Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von porösen Kunststoffplatten
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung poröser Kunststoffplatten, insbesondere von Separatorplatten für Akkumulatoren, bekannt, bei dem das Kunststoffpulver auf eine stetig bewegte, endlose Unterlage in Form einer Trommel oder eines über Umlenkrollen geführten Bandes aufgetragen, auf dieser Unterlage durch eine Erhitzungszone geführt und in dieser gesintert wird, worauf die gesinterte Kunststoffschicht durch Walzen oder dergleichen zu einer porösen Kunststoffbahn gepresst und diese nach Kühlung zu Platten abgelängt wird.
Um bei der Herstellung von gesinterten Separa torplatten aus Kunststoff die erforderliche Druckeinwirkung mit Hilfe einer absatzweise arbeitenden Presse vornehmen zu können, wurde ferner auch schon vorgeschlagen, das Kunststoffpulver stetig auf aufeinanderfolgende plattenförmige Unterlagen aufzutragen, die auf einer im Kreislauf wiederholten Bahn mit veränderlicher Geschwindigkeit fortbewegt werden, wobei die einzelnen Unterlagen im Bereich der Auftragseinrichtung infolge einer örtlichen Herabsetzung ihrer Geschwindigkeit lückenlos aneinanderschliessen, hernach aber infolge einer Erhöhung ihrer Geschwindigkeit wieder voneinander getrennt werden, um so die stetig aufgetragene Pulverschicht zu unterteilen und im unterteilten Zustand der Wärme- und insbesondere der Druckbehandlung in der absatzweise arbeitenden Presse zuzuführen.
Dieses Verfahren bietet den weiteren Vorteil, dass die plattenförmigen Unterlagen profiliert werden können und dann im Zusammenwirken mit einer geeigneten Gegenform in der Presse eine beliebige, beidseitige Profilierung der Kunststoffplatten ermöglichen.
Eine solche beliebige, beidseitige Profilierung ist bei Verwendung von endlosen, um Umlenkrollen geführten Transportbändern als Unterlage im Hinblick auf die erforderliche Biegsamkeit dieser Bänder, welche besonders die Anwendung von profilgebenden Längsrippen ausschliesst, nicht möglich.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von gesinterten Kunststoffplatten, das ohne das Erfordernis einer in Einzelplatten unterteilten Unterlage eine beliebige beidseitige Profilierung der gesinterten Kunststoffschicht ermöglicht und überdies den Vorteil bietet, dass diese Profilierung durch einfachen Austausch relativ kleiner Pressformen geändert und den Bedürfnissen des Erzeugungsprogrammes angepasst werden kann.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass das Kunststoffpulver auf eine Unterlage aus geschmeidigem Material, wie Papier, Gewebe oder Faservlies aufgetragen, samt dieser Unterlage zwecks Sinterung der Pulverschicht durch eine Erhitzungszone geführt, und dass sodann die noch erhitzte Sinterschicht vermittels der Unterlage durch eine Presse gezogen wird, in der die Sinterschicht samt der geschmeidigen Unterlage profilgebend verformt, gekühlt und die Sinterschicht dadurch verfestigt wird.
Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, dass für die Erzeugung von Separatorplatten schon vorgeschlagen wurde, eine von einer Vorratstrommel stetig abgewickelte Glaswollematte mit einer Kunststoffpaste derart zu imprägnieren, dass sich auf einer Seite der Matte ein geschlossener Pastenauftrag mit vorstehenden Rippen ergibt, wobei nach der Trocknung ein gerippter Verbundkörper erhalten wird.
Demgegenüber hat im Rahmen der vorliegenden Erfindung die geschmeidige Unterlage eine dreifache, den Erfordernissen der Erzeugung profilierter Sinterplatten entsprechende Aufgabe zu erfüllen. Sie dient nämlich erstens als Träger für die zuerst lockere und sodann gesinterte Pulverschicht, zweitens als jenes Hilfsmittel, welches es ermöglicht, die noch erhitzte Sinterschicht, die an sich praktisch noch keine Zug festigkeit hat, in die zur profilierenden Verformung und zur Verfestigung der Pulverschicht durch Abkühlung dienende Presse zu ziehen, und drittens ermöglicht sie in der Presse infolge ihrer Geschmeidigkeit eine beidseitige profilierende Verformung der Sinterschicht, indem sie sich selbst der Profilierung der Pressformen anpasst und deren Profil auf die Sinterschicht überträgt.
