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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine riss- bzw. platzbeständige Dichtung
mit der Aufgabe, eine Explosion stabil zu verhindern, ein Verfahren
zum Formen der Dichtung und auf eine zylindrische Alkali-Mangandioxid-Zelle,
die die Dichtung enthält,
wobei eine ausgezeichnete leck- bzw. auslaufsichere Struktur bereitgestellt
wird.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Wenn
eine zylindrische Alkali-Mangandioxid-Zelle aufgrund einer unsachgemäßen Verwendung überladen
oder über-entladen
wird, werden innerhalb des Behälters
oder des Zellengefäßes Gase
heftigst erzeugt, wobei der innere Druck erhöht wird, was möglicherweise
zu einem Auslaufen des Elektrolyten usw. und in manchen Fällen zu
einer Explosion führt.
Um dies zu vermeiden, ist die zylindrische Alkali-Mangandioxid-Zelle
mit einem explosionssicheren Mechanismus ausgestattet, durch den
Gase, die innerhalb der Zelle erzeugt worden sind und den inneren
Druck erhöht
haben, schnell abgeführt
werden.
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Im
Allgemeinen ist der vorstehend erwähnte explosionssichere Mechanismus,
der in den herkömmlichen
Alkali-Mangandioxid-Zellen aufgenommen ist, ein ausgedünnter Bereich
einer Dichtung, die die Öffnung des
Zellengefäßes abdichtet
und als ein explosionssicheres Sicherheitsventil dient. Insbesondere
wird eine Belastung, die durch einen inneren Druck der innerhalb
der zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zelle erzeugt wird, erhöht ist,
auf die Dichtung konzentriert, deren dünnster Bereich zerrissen werden
wird. Die innerhalb der Zelle erzeugten Gase werden nach außen durch
eine somit in der Dichtung gebildeten Öffnung abgeführt, wodurch
verhindert wird, dass die Zelle aufgrund eines erhöhten Innendrucks
innerhalb der Zelle explodiert.
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Bislang
sind zahlreiche Typen von herkömmlichen
Dichtungen vorgeschlagen worden, die in zahlreichen Formen durch
ein Formverfahren aus einem synthetischen Harz, wie beispielsweise
Nylon, Polypropylen usw. oder einem Gummi, wie in den 1 bis 4 gezeigt,
gebildet sind.
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1 veranschaulicht
ein erstes Beispiel einer herkömmlichen
Dichtung in der Form eines Querschnitts entlang der Axialrichtung.
Die Dichtung ist allgemein mit Bezugszeichen 50 bezeichnet.
Sie besteht aus einem dickwandigen zylindrischen Bereich 51,
der an ihrem zentralen Bereich gebildet ist und in der Axialrichtung
einen konvexen Querschnitt hat (nachstehend als „Stempelbereich" bezeichnet), einem
scheibenartigen Bereich 52, der entlang des äußeren Umfangs
des Stempelbereichs 51 und konzentrisch mit dem Stempelbereich 51 gebildet
ist (nachstehend als „Membranbereich" bezeichnet), dünnen Bereichen 53,
die zwischen dem Stempel- und Membranbereich 51 und 52 und
an einer Position, die dichter an der oberen Seite des Membranbereichs 52 liegt,
gebildet sind, und einem Randbereich 54, der benachbart
entlang dem äußeren Umfang
des Membranbereichs 52 gebildet ist, wobei er in einem
Querschnitt entlang der Axialrichtung eine gekrümmte Form hat. Der Stempelbereich 51 ist
ein Zylinder mit einem Stempelloch 55, das an dem oberen Bereich
des Stempels, wie durch Bezugszeichen 55a bezeichnet, und
an dem Bodenbereich, wie mit Bezugszeichen 55b bezeichnet,
offen ist und dessen innerer Durchmesser allmählich nach unten hin ansteigt,
so dass die untere Öffnung 55b des
Stempellochs 55 größer als
die obere Öffnung 55a ist.
Die dünnen
Bereiche 53 sind zwei Kreisbögen, die jeweils konzentrisch
mit dem Stempelbereich 51, wie in 5 gezeigt,
gebildet sind.
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2 zeigt
ein zweites Beispiel der herkömmlichen
Dichtung in der Form einer Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung.
Diese Dichtung ist allgemein mit Bezugszeichen 60 bezeichnet.
Sie besteht aus einem Stempelbereich 61, einem Membranbereich 62,
dünnen
Bereichen 63 und einem Randbereich 64 wie bei der
vorstehend beschriebenen Dichtung 50. Bei diesem Beispiel
ist der Stempelbereich 61 ein Zylinder mit einem Stempelloch 65,
dessen unterer Bereich einen größeren Durchmesser
als der obere Bereich hat. Das heißt, die Wand des Stempellochs 65 ist
an der Grenze zwischen oberem und unterem Bereich abgestuft. Wie in 5 gezeigt,
sind die dünnen
Bereiche 63 zwei mit dem Stempelbereich 61 konzentrische
Kreisbögen, ähnlich den
dünnen
Bereichen 53 der Dichtung 50.
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung eines dritten
Beispiels einer herkömmlichen
Dichtung. Die Dichtung ist allgemein mit Bezugszeichen 70 bezeichnet.
Die Dichtung 70 besteht aus einem Stempelbereich 71,
der so gebildet ist, dass er einen konvexen Querschnitt hat, einem
Membranbereich 72, der konzentrisch mit dem Stempelbereich 71 gebildet
ist und schräg
gegen den oberen Endbereich des Stempelbereichs 71 gebildet
ist, einem dünnen
Bereich 73, der zwischen dem Stempelbereich 71 und
dem Membranbereich 72 an einer Position, die dichter an
der oberen Seite des Membranbereichs 72 liegt, gebildet ist,
und einem Randbereich 74, der benachbart entlang dem oberen
Umfang des Membranbereichs 72 gebildet ist, so dass er
in einem Querschnitt entlang der Axialrichtung eine gekrümmte Form
hat. Der Stempelbereich 71 ist länger als die Stempelbereiche 51 und 61 der
Dichtungen 50 bzw. 60 gebildet, wobei er von der
Bodenfläche
des Membranbereichs 72 nach unten hervorsteht. Der Stempelbereich 71 ist
ein Zylinder mit einem geraden Stempelloch 75, das überall denselben
Durchmesser aufweist. Der dünne
Bereich 73 nimmt die Form eines Kreises an, der konzentrisch
mit dem Stempelbereich 71 gebildet ist, wie in 6 gezeigt.
