Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines, eine Öffnung in einem Akkumulatorgehäuse durchsetzenden Akkumualtor-Polzapfens.
Seit der Einführung der Seiten- oder Stirnseiten-Polzapfen bei BleilSäure-Alckumulatoren traten immer wieder Schwierigkeiten auf, da diese Polzapfen notwendigerweise unterhalb des Elektrolytspiegels des Akkumulators liegen. Zur Vermeidung einer Beschädigung durch die Elektrolytsäure ist eine lecksichere Verbindung unabdingbar. Dies stellt aber bei den derzeit gebräuchlichen Gehäusen für Blei/Säure-Akkumulatoren ein Problem dar, da zahlreiche dieser Gehäusearten aus Kunststoffen, wie Polypropylen, bestehen. Die Verbindungen bzw. Polzapfen selbst bestehen üblicherweise aus Metall, und sie werden in den meisten Fällen aus einer Bleilegierung hergestellt. Dabei muss aber sorgfältig darauf geach.
tet werden, dass nicht nur ein einwandfreies Verschmelzen der Metallteile gewährleistet, sondern auch eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Metall-Polzapfen und der Kunststoff-Gehäusewand hergestellt wird. In den meisten Fällen erfolgt das Verschmelzen der Metallteile durch Schweissen Wird das Schweissen jedoch in der Nähe der aus Kunststoff bestehenden Gehäusewand. durchgeführt, so ist äusserste Vorsicht nötig, weil der Kunststoff dabei so flüssig werden kann, dass er buchstäblich von den Metallteilen wegfliesst . Ein solcher Zustand führt aber zu einem mangelhaften Polzapfen, der ausserdem noch undicht ist. Der Stand der Technik bietet nirgends eine Lösung dieses Problems in der Weise, dass eine robuste und lecksichere Konstruktion für einen Seiten- oder Sitrnseiten-Polzapfen eines Akkumulators gewährleistet wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, dass dieser Polzapfen eine lecksichere Verbindung gewährleistet.
Zudem bezweckt die Erfindung die Schaffung einer mit Gewinde versehenen Metall-Polzapfenkonstruktion vorzugsweise für einen BleilSäure-Akkumulator, die unter Gewährlei- stung von Leck- oder Auslaufsicherheit in einer Gehäusewand aus Kunststoff verwirklicht werden kann. Ausserdem soll dieser Seiten- oder Stirnwand-Polzapfen nach einem halb- automatischen Verfahren herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines eine Öffnung in einem Akkumulatorgehäuse durchsetzenden Allkumulator-Polzapfens erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zunächst ein erstes Glied und ein zweites Glied getrennt hergestellt werden und an der einen Seite der Gehäusewand das erste Glied angeordnet wird, das einen Hauptteil und einen in die Öffnung einführbaren Ansatzabschnitt aufweist, dass der Ansatzabschnitt in die Öffnung eingeführt und durch die Gehäusewand hindurchgeführt wird, so dass ein Teil dieses Ansatzabschnitts an der anderen Seite der Gehäusewand aus ihr herausragt, dass sodann auf den Ansatzabschnitt des ersten Glieds das zweite Glied aufgesetzt wird, das mit einer Ausnehmung zur mit Reibsitz erfolgenden Aufnahme des Ansatzabschnitts des ersten Glieds versehen ist,
dass hierauf unter Krafteinwirkung die Berührungsabschnitte der beiden Glieder angeschmolzen werden und ein Teil der Gehäusewand zwischen diesen beiden Gliedern erweicht wird, dass anschliessend die angeschmolzenen Berührungsabschnitte abgekühlt werden und dass schliesslich die beiden Glieder gegeneinander gepresst werden, wobei sich ein Teil der erweichten Gehäusewand zwischen ihnen befindet.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert Es zeigen:
Fig. 1 ein Verfahrensschema zur Veranschaulichung der beim erfindungsgemässen Verfahren durchgeführte Verfahrensschritte,
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung zweier Knopfglieder vor dem Einsetzen in eine Öffnung in der Wand eines Akkumulator-Gehäuses,
Fig. 3 eine in vergrössertem Massstab und in lotrechtem Schnitt gehaltene Ansicht der beiden Knopfglieder, die in flüssigkeitsdichter Verbindung in einer Gehäusewand verschmolzen sind,
Fig. 4 eine im lotrechten Schnitt gehaltene Ansicht zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Eingiessen einer Gewindemutter in eines der Knopfglieder,
Fig. 5 eine Fig. 2 ähnelnde Schnittansicht, welche jedoch die Ausrichtung der Knopfglieder vor dem Verschmelzen zeigt,
Fig.
6 eine perspektivische Darstellung des Anbringens eines Wachswulstes an einem der Knopfglieder,
Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht einer beim erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Kolben- oder Press schweissvorrichtung,
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des mechanischen Stauchens,
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Kolben- oder Press-Schweissvorrichtung zum Anschweissen eines Anschlussfahnen-Knopfglieds an der an der Innenseite des Akkumulatorgehäuses befindlichen Scheibe,
Fig. 10 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer bevorzugten Anschlussanordnung zum Verschweissen eines Anschlussfahnen-Knopfglieds mit den üblichen Platten an der Innenscheibe sowie der Innenscheibe zur Verbindung mit dem Aussenknopf und
Fig.
11 einen lotrechten Schnitt durch die nach dem erfindungsgemässen Verfahren unter Verwendung der Bauteile gemäss Fig. 10 hergestellten Verbindung.
