DE1500715A1

DE1500715A1 - Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile

Info

Publication number: DE1500715A1
Application number: DE19661500715
Authority: DE
Inventors: Evans James A
Original assignee: Electric Power Storage Ltd
Current assignee: Electric Power Storage Ltd
Priority date: 1965-12-24
Filing date: 1966-12-21
Publication date: 1969-05-08
Also published as: GB1174576A

Description

British Patent Appln. 54878/65
filed 24th December 1965

Electric Power Storage Ltd., Clifton Junction, Swinton, Manchester, Lancashire, England.

Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile, von denen mindestens eines aus einem dispersionsverstärkten Metall besteht. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum V er* binden einer Elektrodenplatte eines Bleisammlers mit einem Anschlussoder Verbindungsleiter.

Die bekannten Verfahren zum Verbinden von Metallen, die

mit Anwendung von Wärme arbeiten, versagen bei Anwendung auf dispersions· verstärkte Metalle, da die Struktur solcher Metalle beim Erhitzen zerstört wird, die Metalle porös werden oder anderweitig in ihren Eigenschaften leiden.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile, von denen mindestens eines aus einem diepersionsverstärkten Metall besteht, anzugeben, dass diese Nachteile ver* meidet. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die

909819/0642

beiden Metallteile, von denen mindestens eines aus einem dispersions· verstärkten Metall besteht, durch Kaltschweissen verbunden werden.

Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Bleisammlern, insbesondere die Herstellung eines Anschlusses an einer gitterförmigen Elektrodenplatte aus Blei, das durch dispergiertes Oxyd verstärkt ist. Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird also ein Anschluss bolz en oder -streifen an einer in gitter· förmigen Elektrode aus dispersionsverstärktem Blei für einen im Betrieb mit Säure gefüllten Bleisammler durch Kaltschweissen verbunden.

Bei Bleisammlern ändert sich das Volumen des positiven aktiven Materials während des Ladens und Entladens erheblich und die verhältnis massig dünnen, gitterförmigen Elektroden würden dadurch brechen, wenn sie aus einem Werkstoff ungenügend er mechanischer Festigkeit, wie reinem Blei, beständen. Man hat daher bisher die gitterförmige Elektrode für die positive Platte aus einer Blei« Antimon-Legierung mit bis zu 11 % Antimon hergestellt, die sich leicht giessen lässt und erheblich grössere mechanische Festigkeit als reines Blei hat. Im Betrieb des Sammlers wandert das Antimon jedoch von der positiven Platte zur negativen Platte, was beim Stehen des Sammlers zu einem Kapazitätsverlust führt.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist bereits vorgeschlagen worden, für das positive Elektrodengitter eines Bleisammlers dispersionsver·

90 98 19/0642

stärktes Blei zu verwenden, so dass man auf die Verwendung von Antimon verzichten kann und der oben geschilderte Nachteil vermieden wird, während gleichzeitig das Elektrodengitter eine ausreichende Festigkeit hat. Bei Verwendung von dispersionsverstärktem Blei war es bisher jedoch sehr schwierig, an der positiven Elektrode einwandfrei Anschlüsse anzu· bringen.

Wenn man den Anschlussleiter, wie üblich, durch Erhitzen mit dem Anschlussleiter verschweisst, wobei das Metall schmilzt, tritt bei der Erhitzung anscheinend eine Gasentwicklung auf und das dispersionsverstärkte Blei wird porös. Gleichzeitig wird das angrenzende Material praktisch zerstört oder zumindest erheblich geschwächt und sein Widerstand gegen anodische Korrosion nimmt stark ab. Vermutlich enthält dispersionsverstärktes Blei etwas Karbonat, das sich beim Erhitzen unter Entwicklung von Kohlendioxyd zersetzt. Die Duktilität von Blei und die Gegenwart von Schwefelsäure in einem betriebsfähigen Bleisammler machen es parktisch unmöglich, mechanische Verbindungen, wie Verschraubungen oder Niete zu verwenden.

Durch Anwendung von Kaltschweissen ist es jedoch überraschenderweise gelungen, eine einwandfreie Verbindung zwischen einem angeformten Ansatz einer gitterförmigen Elektrodenplatte aus dispersionsverstärktem Blei und einem Anschlussleiter aus reinem Blei oder einer Blei« legierung herzustellen.

909819/0642

Die Elektrodenplatte kann einen integralen Ansatz haben» der die Oberfläche, mit der er zu verschweissen ist, überlappt. Der Ansatz hat vorzugsweise ein sich verjüngendes oder abgerundetes Ende.