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4 zeigt
ein viertes Beispiel einer herkömmlichen
Dichtung in der Form einer Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung.
Die Dichtung wird allgemein mit Bezugszeichen 80 bezeichnet.
Die Dichtung 80 umfasst einen Stempelbereich 81,
einen Membranbereich 82, der konzentrisch mit dem Stempelbereich 81 gebildet
ist, einen dünnen
Bereich 83, der in einem Bereich des Membranbereichs 82 gebildet
ist, und einen Randbereich 84, der benachbart entlang dem
Außendurchmesser
des Membranbereichs 82 gebildet ist. Der Stempelbereich 81 besteht
aus einer oberen und einer unteren Hälfte, die in demselben Ausmaß nach unten
und nach oben von dem Membranbereich 82a hervorstehen.
Der Stempelbereich 81 ist ein Zylinder, in dem ein gerades
Stempelloch 85 gebildet ist, das am oberen Bereich, wie
mit Bezugszeichen 85a bezeichnet ist, und an dem Bodenbereich,
wie mit Bezugszeichen 85b bezeichnet ist, offen ist und
das überall
denselben Durchmesser hat. Der dünne
Bereich 83 ist so gebildet, dass er sich zu einem runden
Loch in einem Bereich des Membranbereichs 82 erstreckt,
wie in 7 gezeigt.
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Die
vorstehend erwähnten
Dichtungen 50, 60, 70 und 80 (die
nachstehend gattungsbildend als „Dichtung 50" bezeichnet werden)
werden durch ein Spritzgussverfahren gebildet, bei dem ein geschmolzenes
Harz von einem Einlassanschnitt in einen zwischen einem patrizenartigen
Formwerkzeug und einem matrizenartigen Formwerkzeug definierten
Zwischenraum eingespritzt wird. 8 ist eine
Querschnittsansicht entlang einer Axialrichtung eines ersten Beispiels
einer Formwerkzeug-Anordnung zum Formen der herkömmlichen Dichtungen. Die Formwerkzeug-Anordnung
ist allgemein mit Bezugszeichen 90 bezeichnet. Unter Bezugnahme
auf 8 wird nachstehend beschrieben, wie unter Verwendung
der Formwerkzeug-Anordnung 90 die Dichtung geformt wird.
Die Formwerkzeug-Anordnung 90 ist eine Kombination aus
einem patrizenartigen Formwerkzeug 90a und einem matrizenartigen
Formwerkzeug 90b. Wenn sie angeordnet sind, definieren
das patrizenartige und das matrizenartige Formwerkzeug 90a und 90b zusammen
einen zylindrischen Zwischenraum 91 für den Stempelbereich, einen
flachen Zwischenraum 92 für den Membranbereich, einen
gekrümmten Zwischenraum 93 für den Randbereich
und einen schmaleren Zwischenraum 94, der benachbart zu
dem inneren Ende des flachen Zwischenraums 92 angeordnet
ist, wobei der dünne
Bereich 94 gebildet wird. Das matrizenartige Formwerkzeug 90b hat
einen Nadelpunktanschnitt 96, der darin in der Nähe der Basis
eines Kernzapfens 95 gebildet ist. Der Nadelpunktanschnitt 96 ist
am Bodenbereich des zylindrischen Zwischenraums 91 offen.
Die Dichtung 50 wird durch Einspritzen eines geschmolzenen
Harzes in die Formwerkzeug-Anordnung 90 geformt.
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9 zeigt
ein zweites Beispiel einer Formwerkzeug-Anordnung, die zum Formen
der herkömmlichen Dichtungen
verwendet wird, in der Form einer Querschnittsansicht entlang einer
Axialrichtung. Die Formwerkzeug-Anordnung
ist allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichnet. Die Formwerkzeug-Anordnung 100 ist
eine Kombination aus einem patrizenartigen Formwerkzeug 100a und
einem matrizenartigen Formwerkzeug 100b. Anders als bei
der in 8 gezeigten Formwerkzeug-Anordnung 90 ist
die Formwerkzeug-Anordnung 100 von einem Anschnitttyp zum
Formen der Dichtung 50. Wie bei dem Anschnitt 90 hat
der Anschnitt 100 einen zylindrischen Zwischenraum 101,
einen flachen Zwischenraum 102, einen gekrümmten Zwischenraum 103 und
einen schmäleren
Zwischenraum 104. Durch Einspritzen eines geschmolzenen
Harzes in die Formwerkzeug-Anordnung 100 von einem Seitenanschnitt 105,
der an dem Ende des gekrümmten
Zwischenraums 103 offen ist, wird die Dichtung 50 geformt.
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Der
Anschnitt 50 kann unter Verwendung von zahlreichen Formwerkzeug-Anordnungen, die
bislang vorgeschlagen worden sind, und die mit einem Filmanschnitt
oder einem scheibenförmigen
Anschnitt ausgestattet sind, die so gebildet sind, dass sie sich
von dem Boden des zylindrischen Zwischenraums für den Stempelbereich erstrecken,
einem Einfach- oder Mehrfach-Nadelpunktanschnitt,
der so gebildet ist, dass er sich von dem flachen Zwischenraum für den Membranbereich
erstreckt, und einem Anschnitt unterhalb der Teilungsebene, der
so gebildet ist, dass er sich von dem gekrümmten Zwischenraum für den Randbereich
erstreckt, ausgestattet sind, gebildet werden.
