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Verfahren und Anordnung zur Herstellung von porösen, gewellten Kunststoffplatten
Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung poröser Kunststoffplatten, insbesondere
von Separatorplatten für Akkumulatoren, bekannt, bei dem das Kunststoffpulver auf
eine stetig bewegte, endlose Unterlage in Form einer Trommel oder eines über Umlenkrollen
geführten Bandes aufgetragen, auf dieser Unterlage durch eine Erhitzungszone geführt
und in dieser gesintert wird, worauf die gesinterte Kunststoffschicht durch Walzen
od. dgl. zu einer porösen Kunststoffbahn gepreßt und diese nach Kühlung zu Platten
abgelängt wird.
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Um bei der Herstellung von gesinterten Separatorplatten aus Kunststoff
die erforderliche Druckeinwirkung mit Hilfe einer absatzweise arbeitenden Presse
vornehmen zu können, wurde ferner auch schon vorgeschlagen, das Kunststoffpulver
stetig auf aufeinanderfolgende plattenförmige Unterlagen aufzutragen, die auf einer
im Kreislauf wiederholten Bahn mit veränderlicher Geschwindigkeit fortbewegt werden,
wobei die einzelnen Unterlagen im Bereich der Auftragseinrichtung infolge einer
örtlichen Herab setzung ihrer Geschwindigkeit lückenlos aneinanderschließen, hernach
aber infolge einer Erhöhung ihrer Geschwindigkeit wieder voneinander getrennt werden,
um so die stetig aufgetragene Pulverschicht zu unterteilen und im unterteilten Zustand
der Wärme-und insbesondere der Druckbehandlung in der absatzweise arbeitenden Presse
zuzuführen. Dieses Verfahren bietet den weiteren Vorteil, daß die plattenförmigen
Unterlage profiliert werden können und dann im Zusammenwirken mit einer geeigneten
Gegenform in der Presse eine beliebige beidseitige Profilierung der Kunststoffplatten
ermöglichen. Eine solche beliebige beidseitige Profilierung ist bei Verwendung von
endlosen um Umlenkrollen geführten Transportbändern als Unterlage im Hinblick auf
die erforderliche Biegsamkeit dieser Bänder, welche besonders die Anwendung von
profilgebenden Lângsrippen ausschließt, nicht möglich..
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung
von porösen gewellten Kunststoffplatten, das ohne das Erfordernis einer in Einzelplatten
unterteilten Unterlage eine beliebige beidseitige Profilierung der gesinterten Kunststoffschicht
ermöglicht und überdies den Vorteil bietet, daß die Profilierung durch einfachen
Austausch relativ kleiner Preßformen geändert und den Bedürfnissen des Erzeugungsprogramm
es angepaßt werden kann.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Kunststoffpulver
auf eine. abgestützte und schrittweise bewegte Unterlage aus geschmeidigem
Papier,
Gewebe oder Faservlies aufgetragen und gesintert wird und nach der Sinterung in
warmem Zustand vermittels dieser Unterlage einem auf die Vorschubbewegung der Unterlage
abgestimmten Preßvorgang unterworfen wird, in dem die Sinterschicht samt Unterlage
nach beiden Seiten in gleichbleibender Schichtdicke hohlrippenförmig vorspringend
profiliert und durch Kühlung verfestigt wird, worauf die verfestigte Sinterschicht,
gegebenenfalls mitsamt der Unterlage, durch eine synchron mit dem Preßvorgang betätigte
Schere abgelängt wird.
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Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß für die Erzeugung von
Separatorplatten schon vorgeschlagen wurde, eine von einer Vorratstrommel stetig
abgewickelte Glaswollmatte mit einer Kunststoffpaste derart zu imprägnieren, daß
sich auf einer Seite der Matte ein geschlossener Pastenauftrag mit vorstehenden
Rippen ergibt, wobei nach der Trocknung ein gerippter Verbundkörper erhalten- wird.
