CH620050A5

CH620050A5 -

Info

Publication number: CH620050A5
Application number: CH532177A
Authority: CH
Inventors: Jerome John Groff; Vincent Michael Halsall; Paul John Buckethal; Roy Erving Hennen
Original assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1976-05-17
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1980-10-31
Also published as: AU2305877A; DE2716131A1; DE2716131C2; BR7703182A; SE421876B; NL7704450A; ZA771344B; US4118553A; IT1078692B; FR2352407A1; AU505691B2; JPS6028647B2; GB1552899A; FR2352407B1; YU119082A; YU39491B; CA1081773A; JPS52139168A; MX144973A; AR217830A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers und auf eine nach dem Verfahren hergestellte Verbund-Gitterplatte.

Die Erfindung ist für die Herstellung von Verbundkörpern für verschiedene Anwendungsgebiete verwendbar; eine besonders geeignete Anwendung stellt die Herstellung von Gitterplatten für Akkumulatoren dar.

Die üblichen Blei-Akkumulatoren weisen eine Anzahl von einander abwechselnden positiven und negativen Sammlerplatten auf, die unter Bildung von Sammlerelementen mit zwischengefügten, nichtleitfähigen Separatoren zusammengesetzt sind. Die Sammlerelemente sind in einer oder mehreren einzelnen Zellen eines Sammlergehäuses montiert und in an sich bekannter Weise elektrisch zusammengeschaltet Üblicherweise weist jede positive und negative Platte eine schützende, leitfähige Gitterkonstruktion auf, die normalerweise aus Blei oder einer Bleilegierung besteht und eine elektrochemisch aktive Paste trägt. Die Bleigitter erfüllen den doppelten Zweck der Aufnahme des Pastenmaterials sowie der Übernahme der Funktion von elektrischen Stromleitern.

Seit Jahren ist die Akkumulatorherstellungsindustrie bemüht, die bei Sammlern beziehungsweise Akkumulatoren verwendete Bleimenge zu verringern. Hierdurch würde nicht nur das Gewicht des Sammlers herabgesetzt werden, vielmehr könnten auch Materialkosteneinsparungen erzielt werden. Sammlergitter stellen ein vorteilhaftes Gebiet für mögliche Materialeinsparungen dar, weil die bisher üblichen Bleigitter wesentlich mehr Material enthalten als für die Aufgabe des Sammeins und Leitens von elektrischem Strom nötig ist. Die Verminderung der Menge an Gittermaterial war jedoch bisher begrenzt, weil die Gitter auch als physikalische Träger für das Pastenmaterial dienen und weil Einschränkungen bezüglich der Handhabung der mit Paste versehenen Platten vor dem Zusammenbau zu Sammlerelementen und dem Einbau in einen Sammler den Versuchen zuwiderlaufen, die Gitterdicke oder die verwendete Bleimenge zu verringern.

Eine besonders günstige Möglichkeit zur Verringerung der Bleimenge bei Sammlergittern besteht darin, weniger kostspielige, leichte Werkstoffe, wie Kunststoffe, mit dem Blei zu kombinieren. Kunststoffe stellen eine besonders vorteilhafte Art von Werkstoffen dar, weil zahlreiche Kunststoffarten zur Verfügung stehen, die in Säure vergleichsweise unlöslich sind, ein niedriges Gewicht besitzen, dabei aber fest genug sind, um als tragende Gitterstruktur zu wirken, und gegenüber Blei Kostensenkungen ermöglichen. Aus diesem Grund ist wiederholt versucht worden, zusammengesetzte Kunststoff/Blei-Sammlergitter herzustellen. Die bisherigen Bemühungen in dieser Hinsicht konzentrieren sich auf zwei grundsätzliche Möglichkeiten, von denen die erste darin besteht, die tragenden Sammlergitter nur aus Kunststoff herzustellen. Beispielsweise zeigt die US-PS 3 813 300 ein Kunststoff-Gitter, bei welchem das aktive Pastenmaterial den elektrischen Strom zu einem getrennt geformten und (am Gitter) angebrachten, leitfähigen Stromkollektor leitet. Ebenso zeigen die US-PSen 3 516 863 und 3 516 864 sowie die GB-PS 1 240 672 Kunststoffgitter, an denen Anschlussfahnen mechanisch angebracht sind. Die Kunststoffgitter können dabei mit einem leitfähigen Material beschichtet sein. Schliesslich zeigen die US-PSen 3 901 960 und 3 607 412 Sammlergitter, die dadurch hergestellt worden sind, dass eine getrennt gefertigte, leitende Anschlussfahne in eine Form eingesetzt und ein Kunstharz an dieser Fahne angeformt wird.

