DE10159231A1 - Galvanisches Element mit Wickelelektrodensatz - Google Patents

Abstract

Ein galvanisches Element mit Wickelelektrodensatz besteht aus einer bandförmigen positiven Elektrode, einer bandförmigen negativen Elektrode und einem zwischenliegenden bandförmigen Separator, die zu einem Elektrodenwickel spiralig aufgerollt sind. Es besitzt ein zylindrisches Gehäuse zur Aufnahme des Elektrodenwickels und einen gegen das Gehäuse isolierten und abgedichteten Zellenpol. Die räumliche Distanz zwischem dem Rand mindestens einer Wickelelektrode (5) und einem Pol wird durch einen Stromkollektor mit Federelementen (1, 2, 3) überbrückt. Der Stromkollektor stellt die Verbindung der Elektrode mit einem Pol her. Die Federelemente (1, 2, 3) können mit Kollektorscheiben (4), mit dem Deckel (7) oder mit dem Boden eines Bechers (8) des galvanischen Elements leitend verbunden sein.

Description

• Die Erfindung betrifft ein galvanisches Element mit Wickelelektrodensatz, bestehend aus einer bandförmigen positiven Elektrode, einer bandförmigen negativen Elektrode und einem dazwischenliegenden bandförmigen Separator, die spiralförmig aufgerollt sind, mit einem zylindrischen Gehäuse zur Aufnahme des Elektrodenwickels, mit einem gegen das Gehäuse isolierten und abgedichteten Zellenpol sowie einem federnden Verbindungselement, welches den räumlichen Abstand zwischen dem Rand mindestens eines Elektrodenbandes und einem der Zellenpole leitend überbrückt. Bevorzugt anwendbar ist die Erfindung auf Lithium-, Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Kadmium- und andere galvanische Elemente in Rundzellenform mit Wickelelektrodensatz.
• Im Dokument DE 30 14 435 C2 ist eine Spiralelektrode aus einer positiven und einer negativen Elektrodenplatte und einer Separatorschicht zwischen den Elektrodenplatten auf einen Wickelkern gewickelt, der als Kollektorstab mit einer Elektrodenplatte elektrisch verbunden ist. Der räumliche Abstand zwischen dem Ende des Kollektorstabes und dem Deckel wird mit einem elektrisch leitenden Federteil überbrückt, das aus einer Schraubenfeder besteht.
• Die Druckschrift DE 39 02 648 A1 offenbart ein als Wickelzelle ausgebildetes galvanisches Element, bei dem der Stromkollektor eine geschlitzte Metallnadel ist, in welche eine Elektrode mit ihrem Trägergerüst eingeklemmt ist, wobei eine am Deckel festgeschweißte Blattfeder den Kontakt zum Stromkollektor herstellt. Dadurch dass die Blattfeder mit der Kante eines eingestanzten Loches auf dem dickeren als Öse ausgebildeten Kopfende des Stromkollektors aufliegt, ergibt sich eine hohe Anpresskraft.
• In dem Dokument EP 0 415 011 B1 wird der räumliche Abstand zwischen dem Zellenpol und dem Rand des einen Elektrodenbandes durch ein Verbindungselement überbrückt, das eine Kombination zwischen einer Kontaktscheibe mit zentrisch aufgeschweißter gabelförmiger Kontaktklammer und einer auf die Kontaktscheibe unter Zwischenlage einer zentral gelochten Isolierscheibe aufgesetzten Druckfeder ist, wobei die Kontaktscheibe mit der Kraft der gespannten Druckfeder auf den an der Stirnseite des Wickels hinausstehenden Rand des einen Elektrodenbandes aufdrückt. Der Endpol ist in die gabelförmige Kontaktklammer eingesteckt.
• Die Gestaltung des Stromkollektors für Wickelelektroden mit Federelementen und einem Ableitkontakt, wie er sich aus diesem Stand der Technik ergibt, stellt den Engpass für die Stromleitung dar, der durch Materialwahl und Dimensionierung nur beschränkt behoben werden kann.
• Der Erfindung liegt die daher Aufgabe zugrunde, ein galvanisches Element mit Wickelelektrodensatz anzugeben, bei dem leicht zu montierende, kostengünstige und trotzdem mit hohen Strömen belastbare metallische Federelemente eine sichere Kontaktierung der Wickelelektroden mit den Polen des galvanischen Elements gewährleisten.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem galvanischen Element der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
• Das erfindungsgemäße galvanische Element setzt dem elektrischen Strom durch den erfindungsgemäßen Stromkollektor mit mehr als einem Federkontakt den geringstmöglichen Widerstand entgegen. Diese Stromkollektoren sind wesentlich einfacher zu montieren als bekannte Kollektorkonstruktionen in galvanischen Elementen für Hochstromanwendungen. Aus der raumsparenden flachen Bauweise der Verbindungselemente ergibt sich ein hoher Nutzungsgrad der Kapazität des galvanischen Elements. Bevorzugt anwendbar ist die Erfindung auf Lithium-, Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Kadmium- und andere galvanische Elemente in Rundzellenform mit gewickelten Elektroden.
• Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit den gleichen Bauteilen ein hochleistungsfähiges Stromkollektorsystem mit einem niedrigen elektrischen Widerstand an der positiven und der negativen Elektrode eines Elektrodenwickels realisiert werden kann.
• Aufbau und Funktionsweise werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert.
• Fig. 1 zeigt die Federelemente für ein Verbindungselement.
• Fig. 2 zeigt die Vormontage der Federelemente zu einem Stromkollektor.
• Fig. 3 zeigt die Ansicht eines vormontierten Stromkollektors.
• Fig. 4 zeigt die Einzelteile eines mit den erfindungsgemäßen Verbindungselementen ausgestatteten galvanischen Elements.
• Fig. 5 zeigt den Zusammenbauvorgang des galvanischen Elements.
• Fig. 6 zeigt das Verschließen des galvanischen Elements.
• Fig. 1 zeigt drei unterschiedlich geformte Federelemente, wie sie für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Stromkollektors eingesetzt werden. Federelement 1, Federelement 2 und Federelement 3 bestehen aus einem Befestigungsabschnitt A, der zur Verbindung der Federelemente mit einer Polkontaktscheibe oder einem Zellenpol dient, und einem abgewinkelten Kontaktabschnitt B. Der Kontaktabschnitt B kann vorteilhaft wenigstens einen kreisbogenförmigen Schlitz aufweisen.
• Gemäß Fig. 2 werden die Federelemente nacheinander an den Boden des Gehäuses 8 ( Fig. 5), einen Deckel 7 oder eine Polkontaktscheibe 4 als Träger geschweißt. Dabei wird vorteilhaft mit dem Federelement 1 begonnnen. Das Federelement 2 wird um eine Segmentteilung versetzt montiert. In der Randkontur des Stromkollektors bleibt durch die Randaussparungen im Kontaktabschnitt B der Federelemente 1 und 2 eine Lücke, die Raum für die Befestigung des letzten Federelements 3 lässt. Danach werden die Federelemente 3 um je eine weitere Teilung versetzt auf dem Träger montiert.
• Fig. 3 zeigt den komplettierten Stromkollektor in der Aufsicht, sowie eine Seitenansicht mit unbelasteten Federelementen 1, 2 und 3.
• In Fig. 4 wird der Montagevorgang des galvanischen Elementes aus seinen vorgefertigten Bestandteilen dargestellt. Fig. 4 zeigt alle Varianten des Stromkollektors mit Federelementen. Ein Satz Federelemente ist direkt an dem mit einer umlaufenden Dichtung 9 versehenen Deckel 7 befestigt, ein anderer alternativ auf einer Polkontaktscheibe 4 vormontiert oder direkt am Boden des Bechers 8 befestigt.
• Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die aufgerollten und mit einer Bandage 6 gesicherten Wickelelektroden 5 mit dazwischenliegendem Separator in den Becher 8 eingeschoben. Die an den Stirnflächen überstehenden Ränder der Wickelelektroden 5 können vorzugsweise, wie in der Abbildung gezeigt, mit einer Kontaktscheibe 10 verschweißt sein.
• In Fig. 6 wird gezeigt, wie die Federn 1, 2, 3 der Stromkollektoren durch Eindrücken des Deckels 7 gespannt werden. Die Stromkollektoren und die Wickelelektroden 5 werden durch Umbördeln des Rands des Bechers 8 in ihrer Position fixiert und das galvanische Element verschlossen.

