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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Endkappeneinheit für die Abdichtung
bzw. das dichte Verschließen
von alkalischen elektrochemischen Zellen mit kleinem Durchmesser,
im Besonderen von alkalischen Zellen der Größe AAAA (LR61). Die vorliegende
Erfindung betrifft zerreißbare
bzw. brechbare Vorrichtungen in der Endkappeneinheit, die es ermöglichen,
das Gas aus dem Inneren der Zelle austritt.
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Herkömmliche
alkalische elektrochemische Zellen werden aus einem zylindrischen
Gehäuse
mit einem offenen Ende gebildet. Das Gehäuse wird anfänglich mit
einem vergrößerten offenen
Ende ausgebildet. Nachdem der Zelleninhalt zugeführt worden ist, wird die Zelle
geschlossen, indem der Gehäuserand über einen
Rand der Endkappeneinheit gefalzt wird, und wobei das Gehäuse radial
um die Einheit komprimiert wird, um einen dichten Verschluss bereitzustellen.
Die Endkappeneinheit umfasst eine frei liegende Anschlussendkappenplatte
und für
gewöhnlich
ein isolierendes Element aus Kunststoff, das einen Stöpsel an
dem offenen Ende des Gehäuses
bildet und die Anschlussendkappenplatte von dem Zellengehäuse isoliert.
Ein mit dem Design bzw. der Bauweise alkalischer Zellen verbundenes
Problem ist die Tendenz der Zellen, Gase zu erzeugen, wenn sie sich über einen
bestimmten Punkt hinaus weiter entladen, normalerweise um den Punkt
der vollständigen
Erschöpfung
der nutzbaren Kapazität
der Zelle. Alkalische Zellen sind für gewöhnlich bzw. in herkömmlicher
Weise mit einem brechbaren bzw. zerreißbaren Element versehen, wie
etwa einer Membran in der Endkappeneinheit, wie dies zum Beispiel
in dem U.S. Patent US-A-3.617.386 beschrieben ist. Derartige Membrane
sind so gestaltet, dass sie brechen bzw. zerreißen, wenn der Gasdruck in der
Zelle einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Die Endkappeneinheit kann mit Entlüftungslöchern versehen sein, durch
die das Gas austreten kann, wenn die Membran zerreißt bzw.
bricht. Die in dem U.S. Patent US-A-3.616.386 offenbarte Endkappeneinheit
nimmt erheblichen Platz in Anspruch, wodurch sich die Größe des verfügbaren Raums
innerhalb der Zelle für
aktives Material verringert.
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Um
einen dichten Verschluss bereitzustellen, weisen alkalische Zellen
Endkappeneinheiten auf, die eine Trägerscheibe aus Metall aufweisen,
die in einen Hohlraum bzw. eine Vertiefung in dem isolierenden Kunststoffelement
eingeführt
werden. Die metallische Trägerscheibe
ist ein separates Element, das von der Anschlussendkappenplatte
getrennt ist. Die metallische Trägerscheibe
kann eine gefaltete Oberfläche
aufweisen, wie dies in den U.S Patenten US-A-5.532.081 und US-A-5.080.985
dargestellt ist, wobei dies sicherstellt, dass die Endkappeneinheit hohen
radialen Kompressionskräften
während
dem Crimpen bzw. Falzen des Zellengehäuses um die Endkappeneinheit
standhalten kann. Eine derartige Trägerscheibe ermöglicht das
Ausüben
hoher radialer Kräfte
während
dem Falzen. Dies führt
zu einem dichten mechanischen Verschluss um die Endkappeneinheit
zu allen Zeiten. Derartige Designs bzw. Bauweisen können jedoch
zusätzlichen
Platz in der Zelle belegen und die Komplexität der Fertigung deutlich erhöhen, speziell
bei einer Anwendung bei sehr kleinen Zellen.
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Das
U.S. Patent US-A-4.670.362 offenbart eine Kunststoff-Isolierscheibe, die
in das offene Ende eines zylindrischen Gehäuses für eine alkalische Zelle gedrückt wird.
Die offenbarte Isolierscheibe umfasst kein Nylon. Die in diesem
Referenzdokument offenbarte Isolierscheibe ist nicht für den Einsatz
in Zellen mit sehr kleinem Format vorgesehen, wie z.B. in alkalischen
AAAA-Zellen. Die offenbarte einschnappende Isolierscheibe erfordert
zusätzliche Kraft
für die
Einführung
in das offene Ende eines zylindrischen Gehäuses. Jede zusätzliche
Kraft, die für die
Einführung
der Isolierscheibe erforderlich ist, ist ein Nachteil für das dichte
Verschließen
von Zellen mit sehr geringem Durchmesser, wie z.B. alkalische Zellen
der Größe AAAA,
und zwar aufgrund der Schwierigkeit, die mit der Handhabung derartig
kleiner Zellen verbunden ist.
