurchmesser
in der Ebene der Vertiefung 75, wie in der Ausführungsform in
den 1 und 2 veranschaulicht wird). Der Steg 157 vermittelt
der isolierenden Scheibe 150 einen zusätzlichen konstruktiven Halt
und macht es möglich,
dass größere Radialkräfte beim
Falzen des oberen Abschnittes 71 des Zellengehäuses um
die dichtende Scheibe aufgebracht werden können. Der Mittelabschnitt 154 verfügt über mindestens
einen einstückigen
verdünnten
Abschnitt 152, der eine berstfähige Membran bildet und vorzugsweise
senkrecht zur Längsachse
der Zelle 190 orientiert ist. Die berstfähige Membran 152 kann,
was wünschenswert ist,
die Konfiguration einer kreisrunden Insel entsprechend der Darstellung
in 2A haben. Die berstfähige Membran 152 kann
eine andere Form haben, beispielsweise eine ovale, rechteckige oder
polygonale Form oder die Form eines Parallelogramms. Alternativ
kann die berstfähige
Membran 152 die Form von geraden oder gekrümmten Nuten
haben, die einen dünnen
berstfähigen
Bereich im Inneren eines Abschnittes der isolierenden Scheibe 150 bilden. Vorteilhaft
wird die berstfähige
Membran 152 beim Formpressen der isolierenden Scheibe 150 und
bevorzugt mit Hilfe des Spritzgießverfahrens erzeugt.
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Die
Verschlussgruppe 10 (1 und 2) wird
aus den einzelnen Komponenten (3) zusammengesetzt,
indem zuerst die isolierende Scheibe 150 aus Kunststoff
in die offene Seite 79 des zylindrischen Gehäuses 70 eingesetzt
wird. Das Gehäuse 70 hat
eine umlaufende Vertiefung in seiner Oberfläche, die eine umlaufende Wulst 75 in
der Nähe
der offenen Seite 79 bildet. Die isolierende Scheibe 150 hat
eine umlaufende Nut 156 um die Außenseite ihres peripheren Randes 155 (1 und 3).
Die isolierende Scheibe 150 wird so eingesetzt, dass die
Nut 156 auf der umlaufenden Wulst 75 sitzt, die
für die
isolierende Scheibe 150 eine Auflagefläche bildet. Das Gehäuse 70 wird
zuerst so geformt, dass es einen vergrößerten Abschnitt 71 an der
offenen Seite 79 hat. Das bedeutet, dass der Durchmesser
des Gehäuses 70 an
der offenen Seite 79 zu Beginn größer ist als der Durchmesser
des übrigen
Teils des Gehäuses.
Der vergrößerte Abschnitt 71 des
Gehäuses 70 wird
radial um den peripheren Rand 155 der isolierenden Scheibe 150 zusammengedrückt, bis
die Innenseite des Gehäuseabschnittes 71 sehr
fest gegen die Außenseite 158 des
peripheren Randes 155 drückt. Der periphere Rand 72 des Zellengehäuses 70 wird
sodann über
den peripheren Rand 155 der isolierenden Scheibe 150 gefalzt.
Sodann wird eine isolierende Zwischenscheibe 130 um den
oberen Teil der Verdickung 151 so aufgesetzt, dass der
periphere Rand 132 der Zwischenscheibe 130 auf
der Oberseite des peripheren Randes 72 des Gehäuses 70 aufsitzt
(1). Die Innenseite des zentralen Abschnittes 205 der
Verschlusskappe 200 wird sodann mit dem Kopf 85 des
Stromkollektors 80 verschweißt. Sodann wird der Stromkollektor 80 nach
unten durch die Öffnung 90 in
die Verdickung 151 eingesetzt. Die Verdickung 151 kann
zuerst mit einer dünnen
Wand an der Unterseite der Öffnung 90 versehen
sein, so dass die Öffnung 90 zu
Beginn nicht vollständig
durch die Verdickung 151 hindurchläuft. In einem solchen Fall
wird die dünne
Wand durchstoßen,
wenn der Stromkollektor durch die Öffnung 90 gedrückt wird,
wodurch zwischen Stromkollektor 80 und der die Öffnung 90 begrenzenden Wand
ein Pass-Sitz gewährt
wird. Die Öffnung 90 kann
anfangs auch einen geringfügig
kleineren Durchmesser als der Durchmesser des Stromkollektors 80 haben.
