FI65688B - Kontaktanordning foer battericell i ett galvaniskt batteri - Google Patents

Description

65688

Kosketinsovitelma galvaanisen pariston paristokennoa varten Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen kosketinsovitelma.

5 Syövyttävää elektrolyyttiä sisältävien galvaanisten paristojen on oltava niin tiiviisti suljettuja, että missään käyttöolosuhteissa elektrolyytti ei pääse valumaan kennosista, aiheuttaen vahinkoa paristoa energialähteenä käyttävälle laitteelle. Yleisin 10 elektrolyyttivuodon syy galvaanisissa paristoissa on riittämätön tiivistys siinä kohdassa, missä negatiivinen virranottokohtio läpäisee kennon kuorena toimivan eristysainekerroksen.

FI-patenttijulkaisussa k9 090 (US-patenttijul-15 kaisussa i+,060,6TO) on esitetty elektrolyytt ivuodon täysin estävä kosketinyhdistelmä, joka perustuu siihen, että sekä positiivisen että negatiivisen virrankokoo-jan oleellinen osa on jäykkä metallilevy, joka on paristokennon kuoren sisäpuolella ja joka paristo-20 kennon kuoren läpivientikohdassa on päällystetty tämän kuoren sisäpintaan tiiviisti tarttuvalla, sitkeällä eristysaineella. Sähköä johtava kosketus näihin elektrodien yhteydessä oleviin metallilevyihin on aikaansaatu paristokennon ulkopuolella olevilla 25 jousilla, jotka läpäisevät paristokennon kuoren sekä mainitun tiivistysainekerroksen, puristuen tiukasti mainittuja metallilevyjä vasten. Tämä kosketinyhdistelmä on käyttökelpoinen ja luotettava, mutta tähän ideaan perustuvan paristotuotannon 30 automatisointi on osoittautunut erittäin vaikeaksi.

Lisäksi on todettu, että varsinkin pienikokoisissa paristoissa tämä kosket injärjestelmä vaatii suhteettoman suuren osan pariston tilavuudesta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa 35 edellä mainitut epäkohdat ja saada aikaan uuden- 65688 2 lainen ja entistä käytännöllisempi galvaanisen pariston kosketinsovitelma.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että paristokennon negatiivisella puolella sitkeä ja tarttu-5 va eristysainekerros on sijoitettu paristokennon kuoren ulkopuolelle ja virranotto negatiivisesta elektrodista tapahtuu vähintään yhden tämän eristys-ainekerroksen läpäisevän, negatiiviseen elektrodiin tunkeutuvan piikkimäisen kosketineliraen kautta. Tällöin 10 on virranottokohtiona toimiva metallilevy kiinnitetty kosketinelimen siihen nähden periaatteessa kohtisuoraan sekä puristettu paristokennon ulkopinnalla olevaa eristysainekerrosta vasten tiiviisti siten, että kosketinkappaleen ja virranottokohtiona toimivan 15 metallilevyn kiinnityskohta on täysin eristysaineen ympäröimä.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle kosketinsovitelmalle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

20 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä sekä erilliskennojen virranotto-kohtiot että useampien kennojen sarjakytkentä on saatu aikaan yksinkertaistetulla rakenteella, joka on tehnyt mahdolliseksi pitkälle automatisoidun paristo-25 tuotannon. Keksinnön mukainen kosketinsovitelma soveltuu mm. aikalisiin levykeparistoihin sekä erilaisiin sylinterimäisiin kennotyyppeihin, kuten aikalisiin ruunikiviparistoihin sekä ns. kuiviin lyijyakkuihin.

30 Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan liitteinä olevien piirustusten mukaisten suoritusesimerkkien avulla.

Kuvio 1 esittää nivuleikkauskuvantona levyke-paristoa, johon keksinnön mukainen kosketinyhdisteImu 35 on sovellettavissa.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista kennoa päältä katsottuna.

3 65688

Kuviot 3 ja 1* esittävät kuvioiden 1 ja 2 mukaisia tapauksia yksi keksinnön mukainen lisäeristys-kerros ja kosketinelin paikoilleen asennettuna.

Kuvio 5 esittää sivuleikkauskuvantona kolmesta 5 kennosta koottua paristoa.

Kuviot 6 ja 7 esittävät sivuleikkauskuvantona keksinnön mukaisen sovitelman toista suoritusmuotoa.

Kuvio 8 esittää sivuleikkauskuvantona keksinnön mukaisen sovitelman kolmatta suoritusmuotoa.