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Eine
brechbare bzw. zerreißbare
Entlüftungsmembran
kann integral als Teil eines isolierenden Elements aus Kunststoff,
das in der Endkappeneinheit enthalten ist, ausgebildet werden. Eine
derartige Entlüftungsmembran
kann für
gewöhnlich
eine runde Form aufweisen, wie dies in dem U.S. Patent US-A-4.537.841 dargestellt
ist. Dieses Referenzdokument offenbart einen unterbrochenen Kragen,
der sich von der Basis des isolierenden Elements erstreckt und es
erfordert, dass eine separate metallische Trägerscheibe an der Verwendungsposition
in einem Hohlraum in dem isolierenden Element gehalten wird. Wie
dies in dem vorliegenden Referenzdokument dargestellt ist, kann
die zerreißbare
Membran integral als ein dünner
Abschnitt des isolierenden Kunststoffelements ausgebildet werden.
Die zerreißbare
Membran kann auch die Form einer gerillten oder umfänglichen
Konfiguration annehmen, wie dies in dem U.S. Patent US-A-5.080.985
offenbart wird. Verfahren zum Falzen bzw. Crimpen des Gehäuses um
das isolierende Element werden in dem U.S. Patent US-A-5.150.602
offenbart.
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Ein
mit dem Design bzw. der Bauweise von Endkappeneinheiten für alkalische
AAAA-Zellen verbundenes Problem ist es, dass jede zum Abdichten der
Zelle eingesetzte Kunststoff-Isolierscheibe
einen sehr kleinen Durchmesser aufweisen muss, der dem kleinen Zellendurchmesser
entspricht. Da derartige Scheiben sehr klein sind, können sie
anfälliger
sein in Bezug auf Rissbildungen als Kunststoff-Isolierscheiben für größere Zellen,
und zwar speziell dann, wenn radiale Kräfte ausgeübt werden.
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Die
Erfindung betrifft eine Endkappeneinheit für zylindrische alkalische Zellen
mit geringem Durchmesser. Die Endkappeneinheit wird in das offene Ende
des Gehäuses
für die
Zelle eingeführt.
Die Erfindung betrifft eine Endkappeneinheit für AAAA-Zellen (Mignonzellen)
(IEC-Bezeichnung „LR61"-Zellen). Diese Zellen weisen einen Durchmesser
zwischen etwa 7,7 und 8,3 Millimetern auf und eine Länge zwischen
etwa 41,5 und 42,5 Millimetern.
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Es
konnte festgestellt werden, dass für sehr kleine zylindrische
alkalische Zellen, das heißt,
Zellen mit einem zylindrischen Zellengehäuse mit einem Durchmesser,
der kleiner ist als der Durchmesser eines AAA-Zellengehäuses, und
im Besonderen dem Durchmesser für
AAAA-Zellengehäuse
(LR61), ein ausreichend dichter Verschluss erreicht werden kann,
ohne eine separate metallische Trägerscheibe in dem Zellengehäuse getrennt
von der Endkappe zu integrieren. Im Besonderen konnte festgestellt
werden, dass der Einsatz einer separaten metallischen Trägerscheibe
(unabhängig
davon, ob diese flach oder gewickelt bzw. gefaltet ist) getrennt
von der Endkappe an keiner Stelle in dem Zellengehäuse erforderlich
ist. Stattdessen kann ein dichter Verschluss für derartige kleine zylindrische
alkalische Zellen an deren offenen Ende bereitgestellt werden, wie
zum Beispiel AAAA-Zellen (LR61), indem eine Endkappeneinheit eingesetzt
wird, die im Wesentlichen zwei Elemente umfasst, nämlich eine
einzige isolierende Dichtungsscheibe aus Kunststoff (mit dort hindurch verlaufendem
Stromabnehmer) mit einem sich nach oben erstreckenden peripheren
Rand und einer Anschlussendkappe mit einem peripheren Rand, der mit
der inneren Oberfläche
des peripheren Rands der Dichtungsscheibe eingreift, vorzugsweise
sich darin verbeißt.
Die Anschlussendkappe weist in wünschenswerter
Weise eine „Hutform" auf, mit einem flachen zentralen
Teilstück
bzw. Abschnitt, der in einer sich nach unten erstreckenden Wand
endet. Die sich nach unten erstreckende Wand ist von der Vertikalen
nach außen
in einem Winkel angeordnet. Die sich nach unten erstreckende Wand
der Endkappe endet in einer einwärts
gekrümmten
(konkaven) Rippe, wenn die Zelle von oben nach unten betrachtet wird,
wobei sich die Endkappe oben befindet. Die einwärts gekrümmte Rippe endet in einer sich
nach oben erstreckenden Wand, die in einem peripheren Rand der Endkappe
endet, der vorzugsweise in die innere Oberfläche des peripheren Rands der
isolierenden Dichtungsscheibe beißt.
