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Die Erfindung bezieht sich auf gas- und flüssigkeitsdichte
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Akkumulatoren mit alkalischem Elektrolyt, insbesondere Kalilauge,
dessen am Gehäuse vorgesehenen, mit den Elektroden verbundene elektrische Anschlußelemente
von elektrisch isolierenden Dichtungselementen umgeben sind.
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Wie die Erfahrung zeigt, bereitet das Abdichten derartiger Akkumulatoren
trotz verschiedenster Maßnahmen an den Dichtungselementen immer wieder Schwierigkeiten.
Geringste Undichtigkeiten führen zur Diffusion des alkalischen Elektrolyt, insbesondere
Kalilauge, der dann als weißer Belag an der Außenseite des Akkumulators sichtbar
wird.
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Man hat bereits versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu überwinden,
daß dauerplastische Dichtmittel, beispielsweise Bitumen-Dichtmasse, vor dem Verschließen
im Dichtungsbereich mit eingebracht werden. Die Erfahrung zeigt jedoch, daß auch
diese Maßnahme nicht geeignet ist, das Austreten von alkalischem Elektrolyt mit
der gewünschten Sicherheit ausschließen zu können. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen,
daß alkalische Elektndyte, insbesondere Kalilauge in der Lage sind, auch durch die
geringsten Undichtigkeiten zu diffundieren, und zwar bevorzugt entlang der Metalloberflächen
von mit Elektroden negativer Polarität verbundenen Anschlußelementen.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, bei gas- und flüssigkeitsdichten
Akkumulatoren die Abdichtungsstellen derart wesentlich zu verbessern, daß der Austritt
von alkalischem Elektrolyt aus dem Akkumulatorgehäuse mit für die Praxis ausreichender
Sicherheit ausgeschlossen werden kann, insbesondere an solchen Anschlußelementen
bzw. Gehäusetsilen, die elektrisch mit einer Elektrode negativer Polarität verbunden
sind. Dabei soll die Abdichtung keine wesentlichen zusätzlichen Kosten verursachen
und vor allem leicht und problemlos beim Verschließen der Akkumulatoren oder auch
nachträglich an verschlossenen Akkumulatoren vorgenommen werden können ie Aufgdbe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem zwischen einem mit einer Elektrode
negativer Polarität verbundenen Anschlußelement und dessen Dichtungselement gebildeten
Dichtungsbereich eine zusätzliche Abdichtung durch mindestens eine ringsum geschlossene
Verklebungsstelle aus alkalifestem Zweikomponentenkleber gebildet ist Wie sich überraschend
herausgestellt hat, wird durch solche ringsum geschlossene Verklebungsstellen eir
besonders wirksame Dichtigkeitssicherung an Akkumulatoren mit alkalischem Elektrolyt,
insbesondere Kalilauge erreicht. Vor allem hat sich gezeigt, daß alkalifester Zweikomponentenkleber
im Unterschied zu verdrängbaren, dauerplastischen Dicht-
mitteln
dazu geeignet ist, durch Ver- und Umschließen von Undichtigkeitsstellen gleichmäßig
verschlossene Verklebungsstellen im Dichtungsbereich von Anschlußelementen zu bilden.
Diese Verklebungsstelien unterbinden auch das Diffundieren von Elektrolyt entlang
der Metalloberfläche von solchen Anschlußelementen, die mit Elektroden negativer
Polarität elektrisch verbunden sind.
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Es hat sich ebenfalls herausgestellt, daß auch das nachträgliche Aufbringen
solcher alkalifester Zweikomponentenkleber auf die Dichtungsbereiche schon verschlossener
Akkumulatorgehäuse mit großer Sicherheit dazu führt, daß der Zweikomponentenkleber
in beim Verschließen des Gehäuses bzw. Einsetzen eines Anschlußelementes im Dichtungsbereich
verbliebene Spalte eindringt und durch Abbinden mit dem Dichtungselement, dem Anschlußelement
und dem Gehäuserand vollständig abdichtet.