Diese bisher üblichen Verfahren sind mit verschiedenen Nachteilen behaftet, da sie sämtlich eine getrennte Handhabung der leitenden Anschlussfahnen und der Kunststoffgitter bedingen. Bei der zuerst genannten US-PS besitzt das aktive Material einen niedrigen Wirkungsgrad als Stromleiter und Kollektor (Sammler), und der Verlust an aktivem Material um die Anschlussfahne herum kann die Platte unbrauchbar machen. Grundsätzlich werden in allen Fällen die Einsparungen an Materialkosten und die Gewichtsverringerung durch im Vergleich zum bisher üblichen Giessen von Bleigittern erhöhte

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Fertigungskosten aufgewogen.

Die zweite Möglichkeit zur Herstellung von Verbundgittern besteht darin, dass Blei und Kunststoff zur Bildung einer tragenden Gitterkonstruktion miteinander kombiniert werden. Die US-PS 3 690 950 zeigt ein Verbundgitter, bei dem Bleileiterdrähte erhitzt und mit einem Kunststoffgitter verschmolzen werden. Die AT-PS 269 245 offenbart das in einer Form erfolgende Formen oder Giessen von Kunststoff um vorgeformte Bleidrähte herum, während die GB-PS 1 007 497 den mechanischen Zusammenbau von Blei- und Kunststoffteilen zur Herstellung eines Sammlergitters beschreibt.

Obgleich die zweitgenannte Möglichkeit ein verbessertes Stromführungsvermögen aufgrund der Verwendung von Bleidrähten gewährleistet, ist bei allen diesen bisherigen Versuchen wiederum eine getrennte Handhabung der Blei- und Kunst-stoffteile beim Zusammenbau erforderlich. Keine dieser Techniken erlaubt die Ausbildung eines Verbundgitters an einer einzigen Fertigungsstation mit einem Mindestmass an Handhabung bis zum Abschluss der Fertigung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers so auszugestalten, dass sich der Verbundkörper, z. B. eine Verbund-Gitterplatte einfach nach Massenfertigungsverfahren herstellen lässt.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen gekennzeichneten Massnahmen und Merkmalen gelöst.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundkörper, bei dem ein fliessfähiges Material unter Bildung von verblockten Verbindungen mit Abschnitten eines ersten Materials gegossen beziehungsweise geformt wird. Der Körper wird in einer Form hergestellt, die einen ersten und einen zweiten Formhohlraum aufweist, in welchen das Gebilde aus dem ersten Material geformt wird. Dabei sind bewegbare Formteile vorgesehen, die in den ersten und zweiten Formhohlraum vorgeschoben werden, um im ersten Material eine Anzahl von Hohlräumen zu bilden. Nach dem Formen und Erstarrenlassen des ersten Materials wird der zweite Formteil abgenommen, während das geformte erste Material beziehungsweise der erste Formling im ersten Formteil verbleibt, worauf ein dritter Formteil in Anlage gegen den ersten Formteil gebracht wird, um das fliess-fähige Material zu spritzen, das unter Bildung einer Anzahl von materialeinheitlich geformten Verblockungsverbindungen in die im ersten Formling ausgebildeten Hohlräume hineinfliesst.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung am Beispiel der Herstellung einer Sammler-Gitterplatte näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Sammler-Gitterplatte mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen ersten Formteil zur Formung der Gitterplatte gemäss Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilaufsicht auf einen zweiten Formteil zur Bildung der Gitterplatte gemäss Fig. 1,

Fig. 4 eine Aufsicht auf einen dritten Formteil zur Herstellung der Gitterplatte gemäss Fig. 1,

Fig. 5 eine in vergrössertem Massstab gehaltene Detailansicht des in Fig. 1 durch die Linie 5-5 umschlossenen Bereichs, Fig. 6 eine in vergrössertem Massstab gehaltene Detailansicht des in Fig. 2 durch die Linie 6-6 umrissenen Bereichs, Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 einen in vergrössertem Massstab gehaltenen Schnitt durch ersten und zweiten Formteil längs der Linie 8-8 in Fig. 1 und

Fig. 9 einen der Fig. 8 ähnelnden Schnitt durch ersten und dritten Formteil.