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Zur
Verwendung in den zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen sind
die Dichtungen, die zu zahlreichen Formen wie vorstehend erwähnt geformt
worden sind, und auch zahlreiche Formwerkzeug-Anordnungen, die für solche
Dichtungsformen bestimmt sind und zahlreiche Anschnitte, die in
den Formwerkzeug-Anordnungen gebildet sind, vorgeschlagen worden.
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Wenn
jedoch eine Formwerkzeug-Gestaltung und ein in dem Formwerkzeug
gebildeter Anschnitt nicht für
eine durch ein Spritzgussverfahren zu erzeugende Dichtung geeignet
sind, wird das geschmolzene Harz nicht in einer gewünschten
Richtung fließen
und Luft in der Formwerkzeug-Anordnung wird nicht in ausreichendem
Maße abgeführt werden.
In diesem Fall wird das geschmolzene Harz nicht gleichmäßig in die
Formwerkzeug-Anordnung eingefüllt
werden und die Dichtung wird aus der unzureichenden Menge des somit
eingefüllten
geschmolzenen Harzes geformt werden. In der sich ergebenden Dichtung
werden Lunker, Einsackstellen oder Schweißnahtstellen an dem Stempelbereich
auftreten, wobei die Dichtung geschwächt wird, an dem dünnen Bereich
wird eine Schweißnahtstelle
auftreten, und somit wird die Dichtung keine gleichförmige Verteilung der
Festigkeit haben.
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In
einer somit geformten Dichtung mit derartigen Defekte wird ein Stoß bzw. Schlag,
der auftritt, wenn ein Strom-Kollektor in den Stempelbereich eingeschoben
wird, eine Beanspruchung, die sich in dem Stempelbereich entwickelt,
nachdem der Strom-Kollektor eingeschoben worden ist, eine Langzeitlagerung
bei Zimmertemperatur oder eine Lagerung bei unerwünschten
Temperaturen dazu führen,
dass der Stempelbereich leicht reißt bzw. platzt. Wenn solch
ein Riss bzw. Platzen an dem Stempelbereich stattfindet, wird die
Dichtung zwischen dem Stempelbereich und dem Strom-Kollektor zerbrochen,
und somit wird sich ein Elektrolyt in der Zelle zwischen dem Stempelbereich
und dem Strom-Kollektor bewegen, bis er von der Zelle entweicht.
Auch wird solch ein Riss bzw. Platzen des Stempelbereichs nicht
zu einem gleichförmigen,
stabilen Zerreißen
des dünnen
Bereichs, der als ein Explosions-Sicherheitsventil dient, führen.
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In
den zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen ist der Riss bzw. das
Platzen des Dichtungs-Stempelbereichs und das ungleichförmige Zerreißen des
dünnen
Bereichs eine große
Ursache für
das Entweichen des Elektrolyten aus der Zelle.
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Ferner
ist es eine große
technische Schwierigkeit gewesen, eine Dichtung, bei der kein Lunker,
keine Einsackstelle oder Schweißnahtmarkierung
an dem Stempelbereich, keine Schweißnahtmarkierung an dem dünnen Bereich
und keine ungleichförmige
Verteilung der Festigkeit auftritt und die somit die Zelle vor dem Entweichen
von Elektrolyt bewahren kann, zu formen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Entsprechend
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Nachteile
des Standes der Technik zu beseitigen, indem eine Dichtung, die
herausragend in der Riss- bzw. Platzbeständigkeit ist und gleichförmig zerreißbar ist
und stabil als ein Explosions-Sicherheitsventil dient, ein Verfahren
zum Formen der Dichtung und eine zylindrische Alkali-Mangandioxid-Zelle
unter Verwendung der Dichtung und in der ein Entweichen des Elektrolyten
effektiv verhindert werden kann, bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Aufgabe durch eine Dichtung nach Anspruch 1,
eine Verfahren nach Anspruch 5 und eine Alkali-Mangandioxid-Zelle nach Anspruch 7 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der
beigefügten
Unteransprüche.
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Entsprechend
wird eine Dichtung mit einem zylindrischen Bereich bereitgestellt,
dessen unterer Bereich allmählich
zu dem unteren Ende des zylindrischen Bereichs hin an Dicke zunimmt,
mit einem in dem zylindrischen Bereich gebildeten Loch, welches
oben und unten offen ist, wobei die untere Öffnung größer als die obere Öffnung ist
und wobei in das Loch ein Strom-Kollektor
einzuschieben ist; einem scheibenförmigen Bereich, der benachbart
entlang dem Außenumfang
des zylindrischen Bereichs und konzentrisch mit diesem gebildet
ist; einem dünnen
Bereich, der zwischen dem zylindrischen und dem scheibenförmigen Bereich
konzentrisch mit dem zylindrischen Bereich und an einer Position,
die näher
an der unteren Seite des scheibenförmigen Bereichs liegt, gebildet
ist; und einem Randbereich, der benachbart entlang dem Außenumfang
des scheibenförmigen
Bereichs gebildet ist, wobei dieser in einem Querschnitt entlang
der Axialrichtung eine gekrümmte
Form hat; wobei der zylindrische Bereich so gebildet ist, dass er
an dem unteren Ende des zylindrischen Bereichs nach unten aus dem
Boden des scheibenförmigen
Bereichs hervorsteht; wobei die Grenze zwischen dem zylindrischen
und dem dünnen
Bereich abgeschrägt
oder gekrümmt
ist; und die Grenze zwischen dem scheibenförmigen und dünnen Bereich
wie eine allgemein vertikale Kante gebildet ist.
