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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formieren der Elektroden von Bleiakkumulatoren in einem einen Schwefelsäure-Elektrolyt enthaltenden Formiergefäss.
Die Elektroden von Bleiakkumulatoren bestehen häufig aus einem Gitter, dem sogenannten Masseträger.
Die Maschen dieses Trägers werden mit einer Paste, die aus Bleioxyden besteht, ausgefüllt. Die Paste wird bei der weiteren Herstellung der Platte auf elektrochemischem Wege (Formation) in Bleidioxyd bzw. metallisches Blei verwandelt und stellt die wirksame Masse dar. Diese Formation geschieht nach dem üblichen Verfahren in offenen Gefässen (Tank-Formation) durch Zuführen von Strom in die strömführenden Teile der Platte (Gitter). üblicherweise werden die Platten mittels Lötung an die Stromleiter der Stromquelle angeschlossen, wobei die Stromleiter aus einer Bleilegierung bestehen. Teilweise sieht man bei Formationen von negativen Platten (Reduktion zu metallischem Blei) von einer Lötung ab und stellt den Kontakt durch Anliegen an den Stromleiter her.
Die positive Platte wird nach wie vor an den Stromleiter durch Verlötung angeschlossen, um während der ganzen Dauer der Formation einen sicheren Kontakt zu erhalten.
Eine wesentliche Vereinfachung beim Formieren dieser Elektroden würde man erzielen können, wenn man diese Lötung vermeiden könnte. Dabei tritt jedoch das Problem auf, dass an den positiven Kontaktstellen eine Oxydation einsetzt bzw. an den negativen Kontaktstellen Bleischwamm entsteht, u. zw. sowohl an den Platten als auch an den Kontaktstellen, so dass bei Stromführung ein hoher Übergangs-Widerstand auf Grund der vorhandenen Oxydationsschicht auftritt.
Es ist eine Vorrichtung zum Formieren von für Akkumulatoren bestimmten Elektrodenplatten bekannt, bei der für die Elektrodenplatten metallene Führungsrahmen vorgesehen sind, die mit entsprechenden Kontaktschienen in elektrisch leitender Verbindung stehen. Durch die Verwendung von Führungsrahmen ist diese Vorrichtung verhältnismässig umständlich aufgebaut und die elektrisch leitende Verbindung ist nur mangelhaft.
Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, durch die ein guter Kontakt zwischen Elektrode und Stromableiter während der ganzen Formationsdauer gewährleistet ist, ohne dass die Elektroden an die Stromzuleiter angelötet werden müssen und ohne dass zusätzliche Bauteile, wie Führungsrahmen, erforderlich sind.
Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die Elektroden in das Formiergefäss unter Kontaktgabe mit Kontaktleisten eingebracht werden, wobei die negativen Elektroden mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle und die positiven Platten mit dem negativen Pol stromleitend verbunden sind und dass nach Beendigung der Einbringung der Elektroden die Ladungsrichtung geändert wird, derart, dass die Polarität der Kontaktleisten mit den positiven und negativen Elektroden während der Formation übereinstimmt, wobei für den nächsten Formationszyklus die Elektroden in umgekehrter Weise eingebracht werden. Durch die Umkehr der Ladestromrichtung erfolgt eine Regenerierung der Platten und Kontaktflächen, so dass das Anhäufen von Bleioxyd und Bleischwamm an den Kontaktstellen vermieden wird.
Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemässen Formation ist einerseits die Umkehr der Ladestromrichtung bei jedem Formationsvorgang bzw. anderseits die Anordnung von stets unter dem Elektrolyt liegenden Kontaktflächen.
Letzteres wird bei einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dadurch erreicht, dass unterhalb des Elektrolytspiegels zur Stromzu- bzw. -abführung Kontaktleisten angeordnet sind, auf denen die Elektroden mit ihren Anschlussfahnen durch ihr Eigengewicht unter Kontaktgebung aufsitzen. Die Kontaktleisten weisen vorzugsweise dabei eine gegenüber der Waagrechten in einem spitzen Winkel von vorzugsweise 450 geneigte Kontaktfläche auf. Die Erfindung erstreckt sich vorzugsweise darauf, dass die Kontaktleisten mit Stromzu-bzw.-ableitern einstückig ausgebildet sind und aus einer Bleilegierung, die einen Antimongehalt zwischen 8 und 11% enthält, hergestellt sind.
