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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Becherelektroden
für galvanische Elemente.
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Bekannt sind unter anderem Becherelektroden aus Zink zur Verwendung
in Primärelementen und Becherelektroden aus Blei, die in bestimmten »Trocken« -
Elektrolyt - Sekundärelementen benutzt werden.
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Bisher wurden solche Körper bekanntlich auf folgende Weise hergestellt:
Man walzt z. B. einen Zinkbarren zu einem Blech, aus dem dann kreisförmige Scheiben,
d. h. Ronden ausgestanzt werden: Der Durchmesser dieser Ronden entspricht annähernd
dem späteren Bodendurchmesser des zu fertigenden Bechers. Das Restblech, aus dem
die Tabletten ausgestanzt sind, wird wieder eingeschmolzen, gegossen und aufs neue
gewalzt; um ein weiteres Blech zu ergeben. Infolgedessen muß bei dieser Arbeitsweise
eine erhebliche Menge des Metalls wieder in den Arbeitsgang zurückgeführt werden
(typisch sind 40 bis 5011/o). Die Ronden bringt man in eine Schlag-Fließpresse bzw.
Rückwärts-Fließpresse, wo sie durch die Wirkung eines mit hohem Druck arbeitenden
Kolbens oder Stempels in die gewünschte Form fließgepreßt werden.
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Der in der vorliegenden Beschreibung gebrauchte Ausdruck Ronde oder
Tablette bezieht sich auf flache Metallkörper, die kreisscheibenförmig oder ähnlich
ausgebildet sind und sich zur nachfolgenden Verarbeitung in einer Fließpresse (Schlag-Fließpresse
bzw. einer Rückwärts-Fließpresse) eignen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Rückführung des Metalls
zur nochmaligen Umarbeitung vermieden.
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Es ist zwar an anderer Stelle bereits allgemein beschrieben worden,
Metallpulver als solches oder daraus hergestellte Ronden zu Hohlkörpern fließzupressen,
wobei auch die Rückführung von Metall zur Wiederverarbeitung entfallen kann, doch
nahm man nicht an, daß diese eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit und eine
genügend gleichmäßige Oberfläche hätten, wie sie bei Becherelektroden für galvanische
Elemente benötigt werden.
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Andererseits ist es bekanntgeworden, Aluminiumhohlkörper durch Pressen,
Sintern und Verdichten von Aluminiumpulver und anschließendes Strangpressen des
verdichteten Blocks herzustellen. Gegenüber der erstbehandelten Veröffentlichung
deutet die letztere Arbeitsweise zusätzlich an, daß vor dem Strangpressen eine Sinterung
des Materials erforderlich ist.
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überraschenderweise wurde gefunden, daß sich Zink, Blei oder eine
diese Metalle als wesentlichen Bestandteil enthaltende Legierung in Pulverform direkt
oder nach' einfacher Vorverdichtung zu Tabletten unter Bildung von Hohlkörpern derart
fließ- bzw. schlagverpressen läßt, daß auf diese Weise hergestellte Becherelektroden
für galvanische Elemente sowohl eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit als auch
eine -genügend gleichmäßige Oberfläche aufweisen.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von
Becherelektroden für galvanische Elemente bzw. Sekundärelemente, mit dem Kennzeichen,
daß Pulver aus Zink, Blei oder einer diese Metalle als wesentlichen Bestandteil
enthaltenden Legierung zu einer Ronde komprimiert und durch Schlag-Fließpressen
unter Querschnittsflächenverringerung von mindestens 91% zu Bechern verarbeitet
wird.
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Danach kann man also z. B. aus Zinkpulver Zink-Tabletten bzw. -Ronden
herstellen, wobei das Pulver fortlaufend in eine geeignete Tablettiermaschine oder
-presse eingebracht wird, so daß die Tabletten vorzugsweise fortlaufend hergestellt
und weiterverarbeitet werden.
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Die Tabletten bzw. Ronden können dann nach dem Schmieren in eine Schlag-Fließpresse
gebracht und zu Becherelektroden verarbeitet werden. Die Erfindung sieht demnach
ein sehr einfaches Zwei-Stufen-Verfahren zur Herstellung von Zink- bzw. Blei-Becherelektroden
aus feinzerteiltem Metall vor.
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Als Tablettiermaschine oder -presse kann beispielsweise ein Modell
vom Typ »Manesy« (RTM) verwendet werden, das man von Hand oder maschinell betätigt.
Bei dieser Maschine wird eine offene Hohlform mit dem zu tablettierenden Pulver
aus einer Einfüllvorrichtung gefüllt, dieses Pulver wird in der Form mit Hilfe eines
Kolbens unter einem bestimmten Druck zusammengedrückt, um aus dem Metallpulver eine
zylindrische Tablette zu formen, die aus der Form entfernt wird, indem man den Boden
der Form hochsteigen läßt, damit die Tablette ausgeworfen werden kann. Dieses Auswerfen
erfolgt seitwärts mit Hilfe eines AbIenkarmes. Mit diesem Maschinenmodell läßt sich
für die Tabletten eine hohe Produktionszahl erreichen.
