DE1936472A1 - Verfahren zur Herstellung einer dichten Verbindung zwischen Gehaeuseteilen einer elektrischen Akkumulatorbatterie oder zwischen Gehaeuseteilen und stromfuehrenden Metallelementen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer dichten Verbindung zwischen Gehaeuseteilen einer elektrischen Akkumulatorbatterie oder zwischen Gehaeuseteilen und stromfuehrenden Metallelementen

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DE1936472A1 DE19691936472 DE1936472A DE1936472A1 DE 1936472 A1 DE1936472 A1 DE 1936472A1 DE 19691936472 DE19691936472 DE 19691936472 DE 1936472 A DE1936472 A DE 1936472A DE 1936472 A1 DE1936472 A1 DE 1936472A1
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Description

PATEMTANWALTi DIPL-ING. MARTIN LICHT - I 3 O ö 4 / Z DR. REINHOLD SCHMIDT . DIPL.-WIRTSCH.-ING. HANSMANN He/De DIPL.-PHYS. SEB. HERRMANN
MÜNCHEN 2 THERESIENiSTRASSE 35
17. Juli 1969
ACCtJMULATORENFABRIK SONNENSCHEIN GMBH. 647 Büdingen (Oberhessen)
"Verfahren zur Herstellung einer dichten Verbindung zwischen Gehäuseteilen einer elektrischen Akkumulatorbatterie oder zwischen Gehäuseteilen und stromführenden Metallelementen."
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dichten Verbindung zwischen insbesondere aus thermoplastischen Kunststoffen bestehenden Gehäuseteilen einer elektrischen Akkumulatorbatterie oder zwischen Gehäuseteilen und stromführenden Metallelementen durch Ausfüllen der Verbindungszone mit einer sich verfestigenden Kunststoffmasse.
Es ist bekannt, Teile aus thermoplastischen Kunststoffen durch Spritzgießen miteinander zu verbinden. Es ist ferner bekannt, Metallteile durch Spritzgießen in thermoplastischem Kunststoff einzubetten und zu verbinden. Dabei werden die Teile in hierfür ausgebildete Formen eingelegt, so daß sie bei Einpressen des Spritzgußmaterials, das zur Erzielung der erforderlichen Verbindung unter sehr hohen Drücken erfolgt, im wesentlichen keine Verformung erleiden. Die Formen müssen den hohen Spritzdrücken standhalten können und den eingelegten Teilen mit der für Spritzguß erforderlichen Genauigkeit zwecks Abdichtung angepasst sein«
Es hat nicht an Versuchen gefehlt, das bekannte Spritzgußverfahren auch für den Zusammenbau von Akkumulatorbatterien, insbesondere zum Abdichten von Gehäuseteilen oder Durchführungen
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von stromführenden Teilen durch Gehäuseteile, anzuwenden. Die Anwendung stösst jedoch auf große Schwierigkeiten.
Eine Schwierigkeit besteht darin, daß, abgesehen von Gehäuseteilen, die vorgefertigt werden können, bei der Montage einer Akkumulatorbatterie die miteinander zu verbindenden Teile, wie Zellengehäuse und Zellendeckel, Batteriegehäuse und Batteriedeckel, Batteriedeckel und Zellenverbinder oder Endpole, nicht in eine sie allseitig umschliessende Form eingelegt werden können. Es ist deshalb erforderlich, daß die Gehäuseteile die Funktion einer Form übernehmen und mechanisch so fest ausgelegt sein müssen, daß sie den hohen Spritzdrücken und dem Formenschließdruck widerstehen können, ohne hierdurch Schaden zu nehmen. Dies bedingt jedoch einen erheblichen Mehreinsatz an Material, zusätzliches Gewicht und erhöhte Kosten.
