DE1951564A1

DE1951564A1 - Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Mischen von Paste fuer elektrische Batterien

Info

Publication number: DE1951564A1
Application number: DE19691951564
Authority: DE
Inventors: Rosser Allan B; Abramson Jay J
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1968-12-11
Filing date: 1969-10-13
Publication date: 1970-06-25
Also published as: GB1232336A; US3576675A; BR6913209D0

Description

PATBNTAN WALT

. KARL WESSEL · 8 MÜNCHEN 13 1 35 1564

HOHKNSTA0FENHTBASSE S/¹ · TKLBFON (0811)33 8111

München, den 1 3. Okt.1969

Mein Zeichen: FK-2540

Ford -Werke Aktiengesellschaft

5 Köln- Deut ζ 1 Ottoplatz 2

"Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Mischen von Paste für elektrische Batterien"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Se.No. 782 94? vom 11. Dezember 1968 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Kurzbeschreibung

Bleioxyd-Stücken werden in das eine Ende eines langen Gehäuses gegeben, welches sich drehende Mischflügel enthält. Etwa an der gleichen Stelle wird in das Gehäuse Wasser eingespritzt. Die Mischflügel mischen das Wasser mit dem Bleioxyd, während die Mischung sich sum Ausgangsende des Gehäuses hin bewegt. Stromabwärts gegenüber der Mischungsstelle von Wasser mit Bleioxyd wird Schwefelsäure in das Gehäuse eingespritzt. Weitere Zugaben können in die Mischung an denjenigen Stellen eingespritzt werden, die zn einer kontinuierlichen Produktion von Batteriepaste mit gleichmäßigen physikalischen und chemischen Eigenschaften beitragen»

Hauptbesehreibung

Sämtliche Platten für Blei-Akkumulatoren-Batterien mit Säure werden hergestellt, indem eine Paste des aktiven Platten»

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materials auf ein tragendes Gitter aufgebracht und getrocknet wird und indem hierauf die Batterie geladen wird₉ um die Paste in die Bestandteile umzuwandeln, durch die das gewünschte elektrische Potential erzeugt wird. Derartige Pasten werden aus einer Mischung von Blei, Bleioxyd, Wasser, Schwefelsäure und geringeren Zugaben hergestellt. Die meisten handelsüblichen Pasten werden noch nach einem Schichtverfahren produziert, in welchem die Einzelteile in einem großen Behälter in einer aus der Erfahrung gewonnenen Zeit- * dauer gemischt werden. . . ■

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Paste hängen weitgehend ab von dem Ausmaß und der Folge von chemischen Reaktionen während der Pastenmisehung und es ergeben sich sehr unterschiedliehe Eigenschaften bei jeder Schichtung ebenso wie zwischen den Schichten. Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften " wie s.B..die Konsistenz der Paste und die Dichte stören beim Auf- . bringen der Paste auf die Gitter und es ergeben sich mit Paste versehene Gitter¹ unterschiedlicher Abmessungen und Gewichte und Porositäten. Inderungen der chemischen Eigenschaften, wie z.B. im Prossntsata an Blei, Bleioxyd, Bleisulfat und basischen Bleisulfatea beeinträchtigen unmittelbar die Fähigkeit der Platten, sieh in die gewünschten kristallinischen Strukturen beim AufladeVorgang zu verwandeln. Alle diese Verschiedenheiten ergeben eine geringere als die optimale Leistung bei äer Benutzung d©r Batterie.

