CH636989A5 - Mehrzelliger bleiakkumulator. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrzelligen Bleiakkumulator sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung, gemäss der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8. Ein solcher Akkumulator kann insbesondere im Fahrzeugbau, z.B. als 5 Starterbatterie, eingesetzt werden.

Der Bleiakkumulator hat ungeachtet seiner speziellen Ausführungsformen, die den verschiedensten Anwendungszwek-ken angepasst sind, heute ein Höchstmass technischer Vollkommenheit erreicht. Gekennzeichnet nach der Bauart der io positiven Platten lassen sich drei Grundtypen von Akkumulatorenzellen unterscheiden. Es gibt Zellen mit positiven Grossoberflächenplatten, vorwiegend für ortsfeste Aufstellung, Zellen mit positiven Gitterplatten für den Betrieb in Fahrzeugen und Zellen mit positiven Panzerplatten, die sowohl für die dadurch gekennzeichnet, dass die Bandenden der Elektroden- 15 Elektrotraktion als auch für ortsfeste Aufstellung geeignet pakete mit stiftförmigen Bleistäben, z.B. durch Aufwickeln und Pressschweissen, elektronenleitend verbunden sind und dass diese Stifte jeweils eine Basis für eine Poldurchführung bilden.

4. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren elektrischen Anschlüsse (16,17) von dem durch die Stirnwände (8) des Blockkastens geführten Elektrodenträgergerüst derselben Bandelektrode (12; 13) gebildet sind.

5. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandelektrodenpakete mit ihren Faltkanten (6) senkrechtstehend in den Zellen angeordnet sind und der Blockkasten-Verschluss von einer Seitenwand (18) gebildet ist.

6. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführungen der jeweiligen Bandelektroden durch die Zelltrennwände (7) und die Stirnwände (8) des Blockkastens (1) in der Verschlussebene (A-A) liegen.

" 7. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in normaler Gebrauchslage die Verschlussebene (A-A) und der Elektrolytspiegel senkrecht zueinander stehen.

8. Verfahren zur Herstellung eines Bleiakkumulators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenpakete aus Bandelektroden (12,13) zickzackartig gefaltet in einen mehrzelligen Blockkasten (1) mit seitlichen Öffnungen eingesetzt werden und dass diese Seite des Blockkastens durch Aufschweissen einer Seitenwand (18) flüssigkeitsdicht verschlossen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenpakete aus einheitlich pastierten, Elektrodenbändern (12,13) mit zwischengefügtem Separatorband (4) gefaltet werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das über die Zellentrennwand (7) und die Stirnwände (8) jeweils zu führende Elektrodenträgergerüst (2,3) in den entsprechend abgeteilten Bereichen (9) von anhaftender Masse freigelegt wird und dass der entsprechende Parallelabschnitt der Gegenelektrode und des Separators ganz entfernt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss des Blockkastens (1) mit einer Seitenwand (18) mittels Spiegelschweissen über die Zel-

sind.

Bleiakkumulatoren für den Gebrauch als Kraftfahrzeug-batterien sind aus naheliegenden Gründen kompakter und leichter gebaut als ortsfeste Batterien. Dies gilt vornehmlich 20 für die Kraftfahrzeug-Starterbatterien, bei denen stets mehrere Zellen in einem Blockkasten aus Hartgummi oder Kunststoff vereinigt sind. Die Blockkästen haben aufgeschweisste Deckel mit einer Öffnung über jeder Zelle für das Entweichen der Gase und zum Nachfüllen des Elektrolyten.

25 Die Zellen sind von positiven und negativen Gitterplatten ausgefüllt, wobei z.B. jeweils 6 positive und 7 negative Platten mit zwischenliegenden Separatoren aus mikroporösem Material zu einem Plattenblock zusammengefügt sind und den Inhalt einer Zelle bilden. Alle Stromableiter (Plattenfahnen) 30 der einen wie der anderen Polarität werden durch Polbrücken gesondert verbunden, die die aus dem Blockkasten herausragenden Pole tragen.