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Ferner
wird ein Verfahren zum Formen der Dichtung wie vorstehend definiert
unter Verwendung einer Formwerkzeug-Anordnung, die aus einem patrizenartigen
Formwerkzeug und einem matrizenartigen Formwerkzeug besteht, die
zusammen, wenn sie aneinandergefügt
sind, Zwischenräume
definieren werden, in die ein Harz zum Formen der Dichtung gefüllt wird,
wobei die Zwischenräume
einen zylindrischen Zwischenraum; einen flachen Zwischenraum, der
sich entlang dem Außenumfang
des zylindrischen Zwischenraums befindet; einen gekrümmten Zwischenraum,
der benachbart zu dem Außenumfang
des flachen Zwischenraums angeordnet ist; und einen schmalen Zwischenraum,
der sich aus einem hervorstehenden Bereich, der auf dem patrizenartigen
Formwerkzeug gebildet ist, zwischen dem zylindrischen und dem scheibenförmigen Zwischenraum
ergibt, wobei der hervorstehende Bereich an einer Seite des hervorstehenden
Bereichs, die dem zylindrischen Zwischenraum gegenüberliegt,
abgeschrägt
oder gekrümmt
ist und nach unten in der Richtung des matrizenartigen Formwerkzeugs
gerichtet ist, umfassen; wobei das patrizenartige Formwerkzeug einen
darin gebildeten Einlassanschnitt, der am oberen Ende des zylindrischen
Zwischenraums offen ist, aufweist; und wobei mindestens eine Auswerfer-Hülse, die
auf dem matrizenartigen Formwerkzeug am Boden des zylindrischen
Zwischenraums und/oder mindestens ein Auswerfer-Zapfen, der in dem
gekrümmten
Zwischenraum gebildet ist, bereitgestellt sind, damit das Harz gleichförmig in
die Formanordnung eingefüllt
wird, bereitgestellt.
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Darüber hinaus
wird eine zylindrische Alkali-Mangandioxid-Zelle, die ein Zellengefäß, das an
einem Ende offen ist, enthält,
wobei die Öffnung
des Zellengefäßes mit
einer Dichtung versiegelt ist, welche einen zylindrischen Bereich,
dessen unterer Bereich allmählich
zu dem unteren Ende des zylindrischen Bereichs hin an Dicke zunimmt,
mit einem in dem zylindrischen Bereich gebildeten Loch, welches
oben und unten offen ist, wobei die untere Öffnung größer als die obere Öffnung ist
und wobei in das Loch ein Strom-Kollektor einzuschieben ist; einen
scheibenförmigen
Bereich, der benachbart entlang dem Außenumfang des zylindrischen Bereichs
und konzentrisch mit diesem gebildet ist; einen dünnen Bereich,
der zwischen dem zylindrischen und dem scheibenförmigen Bereich konzentrisch
mit dem zylindrischen Bereich und an einer Position, die näher an der
unteren Seite des scheibenförmigen
Bereichs liegt, gebildet ist; und einen Randbereich, der benachbart entlang
dem Außenumfang
des scheibenförmigen
Bereichs gebildet ist, wobei dieser in einem Querschnitt entlang
der Axialrichtung eine gekrümmte
Form hat; wobei der zylindrische Bereich so gebildet ist, dass er
an dem unteren Ende des zylindrischen Bereichs nach unten aus dem
Boden des scheibenförmigen
Bereichs hervorsteht; wobei die Grenze zwischen dem zylindrischen
und dem dünnen
Bereich abgeschrägt
oder gekrümmt
ist; und die Grenze zwischen dem scheibenförmigen und dünnen Bereich
wie eine allgemein vertikale Kante gebildet ist, umfasst, bereitgestellt.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den begleitenden
Zeichnungen deutlicher werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung eines ersten
Beispiels einer herkömmlichen
Dichtung;
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2 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung eines zweiten
Beispiels einer herkömmlichen
Dichtung;
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung eines dritten
Beispiels einer herkömmlichen
Dichtung;
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4 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung eines vierten
Beispiels einer herkömmlichen
Dichtung;
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5 ist
eine Ansicht von unten des ersten und zweiten Beispiels der herkömmlichen
Dichtungen;
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6 ist
eine Ansicht von unten des dritten Beispiels der herkömmlichen
Dichtung;
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7 ist
eine Ansicht von unten des vierten Beispiels der herkömmlichen
Dichtung;
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8 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung eines ersten
Beispiels einer Formwerkzeug-Anordnung, die zum Formen der herkömmlichen
Dichtungen verwendet wird;
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9 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung eines zweiten
Beispiels einer Formwerkzeug-Anordnung, die zum Formen der herkömmlichen
Dichtungen verwendet wird;
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10 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung einer Dichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung;
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11A ist eine Draufsicht der Dichtung aus 10;
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11B ist eine Ansicht von unten der Dichtung aus 10:
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12 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Axialrichtung einer zylindrischen
Alkali-Mangandioxid-Zelle gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung der in 10 gezeigten
Dichtung.
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13A ist eine Querschnittsansicht mit vergrößertem Maßstab eines
wesentlichen Bereichs der Dichtung mit einer abgeschrägten Grenze
zwischen einem Stempel- und dem dünnen Bereich der Dichtung;
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13B ist eine Querschnittsansicht mit vergrößertem Maßstab eines
wesentlichen Bereichs der Dichtung mit einer gekrümmten Grenze
zwischen einem Stempel- und einem dünnen Bereich der Dichtung; und
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14 ist
eine axiale Querschnittsansicht einer Formwerkzeug-Anordnung, die zum
Formen der Dichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf 10 wird nun eine Dichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Die Dichtung ist allgemein mit Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Die Dichtung 1 besteht aus einem Randbereich 2,
der entlang dem Außenumfang
der Dichtung 1 gebildet ist, wobei er in einem Querschnitt
entlang der Axialrichtung eine gekrümmte Form hat, einem dicken
Stempelbereich 3, der im Zentrum der Dichtung 1 gebildet
ist, einem flachen Membranbereich 4, der zwischen dem Rand-
und dem Stempelbereich 2 und 3 gebildet ist, und
einem dünnen
Bereich 5, der zwischen dem Stempel- und dem Membranbereich 3 und 4 gebildet
ist. Bei der Dichtung 1 sind die vorstehend erwähnten Bereiche
benachbart zueinander angeordnet. Wie in den 11A und 11B gezeigt, sind die Bereiche der Dichtung 1 konzentrisch
zueinander gebildet.