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Die
isolierende Dichtungsscheibe umfasst einen umfänglichen Kragen, der sich von
dem Rand der Scheibe nach unten und in Richtung des Zelleninneren
erstreckt. Der Kragen ist unterbrochen, so dass eine Mehrzahl einzelner
Schenkel gebildet wird, die in wünschenswerter
Weise mit einheitlichen Zwischenabständen zueinander räumlich getrennt
angeordnet sind. Vorzugsweise sind vier Schenkel vorgesehen, die
zueinander einheitliche Zwischenabstände aufweisen und sich von
dem Rand der isolierenden Scheibe nach unten erstrecken. Jeder Schenkel ist
vorzugsweise identisch und erstreckt sich in Richtung des Zelleninneren.
Es wurde festgestellt, dass die einzelnen, räumlich getrennten Schenkel
der isolierenden Scheibe eine zusätzliche Flexibilität verleihen,
so dass die Scheibe radialen Kompressionskräften besser standhalten kann,
die während
dem Falzen ausgeübt
werden, sowie dem Aufbau von Gasdruck aus dem inneren der Zelle,
ohne dass sich Risse bilden.
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Der
Mittelabschnittsbereich der isolierenden Dichtungsscheibe weist
mindestens einen dünneren Abschnitt
auf, der eine zerreißbare
Membran bildet. Die zerreißbare
Membran weist vorzugsweise die Form eines schief abgeschnittenen Kreisabschnitts oder
eines Kreises auf. Die zerreißbare
Membran kann auch eine andere Konfiguration aufweisen, wie zum Beispiel
eine ovale, rechteckige, quaderförmige oder
polygonale Form, wobei sie auch in Form gerader oder gebogener Rillen
gegeben sein kann. Die Membran zerreißt bzw. bricht, wenn der Gasdruck
in der Zelle einen vorbestimmten Wert erreicht.
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Es
konnte festgestellt werden, dass die Endkappeneinheit, obwohl sie
keine separate metallische Trägerscheibe
getrennt von der Endkappe aufweist, einen ausreichend dichten Verschluss
bereitstellt, wobei die Zelle auch extrem heißen oder kalten Umgebungsbedingungen
ausgesetzt werden kann. Die gekrümmte
Rippe an dem peripheren Rand der Endkappe fungiert als radiale Feder,
wobei ausreichend radiale Kräfte
aufrechterhalten werden, um jederzeit einen dichten Verschluss vorzusehen.
Die Endkappeneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung nimmt weniger Platz bzw. Raum in der Zelle in Anspruch
als die Endkappeneinheiten, welche eine separate metallische Trägerscheibe
aufweisen, die durch die isolierende und dicht verschließende Scheibe
an der Verwendungsposition gehalten wird.
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Die
Erfindung wird in Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines besonderen Ausführungsbeispiels der Endkappeneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in dem offenen Ende einer alkalischen AAAA-Zelle
(LR61) dicht verschlossen ist, wobei die Abbildung entlang den Linien
1-1 aus 2A dargestellt ist;
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2 einen
perspektivischen Aufriss der Endkappeneinheit aus 1;
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2A eine
Draufsicht von oben der isolierenden Scheibe, wobei darin eine zerreißbare Membran
dargestellt ist; und
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3 eine
auseinander gezogene Ansicht der Komponenten, welche die Endkappeneinheit
aus den Abbildungen der 1 und 2 umfassen.
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Die
Endkappeneinheit 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung (1 bis 3) eignet
sich für eine
Anwendung in Bezug auf zylindrische alkalische Zellen, vorzugsweise
mit einem Gehäusedurchmesser,
der kleiner ist als der Durchmesser des Gehäuses einer AAAA- bzw. Mignonzelle,
das heißt
kleiner als etwa 10 Millimeter, wobei der Gehäuseaußendurchmesser in wünschenswerter
Weise zwischen etwa 7 und 9 Millimetern liegt. Die Endkappeneinheit 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung eignet sich im Besonderen zur Anwendung in Bezug auf zylindrische
alkalische AAAA-Zellen. Derartige Zellen weisen einen Gehäuseaußendurchmesser
auf, der für gewöhnlich zwischen
etwa 7,7 und 8,3 Millimetern liegt. Dies bedeutet natürlich nicht,
dass eine derartige Endkappeneinheit nicht in größeren Zellen eingesetzt werden
kann, abhängig
von der Stärke
des Kunststoffs und/oder dem erwarteten Innendruck.