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Insbesondere hat es sich herausgestellt, daß vorzugsweise solche Zweikomponentenkleber
einsetzbar sind, die folgende an sie gestellten Anforderungen voll entsprechen,
nämlich: - Beständigkeit gegen alkalische Elektrolyte, insbesondere Kalilauge; -
sehr gute homogene Klebeigenschaften auf Metall (insbesondere auf Nickelauflagen),
wie auf Kunststoff (beispielsweise Polyamid 6.6);
- Flexibilität
im Temperaturbereich von 200 C bis 1000C.
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Besonders sicher und vorteilhaft lassen sich diese Anforderungen erfüllen,
wenn der die Verklebungsstelle bzw. Verklebungsstelien bildende Zweikompollentenkleber
eine Binder auf Acrylharz-Basis und Härter auf der Basis von geradkettigem Kohlenwasserstoff
aus der L;en-Reihe enthält Dieser Kleber kann derart flüssig formuliert werden,
daß er sich auch bei dünnem Auftrag sicher und gleichmäßig auf den Oberflächen des
Dichtungselementes und des Anschlußelementes verteilt bzw. bei bereits verschlossenem
Akkumulator in beim Verschließen am Dichtungsbereich verbliebene feine Ritze und
Spalte eindringt. Durch diesen besonderen Kleber werden besonders schnelles Aushärten
und gute Haftung auf Metall und Kunststoff gewährleistet.
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Für das Herstellen gas- und flüssigkeitsdichter Akkumulatoren der
oben beschriebenen Art kommt ein neuartiges Verfahren in Betracht, das vorsieht,
daß beim Einsetzen eines mit einer Elektrode negativer Polarität zu verbindenden
Anschlußelemente in den entsprechenden Gehäuseteil zunächst die Oberfläche der zum
Übergrei£erl des Anschlußelementes vorgesehenen Bereiche des Dchtun#selementes mit
alkalifestem Zweikomponentenkleber bestrichen und anschließend an das Einsetzen
des Anschlußelementes diese übergreifenden Bereiche des Dichtungselementes unter
Be-
festigen im entsprechenden Gehäuseteil und unter Druck über
Teile des Anschlußelementes verformt werden. Es bildet sich dabei eine ringsum geschlossene
Schicht von Zweikomponentenkleber zwischen der übergriffenen Oberfläche des Anschlußelementes
und dem Dichtungselement. Man kann bei dieser grundsätzlichen Arbeitsweise den Zweikomponentenkleber
in solcher Menge bzw. in solcher Schichtdicke auf die Oberfläche der zum Übergreifen
des Anschlußelementes vorgesehenen Bereiche des Dichtungselementes aufbringen, daß
eine Teilmenge des Zweikomponentenklebers beim Verformen der übergreifenden Bereiche
des Dichtungselementes unter Druck zwischen dem Anschlußelement und dem Dichtungselement
zur Bildung eines ringsum geschlossenen, äußeren Verklebungsringes an der Außenseite
des Akkumulatorgehäuses austritt.
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Eine andere vorteilhafte Herstellungsweise von gas- und flüssigkeitsdichten
Akkumulatoren der oben beschriebenen Art besteht darin, daß nach dem herkömmlichen#festen
und mittels des Dichtungselementes abgedichteten Anbringen eines mit einer Elektrode
negativer Polarität verbundenen bzw. zu verbindenden Anschlußelementes in einem
entsprechenden Gehäuseteil die Austrittsstelle des Anschlußelementes aus dem Dichtungselement
an der Gehäuse-Außenseite ringsum geschlossen mit einem alkalifesten Zweikomponentenkleber
bestrichen wird. Bei Akkumulatoren, deren elektrisch
leitfähigen
Gehäuseteile, die durch das Dichtungselement gegeneinander elektrisch isolierte
Anschlußelemente bilden, kann bei dieser Verfahrensweise nach dem Verschließen des
Gehäuses die Austrittsstelle eines mit einer Elektrode negativer Polarität verbundenen
Gehäuseteiles beispielsweise des Gehäusedeckels, aus dem Dichtungselement an der
Außenseite des ve-schloeconen Akkumulatorgehäuses ringsum mit dem alkalifest#:'
Zweikomponentenkleber bestrichen werden. Für das nachträgliche Bestreichen des Dichtungsbereiches
ist es von besonderem Vorteil, wenn der Zweikomponentenkleber mit ausreichend niedriger
Viskosität zum Einsickern in beim Verformen des Dichtungselementes zwischen diesem
und dem Anschlußelement verbliebene Ritze und Spalte#n formuliert wird.