Vorzugsweise wird die Öffnung in der Seiten- oder Stirnwand des Akkumulatorgehäuses, in welcher die Polzapfenkonstruktion ausgebildet wird, mit Hilfe einer Stanzvorrichtung der in der US-Patentschrift 3 238 829 beschriebenen Art ausgebildet. Dieser Stanzvorgang ist in Fig. 1 schematisch dargestellt, und Fig. 1 veranschaulicht auch die grund sätzlichen Verfahrensschritte bei der Herstellung der Stirn polzàpfenldonstuktion nach dem erfindungsgemässen Verfah ret. Das beim erfindungsgemässen Verfahren verwendete Akkumulatorgehäuse entspricht vorzugsweise demjenigen gemäss der US-Patentschrift 3 388 007.
In Fig. 2 ist ein Teil der Seite oder Stirnwand 11 des Gehäuses des Akkumulators dargestellt, wobei diese Gehäusewand einen eine Öffnung 14 umschliessenden Ringsteg 12 aufweist, der mit Hilfe der genannten Stanzvorrichtung ausgebildet worden ist. Ein vorderes Knopfglied 15 besteht aus einer Bleilegierung, z. B. aus einer 3 % Antimon enthaltenden Bleilegierung, und weist eine in es eingegossene Stahlmutter 38 mit einem Gewindestopfen 39 auf. Der Knopf 15 weist einen Ansatzabschnitt 16 von im wesentlichen zylindrischer Form auf, der durch die Öffnung 14 hindurchführbar ist.
Eine rückseitige Scheibe 18, die aus der gleichen Bleilegierung bestehen kann wie der vordere Knopf 15, besitzt kreisförmige Gestalt und ist mit einer kreisförmigen Ausnehmung 19 versehen, welche einen Teil des Ansatzabschnitts 16, der durch die Öffnung 14 hindurch über die Rückseite der Wand 11 hinausragt, mit Reibsitz aufnimmt.
Vor dem Einsetzen des vorderen Knopfes 15 in den Ringsteg 12 und durch die Öffnung 14 wird ein ringförmiger Wachswulst 20 auf den Bereich des vorderen Knopfes 15 aufgetragen, in welchem der Ansatzabschnitt 16 vom Hauptteil 17 abgeht. Der Wulst 20 besteht aus einer thermoplastischen Masse mit einem Schmelzpunkt von etwa 177-190 C. Nach dem Auftragen des aus wachsartigem Material bestehenden Wulstes 20 wird der vordere Knopf 15 in den Ringsteg 12 eingesetzt, so dass der Ansatz 16 die Öffnung 14 durchsetzt eine Kolbenstange 62 abwärts in Richtung auf das untere Ende bzw. eine Widerlagerspitze 63 bewegen. Die Kraft zum Verschieben des Kolbens 62 wird durch eine erste Hauptkolbenanordnung 64 und eine zweite Federplattenbzw. Membran-Etetätigungseinrichtung 65 aufgebracht.
Der Schweissstrom wird auf übliche Weise mit Hilfe einer elektrisch mit der Schweissspitze 68 verbundenen Sammelschiene 69 an die Schweissspitze 68 an der Kolbenstange 62 angelegt. Die Wasserkühlung der unteren Widerlagerspitze 63 erfolgt über ein hohles Ausleger-Tragglied 69A. Wenn das vordere und das hintere Knopfglied in der Ausrichtung entsprechend Fig. 5 in den Ringsteg 12 in der Wand 11 eingesetzt sind, liegt die Spitze 63 an der Rückseite des hinteren Knopfes 18 an, während die Schweisspitze 68 mit der Stirnseite 22 des vorderen Knopfes 15 in Berührung gelangt. Die Kolbenanordnung 64 verlagert dabei die Kolbenstange 62 nach unten in Berührung mit dem vorderen Knopf 15, worauf der Schweissstrom angelegt wird, um die beiden Knopfglieder miteinander zu verschweissen.
Während der Anlegung des Schweisstroms unter den angegebenen Bedingungen wird auch die Federplatten- bzw. Membrananordnung betätigt, welche eine zusätzliche Kraft auf die Kolbenstange 62 ausübt, so dass die beiden Knopfglieder in ihrem angeschmolzenen Zustand fester gegeneinander gepresst werden.
Nach dem in Verbindung mit Fig. 7 beschriebenen Pressschweissvorgang wird das Gehäuse 10 zu einem Stauchvorgang überführt, der durch die in Fig. 8 dargestellte, allgemein mit 80 bezeichnete Vorrichtung durchgeführt wird.
Das Gehäuse 10 mit dem in den Ringsteg 12 eingeschweissten Knopf 15 wird längs eines Förderers 82 mit umlaufenden Ketten 83, 84, die von Kettenrädern 85 bzw. 89 getragen werden, zu einer Position gefördert, in welcher der den vorderen Knopf 15 und den mit seiner Rückseite verschweissten hinteren Knopf 18 enthaltende Ringsteg 12 lotrecht unter einer Widerlagerfläche 86 sowie hydraulischen Kolben/- Zylinder-Einheiten 87 und 88 angeordnet ist; dabei ist zu beachten, dass ein dem Widerlager 86 entsprechendes, nicht dargestelltes Widerlager der Hydraulikeinheit 88 gegenüberliegend angeordnet ist.