Die Kontaktleisten weisen dadurch eine grössere Härte auf als die Anschlussfahnen, die mit dem Plattengitter aus einer Blei-Legierung hergestellt sind, die normalerweise 7 bis 9% Antimon enthält.
Vorzugsweise sind die Kontaktleisten in Nuten von Rippenplatten eingesetzt, die mit Nuten zur Aufnahme der Elektroden in Verbindung stehen.
Die Formation von Platten in offenen Tanks, ohne Verwendung von Lötleisten an den Plattenfahnen, erfordert Spezial-Formiereinsätze. Diese Kombination, bestehend aus Rippenplatten, Distanzhalterungen und Kontaktleisten, muss zueinander genau abgestimmt werden, um ein gutes Endprodukt erzielen zu können.
Die Vorteile einer solchen Formation gegenüber der üblichen gelöteten Tankformation sind folgende :
Da durch die Erfindung die Lötstangen nicht gegossen und nachträglich nicht eingeschmolzen werden müssen, vermindern sich erheblich die Kosten.
Die Erfindung bringt auch eine Ersparnis an Arbeitskraft zur Durchführung des Arbeitsvorganges, da man für den Vorbau, die Lötung und den Transport der Formiereinsätze beim Einbau von 18 zu 22 Doppelplatten, bei der herkömmlichen Tankformation doch 8, 2 h benötigt, hingegen durch das neue Formiersystem für die gleiche Plattenanzahl die Vorbauzeit lediglich 5, 82 h beträgt. Weiters fällt die Fahrzeit und der Weg für das Einbringen der Einsätze und Verlöten in die Tanks weg, ebenso das Zubringen der leeren Einsätze. Nicht zuletzt erspart man sich die Verwendung von Lötgas, was ebenfalls eine Verminderung der anfallenden Kosten mit sich bringt.
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Es tritt auch kein Bleiverlust auf, da durch die Erfindung Lötstangen nicht wieder eingeschmolzen werden müssen. Des weiteren bilden sich keine Lötperlen, die bei der nachfolgenden Bearbeitung der Platten Störungen hervorrufen und ein Beschädigen von Handschuhen od. dgl. bewirken können.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert ; in dieser zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung und Fig. 2 einen Grundriss.
In den Zeichnungen ist der Aufbau einer Formierzelle schematisch veranschaulicht, wobei in ein Formiergefäss --1-- aus Kunststoff oder Gummi ein Formiereinsatz, bestehend aus zwei Rippenplatten
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und Distanzhalterungen-3-eingesetzt--5-- einstückig aus einer Blei-Legierung, die u. a. einen Antimongehalt von 8 bis 11% aufweist, hergestellt sind. Die Nuten --2a-- der Rippenplatte --2-- stehen mit der Nut--2b-in Verbindung. Beim Einbringen von Elektroden unter Verwendung der Nuten--2a--kommen sie mit ihren Anschlussfahnen --6a-- mit den Kontaktleisten--4--in stromleitende Berührung.
Die Elektroden--6--ruhen dabei mit ihrem eigenen Gewicht auf der Kontaktleiste --4-- auf. Eine unter etwa 450 schräggestellte Kontaktfläche --4a-- der Kontaktleiste--4--lässt die Elektrode--6--beim Einbauen etwas einrasten, ausserdem gleiten eventuell anfallende Masseteilchen (Paste am Gitterrahmen etc. ) zu Boden ; dadurch ist die Kontaktleiste--4-immer blank und es sind die besten Voraussetzungen für einen guten Kontakt gegeben.
Die Kontaktleiste--4--und deren Stromzu-bzw.-ableiter--5--werden in einem gegossen, um Lötstellen im Bereich des Elektrolyten aus korrosionstechnischen Gründen zu vermeiden. Beim Einbau von 32 zu 36 Doppelplatten werden für ein Formiergefäss --1-- vier Rippenplatten --2-- mit je zwei spiegelverkehrten stromführenden Teilen benötigt.
