Verfahren zum Verbinden eines Metallteiles mit mindestens einem metallischen Bauelement, insbesondere von einem Akkumulator, durch Angiessen innerhalb einer Giessform, sowie Giessform zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbin den eines Metallteiles mit mindestens einem metallischen Bauelement, insbesondere von einem Akkumulator, durch Angiessen innerhalb einer Giessform, wobei dem bzw. den Bauelementen und dem sich im schmelzflüssi gen Zustand befindlichen Metallteil auf induktivem Wege erzeugte Wärme zugeführt und der in die Giess form eingegossene, genannte Metallteil durch Kühlen der Giessform zur Erstarrung gebracht wird.
Die Er findung betrifft weiterhin eine Giessform zur Durch führung dieses Verfahrens.
Verfahren der vorgenannten Art, mit denen bei spielsweise Polbrücken, Zellenverbinder und Polan schlüsse an in Akkumulatoren vorhandenen Bauelemen ten angegossen werden können, sind bereits bekannt. Bei einigen dieser Verfahren hat es sich als nachteilig erwiesen, dass das zur Verarbeitung kommende Metall mit einer dünnen Oxydhaut überzogen ist, die nach dem Aufschmelzen der zu verbindenden Teile das Ineinander fliessen der Metalle an den Berührungsstellen erschwert oder ganz unmöglich macht. Dies ist beispielsweise bei dem für Blei-Akkumulatoren verwendeten Hartblei der Fall.
Zur Vermeidung dieses Nachteils muss die Oxydhaut aufgerissen und zumindest teilweise weggeschwemmt werden. Dies geschieht bei einem anderen bekannten Verfahren mit Hilfe eines stark reduzierende Substan zen enthaltenen Flussmittels. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht zum Angiessen von Zellenverbindern oder Anschlusspolen.
Auch ist bereits vorgeschlagen worden, die Oxyd haut während des Giessvorganges mit Hilfe einer starken Gasflamme aufzureissen und wegzuschwemmen. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nur zur Herstellung von Polanschlüssen für Starter-Batterien, versagt hingegen beim Angiessen von Polbrücken, insbesondere dann, wenn eine grössere Anzahl von Akkumulatorenplatten an eine entsprechend lange Brückenleiste angegossen werden soll.
Bei einem anderen bekannten Verfahren werden die Stromfahnen von Akkumulatorenplatten, von oben her in die darunterliegende Form eingesetzt, die entspre chend der anzugiessenden Polbrücke ausgestaltet und von unten induktiv mittels Hochfrequenz beheizt ist. Dabei werden die Spitzen der Stromfahnen vor dem Eingiessen des schmelzflüssigen Metalls in die Form durch Kontakt mit dem beheizten Formboden aufge schmolzen. Hierbei bleibt jedoch ebenfalls die Oxyd haut auf dem aufgeschmolzenen Metall erhalten und be hindert das Ineinanderfliessen des Metalls und damit die gewünschte Verschweissung. Auch dieses Verfahren ist deshalb für das Angiessen von Zellenverbindern und Anschlusspolen ungeeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Giessform derart auszugestalten, dass einwandfreie Verbindungen zwi schen einem Bauelement und anzugiessendem Metallteil erreicht werden können, und zwar mit einem relativ geringen Energieaufwand.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art. das erfindungsgemäss dadurch Uekennzeichnet ist, dass in dem bzw. den mit dem Metallteil zu verbindenden, in die Giessform hineinra genden Bauelement bzw. Bauelementen oder einem Teil bzw. Teilen davon direkt mittels Induktion Wärme er zeugt wird.
Die Giessform zur Durchführung des erfindungsge mässen Verfahrens, die eine der Gestalt des anzugiessen den Metaflteiles entsprechende Form aufweist und mit mindestens einer zur induktiven Erwärmung dienenden Leiterschleife sowie mit einer Kühleinrichtung versehen ist, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zwischen Giessformhohlraum und Leiter- schleife liegender Teil der Giessform aus einem dielek trischen Material besteht.