.- Pastsp. mit gleichmäßigen chemischen und physikalischen Eigenschaften werden durch ein kontinuierliches Mischi?@rfahren nach der vorliegenden Erfindung hergestellt. Das Verfahren besteht darin,, daß verhältnismäßig "fc^o'ckene Bleioxydstüeken in ein langes Gehäuse gebracht werden, irelehes ■ sl?eh drehend© Mischflügel enthält. Wenn sieh cli@ Flügel belegen, so wird das Material durch -das Gehäuse nach dem Ende des CMiäwses Mn bewegt* während öl© weiteren Zugaben na-cb.oiiiaßder- hiasugefügt und -eingemischt werden«, Jede neu© Vitra- BM einei" sorgfältig ausgewählten Stell© aug©geb©E₃ dia I ■ätln(Mt !/ird. äiJFßh äas gmiiMGQhtQ InsiiaS des?'Mischung mit den

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hinzugefügten Zugaben. Ein Kühlmittel wird durch die Wellen, welche die Misehflügel tragen und einen das Gehäuse umgebenden Mantel zirkuliert, um die Zugaben bei einer geeigneten Temperatur zu halten, während sie durch die Mischvorrichtung der Länge nach hindurch geleitet werden.

Das Bleioxyd enthält verschiedene Mengen an Bleistücken und kleine Mengen an Zellulose-Flocken. Viele moderne Batterien benutzen etwa 30 Gewichtsprozent Blei und etwa 1/2 Gewichtsprozent Zelluloseflocken. Pasten, die zur Herstellung negativer Batterieplatten benutzt werden sollen, enthalten im allgemeinen außerdem geringe Mengen eines Dehnungsmittels. Der Ausdruck "Bleioxyd" muß so verstanden werden, daß er diese sowie auch andere Zusätze zu dem Bleioxyd umfaßt. . ■

Anpassungsfähigkeit in der Produktion der Pastenmenge erfolgt durch ein Steuerungssystem, welches die Wassermengen, Säuremengen und die Mengen anderer Zusätze an das Ausmaß anpaßt, in welchem dem Gehäuse Bleioxyd zugeführt wird. Die Drehzahl der Mischflügel sowie die Temperatur und die Zirkulation des Kühlmittels können ebenfalls in Übereinstimmung mit dem Ausmaß gesteuert werden* in welchem Bleioxyd dem Gehäuse zugeführt wird. Auch kann das Kühlmittel in Abhängigkeit von Fühlern gesteuert werden, die die Temperatur der Paste im Inneren oder am Ausgang des Gehäuses messen.

Das Hauptsignal für die Steuerung wird von einer Waage geliefert, die an dem Transportband angebracht ist, welches die Bleioxydstücken dem Mischergehäuse zuführt. Dieses Signal wird auf einen elektronischen oder pneumatischen Bemessungskreis gegeben, der die Zuflußmenge der Wasserpumpe, die Säurepumpe und andere Einrichtungen zum Zusatz von Zugaben steuert und zwar abhängig von der Drehzahl des Antriebsmotors für die Flügel und gegebenenfalls abhängig von der Strömungsmenge und Temperatur der Kühlmittels. Es können hilfsweise Kühlmäntel an Stellen über die Länge der Mischvorrichtung hinzugefügt werden, an denen hochexothermische

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Reaktionen die Temperatur der Mischung bis auf einen Punkt treiben, an dem unerwünschte Nebenreaktionen stattfinden. Es können auf diese Weise unter sehr unterschiedlichen Produktionsverhältnissen Pasten mit im wesentlichen gleicher chemischer Zusammensetzung, Konsistenz, Dichte und Temperaturen hergestellt werden.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schemabische Darstellung des kontinuierlichen Verfahrens nach der Erfindung, wobei die Relativlagen dargestellt sind, an denen die verschiedenen Zugaben eingebracht werden. Die Fig. 1 zeigt außerdem das Kühlsystem mit seinem Hilfs-Kühlmantel zur Aufrechterhaltung einer genauen Steuerung der Temperatur der Zusammensetzung in der Mischvorrichtung.

Fig. 2 eine Seitenansicht und

Fig. 3 eine Endansicht der Mischflügel in dem Gehäuse. Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt das Schema ύ@ψ einer Steuerungseinrichtung sur Aufrechterhai tung der Gleichmäßigkeit bei unterschiedlichen Ausmaßen der Pastenproduktion. Abgeänderte Merkmale der Steuerungseinrichtung sind in der Figur gestrichelt angegeben.

