CH627027A5 - - Google Patents

Description

627027

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Gitters für Röhrchenplatten von Bleibatterien, dadurch gekennzeichnet, dass beim Giessen des Gitters der Einguss der flüssigen Bleilegierung auf der Längsseite des Gitters senkrecht zur Richtung der Gitter- 5 Stäbe (2) erfolgt, und im Gitter Verbindungsteile (5) mitgegossen werden, welche benachbarte Gitterstäbe (2) verbinden, und die Verbindungsteile (5) zwischen benachbarten Gitterstäben (2) in einem nachfolgenden Arbeitsgang weggestanzt werden, wobei die Gitterstäbe selbst unverletzt bleiben und dadurch ein10 fertiges Röhrchenplatten-Gitter entsteht.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Giessen des Gitters der Einguss der flüssigen Bleilegierung auf der Längsseite der Bleistäbe (2) parallel zur Gitter-Ebene, aber senkrecht zur Längsrichtung der Gitter- 15 stäbe (2) erfolgt, und im Gitter temporäre Hilfsverbindungen

(5) mitgegossen werden, welche benachbarte Gitterstäbe verbinden und welche in der Mitte einen verdickten Querschnitt, an den Einmündungsstellen in die Gitterstäbe (2) aber einen verengten Querschnitt aufweisen, und die temporären Hilfsver-20 bindungen (5) in einem nachfolgenden Arbeitsgang ausgestanzt werden, wodurch ein fertiges Röhrchenplatten-Gitter entsteht.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temporären Hilfsverbindungen (5) zwischen zwei benachbarten Bleistäben (2) einen Abstand von 20 bis 120 mm 25 besitzen.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temporären Hilfsverbindungen (5) Dimensionen von 0,8 bis 6 mm Dicke und 5 bis 30 mm Länge aufweisen.

b. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeich- 20 net, dass der Querschnitt des verdickten Teiles (7) der temporären Hilfsverbindungen grösser ist als derjenige der Gitterstäbe (2).

6. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des verengten Teiles (6) der temporären 35 Hilfsverbindungen kleiner ist als diejenige der Gitterstäbe (2). '

7. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verdickte Teil (7) der temporären Hilfsverbinder länger ist als ihr verengter Teil (6).

40

Seit vielen Jahren werden als positive Elektroden in statio- 45 nären- und Traktions-Bleibatterien sogenannte Röhrchenplatten verwendet. Diese sind in Deutschland auch unter dem Namen «Panzerplatten» bekannt. In den USA ist der Ausdruck «Ironcald Plates» gebräuchlich.

Bekannte Vorrichtungen sind z. B. im Buch «Bleiakkumula- so toren» von E. Witte, Otto Krausskopf Verlag, Mainz 1969,

dritte Auflage, Seite 23/24 und im «Journal of Power Sources», zweiter Band, 1977/78, Seite 3, beschrieben.

Positive Röhrchenplatten bestehen aus einer Reihe von parallel nebeneinander angeordneten, porösen Kuntstoffröhr- 55 chen von etwa 9 mm Aussendurchmesser, welche nach Einführt rung zentraler, runder Gitterstäbe aus korrosionsfester Bleilegierung, mit Bleioxid gefüllt werden. Die gefüllten Platten werden in verdünnter Schwefelsäure anodisch aufgeladen, wobei sich das Bleioxid in Bleidioxid umwandelt. 60

Die heute gebräuchlichen Kunststoffröhrchen sind beispielsweise aus säurebeständigen und chlorfreien Fasern gefertigt. Fasern aus Glas, Polypropylen oder Polyester zeichnen sich durch ihre gute Dauerhaftigkeit aus.

Multifilament Polyestergarn-Gewebe mit Wandstärken von 65 0,3 bis 0,4 mm und mit Porenöffnungen kleiner als 0,2 mm werden heute in Form von vielröhrigen Taschen handelsüblich für Röhrchenplatten-Batterien auf dem Markt angeboten.