Das erfindungsgemässe Verfahren geht davon aus, dass bei direkter Übertragung hochfrequente Energie auf ein leichtschmelzbares Metall, wie beispielsweise Hart blei, mit Hilfe einer von einem hochfrequenten Strom durchflossenen Leiterschleife die Oberfläche des Me talls aufgeschmolzen werden kann, wobei durch das vorhandene Wirbelfeld eine starke Bewegung der flüssi gen Teilchen hervorgerufen wird. Aufgrund dieser star ken Bewegung werden oberflächlich vorhandene Oxyd schichten aufgerissen und weggeschwemmt, so dass sich das beim Giessvorgang hinzutretende schmelzflüssige Metall mit der aufgeschmolzenen Oberfläche leicht ver binden kann.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Intensität der Oberflächenbewegung und damit die auf die Oxydschicht einwirkenden Kräfte durch Wahl ge eigneter Frequenzen und Stromdichten, Feldstärken und Einwirkungsdauer gesteuert werden können. Insbeson dere kann die Steuerung der genannten Grössen so er folgen, dass sich das Aufschmelzen des Metalls auf die Oberflächenschichten beschränkt, wodurch das darunter liegende Metall stehen bleibt und feste Verbindungen zwischen dem angegossenen und dem anzugiessenden Metall entstehen, zu deren Erzeugung nur relativ geringe Energiemengen erforderlich sind.
Die induktive Erwärmung der Bauelemente oder Teile davon kann sowohl vor als auch während des Eingiessens des schmelzflüssigen Metalls in die Giess form erfolgen.
Auch hat sich bewährt, das schmelzflüssige Metall während des Eingiessens direkt induktiv zu erwärmen. Dabei kann, wenn die Giessform während des Giess prozesses ständig gekühlt wird, eine vorzeitige Erstar rung an der kalten Formenwand und ein dadurch be dingtes nicht vollständiges Anfüllen der Form vermieden werden, indem die direkte induktive Erwärmung des schmelzflüssigen Metalls bevorzugt in den Schichten er folgt, die mit der Formwandung in unmittelbarer Be rührung stehen. Da der Giessvorgang relativ schnell ab läuft, braucht diese zusätzliche Wärmezufuhr nur kurz zeitig aufrechterhalten zu werden.
Somit brauchen die Formen nicht unbedingt aus hitzebeständigem Material, beispielsweise Keramik, gefertigt zu sein, sondern kön nen auch aus organischen Stoffen, beispielsweise phenol harzgetränktem Papier, Hartgummi, Press- oder Giess harz oder anderen geeigneten Kunststoffen bestehen, die einen ausreichend kleinen Verlustwinkel besitzen und sich im Hochfrequenzfeld nicht zu stark erwärmen.
Die Zuführung der Metallschmelze in die Giessform kann, falls erforderlich, auch in vorteilhafter Weise un ter Druck erfolgen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Ver fahrens besteht darin, dass jeder Giessvorgang, wie bei spielsweise das Angiessen von Polbrücken an die Strom fahnen, das Angiessen der Zellenverbinder und das An giessen der Anschlusspole, unter Verwendung der für die Montage des Akkumulators benutzten Einzelteile, wie Gehäuse, Zellendeckel, usw. durchgeführt werden kann. Dadurch ist eine leichtere und vereinfachte Montage der Akkumulatoren, beispielsweise auf automatisch arbei tenden Montagebändern, möglich.
Bei der Verwendung von nichtmetallischen Bauteilen können diese in vorteil- hafter Weise mit Durchbrüchen zur Aufnahme der mit dem Metallteil zu verbindenden metallischen Bauele mente versehen sein sowie Dichtflächen zum Verschlie ssen der Giessform besitzen. Zweckmässigerweise können diese nichtmetallischen Bauteile nach Durchführung des Giessvorgangs im bzw. am Akkumulator verbleiben.
Der Erfindungsgegenstand wird in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind, näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine geschnittene Form in Giessposition zum Angiessen von Starter-Rundpolen, Fig. 2 den Verlauf der Leiterschleife in der Wan dung der in Fig. 1 gezeigten Giessform, Fig. 3 eine Schnittansicht des angegossenen Giess teils, Fig. 4 eine andere geschnittene Ausführungsform einer Giessform für Starter-Rundpole in Giessposition, Fig. 5 eine Schnittansicht des angegossenen Starter- Rundpols der Giessform von Fig. 4.