In den Fig. i und 2 ist ein langes zylindrisches Gehäuse 10 mit der Längsachse horizontal angeordnet. Das Gehäuse 10 besitzt einen Einlaß 12 an der oberen Fläche nahe an dem einen Ende und einen Auslaß 14 an der unteren Fläche nahe dem anderen Ende. Im Inneren des Gehäuses sind zwei gedrehte Wellen 16 und 18 vorgesehen. Die beiden Wellen besitzen Schraubenförderer 20 und 22 am Einlaßende und eine Ansah! Misch-Flügel 26, die durch die Strömung steuernde Scheiben 28 getrennt sind, stromabwärts von den Schraubenförderer^

Die Flügel 26 sind oval oder tropfenförmig gestaltet und sitzen

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auf Wellen 16 und 18, wobei der größere Durchmesser der aufeinanderfolgenden Flügel im rechten oder in einem versetzten Winkel zum voraufgehenden Flügel angeordnet ist. Die Welle 16 ist durch ein (Nicht dargestelltes) geeignetes Getriebe gegenüber der Welle 18 synchronisiert, so daß die Flügel der einen Welle mit den entsprechenden Flügeln auf der anderen Welle während der Drehung (Fig.3) zusammenwirken. Zwischen den umfangen der zusammenwirkenden Flügel ist genügend Spielraum ,vorhanden. Die Umf angs flächen der Flügel neigen sich nach innen hin zu den Abstromkanten, so daß die Drehung der Wellen die Materialien stromabwärts drückt.

Die Scheiben 28 sind an abwechselnden Stellen längs den Wellen ' angeordnet, um die Materialien radial quer zum Gehäuse 10 zu bewegen, wenn sie sich stromabwärts bewegen. Die Flügel 26 und Scheiben 28 reichen über etwa 3/4 der Gesamtlänge der Wellen. Mit den Wellen 16 und 18 ist über ein (nicht dargestelltes) Getriebe ein Elektromotor 30 gekuppelt.

Das eine Ende eines Förderbandes 32 sitzt über dem Einlaß 12. Eine Menge an Bleioxydstücken 34 wird auf das obere Trum des Förderbandes 32 aufgegeben und eine Falle 36 sitzt quer zu dem Förderband an einer Stelle angeordnet. Die Falle 3β ist senkrecht beweglich und ihre Stellung gegenüber der Oberfläche des Förderbandes 32 bestimmt die Stärke der Schicht 38 an Bleioxyd» die das Förderband trägt. Eine das Gewicht abfühlende Vorrichtung 40 ist. an dem Förderband 32 etwas hinter der Falle 36 angeordnet.

Eine Wasserpumpe 42 verbindet eine ni£ht dargestellte Wasserzuleitung über einen Anschluß 44 mit dem Gehäuse 10 etwa an der Stelle des Einlaßes 12. Der Einlaß 12 und der Wasseranschluß 44 stehen beide mit dem Teil des Gehäuses 10 in Verbindung, üer die Schraubenförderer 20 enthält. Ein® Säurepumpe 46 irerblnd@t-sinen Säure-'sufluß (nicht dargestellt) mit einem Anschluß ^O₅ eier mit äem Inneren des Gehäuses 10 ct^as Mztter des Ws"SQ£»asdslia$ 44 in stoht, Ikäi Ma?=^ *ieia Ansohlen #8 eitgfe oin Hilfe»

ORfOtNAL

Kühlmantel 50 an dem Gehäuse 10. Der Mantel 50 ist vorzugsweise in das Gehäuse 10 eingebaut, sodaß das Kühlmittel, welches durch den Hilfsmantel zirkuliert, seiner Aufgabe der Kühlung der Materialien im Inneren des Gehäuses wirksam gerecht werden kann.

