-
Diese
Erfindung betrifft eine verbesserte Kombination eines elektrochemischen
Elementes und einer damit integriert verbundenen Anzeigevorrichtung
für den
Zustand der Batterie.
-
Elektrische
Primärelemente,
die eine Vorrichtung für
das visuelle Anzeigen des Zustandes der Ladung des Elementes umfassen,
sind bekannt. Beispielsweise wird eine Anzeigevorrichtung im
U.S.Patent Nr. 1497388 offenbart,
die an einer Stelle so angeordnet ist, daß der Strom im Element durch
die Anzeigevorrichtung hindurchgeht. Die Anzeigevorrichtung ist
ein Papier, das mit einer Chemikalie imprägniert ist, die die Farbe in
Abhängigkeit
von der Stromstärke
verändert.
die durch das chemisch imprägnierte
Papier hindurchgeht. Drähte
oder Elektroden müssen
daher an den entgegengesetzten Seiten des imprägnierten Papieres befestigt
werden, um einen Stromfluß durch
jenes Papier zu bewirken. Die Nachteile dieser Erfindung sind, daß die Leitungsdrähte leicht
verschoben werden können,
daß die
Anzeigevorrichtung ohne weiteres damit in Eingriff kommen kann,
und daß die
losen Drähte
das Einführen
des Elementes in eine Vorrichtung stören. Außerdem kann die Chemikalie,
mit der das Papier imprägniert wird,
durch die Umgebungsbedingungen beeinflußt und unzuverlässig gemacht
werden.
-
Im
U.S. Patent Nr. 2980754 von
Reilly und Mitarbeitern, ausgestellt am 19. April 1961, wird eine Anzeigevorrichtung
für die
Erschöpfung
eines Elementes offenbart, die aus einer relativ dünnen Schicht
eines Materials besteht, das das Aussehen bei Kontakt mit dem Elementelektrolyt
verändert.
Das Material wird zwischen einem anodischen Elementbehälter aus
einem aufbrauchbaren Metall und einer durchsichtigen Umhüllung für das Element
positioniert. Da die Anode aufgebraucht wird, wenn Strom erzeugt
wird, werden kleine Löcher
erzeugt, die Öffnungen
bereitstellen, durch die der Elektrolyt hindurchgeht und das Isoliermaterial
tränkt.
um mit einer Anzeigeschicht in Kontakt zu kommen. Wenn der Elektrolyt
einen Kontakt mit der Anzeigeschicht herstellt, kommt es zu einer
Reaktion, die ein weißes Kontrastreaktionsprodukt
zurückläßt. Diese
Erfindung würde
nicht bei Elementen funktionieren, die nicht den Behälter während der
Entladung aufbrauchen, wie beispielsweise alkalische Zink/Mangandioxid-Elemente
oder Lithiumelemente.
-
Im
U.S. Patent Nr. 3514338 von
Eekma wird eine Anzeigevorrichtung dem Gehäuse einer Batterie hinzugefügt, wobei
die Substanz der Anzeigevorrichtung die Farbe in Gegenwart von Wasser
verändern kann.
Diese Anzeigesubstanz kann durch den durchsichtigen Gehäuseabschnitt
des Elementes betrachtet werden. Diese Erfindung ist nur in der
Lage anzuzeigen, daß das
Element aktiviert wurde, und sie ist nicht in der Lage, den relativen
Zustand der Batterie während
des Gebrauchs anzuzeigen.
-
Im
U.S. Patent Nr. 3563806 von
Hruden umfaßt
eine Anzeigevorrichtung für
die Batteriekapazität und
deren Aktivierung ein Stück
eines saugfähigen Materials,
das mit einem pH-empfindlichen Farbstoff imprägniert ist. Das Material wird
getrocknet und danach in den Öffnungen
der Batteriehülle
angeordnet, wobei ein durchsichtiges Fenster bereitgestellt wird, so
daß das
imprägnierte
Material betrachtet werden kann. Während die Ladung der Batterie
erschöpft wird,
verändert
sich der pH-Wert der die Ladung erzeugenden Verbindung, wodurch
veranlaßt
wird, daß das
imprägnierte
Material seine Farbe verändert. Das
würde nicht
bei einem Element funktionieren, das nicht eine wahrnehmbare Veränderung
des pH-Wertes während
der Entladung aufweist, wie beispielsweise bei einem alkalischen
Mangandioxidelement oder einem Lithiumelement.