Fig. 6 eine Schnittansicht einer zum Angiessen von Zellenverbindern an die Verbinderpole benachbarter Zellen geeigneten Giessform in Giessposition, Fig. 7 eine Schnittansicht der Leiterschleifen für die Giessform von Fig. 6, Fig. 8 eine Schnittansicht des mit der in Fig. 6 gezeigten Form an die Verbinderpole angegossenen Zellenverbinders, Fig. 9 eine Schnittansicht einer anderen Ausfüh rungsform einer zum Angiessen von Zellenverbindern an die Verbinderpole benachbarter Zellen geeigneten Giessform, Fig. 10 eine Schnittansicht der mit der Giessform von Fig. 9 angegossenen Zellenverbinder, Fig. 11 eine Schnittansicht eines seitlich heraus klappbaren Schiebers, Fig. 12 eine Schnittansicht einer zum Angiessen von Polbrücken an die Stromfahnen gleichnamiger Platten einer Zelle geeigneten Giessform, Fig.
13 eine Schnittansicht der in Fig. 12 darge stellten Giessform in einer Ebene senkrecht zur Schnitt ebene von Fig. 12, Fig. 14 und 15 Schnittansichten fertiggelöteter Plat tenpalette in einem Zellengefäss, Fig. 16, 17, und 18 schematische Darstellungen der Anordnung und Führung von Leiterschleifen in der Wandung der Giessform.
Die in Fig. 1 gezeigte Giessform 1 zum Angiessen von Starter-Rundpolen besteht aus einem Giess- oder Pressharz, beispielsweise Araldit oder Teflon, in das die Leiterschleife 2 aus Kupferrohr mit seitlich aus der Formwand herausgeführten Anschlüssen 3, 3' einge bettet ist. Der Verlauf der Leiterschleife 2 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Danach ist die Leiterschleife so um den zylindrischen Giessraum 6 gewickelt, dass das Kupferrohr dicht unter der Oberfläche des Giess raumes liegt.
Die Form 1 besitzt auf ihrer Oberseite einen Ein fülltrichter 5, durch den das schmelzflüssige Metall in den Giessraum 6 gefüllt werden kann. Den Boden der Giessform bildet ein Hartgummideckel 8, in den eine Bleibuchse 9 einvulkanisiert ist, durch die hindurch sich der von einer Polbrücke 10 getragene Satzendpol 11 eines nicht im einzelnen dargestellten Plattensatzes 12 einer endständigen Akkumulatorzelle erstreckt. Die Form 1 ist mit ihrer bodenseitigen Stirnfläche 4 gegen die Dichtungsfläche 7 an dem Hartgucnmideckel 8 abgedichtet.
Die Bleibuchse 9 ist an ihrem dem Giess raum 6 zugewandten Ende mit einem in den Giessraum hineinragenden Kragen 13 versehen, dessen Oberkante mit dem oberen Ende des Satzendpols bündig abschliesst. Der Kragen 13 der Bleibuchse und der Satzendpol 11 werden mit dem in Fig. 3 als fertiges Gussteil gezeigten Grundpol 14 verbunden, der in der Giessform 6 her gestellt wird. Zu diesem Zweck wird die in die Giess form hineinragende Oberfläche des Kragens 13 der Bleibuchse 9 und die Stirnseite des Satzendpols 11 auf induktivem Wege mittels Hochfrequenz durch die Lei terschleife 2 so stark erhitzt, dass die Oberfläche des Kragens 13 der Bleibuchse 9 und der Stirnseite des Satzendpols 11 aufschmelzen.
Durch das elektrische Wirbelfeld der Leiterschleife 2 wird in dem geschmol zenen Metall eine starke Bewegung der Flüssigkeitsteil chen hervorgerufen, die ein Aufreissen und Hinweg schwemmen vorhandener Oxydschichten zur Folge hat. Darauf wird der Giessraum 6 durch den Fülltrichter 5 mit schmelzflüssigem Metall gefüllt, aus dem der mit den Bauelementen 9, 11 zu verbindende Grundpol 14 bestehen soll. Da nunmehr keine Oxydschicht auf den oberflächlich geschmolzenen Bauelementen mehr vor handen ist, wird eine sehr feste Verbindung zwischen den Bauelementen und dem Grundpol 14 erreicht.
Die in Fig. 4 dargestellte Giessform 1 zum Angiessen von Starter-Rundpolen eignet sich insbesondere für Akkumulatoren mit Kunststoffgehäusen. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leiter schleife 2 in einem Formkörper aus warmfestem Giess- oder Pressharz eingebettet. Die Leiterschleife 2 besteht ebenfalls aus einem dünnwandigen Kupferrohr, das mit Anschlüssen 3, 3' zur Zuführung der Hochfrequenz energie und Kühlmittel ausgerüstet ist. Die Anordnung und Führung der Leiterschleife 2 entspricht der Aus führung nach Fig. 2.