Weiterhin tritt bei thermoplastischenKunststoffen beim übergang vom plastischen in den festen Zustand zum Teil ein erheblicher Volumenschwund auf. Hierdurch entstehen in den Verbindungszonen eingefrorene Spannungen, die Spannungsrisse und/oder Spannungsrisskorrosion zur Folge haben.
Eine weitere Schwierigkeit besteht bei vorgefertigten Teilen, beispielsweise bei im Zellendeckel eingespritzten Zellenverbindern oder Durchführungen für Endpole, darin, daß aufgrund der sehr unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Metall und den zum Einbetten und Abdichten verwendeten Kunststoffen bei häufigen und krassen Temperaturwechseln, denen beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingebaute Akkumulatorbatterien ausgesetzt sein künnen, entweder Spannungsrisse im Kunststoff auftreten oder eine Loslösung des Kunststoffes vom Metall erfolgt. Dadurch entstehen Undichtigkeiten, die letztlich dazu führen, daß die Akkumulätorbatterie unbrauchbar wird.
Erfindungsgemäß können die vorgenannten Schwierigkeiten ausgeräumt werden, wenn man zum Ausfüllen der Verbindungezonen zwischen Gehäuseteilen untereinander oder zwischen Gehäuse-
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teilen und stromführenden Metallelementen treibfähige Kunststoffmassen verwendet, d.h. Kunststoffmassen, denen ein Treibmittel zugesetzt ist, so daß sie einen Schaumstoff ergeben.
Die Verarbeitung verschäumbarer Kunststoffe auf Spritzgußmaschinen zur Herstellung von Schäumstoffkörpern ist an sich bereits bekannt. Man erhält bei der als sogenanntes Hochdruckverfahren bezeichneten Arbeitsweise Spritzgußkörper mit allseitig geschlossenen Poren. Durch Veränderung der Verarbei— tungsbedingungen lässt sich das Porenvolumen in weitesten Grenzen variieren. Es ist möglich, Körper mit einem Raumgewicht bis zu 0,45 g/cm herzustellen. Es sind nur geringe spezifische Spritzdrücke und niedrige Formschließdrücke erforderlich. Das im Zylinder der Spritzgußmaschine erwärmte und plastifizierte Ausgangsmaterial schäumt nach dem Austritt aus der Spritzdüse auf und füllt den vorgegebenen Hohlraum vollständig aus. Die Drücke während des AufSchäumens sind gering. Trotz dieser geringen Drücke hat sich nun unerwarteterweise herausgestellt, daß das aufgeschäumte Material ausgezeichnet an den aus Kunststoff bestehenden Gehäuseteilen sowie stromführenden Metallelementen haftet und nach Verfestigung des aufgeschäumten Materials eine innige Verbindung zwischen Gehäuseteilen bzw. Metallteilen und Schaumstoff vorliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich allen ,anderen Methoden zur Verbindung von Gehäuseteilen von Akkumulatorbatterien mit-» einander oder zum Verbinden von Gehäuseteilen mit metallischen Bauelementen zum Zwecke des Abdichtens als überlegen erwiesen. Diese Überlegenheit beruht darauf, daß das zum Verbinden und Abdichten vorgesehene geschäumte Material gegenüber kompakten Kunststoffen eine wesentlich bessere Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. Es vermag damit den Volumenänderungen eingelegter Metallteile, die gegenüber Kunststoffen einen wesentlieh größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, besser zu folgen,, ohne sich von ihnen zu lösen. Es vermag ferner den beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand und den bei
, der weiteren Abkühlung einsetzenden Volumenschwund durch den beim Aufschäumen vorhandenen Gasdruck entgegenzuwirken und in sich aufzufangen, so daß keinerlei Spannungen auf die mit dem
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erstarrten Material verhafteten Foroiwände übertragen werden.