Gemäss den Fig. 1,2 und 5 weist eine Gitterplatte 10 ein gegossenes oder geformtes Traggitter 12 auf, an dem ein fächerartiges Leiterelement 14 angebracht ist. Das Traggitter 12 umfasst Randseiten 15 sowie einen Oberteil 16 und einen

620050

Unterteil 17, die zusammen einen im wesentlichen rechteckigen Umriss festlegen. Innerhalb der Seiten 15 und der Teile 16 und 17 liegen zahlreiche untereinander verbundene, auf Abstand stehende Züge 20. Auf dem Traggitter 12 liegt das fächerartige Leiterelement 14 mit einer Anschluss- oder Klemmenfahne 22, von welcher eine Anzahl von divergierenden, leitfähigen Zügen 24 ausgeht, in denen jeweils mindestens ein im wesentlichen scheibenförmiger Abschnitt 25 ausgebildet ist, der mit einer Zentralbohrung 26 versehen ist. Die scheibenförmigen Abschnitte 25 befinden sich an den Stellen, an welchen die Leiterzüge 24 die geformten Züge 20 schneiden, und sie sind an diesen Schnittpunkten mit dem Traggitter 12 dadurch verblockt, dass sich geformtes beziehungsweise Gussmaterial von den Zügen 20 aus durch die Bohrungen 26 unter Bildung von im wesentlichen kreisförmigen Halteknöpfen 28 erstreckt. In bevorzugter Ausführungsform besteht das leitende Gitter beziehungsweise Leiterelement 14 aus Blei oder einer Bleilegierung, während das geformte oder gegossene Traggitter aus einem geeigneten säurefesten, formbaren Kunststoff, wie Polypropylen, Polyäthylen, Polycarbonat, Polystyrol oder gefüllten Abarten dieser Stoffe besteht.

Die Herstellung des Gitters 10 erfolgt mit Hilfe von drei Formteilen gemäss den Fig. 2 bis 4. In Fig. 2 ist der erste Formteil 30 dargestellt, der eine plane Oberseite 31 besitzt. In diesem Formteil sind ein erster Formhohlraum 33 entsprechend der Gestalt des herzustellenden Kunststoff-Traggitters 12 und ein zweiter Formhohlraum 35 ausgebildet, welcher das Leiterelement 14 bestimmt und einen Bereich 36 entsprechend der Anschlussfahne 22 sowie divergierende Fingerabschnitte 37 aufweist, welche die Leiterzüge 24 bestimmen. Ersichtlicherweise gehen die Abschnitte 37 in den Bereich 36 über, und die Punkte, an denen die Abschnitte 37 den nichtleitenden Gitterhohlraum 33 schneiden, sind von den Formhohlräumen zur Bildung des nichtleitenden Teils getrennt. Diese Ausbildung ist am besten aus Fig. 6 ersichtlich, die einen Schnittpunkt in vergrössertem Massstab zeigt. Es hat sich gezeigt, dass der bevorzugte Abstand X zwischen den Abschnitten 37 und den betreffenden Abschnitten des Gitterhohlraums 33 etwa 2,5 mm betragen sollte, wobei jedoch Verbindungskanäle 38 mit einer Tiefe von ungefähr 0,05 mm zwischen den Abschnitten 37 und den Hohlräumen 33 vorgesehen sind. Durch diese Tiefe wird ein Bleifuss von den Fingerabschnitten 37 in den Gitterhohlraum 33 verhindert, während dieser Bereich gleichzeitig beim Einspritzen von Blei auf noch zu erläuternde Weise entlüftet werden kann.