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Demgegenüber hat im Rahmen der Erfindung die geschmeidige Unterlage
eine dreifache, den Erfordernissen der Erzeugung profilierter Sinterplatten entsprechende
Aufgabe zu erfüllen. Sie dient nämlich erstens als Träger für die zuerst lockere
und sodann gesinterte Pulverschicht, zweitens als jenes Hilfsmittel, welches es
ermöglicht, die noch erhitzte Sinterschicht, die an sich praktisch noch keine Zugfestigkeit
hat, in die zur profilierenden Verformung und zur Verfestigung der Pulverschicht
durch Abkühlung dienende Presse zu ziehen, und drittens ermöglicht sie in der Presse
infolge ihrer Geschmeidigkeit eine beidseitige profilierende Verformung der Sinterschicht,
indem sie sich selbst der Profilierung der Preßformen anpaßt und deren Profil auf
die Sinterschicht überträgt. Falls hierbei die geschmeidige Unterlage infolge örtlicher
übermäßiger Dehnung
stellenweise reißen sollte, wird dadurch der
Verfahrensablauf nicht störend beeinträchtigt, weil nach der Pressung und Kühlung
der gesinterte Kunststoffstrang schon verfestigt ist und selbst über die noch anhaftenden
Teile der Unterlage die erforderliche Zugwirkung auf den vor der Presse liegenden
Teil der Unterlage mit der noch nicht verfestigten Sinterschicht übertragen lsapn.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als besonders zweckmäßig, im Rahmen der Erfindung
die Unterlage schrittweise vorzuschieben und eine stationäre Presse zu verwenden,
deren Arbeitsbewegungen in den Pausen der schrittweisen Vorschubbewegungen der Unterlage
erfolgen. Diese Verfahrensweise ergibt nicht nur eine konstruktive Vereinfachung
der Vorrichtung zur Ausübung der Erfindung, sondern gewährleistet überdies auch,
daß der jeweils gepreßte und dabei gleichzeitig gekühlte Teil der Smterschicht vor
Einsetzen der nächsten Vorschubbewegung schon völlig verfestigt ist, also eine Zugwirkung
übernehmen kann. Es ist dann möglich, als Unterlage selbst sehr dünnes Papier zu
verwenden. Die dünne Unterlage bietet übrigens den weiteren Vorteil, daß bei der
Wärmeübertragung auf die Pulverschicht im Durchlaufofen praktisch keine Wärmeverluste
durch die Unterlage entstehen.
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Die geschmeidige bandförmige Unterlage kann von einer Vorratsspule
abgewickelt und von der verfestigten Sinterschicht als Abfall wieder abgenommen
werden, sie kann aber auch an der verfestigten Pulverschicht belassen werden, so
daß sie mit dieser einen Verbundkörper bildet.
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Die gesinterte und verfestigte Pulverschicht wird gegebenenfalls
samt der Unterlage, je nach den gewünschten Plaftenformaten abgelängt, wobei im
Falle der Verwendung einer stationären, absatzweise arbeitenden Presse die Arbeitsbewegungen
der ebenfalls stationären Schere vorzugsweise mit jenen der Presse synchronisiert
werden. Hierzu braucht nur die Länge des jeweiligen Vorschubweges der Unterlage
der gewünschten Plattenlänge angepaßt zu werden.
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Eine bevorzugte Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorratsspule für ein geschmeidiges Trägerband,
eine Auftragseinrichtung für das Kunststoffpulver, ein Durchlaufofen, eine absatzweise
arbeitende stationäre Presse, ein Vorschubwalzenpaar und gegebenenfalls eine rnit
der Presse synchron arbeitende Schere hintereinander angeordnet sind und daß ein
Steuergerät vorgesehen ist, welches alternierend die Antriebsorgane für das Trägerband
und die Antriebsorgane für die Presse und gegebenenfalls die Schere in Tätigkeit
setzt.
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Weitere Merkmale dieser erfindungsgemäßen Anordnung gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung hervor.