Als Ausgangsmaterial eignen sich alle bekannten Kunststoffe % die auch zur Herstellung von Gehäuseteilen für Akkumulatorbatterien zur Anwendung gelangen, beispielsweise Polystyrol, Polyvenylchlorid, Polyamide, Polycarbonate, Polyolefine sowie deren Misch- oder Copolymere. Das Ausgangsmaterial liegt entweder bereits im Agglomeratzustand als treibfähiges Produkt vor oder wird als Pulver oder Granulat zusammen mit einem Treibmittel in die Spritzgußmaschine eingeführt, wobei es zweckmässig sein kann, zur Erzielung gleichmässiger Mischungen, Haftmittel beizugeben. Als Treibmittel dienen anorganische, vorzugsweise jedoch organische Substanzen, die sich bei erhöhter Temperatur unter Gasabspaltung zersetzen.
Das Ausgangsmaterial kann prinzipiell auf allen handelsüblichen Spritzgußmaschinen verarbeitet werden, vorzugsweise verwendet man jedoch Schneckenspritzgußmaschinen oder einen Extruder, der einen Dosierzylinder speist. Zur Vermeidung langer Fließwege kann über mehrere Düsen eingespritzt werden. Auch das gleichzeitige Anspritzen mehrerer, voneinander unabhängiger Hohlräume unterschiedlicher Grosse über mehrere Ausstoßzylinder, die von einer gemeinsamen Plastifizierungsschnecke versorgt werden, ist möglich.
Die Erfindung wird nun näher anhand von Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine einzellige Akkunmlatorbatterie zur Erläuterung der erfindungsgemässen Herstellung einer dichten Verbindung zwischen Deckel und Gehäuse sowie Deckel und Anschlußpol,
Figur 2 und Figur 3 Teilausschnitte aus Figur 1 in abgewandelter Form,
Figur h einen Schnitt durch eine zweizeilige Akkumulatorbatterie zur Erläuterung der erfindungsgemässen Herstellung einer dichten Verbindung zwischen Gehäuse und Deckel und zwischen Deekel und Zellenverbinder sowie Zellentrennwand
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Figur 5 und Figur 6Teilausschnitte aus Figur k in abgewandelter Form,
Figur 7 und Figur 8 Teilausschnitte von Akkumulatorbatte- . rien zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Herstellung einer Abdichtung zwischen Zellenverbinder und Zellentrennwand und
Figur 9 einen Teilausschnitt zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Abdichtung eines Anschlusses in der Gehäuseseitenwand einer Akkumulatorbatterie.
Die Seitenwände 1 der in Figur i dargestellten Akkumulatorbatterie weisen am oberen Ende eine umlaufende Schulter 2 auf, auf der der Zellendeckel 3 mit seinem unteren Rand aufliegt· Der Zellendeckel 3 ist derart ausgebildet, daß eine rund um das Gehäuse verlaufende offene Rinne k vorliegt, die zur Aufnahme von verschäumtem Material vorgesehen ist. Der Zellendeckel 3 weist auf der Oberseite eine Vertiefung 5 auf, die einen über den Zellendeckel hinausstehenden Anschlußpol 6 umschliesst und zur Aufnahme von verschäumtem Material dient. Zur Verbindung des Zellendeckels 3 mit den Seitenwandungen 1 des Gehäuses sowie zum Abdichten des Anschlußpoles 6 wird eine einfache Formenplatte 7 aufgelegt, die auf den Zellendeckel 3 und den oberen Enden der Seitenwandungen 1 aufliegt und den Anschlußpol 6 abdichtend umschliesst. Die Formenplatte 7 ist mit Durchbrüchen 8 und 8f versehen, die mit nicht näher dargestellten Anspritzdüsen einer Spritzeinheit in Verbindung stehen und durch die ausschäumbarer Kunststoff in die Rinne h und in die Vertiefung 5 eingeführt wird. Der in die Rinne k und die Vertiefung 5 eingeführte aufgeschäumte Kunststoff verfestigt sich und sorgt für eine feste und flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen Zellendeckel 3 und Seitenwandungen 1 sowie Anschlußpol 6.