-
Im
U.S. Patent Nr. 3773563 von
Eaton, Jr. und Mitarbeitern wird eine Farbstoff/Aluminium-Mischung
in einer zylindrischen Aussparung angeordnet, die in eine Zinkplatte
gebohrt wurde, wobei die Aussparung abgedichtet wird, um die Farbstoff/Aluminium-Mischung
abzudecken. Wenn Strom von der Batterie geliefert wird, wird die
Zinkelektrode aufgelöst,
bis das Ende der Aussparung weggefressen und die Farbe freigesetzt
ist. Die Veränderung
der Farbe des Elektrolyten, wenn der Farbstoff freigesetzt ist, kann
betrachtet werden, um anzuzeigen, daß die Lebensdauer der Batterie
erschöpft
ist. Die Nachteile dieser Erfindung sind, daß sie innerhalb des Elementes
angeordnet wird, was die Montage kompliziert, und daß sie nur
mit einer plattenartigen Elektrode funktioniert.
-
Im
U.S. Patent Nr. 3992228 von
Depoix, ausgestellt am 16. November 1976, besteht die Anzeigevorrichtung
aus einem perforierten Kupfer- oder Kupferlegierungsblech, das von
der Außenseite
des Elementes durch ein geeignetes durchsichtiges Fenster durch
die Seite des Elementes sichtbar gemacht wird. Wenn es montiert
ist, wird das Kupferblech mit einer dünnen Zinkschicht beschichtet,
wodurch das Kupferblech eine graue Farbe erhält. Während der Entladung des Elementes
oxidiert das Zink dieser Schicht, und die ursprüngliche Färbung des Kupferbleches wird
sichtbar. Die Nachteile dieser Erfindung umfassen die Tatsache,
daß die
Montage kompliziert ist, und die Tatsache, daß sie nur einen Zustand der Batterie
in Abhängigkeit
von der Tiefe anzeigen kann, in der die Anzeigevorrichtung in der
Elektrode eingebettet ist.
-
Das
U.S. Patent Nr. 4048388 von
Chevet offenbart eine Anzeigevorrichtung, die aus einer im Inneren
des Elementes eingeschlossenen Substanz besteht, die von der Außenseite
der Batterie betrachtet werden kann. Diese Substanz ist so, daß sie die Farbe
verändert,
wenn sie mit dem Elektrolyt in Kontakt kommt. Der Elektrolyt kommt
mit der Anzeigesubstanz erst in Kontakt, nachdem der Behälter, in dem
die Anzeigesubstanz untergebracht wurde, durch die eine Ladung erzeugende
chemische Reaktion aufgebraucht wurde. Daher wird die Anzeige erst erfolgen,
nachdem die Ladung in der Batterie im wesentlichen erschöpft wurde.
-
Das
U.S. Patent Nr. 4497881 von
Bertolino offenbart, daß die
Beobachtung eines der stromführenden
Materialien im Element eine Anzeige des Zustandes der Batterie bewirken
kann, vorausgesetzt, daß das
stromführende
Material eine kontinuierliche Farbveränderung in der normalen Lebensdauer
der Batterie erfährt.
Ein Nachteil dieser Erfindung ist, daß sie nur bei Batterien funktioniert,
die stromführende Materialien
besitzen, die bei der Entladung eine Farbveränderung erfahren. Außerdem ist
es unerwünscht,
daß irgendwelche
Elemente das Batteriegehäuse
oder den Batteriedeckel durchdringen, wie beispielsweise das Beobachtungsfenster,
das ein Leckweg sein kann.
-
Das
US-A-5015544 offenbart
eine Batterie mit einer Anzeigevorrichtung für den Zustand und einer Schaltvorrichtung
für das
Anschließen
der Anzeigevorrichtung über
die Klemmen, um sie in Betrieb zu nehmen.
-
In
EP-A-495636 von
der Eveready Battery Company, Inc., wird eine Batterie mit integriertem Prüfschild
offenbart, bei dem das Prüfelement
Teil des Schildes ist und einen Stromkreis aufweist. dessen Enden
die Klemmen der Batterien kontaktieren oder mit diesen kontaktierbar
sind.
-
Entsprechend
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination eines
elektrochemischen Elementes und einer Anzeigevorrichtung für den Zustand
des Elementes mit den im Anspruch 1 dargelegten Merkmalen bereitgestellt.
-
Entsprechend
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kombination eines
elektrochemischen Elementes und einer Anzeigevorrichtung für den Zustand
des Elementes mit den im Anspruch 10 dargelegten Merkmalen bereitgestellt.
Anspruch 18 definiert ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung wird ein Teil der Anzeigevorrichtung
gepreßt,
um dessen direkten Kontakt mit einer Klemme zu bewirken. Es ist
kein spezieller Schaltmechanismus vorhanden. Die Anzeigevorrichtung
ist so konstruiert, daß kein
Teil dieser dort positioniert ist, wo es das Einführen der
Batterie in eine Vorrichtung stören
könnte,
wie es beispielsweise der Fall wäre,
wenn Drähte
oder Beschriftungsschilder damit für das Anschließen an Klemmen
an einem oder beiden Enden eines Elementes verbunden wären, und
die Zugabe von Chemikalien, um den Betrieb zu bewirken, ist nicht
erforderlich.