Die Form 1 sitzt auf einem den Satzendpol 11 konzentrisch umgebenden Metallring 13, der mit einer äusseren Dichtungsfläche 14 in eine Vertiefung 15 eines Kunststoffdeckels 16 eingreift. Der vorzugsweise aus Aluminium gefertigte Metallring 13 wird von einem unabhängigen Kühlsystem 17 durchzogen, dessen Zu leitungen und Ableitungen bei 9, 9' aus dem Formkör per 1 herausgeführt sind. Der Giessraum 6 der Form 1 wird unten von dem Boden 19 der Vertiefung 15 und den durch die Öffnung 20 des Bodens 19 in den Giess raum 6 hineinragenden Pol 11 begrenzt. Der Pol 11 wird von einer Brücke 21 eines im einzelnen nicht dargestellten Plattensatzes 12 getragen.
Im oberen Bereich der Giessform I befindet sich der Einfülltrichter 5, durch den über die Bleileitung 22 und ein nicht näher beschriebenes Magnetventil 23 das schmelzflüssige Metall der Giessform zugeführt wird. Ausserdem ist der Kopf der Giessform 1 mit zwei Kontaktstiften 24, 24' versehen, die mit Hilfe der Lei tungen 25, 25' an eine nicht dargestellte Schalteinrich tung angeschlossen sind, die beim Kurzschliessen <B>der</B> Kontaktstifte, sobald die Metallschmelze in der Form ein festgelegtes Niveau erreicht, die weitere Zufuhr von schmelzflüssigem Metall und hochfrequenter Energie unterbricht.
Nach dem Abbau der Form 1 und ihres konzen trischen, metallenen Lagerringes 13 bleibt der in Fig. 5 gezeigte gegossene Starter-Rundpol zurück, der mit dem Satzendpol 11 eine Einheit bildet und auf der Ver tiefung 15 im Kunststoffdeckel 16 aufsitzt. Der um den Rundpol vorhandene geringe Raum 26 dient zur Auf nahme einer Abdichtungsmasse.
Die in Fig. 6 im Schnitt dargestellte Giessform 1 eignet sich für das Angiessen von Zellenverbindern an die Verbinderpole benachbarter Zellen. Die in Giess position gezeigte Form besteht wiederum aus einem warmfesten Giessharz, in das die hintereinander geschal teten Leiterschleifen 2, 2' eingebettet sind. Die An schlussstutzen 3, 3' dienen der Zuführung von Hoch frequenzenergie und Kühlmittel, das die hohlen Induk tionsschleifen durchströmt, so dass die Form auf einer gewünschten Temperatur, beispielsweise Umgebungs temperatur, gehalten werden kann. Die Lage der Uiter- schleifen 2, 2' innerhalb des Formkörpers 1 geht aus Fig. 7 hervor, wo die Schleifen waagrecht geschnitten sind.
Die Giessform 1 sitzt mit einer Dichtungsfläche 26 auf dem Boden 27 der wannenförmigen Vertiefung 15 auf, die in einem durchgehenden, aus Kunststoff be stehenden Zellendeckel 16 eingelassen ist. Der Giess raum 6 wird von dem Boden 27 der Wanne 15 und der Oberfläche zweier durch im Boden 27 befindliche Öffnungen 20, 20' hindurch in den Giessraum hinein ragender Verbinderpole 11, 11' nach unten zu abge schlossen. Das schmelzflüssige Metall wird durch den Einfülltrichter 5 zugeführt. Der Zufluss lässt sich, wie im Zusammenhang mit dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, mit nicht dar gestellten Steuerorganen regeln.
Die Fig. 8 zeigt die Vorrichtung von Fig. 6 nach dem Ausbau aus der Giessform 1. Der an die Verbinder pole 11, 11' angegossene Verbinder 29 liegt flach und dicht auf dem Boden 27 der wannenförmigen Vertie fung 15 auf. Die Verbinderpole 11, 11' sind bei dieser Ausführungsform des Zellenverbinders gegen das Zellen innere durch Gummiringe 28, 28' abgedichtet. Die wannenförmige Vertiefung 15 kann oberhalb des Ver binders und in dem seitlichen Ringraum 30 mit einer Vergussmasse angefüllt werden.