Bei der Ausführung nach Figur 2 findet ein Zellendeokel 9 Verwendung, In dessen äußere Umfangsfläche eine umlaufende Nut 10 eingearbeitet 1st, die zusammen mit dem oberen Rand dee Gehäuses 11 einen umlaufenden Kanal zur Aufnahme des Gehäuse- und Zellendeokel verbindenden aufgeschäumten Kumt- •toffee bildet, der Über dem Gehäuaedeokel 9 vorgesehene
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Öffnungen 12 eingebracht wird. Der Anschlußpol 13 weist eine umlaufende Schulter Ik auf, die eine im Zellendeckel 9 vorgesehene Öffnung 15t durch die sich der Anschlußpol 13 erstreckt, nach unten abschliesst. Der obere Abschluß der Öffnung 15 erfolgt über eine nicht näher dargestellte Formplatte, die einen mit einer Spritzdüse in Verbindung stehenden Kanal aufweist, über den die Nut 10 sowie die Öffnung 15 mit aufschäumendem Kunststoff aufgespritzt wird.
Bei der Poldurchführung nach Figur 3 wird die zur Aufnahme des Anschlußpoles 16 in den Zellendeck&l 17 eingelassene Vertiefung 18 durch eine Kunststoffplatte 19 abgedeckt, die aus dem gleichen Material wie der Zellendeckel 17 besteht und zusammen mit diesem einen Hohlraum zur Aufnahme eines die Abdichtung zwischen Zellendeckel und Anschlußpol bewirkenden schaumförmigen Kunststoffes bildet, der über die Durchtrittsöffnung 20 eingebracht wird.
Figur h zeigt eine zweizeilige Akkumulatorbatterie, deren Gehäuse 21 eine auf der Außenseite umlaufende Schulter 22 besitzt, auf der der einteilige Zellendeckel 23 aufsitzt, der auf seiner Unterseite eine umlaufende Nut 24 aufweist, die mit der Feder 25 der äußeren Gehäusewände bzw. der Zellentrennwand 26 einen geschlossenen Kanal zwischen Gehäuse und Deckel bildet, der im Bereich einer Verbinderwanne 27 nach oben hin offen und unterbrochen ist. Der auf den beiden Verbinderpolen 28 aufliegende und mit den Verbinderpoien verschweisste Zellenverbinder 29 ist in der Verbinderwanne 27 untergebracht, die von einer auf den Zellendeckel 13 aufgesetzten wannenförmigen Umgenzung 30 festgelegt wird. Zur Verbindung des Deckels 23 mit dem Gehäuse 21 und zur Abdichtung der Verbinderpole 28 wird die Wanne 27 mit einer nicht näher dargestellten Formenplatte abgedeckt, und der Hohlraum sowie der mit diesem Hohlraum in Verbindung stehende Kanal mit aufschäumender Kunststoffmasse gefüllt. Zur Vermeidung längerer Fließwege bei dor Füllung des Kanals können weitere Durchtrittsöffnungen 31 vorgesehen werden, über die ebenfalls auf-
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schäumende Kunststoffmasse in den zwischen Nut 24 und Feder 25 vorhandenen Kanal eingespritzt werden kann. Ein Schnitt durch einen der beiden Anschlußpole 32 ist näher in Figur 4 dargestellt. Der dargestellte Anschlußpol 32 ist mit einer Hülse 34 verschweißet, die einen in einer Ausnehmung im Zellendeckel als Verdrehschutz dienenden Vorsprung aufweist. Die zwischen Zellendeckel 36 und Anschluß 32 vorhandene umlaufende Rinne 37 wird zur Abdichtung des Anschlußpoles 32 mit einer geeigneten Formenplatte abgedeckt und über eine in dieser vorhandenen Öffnung mit aufschäumender Kunststoffmasse ausgespritzt·
Bei der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform ist die Verbinderwanne 39 als Ausnehmung im Zellendeckel 38 ausgestaltet. Das Ausspritzen der Verbinderwanne 29 und des damit in Verbindung stehenden Kanals erfolgt in der gleichen Weise wie näher anhand von Figur 4 erläutert worden ist.