Der integrale Ansatz kann relativ kurz sein und mit dem Ende eines Streifens aus einer Bleilegierung, vorzugsweise einer antimonfreien Bleilegierung kalt verschweisst werden. Der Streifen hat vorzugsweise ebenfalls ein zulaufendes oder abgerundetes Ende, so dass er den Ansatz in einem rautenförmigen oder runden, also z. B.kreisförmigen oder ovalen Bereich überlappt.

Die kalt zu verschweissenden Teile werden vorzugsweise zwischen einem Gesenk und einem Stempel zusammengepresst, wobei die Stirnfläche des Stempels abgerundete Enden und vorzugsweise auch abgerundete Ränder haben soll. Anschliessend können die Streifen eine Anzahl von Elektroden in entsprechende Schlitze eines Anschlussleiters eingesetzt und mit diesem verschmolzen werden.

Bei einer alternativen Anordnung hat der integrale Ansatz normale Länge und wird in einen entsprechenden Schlitz eines Anschlussbolzens oder einer Sammelschiene eingesetzt, die dann zusammengepresst werden, wobei die Ansätze in den Schlitzen unter Bildung einer KaIt-

der verschweissung zusammengequetscht werden. Die Sammelschiene oder^nschlussleiter haben gewöhnlich eine Anzahl von Schlitzen, die mit einer entsprechenden Aoizahl von Anschluss leitern kaltverschweisst werden und in

909819/0642

parallelen Ebenen liegen, die den gewünschten Abstand voneinander haben.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Herstellung von Anschlüssen an Elektrodenplatten von Bleisammlern beschränkt, sie eignet sich vielmehr ganz allgemein zur Herstellung von Artikeln, die zum Teil ■ aus diesperi ons verstärktem BleiX oder einem anderen dispersionsverstärk· ten Metall) bestehen und eine Verbindung der angegebenen Art enthalten.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 tune etwas vereinfachte, auseinandergezogene, perspektivische Darstellung eines Stempels und eines Gesenkes, welches einen streifenförmigen Ansatz einer aus diesperi ons verstärktem Blei bestehenden Elektrodenplatte eines Bleisammlers und einen mit diesem kalt zu ver« schweissenden Streifen aufnimmt,

Fig. 2 eine umgekehrte, perspektivische Ansicht des Stempels;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines geschlitzten An· Schluss leiter s und einer Anzahl von Elektordenplatten,mit denen er zu verbinden ist und

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende perspektivische Ansicht mit in die Schlitze des Anschlussleiters eingesetzten Ansätzen der Elektrodenplatten, so dass sie durch Zusammenpressen kalt verschweigt werden können.

909819/0642

Fig. 1 zeigt eine gitterförmige Elektrodenplatte 10 aus

dispersionsvestärktem (dispersion strengthened) Blei. Zur Herstellung der Platte 10 kann zuerst durch Strangpressen von dispersionsverstärktem Blei ein Stab oder Streifen gebildet werden, der dann längs und quer zur Pressrichtung zu einer dünnen Platte ausgewalzt wird. Aus dieser Platte kann dann die gitterförmige Elektrode durch irgendein bekanntes Verfahren, bei dem keine Erhitzung erforderlich ist, hergestellt werden, z. B. durch Ausstanzen der Gitteröffnungen.

Die Elektrodenplatte 10 weist einen streifenformigen Ansatz 11 auf, der kürzer ist als erforderlich, z.B. 12 bis 25 mm lang und der durch Kaltschweissen mit einem Anschlussstreifen 12 aus einer Bleilegierung zu verbinden ist. Es hat sich gezeigt, dass die miteinander verbundenen Teile zum Brechen neigen, wenn das Ende des Ansatzes und/oder des An· Schluss Streifens quer zur Längsrichtung verlaufen. Sowohl der Ansatz als auch der Anschlussfetreifen haben daher Enden 13 bzw. 14, die sich verjüngen und in einem rautenförmigen Bereich überlappen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Enden abzurunden, so dass sie sich in einem Bereich mit gebogener Begrenzung, z.B. in einem kreisförmigen Bereich, überlappen. Die Neigung zum Brechen bei quer verlaufenden Enden beruht vermutlich darauf, dass das Metall angrenzend an die Seiten des Stempels in Querrichtung und angrenzend an seine Enden in Längsrichtung fliesst und ein plötzlicher Übergang von der einenMiessrichtung zur anderen auftritt, der zu einer Überbeanspruchung des Materials und damit zum Bruch führt. Die abgerundeten

909819/0642

oder zulaufenden Enden des Ansatzes und des Anschlussstreifens werden entfettet, z. B. mit Tetrachlorkohlenstoff, und mit einer rotierenden Draht· bürste gereinigt und dann in eine Presse mit einer Matrize oder einem Gesenk 15 geeigneter Form gelegt und mittels eines Stempels 16 zusammengequetscht. Die aus Bleilegierung bestehenden Anschluss streifen werden dann, wie üblich, in der Flamme mit einem Klemmenblock oder dergleichen verschmolzen.