Mit Hilfe von entsprechenden, in einem Schalilcasten 90 angeordneten automatischen Steuerun gen werden die den Widerlagern 86 gegenüberliegenden Hydraulikeinheiten 87 und 88 über eine bewegbare Kopfanordnung 92 abgesenkt, um die Widerlager 86 an den Rückseiten der betreffenden hinteren Knöpfe 18 und die Hydraulikeinhei- ten 87 und 88 mit ihren nicht dargestellten Kolbenstangen der Vorderseite des betreffenden vorderen Knopfes 15 gegenüberliegend auszurichten.
Wenn das Gehäuse zwischen einer Spannschiene 93 und einer gegenüberliegenden, nicht dargestellten, an der gegenüberliegenden Wand des Gehäuses 10 angreifenden Spannschiene verspannt worden ist, werden die Hydraulikeinheiten 87, 88 betätigt, so dass ihre Kolben an den Stirnseiten der Knöpfe 15 angreifen, wobei der betreffende vordere Knopf 15 und der zugeordnete hintere Knopf 18 zwischen den Kolben und den Widerlagern 86 verpresst und dabei mechanisch gestaucht werden. Nach diesem Stauchen werden die Hydraulikeinheiten 87 und 88 eingefahren, und die Kopfanordnung wird hochgefahren, so dass das Gehäuse 10 durch den Förderer 82 in Querrichtung aus der Stauchposition herausbewegt werden kann.
Nach dem Stauchen werden sodann die Akkumulatorzellen mit ihren Ansätzen 24 und Anschlussfahnen 13 gemäss Fig. 11 durch Schweissen mit der Rückseite des hinteren Knopfes bzw. der rückseitigen Scheibe 18 verbunden. Dies geschieht mit Hilfe eines in Fig. 9 schematisch dargestellten Schweisslçopfes, der einen pneumatischen Zylinder 100 zum Verschieben einer Kolbenstange 101 mit einer an deren Ende vorgesehenen Schweisselektrode 102 aufweist. Die Kolbenstange 101 wird dabei in Richtung auf ein Widerlager 103 ausgefahren, das durch ein U-förmiges Glied 104 in einer der Schweisselektrode 102 gegenüberliegenden Stellung gehalten wird.
Selbstverständlich können für die Anbringung der Plattenansätze 24 an der Scheibe 18 auch andere #2#--Heisseinrichtungen verwendet werden, mit denen sowohl ein Schweissstrom angelegt als auch eine Quetschkraft ausge übt werden kann. Der Schweisskopf 105 gemäss Fig. 9 ist ohne weiteres an die Stauchvorrichtung gemäss Fig. 8 anpassbar, wobei lediglich der Schweisskopf 105 anstelle der Hydraulikeinheiten 87 und 88 und der Widerlager 86 vorgesehen zu werden braucht, während die Verbindung mit der Kopfanordnung 80 über die Oberseite des U-förmigen Trägerglieds 104 erfolgt.
Beim vorstehend beschriebenen Verfahren ist die aus den beiden Knopfgliedern 15 und 18 bestehende Polzapfenkonstruktion in eine Öffnung 14 eingesetzt, die von einem Ringsteg 12 umgeben ist. Obgleich dieser Ringsteg 12 der Konstruktion ein ansprechendes Aussehen verleiht und ausserdem einen gewissen Schutz für den vorderen Knopf 15 bietet, ist er ersichtlicherweise nicht erfindungswesentlich, so dass er auch weggelassen werden kann. Das gleiche gilt auch für die Anordnung des Gewindestopfens 39 in der Mutter 38. Der Stopfen 39 dient lediglich dazu, das Gewinde der Mutter 38 während des Giessvorgangs sauber und von Verstopfungen frei zu halten. Wie erwähnt, besteht der als Dichtmittel am vorderen Knopf 15 vorgesehene Wachswulst 20 aus einem thermoplastischen Material.
Es ist jedoch zu beachten, dass für diesen Zweck auch andere, ähnliche Dichtmassen, wie Wachs, Kunstharz auf Kohlebasis oder wärmeaushärtende Kunstharze verwendet werden können, die eine solche Viskosität besitzen, dass sie einem Kaltfluss unter Druck entgegenwirken, an Polypropylen und Metallegierungen anhaften und eine fluidumdichte Abdichtung herzustellen vermögen. Am vorderen Knopf 15 ist ein scharfltantiger Vorsprung 27 vorgesehen, der eine zusätzliche Abdichtung an der aus Kunststoff bestehenden Wand 11 herstellt. Dieser Vorsprung kann ebenso wie die Ausrichtansätze 21 am vorderen Knopf 15 weggelassen werden. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Ansatz 16 des Knopfes 15 eine flache Stirnfläche auf, während die rückseitige Scheibe 18 eine konkave lnnenfläche besitzt.
Gewünschtenfalls kann die Stirnfläche des Knopfes 15 leicht konkav und die Innenfläche der Scheibe 18 flach ausgebildet werden, wobei dennoch die erfindungsgemäss angestrebte Verbindung erzielt wird.
Wie erwähnt, bestehen der vordere Knopf und die rückseitige Scheibe aus einer Bleilegierung mit 3 /0 Antimon.