Figur 7 zeigt einen Teilausschnitt aus einer mehrzelligen Akkumulatorbatterie, bei der der Zellenverbinder 40 durch eine in der Zellenwand 42.vorgesehene Öffnung 4i hindurchgeführt ist. Zur Abdichtung des Zellenverbinders 40 in bezug auf die Zellenwand 42 wird eine aus zwei Teilen 43 bestehende Form verwendet, Die Formteile 43 werden auf gegenüberliegenden Seiten der Trennwand 42 zur Anlage an die Trennwand 42 und die Polbrücken 44 gebracht, wodurch ein die Öffnung 41 umschliessehder Hohlraum 45 entsteht, der über eine in dem einen Formteil 43 vorgesehene Einspritzöffnung 46 mit aufschäumender Kunststoffmasse ausgespritzt wird. Die Kunststoffmasse bewirkt nach Verfestigung eine ausgezeichnete Abdichtung mit guter Temperaturwechselbeständigkeit.
Bei der Ausführungsform nach Figur 8 ist der Zellenverbinder 47 als direkte Fortsetzung der Polbrücken 48 ausgebildet und in einer nach oben hin offenen Öffnung 49 der Zellentrennwand 50 angeordnet. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Beschränkung der Abmessungen des Zellenverbinders auf ein Mindestmaß und dadurch auch des elektrischen Widerstandes des Zellenverbinders, der bei Hochstrombelastung der Akkumulatorbatterie maßgeblich.
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die Spannung beeinflusst. Zur Abdichtung des Zellenverbinders 47 gegenüber der Trennwand 50 ist eine aus zwei Teilen 52 bestehende Form vorgesehen, von denen der eine Teil unterhalb der Polbrücken 48 zwischen die Plattenfahnen 53 eingeschoben wird, während der andere Teil dann von oben auf den eingeschobenen Teil aufgesetzt wird, wodurch ein die Polbrücken 48 sowie den Zellenverbinder 47 aufnehmenden Hohlraum 51 gebildet wird. Di,e Form ist beispielsweise als Klappform ausgebildet und in ihrer Länge so bemessen, daß sie sich über zwei Zellen erstreckt und an den Zellenbegrenzungswänden anliegt. Über einen im oberen Formteil 52 vorgesehenen Einspritzkanal 5^, der mit einer geeigneten Spritzeinheit in Verbindung steht, wird aufschäumende Kunststoffmasse in den Hohlraum eingespritzt, der nach Verfestigung eine ausgezeichnete Abdichtung gewährleistet. Es ist natürlich auch möglich, nur einen Teil der Länge der Polbrücken 48 zu umspritzen. Weiterhin können oberhalb der Polbrücken bei Verwendung entsprechender Formen Versteifungsrippen angeschäumt werden, die zur Erhöhung der mechanischen Stabilität beitragen.
Figur 9 zeigt einen Längsschnitt durch die endständige Zelle einer mehrzelligen Akkumulatorbatterie, bei der der Anschluß 55 seitlich durch die Gehäusewand 64 herausgeführt ist. Der Anschluß 55 besteht aus einem Bleimantel 56, der mit der Polbrücke 57 verschweisst ist und einen aus Messing bestehenden Gewindeeinsatz 58 trägt. Zur Sicherung des Gewindeeinsatzes 58 sind im Eingriff stehende Rippen 59 vorgesehen. Unterhalb der Polbrücke 57 ist eine mit Schlitzen versehene Platte 60 über die gesamte Zellenbreite eingelegt. Die Schlitze werden durch die nach oben hindurchtretenden Plattenfahnen 6l verschlossen. Zur Abdichtung des Anschlusses 55 gegenüber der Gehäusewand 64 1st eine zweiteilige Form 62 vorgesehen, deren entsprechend geformte Hälften auf gegenüberliegenden Seiten der Gehäusewand 64 angeordnet werden, so daß ein den Anschluß 5 umschliessender Formenhohlraum entsteht, der über einen Eintrittskanal 63 mit aufschäumender Kunststoffmasse ausgespritzt wird. Die innerhalb des Gehäuses
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_ Q —
angeordnete Formhälfte liegt seitlich an der Innenwand der nicht dargestellten Außenwand und an der gegenüberliegenden Zellentrennwand 65 an, so daß die verfestigte Kunststoffmasse sowohl den Anschluß 55 als auch die Polbrücke 57 sowie einen Teil der Plattenfahnen 6l umschliesst und zur Erhöhung der Stabilität beiträgt.