-
EP-A-450938 , ein
Dokument mit einem Veröffentlichungsdatum
zwischen dem Prioritätsdatum und
dem Veröffentlichungsdatum
dervorliegenden Patentanmeldung, offenbart ein Batterieprüfelement mit
einem Voltmeter, bei dem das Voltmeter eine dielektrische Schicht
(
13), eine leitende Schicht (
14,
15,
16),
die angrenzend an die dielektrische Schicht (
13) angeordnet
ist, und eine temperaturempfindliche Farbindikator-Schicht (
19)
im Kontakt mit der leitenden Schicht (
14,
15,
16)
aufweist. Die leitende Schicht (
14,
15,
16)
ist in der Lage, genügend
Wärme zu
erzeugen, um eine Änderung
in der temperaturempfindlichen Kontrollindikator-Schicht (
19)
zu bewirken. Das Voltmeter kann mit einem Schild integriert und direkt
an einer Batterie angebracht werden. Außerdem weisen die Dokumente
EP-A-497617 und
EP-A-495 636 gleichen
Charakter auf und beziehen sich gleichermaßen auf Batterieelemente mit
einer integrierten Anzeigevorrichtung für den Ladungszustand.
-
Bei
einer Ausführung
ist die Anzeigevorrichtung für
den Zustand integriert mit einem Schild des Elementes verbunden,
und die Schaltvorrichtung befindet sich an einem der Enden des Elementes.
Bei einer zweiten Ausführung
sind die Anzeigevorrichtung für
den Zustand und die Schaltvorrichtung zwischen der Oberseite des
Elementes und einer gegenüberliegenden
Abschlußkappe
angeordnet.
-
Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
mit Bezugnahme auf die Zeichnungen diskutiert, die zeigen:
-
1 eine
herausgeschnittene Querschnittdarstellung eines elektrochemischen
Elementes, das eine Anzeigevorrichtung für den Zustand besitzt, die entsprechend
der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde:
-
1A eine
vergrößerte Darstellung
eines Abschnittes aus 1, die die Art und Weise zeigt,
in der eine elektrische Verbindung eines der Kontakte der Anzeigevorrichtung
für den
Zustand mit einer der Klemmen des Elementes zustande gebracht werden kann;
-
1B eine
vergrößerte Darstellung
eines Abschnittes aus 1, die die Art und Weise zeigt,
in der eine elektrische Verbindung des anderen Kontaktes der Anzeigevorrichtung
für den
Zustand mit der anderen Klemme des Elementes zustande gebracht werden
kann;
-
2 eine
Seitenansicht eines Elementes mit einer damit integriert verbundenen
Anzeigevorrichtung für
den Zustand;
-
3 eine
Querschnittdarstellung durch den oberen Abschnitt einer weiteren
Ausführung
eines elektrochemischen Elementes, das eine mit ihm integriert verbundene
Anzeigevorrichtung für
den Zustand aufweist;
-
3A eine
vergrößerte Darstellung
eines Abschnittes aus 3, die die Art und Weise zeigt,
in der eine elektrische Verbindung des einen der Kontakte der Anzeigevorrichtung
für den
Zustand mit einer der Klemmen des Elementes zustande gebracht werden
kann;
-
3B eine
vergrößerte Darstellung
eines Abschnittes aus 3, die die Art und Weise zeigt,
in der eine elektrische Verbindung des anderen Kontaktes der Anzeigevorrichtung
für den
Zustand mit der anderen Klemme des Elementes zustande gebracht werden
kann;
-
3C eine
Teilansicht der Oberseite des Elementes, das in 3 gezeigt
wird; und
-
4 eine
Querschnittdarstellung durch eine Anzeigevorrichtung für den Zustand,
die für
eine Verwendung in der in 3 gezeigten
Ausführung geeignet
ist.
-
1 zeigt
eine herausgeschnittene Darstellung eines alkalischen elektrochemischen
Elementes 10, das eine damit integriert verbundene Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand
der Batterie aufweist. Das Element 10 weist einen Behälter 20 auf, der
an seinem offenen Ende durch die Oberseite des Elementes abgedichtet
ist, die aufweist: eine isolierte Durchführung 30 aus Kunststoff
und eine Metallhalterung 40, die in der Position gewellt
ist, wie gezeigt wird. Eine isolierende Unterlegscheibe 50 befindet sich
oben auf der Metallhalterung 40 und verhindert einen Kontakt
zwischen der Halterung und der negativen Klemme 22. Die
negative Klemme 22 weist einen elektrischen Kontakt mit
dem Metallanodenleiter (nicht gezeigt) auf, der durch die isolierte
Durchführung 30 hindurch
in den mit der Anode ausgefüllten Hohlraum
im Inneren des Elementes (nicht gezeigt) hinein verläuft. Die
Anzeigevorrichtung 12 für
den Zustand der Batterie befindet sich extern von der Abdichtung
längs der
Außenseite
des Batteriebehälters, wie
gezeigt wird.