Ein Vorteil von Röhrchenplatten-Batterien gegenüber solchen mit üblichen pastierten Gitter-Platten, besteht in ihrer ausgezeichneten Lebensdauer beim Zyklen-Betrieb. Röhrchenplatten-Batterien können z. B. 1000 bis 2000 Lade-Entladezyk-len eines bestimmten Typs aushalten, während Batterien mit gewöhnlichen pastierten Platten vergleicherweise nur 400 bis 800 Zyklen gleicher Art aushalten. Der Grund hierfür ist, dass bei Röhrchenplatten die positive aktive Masse, welche aus Blei-dioxid-Teilçhen besteht, in den Röhrchen fest eingeschlossen ist und deshalb nicht «abschlammen», das heisst aus der Elektrode losbrechen und abfallen kann.

Dagegen bietet das Giessen der Hartbleigitter für Röhrchenplatten mehr Schwierigkeiten. Infolge des zunehmenden Energiebedarfs und der relativ kleinen Bodenfläche in elektrischen Fahrzeugen, müssen für Traktionsbatterien oft eher hohe Zellen gebaut werden. Dies bedingt auch hohe Platten. Die zentralen Gitterstäbe haben typisch einen Durchmesser von nur 3 mm, müssen jedoch in Längen von bis zu 800 mm und mehr gefertigt werden.

Eine grosse Plattenhöhe bringt besondere Probleme in bezug auf das Giessen mit sich. Druckgussverfahren sind heute allgemein üblich, um Röhrchenplatten-Gitter herzustellen. Spezielle Druckgussmaschinen für diesen Zweck werden handelsüblich von mehreren Firmen angeboten.

In diesen Druckgussmaschinen wird das Blei durch eine konische Drüse unter Druck in Längsrichtung der Bleistäbe in die Giessform eingeschlossen. Je länger der Giessling, desto aufwendiger die Druckgiessmaschine. Erfahrungsgemäss bietet das Druckgiessen von Gittern, welche sehr wenig oder kein Antimon enthalten, besondere Schwierigkeiten. Die Giessfä-higkeit der Bleilegierungen nimmt nämlich mit abnehmendem Antimongehalt ab. Darum mussten bisher üblicherweise für Röhrchenplatten-Gitter je nach Plattenhöhe Blei-Legierungen bis zu 12% Antimon verwendet werden.

Der hohe Antimongehalt der Bleigitter ist jedoch unerwünscht. Erstens verteuert er die Batterie, da Antimon wesentlich mehr kostet als Blei. Zweitens treten bei hohen Antimongehalten technische Nachteile auf. Das Gitter wird weniger korrosionsfest. Antimon, welches durch anodische Oxidation aus dem Gitter gelöst wird, diffundiert im Elektrolyten zur negativen Platte, wo es sich in Form von metallischem Antimon niederschlägt. Hierbei tritt die sogenannte «Vergiftung» der negativen Platte durch Antimon auf. Antimon setzt nämlich die Wasserstoffüberspannung der negativen Blei-Elektroden herab. Wasserstoff entwickelt sich dann viel schneller, was zu erhöhter Selbst-Entladung der negativen Elektroden führt. Wenn die Batterie längere Zeit unbenutzt herumsteht, sinkt durch die Selbstentladung die Säuredichte, was wiederum die Korrosion der positiven Gitter beschleunigt. Ausserdem bedeutet die Wasserstoffentwicklung ein Wasserverlust für die Batterie. Dies erfordert also häufigere Wasserzugabe, das heisst mehr Wartung.

Es wäre deshalb von Vorteil, Röhrchenplatten-Gitter aus Legierungen ohne Antimon oder solchen mit kleinem Antimongehalt herzustellen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem antimonfreie oder antimonarme Röhrchenplatten-Gitter auf einfache Art und Weise hergestellt werden können. Dabei sollen auch ohne Schwierigkeit sehr hohe Gitter gegossen werden können.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass beim Giessen des Gitters der Einguss der flüssigen Bleilegierung auf der Längsseite des Gitters senkrecht zur Richtung der Gitterstäbe erfolgt, und im Gitter Verbindungsteile mitgegossen werden, welche benachbarte Gitterstäbe verbinden, und die Verbindungsteile zwischen benachbarten Gitterstäben in einem nachfolgenden Arbeitsgang weggestanzt werden, wobei die Gitterstäbe selbst unverletzt bleiben und dadurch ein fertiges

3

627027

Röhrchenplatten-Gitter entsteht.