Damit wird der Pass-Sitz zwischen dem Stromkollektor 80 und
der die Öffnung 90 begrenzenden
Wand verstärkt.
Der Stromkollektor 80 wird durch die Öffnung 90 gedrückt, bis
der Kopf 85 des Stromkollektors an der Oberseite 153 der
Verdickung 151 aufliegt und die isolierende Zwischenscheibe 130 sich
zwischen dem peripheren Rand 230 der Verschlusskappe 200 und
dem peripheren Rand 72 des Gehäuses 70 (1)
befindet. In einer solchen Ausführungsform
liegt die Verschlusskappe 200 mit der darunter befindlichen
isolierenden Scheibe 130 übereinander angeordnet auf
dem peripheren Rand 72 des Zellengehäuses 70. Wenn der
Gasdruck im Inneren der Zelle einen vorbestimmten Wert erreicht,
kommt die Membran 152 zum Bersten und ermöglicht den
Gasaustritt an die Umgebung durch die Lüftungsöffnungen in der Zwischenscheibe 130 und
der Verschlusskappe 200.
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Die
isolierende Scheibe 150 und die einstückige berstfähige Membran 152 können aus
einem haltbaren, korrosionsfesten Kunststoff zusammengesetzt sein. Die
isolierende Scheibe 150 und die einstückige berstfähige Membran 152 sind
nach Möglichkeit
aufgebaut aus einem Polyamid (Nylon) und vorzugsweise aus Nylon
66 oder Nylon 612 und mehr bevorzugt aus Nylon 612. Alternativ können die
isolierende Scheibe 150 und Membran 152 aus Polypropylen,
mit Talkum gefülltem
Polypropylen, sulfoniertem Polyethylen oder anderen Polyamid(Nylon)-Klassen zusammengesetzt
sein. Allerdings ist festgestellt worden, dass Nylon 66 oder Nylon
612 die bevorzugten Materialien für die isolierende Scheibe 150 und
die Membran 152 in einer AAAA-Alkalizelle 100 sind.
Diese Materialien sind deshalb bevorzugt, weil sie dauerhaft sind
und dennoch weicher sind als gefülltes
Polymer, wie beispielsweise mit Talkum gefülltes Polypropylen. Nylon 66
oder Nylon 612 zeigen außerdem
ein geringeres Kriechen als ungefülltes oder gefülltes Polypropylen
bei allen Temperaturen, denen die Zelle während ihres normalen Betriebs
ausgesetzt ist. Die aus dem weicheren Metall erzeugte isolierende
Scheibe 150, nämlich
Nylon 66 oder Nylon 612, macht es möglich, dass der periphere Rand 72 des
Gehäuses 70 über den
peripheren Rand 155 von Scheibe 150 im Allgemeinen
mit geringerer Kraft gefalzt werden kann, als erforderlich wäre, wenn
gefülltes
polymeres Material, wie beispielsweise mit Talkum gefülltes Polypropylen,
zum Einsatz gelangen würde.
Wie festgestellt worden ist, führt
dieses zu einem leichteren und zuverlässigeren Abdichten der AAAA-Zelle 100 mit
dem sehr geringen Durchmesser. Nylon 612 ist deshalb das mehr bevorzugte
Material für
die isolierende Scheibe 150, da es Feuchtigkeit besser
aufnimmt und chemisch beständiger
ist und auch gegenüber
Rissbildung beständiger
ist. Die isolierende Scheibe 150 hat einen Durchmesser,
der dem Innendurchmesser des Zellengehäuses 70 entspricht.
Bei Zellen kleinerer Größe als AAA,
ist der Durchmesser der isolierenden Scheibe 150 kleiner
als 10 mm und beträgt
im typischen Fall zwischen etwa 7 und 9 mm. Speziell bei Zellen
der Größe AAAA
beträgt
der Durchmesser der isolierenden Scheibe 150 zwischen etwa
7,6 und 8,2 mm, während
seine Gesamtdicke zwischen etwa 3 und 5 mm und vorzugsweise etwa
4 mm beträgt.