10 Kuviot 9» 10 ja 11 esittävät yksityiskohtia kuvion 8 mukaisesta rakenteesta.

Kuviot 12 ja 13 esittävät sivuleikkaus- ja vastaavasti yläkuvantona paristokennon vaihtoehtoista rakennetta.

15 Kuvio 1U esittää sivuleikkauskuvantona kolmesta kuvion 12 mukaisesta paristokennosta koostuvaa paristoa.

Kuvio 15 esittää kuvion 11» mukaisessa paristossa käytettäviä kosketinelimiä.

20 Kuvio 16 esittää keksinnön mukaisessa kosketin- sovitelmassa käytettäviä kosketinelinratkaisuja.

Kuvio 17 esittää leikkauskuvantona sekä eri osat erilleen irroitettuina lieriömäistä paristo-kennoa, johon keksinnön mukainen kosketinsovitelma on 25 sovellettavissa.

Kuvio 18 esittää leikkauskuvantona vaihtoehtoista lieriömäistä paristokennorakennetta.

Kuvioiden 1 ja 2 mukainen paristokenno käsittää kuoren, joka koostuu muovifolioista 1 ja 2. Nämä 30 foliot on valmistettu polyetyleeni/polyamidilaminaatista, jolloin polyetyleeni tulee sisäpuolelle. Separaattori-kerros 5 on ioneja läpäisevä, esim. polyamidia oleva nonvovenhuopa. Separaattorikerros erottaa kennon positiivisen ja negatiivisen osan toisistaan.

Vj Separaalt i r ikerrok sen 5 rcMinaosa on valmistettu kuuniusaumuu tuvan Lu ρο1yety1eenistä, jolloin kuoren u 65688 osat 1 ja 2 sekä separaattorikerroksen 5 reunaosa 3 on kuumasaumattu yhteen tyhjössä polyetyleenikerrok-set vastakkain.

Positiivinen massatabletti 6 sisältää depolari-5 soivana aineena esim. MNOgia sekä elektroneja johtavana aineena grafiittia. Siinä on lisäksi tavanomaisessa suhteessa elektrolyyttinä KOHrta sekä sideainetta,joka pitää tabletin koossa. Esim. rautaa oleva metallilevy 7 toimii positiivisena virrankokoojana. Se on posi-10 tiivistä massatablettia 6 vasten olevalta pinnaltaan päällystetty suo j amaal ikerroksella 8, joka sisältää hiiltä. Metallilevyn 7 ulkopinta on päällystetty eristysainekerroksella 9, joka voi olla ns. hot melt-ainetta tai bitumia, johon on lisätty kumimaisia 15 lisäaineita. Eritysainekerros 9 on tarttuvaa, ei-valuvaa ja sitkeää ainetta. Eritysainekerroksen 9 keskelle on jätetty esim. suorakaiteen muotoinen tyhjä alue 10.

Negatiivisena elektrodina 11 on sinkkimassakerros, joka sisältää hienojakoista amalgamoitua sinkkiä sekä 20 paristoreaktion edellyttämän määrän KOH-liuosta sekä tämän köli1idimais e sti sitovaa karboksimetyylisellu-loosaa.

Tällaisten kennojen automaattinen valmistus käyttämällä elintarviketeollisuudesta tunnettua tyhjö-25 pakkausmenetelmää on helposti toteutettavissa.

Koska kenno on kauttaaltaan muovifolion sulkema, se ei sellaisenaan vielä ole paristo, koska siinä ei ole virranottoon tarvittavia kosketinelimiä. Jotta.kuvioiden 1 ja 2 mukaisesta kennosta saataisiin toimiva 30 paristo, kenno on varustettava tällaisilla kosketin-elimillä.

Kuvioissa 3 ja U on esitetty, kuinka positiiviseen virrankokoojaan 7 saadaan kosketus poistamalla * kuoresta 1 se osa 10, joka ei ole kosketuksessa 35 eristysaineeseen 9. Näin paljastuneeseen metalli- pintaan on kiinnitetty esim. U:n muotoinen, kahdella 65688 5 piikillä varustettu kosketinelin 12. Tämä voi olla esim. kuparia, messinkiä tai sinkittyä rautaa.

