DE2201732A1

DE2201732A1 - Primaerelement

Info

Publication number: DE2201732A1
Application number: DE19722201732
Authority: DE
Inventors: Gerrard Walsh
Original assignee: Timex Corp
Current assignee: Timex Group USA Inc
Priority date: 1971-01-18
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1972-08-03
Also published as: IT948247B; AU3794372A; CH537099A; US3708343A; GB1324673A; NL7200693A; FR2122505A1; BE778171A

Description

OR-IMO. OIPL.-IIMG. M. SC. OIPL.-PMVS. DR. DIPL.-PHYS.

' KÖGER-STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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U.S.Ser.No. 107,388

Timex Corporation, Waterbury, Connecticut, U.S.A.

Primärelement

Die Erfindung bezieht sich auf ein knopfartiges Primärelement mit einem das Anodenmaterial enthaltenden, einen Umfangsrand aufweisenden Deckelnapf und einem das Kathodenmaterial enthaltenden, eine Umfangswand aufweisenden Bodennapf, wobei Mittel zum Trennen der beiden Materialien vorgesehen sind.

Kleine Primärelemente werden beispielsweise in Kleinuhren oder Schwerhörigengeräten verwendet und werden infolge ihrer Form Tand kleinen Größe allgemein als Knopfelemente bezeichnet. Beispielsweise hat ein derartiges Element von runder Form eine Höhe von 5,33 mm und einen Durchmesser von 11,43 mm« Diese Elemente sind im allgemeinen alkalische Primärelemente. Ein typisches Element dieser Art verwendet eine Zinkamalgam-Anode, eine Quecksilberoxid-Kathode und einen alkalischen Elektrolyten, beispielsweise Kaliumhydroxid.

Kaliumhydroxid ist eine stark korrodierende Flüssigkeit, die auch eine Kriechtendenz aufweist, d.h. sie steigt an den Seiten der umschließenden Wände auf. Der alkalische Elektrolyt und die im Element erzeugten Gase ergeben nun erhebliche Schwierigkeiten beim Abdichten der Elemente. Der alkalische Elektrolyt kann, falls er aus dem Element austreten sollte, nicht nur

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das Element selbst zerstören, sondern auch empfindliche und teuere Vorrichtungen und Teile beschädigen, die zusammen mit dem Element verwendet werden. In ähnlicher Weise könnten aus dem Element austretende Gase Korrosionswirkungen hervorrufen. Dieses Problem des Leckflusses aus dem Element ist besonders bedeutsam im Falle von Armbanduhren. Eine Armbanduhr verwendet viele Teile, die durch eine Korrosion ungünstig beeinflußt würden, wie sie durch einen Leckfluß aus dem Primärelement innerhalb des Uhrgehäuses entstehen könnte.

Es sind schon viele Lösungen vorgeschlagen worden, um diese kleinen Knopfbatterien sicher abzudichten. Es ist beispielsweise vorgeschlagen worden, in dem Primärelement ein Ventilsystem einzubauen, so daß Gas austreten kann, oder ein absorbierendes Material auf der Bahn eines möglichen Leckflusses anzuordnen, um so irgendeine an der Abdichtung vorbeifließende Flüssigkeit zu absorbieren. Diese Vorrichtungen haben bei der Abdichtung der Elemente nicht voll befriedigt und haben auch den Betrag oder die Menge des aktiven Materials geschmälert, das in dem Element untergebracht werden kann. Wenn nun eine Abdichtung gefunden würde, die gegen Gas- und alkalischen Leckfluß voll wirksam ist und die nicht in erheblichem Maße die Größe des Elementes erhöht, so wäre es möglich, eine größere Menge des Elektrolyten im Element unterzubringen oder gegebenenfalls auch größere Mengen des Anoden- oder Kathodenmaterials, wodurch dann eine größere Kapazität bei der gleichen Größe des Elements erreicht würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Primärelement in Form eines Knopfelementes zu schaffen, das gegen einen Leckfluß in wirksamer Weise vollständig abgedichtet ist. Dabei soll die Konstruktion derart sein, daß durch die Abdichtung nur unwesentlich die Menge des aktiven Materials innerhalb des Elementes vermindert wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfin-