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Die
isolierende Zwischenscheibe 130 kann aus Kunststoff oder
schwerem Papier oder Karton bestehen. Vorzugsweise besteht die isolierende
Zwischenscheibe 130 aus einem mit Kunststoff beschichteten
Papier, z.B. einem mit Polyethylen beschichteten Papier einer Gesamtdicke
zwischen etwa 0,2 und 0,5 mm. Das Gehäuse 70 kann vorzugsweise
aus einem mit Nickel plattierten Stahl bestehen. Die Verschlusskappe
ist aus einem leitfähigen
Metall konstruiert, das über
eine gute mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
verfügt, wie
beispielsweise aus einem mit Nickel plattierten kaltgewalzten Stahl
oder aus rostfreiem Stahl und vorzugsweise aus mit Nickel plattiertem
kohlenstoffarmen Stahl. Der Stromkollektor 80 kann aus
einer Vielzahl bekannter elektrisch leitfähiger Metalle ausgewählt werden,
die sich als Materialien für
einen Stromkollektor als nützlich
erwiesen haben, beispielsweise aus Messing, mit Zinn plattiertes
Messing, Bronze, mit Kupfer oder Indium plattiertes Messing. Zur
Verstärkung
der Dichtung zwischen der isolierenden Scheibe 150 und
dem Gehäuse 70 kann eine
konventionelle wasserfeste Dichtungspaste verwendet werden, wie
beispielsweise ein Dichtungsmittel auf Basis von Asphalt, das beispielsweise
Bitumen und ein geeignetes aromatisches Lösemittel aufweist, z.B. Toluol.
Die Dichtungsmasse kann auf die Außenwand des peripheren Randes 155 der
isolierenden Scheibe 150 oder auf die Innenseite des Gehäuses 70 aufgebracht
werden, bevor die isolierende Scheibe 150 in die offene
Seite des Gehäuses 70 eingesetzt
wird. Das gleiche Dichtungsmittel kann auch auf die Wand aufgebracht
werden, die die Öffnung 90 bildet,
oder auf die Außenseite
des Stromkollektors 80, bevor der Stromkollektor 80 in
die Öffnung 90 eingesetzt
wird.
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In
der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist festgestellt
worden, dass, wenn die isolierende Scheibe 150 aus Nylon
66 oder Nylon 612 geformt ist, der Durchmesser der kreisrunden berstfähigen Membran 152 zwischen
etwa 1 und 2 Millimeter betragen kann und die Dicke zwischen etwa 0,03
und 0,2 Millimeter betragen kann, was wünschenswert ist. Ein solcher
Bereich ermöglicht
ein Bersten der Membran 152, wenn der innere Gasdruck der
Zelle einen Wert zwischen etwa 3,45 × 10+6 und
13,8 × 10+6 Pa (Überdruck)
(500 und 2.000 psig) erreicht. (Der Druck, bei dem das Bersten auftritt nimmt
mit der Membrandicke zu und nimmt mit zunehmendem Membrandurchmesser
ab). In einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Membran 152 eine kreisrunde Konfiguration (2A)
mit einer Dicke von etwa 0,08 mm und einem Durchmesser von etwa
1,5 mm. Bei einer solchen Bemessung wird die Membran 152 bersten,
wenn der Innendruck der AAAA-Zelle etwa 7,6 × 10+6 Pa.
(1.100 psig, Überdruck)
erreicht. Es wird angenommen, dass eine einzige berstfähige Membran 152 im
Inneren der isolierenden Scheibe 150 ausreichend ist, um
das Bersten bei der gewünschten
Höhe des
Innendruckes herbei zu führen.
Allerdings sollte beachtet werden, dass die isolierende Scheibe 150 auch
mit einer Mehrzahl von isolierten, berstfähigen Membranen als ein zusätzliches
Sicherheitsmerkmal ausgestattet sein kann, um zu gewährleisten,
dass das Bersten bei dem gewünschten
Wert des Zellendruckes auftritt.