-
Zusätzlich zu
den Anzeigevorrichtungen für den
Zustand der Batterie, die in den vorangehend angeführten Hinweisen
beschrieben wurden, sind weitere Anzeigevorrichtungen bekannt, wie
beispielsweise jene, die in den
U.S.
Patenten Nr. 4835476 ,
4726661 ,
4835475 .
4702563 ,
4702564 ,
4737020 ,
4006414 und
4723656 offenbart werden. Alle diese Anzeigevorrichtungen
sind für
eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet. Die in
diesen Hinweisen offenbarten Anzeigevorrichtungen weisen im allgemeinen
ein Substrat auf, das eine damit verbundene Anzeige besitzt. Die
Anzeige weist im allgemeinen eine leitfähige Schicht und ein Thermochrommaterial
auf, das mit der leitfähigen
Schicht in einem thermischen Kontakt ist. Die leitfähige Schicht weist
im allgemeinen entgegengesetzte Endabschnitte, die als elektrische
Kontakte funktionieren, und einen dazwischenliegenden Abschnitt
auf, der zwischen die Kontakte geschaltet ist, und der so ausgelegt
ist, daß er
einen speziellen Widerstand zeigt. Die Kontakte und der Widerstandsabschnitt können Abschnitte
aus der gleichen Ablagerung sein (beispielsweise bei Verwendung
von Silberepoxid), worin der Widerstandsabschnitt dadurch erzeugt wird,
daß er
eine geringere Querschnittsfläche
aufweist als die Kontakte. Alternativ dazu kann der Widerstandsabschnitt
eine Ablagerung aus einem widerstandsfähigeren Material aufweisen
als es für
die Kontakte verwendet wird. Bei dieser letzteren Ausführung können die
Kontakte jeweils eine metallartige Ablagerung aufweisen, die mit
einem Endabschnitt des Widerstandsabschnittes verbunden ist: beispielsweise
können
der Widerstandsabschnitt aus einem kohlenstoffhaltigen Material
und die Kontakte aus Silberepoxid hergestellt werden. Wenn die Kontakte
mit den Klemmen einer Batterie verbunden sind, fließt ein Strom
durch die leitfähige
Schicht, wobei der Strom der Spannung und daher dem Zustand der
Entladung oder dem Zustand der Batterie proportional ist. Die Wärme, die
im Widerstandsabschnitt infolge der i
2R
Erwärmung
erzeugt wird, wird auf die Thermochromschicht übertragen und bewirkt darin eine
Farbveränderung.
Die Beobachtung der Farbveränderung
liefert einen visuellen Hinweis auf den Zustand der Batterie.
-
Wiederum
mit Bezugnahme auf die Zeichnungen liegt die Anzeigevorrichtung 12 in
einer Ausführung
vor, die im vorhergehenden Paragraphen beschrieben wird, und sie
weist einen ersten elektrischen Kontakt 14 an einem Ende
auf (siehe 1A). Der Kontakt 14 ist
normalerweise nicht mit der negativen Klemme 22 verbunden.
Jedoch wird die Verbindung hergestellt, um die Anzeigevorrichtung
für den Zustand
in Betrieb zu nehmen, indem eine Schaltvorrichtung benutzt wird,
die nachfolgend umfassender diskutiert wird. Am entgegengesetzten
Ende der Anzeigevorrichtung 12 befindet sich ein zweiter
elektrischer Kontakt 16, der mechanisch und elektrisch
mit dem Behälter 20 für das Element
durch das Schild 24 verbunden ist (siehe 1B).
Wie vorangehend beschrieben wird, sind die elektrischen Kontakte 14 und 16 ein
Teil der leitfähigen
Ablagerung, worin der dazwischenliegende Abschnitt der Ablagerung
zwischen den Kontakten widerstandsfähiger ist als die Kontakte.
Dieser widerstandsfähige
Abschnitt muß elektrisch
vom Behälter 20 isoliert
sein, anderenfalls würde
die Anzeigevorrichtung 12 kontinuierlich über die
Klemmen des Elementes angeschlossen sein, und das Element würde sich
schnell entladen. 1, 1A und 1B zeigen
die isolierende Schicht 18 zwischen der Anzeigevorrichtung 12 und
dem Behälter 20.