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Die
Abbildungen der 1 bis 3 zeigen ein
besonderes Ausführungsbeispiel
der Endkappeneinheit 10 der Erfindung, das eine alkalische AAAA-Zelle
(Mignonzelle) 100 bevorzugt wird. (Die AAAA-Zelle wird
von dem American National Standards Institute (ANSI) auch als Zelle „25A" bezeichnet, und
in Europa trägt
die Zelle die Bezeichnung „LR61" der International
Electrotechnical Commission (IEC)). Die alkalische AAAA-Zelle (LR61) 100 (1)
ist eine zylindrische Zelle, die ein zylindrisches Gehäuse 70 mit
einer Länge
zwischen etwa 41,5 und 42,5 Millimetern und einem Außendurchmesser
zwischen etwa 7,7 und 8,3 Millimetern umfasst. Die Wanddicke des
Gehäuses 70 kann
zwischen etwa 0,1 mm und 0,25 mm liegen. Die AAAA-Zelle (LR61) 100 kann
alkalische Zellenanoden-, Kathoden- und Elektrolytzusammensetzungen und
ein Abscheidermaterial einsetzen, das für gewöhnlich in größeren Zellen
eingesetzt wird, wie zum Beispiel AA- oder C- oder D-Zellen. Die
Zelle 100 kann somit eine Anode 20 aufweisen,
die Zink umfasst, eine Kathode 30, die gepresstes Mangandioxid umfasst,
und einen Elektrolyt in der Anode, der Kaliumhydroxid umfasst. Die
alkalische Zelle kann ein herkömmliches
Ionen-poröses
Abscheidermaterial 40 für
eine alkalische Zelle einsetzen, das für gewöhnlich Reyon oder Zellulose
umfasst. Die Endkappeneinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
ist nicht auf eine bestimmte chemische Zusammensetzung einer alkalischen
Zelle und/oder eine bestimmte Größe einer
alkalischen Zelle beschränkt.
Die Endkappeneinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
vorgesehen für
die Anwendung in Bezug auf alkalische AAAA-Zellen (LR61), wobei diese herkömmliche
Zusammensetzungen für
alkalische Zellen und Modifikationen dieser einsetzen. Repräsentative
chemische Zusammensetzungen werden zum Beispiel in dem U.S. Patent
US-A-5.401.590 offenbart.
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Die
in den Abbildungen der 1, 2, 2A und 3 dargestellte
Endkappeneinheit umfasst eine isolierende Dichtungsscheibe 150,
eine Anschlussendkappe 200 und einen elongierten Stromabnehmer 80.
Die Endkappe 200 bildet den negativen Anschluss der alkalischen
AAAA-Zelle 100 (2). (Die Beschreibung hierin
erfolgt in Bezug auf die Abbildungen, welche die Endkappeneinheit 10 bei
einer Betrachtung so zeigen, dass die Zelle in vertikaler Position
ausgerichtet ist, wobei sich die Endkappeneinheit 10 oben
befindet.) Die Anschlussendkappe 200 weist vorzugsweise
eine „Hutform" auf, mit einem flachen
zentralen Abschnitt 205, der in einer sich nach unten erstreckenden
Wand 210 endet. Die sich nach unten erstreckende Wand 210 ist
gemäß den Abbildungen
aus den
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1 und 2 nach
außen
angewinkelt. Die sich nach unten erstreckende Wand 210 endet
in einer einwärts
gekrümmten
(konkaven) Rippe 215, wenn die Zelle von oben betrachtet
wird, wobei sich die Endkappe 200 oben befindet. Die einwärts gekrümmte Rippe 215 endet
in einer sich nach oben erstreckenden Wand 220, die in
einem peripheren Rand 222 der Endkappe 200 endet.
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Die
isolierende Scheibe 150 weist einen dicken zentralen Abschnitt
auf, der einen Vorsprung 151 bildet, der dort hindurch
eine zentrale Öffnung 90 aufweist.
Die zentrale Öffnung 90 ist
vorgesehen, um darin einen metallischen Stromabnehmer 80 einzuführen. Die Öffnung 90 ist
an dem Einlassende 153a leicht vergrößert bzw. etwas größer, um
eine einfache Einführung
des vorderen Abschnitts 80a des Stromabnehmers 80 zu
ermöglichen.
Der Kopf 85 des Stromabnehmers 80 wird vorzugsweise
an die untere Oberfläche
des flachen zentralen Abschnitts 205 der Endkappe 200 geschweißt. In einer
alkalischen Zelle 100 kann jeder Abschnitt des Gehäuses 70 den
positiven Anschluss bilden. Vorzugsweise ist der positive Anschluss
eine Spitze (oberflächlicher
Vorsprung) 76, die an dem geschlossenen Ende 74 des
Gehäuses 70 angeordnet
ist. Die isolierende Scheibe 150 weist einen Mittelabschnittsbereich 154 auf,
der zwischen dem Vorsprung 151 und dem peripheren Rand 155 angeordnet
ist. Ein umfänglicher
Kragen 157 erstreckt sich von dem peripheren Rand 155 nach
unten. Vorzugsweise ist der Kragen 157 unterbrochen, so
dass eine Mehrzahl von einzelnen Schenkeln 157 (1, 2A und 3)
gebildet wird, die in wünschenswerter
Weise mit einheitlichen Zwischenabständen räumlich voneinander getrennt
sind. Vorzugsweise sind vier Schenkel 157 (2A)
vorgesehen, die zwischen sich einheitliche Zwischenabstände aufweisen
und sich von dem peripheren Rand 155 der isolierenden Scheibe 150 nach
unten erstrecken. Alle Schenkel 157 können in wünschenswerter Weise identisch
sein und sich in Richtung des Zelleninneren bis auf eine Höhe unterhalb
der Ebene der unteren Oberfläche 159 des
Vorsprungs 151 erstrecken. Es wurde festgestellt, dass
die einzelnen, räumlich getrennten
Schenkel der isolierenden Scheibe zusätzliche Flexibilität verleihen,
so dass die Scheibe radialen Kompressionskräften, die während dem Falzen ausgeübt werden
sowie dem Aufbau von Gasdruck aus dem Inneren der Zelle besser standhalten kann,
ohne dass sich Risse bilden.