Die Gitterplatten kommen dem Wunsch, die inaktiven Bauelemente und Gerüstsubstanzen einer Zelle zugunsten der 35 für die Stromlieferung allein wirksamen Elektrodenmassen auf ein notwendiges Mindestmass zu reduzieren und damit die Energiedichte zu steigern, am ehesten entgegen. Sie können sehr dünn sein (1 mm); dann ist auch bei hohen Stromstärken (Anlassen des Kraftfahrzeuges) die Masseausnutzung noch 40 gut. Vielen Bemühungen der letzen Zeit um den Ersatz der herkömmlichen Blei-Antimon-Gitterlegierungen durch antimonarme oder -freie Legierungen, um die Lagerfähigkeit geladener negativer Platten durch eine Oxidationsschutz, um aktivierende und die Selbstentladung hemmende Zusätze ver-45 schiedenster Art und anderen Neuerungen mehr verdanken die Elektroden und damit der Bleiakkkumulator ihren derzeitigen hohen Qualitätsstand.

Dagegen ist der Fertigungsprozess trotz einer Reihe automatisierter Arbeitsabläufe doch im wesentlichen seit Jahrzehnten so unverändert und ein diskontinuierlicher geblieben. Dies ergibt sich schon aus der Einzelfertigung der Gitter in den Gitter-giessmaschinen, wo sie meist als Doppelgitter anfallen und dann getrennt werden müssen. Die Pastiermaschinen arbeiten ebenfalls diskontinuierlich, ebenso ist die auf das Curing fol-55 gende und noch viel geübte Tankformation ein diskontinuierlicher Arbeitsschritt, bei dem die Gitterplatten, in Gestellen hängend und nach vorgesehender Polarität getrennt, viele Stunden im Formationstank verbleiben. Der Platteneinbau in den Blockkasten, der bei der Zellen- oder Blockkastenforma-

lentrennwand (7) und die Stirnwände (8) erfolgt, in welche das 6otion schon nach dem Pastieren bzw. Curing vorgenommen freigelegte Elektrodenträgergerüst der einen Bandelektrode leicht eingesenkt ist.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenträgergerüste (2,3) mit einer einheitlichen aktiven Masse pastiert werden.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bandelektroden (12,13) im seitenverschlossenen Blockkasten (1) formiert werden.

wird, erfolgt hier wie dort wiederum einzeln und diskontinuierlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bleiakkumulator verfügbar zu machen, welcher als Produkt 65 durch die Merkmale hoher Wirtschaftlichkeit, geringen Wartungsaufwandes und unbedingter Zuverlässigkeit ausgezeichnet ist. Zur Aufgabe der Erfindung gehört es ferner, ein Herstellungsverfahren für den Akkumulator anzugeben, welches ein überwiegend kontinuierliches Arbeiten ermöglicht und den

Erfordernissen einer rationellen Massenfertigung besser als bisher gerecht wird.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 gelöst.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung neben dem erfindungsgemässen Verfahren zu seiner Herstellung durch die Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt schematisch einen auf der Seite liegenden zweizeiligen Akkumulator-Blockkasten 1 mit eingesetzten Elektrodenpaketen, die je aus einer Bandelektrode 12 und einer Bandelektrode 13 und einem zwischengelegten Separatorband 4 mit Rippen oder Stegen 5 bestehen. Diese Pakete sind zickzackartig gefaltet und werden von der Seite in die Akkumulatorenzellen eingeschoben. Die Faltkanten 6 der Elektrodenpakete stehen zur Auflagefläche des Akkumulators senkrecht, so dass Gasblasen zwischen den Elektroden ungehindert aufsteigen können.

Sowohl die Verbindung der Zellen untereinander als auch die Aussenableitung erfolgt durch grossflächig über die Zellentrennwand 7 bzw. die Stirnwände 8 des Blockkastens geführte Bereiche 9 des Elektrodenträgergerüstes jeweils einer Bandelektrode. In der Figur werden beispielsweise die Aus-senableitungen 16 und 17 vom Elektrodenträgergerüst 2 der Bandelektrode 12 gebildet, während die Verbindung zwischen den Zellen durch das Elektrodenträgergerüst 3 der Bandelektrode 13 hergestellt ist.

Es kann aber auch das jeweilige Elektrodenband am Ende über einen Bleistift gewickelt und mit diesem durch z.B. Press-schweissen elektronenleitend verbunden werden. Von diesem Stift aus kann eine Poldurchführung in an sich bekannter Weise erfolgen.