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Das in diesem Verfahren z. B. verwendete Zinkpulver oder der Zinkstaub
muß eine geeignete Reinheit aufweisen und frei fließen, so daß die Form bei jeder
Füllung ein konstantes Pulvervolumen bei konstantem Füllgewicht erhält und die Tabletten
eine konstante scheinbare Dichte aufweisen. Es ist ratsam, für eine konstante Dichte
der Tabletten zu sorgen, um nach der Verarbeitung in der Schlag-Fließpresse bzw.
Rückwärts-Fließpresse ein Erzeugnis mit der gewünschten Dicke und ohne Fehlerstellen
zu erhalten.
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Das bei diesem Verfahren verwendete Pulver hat, wenn es nach einem
bekannten Zerstäubungsverfahren hergestellt wurde, auf der Oberfläche seiner Partikeln
einen dünnen Oxydfilm. Die Dicke dieser Oxydschicht bzw. die Größe des Oxydanteils
läßt sich verringern, wenn man beispielsweise ein Edelgas für die Zerstäubung der
Metallschmelze zu Pulver verwendet, oder aber erhöhen, wenn man anschließend eine
Behandlung in einer Kugelmühle oder einer oxydierenden Atmosphäre vornimmt, oder
aber unter das zu verpressende Metallpulver Oxydpartikeln mischt.
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Die Tablettier-Verfahrensstufe kann gegebenenfalls weggelassen werden.
Auf Grund von Versuchen wurde festgestellt, daß der Metallkörper geformt werden
kann, indem man eine Matrize mit einem geeigneten Metallpulver füllt und dieses
Pulver in einer Schlag-Fließpresse oder Rückwärts-Fließpresse direkt in die gewünschte
Form bringt. Das auf diese Weise erzeugte Produkt ist im wesentlichen gleich dem
nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Becherkörper.
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Bei der Verfahrensstufe des Schlag-Fließpressens werden eine oder
mehrere Tabletten plötzlichen Drücken von etwa 800 bis 16 000 kg/cm2 ausgesetzt,
so daß das Metall in bzw. durch den von dem Druckkolben und der Matrize begrenzten
Zwischenraum getrieben wird.
Beispiel Man bereitete aus 99,99% Zn
mit 0,28% Pb, 0,032% Cd und 0,003/o Fe eine Zinklegierung und behandelte sie in
einem bekannten, mit Luft arbeitenden Zerstäubungsverfahren. (Es sei darauf hingewiesen,
daß in diesem Verfahren wohl etwas Eisen aufgenommen wird). Die Siebanalyse des
Pulvers ergab folgende Werte: > 1 mm (lichte Maschenweite) 2,4%, 0,71 bis 1 mm 9,9'%,
0,21 bis 0,71 mm 59,9%, 0,105 bis 0,21 mm 16,7%, 0,075 bis 0,105 mm 7,5% und <
0,075 mm (lichte Maschenweite) 3,6%.
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Aus dem so hergestellten Pulver formte man Tabletten folgender Abmessungen:
Durchmesser: 16 ± 0,05 mm; Dicke: 9,5 ± 0,13 mm. Das Verdichten der Tabletten erfolgte
unter einem Druck von etwa 7700 kg/cm2. Die scheinbaren oder Rohdichten dreier willkürlich
ausgewählter Proben betrugen 98,3, 98,1 und 97,3°/o der theoretischen (Kompaktkörper-)
Dichte.
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In einer 120-Tonnen-Presse wurden die Tabletten schlagverpreßt, wobei
man Lanolin als Schmiermittel verwendete, das auf die einzelnen Tabletten aufgetragen
war. Anfangs arbeitete man mit einer relativ geringen Querschnittsflächenverringerung
während des Fließpressens, nämlich 60%. [Die Querschnittsflächenverringerung ist
gleich (1 minus Fläche des Querschnitts der ringförmigen Wand des Bechers/ Fläche
des Querschnitts der Tablette) mal 100.] Allmählich verwendete man stärkere Druckschläge,
so daß die Flächenverringerung zunahm. Auf diese Weise wurde die Qualität der Becher
verbessert. Bei einer Flächenverringerung von 88% waren noch immer Anzeichen von
Oberflächen-Rißbildung in den Wänden der Becher zu erkennen. Bei Erhöhung der Flächenverringerung
auf 91% wurde dieser Mangel beseitigt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man ein Produkt, das sich
während der Herstellung nicht ungleichmäßig verformt. So zeigen nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren gefertigte Batterie-Becher bei dem Schlagpressen nicht die Ausbildung
von »Zipfeln«, d. h., es kommt nicht zur Bildung einer Randkante ungleichmäßiger
Höhe an dem Becher.
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In einer Massenfertigung empfiehlt sich die Verwendung einer Maschine
zum Tablettieren, mit der die Tabletten reihenweise hergestellt werden können, indem
man eine Anzahl in einer drehbaren Scheibe angeordneter Hohlformen mit Metallpulver
füllt, dieses Pulver in den Formen mit Hilfe von Kolben oder Stempeln komprimiert,
die oberhalb und unterhalb dieser Scheibe angeordnet sind, und die Tabletten aus
den Formen auswirft, indem man den unteren Kolben anhebt. Die auf diese Weise geformten
Tabletten werden danach geschmiert und in die Schlag-Fließpresse eingebracht.