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Vorzugsweise
ist zwischen der äußeren Oberfläche des
Schenkels 157 und der inneren Oberfläche des Gehäuses 70 ein Zwischenraum 73 gegeben.
Somit berührt
die äußere Oberfläche des Schenkels 157 unterhalb
der Vertiefung 75 allgemein nicht das Zellengehäuse 70 und
bildet somit keine Druck- bzw. Einschnappverbindung um die umfängliche
Vertiefung 75. Dies ermöglicht
ein einfaches Einführen
des peripheren Rands 155 der Scheibe in die umfängliche
Vertiefung 75 während
der Zellenmontage. Das heißt,
es ist nur ein geringer Kraftaufwand erforderlich, um den peripheren
Rand 155 der Scheibe 150 in bzw. auf die umfängliche
Vertiefung 75 einzuführen,
da er vorzugsweise nicht um die Vertiefung 75 gedrückt bzw.
geschnappt wird. (Eine Druckverbindung bzw. ein Einschnappen erfolgt,
wenn der maximale äußere Durchmesser
eines Abschnitts des umfänglichen
Kragens oder Schenkels 157 unter der umfänglichen
Vertiefung 75 größer ist
als der Innendurchmesser der Zelle in der Ebene der umfänglichen
Vertiefung 75. Im umgekehrten Fall erfolgt eine Druck-
bzw. Einschnappverbindung in dem Gehäuse nicht, wenn der maximale äußere Durchmesser
des umfänglichen
Kragens oder Schenkels 157 unterhalb der umfänglichen
Vertiefung 75 kleiner ist als der Innendurchmesser der
Zelle in der Ebene der genannten Vertiefung 75, wie dies
in dem Ausführungsbeispiel
aus den Abbildungen der 1 und 2 der Fall
ist.) Der Schenkel 157 stellt eine zusätzliche strukturelle Unterstützung für die isolierende
Scheibe 150 bereit und ermöglicht es, dass höhere radiale Kräfte während dem
Falzen des oberen Abschnitts 71 des Zellengehäuses um
die genannte Dichtungsscheibe auf die isolierende Scheibe 150 ausgeübt werden.
Der Mittelabschnitt 154 der isolierenden Scheibe 150 weist
mindestens einen integralen dünneren
Abschnitt 152 auf, der eine zerreißbare Membran bildet, vorzugsweise
senkrecht zu der Längsachse 190 der
Zelle ausgerichtet. Die zerreißbare
Membran 152 kann in wünschenswerter
Weise die Konfiguration eines schief abgeschnittenen Kreisabschnitts
oder eines Kreises aufweisen, die zwischen dem Schenkel 157 und
dem Vorsprung 151 liegt (1 und 2A).
Die zerreißbare
Membran 152 kann auch eine andere Form aufweisen, wie zum Beispiel
eine ovale, rechteckige, quaderförmige
oder polygonale Form. Alternativ kann die zerreißbare Membran 152 die
Form gerader oder gekrümmter Rillen
aufweisen, die einen dünnen
zerreißbaren
Bereich in einem Abschnitt der isolierenden Scheibe 150 bilden.
Die zerreißbare
Membran 152 wird in vorteilhafter Weise während dem
Formen der isolierenden Scheibe 150 gebildet, vorzugsweise
durch Spritzguss.
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Es
konnte festgestellt werden, dass die Endkappeneinheit 10,
obwohl sie keine separate metallische Trägerscheibe aufweist, d.h. außer der
Endkappe 200, einen ausreichend dichten Verschluss bereitstellt,
wobei die Zelle auch extrem heißen
und kalten Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden kann, wie zum
Beispiel zwischen etwa –29 °C und 71 °C. Die gekrümmte Rippe 215 an
dem Rand der Endkappe fungiert als radiale Feder, wobei ausreichende
radiale Kräfte
aufrechterhalten werden, um einen dichten Verschluss bereitzustellen,
wobei die Zelle auch extrem heißen
und kalten Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden kann. Bei Zellen
mit sehr kleinem Durchmesser, die einen Durchmesser aufweisen, der kleiner
ist als der von AAA-Zellen,
im Besonderen von AAAA-Zellen, ermöglicht die Endkappe 200 mit der
gekrümmten
Rippe 215 entlang ihres Rands in Verbindung mit der isolierenden
Scheibe 150, vorzugsweise mit einer Mehrzahl räumlich getrennter Schenkel 157,
dass die Endkappeneinheit einer ausreichenden radialen Komprimierung
standhält,
so dass der dichte Verschluss jederzeit aufrechterhalten wird.
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Die
Endkappeneinheit 10 (1 und 2) kann
aus den einzelnen Komponenten (3) zusammengebaut
werden, indem zuerst der Kopf 85 des Stromabnehmers 80 an
die innere Oberfläche des
zentralen Abschnitts 205 der Endkappe 200 geschweißt wird.