Für die Erfindungszwecke können jedoch auch andere Metall legierungen verwendet werden, beispielsweise eine Kalzium Blei-Legierung, oder eine Zinn-Blei-Legierung. Bezüglich des Pressschweissvorgangs, bei dem gleichzeitig eine Kraft und ein Schweissstrom angelegt werden und die Kraftausübung während der Anlegung des Schweisstroms zweistufig erfolgt, ist darauf hinzuweisen, dass, obgleich dies die bevorzugte Arbeitsweise darstellt, das Schweissen auch mit einem einzigen Kraftanlegungsschrift bei gleichzeitiger Schweissstromanlegung erfolgen kann. Ausserdem ist vorstehend angegeben, dass der Schweissstrom etwa während der halben Zeit der Kraftausübung angelegt wird.
Diese Bedingung kann ebenfalls in der Weise abgewandelt werden, dass die Schweisszeit die gleiche Länge besitzt wie die Kraftanlegungsperiode und im Bereich von 24-30 Perioden bzw.
24/60 bis 30/60 Sekunden liegen kann. Während vorstehend ein Schweisstrom von 16 500 A angegeben ist, kann dieser Strom in einem Bereich von 15 000-16 500 A variiert werden. Das gleiche gilt auch für die Zeitspanne nach dem Schweissvorgang bis zur Durchführung des Stauchens, die zwischen 2 min und 24 Std. liegen kann. Während vorstehend für den Stauchvorgang eine während einer Zeitspanne und über die andere Seite der Wand 11 hinausragt. Hierauf wird die rückseitige Scheibe 18 mit Kraftschluss auf den aus der Öffnung 14 herausragenden Teil des Ansatzes 16 aufgesetzt. In dieser Position werden das vordere und das hintere Knopfglied, die miteinander in Berührung stehen, unter Krafteinwirkung beispielsweise in einem Pressschweissvorgang angeschmolzen.
Diese Kraft wird in zwei Stuferi mit einer Anfangskraft von etwa 209 kg und einer um etwa 90 kg erhöhten Kraft angelegt, wobei die Schweissstrom- und Kraftanlegung vom vorderen Knopf 15 und von der ruckseitigen Scheibe 18 her erfolgt. Hierbei werden die Kräfte während 56 Perioden (56/60 einer Sekunde) angelegt, während die Schweisszeit 26 Perioden (26/60 einer Sekunde) beträgt Der Schweissstrom wird 30 Perioden nach der Einleitung der Kraftausübung angelegt und 1,5 s vor Ablauf der Periode, während welcher die Kraft einwirkt, abgestellt. Dabei wird ein Schweissstrom von 16 500 A angewandt, der derart gesteuert wird, dass die Kunststoffwand 11 um die Öffnung 14 herum nicht angeschmolzen wird.
Nach einer Zeitspanne von 2 min, während welcher die beiden Knopfglieder sowie die Gehäusewand 11 abkühlen können, nach der sich jedoch die die Knopfglieder umschliessende Gehäusewand noch in einem erweichten Zustand befindet, wird von der Vorderseite des Knopfes 15 her eine Kraft von etwa 1810 kg gegen die Rückseite des Knopfgliedes 18 ausgeübt, so dass die beiden Knopfglieder mit zwischen ihnen befindlicher Wand 11 zusammengequetscht bzw. mechanisch gestaucht werden.
Dieser Stauchvorgang dauert 1,5 s.
Um sicherzustellen, dass eine fluidumdichte Verbindung hergestellt worden ist, wird die fertiggestellte, in Fig. 3 mit 23 bezeichnete Polzapfenkonstruktion einer Leckprüfung unterworfen, bei welcher eine Lösung über und um den Knopf 15 herum aufgetragen und im Inneren des Gehäuses ein Druck erzeugt wird, während auf die Gehäuseoberseite ein Deckel aufgesetzt ist. Eine etwaige Undichtigkeit macht sich durch das Auftreten von Blasen in der für die Leckprüfung verwendeten Flüssigkeit bemerkbar.
Nach der Herstellung einer lecksicheren Polzapfenkonstruktion wird ein aufrechtstehender Ansatz, der an einer Aldçumulator-Anschlussfahne bzw. einem -Zellenverbinder nach dem Aufgiessverfahren gemäss der US-Patentschrift 3 087 005 hergestellt wird, unter Kraftausübung an der Rückseite des Knopfglieds 18 angeschweisst, um die erforderliche elektrische Verbindung mit den im Inneren des Akkumulators vorgesehenen Platten herzustellen.
In den Fig 10 und 11 ist die bevorzugte Verbindung zwischen der Anschlussfahne 13 mit der Akkumulator-Platte 41 und dem etwa lotrechten Ansatz 24 sowie der rückseitigen Scheibe 18 dargestellt. Der Ansatz bzw. Lappen 24 ist mit einem hohlen, konischen Vorsprung 28 versehen, der von einer Ausnehmung 29 mit kalottenförmigem Boden in der rückseitigen Scheibe 18 aufgenommen.wird. Ein Teil der Kalotte 33 dringt in den Durchgang 36 des Fortsatzes 28 ein, dessen Ringwand 37 sich innerhalb der Scheibe 18 fest an die Umfangswand 50 ihrer Ausnehmung anlegt. Wenn der Fortsatz 28 auf diese Weise an der Wand 50 angreift, wird eine Pressschweissung durchgeführt, um den Ansatz 24 mit der Scheibe 18 zu verschweissen. Hierbei werden während 22 Perioden (22/60 s) eine Kraft von 113 kg und ein Schweissstrom von 11 000 A angelegt.