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dung bei dem eingangs erwähnten Primärelement dadurch gelöst, daß am oberen Ringrand der Umfangswand des Deckelnapfes ein mindestens bis zur Randkante reichender innerer Abdichtring anliegend angeordnet ist, der einen nach oben ragenden Ringflansch unter Bildung einer Ringschulter hat, daß der schräg nach unten und außen ragende Umfangsrand des Deckelnapfes gegen die Ringschulter anliegt und mit dieser durch ein Klebemittel abgedichtet verklebt ist und daß der obere Ringrand der Umfangswand unter Abbiegen des Ringflansches des Dichtringes nach innen zu umgebogen ist. Dieses Element hat den Vorteil, daß es mit verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Der federnd flexible Abdichtring hat ein nach unten gerichtetes Teilstück, das in den Bodennapf paßt. Eine Schulter an der Innenseite des Abdichtrings trägt einen Umfangsrand des Deckelnapfes. Vor dem Abdichten des Elements wird ein Klebstoff auf den Umfangsrand des Deckelnapfes aufgebracht, und der Abdichtring und der Deckelnapf werden miteinander verklebt. Die Baugruppe bestehend aus dem Deckelnapf und dem Abdichtring wird einzeln auf Leckfreiheit vor dem Zusammenbau des Elements geprüft. Der nach oben gerichtete Umfangsrand des Bodennapfes wird dann eingebogen, um so den Abdichtring zusammenzupressen. Ferner wird eine aus Kunststoff bestehende Hilfskappe später auf dem Deckelnapf angebracht und mit ihm dicht verbunden. Diese zusätzliche Kappe ergibt einen weiteren S_chutz gegen Leckfluß und verstärkt die Abdichtung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Anodenbaugruppe vor

dem Zusammenbau,
Pig. 3 einen Längsschnitt durch die Kathodenbaugruppe vor dem Zusammenbau.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist das Primärelement 9 gemäß der Erfindung einen Deckelnapf 10 auf, der aus leitendem Material besteht, beispielsweise aus Duplex rostfreiem Stahlphosphor-Bronze-Material. Der Deckelnapf ergibt den einen Anschluß des Elements, während der andere Anschluß durch einen Bodennapf 11 gebildet ist. Ferner ist ein einen Ringflansch auf v/eisender Abdichtring 12 zwischen dem Deckelnapf 10 und dem Bodennapf 11 angeordnet und isoliert diese beiden Anschlüsse des Primärelements elektrisch. Der Deckelnapf 10 enthält das Anodenmaterial 13, das beispielsweise ein Zinkamalagam sein kann, das in den Deckelnapf eingepreßt ist. Vor dem endgültigen Zusammenbau des Primärelements wird ein alkalischer Elektrolyt, beispielsweise Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid, der Zinkamalgam-Anode zugefügt.

Der Bodennapf 11 enthält ein entpolarisierendes Kathodenmaterial 16, beispielsweise eine Mischung aus Quecksilberoxid mit einem kleinen Prozentsatz von Graphit. Ferner sind eine oder mehrere Trennplatten 31, beispielsweise aus einem mikroporösen Kunststoff -Membranmaterial , vorgesehen, und ferner sind aus Kunststoff bestehende Separatoren 14 zwischen der Anode und der Kathode angeordnet.

Der Deckelnapf 10 als Teil der aus Deckelnapf und Abdichtring gebildeten Baugruppe - siehe Fig. 2 - hat einen sich nach unten erstreckenden Ringflansch 18, der einen Umfangsrand 19 aufweist. Ferner ist ein Klebstoff 20 auf dem Umfangsrand 19 angeordnet, und der Deckelnapf 10 wird gegen den Abdichtring 12 angesetzt. Ein geeigneter Klebstoff 20 ist beispielsweise eine Mischung

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aus Epoxyharz und Polysulfiden. Der Umfangsrand 19 wird gegan den Abdichtring eine Stunde lang unter Druck, beispielsweise von 20 g, gehalten. Jede einzelne Baugruppe wird nach 24 Stunden auf Leckfreiheit bei einem Druck von 1,4 kg/cm 10 Sekunden lang geprüft.

Wenn die Baugruppe leckfrei ist, wird sie umgedreht, und das Anodenmaterial aus Zinkamalgam wird in den Deckelnapf 10 eingepreßt. Dann wird der Elektrolyt hinzugefügt und der Deckelnapf 10 wird, beispielsweise in einer Vorrichtung, mit dem Bodennapf 11 verbunden. In diesem Zustand des Zusammenbaus ist der Abdichtring immer noch in der Form nach Fig. 2, in der sein Ringflansch 17 noch nach oben ragt.

Der endgültige Zusammenbau wird dadurch bewerkstelligt, daß die frei nach oben ragende Umfangswand 2 des Bodennapfes 1.1 eingebogen wird, um so eine sichere Abdichtung am Abdichtring zu erzielen. Der Umbiegedruck kann ungeführ 1,8 t sein. Der Abdichtring wird unter Druck gehalten, nachdem der Biegevorgang durch Einbiegen des Ringrandes 21 vollständig durchgeführt wird. Tatsächlich sind nun drei getrennte Abdichtungen für das Primärelement vorhanden, die alle in wirksamer Weise den Austritt von Gas und Flüssigkeit verhindern. Die erste Abdichtung bildet der Klebstoff zwischen dem Umfangsrand 19 und der Schulter des Abdichtringes 16. Die zweite Abdichtung ist der unter Druck stehende Abdichtring selbst. Die dritte Abdichtung ist eine Hilfskappe 22, die über dem Deckelnapf 10 angeordnet ist und mit dem Bodennapf 11 verbunden ist.