Ein beispielsweises Verfahren zur Röhrchenplatten-Gitter-Herstellung wird in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die schematische Darstellung des bisher üblichen Prozesses zum Giessen von Röhrchenplatten-Gittern,

Fig. 2 den Giessprozess gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 3 einen Schnitt gemäss der Linie A-A der Fig. 2. Fig. 1 stellt den bisher üblichen Prozess zum Giessen von Röhrchenplatten-Gittern schematisch dar. Die flüssige Bleilegierung wird parallel zur Achse der Gitterstäbe 2 mittels einer Druckmaschine durch die Ansätze 1 in die Form eingeschossen. Die Gitterstäbe haben einen Durchmesser von etwa 3 mm. Sie sind normalerweise mit Zentrier-Fahnen 3 versehen. Nach dem Giessen wird die Platte entlang den Schneidflächen 4 getrennt.

Erfahrungsgemäss lassen sich mit einer Druckgussmaschine, welche für diesen Zweck im Handel angeboten wird, Gitterstäbe einer gewissen Länge nur herstellen, wenn der Antimongehalt der Bleilegierung entsprechend hoch ist. Die benötigte Antimonmenge für verschiedene Gitterlängen wurden experimentell bestimmt und sind in Tabelle 1 festgehalten. Die angegebenen Werte gelten für eine herkömmliche Maschine, welche für das Giessen von Röhrchenplatten-Git-tern empfohlen wird und welche mit einem Luftdruck von 10 at. und einer Giesstemperatur von 400 bis 450° arbeitet.

Tabelle 1

Gitterlänge

Benötigter Antimongehalt

200 mm

4%

400 mm

8%

600 mm

10%

800 mm

12%

Mit dieser Maschine Hessen sich also keine langen Gitter aus antimonarmen oder antimonfreien Bleilegierungen herstellen. Um solche Gitter zu giessen, würden wahrscheinlich sehr viel aufwendigere, bei höherem Druck arbeitende Maschinen benötigt, falls man am herkömmlichen Druckgussprozess festhalten wollte.

In Fig. 2 ist der Giessprozess gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die flüssige Bleilegierung wird entlang der Längsseite des Gitters, im wesentlichen entlang seiner gesamten Länge senkrecht zu den Gitterstäben 2 und parallel zur Gitterebenen in die Giessform eingeführt.

Zwischen dem Anguss 1 und dem Gitter sind in der Giessform in regelmässigen Abständen die Eintritts-Kanäle 8 mit zweckentsprechendem Querschnitt angebracht.

Zwischen den Gitterstäben werden in Abständen von vorzugsweise 20 bis 120 mm die temporären Hilfsverbindungen 5 mitgegossen.

Aus der Fig. 3 ist eine bevorzugte Form dieser Percursor-Verbindungen ersichtlich, welche das Röhrchenplatten-Gitter der Fig. 2 im Schnitt A-A, auf der Höhe der Percursor-Verbin-dungen, schematisch darstellt.

Die verengten Stellen 6 dienen zur Erleichterung des Stanzvorganges, wie nachstehend noch beschrieben wird. Der zu durchschneidende Blei-Querschnitt wird dadurch klein gehalten. Die verengte Stelle 6 dient auch als Führung für das Stanzwerkzeug.

Der verdickte Teil 7 der Percursor-Verbindung erleichtert die Füllung des Gitters mit Blei. Beim Giessen kann die Luft in der Giessform zunächst in die entsprechenden Holhräume der temporären Hilfsverbindungen entweichen. Beim Füllen mit Bleilegierung bildet sich in 7 ein Wärmevorrat aus. Die vergrös-serte Masse von Bleilegierung in 7 kühlt sich langsamer als die der verkleinerten Teile 6, oder die der Gitterstäbe 2. Der durch die nachträgliche Abkühlung erfolgende Schwund kann sich dann im erweiterten Percursor-Verbinder-Teil 7 vollziehen. Dadurch wird die komplette Füllung der Gitterstäbe 2 gewährleistet.