Der Stromabnehmer 30 wird danach nach unten durch die Öffnung 90 in
dem Vorsprung 151 eingeführt. Der Vorsprung 151 kann
anfänglich mit
einer dünnen
Wand an der Basis der Öffnung 90 bereitgestellt
werden, so dass die Öffnung 90 anfänglich nicht
vollständig
durch den Vorsprung 151 verläuft. In diesem Fall wird die
dünne Wand
punktiert, wenn der Stromabnehmer durch die Öffnung 90 gedrückt wird,
wodurch ein reibschlüssiger
Sitz zwischen dem Stromabnehmer 80 und der die Wand definierenden Öffnung 90 bereitgestellt
wird. Die Öffnung 90 kann
anfänglich
ferner einen etwas kleineren Durchmesser aufweisen als der Durchmesser
des Stromabnehmers 80. Dies fördert den reibschlüssigen Sitz
zwischen dem Stromabnehmer 80 und der die Wand definierenden Öffnung 90.
Der Stromabnehmer 80 wird durch die Öffnung 90 geschoben,
bis der Kopf 85 des Stromabnehmers an der oberen Oberfläche 153 des
Vorsprungs 151 zum Ruhen kommt (1). Wenn
der Stromabnehmer 80 durch die Öffnung 90 geschoben
wird, kommt der periphere Rand 222 der Endkappe 200 an
der inneren Oberfläche
des peripheren Rands 155 der isolierenden Scheibe 150 zum
Ruhen.
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Die
isolierende Kunststoffscheibe 150 mit angebrachtem Stromabnehmer 80 und
Endkappe 200 kann danach in das offene Ende 79 eines
zylindrischen Gehäuses 70 eingeführt werden.
Das Gehäuse 70 weist
eine umfängliche
Vertiefung in seiner Oberfläche
auf, welche eine umfängliche
Stufe 75 nahe dem offenen Ende 79 bildet. Die
isolierende Scheibe 150 weist eine umfängliche Rille 156 um
die äußere Oberfläche des
peripheren Rands 155 auf (1 und 3).
Die isolierende Scheibe 150 wird eingeführt, so dass die Rille 156 auf
der umfänglichen
Stufe 75 ruht, welche den Sitz für die isolierende Scheibe 150 bildet.
Ein Abschnitt 158a der isolierenden Scheibe 150 kommt
oberhalb der Stufe 75 zur Ruhe, und ein Abschnitt 158b der
isolierenden Scheibe 150 kommt unterhalb der Rille 75 zur
Ruhe. Das Gehäuse 70 wird
anfänglich
so gebildet, dass es einen größeren bzw.
vergrößerten Abschnitt 71 an
dem offenen Ende 79 aufweist. Das heißt, der Durchmesser des Gehäuses 70 an
dem offenen Ende 79 ist anfänglich größer als der Durchmesser des
restlichen Gehäuses.
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Der
vergrößerte Abschnitt 71 des
Gehäuses 70 wird
zuerst radial um den peripheren Rand 155 der isolierenden
Scheibe 150 zusammengedrückt, bis die innere Oberfläche des
Gehäuseabschnitts 171 sehr
fest gegen den oberen Abschnitt 158a des peripheren Rands 155 drückt. Während dem
radialen Falzen bzw. Crimpen wird die gekrümmte Rippe 215 einwärts komprimiert,
während
sich der flache Abschnitt 205 der Endkappe 200 und
die Schenkel 157 der isolierenden Scheibe 150 leicht
nach unten in Richtung des Zelleninneren bewegen. Die Abwärtsbewegung
des flachen Abschnitts 205 der Endkappe 200 bewirkt,
dass der Kopf 85 des Stromabnehmers 80 fest gegen
die obere Oberfläche 153 des
Vorsprungs 151 drückt.
Das radiale Falzen bewirkt, dass der periphere Rand 222 der
Endkappe 200 in die innere Oberfläche des peripheren Rands 155 der
isolierenden Scheibe 150 beißt, wodurch ein dicht zusammengedrückter dichter
Verschluss zwischen der Endkappe 200 und dem peripheren
Rand 155 der isolierenden Scheibe 150 gebildet
wird. Der periphere Rand 72 des Zellengehäuses 70 kann
danach über
den peripheren Rand 155 der isolierenden Scheibe 150 gefalzt
werden, so dass eine Zellenschulter gebildet wird. Vorzugsweise
kann der periphere Rand 72 des Zellengehäuses 70 in
zwei Schritten über
den Rand 155 der isolierenden Scheibe 150 gefalzt
werden, und zwar mit einem teilweisen Falzschritt und einem abschließenden Falzschritt.