Die Hilfskappe 22 aus Kunststoff wird zum Schluß über den Deckelnapf 10 montiert, um so die Leckbahn zu verlängern und

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eine zusätzliche Abdichtung zu erreichen. Die Hilfskappe hat ein Mittelloch 24 und einen sich nach unten erstreckenden Umfangsrand 23 von vorbestimrater Form, der mit dem Bodennapf 11 verbunden wird. Die Hilfskappe 22 wird, beispielsweise in einer Lösung aus Schwefelsäure und Kaliumdichroraat, vorbehandelt, und ein Mantel aus Epoxyharz wird sowohl auf die Hilfskappe 22 als auch auf den Deckelnapf 10 aufgebracht. Die Hilfskappe 22 wird dann auf den Deckelnapf 10 und den Bodennapf 11 aufgepreßt, und die aufgetragenen Materialien machen dann eine Härtung bei Raumtemperatur durch.

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Claims

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Patentansprüche

Knopfartiges Primärelement mit einem das Anodenmaterial enthaltenden, einen Ümfangsrand aufweisenden Deckelnapf und einem das Kathodenmaterial enthaltenden, eine Umfangswand aufweisenden Bodennapf, wobei Mittel zum Trennen der beiden Materialien vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ringrand (21) der Umfangswand (2) des Deckelnapfes (10) ein mindestens bis zur Randkante reichender innerer Abdichtring (16) anliegend angeordnet ist, der einen nach oben ragenden Ringflansch (17) unter Bildung einer Ringschulter hat, daß der schräg nach unten und außen ragende Ümfangsrand (19) des Deckelnapfes (10) gegen die Ringschulter anliegt und mit dieser durch ein Klebemittel abgedichtet verklebt ist und daß der obere Ringrand (21) der Umfangswand (2) unter Abbiegen des Ringflansches (17) des Dichtringes (16) nach innen zu umgebogen ist.

2. Primärelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (17) des Abdichtringes (16) über die Randkante der Umfangswand (2) des Bodennapfes (11) übersteht.

3. Primärelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbiegung derart ist, daß der Ringflansch (17) gegen den Ümfangsrand (19) des Deckelnapfes (10) angepreßt ist.

4. Primärelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdichtring (16) aus einem federnden und vorzugsweise elektrisch isolierenden.Abdichtmaterial besteht.

5. Primärelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebemittel ein Epoxyharz ist.

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6. Primärelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfskappe (22) vorgesehen ist, durch deren Mittelloch (24) das Bodenstück des Deckelnapfes (10) hindurchragt und deren sich nach unten erstreckender Umfangsrand (23) gegen die Außenseite des Ringrandes (21) der Umfangswand (2) anliegt, und daß die Hilfskappe (22) mit dem Deckelnapf (10) und dem Ringrand (21) der Umfangswand (2) abgedichtet verbunden ist.

7. Primärelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckelnapf (10) ein mittleres, nach oben vorstehendes Teilstück, daran anschliessend eine Ringschulter und an diese anschließend den Umfangsrand (23) aufweist.

8. Primärelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskappe (22) ein der Ringschulter des Deckelnapfes (10) entsprechendes Ringstück hat, das mit der Ringschulter abgedichtet verbunden ist.

9. Primärelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Teilstück das Mittelloch (24) der Hilfskappe (22) durchgreift.

10. Primärelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Abdichtringes (16) die ersten Trennmittel (14) vorgesehen sind.

11. Primärelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Trennmittel (31) zwischen dem Boden des Abdichtringes (16) und dem Kathodenmaterial (15) angeordnet sind.

12. Primärelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenmaterial (13) Zinkamalgam mit einem hinzugefügten alkalischen Elektrolyten ist und daß das Kathodenmaterial (15) eine Mischung aus Quecksilberoxid und Graphit ist.

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13. Verfahren zum Herstellen eines Primärelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand des Deckelnapfes mit dem Abdichtring abgedichtet verklebt wird, daß diese Verklebung auf Dichtheit geprüft wird, daß das aktive Material in den Deckelnapf eingebracht wird, daß der Abdichtring in den Bodennapf unter Einfügen von Abdichtmitteln zwischen Deckelnapf und Bodennapf eingesetzt wird, daß der Ringrand des Bodennapfes auf den Abdichtring unter Zusammenpressen desselben unter Druck eingebogen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand des Deckelnapfes mit der inneren Schulter des Abdichtringes verklebt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskappe auf den Deckelnapf aufgebracht und mit dem Deckelnapf und/oder dem Ringrand der Umfangswand des Bodennapfes dicht verbunden wird.

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