Gemäss den Fig. 2 und 8 weist der erste Formteil 30 mehrere stiftförmige Formteile 40 auf, die senkrecht zur planen Oberseite 31 bewegbar sind und welche sich an den vorgesehenen Verbindungspunkten zwischen den Bleizügen 24 und den Kunststoff-Gitterzügen 20 befinden, d. h. an ausgewählten Schnittpunkten zwischen den Nuten der Abschnitte 37 und den das nichtleitende Gitter festlegenden Hohlräumen 33 angeordnet sind. Die Enden der Formteile 40 sind jeweils mit einem im wesentlichen kegelstumpfförmigen, nach oben ragenden Teil 41 versehen, der gegenüber dem Durchmesser des betreffenden Formteils 40 einen verkleinerten Durchmesser besitzt. Das Ende jedes kegelstumpfförmigen Teils 41 liegt in der vorgeschobenen Position des Stifts an der Ebene 31, und es ist bei zurückgezogenem Stift 40 in die in Fig. 8 durch die strichpunktierte Linie 42 angedeutete Stellung verlagert.

Gemäss Fig. 3 ist ein zweiter Formteil 45 vorgesehen, der eine im wesentlichen plane Oberseite 46 aufweist, in welcher ein Formhohlraum 47 ausgebildet ist, der im wesentlichen eine Hälfte des Anschlussfahnenteils 22 des Leitergitters 14 festlegt. Ebenso ist gemäss Fig. 4 ein dritter Formteil 50 vorgesehen, der eine im wesentlichen plane Oberseite 51 und einen Formhohlraum 52 in Form des Kunststoff-Traggitters 12 nebst einer Ausnehmung 53 für die Aufnahme des Anschlussfahnenteils 22 aufweist.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

620050 4

Die Fig. 8 und 9 sind je ein Querschnitt durch einen Teil der für den Fachmann zahlreiche andere Anwendungsgebiete der

Formteile 30 und 45 beziehungsweise 50 zur Herstellung der Erfindung offensichtlich. Beispielsweise ist die Erfindung

Gitterplatte 10 gemäss der Erfindung. Gemäss Fig. 8 werden gleichermassen auf die Herstellung von Verbundgittern für zunächst die Formteile 30 und 45 gegeneinander geschlossen, andere Batterie- oder Sammlerarten, beispielsweise für Alkali-

wobei die Stifte 40 gegen die Planfläche 46 vorgeschoben sind. 5 sammler, anwendbar. Weiterhin lässt sich die Erfindungslehre

Sodann wird Blei unter Druck eingespritzt oder durch Fallspei- auch auf die Herstellung von anderen Fertigungsgegenständen sung in die Formräume eingefüllt, um den Anschlussfahnen- übertragen, bei denen zwei Werkstoffe an einer einzigen Giess-

teil 22, die Bleizüge 24 und die mit den Bohrungen 26 versehe- station miteinander vereinigt werden sollen. Vorzugsweise nen Scheibenabschnitte 25 auszufüllen. Der Bleieinspritzpunkt besitzt dabei das zuerst einzuspritzende Material einen ver-

und der Einguss können nach herkömmlicher Technik vorgese- io gleichsweise höheren Schmelzpunkt, und anschliessend wird hen werden. Gemäss Fig. 9 wird nach dem Giessen und Erstar- das zweite Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt ein-

renlassen des Bleiabschnitts der zweite Formteil 45 abgenom- gespritzt; für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass men, während der Bleiformling im ersten Formteil verbleibt, diese Einschränkung nicht unbedingte Gültigkeit besitzt. Als worauf der dritte Formteil 50 mit dem ersten Formteil 30 in Werkstoffe können zwei Metalle, ein Metall und ein Kunststoff,

Berührung gebracht und der Kunststoff in beide Teile einge- 15 zwei Kunststoffe oder andere formbare beziehungsweise giess-

spritzt wird, um die Gitterabschnitte mit dem Bodenteil 17 und fähige Materialien verwendet werden. Ersichtlicherweise kön-

den Zügen 20 gemäss Fig. 9 herzustellen, wobei die Stifte 40 vor nen Temperaturen und Drücke der eingespritzten Werkstoffe beziehungsweise während dem Einspritzen zurückgezogen j e nach Materialart und Form des zu giessenden Gegenstandes werden. variiert werden. Ausserdem variiert auch die Zeitspanne zum