Se voidaan kiinnittää pistehitsaamalla tai juottamalla virrankokoojalevyyn 7· Ennen pariston kokoamista ken-5 non negatiiviselle puolelle sovitetaan sitkeää, tarttuvaa ainetta oleva ainekerros 13, joka tekee mahdolliseksi pariston tiiviyden säilyttämisen lopullisessa kokoamisvaiheessa ja sen jälkeen. Tämä kerros voi olla samaa ainetta kuin edellä mainittu kerros 9· 10 Kuvio 5 esittää kolmesta edellä kuvatun mukai sesta kennosta koottua paristoa, jolloin kaksi alinta kennoa ovat kuvioiden 3 ja U mukaisia, mutta ylimmän kennon kosket inkappale 11+ on sopivimmin tehty ohuesta teräslevystä, joka on pistehitsaamalla 15 kiinnitetty positiiviseen virrankokoojalevyyn 7· Tämä kosketinelin 1U koskettaa toiselta puoleltaan pariston positiiviseen virranottokohtioon 15·

Negatiivinen kosketinlein 16 on puolestaan esim. pistehitsaamalla kiinnitetty suoraan negatiivi-20 seen virranottokohtioon 17· Kennot on puristettu yhteen kumirenkailla 18.

Kuten on käynyt ilmi, negatiiivseen elektrodiin 11 tunkeutuvat kosketinpiikit on kauttaaltaan eristetty kennon ulkopuolella olevan eristyskerroksen 25 13 avulla niin, että mahdollinen vuoto on täysin estetty. Samalla kennot niitä yhteen puristettaessa liimautuvat toisiinsa kunkin kennon negatiivisella puolella olevan eristyskerroksen 13 avulla niin, että paristo muodostaa kiinteän kokonaisuuden. Kos-30 ketinsovitelman vaatima tila pariston kokonaistilavuuteen verrattuna on häviävän pieni. Lisäksi kennojen välinen sähköinen kosketus on erittäin luotettava,ja kosketus säilyy hyvänä mekaanisissa tärähtelyissäkin.

Kuviossa 6 ja siihen liittyvässä detaljikuviossa 35 7 on esitetty edellä kuvatun kosketinsovitelman muunnel ma, joka soveltuu erikoisesti ohutkennoisiin paristoihin 6 65688 sekä sellaisiin paristoihin, joita rasitetaan suurilla kuormilla. Tässä rakenteessa kosketinelimet 12 ja 16 on tehty kuparilangasta, jolloin kosketinelimissä on vain yksi piikki. Tämä piikki tunkeutuu paristoa 5 koottaessa negatiivisen elektrodimassan 11 alapinnalla olevan ohuen kuparifolion 19 läpi, kuten parhaiten käy ilmi suurennetusta detaljikuviosta 7. Tällöin muodostuu erittäin hyvä sähköinen kosketus negatiivisena virrankokoojana toimivaan kuparilevyyn 19. Näin 10 ollen virrantiheys kennon positiivisen ja negatiivisen virrankokoojan välillä saadaan homogeeniseksi, ja paristosta saadaan varsin suuria virtoja. On selvää, että tällaisia kennoja päällekkäin latomalla saadaan mielivaltaisen jännitteen omaava paristo.

15 Ollessaan kohtisuorassa seuraavan kennon pintaan nähden paristoa koottaessa kosketinelimen piikki tunkeutuu ensin eriätysainekerroksen 13 ja sen jälkeen kuoren 2 läpi siten, että itse kennossa vallitseva tyhjö säilyy. Kun kennot puristetaan 20 toisiaan vasten, tämä eristyskerros 13 pitää tyhjöä yllä.

Kuviot 8-11 esittävät kuvioiden 6 ja 7 mukaisen ratkaisun muunnosta, joka on sovellettu FI-patenttihakerauksen 810552 mukaiseen ratkaisuun.

25 Negatiivinen virrankokooja 19 käsittää tässä tapauksessa verkon, joka koostuu kuparilangoista 20 ja muovikuitulangoista 21. Kuparilankavirrankokoojaan 19 on siis liitetty muovikuitukudos 21, joka toimii lisäelektrolyyttisäiliönä. Kosketinelin 12 on 30 tässä tapauksessa kuvion 9 esittämällä tavalla kolmiomaisesti laajeneva, jotta sen tunkeutuessa virrankokoojaverkon 19 läpi muodostuisi sähköinen kosketus kuparilankoihin 20, kuten kuviosta 10 käy ilmi. Kolmionmuotoinen kärki levittäytyy verkkoon 35 19 tunkeutues saan kosketukseen kuparilankojen 20 kanssa. Näin ollen kolmion kannan b on kuviossa 11 7 65688 esitetyllä tavalla oltava vähintään yhtä suuri kuin kudoksessa 19 olevien kuparilankojen 20 väli a.