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F i g. 1 zeigt das Schema der genannten Anordnung, und Fig.2 ist
ein Querschnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Separatorplatte.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung umfaßt im wesentlichen eine
Auftragszone, eine Erhitzungszone, eine Preßzone und eine Ablängzone, die nacheinander
von der zunächst lose aufgeschütteten, sodann durch Hitzeeinwirkung gesinterten
und schließlich durch Druckeinwirkung geformten und durch Kühlung verfestigten Pulverschicht
durchlaufen werden.
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Auf der einen Seite der Anordnung befindet sich eine Spulentrommel
1, von der ein Band 2 aus geschmeidigem Material, wie Papier, Gewebe oder Faservlies,
abgewickelt und über eine Umlenkrolle3 zu einem stationären Tisch 4 geführt wird.
Über diesem Tisch befindet sich ein Aufgabetrichter 5 für das Kunststoffpulver.
Die aufgebrachte Kunststoffpulverschicht 6 wird sodann von dem Band 2 durch einen
nachgeschalteten Durchlaufofen 7 geführt, dessen elektrische Heizkörper8,9 nur schematisch
angedeutet sind. Im Durchlaufofen wird das Band 2 mit der Pulverschicht 6 von einem
schrittweise vorgeschobenen Wanderrost 10 getragen, der als endloses Förderband
um vor und hinter dem Ofen angeordnete Umlenkrollen 11 läuft. Im Ausgang des Ofens
ist ein thermisch abgeschirmter Kanal 12 vorgesehen, in dem die gesinterte Pulverschicht
von dem Band 2 über eine Walzenreihe 13 einer stationären, absatzweise arbeitenden
Presse 14 zugeführt wird. Die Preßformen 15, 16 der dargestellten hydraulischen
Presse sind wassergekühlt, so daß während der Pressung der Kunststoffpulverschicht
gleichzeitig eine Abkühlung dieser Schicht und eine entsprechende Verfestigung stattfindet.
Hinter der Presse sind Vorschubwalzen 17 angeordnet, welche den verfestigten Kunststoffstrang
samt der Unterlage erfassen und durch die Presse hindurchziehen. Anschließend an
dieses Walzenpaar folgt eine stationäre hydraulisch betätigte Schere 18, welche
den Kunststoffstrang in Platten gewünschten Formats ablängt.
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Es ist ersichtlich, daß die Unterlage aus Papier od. dgl. als Träger
der Kunststoffpulverschicht dient und es ermöglicht, diese Pulverschicht insbesondere
in dem Bereich, in dem sie noch nicht verfestigt ist, also im Bereich des Durchlaufofens
7 und des Kanals 12, vorzuziehen und zwischen die Preßformen 15, 16 der stationären
Presse 14 einzubringen. Infolge der Pressung und der Kühlung wird hier der Kunststoffstrang
so verfestigt, daß er hernach von dem Walzenpaar 17 ohne Verletzungsgefahr erfaßt
und vorgezogen werden kann. Die geschmeidige Unterlage ermöglicht es, in der Presse
14 beide Seiten der Kunststoffschicht zu profilieren, weil sich die Unterlage gegebenenfalls
unter geringfügiger Dehnung bzw.
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Streckung völlig an die Preßformen anschmiegt. Selbst wenn hierbei
im Falle der Verwendung sehr dünnen Papiers die Unterlage örtlich reißen sollte,
wird die Arbeitsweise der Maschine nicht beeinträchtigt, weil nach Öffnen der Preßstempel
die Kunststoffschicht selbst schon so weit verfestigt ist, daß sie die von den Vorschubwalzen
17 ausgeübte Zugwirkung auf den nachfolgenden, unverletzt gebliebenen Papierstreifen
übertragen kann, der sodann die noch nicht verfestigte Pulverschicht mitnimmt. Die
Papierunterlage kann hinter der Presse, wo sie ihre Funktion im wesentlichen erfüllt
hat, von der Kunststoffbahn wieder abgezogen werden. Es ist aber auch möglich und
unter Umständen sogar vorteilhaft, die Unterlage an der Kunststoffbahn zu belassen,
so daß sie mit dieser abgelängt wird und an den fertigen Platten, z. B. Separatorplatten,
verbleibt. Je nachdem, ob es sich um eine stark faserige Unterlage handelt, die
sich mit der Kunststoffschicht verfilzt, oder um eine glatte Unterlage, z. B. Seidenpapier,
die eine geringere Haftwirkung ergibt, wird sich die Unterlage nach Einbau des Separators
in Akkumulatoren unter der Einwirkung des Elektrolyten vom Separator lösen, was
aber nicht stört.