Der Querschnitt des verdickten Teiles 7 der temporären Hilfsverbindung 5 ist vorzugsweise grösser als derjenige der einzelnen Gitterstäbe. Der verdickte Teil der temporären Hilfsverbindung weist beispielsweise eine Dicke von 2-6 mm und eine Länge von 10-30 mm auf, der verengte Teil 4 z. B. eine Dicke von 0,8-1,6 mm und eine Länge von 5-10 mm. Es hat sich von Vorteil erwiesen, den verengten Teil 4 kürzer zu halten als den verdickten Teil 7. Die Gitterstäbe weisen auch hier die bekannten Zentrier-Fahnen 3 auf. Sie sind in Fig. 2 und 3 nicht eingezeichnet. Das Wegstanzen der temporären Hilfsverbindungen zwischen den Gitter-Stäben kann auch mit einem Werkzeug erfolgen, welches nachher einen kleinen Teil der Hilfsverbindung in Form einer Zentrier-Fahne 3 übriglässt.

Die hier beschriebene Methode zur Gitterherstellung lässt sich natürlich sinngemäss auch auf Röhrchenplatten mit ovalen Röhrchen sowie auf eine spezielle Bauart mit zwei Gitterstäben pro Röhrchen anwenden.

Das Giessen der Gitter mit Hilfsverbindungen kann durch einfaches Giessen von Hand, oder in einer preisgünstigeren Gittergiessmaschine erfolgen, wie sie für negative Gitterplatten verwendet wird, wobei das Blei durch Gravitations-Guss ohne Anwendung von Druck erfolgt. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht also darin, dass es ohne aufwendige Druckgussmaschine auskommt.

Natürlich könnte auch eine einfache Druckgussmaschine angewendet werden. Die Verwendung von Druckguss erweist sich aber als nicht unbedingt erforderlich.

Beim Giessen kann der Bleiguss von oben her erfolgen. In speziellen Fällen könnte der Bleieinguss aber auch unten sein, wobei der nötige Blei-Nachfluss aus einem höher liegenden, geheizten Vorratsgefäss erfolgt. Auf Englisch heisst diese Technik «bottom pour».

Nach dem Giessen werden die temporären Hilfsverbindungen zwischen den Gitterstäben sowie der Anguss 1 und der Endteil 9 ausgestanzt, wobei die Gitterstäbe unverletzt bleiben. Der Schnitt 4 erfolgt an den eingeschnürten Stellen 6. Die Stanzwerkzeuge weisen die geeignete Form zur exakten Führung des Giesslings auf. Um das Stanzwerkzeug klein zu halten können die Hilfsverbinder-Reihen auch einzeln, nacheinander gestanzt werden, wobei das Gitter jeweils um die entsprechende Distanz zwischen der Hilfsverbindungen vorgeschober wird.

In dieser Weise kann ein Gitter gefertigt werden, welches am Schluss das Aussehen eines normalen Gitters für Röhrchen platten besitzt.

Das beschriebene Verfahren erlaubt das Giessen von Gittern für Röhrchenplatten mit Bleilegierungen niedrigsten Anti mongehaltes. So können sehr leicht Gitter mit Antimongehalten von 0-4% gegossen werden. Für derartige Antimonlegierungen wird vorzugsweise ein Zusatz von Arsen von 0,3-0,5% verwendet. Die Methode eignet sich auch zum Giessen völlig antimonfreier Gitter, z. B. aus Blei-Kalzium-Legierung.

Der Fortschritt des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass damit ein einfacher, rationeller und billiger Herstellungsprozess auch für antimonarme und antimonfreie positive Röhrchenplatten-Gitter aufgezeigt wurde.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

G

2 Blatt Zeichnunj