Falls hierbei die geschmeidige Unterlage infolge örtlicher übermässiger Dehnung stellenweise reissen sollte, wird dadurch der Verfahrensablauf nicht störend beeinträchtigt, weil nach der Pressung und Kühlung der gesinterte Kunststoffstrang schon verfestigt ist und selbst über die noch anhaftenden Teile der Unterlage die erforderliche Zugwirkung auf den vor der Presse liegenden Teil der Unterlage mit der noch nicht verfestigten Sinterschicht übertragen kann. In diesem Zusammenhang erweist es sich als besonders zweckmässig, die Unterlage schrittweise vorzuschieben und eine stationäre Presse zu verwenden, deren Arbeitsbewegungen in den Pausen der schrittweisen Vorschubbewegungen der Unterlage erfolgen.
Diese Verfahrensweise ergibt nicht nur eine konstruktive Vereinfachung der Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung, sondern gewährleistet überdies auch, dass der jeweils gepresste und dabei gleichzeitig gekühlte Teil der Sinterschicht vor Einsetzen der nächsten Vorschubbewegung schon völlig verfestigt ist, also eine Zugwirkung übernehmen kann. Es ist dann möglich, als Unterlage selbst sehr dünnes Papier zu verwenden. Die dünne Unterlage bietet übrigens den weiteren Vorteil, dass bei der Wärmeübertragung auf die Pulverschicht im Durchlaufofen praktisch keine Wärmeverluste durch die Unterlage entstehen.
Die geschmeidige, bandförmige Unterlage kann von einer Vorratsspule abgewickelt und von der verfestigten Sinterschicht als Abfall wieder abgenommen werden, sie kann aber auch an der verfestigten Pulverschicht belassen werden, so dass sie mit dieser einen Verbundkörper bildet.
Die gesinterte und verfestigte Pulverschicht wird gegebenenfalls samt der Unterlage, je nach den gewünschten Plattenformaten abgelängt, wobei im Falle der Verwendung einer stationären, absatzweise arbeitenden Presse die Arbeitsbewegung der ebenfalls stationären Schare vorzugsweise mit jenen der Presse synchronisiert werden. Hierzu braucht nur die Länge des jeweiligen Vorschubweges der Unterlage der gewünschten Plattenlänge angepasst zu werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass hintereinander eine Vorratsspule für die als geschmeidiges Trägerband ausgebildete Unterlage, eine Auftragseinrichtung für das Kunststoffpulver, ein Durchlaufofen, eine absatzweise arbeitende, stationäre Presse, ein Vorschubwalzenpaar und eine mit der Presse synchron arbeitende, stationäre Schere angeordnet sind, und dass ein Steuergerät vorgesehen ist, welches alternierend die Antriebsorgane für das Trägerband und die Antriebsorgane für die Presse und die Schere in Tätigkeit setzt.
Diese erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben. Fig. 1 zeigt das Schema der genannten Vorrichtung, und Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Separatorplatte.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfasst im wesentlichen eine Auftragszone A, eine Erhitzungszone B, eine Presszone C und eine Ablängzone D, die nacheinander von der zunächst lose aufgeschütteten, sodann durch Hitzeeinwirkung gesinterten und schliesslich durch Druckeinwirkung geformten und durch Kühlung verfestigten Pulverschicht durchlaufen werden. Auf der einen Seite der Vorrichtung befindet sich eine Spulentrommel 1, von der ein Band 2 aus geschmeidigem Material, wie Papier, Gewebe, Faservlies oder dergleichen, abgewickelt und über eine Umlenkrolle 3 zu einem stationären Tisch 4 geführt wird. Über diesem Tisch befindet sich ein Aufgabetrichter 5 für das Kunststoffpulver. Dieser Trichter kann die in der österreichischen Patentschrift Nr. 188096 beschriebene Bauweise haben.
Die aufgebrachte Kunststoffpulverschicht 6 wird sodann von dem Band 2 durch einen nachgeschalteten Durchlaufofen 7 geführt, dessen elektrische Heizkörper 8, 9 nur schematisch angedeutet sind. Im Durchlaufofen wird das Band 2 mit der Pulverschicht 6 von einem schrittweise vorgeschobenen Wanderrost 10 getragen, der als endloses Förderband um vor und hinter dem Ofen angeordnete Umlenkrollen 11 läuft. Am Ausgang des Ofens ist ein thermisch abgeschirmter Kanal 12 vorgesehen, in dem die gesinterte Pulverschicht von dem Band 2 über eine Walzenreihe 13 einer stationären, absatzweise arbeitenden Presse 14 zugeführt wird. Die Pressformen 15, 16 der dargestellten hydraulischen Presse sind wassergekühlt, so dass während der Pressung der gesinterten Kunststoffpulverschicht gleichzeitig eine Abkühlung derselben und eine entsprechende Verfestigung stattfindet.
Hinter der Presse sind Vorschubwalzen 17 angeordnet, welche den verfestigten Kunststoffstrang samt der Unterlage erfassen und durch die Presse hindurchziehen. Anschliessend an dieses Walzenpaar folgt eine stationäre, hydraulisch betätigte Schere 18, welche den Kunststoffstrang in Platten gewünschten Formats ablängt.