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Ausführunysbcispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das eigentliche Gehäuse mit eingesetztem Dichtungselement
und eingesetzten Elektroden einer Ausführungsform der Erfindung vor dem Aufsetzen
des Deckels; Fig. 2 die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung nach Aufsetzen
des Gehäusedeckels;
Fig. 3 den Ausschnitt 3 der Figur 2 in vergrößerter
Darstellung nach dem Umbördeln des Gehäuserandes; Fig. 4 den Ausschn£t# 3 der Figur
2 nach dem Aushärten des Zweikomponentenklebers; -Fig. 5 eine zweite Ausführungsform
der Erfindung in axialem Schnitt nach Aufbringen des Zweikomponentenklebers; Fig.
6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in axialem Schnitt; Fig. 7 den Bereich
7 der Figur 6 vor dem Umbördeln des in der Darstellung unteren Gehäuseteiles und
Fig. 8 einen Gehäuseabschnitt mit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
ausgestattetem elektrischem Anschlußelement.
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Im Beispiel der Figuren 1 bis 4 handelt es sich um einen Nickel-Cadmium-Akkumulator
10, im folgenden# als Elektroden bezeichneten Akkumulatorplatten 11 und 12, die
zusammen mit einem Scheider 13 und dem Elektrolyt, d.h. Kalilauge in einem gas-
und flussigkeitsdichten Gehäuse 14 untergebracht sind. Das Gehäuse 14 nimmt im Bereich
seines oberen Öffnungsrandes 15 einen aus Metall bestehenden Gehäusedeckel
16
auf. Das Dichtungselement ist in diesem Beispiel als Stützring 18 ausgebildet, der
sich am Boden des Gehäuses 14 abstützt und am oberen Rand zu einer über den Umfangsrand
17 durch beträchtliche Verminderung seiner Dicke zu einer über den Umfangsrand 17
des Deckels 16 zu verformenden Dichtlippe 19 ausgebildet ist.
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Im Beispiel der Figuren 1 bis 4 wird eine zusätzliche Verklebung 20
zwischen dem Umfangsrand 17 des Deckels 16 dadurch geschaffen, daß nach dem Einsetzen
des St#tzringes 18 der Elektroden 11 und 12 und des Scheiders 13 sowie nach Eingeben
der erfordedichen Menge Elektrola,2 die Innenfläche der Dichtlippe 19 und die einwärts
der Dichtlippe 19 gebildete Stirnfläche des Stützringes 18 mit einer Schicht 21
aus alkalifestem Zweikomponentenkleber, vorzugsweise einem Zweikomponentenkleber
mit einem Binder auf Acrylharz-Basis und Härter auf der Basis von geradkettigem
Kohlenwasserstoff aus der Dien-Reihe bestrichen wird, wie dies in Figur 1 angedeutet
ist. Auf diese Schicht 21 aus alkalifestem Zweikomponentenkleber wird, wie in Figur
2 gezeigt, der Gehäusedeckel 16 mit seinem Umfangsrand 17 aufgesetzt und dann der
obere Randbereich 15 des Gehäuses 14. umgebördelt, wie dies in Figur 3 gezeigt ist
Hierbei wird der zwischen dem Deckelumfangsrand 17 und der StirniAche des Stützringes
18 und der Innenfläche der Dichtlippe 19 befindliche Zweikomponentenkleber verdsangt,
so
daß er im Inneren des Gehäuses eine ringsum laufende Wulst 22
und an der Außenseite des Gehäuses eine sich von der Deckeloberseite über die Stirnfläche
der Dichtlippe 19 auf die Stirnkante des Gehäuserandes 15 erstreckende Kleberwulst
23 bildet. Dieser Kleberwulst 23polimerisiert beim Aushärten des Klebers zu der
in Figur 4 gezeigten, sich vom Gehäuseinneren entlang der Oberfläche des Deckelrandes
17, über den Strnrand der Dichtlippe 19 bis an die Stirnkante des Gehäuserandes
15 und auf den Deckel 16 erstreckenden Verklebung 20.