". - ,'■; C- U I-: I^ /Λ ζ! ·ί, Η

Claims (1)

  1. J.0 He/Lü
    ACCUMULATORENFABRIK"
    SONNENSCHEIN GMBH.
    Büdingen (Oberhessen)
    17. Juli 1969
    Patentanmeldung: "Verfahren zur Herstellung einer dichten Verbin-'
    dung zwischen Gehäuseteilen einer elektrischen Akkumulatorbatterie oder zwischen Gehäuseteilen und stromführenden Metallelementen".
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur Herstellung einer dichten Verbindung zwischen Gehäuseteilen einer elektrischen Akkumulatorbatterie oder zwischen Gehäuseteilen und stromführenden Metallelementen durch Ausfüllen der Verbindungszone mit einer sich verfestigenden Kunststoffmasse, dadurch gekennzeichnet, dass eine treibfähige Kunststoffmasse verwendet wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die treibfähige Kunststoffmasse mittels einer Schneckenspritzgußinaschine oder einem von einem Extruder gespeisten Dosierzylinder in die Verbindungszone eingespritzt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines die Verbindungszone begrenzenden Hohlraumes eine die.Verbindungszone mindestens teilweise umschliessende Form verwendet wird.
    üüijö a 6709-35
    h. Verfahren nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung eines Zellenverbinders in der von ihm durchquerten Zellentrennwand eine Form verwendet wird, die zwei
    Teile aufweist, die in der Nähe der Durchtrittsöffnung unter Bildung eines den Zellenverbinder umschliessenden Hohlraumes angeordnet werden, in den treibfähige Kunststoffmasse eingespritzt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile auf gegenüberliegenden Seiten der Zellentrennwand zur Anlage an die die Durchtrittsöffnung umschliessenden Bereiche der Zellentrennwand und der Polbrücke gebracht werden.
    6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Formteil unter die Polbrücken benachbarter Zellen
    eingeführt und der andere Formteil oberhalb der Polbrücken
    und des Zelleaverbinders unter Bildung eines Hohlraumes angeordnet wird, der den Zellenverbinder sowie mindestens Teile der Polbrücken uxüschliesst.
    7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung eines Anschlusses in einer Gehäusewand eine
    zweiteilige Form verwendet wird, von der der eine Teil auf
    der Außenseite der Gehäusewand zur Anlage an den rund um den Anschluß verlaufenden Bereich der Gehäusewand und der andere Teil innerhalb des Gehäuses an dem Anschluß benachbarter Gehäuseteilbereiche zur Anlage gebracht wird und dann der von
    den Formteilen und Gehäuseteilen begrenzte Hohlraum mit treibfähiger Kunststoffmasse ausgespritzt wird.
    009886/0935
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung des Formenhohlraumes gegenüber dem die Aklcumulatorplatten enthaltenden Gehäusexnnenraum unterhalb der Polbrücke eine Platte eingelegt wird, die sich über die gesamte Zellenbreite erstreckt und mit Schlitzen versehen ist, durch die die Plattenfahnen hindurchtreten.
    0098 8 6/0935
    Leers erte
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