Kuviot 12 ja 13 esittävät kuvoiiden 1 ja 2 mukaista kennorakennetta, paitsi että positiivisen 5 virrankokoojan 7 ulkopinnalle levitetty eristysaine- kerros 9 on yhtenäinen (siinä ei siis ole aukkoa). Tässä tapauksessa keksinnön mukaista sovitelmaa sovellettaessa on käytettävää erillisiä kosketin-elimiä.

10 Kuvioissa 1U ja 15 on esitetty tällainen rat kaisu, jolloin havaitaan, että tarvitaan kolmenlaisia kosketinrakenteita 22, 23, 2^4, jollaiset on periaateratkaisuina esitetty kuviossa 15. Positiivisessa kosketineliraessä 22 tarvitaan vain yhteen suuntaan 15 (= alaspäin) taivutettuja piikkejä 22'. Kennojen välissä olevissa kosketinelimissä 23 tarvitaan kahteen suuntaan osoittavia piikkejä 23* ja 23" sar-jakytkennän aikaansaamiseksi. Negatiivisen kohtion 17 kosketinelimessä 2k on vain negatiiviseen elektro-20 diin 11 tunkeutuva piikki 2U".

Selvyyden vuoksi kuvoissa 15 esitetyt kosketin-elimet on piirretty karrikoidusti. On huomattava, että koska positiivisen virrankokoojän 7 yhteydessä oleva eristysainekerros 9 ja kuorikerros 1 ovat 25 ohuita, piikkimäiset kärjet 21’ ja 23’ ovat todellisuudessa hyvin lyhyet verrattuina negatiiviseen elektrodiin 11 tunkeutuviin kärkiin 23" ja 2V.

Kuvioissa 16a - d on esimerkkejä positiiviseen virrankokoojaan esim. pistehitsaamalla kiinnitettä-30 vistä kosketinelimistä (kuviot 1 - 11).

Kuvioissa l6e - h on puolestaan esimerkkejä erillisistä kosketinelimistä, joissa on molempiin suuntiin osoittavat piikit 23’ ja 23".

Kuviossa 17 on esitetty, kuinka keksintö on 35 sovellettavissa sylinterimäisiin paristokennoihin. Tässä tapauksessa kenno käsittää sylinterimäisen 8 65688 muovikuoren, jossa on paksuhko vaippaosa 101 ja ohuehko pohjaosa 102. Vaippaosa 101 ulottuu kaulusmaisesti (101') pohjaosan 102 alapuolelle. Muovikuoren 101, 102 sisään on sovitettu lieriö-5 raäinen positiivinen virrankokooja 107> jonka sisäpinnassa on suojamaalikerros 108. Depolarisointimassasta puristettu toroidimainen kappale 106 on sovitettu välittömästi kosketukseen suojamaalikerroksen 108 kanssa.

10 Separaattorikerroksella 105 kauttaaltaan pus s imaise sti ympäröitynegatiivinen elektrodimassa 111 on muotoiltu patruunaksi, joka täyttää depolari-sointimassakappaleen 106 sisäpuolella olevan sylinterimäisen tilan. Positiivinen virranottokohtio 15 115 sulkee tiiviisti sylinterimäisen kuoren 101 painuen reunoistaan kosketukseen positiivisen virrankokoo j asylinterin 107 yläreunan kanssa. Muovikuori 101 on tämän jälkeen paarrettu kohtion 115 reunojen ylitse, jolloin paristo on saatu tiiviisti suljetuksi.

20 Negatiivinen virranottokohtio käsittää edullisesti niklatun rautalevyn 117, johon on esim. hitsaamalla kiinnitetty piikkimäinen kosketinkappale 1 16. Muovikuoren pohjaosan 102 alapinta on päällystetty eristysainekerroksella 113, minkä jälkeen piikki-25 raäinen kosketinelin 116 voidaan työntää eristysaine- kerroksen 113, muovikuoren pohjaosan 102 ja separaatto-rikerroksen 105 läpi aksiaalisesti niin, että se työntyy negatiivisen elektrodimassan 111 sisään. Tällöin laippamainen osa 117 painautuu tiiviisti eristysaine-30 kerroksen 113 päälle, minkä jälkeen kaulusosa 101' paarretaan sisäänpäin vaippaosan 117 reunan ylitse» minkä jälkeen paristo on valmis.

Mahdollisen oikosulun estämiseksi positiivisen virranottokohtion 115 ulkonevan osan 115' 35 sisäpuoli voidaan täyttää eristysaineella 125, esim. bitumilla.

9 65688

Paristo voidaan lisäksi tavalliseen tapaan sulkea ei-esitetyllä teräskuotella.