-
Die
vorliegende Erfindung weist außerdem eine
Schaltvorrichtung für
das elektrische Verbinden und Trennen des elektrischen Kontaktes 14 mit
der bzw. von der negativen Klemme 22 auf. Es wird eine Schaltvorrichtung
bereitgestellt, die eine Öffnung 19 aufweist,
die im Isolator 18 direkt unterhalb des Kontaktes 14 vorhanden
ist (siehe 1A). Der Isolator 18,
der nachfolgend umfassender beschrieben wird, ist ein elektrischer
und Wärmeisolator,
der normalerweise den Kontakt 14 von der negativen Klemme 22 trennt.
Durch Drücken
des Schildes 24 in den Bereich über der Öffnung 19 wird der
Kontakt 14 jedoch mechanisch und elektrisch mit der Klemme 22 so
lange verbunden, wie der Druck aufrechterhalten wird. Nachdem der
Zustand der Batterie von der Anzeigevorrichtung 12 abgelesen
wurde, wird der Druck aufgehoben, und der Kontakt 14 springt
infolge der elastischen Eigenschaften des Schildes 24 von
der Klemme 22 weg, und der Stromkreis ist unterbrochen.
Auf diese Weise funktionieren die isolierende Schicht 18 und
das Loch 19 als Schaltvorrichtung für die Anzeigevorrichtung für den Zustand.
Die isolierende Schicht 18 dient ebenfalls dazu, das Widerstandselement
thermisch vom Behälter 20 so
zu isolieren, daß die
im Widerstandselement während
der Prüfung
erzeugte Wärme
wirksam auf das der Anzeige dienende Thermochrommaterial übertragen
werden kann. Die isolierende Schicht 18 kann aus irgendeinem
isoliertem Material hergestellt werden, wie beispielsweise Polyester,
PVC, Polyolefinen, Glasfasern, Glas, Kautschuk, Polycarbonat, Papier,
Karton und dergleichen, die zu einer Schicht geformt sind. Die Schicht 18 weist
vorzugsweise Abmessungen auf, die ausreichend sind, um den dazwischenliegenden
Abschnitt der leitfähigen
Ablagerung vom Behälter
des Elementes zu isolieren. Die Dicke der Schicht 18 muß das Minimum
betragen, das erforderlich ist, um die sachgemäße Funktion der Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand
zu gestatten. so daß die
kombinierte Dicke des Isolators und der Anzeigevorrichtung für den Zustand
auf einem Minimum gehalten wird.
-
Der
zweite elektrische Kontakt 16 wird in dem Zustand gezeigt,
in dem er gegen die negative Klemme 22 mittels des äußeren Schildes 24 gehalten wird
(siehe 1A). Das äußere Schild 24 kann
entweder in einer Schrumpfverpackungsausführung, einer Wickelausführung mit
Klebebeschichtung oder irgendeiner anderen Ausführung. die in konventioneller
Weise als Schild verwendet wird, vorliegen. In einer Ausführung wird
die Grafik der Zustandsskala (siehe beispielsweise 2)
auf das Substrat der Anzeigevorrichtung 12 so aufgedruckt,
daß der
Abschnitt des Schildes 24, der die Anzeigevorrichtung 12 abdeckt,
frei ist, um die Skala zu zeigen. Alternativ dazu kann die Zustandsskala
auf das Schild aufgedruckt und das Schild so angeordnet werden,
daß die Skala
mit der darunterliegenden Position der Anzeigevorrichtung 12 ausgerichtet
ist. Eine noch weitere Ausführung
ist möglich,
wenn das Schild 24 eine Wickelausführung ist. Wenn die Anzeigevorrichtung 12 in
der Position an der äußeren Behälterwand
befestigt ist, wird ein Rand des Wickelschildes gegen einen Rand
der Anzeigevorrichtung stoßen,
und der andere Rand des Schildes wird, nachdem es um den Behälter gewickelt
ist, gegen den anderen Rand der Anzeigevorrichtung 12 stoßen. In
dieser letzteren Ausführung
müßten die
Anzeigevorrichtung 12 und die isolierende Schicht 18 am
Behälter 20 des
Elementes durch einen geeigneten Klebstoff gehalten werden. Bei
den vorangehend beschriebenen Ausführungen, bei denen das Schild
die Anzeigevorrichtung 12 bedeckt, bevorzugt man, daß der Abschnitt
des Schildes, der das Thermochrommaterial bedeckt, entweder weggeschnitten
oder nach außen
so angehoben wird, daß das
Schild nicht als Wärmeableiter
wirken und die Farbveränderung
des Thermochrommaterials verzögern
kann.