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Da zur Erzeugung einwandfreier plattenförmiger Sinterkörper die Arbeitsbedingungen,
insbesondere Sintertemperatur und Sinterzeit sowie Preßdruck und Preßdauer, genau
eingehalten werden müssen, empfiehlt es sich, die Arbeitsvorgänge der beschriebenen
Maschine durch ein Programmschaltwerk zu steuern.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel enthält dieses Programmschaltwerk
einen Antriebsmotor 21, der über einen Riementrieb 22 und eine Reibungskupplung
23 eine Schaltwelle 24 antreibt. Am Ende dieser Schaltwelle sitzt ein Steigrad 25,
in das die Steigzähne eines Schwingankers 26 eingreifen. Die Achse dieses Schwingankers
trägt eine Pendelstange 27 mit einem verstellbaren Pendelgewicht 28. Je nach der
Einstellung des Gewichtes schwingt das Pendel mit einer die gesamte Anordnung eintaktenden
längeren oder kürzeren Schwingungsdauer. Die über die Reibungskupplung 23 angetriebene
Schaltwelle 24 führt somit schrittweise Drehbewegungen aus. Auf dieser Achse sind
drei Steuernocken29,30 und 31 angeordnet, welche drei Schalter46, 47 und 48 betätigen.
Im Stromkreis des Schalters 46 (Vorschub) liegt ein Schütz 32, das den Vorschubmotor
33 der gesamten Anordnung einschaltet. Der Motor 33 treibt über einen Riemen 34
eine Vorgelegewelle 35 an, die über Wechselräder36, wie schematisch durch einen
Pfeil angedeutet ist, über die Welle 37 eine der Umlenkrollen 11 des Wanderrostes
10 und über einen Kettentrieb 38 die Vorschubwalzen 17 (synchron) antreibt. Die
Vorgelegewelle 35 macht eine Umdrehung je Vorschubschritt. Die Anordnung ist so
getroffen, daß der Schalter 46 im Programmschaltwerk nur kurzzeitig den Stromkreis
des Schützes32 schließt.
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Der dadurch eingeschaltete Motor 33 treibt eine Steuerscheibe39 an,
an der sich ein Abhebestift 40 für einen Schalter 49 befindet, welcher in der Ausgangsstellung
unterbrochen ist. Nach geringfügiger Drehung der Steuerscheibe 39 läuft der Abhebstift
40 von einer Steuerklinke des Schalters 49 ab, so daß sich dieser Schalter schließen
kann, bevor noch der Schalter 46 sich im Programmschaltwerk öffnet. Der Stromkreis
des Schützen32 bleibt nunmehr für den Rest des Vorschubschrittes über den Schalter49
geschlossen und wird erst nach Beendigung einer Umdrehung der Vorgelegewelle 35
durch den auf der Klinke des Schalters 49 auflaufenden Abhebestift 40, der den Schalter
öffnet, wieder unterbrochen. Zwischen dem Zeitpunkt der Betätigung des Schalters
im Programmschaltwerk und der Unterbrechung des Schalters 49 wird die Unterlage
2 in der Anordnung um einen bestimmten, durch Wahl der Wechselräder 36 einstellbaren
Weg vorgeschoben. Der Vorschubweg wird entsprechend dem gewünschten Platten format
gewählt.