Bei dem ersten Schritt kann es sich um ein teilweises Falzen handeln,
wobei der periphere Rand 72 teilweise, wie zum Beispiel
mit weniger als einer Bewegung von 90° aus der Vertikalen, über den
Rand 155 gefalzt werden, und wobei die Falzung des peripheren Rands 72 über den
Rand 155 danach in einem zweiten Schritt (abschließendes Falzen)
abgeschlossen werden kann, so dass sowohl der Rand 72 als
auch der Rand 155 an eine horizontale Position (d.h. 90° von der
Längsachse 190)
gedrückt
werden, wie dies in der Abbildung aus 1 dargestellt
ist. Derartige Falzverfahren werden in dem U.S. Patent US-A-4.537.841
beschrieben, das hierin durch Verweis enthalten ist. Die radiale
Kompression des Gehäuses 70 um
den peripheren Rand 155 und das folgende teilweise Falzen
des peripheren Rands 72 (weniger als 90° zu der Vertikalen) des Zellengehäuses über den
peripheren Rand 155 von 150 kann in wünschenswerter
Weise in einer ununterbrochenen Bewegung unter Verwendung der gleichen
Form erreicht werden, wobei das radiale Falzen vorzugsweise zuerst
vorgenommen wird. Der abschließende Falzschritt
kann in wünschenswerter
Weise in einem separaten Schritt unter Verwendung einer Stanzeinrichtung
erreicht werden, um den peripheren Rand 72 und den Rand 155 an
eine horizontale Position zu drängen.
Es ist wünschenswert,
die radiale Komprimierung des vergrößerten Abschnitts 71 des
Gehäuses 70 zuerst
um den peripheren Rand 155 zu realisieren, wie dies vorstehend
im Text beschrieben worden ist, da weniger vertikale Kraft benötigt wird,
wenn der Rand 72 des Gehäuses 70 über den
peripheren Rand 155 gefalzt wird. Nach dem Falzen isoliert
der periphere Rand 155 der Scheibe 150 den Gehäuseabschnitt 71 von
der Endkappe 200. Wenn der Gasdruck in der Zelle einen
vorbestimmten Wert erreicht, bricht die Membran 152, so
dass Gas durch die Entlüftungslöcher 250 in
der Endkappe 200 austreten kann.
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Die
isolierende Scheibe 150 und die integrale zerreißbare Membran 152 können aus
einem haltbaren, korrosionsbeständigen
Kunststoff bestehen. Die isolierende Scheibe 150 und die
integrale zerreißbare
Membran 152 bestehen in wünschenswerter Weise aus einem
Polyamid (Nylon), vorzugsweise Nylon 66 oder Nylon 612,
wobei Nylon 612 darüber hinaus
bevorzugt wird. Alternativ können
die isolierende Scheibe 150 und die Membran 152 aus
Polypropylen, mit Talk gefülltem
Polypropylen, sulfoniertem Polyethylen oder anderen Polyamidqualitäten (Nylon)
bestehen. Es konnte jedoch festgestellt werden, dass Nylon 66 oder
Nylon 612 wünschenswertere
Materialien bzw. Stoffe für
die isolierende Scheibe 150 und die Membran 152 in
einer alkalischen AAAA-Zelle 100 sind. Diese Materialien
sind wünschenswerter,
da sie haltbarer und gleichzeitig weicher sind als gefülltes Polymer,
wie etwa mit Talk gefülltes
Polypropylen. Nylon 66 oder Nylon 612 weist ferner
weniger Kriechen auf als ungefülltes
oder gefülltes
Polypropylen bei allen Temperaturen, denen die Zelle bei normalem
Betrieb ausgesetzt sein kann. Die aus dem weicheren Material gebildete
isolierende Scheibe 150, nämlich aus Nylon 66 oder
Nylon 612, ermöglicht
es, dass der periphere Rand 72 des Gehäuses 70 über den
peripheren Rand 155 der Scheibe 150 gefalzt wird,
und zwar mit allgemein weniger Kraft, als wie dies erforderlich
wäre, wenn
gefülltes
Polymermaterial wie etwa mit Talk gefülltes Polypropylen eingesetzt
werden würde.
Es konnte festgestellt werden, dass dies zu einem leichteren und
zuverlässigeren
Verschluss der AAAA-Zelle 100 mit sehr kleinem Durchmesser
führt.
Nylon 612 wird als Material für die isolierende Scheibe 150 darüber hinaus
bevorzugt, da das Material weniger Feuchtigkeit absorbiert und chemisch
widerstandsfähiger
ist und eine größere Widerstandsfähigkeit
gegen Rissbildungen aufweist. Die isolierende Scheibe 150 weist
einen Durchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Zellengehäuses 70 entspricht.
Für Zellen,
die kleiner sind als AAA-Zellen, ist der Durchmesser der isolierenden
Scheibe 150 kleiner als 10 mm, für gewöhnlich zwischen etwa 7 und
9 mm. Im Besonderen liegt der Durchmesser der isolierenden Scheibe 150 bei
AAAA-Zellen zwischen
etwa 7,6 und 8,2 mm, und die Gesamtdicke liegt zwischen etwa 3 und
5 mm, vorzugsweise bei etwa 4 mm.