Etwa 1/3 der Entfernung vom Austrittsende des Gehäuses 10 steht ein zusätzlicher Anschluß 52 mit dem Inneren des Gehäuses in Verbindung. Der Anschluß 52 ist mit einer Pumpe 54 verbunden, die ψ irgendein susätsliehes Mittel in das Innere des Gehäuses einführen kann,. Ein solches Mittel kann z.B. ein antioxydierendes öl sein, welches häufig in Pasten für negative Platten benutzt wird. Unter dem Austritt 14 ist ein Förderband 56 angeordnet, welches die aus dem Gehäuse 10 austretende Paste aufnimmt„ Das Förderband 56 liefert die Paste an die nicht dargestellte Maschine^iit der die Akkumulatorenplatte mit Paste versehen wird. . ■■ -

Ein Wärme austauscher 58 mit einer Pumpe 59 ist durch ein Rohr 60 mit dem'Hauptkühlmantel 6l und einer Kammer¹ 62 verbunden, die am' End© des Gehäuses 10 angeordnet ist. Eine gleiche Kammer 63 am BiiuQren Ende des Gehäuses ist in der Fig. 2 im Querschnitt dar ge j." stellt« Bohrungen 64 und 65 in den Wellen 16 und 18 verbinden die

63" mit- Kanälen 66 und 67, die axial durch die Wellen hin» verlaufen und gleiche Bohrungen verbinden die Kanäle 66 und 6? mit d©r Kammer 62. Ein Hilfe rohr 68 mit einem Steuerventil 69 verbindet den MsIaB der Pumpe 59 mit dem Hilfsmantel 50. Ein "Rohr- 70 verbindet den-Hauptlcüh!mantel 71, die Kammer 63 und die Hilfs&animer 50 mit dem Einlaß des Wärmeaustauschers- 5-8.

Ein® Sfcsuereinrichtung für die verschiedenen Motoren und Zuleitun-

in d©r FIg₀ 4.dargestellt. Die Signal© aus der Wägung HQ der'B®m©-@sungssteuerung 80 zugeführt _a -die demgemäß die

a diireh: die Wasserpumpe 42₂ &%g Säurepumpe 46 undi!iap@ .54 ..sfe©u@ft. Diese "Steuerung bestisränt. auch den Dureliflteß di@ Küfelpumpe 59'» 'den Druckabfall in dorn Hilfsventil 69'uaä".-öle β

SADORIGiNAt

Ein kontinuierliches Mischen wird in der folgenden Weise durchgeführt. Es werden Bleioxydstücken 34 auf das Förderband 32 rechts von der Falle 36 aufgeliefert. Die Falle 36 mißt eine bestimmte Menge an Bleioxyd für den linken Teil des Förderbandes 32 zu und wenn das Bleioxyd über den Gewichtsfühler 40 hinwegläuft_a so wird ein Signal entsprechend der Menge Bleioxyd auf die Steuervorrichtung 80 gegeben. Das Bleioxyd fällt alsdann vom linken Ende des Förderbandes 32 in den Einlaß 12.

Der Motor 30 dreht die Wellen 16 und 18, so daß die Schraubenförderer 20 und 22 das Bleioxyd in den Fig. 1 und 2 nach links drücken. Die Wasserpumpe 42 liefert Wasser an die Schraubenförderer 20 und 22 und zwar in bestimmter Menge und das Wasser mischt sich mit dem Bleioxyd, während die Materialien sich längs der Schraubenförderer 20 und 22 bewegen und in den Bereich der Mischflügel 26 eintreten. An einer bestimmten Stelle hinter dem Wasseranschluß 44 wird verdünnte Schwefelsäure in das Innere des Gehäuses 10 durch die Säurepumpe 46 gepumpt. Die Anordnung der Flügel 26 und der Scheiben 28 mischt die Schwefelsäure mit der Mischung von Bleioxyd und Wasser. Wärme, die durch die Mischung erzeugt wird, wird in dem Haupt-Wassermantel 6l aufgenommen sowie in dem Hllfswassermantel 50. Ausreichend gemischte Materialien mit konstanter Temperatur, Dichte und'Tränkung erreichen alsdann den Austritt 14 und fallen auf das Förderband 56.