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Wie
in 12 gezeigt, wird in einer zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zelle 6 die
Dichtung 1 zusammen mit einer Beilegscheibe bzw. Dichtung 8 verwendet,
wobei ein Strom-Kollektor 7 in die Dichtung eingeschoben
ist, um eine Öffnung 12a eines
Zellengefäßes 12,
in der ein Kathodengemisch 9, ein Trennelement 10 und
ein Anodengel 11 bereitgestellt sind, abzudichten. In der
zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zelle 6 ist die Öffnung 12a,
die mit der Dichtung 1 und der Beilegscheibe 8 abgedichtet
ist, mit einer Anoden-Abdeckung 13 und einer Isolations-Beilegscheibe 14 abgeschlossen.
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Wie
in 12 gezeigt, ist, da die Anoden-Abdeckung 13 über der
Dichtung 1, die die Öffnung 12a des Gefäßes 12 abdichtet,
angeordnet ist, der Randbereich 2 zwischen dem Gefäß 12,
das einstückig
mit der Kathode gebildet ist, und der Anoden-Abdeckung 13 eingefangen,
wodurch das Gefäß 12 und
die Anoden-Abdeckung 13 voneinander isoliert sind.
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Wie
in 10 gezeigt ist, ist der Stempelbereich 3 so
gebildet, dass er zylindrisch ist und ein Stempelloch 15 hat,
das in dem Zentrum des Stempels gebildet ist. Die Dicke des Stempelbereichs 3 nimmt
allmählich
am unteren Bereich des Stempelbereichs zu, und der untere Bereich
des Stempellochs 15 ist entsprechend der Verbreiterung
des unteren Bereichs auch allmählich
vergrößert. Da
die Dicke des unteren Bereichs des Stempelbereichs 3 allmählich ansteigt
und der untere Bereich des Stempellochs 15 allmählich in
Richtung nach unten vergrößert wird,
werden, wenn der Strom-Kollektor 7 von der oberen Öffnung 15a in
das Stempelloch 15 in Richtung der unteren Öffnung 15b eingeschoben
wird, der durch den Strom-Kollektor 7 an
der Innenwand des Stempellochs 15 verursachte Schlag und
die durch den eingeschobenen Strom-Kollektor 8 der Innenwand
des Stempellochs 15 zugefügte Beanspruchung verringert,
wodurch verhindert wird, dass ein Platzen bzw. Reißen in dem
Stempelbereich 3 stattfindet. Da das Auftreten des Platzens
bzw. Reißens
in dem Stempelbereich 3 somit verhindert wird, wird die
durch die Dichtung 1 und den Strom-Kollektor 7 aufgebaute Abdichtung
nicht beschädigt
werden, womit es möglich
ist, zu verhindern, dass der Elektrolyt aus der zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zelle 6 entweicht.
In dieser Ausführungsform
ist der untere Bereich des Stempellochs 15 allmählich in
Richtung nach unten vergrößert. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt,
sondern die Dicke des unteren Bereichs des Stempellochs 15 kann
nicht nur allmählich
zunehmen, solange der untere Bereich größer als der obere Bereich ist,
wobei der dem Stempelbereich 3 durch den in das Stempelloch 15 eingeschobenen
Strom-Kollektor 7 versetzte Stoß bzw. Schlag verringert wird.
Beispielsweise kann die Innenwand des Stempellochs 15 abgestuft
sein.
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Ein
unterer Endbereich des Stempelbereichs 3, an dem das Stempelloch 15 geöffnet ist
(bei 15b), ist so gebildet, dass er vom Boden des Membranbereichs 4 hervorsteht.
Somit kann die Kontaktfläche
zwischen Dichtung 1 und Strom-Kollektor 7 groß gemacht
werden. Der Abstand, über
den sich der Elektrolyt usw. in dem Gefäß 12 zwischen Stempelbereich 3 und
dem Strom-Kollektor 7 bewegt,
ist nämlich
lang genug, um zu verhindern, dass der Elektrolyt aus der zylindrischen
Mangandioxid-Zelle entweicht.
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In
dem Stempelbereich 3 ist das Stempelloch 15 so
gebildet, dass es einen Durchmesser hat, der in einen Bereich von
80 bis 90 % des Außendurchmessers
des Strom-Kollektors 7 fällt. Wenn der Durchmesser des
Stempellochs weniger als 80 % des Außendurchmessers des Strom-Kollektors 7 beträgt, wird
dem Stempelbereich 3 ein großer Schlag bzw. eine große Belastung
zugefügt,
wenn der Strom-Kollektor 7 in das Stempelloch 15 eingeschoben
wird, mit dem Ergebnis, dass wahrscheinlich ein Riss oder Platzen
in dem Stempelbereich 3 auftritt. Der Riss wird die zwischen
dem Stempelbereich 3 und dem Strom-Kollektor 7 errichtete
Abdichtung schädigen,
wobei ein Entweichen des Elektrolyts verursacht wird. Auch wird,
wenn der Durchmesser des Stempellochs 15 90 % des Außendurchmessers
des Strom-Kollektors 7 überschreitet,
kein dichter Kontakt zwischen dem Stempelbereich 3 und
dem Strom-Kollektor 7 erzielt, und somit kann ein Entweichen
des Elektrolyten, der sich zwischen dem Stempelbereich 3 und
dem Strom-Kollektor 7 bewegt, nicht verhindert werden.
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Eine
Belastung, deren Entwicklung verursacht wird, wenn irgendeine unsachgemäße Verwendung
der zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zelle 6 Gase innerhalb
der Zelle 6 erzeugt und Gase den Innendruck der Zelle 6 erhöhen, wird
auf den Membranbereich 4 angewandt.
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Wenn
die innerhalb der Zelle 6 erzeugten Gase den Innendruck
erhöhen,
der eine Belastung des Membranbereichs 4 verursachen wird,
wird der dünne
Bereich 5 unter Freisetzung der Gase zerrissen. Der dünne Bereich 5 dient
als ein Explosions-Sicherheitsventil. Der dünne Bereich 5 ist
konzentrisch mit dem Stempelbereich 3 zwischen dem Stempel-
und dem Membranbereich 3 und 4, wie in den 11A und 11B gezeigt,
gebildet.