Als Formiergefässe werden solche Gefässe verwendet, die Verstärkungsrippen aufweisen und so wie das weitere Zubehör aus Hartgummi bestehen, um höheren Temperaturen standhalten zu können. In den ersten Stunden der Formation beträgt die Temperatur etwa 40 C, bei etwaigen Kurzschlüssen treten wesentlich höhere Temperaturen auf.
Für den stromführenden Teil wird in die Rippenplatten --2-- ein Schlitz von 30 mm Breite eingefräst, um die Kontaktleiste einrasten zu lassen. Der stromab- bzw. -zufuhrleiter wird an der Stirnseite hochgeführt. Für die Befestigung der Kontaktleisten--4--dienen drei Bleinieten, die durch die Rippenplatte --2-- geführt
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aufweisen. Die Lötraupen an den Stellen der verlöteten Nieten müssen plan gefeilt werden, da die Erfahrung gezeigt hat, dass schlechte Lötstellen zu Korrosionseffekten führen, sobald die Kontaktstellen unmittelbar darauf oder daneben liegen.
Für den reibungslosen Ablauf der erfindungsgemässen Formiermethode müssen gewisse Qualitätsanforderungen an die Platten gestellt werden, so ist wichtig, dass die Fahnen sauber geputzt und ohne jeglichen Giessschleier sind. In der Nähe der Anschlussfahnen--6a--dürfen keine Rahmenbrüche auftreten und der Gitterrahmen soll ohne Bruchstellen und starr genug sein, um der mechanischen Belastung beim Einbau standzuhalten. Verformte gebogene Gitter sind meist nach dem Pastieren einer noch ärgeren Krümmung unterworfen und führen bei Anwendung der ungelöteten Formation zu Komplikationen, d. h. es kommt zu eventuellen Kurzschlüssen zwischen Positiven und Negativen. Beim Einbau von gekrümmten Platten ist darauf zu achten, dass alle Platten mit der Krümmung nach derselben Seite eingebaut werden.
Beim Pastieren der Platten ist darauf zu achten, dass diese nicht überpastiert und anschliessend soweit getrocknet werden, dass ein Zusammenkleben der Platten verhindert wird. Die Fahnen müssen beim Pastieren sorgfältig reingehalten werden.
Nicht anders als bei der normalen Tankformation soll die Dichte der Säure möglichst unter 1, 080 g/ml gehalten werden.
Die Formation selbst geschieht nach einem Formationsprogramm, wobei vorerst beim Anfahren einer neuen Formationsbatterie die Säure der Dichte von 1, 08 kg/l in die Gefässe gefüllt wird, nachdem die Ableiter - der einzelnen Gefässe --1-- untereinander verbunden worden sind. Dann wird 48 h mit etwa 5 A geladen, um den Kontaktleisten-4-die definitive Polarität zu geben. Der weitere Vorbau geschieht nun genauso wie bei bereits in Betrieb stehenden Formationen.
In die leeren Formationsgefässe --1-- werden vorerst die negativen Platten und anschliessend die positiven Platten gesteckt (2 Doppelplatten pro Schlitz). Bei Schweizer-Gefässen bedeutet das einen Einbau von 32 zu 36 Doppelplatten und bei den herkömmlichen Steingut- oder PVC-Gefässen einen Einbau von 18 zu 22 Doppelplatten. Dabei ist von allergrösster Wichtigkeit, die Platten so einzusetzen, dass sie fest sitzen und einen guten Kontakt mit der Kontaktleiste --4-- bilden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass der beste Kontakt durch Herabfallen des Plattenpaares aus etwa 1 dm Höhe herbeigeführt wird. Während des ganzen Vorbaues werden nun die Kontaktleisten --4-- mit etwa 10 A geladen, u. zw. mit derselben Schalterstellung wie für den vorangegangenen Formationszyklus.