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Im Beispiel der Figur 5 handelt es sich um einen Nickel-Cadmium-Akkumulator
30 mit einer negativen Elektrode 31 und einer positiven Elektrode 32 zwischen welchen
ein Scheider 33 angebracht ist. Die positive Elektrode 32 ist in dem aus Metall
bestehenden, an den Oberflächen vernickelten eigentlichen Gehäuse 34 untergebracht
und steht mit diesem in elektrischem Kontakt. Die negative Elektrode erstreckt sich
in den ebenfalls aus Metall bestehenden an den Oberflächen vernickelten Gehäusedeckel
36 und steht mit diesem in elektrischer Verbindung. Das Gehäuse 34 ist dadurch geschlossen,
daß sein oberer Randbereich 35 unter Zwischenlage eines ringförmigen Dichtungselementes
38 einwärts über den Umfangsrand 37 des Deckels 36 gebördelt ist.
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Das ringförmige Dichtungselement 38 besteht in diesem Beispiel aus
Kunststoff und ist unmittelbar auf den Umfangs-
rand 37 des Deckels
36 gespritzt und hat dadurch eine unmittelbare Flächenverbindung zu den Oberflächen
des Deckelumfangsrandes 37. Jedoch wird diese unmittelbare Flächenverbindung beim
Umbördeln des oberen Gehäuserandes 35 zumindest in dem Bereich der auf der Oberseite
des Deckelumfangsrandes 37 gebildeten Dichtlippe 39 gelöst, so daß tortz des Umsprittens
des Deckel-Umfangsrandes noch immer die als Elektrolyt benutzte Kalilauge dazu tendiert,
zwischen dem Dichtungselement 38 und dem Deckelumfangsrand 37 hindurch zu diffundieren.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, daß nach dem Verschließen des Gehäuses
34 mit dem Deckel 36 bzw.nach dem Umbördeln des oberen Gehäuse-Randbereiches 35
ringsum zwischen der Umfangskante des oberen Gehäuse-Randbereiches 35, dem aus diesem
herausragenden Umfangsbereich der Dichtlippe 39 und der Außenfläche des Deckel-Umfangsrandes
37 bis hin an die Außenfläche des eigentlichen Deckels 36 eine ringförmige Schicht
41 aus alkalifestem Zweikomponentenkleber aufgetragen wird.
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Auch in diesem Beispiel kommt hierfür insbesondere ein Zweikomponentenkleber
in Betracht, der einen Binder auf Acrylharz-Basis und Härter auf der Basis von geradkettigem.
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Kohlenwasserstoff der Dien-Reihe enthält. Beim Aushärten polimerisiert
diese Kleberschicht 41 zu einp dünnen, ringsum verschließenden Verklebungsschicht
40, wie sie im rechten Teil der Figur 5 angedeutet ist. Da der alkalifeste Zweikomponentenkleber
mit relativ geringer Viskosit#
formuliert werden kann, dringt diese
Klebermasse aus der aufgetragenen Schicht 41 auch in feine Spalten und Ritze zwischen
der Dichtlippe 39 und der Oberfläche des Deckelumfangsrandes 37 ein, so d eine sichere
Abdichtung an dem mit der negative Elektrode 12 inelektrischer Verbindung stehenden
Deckelrand sowohl durch Füllen von Ritzen und Spalten als auch durch vollständiges
Abdecken des Dichtungsbereiches erreicht wird.
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Im Beispiel der Figuren 6 und 7 ist ein alkalischer Akkumulator 50
vorgesehen, dessen Gehäuse einen (in der Darstellung der Zeichnung) unteren Gehäuseteil
54 zur Aufnahme der positiven Elektrode 52 und einen (in der Darstellung der Zeichnun(3)oberen
Gehäuseteil 56 zur Aufnahme der negativen Elektrode 51 aufweist. Die beiden Gehäuseteile
54 und 56 bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise vernickeltem
Metall und stehen mit der jeweils von ihnen aufgenommenen Elektrode in elektrischer
Verbindung. Die beiden Gehäuseteile 54 und 56 sind dadurch abdichtend miteinander
verbunden, daß der obere Randbereich 55 des unteren Gehäuseteiles 54 unter Zwischenlage
eines elektrisch isolierenden, ringförmigen Dichtungselementes 58 über den von ihm
aufgenommenen radial auswärts gerichteten ringförmigen flanschartigen Rand 57 des
oberen Gehäuseteiles 56 gebördelt ist.