Es können z. B. zur Herstellung der Verbindung zwischen der Scheibe 18 und dem Ansatz 24 die Verbindungen und Verfahren gemäss der US-Patentschrift 3 313 658 angewandt werden. Diese Verbindungwird sodann elektrisch geprüft, worauf die restlichen Akkumulatorzellen vorzugsweise mittels der Vorrichtung gemäss der US-Patentschrift 3544 754 miteinander verbunden werden. Nach dem Aufsetzen eines zugeordneten Deckels ist der Akkumulator fertiggestellt.
Die vorteilhaft zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendbaren Vorrichtungen sind in den Fig. 4, 6, 7 und 8 dargestellt. Da jedoch auch andere Vorrichtungen zur Durchführung der gleichen Arbeitsschritte verwendet werden können, sind diese Vorrichtungen nur schematisch dargestellt. Fig. 4 veranschaulicht eine allgemein mit 30 bezeichnete Giessmaschine zur Herstellung des vorderen Knopfes 15. Diese Vorrichtung arbeitet mit einer Schiebeoder Gleitform und weist einen feststehenden Formteil 31 sowie einen verschiebbaren Formteil 32 auf. Im Formteil 31 ist ein Formeinsatz 34 zum Giessen des Vorderteils des vorderen Knopfes 15 vorgesehen.
Der Einsatz 34 weist einen Vorsprung 35 zur Aufnahme einer aus Stahl bestehenden Ge- windemutter 30 mit einem in sie eingesetzten Gewindestopfen 39 auf, der auf einem dünneren Abschnitt 40 des Vorsprungs 35 sitzt. Der bewegbare Formteil 32 läuft unter Führung auf Querführungen, wie sie bei 42 und 43 angedeutet sind. Wenn der Formteil 32 in Anlage an den Formteil 31 herangebracht worden ist, wird geschmolzenes Blei längs einer Eingussfläche 44 eingefüllt, so dass die Schmelze den die Mut tër 38 enthaltenden Formraum ausfüllt und den vorderen Knopf 15 gemäss Fig. 5 bildet. Nach dem Erstarren der Bleischmelze wird der Formteil 32 vom Formteil 31 zurüclc- gezogen, wobei er die Mutter 38 mit sich mitnimmt.
Das Gussstück wird dann aus dem Formteil 32 mittels eines Ausstosszapfens 45 ausgestossen, der zusammen mit einem Einsatz 46 den Formteil zum Giessen des Ansatzabschnitts 16 des vorderen Knopfes 15 bildet. Bei der Verschiebung des Ausstosszapfens 45 in Richtung auf den Formteil 31 wird der vordere Knopf 15 auf eine Rutsche 47 ausgeworfen und aus der Giessmaschine ausgetragen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die Formteile 31 und 32 von einem zweckmässigen Unterbau 48 getragen werden, wobei der Formteil 31 beispielsweise mittels einer Schiene 49 oberseitig gehaltert ist. Der in Fig 5 bei 18 angedeutete hintere Knopf bzw. die rückseitige Scheibe wird auf ähnliche Weise gegossen.
Aus Fig 5 geht auch hervor, dass der vordere Knopf 15 mit nahe seiner Stirnseite 22 angeordneten Queransätzen 21 gegossen wird, die von Ausricht- und Stabilisiernuten 25 in dem von der Seitenwand 11 abstehenden Ringsteg 12 aufgenommen werden. Ersichtlicherweise ist der Hauptteil 17 des vorderen Knopfes 15 an der Stelle, an welcher der Ansatz 16 vom Hauptteil 17 abgeht, mit einer Ringnut 26 versehen. Diese Ringnut 26 wird durch einen abstehenden Ringsteg 49 des Einsatzes 46 im bewegbaren Formteil 32 gebildet. Zur Verbesserung der Abdichtung des vorderen Knopfes 15 in der Wand 11 ist neben der Nut 26 ein scharfkantiger Fortsatz oder Vorsprung 27 angegossen, der in die Seiten- oder Stirnwand 11 eindringt.
In Fig. 6 ist eine Vorrichtung zum Einbringen eines Wachswulstes 20 in die Ringnut 26.dargestellt. Der Wulst 20 wird mittels einer pneumatisch betätigten Auftrageinrichtung 52 aufgebracht, die einen Kopfteil 53 mit einer Auftrag düse 54 aufweist, welche das Wachs in fliessfähigem, ge schmolzenem Zustand ausstösst. Die Auftrageinrichtung 52 bleibt dabei ortsfest, während der vordere Knopf 15 auf einer drehbaren Spindel 55 gedreht wird, die auf einem Dreh tisch 56 drehbar gelagert ist. Die Drehung der Spindel 55 erfolgt durch einen Drehantrieb 58 mit einem Antriebsrad 59, welches ein Antriebsrad 57 in Drehung versetzt.
Fig 7 zeigt eine Pressschweissvorrichtung 60 und veranschaulicht in strichpunktierten Linien ein allgemein bei 10 angedeutetes Akkumulatorgehäuse, an welchem der Schweissvorgang und die Stauchkraftanlegung in zwei Arbeitsschritten durchgeführt werden. Die Pressschweissvorrichtung 60 entspricht der allgemeinen Art gemäss den US-Patentschriften 2 905 804 und 2 958 757. Diese Vorrichtung weist zwei getrennte Kraftanlege- oder Presseinrichtungen auf, welche von 1,5 s ausgeübte Kraft von etwa 1810 kg angegeben ist, kann diese Kraft gewünschtenfalls zwischen 1810 kg und 2270 kg bei einer Dauer von 0,5-15 s variiert werden.