-
Bei
einer noch weiteren Ausführung
ist die Anzeigevorrichtung 12 ein integrierter Teil des
Schildes, wobei das Schild als Substrat für das Thermochrommaterial und
das Widerstandselement funktioniert. Bei dieser Ausführung werden
die elektrischen Kontakte und das Widerstandselement auf der inneren
Fläche
des Schildes aufgedruckt oder anderweitig abgelagert. Die Thermochromschicht
kann an einer Anzahl von Stellen in Abhängigkeit von der Zweckmäßigkeit
und der Ausführung
des verwendeten Schildes angeordnet werden. Bei einer Ausführung wird
das Thermochrommaterial auf dem äußeren Abschnitt
des Schildes angeordnet, der mit dem Widerstandselement einen thermischen
Kontakt zeigt. Bei einer zweiten Ausführung werden die Thermochromschicht
und die Kontakte sowie das Widerstandselement als aufeinanderfolgende
Schichten auf die Innenseite eines freien Abschnittes des Schildes
aufgebracht. Beispielsweise wird die Thermochromschicht zuerst auf
einen freien Abschnitt der inneren Fläche des Schildes aufgebracht. Über diese Schicht
wird eine grafische Farbschicht aufgebracht, die sichtbar gemacht
wird, wenn die Thermochromschicht frei wird. Die nächste in
der Reihenfolge der Schichtenanordnung ist die metallische Ablagerung, wobei
der Widerstandsabschnitt mit der Thermochromschicht übereinstimmend
ist. und die Kontakte an den entgegengesetzten Enden des Widerstandsabschnittes
angeordnet und mit diesem verbunden sind. Bei den vorangehend angeführten Ausführungen
wird eine isolierende Schicht über
jenen Abschnitten der metallischen Ablagerung angeordnet, die vom
Behälter 20 isoliert
gehalten werden sollen. Eine Schaltvorrichtung wird als integrierter
Teil des Schildes ausgeführt,
indem ein Loch, das dem Loch 19 gleicht, in der isolierenden
Schicht bereitgestellt und so über
einem der Kontakte angeordnet wird, daß der Kontakt gegen eine der
Klemmen gedrückt werden
kann, wie es vorangehend beschrieben wird. Das Schild wird mit der
damit integriert verbundenen Anzeigevorrichtung für den Zustand
am Behälter
in konventioneller Weise angebracht.
-
Das
Substrat, das für
die Anzeigevorrichtung für
den Zustand verwendet wird, besteht vorzugsweise aus einem Material
mit elastischen Eigenschaften. Daher wird das Substrat etwas gedehnt,
wenn ein Druck über
dem Loch 19 angewandt wird, um die Messung durchzuführen, und
wenn der Druck aufgehoben wird, kehrt das Substrat in seine Ausgangsposition
zurück
und unterbricht den Kontakt. Um zu sichern, daß das Substrat während der
Messung starr gehalten wird, bevorzugt man, daß jener Abschnitt 18a der
isolierenden Schicht auf beiden Seiten einen Klebstoff aufweist,
so daß das
angrenzende Ende der Anzeigevorrichtung 12 fest an Ort
und Stelle gehalten und davor bewahrt wird, daß es in Richtung der Öffnung 19 gleitet,
wenn der Druck während
der Messung zur Anwendung kommt. Beispiele für Substrate umfassen thermoplastische
Kunststoffe, wie beispielsweise Polyolefine, polymerisierte Halogenkohlenwasserstoffe
und Kautschuk, sind aber nicht darauf begrenzt.
-
2 zeigt
eine Seitenansicht des Elementes 10 und einer damit integriert
verbundenen Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand, wie es vorangehend
beschrieben wird. Bei der gezeigten Ausführung ist das Schild 24 mit
einer eingeprägten
Zustandsskala 26 versehen, die über der Anzeigevorrichtung 12 für den Zustand
angeordnet ist (In 2 als Phantomumriß gezeigt),
die an der Seite des Elementes befestigt ist, wie in 1 gezeigt
wird. Auf das Ende des Elementes (nicht gezeigt) über der Öffnung 19 wird
mittels eines Fingers, eines Bleistiftradiergummis oder irgendeines
anderen stumpfen Instrumentes ein Druck angewandt. Während der Druck
beibehalten wird, kommt es zu einer Farbveränderung über der Zustansskala 26.
In dem Ausmaß, in
dem eine Farbveränderung
längs der
Skala 26 erscheint, wird eine Messung des Batteriezustandes bewirkt.
Wird der angewandte Druck aufgehoben, wird die Messung unterbrochen,
und die Thermochromschicht kehrt zu ihrer Ausgangsfarbe zurück.