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Diese gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen
54 und 56 ist - wie aus Figur 7 ersichtlich - wie folgt gebildet: Der obere Randbereich
55 des unteren Gehäuseteiles 54 ist zur Bildung einer axial gerichteten Schulter
nach außen erweitert und nimmt ein ringförmiges Dichtungselement 58 aug, das schon
von vornherein im wesentlichen U-förmiges Profil hat, wobei jedoch der obere Profilschenkel
zur Bildung einer Dichtlippe 59 schräg angestellt ist. Vor dem Eing setzen in den
oberen Randbereich 55 des unteren Gehäuseteiles 54 wird das ringförmige Dichtungselement
58 an -seirler oberen Stirnseite und an der Innenseite seiner Dichtlippe 59 mit
eineln alkalifesten Zweikomponentenkleber bestrichen. Hierzu wird bevorzugt ein
Zweikomponentenkleber mit einem Binder auf Actylharz-Basis und Härte@ auf der Basis
von geradkettigen Kohlenwasserstoffen der Dien-Reihe benutzt. Nac#em Bestreichen
seiner sich gegenüberliegenden Flächen mit dem Zweikomponentenkleber wird das ringförmige
Dichtungselement 58 auf den Umfangsrand 57 des oberen Gehäuseteiles 56 aufgesetzt.
Dabei wird bereits ein Teil des Klebers von der Stirnfläche des Dichtungselementes
58 einwärts verdrängt #ur Bildung eines Wulstes 62, der sich über die Berührungsfläche
hinweg vom ringförmigen Dichtungselement 58 bis auf die Innenfläche des oberen Gehäuseteiles
56 erstreckt (vergl. Figur 7).
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Sodann wird der obere Gehäuseteil 56 mit dem Dichtungs-
element
58 in den oberen Randberich 55 des unteren Gehäuseteiles 54 eingesetzt und der obere
Rand des unteren Gehäuseteiles 54 über die Dichtlippe 59 gebördelt. Dabei wird überschüssiger
Zweikomponentenkleber aus der Verbindungsfuge zwischen der Dichtlippe und dem Umfangsrand
57 des oberen Gehäuseteiles 56 herausgepreßt in analoger Weise wie dies in Verbindung
mit Figur 3 oben erläutert ist. Es bildet sich dann ebenfalls ein Kleberwulst zwischen
dem Umfangsrand 57, der Umfangskante der Dichtlippe 59, dem oberen Gehäuseteil 56
und der Umfangskante des oberen Randbereiches 55 des unteren Gehäuseteiles 54. Dieser
Kleber wulst wird beim Trocknen und Aushärten zu einer den Abdichtungsbereich überdeckenden
ringsum geschlossenen gas-und flüssigkeitsdichten Schicht ähnlich. der Schicht 20
in Figur 4.
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Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein stiftförmiges Anschlußelement
76 durch die ggf. aus Kunststoff bestehende Gehäusewaridung 74 eines gas- und flüssigkeitsdichten
alkalischen Akkumulators geführt ist. Die Gehäusewandung 74 trägt hierzu einen ringförmigen
Aufnahmebund 75, in den das Anschlußelement 76 mit einem Ringflansch 77 eingesetzt
ist. Im Bereich dieses -Ringflansches 77 ist das Anschlußelement von einem ringförmigen
Dichtungselement 78 umgeben, das an seiner Oberseite eine Dichtlippe 79 aufweist.