Es ist ersichtlich, dass die Unterlage aus Papier oder dergleichen als Träger der Kunststoffpulverschicht dient und es ermöglicht, diese Pulverschicht insbesondere in dem Bereich, in dem sie noch nicht verfestigt ist, also im Bereich des Durchlaufofens 7 und des Kanals 12, vorzuziehen und zwischen die Pressformen 15, 16 der stationären Presse 14 einzubringen. Infolge der Pressung und der Kühlung wird hier der Kunststoffstrang so verfestigt, dass er hernach von dem Walzenpaar 17 ohne Verletzungs gefahr erfasst und vorgezogen werden kann. Die geschmeidige Unterlage ermöglicht es, in der Presse 14 beide Seiten der Kunststoffschicht zu profilieren, weil sich die Unterlage gegebenenfalls unter geringfügiger Dehnung bzw. Streckung völlig an die Pressformen anschmiegt.
Selbst wenn hierbei im Falle der Verwendung sehr dünnen Papiers oder dergleichen die Unterlage örtlich reissen sollte, wird die Arbeitsweise der Maschine nicht beeinträchtigt, weil nach Öffnen der Pressstempel die Kunststoffschicht selbst schon so weit verfestigt ist, dass sie die von den Vorschubwalzen 17 ausgeübte Zugwirkung auf den nachfolgenden unverletzt gebliebenen Papierstreifen übertragen kann, der sodann die noch nicht verfestigte Pulverschicht mitnimmt. Die Papierunterlage kann hinter der Presse, wo sie ihre Funktion im wesentlichen erfüllt hat, von der Kunststoffbahn wieder abgezogen werden. Es ist aber auch möglich und unter Umständen sogar vorteilhaft, die Unterlage an der Kunststoffbahn zu belassen, so dass sie mit dieser abgelängt wird und an den fertigen Platten, z. B. Separatorplatten, verbleibt.
Je nachdem, ob es sich um eine stark faserige Unterlage handelt, die sich mit der Kunststoffschicht verfilzt, oder um eine glatte Unterlage, z. B. Seidenpapier, die eine geringere Haftwirkung ergibt, wird sich die Unterlage nach Einbau des Separators in Akkumulatoren unter der Einwirkung des Elektrolyten vom Separator lösen, was aber nicht stört.
Da zur Erzeugung einwandfreier plattenförmiger Sinterkörper die Arbeitsbedingungen, insbesondere Sintertemperatur und Sinterzeit sowie Pressdruck und Pressdauer, genau eingehalten werden müssen, empfiehlt es sich, die Arbeitsvorgänge der beschriebenen Maschine durch ein Programmschaltwerk zu steuern.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel enthält dieses Programmschaltwerk einen Antriebsmotor 21, der über einen Riementrieb 22 und eine Reibungskupplung 23 eine Schaltwelle 24 antreibt. Am Ende dieser Schaltwelle sitzt ein Steigrad 25, in das die Steigzähne eines Schwingankers 26 eingreifen. Die Achse dieses Schwingankers trägt eine Pendelstange 27 mit einem verstellbaren Pendelgewicht 28. Je nach der Einstellung dieses Gewichtes schwingt das Pendel mit einer die gesamte Vorrichtung steuernden längeren oder kürzeren Schwingungsdauer. Die über die Reibungskupplung 23 angetriebene Schaltwelle 24 führt somit schrittweise Drehbewegungen aus. Auf dieser Achse sind drei Steuernocken 29-31 angeordnet, welche drei Schalter Sj, S2 bzw. S3 betätigen.
Im Stromkreis des Schalters Sj (Vorschub) liegt ein Schütz 32, das den Vorschubmotor 33 der gesamten Vorrichtung einschaltet. Der Motor 33 treibt über einen Riemen 34 eine Vorgelegewelle 35 an, die über Wechselräder 36, wie in der Zeichnung schematisch durch einen Pfeil angedeutet worden ist, über die Welle 37 eine der Umlenkrollen 11 des Wanderrostes 10 und über einen Kettentrieb 38 die Vorschubwalzen 17 (synchron) antreibt. Die Vorgelegewelle 35 macht eine Umdrehung je Vorschubschritt. Die Anordnung ist so getroffen, dass der Schalter Si im Programmschaltwerk nur kurzzeitig den Stromkreis des Schützes 32 schliesst. Der dadurch eingeschaltete Motor 33 treibt eine Steuerscheibe 39 an, an der sich ein Abhebestift 40 für einen Schalter S4 befindet, welcher in der Ausgangsstellung unterbrochen ist.