Kuviossa 18 on esitetty kuivon 17 vaihtoehtoinen ratkaisu, jossa positiivinen virranottokohtio 5 115, 107 toimii samalla positiivisena virrankokoojana ulottuen muovisen paristokuoren 102 asti. Tässä on 1ieriörenkaan muotoinen ura 126 lieriömäisen virran-kokoojan 102 alareunan vastaanottamiseksi. Pohjaosassa 102 on keskellä ohennus 127 piikkimäisen kos-10 ketinelimen 116 läpiviennin helpottamiseksi. Muissa suhteissa rakenne on kuvion 17 mukainen.

On huomattava, että keksinnön mukainen ajatus on edellä esitetyistä suoritusesimerkeistä poiketen luonnollisesti sovellettavissa myös paristokennon 15 positiiviseen puoleen.

Claims (6)

1 o 6 5 6 8 8

1. Kosketinsovitelma sellaista galvaanisen pariston paristokennoa varten, joka käsittää - positiivisen massakerroksen (6, 106) 5. negatiivisen elektrodikerroksen (11, 111 ), separaattorikerroksen (5, 105)» joka erottaa toisistaan positiivisen massakerrok-sen (6, 106) ja negatiivisen elektrodikerroksen (11, 111), 10. positiivisen virrankokoojan (7» 107)» joka liittyy positiiviseen massakerrokseen (6, 106), kuoren (1, 2, 101, 102), joka on valmistettu eristävästä aineesta ja joka hermeettisesti 15 sulkee sisäänsä paristokennon aktiiviset osat, kosketinelimet (12, 1U, 16, 22, 23, 2k, 116) kosketuksen aikaansaamiseksi kuoren (1, 2, 101, 102) läpi positiiviseen virrankokoojaan 20 (7» 107) ja vastaavasti negatiiviseen elektrodikerrokseen (11, 111) ja ainakin yhden lisäeristyskerroksen (9» 13, 113), joka on valmistettu sitkeästä ja tarttuvasta aineesta ja joka rajoittuu 25 kuoreen (1, 2, 101, 102) tämän kuoren hermeettisyyden säilyttämiseksi kosketin-elimen (12, 1U, 16, 22, 23, 2h, 116) läpi viennistä huolimatta, t u n n e tt u siitä, että lisäeristyskerros (13, 113) 30 ainakin kennon negatiivisella puolella on sovitettu kuoren (1, 2, 101, 102) ulkopintaan niin, että kosketinelin (16, 23, 2k, 116) kuoren (1, 2, 102) läpi tunkeutuessaan ensin työntyy tämän lisäeristyskerroksen (13, 113) läpi. 1 1 65688

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kosketin-sovitelma, tunnett u siitä,että kosketin— elimet (22, 23, 2k, 116) ovat erillisiä elimiä (kuviot 15 ja l6e - h).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kosketin- sovitelma, tunnettu siitä, että kosketin-elimet (12, 11+, 16) ovat kiinteästi kennon positiiviseen virrankokoojaan (7) tai pariston negatiiviseen kohtioon (1T, 117) kiinnitetyt (kuviot 3-11 10 j a 16a - c). 1+. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kosketin-sovitelma, t u n n e tt u siitä, että kosketinelimet (22, 23, 2h, 116) käsittävät virranottokohtiona toimivan levymäisen osan (22, 23, 2U, 117) sekä ainakin yhden 15 tämän tasosta ainakin likimain kohtisuoraan ulos työntyvän piikkimäisen rakenteen (22', 23', 23", 2U") (kuviot 15 ja l6e - h).

5. Patenttivaatimuksen k mukainen kosketin-sovitelma, tunnettu siitä, että kosketin- 20 elimen ollessa paikoillaan sen levymäinen osa ( 22, 23 , 2U) on kokonaisuudessaan lisäeristyskerroksen ( 1 3 ) ympäröimä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kosketin-sovitelma, jolloin paristokenno on lieriömäinen, 25 tunnettu siitä, että lisäeristyskerros ( 1 13) on sovitettu kuoren (101, 102) ohuehkon päätyosan (102) ulkopinnalle ja kosketinelimenä (116, 117) on kohtiona toimivan levyn (117) ja siitä kohtisuoraan ulos työntyvän piikin ( 1 1 6 ) yhdistelmä, jolloin piikki (116 ) on 30 tarkoitettu sopivimmin koaksiaalisesti työntymään lisäeristyskerroksen (113), kuoren (101, 102) päätyosan (102) sekä pussimaisen separaattorikerroksen (105) läpi negatiiviseen elektrodimassaan (111 ) (kuvio 17). 12 65688