The invention relates to a method for producing a battery port pole pin that penetrates an opening in a battery housing.
Since the introduction of the side or face pole pins in lead-acid aluminum accumulators, difficulties have arisen again and again, because these pole pins are necessarily below the electrolyte level of the accumulator. To avoid damage from the electrolyte acid, a leak-proof connection is essential. However, this poses a problem with the housings currently in use for lead / acid batteries, since many of these housing types are made of plastics such as polypropylene. The connections or pole pins themselves are usually made of metal, and in most cases they are made of a lead alloy. However, careful attention must be paid to this.
This ensures not only that the metal parts fuse perfectly, but also that a liquid-tight seal is created between the metal pole pin and the plastic housing wall. In most cases, the metal parts are fused by welding. However, the welding is carried out in the vicinity of the plastic housing wall. carried out, extreme caution is required because the plastic can become so fluid that it literally flows away from the metal parts. Such a condition, however, leads to a defective pole pin, which is also still leaky. The prior art nowhere offers a solution to this problem in such a way that a robust and leak-proof construction for a side or side pole pin of a storage battery is guaranteed.
The invention is therefore based on the object of designing a method of the type described at the beginning in such a way that this pole pin ensures a leak-proof connection.
In addition, the invention aims to create a threaded metal pole pin construction, preferably for a lead acid accumulator, which can be implemented in a housing wall made of plastic while ensuring that it is leakproof or leakproof. In addition, it should be possible to manufacture this side or end wall pole pin using a semi-automatic process.
This object is achieved according to the invention in a method for producing an all-accumulator pole pin penetrating an opening in a battery housing in that first a first member and a second member are produced separately and the first member, which is a main part, is arranged on one side of the housing wall and a lug section that can be introduced into the opening, the lug section is inserted into the opening and passed through the housing wall so that a part of this lug section on the other side of the housing wall protrudes therefrom, and then the second link on the lug section of the first link is placed, which is provided with a recess for receiving the attachment portion of the first link with a friction fit,
that the contact sections of the two links are then melted under the action of force and part of the housing wall between these two links is softened, that the fused contact sections are then cooled and that finally the two links are pressed against one another, with part of the softened housing wall between them .
In the following, preferred exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
1 shows a process scheme to illustrate the process steps carried out in the process according to the invention,
Fig. 2 is an exploded perspective view of two button links before being inserted into an opening in the wall of a battery housing,
3 shows a view, on an enlarged scale and in a vertical section, of the two button links which are fused in a liquid-tight connection in a housing wall,
4 shows a view in vertical section to illustrate a method for casting a threaded nut into one of the button links;
Fig. 5 is a sectional view similar to Fig. 2 but showing the orientation of the button links prior to fusing;
Fig.
6 is a perspective view of the application of a wax bead to one of the button links;
7 shows a perspective partial view of a piston or pressure welding device used in the method according to the invention,
8 shows a perspective illustration of a device for performing mechanical upsetting,
9 shows a schematic representation of a piston or pressure welding device for welding a terminal lug button member to the disc located on the inside of the battery housing,
10 shows an exploded perspective view of a preferred connection arrangement for welding a connection lug button element to the usual plates on the inner pane and the inner pane for connection to the outer button and
Fig.
11 shows a vertical section through the connection produced according to the method according to the invention using the components according to FIG.
Preferably, the opening in the side or end wall of the battery housing in which the post structure is formed is formed using a punching device of the type described in U.S. Patent 3,238,829. This punching process is shown schematically in FIG. 1, and FIG. 1 also illustrates the basic method steps in the production of the forehead pole piece construction according to the method according to the invention. The battery housing used in the method according to the invention preferably corresponds to that according to US Pat. No. 3,388,007.
In Fig. 2, a part of the side or end wall 11 of the housing of the accumulator is shown, this housing wall having an annular web 12 surrounding an opening 14, which has been formed with the aid of the punching device mentioned. A front button member 15 is made of a lead alloy, e.g. B. made of a lead alloy containing 3% antimony, and has a steel nut 38 with a threaded plug 39 cast into it. The button 15 has an attachment portion 16 of substantially cylindrical shape, which can be passed through the opening 14.
A rear washer 18, which can be made of the same lead alloy as the front button 15, has a circular shape and is provided with a circular recess 19 which protrudes a part of the extension portion 16, which protrudes through the opening 14 beyond the rear of the wall 11 , with a friction fit.
Before the front button 15 is inserted into the annular web 12 and through the opening 14, an annular wax bead 20 is applied to the area of the front button 15 in which the attachment section 16 extends from the main part 17. The bead 20 consists of a thermoplastic mass with a melting point of about 177-190 C. After the application of the bead 20 consisting of waxy material, the front button 15 is inserted into the ring web 12 so that the projection 16 passes through the opening 14, a piston rod 62 move downwards in the direction of the lower end or an abutment point 63. The force for moving the piston 62 is provided by a first main piston arrangement 64 and a second spring plate or Diaphragm actuation device 65 applied.