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Wie
in 13A gezeigt, ist der dünne Bereich 5 an einer
Position gebildet, die sich näher
am Boden des Membranbereichs 4 befindet und hat eine kantenartige
vertikale Oberfläche 16,
die am Außenumfang
des Membranbereichs 4 gebildet ist, nämlich entlang der Grenze zwischen
dem dünnen
und dem Membranbereich 5 und 4, die allgemein
vertikal ist, und eine abgeschrägte
schrägwinklige
Oberfläche 17,
die am Innendurchmesser des dünnen
Bereichs 5 gebildet ist, nämlich an der Grenze zwischen
dem dünnen
und dem Stempelbereich 5 und 3 hat. Die schrägwinklige
Oberfläche 17 sollte
vorzugsweise abgeschrägt
sein, wobei sie eine Länge
C von 0,01 bis 0,20 mm hat. Der dünne Bereich 5 kann
so gebildet sein, dass er eine gekrümmte Oberfläche 18 wie in 13B gezeigt, die nicht die abgeschrägte Oberfläche 17 ist,
entlang der Grenze zwischen dem dünnen und dem Stempelbereich 5 und 3 hat.
Die gekrümmte
Oberfläche 18 sollte
vorzugsweise so gebildet sein, dass sie einen Krümmungsradius im Bereich von
0,05 bis 0,30 mm hat. Da der dünne
Bereich 5 die abgeschrägte
Oberfläche 17 oder
die gekrümmte
Oberfläche 18 hat,
die der Dicke und somit der Festigkeit der Grenze zwischen dem dünnen und
dem Stempelbereich 5 und 3 hinzugefügt wird,
wird, wenn der Innendruck der zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zelle 6 aus
irgendeinem Grund erhöht
wird, der dünne
Bereich 5 an einem Bereich, der dichter an der kantenartigen
vertikalen Oberfläche 16 liegt,
zerrissen werden. Der dünne Bereich 5 ist
nämlich
in dem Bereich, der näher
an der kantenartigen vertikalen Oberfläche 16 liegt, dünner und
somit schwächer
als in einem Bereich, der dichter an der Grenze zwischen dem dünnen und
dem Membranbereich 5 und 4 liegt. Somit wird der
dünne Bereich 5 stabil
in diesem vorbestimmten Bereich zerrissen werden.
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Die
Dichtung 1 wird durch Einfüllen eines Harzes in die Formwerkzeug-Anordnung 19 geformt,
wie in 14 gezeigt. Die Formwerkzeug-Anordnung 19 besteht
aus einem patrizenartigen Formwerkzeug 19 und einem matrizenartigen
Formwerkzeug 19a. Wenn diese Formwerkzeuge 19a und 19b aneinandergefügt sind, wird
die Formwerkzeug-Anordnung 19 einen vorbestimmen Zwischenraum
haben, der durch die Formwerkzeuge 19a und 19b definiert
ist. Der Zwischenraum umfasst einen zylindrischen Zwischenraum 20 für den Stempelbereich 3,
einen flachen Zwischenraum 21 für den Membranbereich 4,
einen gekrümmten
Zwischenraum 22 für
den Randbereich 2 und einen schmalen Zwischenraum 23 für den dünnen Bereich 5.
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Das
patrizenartige Formwerkzeug 19a hat einen Einlasseinschnitt 24,
der am oberen Ende des zylindrischen Zwischenraums 20 gebildet
ist, durch welchen ein geschmolzenes Harz in die Formwerkzeug-Anordnung 19 eingefüllt wird.
Das geschmolzene Harz, das durch den Einlassanschnitt 24,
der am oberen Bereich des zylindrischen Zwischenraums 20 gebildet
ist, zugeführt
wird, wird von oben nach unten in einer konstanten Richtung fließen. Somit
fließt
das geschmolzene Harz gleichmäßig in das
Innere der Formwerkzeug-Anordnung 19, so dass weniger Lunker,
Einsackstellen und Schweißnahtstellen
oder ähnliche
Defekte in der somit geformten Dichtung 1 stattfinden werden.
Man beachte, dass der Einlassanschnitt 24 ein Ringanschnitt,
ein scheibenförmiger
Anschnitt oder ein Filmanschnitt ist.
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Das
patrizenartige Formwerkzeug 19a hat ferner einen hervorstehenden
Bereich 25, der so gebildet ist, dass er sich in dem schmalen
Zwischenraum 23 für
den dünnen
Bereich 5 zu dem matrizenartigen Formwerkzeug 19b nach
unten erstreckt. Der hervorstehende Bereich 25 ist an der
Seite seines Innenumfangs oder an einer Seite, die dem zylindrischen
Bereich 20 gegenübersteht,
abgeschrägt
oder gekrümmt.
Diese Abschrägung
oder Krümmung
wird das gleichmäßige Fließen des
geschmolzenen Harzes in die Formwerkzeug-Anordnung 19 von
dem Stempelbereich 3 zu dem Randbereich 2 der
zu formenden Dichtung 1 fördern.
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Das
matrizenartige Formwerkzeug 19b hat einen Kernzapfen 26,
der so gebildet ist, dass er das Zentrum des zylindrischen Zwischenraums 19 durchdringt.
Da die Form dieses Kernzapfens 26 der Form des Stempellochs 15 des
Stempelbereichs 3 entspricht, hat er einen unteren Bereich,
dessen Dicke allmählich
zunimmt.
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Das
matrizenartige Formwerkzeug 19b hat eine Auswerfer-Hülse 27,
die entlang dem Außenumfang des
Kernzapfens 26 bereitgestellt ist, nämlich am Boden des zylindrischen
Zwischenraums 20. Das patrizenartige Formwerkzeug 19b hat
auch einen Auswerfer-Zapfer 28, der an einer Position,
die noch weiter außerhalb
als die Auswerfer-Hülse 27 in
dem gekrümmten
Zwischenraum 22 liegt, bereitgestellt ist. Wenn ein Spritzgussverfahren
mit der somit aufgebauten Formwerkzeug-Anordnung 19 durchgeführt wird,
kann Luft aus dem Inneren der Formwerkzeug-Anordnung 19 leicht
durch einen Abstand zwischen der Auswerfer-Hülse 27 und dem matrizenartigen
Formwerkzeug 19b und einem Abstand zwischen dem Auswerfer-Zapfen 28 und
dem matrizenartigen Formwerkzeug 19b abgeführt werden.