Ausserdem dringt dabei der Kunststoff durch die Bohrun- 20 Erstarrenlassen der Werkstoffe in den Formen in Abhängigkeit gen 26 in den scheibenförmigen Bleiabschnitten 25 unter Bil- von den äusseren Umgebungsbedingungen, einer in der Form dung von scheibenförmigen Köpfen 28 hindurch, welche die vorgesehenen oder nicht vorgesehenen künstlichen Kühlung

Bleischeibenabschnitte 25 mit dem Traggitter 12 verblocken. sowie von Form und Auslegung des (negativen) Formmusters

Hierbei können wiederum übliche Einspritzstellen und Ein- und der Giessformen selbst.

güsse vorgesehen sein. Nach dem Erstarren des Kunststoffes 25

werden die Formteile 50 und 30 getrennt, und das Gitter 10 Obgleich vorstehend nur ein bevorzugtes Ausführungsbei-

wird auf übliche Weise ausgeworfen. spiel der Erfindung offenbart ist, soll die Erfindung folglich kei-

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit der nesfalls dadurch beschränkt sein, sondern alle innerhalb des

Herstellung einer Verbundgitterplatte für einen Blei/Säure- Schutzumfangs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit

Sammler beziehungsweise -Akkumulator beschrieben ist, sind 30 umfassen.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims

620050 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein mit einem ersten Formhohlraum (33,35) versehener erster Formteil (30), der bewegliche Formteilpartien (40) aufweist, die zwischen einer vorgeschobenen und einer zurückgeschobenen Stellung bewegbar sind, mit einem zweiten Formteil (45) mit einem zweiten Formhohlraum (47) bei vorgeschobenen Formteilpartien (40) zusammengesetzt wird, dass ein erster Formstoff in flüssigem Zustand in die beiden Formteile (30,45) eingeführt und zumindest teilweise zum Erstarren gebracht wird, dass der zweite Formteil (45) vom Ganzen abgenommen wird, während der erste Formstoff im ersten Formteil (30) verbleibt, dass mit dem ersten Formteil (30) ein dritter Formteil (50) zusammengesetzt wird, der einen dritten Formhohlraum (52) aufweist, welcher über Hohlraumabschnitten des ersten Formteils (30), einschliesslich der beweglichen Formteilpartien (40) liegt, dass ein zweiter fliessfähiger Formstoff in flüssigem Zustand in den Formhohlraum (54) des dritten Formteils (50) eingespritzt wird, der in die im ersten Formteil (30) durch das Zurückziehen der beweglichen Formteilpartien (40) in die Rückziehstellung vor beziehungsweise während dem Einspritzen freigemachten, mit dem Formhohlraum (52) des dritten Formteils (50) in Verbindung stehende Bereiche fliesst und eine mechanische Verblok-kung zwischen den beiden Formstoffen herstellt, dass der zweite Formstoff zum Erstarren gebracht wird, und dass der Verbundkörper aus erstem und drittem Formteil (30,50) entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Formstoff ein Metall und als zweiter Formstoff ein Kunststoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Formstoff unter Druck in die Formhohlräume (33,35,47) des ersten und zweiten Formteils (30,457 eingespritzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, zum Herstellen einer Sammler-Gitterplatte, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Formstoff eine Bleilegierung und als zweiter Formstoff ein Kunststoff verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Formstoff einen höheren Schmelzpunkt besitzt als der zweite Formstoff.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Formstoff durch Fallspeisung in die Formhohlräume (33,35,47) des ersten und zweiten Formteils (30,45) eingefüllt wird.

7. Verbund-Gitterplatte für einen Akkumulator, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kunststoffträger (12) mit einer gitterartigen Struktur und ein elektrisch leitendes Element (14) aufweist, das mit einer Anschlussfahne (22) mit einer Anzahl von miteinander verbundenen Fingern (24) versehen ist, und dass der Träger (12) mit dem leitenden Element (14) mechanisch durch eine Anzahl von Verbindungspunkten (28) verblockt ist.

8. Gitterplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffträger (12) aus Polypropylen, Polyäthylen, Polycarbonat oder Polystyrol besteht.

9. Gitterplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das leitende Element (14) aus einer Bleilegierung besteht.