The welding current is applied in the usual way to the welding tip 68 on the piston rod 62 with the aid of a busbar 69 electrically connected to the welding tip 68. The lower abutment tip 63 is water-cooled via a hollow boom support member 69A. When the front and rear button links are inserted into the annular web 12 in the wall 11 in the orientation according to FIG. 5, the tip 63 rests against the back of the rear button 18, while the welding tip 68 contacts the end face 22 of the front button 15 comes into contact. The piston assembly 64 thereby displaces the piston rod 62 downwards into contact with the front button 15, whereupon the welding current is applied in order to weld the two button links together.
While the welding current is being applied under the specified conditions, the spring plate or diaphragm arrangement is also actuated, which exerts an additional force on the piston rod 62 so that the two button links are pressed more firmly against one another in their fused state.
After the pressure welding process described in connection with FIG. 7, the housing 10 is transferred to an upsetting process, which is carried out by the device shown in FIG. 8 and generally designated 80.
The housing 10 with the button 15 welded into the ring web 12 is conveyed along a conveyor 82 with circulating chains 83, 84, which are carried by sprockets 85 and 89, respectively, to a position in which the front button 15 and the one with its The ring web 12 containing the welded rear button 18 is arranged vertically below an abutment surface 86 and hydraulic piston / cylinder units 87 and 88; It should be noted here that an abutment, not shown, corresponding to the abutment 86 is arranged opposite the hydraulic unit 88.
With the help of corresponding automatic controls arranged in a switch box 90, the hydraulic units 87 and 88 opposite the abutments 86 are lowered via a movable head arrangement 92 to remove the abutments 86 on the rear sides of the respective rear buttons 18 and the hydraulic units 87 and 88 align with their piston rods, not shown, the front of the relevant front button 15 opposite.
When the housing has been clamped between a tensioning rail 93 and an opposing, not shown, tensioning rail engaging the opposite wall of the housing 10, the hydraulic units 87, 88 are actuated so that their pistons engage the end faces of the buttons 15, the respective front button 15 and the associated rear button 18 are pressed between the piston and the abutments 86 and mechanically compressed. After this upsetting, the hydraulic units 87 and 88 are retracted and the head assembly is raised so that the housing 10 can be moved out of the upsetting position in the transverse direction by the conveyor 82.
After the upsetting, the accumulator cells are then connected with their projections 24 and connection lugs 13 according to FIG. 11 by welding to the back of the rear button or the rear pane 18. This is done with the aid of a welding head, shown schematically in FIG. 9, which has a pneumatic cylinder 100 for moving a piston rod 101 with a welding electrode 102 provided at its end. The piston rod 101 is extended in the direction of an abutment 103, which is held by a U-shaped member 104 in a position opposite the welding electrode 102.
Of course, other # 2 # heating devices can also be used for attaching the plate extensions 24 to the pane 18, with which both a welding current can be applied and a squeezing force can be exerted. The welding head 105 according to FIG. 9 can be easily adapted to the upsetting device according to FIG. 8, only the welding head 105 needing to be provided instead of the hydraulic units 87 and 88 and the abutment 86, while the connection with the head assembly 80 is via the top of the U-shaped support member 104 takes place.
In the method described above, the pole pin construction consisting of the two button members 15 and 18 is inserted into an opening 14 which is surrounded by an annular web 12. Although this annular web 12 gives the construction an attractive appearance and also offers a certain protection for the front button 15, it is evidently not essential to the invention, so that it can also be omitted. The same also applies to the arrangement of the threaded plug 39 in the nut 38. The plug 39 merely serves to keep the thread of the nut 38 clean and free from blockages during the casting process. As mentioned, the wax bead 20 provided as a sealing means on the front button 15 consists of a thermoplastic material.
It should be noted, however, that other similar sealants, such as wax, carbon-based synthetic resin or thermosetting synthetic resins, which have a viscosity such that they counteract cold flow under pressure, adhere to polypropylene and metal alloys and a able to produce fluid-tight seal. A sharp-edged projection 27 is provided on the front button 15, which creates an additional seal on the wall 11 made of plastic. This protrusion, like the alignment lugs 21 on the front button 15, can be omitted. In the embodiment shown, the shoulder 16 of the button 15 has a flat face, while the rear disk 18 has a concave inner surface.
If desired, the end face of the button 15 can be designed to be slightly concave and the inner face of the disk 18 can be designed to be flat, whereby the connection sought according to the invention is nevertheless achieved.
As mentioned, the front button and the rear disc are made of a lead alloy with 3/0 antimony.
However, other metal alloys can also be used for the purposes of the invention, for example a calcium-lead alloy or a tin-lead alloy. With regard to the pressure welding process, in which a force and a welding current are applied simultaneously and the force is exerted in two stages while the welding current is being applied, it should be noted that, although this is the preferred mode of operation, welding can also be carried out with a single force application with simultaneous application of the welding current . In addition, it is stated above that the welding current is applied approximately half the time the force is exerted.
This condition can also be modified in such a way that the welding time has the same length as the force application period and in the range of 24-30 periods or
24/60 to 30/60 seconds. While a welding current of 16,500 A is specified above, this current can be varied in a range of 15,000-16,500 A. The same also applies to the time span after the welding process up to the execution of the upsetting, which can be between 2 minutes and 24 hours. While above for the upsetting process one protrudes for a period of time and over the other side of the wall 11. The rear disk 18 is then placed onto the part of the projection 16 protruding from the opening 14 with a force fit. In this position, the front and rear button members, which are in contact with one another, are melted on under the action of force, for example in a pressure welding process.