Da Luft aus dem Inneren der Formwerkzeug-Anordnung 19 in
ausreichendem Maße
abgeführt
werden kann, wenn die Dichtung 1 geformt wird, ist es somit
möglich,
zu verhindern, dass Lunker, Einsackstellen oder Schweißnahtmarkierungen
auf der Dichtung 1 stattfinden. Die Auswerfer-Hülse 27 und
der Auswerfer-Zapfen 28 gleiten zu jedem Zeitpunkt des
Formens, und die Abstände
zwischen der Hülse 27 und
dem matrizenartigen Formwerkzeug 19b und zwischen dem Zapfen 28 und
dem matrizenartigen Formwerkzeug 19b können jeweils beibehalten werden,
so dass sie effektiv als Luftventil arbeiten.
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In
dieser Ausführungsform
ist die Formwerkzeug-Anordnung 19 mit der Auswerfer-Hülse 27 und
dem Auswerfer-Zapfen 28 ausgestattet. Jedoch wird sogar
nur eines von beidem effektiv als Luftventil arbeiten. Daher kann
das matrizenartige Formwerkzeug 19b mit mindestens der
Auswerfer-Hülse 27 und/oder
dem Auswerfer-Zapfen 28 ausgestattet sein.
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Experimentelle Ausführungsformen:
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Zylindrische
Alkali-Mangandioxid-Zellen Nrn. 1 bis 13 wurden experimentell unter
Verwendung der Dichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt und zahlreichen Tests unterzogen. Die vorliegende
Erfindung wird nachstehend auf der Grundlage der Testergebnisse
weiter beschrieben werden. Die zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen
Nrn. 1 bis 13 unter Verwendung einer Dichtung, die durch dasselbe
Verfahren in derselben Form wie diejenigen geformt worden ist, die
vorstehend beschrieben worden sind, betreffen die Ausführungsform
der Dichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung und wurden unter verschiedenen Bedingungen getestet.
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Die
Zellen Nrn. 1 bis 6 wurden hinsichtlich des Auftretens von Entweichen
und Rissen bzw. Platzen unter vorbestimmen Lagerbedingungen getestet.
Der Entweichtest wurde bei Zellen durchgeführt, die jeweils nach ihrer
Herstellung bei Zimmertemperatur über Zeiträume von einem Jahr oder zwei
Jahren liegen gelassen worden waren, beziehungsweise die nach ihrer
Herstellung bei einer Temperatur von 75 °C und einer Feuchtigkeit von
50 % für
Zeitdauern von jeweils 40 Tagen, 80 Tagen und 120 Tagen liegen gelassen
worden waren. Die Zellen wurden visuell hinsichtlich eines Entweichens überprüft. Dann
wurden die Zellen, die als ein Ergebnis der visuellen Überprüfung ein
Entweichen zeigten, auseinander genommen und die Dichtungen in ihnen wurden
hinsichtlich eines Risses bzw. Platzens unter einem Mikroskop mit
einer Vergrößerung von
20 überprüft. Der
Test wurde bei 100 Zellen von jedem Typ durchgeführt. Die Testergebnisse sind
wie in Tabelle 1 gezeigt. Die zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen
Nrn. 1 bis 6 waren wie nachstehend beschrieben aufgebaut.
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Bei
den zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen Nrn. 1 bis 6 werden
jeweils Dichtungen verwendet, bei denen der Stempel-Innendurchmesser
80, 90, 74, 77, 93 bzw. 96 % des Außendurchmessers des Strom-Kollektors
war. Man beachte, dass die Dichtungen, die in den Zellen Nrn. 1
bis 6 verwendet wurden, mit Ausnahme des Stempel-Innendurchmessers
dieselbe Form hatten.
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Wie
aus Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigten die Zellen Nrn. 1 und 2 weder
Entweichen noch Risse bzw. Platzen unter allen Bedingungen. Die
Zellen Nrn. 3 bis 6 zeigten jedoch ein Entweichen, und die Zellen
Nrn. 3 und 4 zeigten Risse bzw. Platzen. Aus den Testergebnissen
in Tabelle 1 ist erkennbar, dass in den zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen
der Stempel-Innendurchmesser
der Dichtung vorzugsweise 80 bis 90 % des Außendurchmessers des Strom-Kollektors
sein sollte.
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Als
Nächstes
wurden die zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen Nrn. 1, 7 bis
9 hinsichtlich der Drücke
untersucht, unter denen die dünnen
Bereiche der Dichtungen zerrissen wurden. Für die Messung des Zerreißdrucks
des dünnen
Bereichs wurde eine zweckbestimmte Hydraulikmessausstattung verwendet,
um 50 Zellen von jedem Typ zu testen. Ein Mittelwert und eine Standardabweichung,
nämlich
eine Variation des Zerreißdrucks,
wurden aus den gemessenen Drücken,
unter denen die dünnen
Bereiche (Sicherheitsventil) der Dichtungen in den jeweiligen Zellen
zerrissen wurden, berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Die somit getesteten Zellen Nrn. 7 bis 9 waren wie nachstehend beschrieben
aufgebaut.
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In
der Zelle Nr. 7 war der dünne
Bereich der Dichtung an einer Position gebildet, die näher an dem oberen
Bereich der Membran liegt. In der Zelle Nr. 8 war das Stempelloch
der Dichtung gerade gebildet, wobei es überall denselben Durchmesser
hat. In der Zelle Nr. 9 war die innere Umfangsseite des dünnen Bereichs der
Dichtung nicht abgeschrägt.