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Wichtig ist, dass man sich vergewissert, ob die Platten Kontakt haben und bei eventuellem Zweifel ist das jeweilige Plattenpaar nochmals anzuheben und neuerlich aus einer Höhe von 1 dm fallen zu lassen.
Nachdem die Formationsserie komplett gesteckt ist, legt man den Umpolschalter des Gleichrichters auf die entgegengesetzte Seite und beginnt die Ladung in der Richtung oder Polarität entsprechend der Art, in welcher die positiven und negativen Platten gesteckt sind. Der Ladestrom beträgt 13, 6 A/kg Masse.
Bei handbetriebenen Gleichrichtern wird empfohlen, den erforderlichen Ampere-Ladestrom in den ersten Ladestunden durch Nachschalten möglichst konstant zu halten. Die Anfangstemperatur beträgt dabei etwa 32 C.
Das Formationsprogramm läuft so ab, dass negative und positive Elektroden --6-- abwechselnd in das Formiergefäss-l-eingesetzt werden u. zw. so, dass die Anschlussfahnen-6a-der negativen Elektroden mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle in Kontakt gelangen und die positiven Elektroden mit der andern, an den negativen Pol angeschlossenen Kontaktleiste in Verbindung stehen. Nach dem Stecken der Formationsserie wird durch einen Umpolschalter am Gleichrichter die Ladungsrichtung geändert, so dass die Polarität der Kontaktleisten mit den gesteckten positiven und negativen Elektroden übereinstimmt.
Das Stecken der Elektroden für den nächsten Formationszyklus erfolgt mit der gleichen Schalterstellung (Polarität), jedoch in um 1800 gedrehter Lage der Elektroden, so dass die negativen Elektroden wieder mit der an den positiven Pol angeschlossenen Kontaktleiste und die positiven Elektroden mit der an den negativen Pol angeschlossenen Kontaktleiste in stromleitende Berührung gelangen.
In der folgenden Tabelle wird ein Formationszyklus für einen Einbau von 32 E 20 zu 36 E 16 gezeigt :
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<tb>
<tb> Stunden <SEP> A/H <SEP> A/drn <SEP> Ah/Pl <SEP> Ah/kg <SEP> A/GIr. <SEP> Besonderes
<tb> 19 <SEP> 1,72 <SEP> 0,9 <SEP> 32,7 <SEP> 258 <SEP> 110 <SEP> Ladung
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 16 <SEP> 1, <SEP> 13 <SEP> 1, <SEP> 08 <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 138 <SEP> Entladung
<tb> 8 <SEP> 1,72 <SEP> 0, <SEP> 9 <SEP> 13, <SEP> 8 <SEP> 109 <SEP> 110 <SEP> Ladung
<tb> 0, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 16 <SEP> 1, <SEP> 13 <SEP> 1,08 <SEP> 8,5 <SEP> 138 <SEP> Entladung
<tb> 5 <SEP> 1,72 <SEP> 0,9 <SEP> 8,6 <SEP> 68 <SEP> 110 <SEP> Ladung
<tb> 33, <SEP> 0 <SEP> 52, <SEP> 9 <SEP> 418 <SEP>
<tb>
Untersuchungen haben ergeben, dass bei schlechten Kontaktstellen der Widerstand auf etwa 100 bis 150 mil ansteigt,
während bei guten Kontaktstellen der übergangswiderstand unter 10 mil liegt. Die Temperatur von ausgefallenen Gefässen liegt bei 75 C.
Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen dienen nur zur Erläuterung des Wesens der Erfindung, ohne diese auf Einzelheiten zu beschränken.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Formieren der Elektroden von Bleiakkumulatoren in einem einen Schwefelsäure-Elektro-
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unter Kontaktgabe mit Kontaktleisten eingebracht werden, wobei die negativen Elektroden mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle und die positiven Platten mit dem negativen Pol stromleitend verbunden sind, und dass nach Beendigung der Einbringung der Elektroden die Ladungsrichtung geändert wird, derart, dass die Polarität der Kontaktleisten mit den positiven und negativen Elektroden während der Formation übereinstimmt,
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