Die Dichtlippe 79 ist mittels eines Verschlußringes
73 auf die
Oberseite des ringförmigen Flansches 77 gepreßt um dadurch das Anschlußelement 76
abgedichtet und fest innerhalb des Ringbundes 75 in der Gehäusewand 74 zu halten
Zur Schaffung einer zusätzlichen, sichernden Abdichtung wird nach dem Einpressen
und Verschweißen des Verschlußringes 73 in den zwischen dem Verschlußring 73 und
dem Anschlußelement 76 verbliebenen Raum an der Innenfläche des Verschlußringes
73, der Stirnkante aer Dichti'r'2 79, der Oberfläche des Ringflansches 77 und der
Umfangsfläche des Anschlußelementes ein alkal ifester Zweikomponentenkleber eingebracht.
Auch in diesem Beispiel kommen Zweikomponentenkleber gleicher Grundlage wie im Beispiel
der Figur 5 und Formulierung dieses Klebers me relativ geringer Viskosität in Betracht.
Hierdurch dringt der Kleber in zwischen dem Ringbund 77 des Anschlußelements 76
und der Dichtlippe 79 verbliebene Ritze und Spalte ein. Nach dem Trocknen und Aushärten
des Klebers verbleibt dann eine den Abdichtungsbereich sicher gas- und flüssigkeitsdicht
abdeckende schichtförmige Verklebung 80 zurück.
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In sämtlichen Ausführungsbeispielen ist es von besonderem Vorteil,
daß die nach dem Trocknen und Aushärten des Zweikomponentenklebers verbleibeno«
Verklebungsschicht 20 bzw.
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40 bzw. 80 vorzügliche Flexibilität im Temperaturbereich von -20°C
bis +1000C behält und durch Druckänderungen
im Inneren des Akkumulatorgehäuses
keinerlei Verschlechterung der homogenen gleichmäßigen Abdichtung erfährt.
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Versuche mit alkalischen Akkumulatoren, insbesondere Nickel-Cadinium-Akkumulatoren,
haben ergeben, daß auch bei Anwendung höchster Sorgfalt beim Verschließen der Akkumulatorgehäuse
unvermeidlich ist, daß im Laufe der Zeit ein weißlicher bis grauer Belag auf dem
mit der negativen Elektrode in Verbindung stehenden Anschlußelement 76 bzw.
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Gehäuseteil 56 bzw. Deckel 16, 36 durch geringe Mengen von austretender
Kalilauge entsteht. Andererseits haben die durchgeführten Versuche ergeben, daß
an solchen alkalischen Akkumulatoren, die eine zusätzliche Verklebung im Abdichtungsbereich
aufweisen, solche grauen bis weißlichen Beläge mit Sicherheit vermieden werden können.
Es wird also durch die zusätzliche Verklebung in jedem Fall der Austritt von entlang
der Oberfläche des mit der negativen Elektrode verbundenen metallischen Anschlußelementes
diffundierendem alkalischem Elektrolyt, insbesondere Kalilauge mit Sicherheit ausgeschlossen.
Dies wird erreicht unabhängig davon, ob das Anschlußelement ein Anschlußstift 76,
ein Gehäuseteil 56 oder ein Gehäusedeckel 16, 36 ist.
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Gas- und fltissigkeitsdichter akkumulator und Verfahren zu seiner
Herstellung =================================================== 10 Akkumulator.
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11 Akkumulatorplatte 12 Akkumulatorplatte 13. Scheider 14 Gehäuse
15 oberer Öffnungsrand 16 Gehäusedeckel 17 Umfangsrand 18 Stützring 19 Dichtlippe
20 Verklebung 21 Schicht 22 Wulst 23 Kleberwulst
30 Akkumulator
31 ncdtlve Elektrode 32 positive Elektrode 33 Scheider 34 Gehäuse 35 oberer Randbereich
36 Gehäusedeckel 37 Umfangsrand 38 Dichtungselement 39 Dichtlippe 40 Verklebungsschicht
41 ringförmige Schicht 50 alkalischer Akkumulator 51 negative Elektrode 52 positive
Elektrode 54 unterer Gehäuseteil.
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55 oberer Randbereich 56 oberer Gehäuseteil 57 flanschartiger Rand
58 Dichtungselement 59 Dichtlippe 62 Wulst
73 Verschlußring 74
Gehäusewandung 75 Aufnahmebund 76 Anschlußelement 77 Ringflansch.
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78 Dichtungselement 79 Dichtlippe 80 Verklebungsschicht