Bei einer speziellen Ausführungsform waren die Ansätze 12, S mm breit und 2, 2 mm dick und sie bestanden aus einem Material, das als DS-BX bekannt ist, beispielsweise von der Firma St. Joseph Lead Company hergestellt wird und eine Bruchdehnungsfestigkeit zwischen 2, 3 und 2,6 t. s.i. hat. Die Ansätze hatten jeweils ein 19 mm langes, spitz zulaufendes Ende, die Überlappung der zulaufenden Teile betrug 38 mm. Die Anschlussstreifen hatten dieselben Abmessungen und bestanden aus einer 2 % Zinn und 0, 06 % Selen enthaltenden Bleilegierung mit einer Reissfestigkeit von 1, 65 t. s.i. Wie Fig. 2 zeigt, hat die Stirnseite 17 des Stempels parallele Seiten mit halbkreisförmigen Enden 18 und eine Ge· samtlänge von 45 mm, alle Kanten sind abgerundet. Der Stempel wurde mit insgesamt 4500 kp (10 OOOlbs.) entsprechend einem Druck von 860 kp /cm (12200 p. s. i.) mit einer Geschwindigkeit von 600 kp (1330 lbs.) pro Sekunde belastet und wurde 2 1/2 Sekunden aufrechterhalten. Hierdurch wurde die Dicke um etwas mehr als 50 % verringert, so dass die endgültige Dicke des

909819/06A2

Ansatzes und Streifens zusammen etwa gleich der ursprünglichen Dicke eines dieser beiden Elemente betrug.

Die Reissfestigkeit einer solchen Verbindung betrug 2, 0 t. s. i. Es wurde ferner gefunden, dass die elektrische Leitfähigkeit der Verbindung sich nicht wesentlich von der der verbundenen Werkstoffe unterscheidet.

Während des Zusammenpress ens werden die beiden Metallschichten seitlich herausgequetscht und wenn sie beträchtlich über die Ränder des Stempels hinausreichen, kann zwischen den herausgequetschten Teilen ein unverschweisster Spalt verbleiben, der unter Umständen eine Korrosion ■ auftritt, die zu Störungen führt. Um dies zu vermeiden, und ein äusserlich ansprechenderes Produkt zu erhalten, kann es zweckmässig sein, die herausgequetschten Ränder des verbundenen Stückes abzuschneiden.

Es wurde festgestellt, dass die Geschwindigkeit des Anstieges des Pressdruckes und die Zeitdauer, während der er aufrechterhalten wird, sowie der Betrag des Pressdruckes die Stärke der Kaltschweissverbindung beeinflussen können. Selbstverständlich erhält man keine einwandfreie Verbindung, wenn der Druck zu gering ist, während die Dicke des Materials zu gering wird, wenn der Druck zu gross ist. Ähnliches gilt auch für die Ge» schwindigkeit der Drucksteigerung und die Belastungsdauer. Anscheinend wird, zumindest bis zu einer Lastanstiegsgeschwindigkeit von 600 kp/Sekunde ( 1330JLbS. /Sekunde) die Schweissverbindung umso stärker, je rascher die Belastung'ansteigt. Ferner ist die Festigkeit der Schweissverbindung mindestens

0 9 8 19/0642

bis herunter zu 2 l/l Sekunden umso grosser, je kurzer die Belastung auf« rechterhalten wird. Im allgemeinen wird vorzugsweise eine solche Kombination von Belastung, Anstiegs geschwindigkeit der Belastung und Belastungsdauer gewäit, dass die Dicke des Materials auf grössenordnungsmässig 50 % verringert wird, so dass die Dicke des verschweissten Stückes ungefähr gleich der Dicke jedes der verbundenen Teile vor der Verschweissung ist.

Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungs« beispiel ist an jede aus dispersionsverstärktem Blei bestehende, gitterartige Elektrodenplatte 20 ein Ansatz 21 angeformt, der die endgültige Länge hat und die Ansätze einer Anzahl von Platten werden in Nuten 22 einer besonders geformten Sammelschiene 23 eingesetzt, die in der Praxis einen hier nicht dargestellten, integralen Anschluss zapfen oder dergleichen aufweist. Die Sammelschiene wird dann in ein e Presse gebracht und zusammengepresst, so dass ihre Dicke und die Dicke der Ansätze so vceit verringert werden, dass sich eine einwandfreie Kaltschweissverbindung bildet. Die Sammelschiene , ihre Nuten und die Ansätze der Platten sind, wie Fig. 4 zeigt, so geformt, dass die Ansätze nach dem Zusammenpressen in parallelen Ebenen liegen und den gewünschten Abstand voneinander haben.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt. Mit dem üispersionsverstärkten Blei können die verschiedensten Metalle kaltverschweisst werden, s z. B. Bleilegierungen, die 2 % Zinn und 0, 06 % Selen, oder 0, 5 % Zinn, 0, 08 % Kalzium und 0, 25 % Silber oder 1, 5 % Zinn und 0, 08 % Kalzium enthalten.

909819/0642

oder andere Bleilegierungen oder reines Blei.

Die Erfindung kann auch Anwendung finden, um einen die Platten einer Zelle verbindenden Streifen und einen die Streifen benach« barter Zellen verbindenden Leiter zu verschweissen, insbesondere kann es dabei zweckmässig sein, für die Streifen und die Elektrodenplatten dasselbe Material zu verwenden«

Die Erfindung kann schliesslich auch bei der Verbindung anderer Metalle als Blei und Bleilegierungen Anwendung finden, z. B. zur Verbindung von Silber, das durch dispergiertes Kadmiumoxyd verstärkt ist und z. B. für elektrische Kontaktstücke Verwendung finden kann, oder zur Verbindung von Kupfer, das durch diaper gier tes Aluminium oxy d ver· stärkt ist und beispielsweise für elektrische Kabel verwendet werden kann sowie für andere Materialien,

909819/0642

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbinden zweier Metallteile , von denen mindestens eines aus einem dispersionsverstärktem Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Metallteile durch KaItschweissen verbunden werden.

2» Verfahren nach Anspruch 1, zur Herstellung eines

im Betrieb mit Säure gefüllten Bleisammlers mit mindestens einer gitterartig ausgebildeten Elektrodenplatte aus dispersionsverstärktem Blei, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss an die Elektrodenplatte durch Kaltschweissen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein integraler Ansatz (11) der Elektrodenplatte (10) mit einem überlappenden Leiterteil (12) kaltverschweisst wird,

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn· ζ eich net, dass der zu verschweissende Ansatz (11) mit einem abgerundeten oder sich verjüngenden Ende (13) geformt wird»

909819/0642

«12-

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein integraler Ansatz (11), der relativ kurz ist, mit einem aus einer Bleilegierung bestehenden Streifen (12) kaltverschweisst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streifen (12) aus einer antimonjjreien Bleilegierung verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch

gekennzeichnet, dass ein Streifen (12) verwendet wird, dessen mit dem Ansatz (11) zu verschweissendes Ende (14) ebenfalls abgerundet ist oder schmäler wird und den Ansatz in einem rautenartigen,kreisförmigen oder ovalen Bereich überlappt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kalt zu verschweissenden Metallteile zwischen einem Gesenk (15) und einem Stempel (16), dessen Stirnfläche (17) abgerundete Enden (18) hat, zusammengepe sst werden.

9. Verfahrennach Ansprüche, dadurch gekenn«· zeichnet, dass ein Stempel (16) verwendet wird, dessen Kanten abge· rundet sind.

9 0 9 8 1 9 / 0 6 k 2

-Ιο

ί 0. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass Ansätze (21) endgültiger Länge in jeweils eine Nut (22) einer Sammelschiene (23) eingesetzt werden, dass die Sammelschiene dann rat den in den Nuten befindlichen Ansätzen derart zusammengepresst wird, dass eine Kaltverschweissung zwischen der Sammelschiene und den Ansätzen eintritt und die Ansätze nach dem Zusammenpressen in parallelen Ebenen liegen, die einen gewünschten Abstand voneinander haben.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansp. üche, dadurch gekennzeichnet, dass die kalt zu verschweissenden Metallteile vor dem Verschweissen entfettet und/oder mit einer Draht· bürste gereinigt werden.

909819/0642