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Der Preß- und Ablängvorgang muß in den Pausen des schrittweisen Vorschubes
erfolgen. Zu diesem Zwecke ist auf der Schaltwelle 24 ein zweiter Steuernocken30
vorgesehen, der nach der Unterbrechung des Schalters 49 einen Schalter 47 betätigt,
in dessen Stromkreis ein Wendeschütz 41 liegt. Beim Schließen des Schalters 47 legt
dieses Schütz einen Motor 42 an Spannung, welcher eine Zahnradpumpe 43 antreibt.
Diese Zahnradpumpe liefert an den Preßzylinder 44 der Presse 14 und an den Druckzylinder
45 der Schere 18 Druckflüssigkeit, so daß die Presse und die Schere gleichzeitig
betätigt werden, und zwar zu einem Zeitpunkt, in dem die Unterlage 2 bzw. die Pulverschicht
6 stillsteht. Auf diese Weise wird
die gesinterte Pulverschicht in der Presse 14
nach Belieben verformt, abgekühlt und dadurch verfestigt.
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Nach Ablauf einer bestimmten Zeit gibt der Nocken 30 den Schalter
47 frei, und das Schütz41 schaltet dadurch den Motor 42 ab. Dieser Motor ist mit
einem Schleifringanker ausgestattet, in dessen Stromkreis Widerstände eingeschaltet
sind. Durch die bekannte abfallende Drehzahlcharakteristik eines solchen Motors
wird ein rasches Heben des (im vorliegenden Falle von unten nach oben wirkenden)
Preßstempels und ein starker Drehzahlabfall des Motors bei Druckanstieg erreicht,
wodurch der Preßvorgang selbstregelnd ist.
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Nach Unterbrechung des Schalters 47 wird durch den Nocken 31 der
Schalter 48 betätigt, der über das Schütz 41 den Motor 42 unter Phasenvertauschung
in umgekehrter Drehrichtung einschaltet. Dadurch werden der Preßstempel abgesenkt
und die Schere geöffnet.
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Nach Ablauf dieses Arbeitszyklus ist der Kunststoffstrang im Bereich
der Pressel4 verfestigt und an der Schere abgelängt worden. Bei weiterer Drehung
der Schaltwelle24 wird wieder der Schalter 46 betätigt, und es wird ein neuer Vorschubvorgang
eingeleitet, durch den der verfestigte Teil des Kunststoffstranges aus der Presse
herausgezogen und unter die Schere vorgeschoben wird.
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Da auf diese Weise der Vorschubweg je Arbeitsperiode durch die Wechselräder36
und die Dauer jeder Arbeitsperiode mit Hilfe des Pendels 27, 28 eingestellt werden
kann, ist es möglich, die mittlere Durchlaufgeschwindigkeit durch den Durchlaufofen
auf den für den Sintervorgang optimalen Wert einzuregeln und konstant, d. h. unabhängig
von Netzschwankungen (Spannungs- oder Frequenzänderungen), zu halten.
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In Fig.2 ist eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Separatorplatte dargestellt.
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Diese Platte hat die Form eines Verbundkörpers aus einem bandförmigen,
geschmeidigen Trägermaterial 2, z. B. Papier, Gewebe oder Faservlies, und einer
gesinterten Kunststoffplatte 6. Dieser Verbundkörper ist beidseitig profiliert,
und zwar vorzugsweise mit abwechselnd nach oben und unten vorspringenden Hohlrippen
geformt. Durch die Verwendung eines geschmeidigen Trägermaterials wird diese Verformung
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer absatzweise arbeitenden stationären
Presse ermöglicht.
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Als Ausgangsmaterial für das Verfahren gemäß der Erfindung eignen
sich alle sinterungsfähigen Kunststoffpulver, wie Pulver aus Polyvinylverbindungen,
z. B. Polyvinylchlorid oder -acetat, Polyvinyl--carbazol und Polystyrol, ferner
Polyacrylsäure- oder Methacrylsäureverbindungen, Polymethacrylsäureester, Polyäthylen
sowie Polymerisatgemische oder Mischpolymerisate solcher Verbindungen.