Nach geringfügiger Drehung der Steuerscheibe 39 läuft der Abhebestift 40 von einer Steuerklinke des Schalters S4 ab, so dass sich dieser Schalter schliessen kann, bevor noch der Schalter Sl im Programmschaltwerk öffnet. Der Stromkreis des Schützes 32 bleibt nunmehr für den Rest des Vorschubschrittes über den Schalter S, geschlossen und wird erst nach Beendigung einer Umdrehung der Vorgelegewelle 35 durch den auf der Klinke des Schalters Sd, auflaufenden Abhebestift 40, der den Schalter öffnet, wieder unterbrochen. Zwischen dem Zeitpunkt der Betätigung des Schalters im Programmschaltwerk und der Unterbrechung des Schalters Sg wird die Unterlage 2 in der Vorrichtung um einen bestimmten, durch Wahl der Wechsekäder 36 einstellbaren Weg vorgeschoben.
Der Vorschubweg wird entsprechend der gewünschten Plattenlänge gewählt.
Der Press- und Ablängvorgang muss in den Pausen des schrittweisen Vorschubes erfolgen. Zu diesem Zweck ist auf der Schaltwelle 24 ein zweiter Steuernocken 30 vorgesehen, der nach der Unterbre chung des Schalters S, = einen Schalter S2 betätigt, in dessen Stromkreis ein Wendeschütz 41 liegt. Beim Schliessen des Schalters S2 legt dieses Schütz einen Motor 42 an Spannung, welcher eine Zahnradpumpe 43 antreibt. Diese Zahnradpumpe liefert an den Presszylinder 44 der Presse 14 und an den Druckzylinder 45 der Schere 18 Druckflüssigkeit, so dass die Presse und die Schere gleichzeitig betätigt werden, und zwar zu einem Zeitpunkt, in dem die Unterlage 2 bzw. die Pulverschicht 6 stillstehen. Auf diese Weise wird die gesinterte Pulverschicht in der Presse 14 nach Belieben verformt, abgekühlt und dadurch verfestigt.
Nach Ablauf einer bestimmten Zeit gibt der Nocken 30 den Schalter S2 frei und das Schütz 41 schaltet dadurch den Motor 42 ab. Dieser Motor ist mit einem Schleifringanker ausgestattet, in dessen Stromkreis Widerstände eingeschaltet sind. Durch die bekannte abfallende Drehzahlcharakteristik eines solchen Motors wird ein rasches Heben des (im vorliegenden Falle von unten nach oben wirkenden) Pressstempels und ein starker Drehzahlabfall des Motors bei Druckanstieg erreicht, wodurch der Pressvorgang selbstregelnd ist.
Nach Unterbrechung des Schalters S2 wird durch den Nocken 31 der Schalter S3 betätigt, der über das Schütz 41 den Motor 42 unter Phasenvertauschung in umgekehrter Drehrichtung einschaltet. Dadurch werden der Pressstempel abgesenkt und die Schere geöffnet.
Nach Ablauf dieses Arbeitszyklus ist der Kunststoffstrang im Bereich der Presse 14 verfestigt und an der Schere abgelängt worden. Bei weiterer Drehung der Schaltwelle 24 wird wieder der Schalter Sl betätigt, und es wird ein neuer Vorschubvorgang eingeleitet, durch den der verfestigte Teil des Kunststoffstranges aus der Presse herausgezogen und unter die Schere vorgeschoben wird.
Da auf diese Weise der Vorschubweg je Arbeitsperiode durch die Wechselräder 36 und die Dauer jeder Arbeitsperiode mit Hilfe des Pendels 27, 28 eingestellt werden kann, ist es möglich, die mittlere Durchlaufgeschwindigkeit durch den Durchlaufofen auf den für den Sintervorgang optimalen Wert einzuregeln und konstant, das heisst unabhängig von Netzschwankungen (Spannungs- oder Frequenzänderungen) zu halten.
In Fig. 2 ist eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Separatorplatte dargestellt.
Diese Platte hat die Form eines Verbundkörpers aus einem bandförmigen, geschmeidigen Trägermaterial 2, z. B. Papier, Gewebe, Faservlies oder dergleichen, und einer gesinterten Kunststoffplatte 6. Dieser Verbundkörper ist beidseitig profiliert, und zwar vorzugsweise mit abwechselnd nach oben und unten vorspringenden Ausbuchtungen R geformt. Durch die Verwendung eines geschmeidigen Trägermaterials wird diese Verformung nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einer absatzweise arbeitenden, stationären Presse ermöglicht.
Als Ausgangsmaterial für das Verfahren gemäss der Erfindung eignen sich alle sinterungsfähigen Kunststoffpulver, wie Pulver aus Polyvinylverbindungen, z. B. Polyvinylchlorid oder -acetat, Polyvinylcarbazol und Polystyrol, ferner Polyverbindungen der Acrylsäure- oder Methacrylsäurereihe, Polymethacrylsäureester, Polyäthylen sowie sonstige Polymerisaite, Polymerisatgemische oder Mischpolymerisate solcher und ähnlicher Verbindungen.