-
Bei
den so weit diskutierten Ausführungen wird
der getrennte Kontakt der Anzeigevorrichtung für den Zustand mit der gegenüberliegenden
Klemme des Elementes durch eine integriert verbundene Schaltvorrichtung
verbunden. Das wird bei den beschriebenen Ausführungen erleichtert, die einen Kontakt
aufweisen, der der Klemme des Elementes gegenüberliegt. Es liegt ebenfalls
im Bereich der vorliegenden Erfindung, daß der getrennte Kontakt an der äußeren Fläche der
Batterie freigelegt ist und von der Klemme des Elementes nach außen hin
liegt. Beispielsweise würde
ein Loch, das sich im Schild und dem Substrat der Anzeigevorrichtung
für den
Zustand (wenn eine vorhanden ist) befindet, und das mit dem Kontakt übereinstimmt,
den Kontakt freilegen (siehe 1B). Weitere
Ausführungen,
die den getrennten Kontakt freilegen würden, sind ebenfalls möglich. (Bei
einigen dieser Ausführungen
wäre in der
isolierenden Schicht 18 kein Loch 19 vorhanden. sondern
die isolierende Schicht würde
sich eher im wesentlichen hinter dem Kontakt erstrecken.) Die Verbindung
des freigelegten Kontaktes mit der Klemme des Elementes wird bewirkt,
indem ein einzelnes leitfähiges
Element, wie beispielsweise ein Draht, ein Beschriftungsschild,
eine Büroklammer
oder dergleichen, so gehalten wird, daß es sowohl den Kontakt als
auch die Klemme berührt.
Wenn der Zustand eines Elementes nicht geprüft wird, wird der freigelegte Kontakt
mit einem Stück
Klebfolie abgedeckt. so daß es
nicht zu einer zufälligen
Verbindung kommen kann. Diese Ausführung kann für Batterien
bevorzugt werden, die für
eine Verwendung in Vorrichtungen gedacht sind, wo die Bewegung der
Vorrichtung bewirken kann, daß ein
Druck auf die Seite der Batterie angewandt wird.
-
Eine
weitere Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird jetzt mit Bezugnahme auf 3, 3A, 3B, 3C und 4 beschrieben. 3 zeigt
eine Querschnittdarstellung durch den oberen Abschnitt eines elektrochemischen
Elementes 110. Das Element 110 weist einen Behälter 120 auf,
der an seinem oberen Ende durch die Oberseite des Elementes abgedichtet
ist, die aufweist: eine isolierte Durchführung 130 aus Kunststoff
und eine Metallhalterung 140, die in der Position gewellt
ist, wie gezeigt wird. Eine isolierende Unterlegscheibe 150 befindet
sich auf der Metallhalterung 140. Diese Ausführung weicht
von der vorhergehend beschriebenen Ausführung darin ab, daß der Behälter 120 nach
innen gewellt ist und die Metallhalterung 140 so berührt, daß die Metallhalterung 140 mit
dem Behälter elektrisch
verbunden wird. Eine isolierende Unterlegscheibe 150 besitzt
eine mittig angeordnete Öffnung, die
genau über
den mittig angeordneten Vorsprung 131 auf der isolierten
Durchführung 130 paßt. Außerdem besitzt
die Unterlegscheibe 150 die Öffnungen 151 und 152,
die nachfolgend vollständiger
beschrieben werden. Die Unterlegscheibe 150 kann aus irgendeinem
elektrisch isolierenden Material hergestellt werden, wie beispielsweise
aus Polyester, PVC, Polyolefinen, Glasfasern, Glas, Kautschuk, Polycarbonat,
Papier, Karton und dergleichen.
-
Die
Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand der Batterie
ist über
der Unterlegscheibe 150 angeordnet, wie gezeigt wird. Die
Anzeigevorrichtung 112 arbeitet nach dem gleichen Prinzip
wie die Anzeigevorrichtung, die in Verbindung mit den 1-2 beschrieben
wird. Wie in 4 gezeigt wird, weist die Anzeigevorrichtung 112 auf:
das Substrat 113; einen ersten elektrischen Kontakt 114;
einen zweiten elektrischen Kontakt 116; und einen Widerstandsabschnitt 115,
der zwischen die Kontakte 114 und 116 geschaltet
ist. Eine Anzeige ist zwischen die Kontakte geschaltet und weist
eine Thermochromschicht 118 in thermischem Kontakt mit
dem Widerstandsabschnitt 115 auf. Das Substrat 113 weist
eine Öffnung 117 auf,
die in einem Ende angeordnet ist, so daß der Anodenleiter 123 durch
die Öffnung
hindurchgeht und die Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand
gegen die isolierte Durchführung 130 hält. Indem
die Anzeigevorrichtung 112 in dieser Position gehalten wird,
wird der elektrische Kontakt 116 über der Öffnung 151 in der
Unterlegscheibe 150 angeordnet. Das entgegengesetzte Ende
der Anzeigevorrichtung 112 wird zwischen der Endklemme 122 und
der Unterlegscheibe 150 mittels des Schildes 124 festgehalten.