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Das
Gehäuse 70 kann
vorzugsweise nickelplattierten Stahl darstellen. Die Endkappe 200 wird aus
einem leitfähigen
Metall mit guter mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit
hergestellt, wie etwa aus nickelplattiertem, kalt gewalztem Stahl oder
Edelstahl, vorzugsweise aus nickelplattiertem, kohlenstoffarmem
bzw. LC-Stahl. Der Stromabnehmer 80 kann aus einer Vielzahl
bekannter elektrisch leitfähiger
Metalle ausgewählt
werden, die sich als nützlich
für Stromabnehmermaterialien
erwiesen haben, wie zum Beispiel Messing, zinnplattiertes Messing,
Bronze, Kupfer oder Indiumplattiertes Messing. Zur Verbesserung
des dichten Verschlusses zwischen der isolierenden Scheibe 150 und
dem Gehäuse 70 kann
eine herkömmliche
wasserfeste Dichtungspaste aufgetragen werden, wie etwa ein Dichtungsmittel
auf Bitumen-Basis, das zum Beispiel Bitumen und ein geeignetes aromatisches
Lösemittel umfasst,
wie z.B. Toluol. Alternativ kann es sich bei dem Dichtungsmittel
um ein haftendes Polyamid-Dichtungsmittel
handeln. Die Dichtungspaste kann auf die Außenwand des peripheren Rands 155 der
isolierenden Scheibe 150 oder die innere Oberfläche des
Gehäuses 70 aufgetragen
werden, bevor die isolierende Scheibe 150 in das offene
Ende des Gehäuses 70 eingeführt wird.
Das gleiche Dichtungsmittel kann auf die wandbildende Öffnung 90 oder
die äußere Oberfläche des
Stromabnehmers 80 aufgetragen werden, bevor der Stromabnehmer 80 in
die Öffnung 90 eingeführt wird.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann
die isolierende Scheibe 150 aus Nylon 66 oder Nylon 612 gebildet
werden, und die Membran 152 kann die Konfiguration eines
schief abgeschnittenen Kreissegments aufweisen (2A).
Wenn die Membran in Form eines schief abgeschnittenen Kreissegments
gegeben ist (2A), können ihre Seiten 152a in
wünschenswerter
Weise einen Winkel zwischen etwa 45 und 90 Grad bilden. Die Breite
des eines schief abgeschnittenen Kreissegments bzw. Sektors 152 (radial
gemessen) kann zwischen etwa 0,25 und 3,0 Millimetern liegen, und
die Dicke des Sektors 152 kann zwischen etwa 0,03 und 0,2
Millimetern liegen. Ein derartiger Bereich ermöglicht den Bruch der Membran 152,
wenn der innere Gasdruck der Zelle einen Wert zwischen etwa 500
und 2.000 psig (3,45 × 10–6 und
13,8 × 10–6 Pascal)
erreicht. Wenn die zerreißbare
Membran 152 die Form eines schief abgeschnittenen Sektors
aufweist (2A), kann eine bevorzugte Breite
(radial gemessen) der Membran 152 etwa 1,0 Millimeter betragen,
und eine bevorzugte Dicke der Membran 152 kann 0,08 Millimeter
betragen. Die Seiten 152a können vorzugsweise einen Winkel
von 75 Grad bilden. Bei einer derartigen Bauweise bricht die Membran 152,
wenn der Innendruck in einer AAAA-Zelle etwa 1.100 psig (7,6 × 10–6 Pascal)
erreicht. In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Membran 152 eine kreisförmige Konfiguration
aufweisen, mit einem Durchmesser zwischen etwa 1 und 2 Millimetern
und einer Dicke zwischen etwa 0,03 und 0,2 Millimetern. Ein derartiger
Bereich ermöglicht
einen Bruch der Membran 152, wenn der innere Gasdruck der
Zelle einen Wert zwischen etwa 500 und 2.000 psig (3,45 × 10–6 und
13,8 × 10–6 Pascal)
erreicht. Wenn die Membran 152 eine kreisförmige bzw.
runde Konfiguration aufweist, kann eine spezielle Dicke etwa 0,08 mm
betragen, bei einem Durchmesser von etwa 1,5 mm. Bei einer derartigen
Bauweise bricht die Membran 152, wenn der Innendruck in
einer AAAA-Zelle etwa 1.100 psig (7,6 × 10–6 Pascal)
erreicht. (Der Druck, bei dem der Bruch eintritt, erhöht sich
mit zunehmender Membrandicke, und er nimmt mit zunehmendem Membrandurchmesser
ab.) Es wird davon ausgegangen, dass eine einzige zerreißbare Membran 152 in
der isolierenden Scheibe 150 ausreicht, um bei dem gewünschten
Wert des inneren Drucks einen Bruch zu bewirken. Hiermit wird jedoch
festgestellt, dass die isolierende Scheibe 150 als zusätzliches
Sicherheitsmerkmal mit einer Mehrzahl isolierter zerreißbarer Membrane
bereitgestellt werden kann, um sicherzustellen, dass der Bruch auf
dem gewünschten
Wert des Zellendrucks erfolgt.