This force is applied in two stages with an initial force of approximately 209 kg and a force increased by approximately 90 kg, with the welding current and force being applied from the front button 15 and from the rear panel 18. The forces are applied for 56 periods (56/60 of a second) while the welding time is 26 periods (26/60 of a second) The welding current is applied 30 periods after the initiation of the application of force and 1.5 s before the end of the period, during which the force acts, turned off. A welding current of 16,500 A is used, which is controlled in such a way that the plastic wall 11 around the opening 14 is not melted.
After a period of 2 minutes, during which the two button links and the housing wall 11 can cool down, after which, however, the housing wall surrounding the button links is still in a softened state, a force of about 1810 kg is applied from the front of the button 15 the back of the button member 18 exercised, so that the two button members are squeezed or mechanically compressed with the wall 11 located between them.
This upsetting process takes 1.5 s.
In order to ensure that a fluid-tight connection has been established, the completed pole pin construction, designated 23 in FIG. 3, is subjected to a leak test in which a solution is applied over and around the button 15 and pressure is generated inside the housing during a cover is placed on the top of the housing. Any leak will be indicated by the appearance of bubbles in the fluid used for the leak test.
After a leak-proof pole pin construction has been produced, an upright extension, which is produced on an aldçumulator terminal lug or a cell connector using the pouring method according to US Pat. No. 3,087,005, is force-welded to the rear of the button member 18 to provide the required electrical power Connection to the plates provided inside the accumulator.
In FIGS. 10 and 11, the preferred connection between the connection lug 13 with the accumulator plate 41 and the approximately perpendicular extension 24 and the rear panel 18 is shown. The extension or tab 24 is provided with a hollow, conical projection 28 which is received in a recess 29 with a dome-shaped bottom in the rear disk 18. Part of the spherical cap 33 penetrates into the passage 36 of the extension 28, the annular wall 37 of which rests firmly against the circumferential wall 50 of its recess within the disk 18. When the extension 28 engages the wall 50 in this way, a pressure welding is carried out in order to weld the extension 24 to the disk 18. A force of 113 kg and a welding current of 11,000 A are applied for 22 periods (22/60 s).
It can e.g. B. to establish the connection between the disc 18 and the extension 24, the connections and methods according to US Pat. No. 3,313,658 can be used. This connection is then electrically tested, whereupon the remaining accumulator cells are connected to one another preferably by means of the device according to US Pat. No. 3,544,754. The accumulator is completed after an assigned cover has been put on.
The devices which can advantageously be used for carrying out the method according to the invention are shown in FIGS. 4, 6, 7 and 8. However, since other devices can also be used to carry out the same work steps, these devices are only shown schematically. 4 illustrates a casting machine, generally designated 30, for producing the front button 15. This device operates with a sliding or sliding mold and has a fixed mold part 31 and a slidable mold part 32. A mold insert 34 for casting the front part of the front button 15 is provided in the molded part 31.
The insert 34 has a projection 35 for receiving a threaded nut 30 made of steel with a threaded plug 39 inserted into it, which is seated on a thinner section 40 of the projection 35. The movable molded part 32 runs under guidance on transverse guides, as indicated at 42 and 43. When the molded part 32 has been brought into contact with the molded part 31, molten lead is poured in along a sprue surface 44 so that the melt fills the mold space containing the Mut tër 38 and forms the front button 15 according to FIG. After the molten lead has solidified, the molded part 32 is pulled back from the molded part 31, taking the nut 38 with it.
The casting is then ejected from the molded part 32 by means of an ejector pin 45 which, together with an insert 46, forms the molded part for casting the attachment section 16 of the front button 15. When the ejector pin 45 is displaced in the direction of the molded part 31, the front button 15 is ejected onto a chute 47 and discharged from the casting machine. In this context, it should be noted that the molded parts 31 and 32 are supported by an appropriate substructure 48, the molded part 31 being supported on the top by means of a rail 49, for example. The rear button or the rear disk indicated at 18 in FIG. 5 is cast in a similar manner.
It can also be seen from FIG. 5 that the front button 15 is cast with transverse attachments 21 arranged near its end face 22, which are received by alignment and stabilizing grooves 25 in the annular web 12 protruding from the side wall 11. It can be seen that the main part 17 of the front button 15 is provided with an annular groove 26 at the point at which the projection 16 extends from the main part 17. This annular groove 26 is formed by a protruding annular web 49 of the insert 46 in the movable molded part 32. To improve the sealing of the front button 15 in the wall 11, a sharp-edged extension or projection 27 is cast next to the groove 26 and penetrates into the side or end wall 11.
FIG. 6 shows a device for introducing a wax bead 20 into the annular groove 26. The bead 20 is applied by means of a pneumatically operated applicator 52 which has a head part 53 with an application nozzle 54 which ejects the wax in a flowable, molten state. The application device 52 remains stationary while the front button 15 is rotated on a rotatable spindle 55 which is rotatably mounted on a rotary table 56. The spindle 55 is rotated by a rotary drive 58 with a drive wheel 59 which sets a drive wheel 57 in rotation.
7 shows a pressure welding device 60 and illustrates in dash-dotted lines an accumulator housing, indicated generally at 10, on which the welding process and the application of upsetting force are carried out in two working steps. The pressure welding device 60 corresponds to the general type according to US Patents 2,905,804 and 2,958,757. This device has two separate force application or pressing devices, which is indicated by a force of about 1810 kg exerted by 1.5 s, this force can if desired between 1810 kg and 2270 kg for a duration of 0.5-15 s.