Claims (6)

1. Galvanisches Element mit Wickelelektrodensatz, bestehend aus einer bandförmigen positiven Elektrode, einer bandförmigen negativen Elektrode und einem zwischenliegenden bandförmigen Separator, die zu einem Elektrodenwickel spiralig aufgerollt sind, mit einem zylindrischen Gehäuse zur Aufnahme des Elektrodenwickels, mit einem gegen das Gehäuse isolierten und abgedichteten Zellenpol sowie einem federnden Verbindungselement, welches den räumlichen Abstand zwischen dem Rand mindestens eines Elektrodenbandes und einem der Zellenpole durch ein Verbindungselement leitend überbrückt, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbindungselemente mehrere Federelemente (1, 2, 3) aus elektrisch leitfähigem Stahlbandmaterial unlösbar mit einem Zellenpol oder einer am Elektrodenrand befestigten Polableiterscheibe verbunden sind.

2. Galvanisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente aus einem Befestigungsabschnitt (A), der mit dem Zellenpol oder der Polableiterscheibe verbunden ist, und einem davon im spitzen Winkel abgebogenen Kontaktabschnitt (B) bestehen.

3. Galvanisches Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktabschnitte (B) der Federelemente (1, 2, 3) unterschiedlich ausgebildet sind, wobei die in Montagefolge ersten beiden Federelemente (1, 2) Randaussparungen der Kontaktabschnitte (B) besitzen, durch welche der Befestigungsabschnitt (A) des in der Montagefolge letzten Federelements zugänglich ist.

4. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktabschnitte (A) mit kreisbogenförmigen Einschnitten versehen sind.

5. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Kontaktabschnitte (B) auf einem Kreisradius liegen.

6. Galvanisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Kontaktabschnitte (B) nach innen und außen gerundet sind.