Die Gegenelektrode und der Separator sind in den Übergangsbereichen zwischen den Zellen unterbrochen.

Zur Herstellung eines zickzackartig gefalteten Elektrodenpaketes für einen mehrzelligen Akkumulator wird vorzugsweise ausgegangen von als Endlosband auf Rollen 10, 11 gewickelten Elektrodenträgergerüsten 2,3, welche die Form eines üblichen Gittergerüstes aus Blei haben oder auch aus Bleistreckmetall bestehen können, wobei jedes Elektrodenband gegebenenfalls am Rand einen durchlaufenden Steg besitzt. In diese Elektrodenträgergerüste wird als aktives Material eine Einheitsmasse einpastriert. Dies ist vorteilhaft, weil die fertigen Bandelektroden im Batteriebetrieb von Zelle

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zu Zelle ihre Polarität wechseln. Die Elektrodenträgergerüste 2, 3 gehen so in die Bandelektroden 12, 13 über (siehe hierzu Fig. 2).

Unter Zwischenlage eines hochporösen, jedoch gegen Druck weitgehend unempfindlichen Separatorbandes 4, das sich von der Rolle 14 abwickelt, laufen die Elektrodenbänder nunmehr über der Umlenkrolle 15 zusammen und können dann gefaltet werden.

Unmittelbar vor dem Faltvorgang werden in vorgebenen Abständen diejenigen Bereiche 9 aus den Bandelektroden 12, 13 und, dem Separator 4 herausgeschnitten, welche nach dem Einschub in den Blockkasten über eine der Wände 7 oder 8 verlaufen würden und dort überflüssig sind, ausgenommen das zum Übergang über eine Trennwand jeweils benötigte Elektrodenträgergerüst.

Die Entfernung der aktiven Masse kann durch einen Ausblasvorgang, Spülvorgang oder gegebenenfalls auch schon beim Pastiervorgang durch Freilassen einer entsprechenden Stelle des Elektrodengerüstes von pastierter Masse geschehen.

Zur Fertigstellung des Akkumulators ist es dann nur noch notwendig, das Gehäuse zu verschliessen, was überraschenderweise sehr einfach dadurch geschehen kann, dass in einem an sich bekannten Spiegel-Schweiss-Verfahren eine Seitenwand 18 aufgespiegelt wird. Durch die Wärmeeinwirkung dringt der Kunststoff sowohl der Zellentrennwand 7 und der Stirnwände 8 des Kastens als auch der entsprechenden Fortsetzungen 19 bzw. 20 in der Seiten wand 18 durch das Gerüst der Elektrode, so dass sich eine feste und flüssigkeitsdichte Verbindung ergibt. Vor diesem Aufspiegeln eines Deckels kann es zweckmässig sein, durch einen Stempel das Elektrodengerüst auf die Trennwand aufzudrücken und gegebenenfalls bei diesem Verfahrensschritt noch eine zusätzliche Erwärmung vorzunehmen, um schon ein gewisses Eindringen des Elektrodengerüstes in die Kante der Zellentrennwand 7 vor dem endgültigen Ausspiegeln des Deckels zu erreichen. Die notwendigen Endpolanschlüsse eines sochen Akkumulators können inner- oder ausserhalb der Zelle aus dem hervorstehenden Elektrodengerüstteil durch Zusammenpressen und beispielsweise Anschweissen eines Endpols gebildet werden.

Der Vorteil des beschriebenen Akkumulators liegt darin, dass sein Herstellungsprozess einen besonders günstigen Materialfluss aufweist.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Mehrzelliger Bleiakkumulator mit in einem Blockkasten angeordneten Elektrodenblöcken aus positiven und negativen Elektroden mit zwischenliegenden Separatoren, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Elektrodenblock aus zickzackartig zu einem Elektrodenpaket zusammengefalteten positiven und negativen Bandelektroden (12,13) mit zwischenliegendem Separator (4) besteht.

2. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte Einzelzellen durch ein Elektrodenträgergerüst (2; 3) einer der Bandelektroden (12; 13) elektrisch miteinander verbunden sind, welches (2; 3) über eine Zellentrennwand (7) geführt ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Mehrzelliger Bleiakkumulator nach Anspruch 1 und 2,