Der elektrische Kontakt 114 weist einen mechanischen und
elektrischen Kontakt mit der Endklemme 122 auf, wie in 3A gezeigt
wird.
-
Die
Endklemme 122 ist mit der Aktivierungsöffnung 125 und den
Anzeigeöffnungen 126a, 126b und 126c versehen.
Die Aktivierungsöffnung 125 befindet
sich über
dem Abschnitt der Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand,
der über
der Öffnung 151 in
der Unterlegscheibe 150 angeordnet ist. Wenn ein Instrument,
wie beispielsweise eine Bleistiftspitze, durch die Aktivierungsöffnung 125 eingeführt und
gegen die Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand gedrückt wird,
wird daher ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontakt 116 und
der Metallhalterung 140 hergestellt. Die Metallhalterung 140 ist
elektrisch mit dem Behälter 120 verbunden,
wie gezeigt wird, und der Behälter 120 weist
einen physikalischen und elektrischen Kontakt mit der positiven
Elektrode auf. Die Verbindung des Kontaktes 116 mit der
Metallhalterung 140 schließt daher den Stromkreis, und
der Strom fließt
durch die Anzeigevorrichtung 112 für den Zustand. Das Widerstandselement 115 erzeugt
eine Widerstandswärme,
und jene Wärme
wird auf die Thermochromschicht 118 übertragen. Durch Beobachten
der Thermochromschicht 118 durch die Anzeigeöffnungen 126a, 126b und 126c wird
der Zustand der Batterie angezeigt. Das Widerstandselement 115 ist
so konstruiert, daß Wärme erzeugt
wird, so daß,
wenn sich die Batterie im vollen Ladungszustand befindet, eine Farbanzeige
in der Thermochromschicht 118 durch alle drei Öffnungen
beobachtet wird. Bei einem gewissen Zwischenladungszustand wird
eine Farbveränderung
in nur zwei Öffnungen
beobachtet, und gegen Ende der Betriebslebensdauer der Batterie
wird eine Farbveränderung
in nur einer Öffnung
beobachtet.
-
Alternativ
dazu kann eine Anzeigeöffnung über der
Anzeige angeordnet werden, wenn aufeinanderfolgende Schichten des
Thermochrommaterials verwendet werden. Beispielsweise werden drei verschiedene
Thermochrommaterialien, die verschiedene Umwandlungstemperaturen
aufweisen, schichtartig angeordnet, wobei das Material, das die niedrigste
Umwandlungstemperatur aufweist, oben angeordnet wird und das Material
mit der höchsten Umwandlungstemperatur
unten. Da eine jede Schicht eine unterschiedliche "kalte Farbe" aufweist, hängt die
beobachtete Farbe davon ab, wie heiß das Widerstandselement wird,
was wiederum vom Zustand der Batterie abhängig ist.
-
Um
die Farbveränderung
der Thermochromschicht 118 zu verbessern, ist es wünschenswert, eine Öffnung 152 in
die Unterlegscheibe 150 einzuschließen. Wie in 3 gezeigt
wird, befindet sich die Öffnung 152 unterhalb
des Abschnittes der Anzeigevorrichtung 112, der die Thermochromschicht 118 trägt. Daher
wird eine Luftschicht unter der Anzeigevorrichtung 112 bereitgestellt,
wobei die Luftschicht als Wärmeisolator
wirkt. Die Öffnung 152 kann
jedoch weggelassen werden, wenn das für die Unterlegscheibe 150 verwendete
Material selbst ein vernünftiger
Wärmeisolator
ist.
-
Die
spezifische Konstruktion der Anzeigevorrichtung für den Zustand
wird natürlich
von der Abmessung und der Spannung der damit verbundenen Batterie
abhängig
sein. Die hierin einbezogenen Patente enthalten eine Offenbarung,
die für
die Fachleuchte ausreicht, um eine Anzeigevorrichtung für den Zustand
zu konstruieren und zu bauen, die für eine Verwendung bei der vorliegenden
Erfindung geeignet ist. Die Thermochrommaterialien, die in den Patenten
offenbart werden, umfassen Flüssigkristalle und
Thermochromfarben. Von diesen werden die Thermochromfarben bevorzugt,
weil auffallendere Farbeffekte möglich
sind als bei der Verwendung von Flüssigkristallen.
-
Die
spezifischen Ausführungen,
die vorangehend beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt werden,
sind die bevorzugten Ausführungen.