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Wie
aus Tabelle 2 erkennbar ist, zeigt die Zelle Nr. 1 eine kleine Standardabweichung
im Vergleich zu der der Zellen Nm. 7 bis 9. Die in Tabelle 2 gezeigten
Testergebnisse lassen erkennen, dass in den zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen
die Dichtungen, deren dünner
Bereich an einer Position, die dichter am Boden des Membranbereichs
liegt, und abgeschrägt
an der Innenumfangsseite des dünnen
Bereichs gebildet ist, und bei denen die Dicke des Stempelbereichs
im unteren Bereich allmählich
zunimmt, stabil mit weniger Variation des Zerreißdrucks des dünnen Bereichs
zerrissen werden können.
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Ferner
wurden die Zellen Nrn. 1 und 10, die unter den vorbestimmten Bedingungen
gelagert worden waren, hinsichtlich des Auftretens von Entweichen
und von Rissen bzw. Platzen durch das vorstehend erwähnte Verfahren
getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Es ist anzumerken,
dass in der Zelle Nr. 10 das untere Ende des Stempelbereichs der
Dichtung nicht so gebildet war, dass es vom Boden des Membranbereichs
hervorstand.
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Wie
aus Tabelle 3 ersichtlich ist, zeigte die Zelle Nr. 1 kein Auftreten
von Entweichen, während
die Zelle Nr. 10 ein Auftreten von Entweichen zeigte. Aus diesen
Testergebnissen ist erkennbar, dass, um das Entweichen in den zylindrischen
Alkali-Mangandioxid-Zellen sicher zu verhindern, das untere Ende
des Stempelbereichs der Dichtung vorzugsweise so gebildet werden
sollte, dass er vom Boden des Membranbereichs hervorsteht.
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Schließlich wurden
die Zellen Nrn. 1 und 11 bis 13 hinsichtlich des Auftretens eines
Reißens
bzw. Platzens aufgrund eines Stoßes, der dem Stempelbereich
dadurch versetzt wird, dass der Strom-Kollektor in das Stempelloch
eingeschoben wird, getestet. Die Dichtung wurde 24 Stunden lang
bei 100 °C
getrocknet, und ein Strom-Kollektor mit einem Außendurchmesser, der 160 % des
Innendurchmessers des Stempelbereichs betrug, wurde in das Stempelloch
der Dichtung eingeschoben. Der Stempelbereich wurde hinsichtlich
des Auftretens von Rissen bzw. Platzen unter einem Mikroskop mit
einer Vergrößerung von
20 beobachtet. Das Einschieben des Strom-Kollektors wurde wie vorstehend beschrieben
mit 500 Zellen von jedem Typ wiederholt. Das Auftreten von Rissen
bzw. Platzen wurde bei jeder Zelle überprüft. Diese Ergebnisse sind wie
in Tabelle 4 gezeigt. Für
die Zelle Nr. 1 wurde eine Dichtung unter Verwendung der Formwerkzeug-Anordnung 19 geformt,
die vorstehend beschrieben worden ist. Für die Zelle Nr. 11 wurde eine
Dichtung unter Verwendung der Formwerkzeug-Anordnung 19,
in der die Auswerfer-Hülse
und der Auswerfer-Zapfen nicht bereitgestellt waren, geformt. Für die Zelle
Nr. 12 wurde eine Dichtung unter Verwendung einer Formwerkzeug-Anordnung,
die mit einem Nadelpunktanschnitt, der vom Boden des Stempelbereichs
gebildet ist, ausgestattet war, geformt. Für die Zelle Nr. 13 wurde eine
Dichtung unter Verwendung einer Formwerkzeug-Anordnung, die mit einem Seitenanschnitt,
der von der Außen-Umfangsseite
gebildet war, geformt.
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Aus
Tabelle 4 ist ersichtlich, dass kein Riss bzw. Platzen in Zelle
Nr. 1 auftrat, und die Zellen Nrn. 11 bis 13 das Auftreten von Rissen
bzw. Platzen zeigten. Aus diesen Ergebnissen kann beurteilt werden,
dass für die
zylindrischen Alkali-Mangandioxid-Zellen die Dichtungen vorzugsweise
unter Verwendung einer Formwerkzeug-Anordnung geformt werden sollte,
die mit einem Ringanschnitt, einem scheibenförmigem Anschnitt oder einem
Filmanschnitt, der vom oberen Bereich des Stempelbereichs gebildet
ist, und mit einer Auswerfer-Hülse
und einem Auswerfer-Zapfen ausgestattet ist.
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Wie
vorstehend beschrieben worden ist, wird durch die vorliegende Erfindung
eine Dichtung mit einer ausgezeichneten Anti-Riss- bzw. Anti-Platzeigenschaft
und ein Verfahren zum Formen der Dichtung unter Verwendung einer
Formwerkzeug-Anordnung, in die ein Harz gleichförmig eingefüllt werden kann und das ausreichend
ist, um eine Dichtung mit weniger Lunkern, Einsackstellen oder Schweißnahtmarkierungen
auf dem Stempelbereich zu formen, bereitgestellt. Die Lunker, Einsackstellen
und Schweißnahtmarkierungen
werden, wenn vorhanden, die Festigkeit der Dichtung beeinträchtigen.
Die somit geformte Dichtung wird keine Schweißnaht auf dem dünnen Bereich
(Sicherheitsventil) und ungleichförmige Verteilung der Festigkeit
haben. In der Dichtung wird die Abschrägung der Innen-Umfangsseite
und die kantenartige Bildung der Außenumfangsseite ein stabiles
Zerreißen
des dünnen
Bereichs, der schwächer
als die Innenumfangsseite ist, sicherstellen. Daher ist die zylindrische
Alkali-Mangan-Zelle
unter Verwendung der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
geformten Dichtung hinsichtlich der Verhinderung von Entweichen
verbessert, da die Zelle mit der Dichtung abgedichtet werden kann,
die ausgezeichnet hinsichtlich der Riss- bzw. Platzbeständigkeit
ist, und die als ein besseres Explosionssicherheitsventil arbeitet,
wobei ein stabiles Zerreißen
sichergestellt ist.