Eine der in Fig. 6 gezeigten ähnliche Ausführungs form ist in Fig. 9 dargestellt. Hierbei sind jedoch seit lich ausschwenkbare Schieber 31, 3l' vorgesehen, die in den Giessraum 6 hineinragen und dazu dienen, zwi schen dem anzugiessenden Verbinder, der in Fig. 10 bei 29 gezeigt ist, und dem Boden 27 der wannen- förmigen Vertiefung 15 einen Raum auszusparen. In diesen ausgesparten Raum wird nach Herstellung des Verbinders 29 eine Vergussmasse gefüllt, die die Pol durchführungen isoliert. Dadurch erübrigt sich der Ein bau der in Fig. 8 beschriebenen Dichtungsringe 12, 12' unterhalb des Zellendeckels.
Die Anordnung der in Fig. 9 angedeuteten seitlich ausschwenkbaren Schieber 31, 3l' geht aus Fig. 11 genauer hervor. Danach sind die Schieber bei 33, 33' seitlich verschwenkbar gelagert und fassen zangenartig unter den Giessraum 6, wenn das schmelzflüssige Me tall durch den Trichter 5 in die Form 1 eingefüllt wird. Mit Hilfe der am oberen Ende der Schieber 31, 31' angebrachten Griffe 32, 32' lassen sie sich nach dem Erkalten des Gusses in die gestrichelt gezeichnete Stel lung verschwenken und zusammen mit der Form 1 aus der muldenförmigen Vertiefung 15 entfernen.
Die in den Fig. 12 und 13 dargestellte weitere Ausführungsform der neuartigen Giessform eignet sich insbesondere zum Angiessen von Polbrücken an die Stromfahnen gleichnamiger Platten einer Zelle. Die in Giessposition gezeigte Giessform 1 besteht wiederum aus einem warmfesten Giess- oder Pressharz, in das die Hochfrequenz-Induktionsschleife 2 eingebettet ist, die bei 3, 3' mit Anschlüssen für die Zuführung der Hoch frequenzenergie und des Kühlmittels versehen ist. Die Giessform 1 sitzt mit einer Dichtungsfläche 4 auf einer Kammleiste 33 aus säurefestem, elastischem Material auf, die von Separatoren 34 des Plattensatzes getragen wird und gleichzeitig als Schutzplatte für die Separato ren und Satzabdeckplatte dient.
Die Kammleiste 33 ist mit schlitzförmigen Durchgängen 35 versehen, durch die Stromfahnen 36 der Platten des Plattensatzes in den Giessraum 6 zur Ausbildung der Polbrücke hineinragen. Die Kammleiste 33 bildet zusammen mit den Strom fahnen 36 den unteren Abschluss der Form 1. Im oberen Bereich der Giessform ist ähnlich wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Einfülltrichter 5 angeordnet, durch den über die Bleileitung 22 und ein im einzelnen nicht dargestelltes Magnetventil 23 das schmelzflüssige Metall in den Giessraum 6 eingeführt wird.
Am Kopf der Form 1 befinden sich des weiteren zwei Kontaktstifte 24, 24'. die über elektrische Leitun gen 25, 25' an eine nicht gezeigte Schalteinrichtung an geschlossen sind, welche beim Kurzschliessen der Ko taktstifte durch das in der Giessform hochsteigende flüssige Metall die Zufuhr der Metallschmelze und der hochfrequenten Energie drosselt oder ganz unterbricht. Bei 37 und 37' sind die Wände eines Zellengefässes eines Akkumulators gezeigt, das vor der Durchführung des Lötprozesses zur Aufnahme der Plattenpakete dient und in dem die fertiggelöteten Plattensätze bei der Fertigstellung des Akkumulators verbleiben.
In den Fig. 14 und 15 sind die Plattensätze zu sammen mit der angegossenen Polbrücke und dem Satzendpol 14 im Schnitt so dargestellt, wie sie nach der Entfernung des Formkörpers 1 aus dem Innenraum 38 des Zellengefässes vorliegen.
Die Fig. 16 bis 18 verdeutlichen in schematischer Darstellung die Anordnung der Hochfrequenzinduk tionsschleife 2 innerhalb des Formkörpers 1 der Fig. 12 und 13, wobei die Leiterschleife spiralförmig um den Giessraum 6 gewickelt ist und dicht unterhalb der Wandung des Giessraums liegt. Auch im Bereich der beispielsweise rechteckig geformten Polbrücke sind, wie insbesondere Fig. 18 entnommen werden kann, Win dungen der Leiterschleife 2 vorhanden, so dass diesem Bereich sowohl eine ausreichende Hochfrequenzenergie als auch das zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Formtemperatur erforderliche Kühlmittel über die An schlüsse 3, 3' zugeführt werden kann.