Wenn eine Paste zur Verwendung für negative Batterieplatten hergestellt werden soll, so werden der Mischung innerhalb des Gehäuses 10 über den Anschluß 52 geringe Mengen Öl zugesetzt. Bei einer Musteranlage zur Herstellung negativer Batteriepaste wurden 20 kg Bleioxyd pro Minute dem Mischer zugeführt. Der Motor 30 wird hierbei mit 100 Umdrehungen/min, betrieben und es werden je Minute 1,75 kg Schwefelsäure mit einem spezifischen Gewicht von 1,385, 2 kg Wasser und 35 g öl zugesetzt. Auf diese Weise wird eine vollständig gemischte Paste mit einer Dichte von etwa 4g/cirr in einer Menge von 24 kg/min, hergestellt.

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BADORiOINAL

Die Steuervorrichtung 80 muß erfahrungsgemäß eingestellt werden, damit sie die sachgemäßen Durchflußmengen für die verschiedenen Mengen an Pastenproduktion steuert. Ein Motor mit veränderlicher Drehzahl kann dazu benutzt werden, um die Mischerwellen anzutreiben und die Drehzahl des Motors kann als Punktion der Signale gesteuert werden, die von der Steuervorrichtung gegeben werden. Eine Aethylen-Glykol- und Wasserlösung dient in der üblichen Weise als Kühlmittel. Bei manchen Anlagen wird eine angemessene Mischung auch ohne die Steuerscheiben 28 für die Strömung erreicht.

Der Wasseranschluß 44 kann auch weiter abwärts im Strom angeordnet werden, woselbst er mit dem Teil des Gehäuses in Verbindung steht, der die Flügel umgibt. Eine verdünnte Lösung von Schwefelsäure ist vorzuziehen und es kann auch das gesamte Wasser und die Säure gemischt werden, ehe sie in das Gehäuse eintreten. Diese Art der Einrichtung erleichtert die Probleme der Temperatursteuerung.

Die Erfindung schafft also ein kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung von Paste für Bleiplatten einer Säurebatterie. Das Verfahren ermöglicht eine gewissenhafte Steuerung der Zutaten und Temperaturen, die während der Mischung erzeugt werden, um eine Paste von gleichmäßigen chemischen und physikalischen Eigenschaften zu erzeugen. Pasten mit gleichmäßigen Eigenschaften werden dabei in verschiedenen Mengen durch die Benutzung des Steuersystems erzeugt

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Claims

- 9 Ansprüche

1. Verfahren zur fortlaufenden Mischung von Paste für Blei-Batterieplatten mit Säure, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mischeinrichtungen (20, 26) in einem langen Gehäuse (10) die zu mischenden Materialien zum Austrittsende des Gehäuses (10) drükken, wobei dem Gehäuse (10) am Einlaßende Bleioxyd und daneben Wasser, außerdem im Strom dahinter Schwefelsäure zugeführt und diese Mischung alsdann aus dem Gehäuse (10) abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmittel durch einen Mantel (6i) des Gehäuses (10) und durch Kanäle (66, 6¹J) in der Mischvorrichtung im Gegenstrom zu der Materialbewegung im Gehäuse (10) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuse (10) zugeführte Bleioxydmenge fortlaufend gemessen und die Wasser- und Säureeinspritzmengen als Funktionen der Bleioxydmenge gesteuert werden.

k. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Materials zum Gehäuse (10) dadurch erfolgt, daß Bleioxyd auf ein Förderband (32) aufgebracht wird, daß eine bewegliche Falle (36) einen Spalt angehoben wird und eine Schicht Bleioxyd gleichmäßiger Stärke und Breite durchläßt, daß das Gewicht des Bleioxyds hinter der Falle (36) im Abstrom gemessen wird und durch eine Öffnung (12) am oberen Teil des Gehäuses (10) in dieses fällt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Zugaben an Materialien in das Gehäuse (10) im Strom hinter der Schwefelsäureeinspritzung zugesetzt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Kühlmittel durch einen zusätzlichen Kühlmantel (50)

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hinter der Einspritzstelle (48) für Schwefelsäure geleitet wird

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet ₃ daß die Drehzahl der Mischvorrichtung als Punktion der dem Gehäuse (10) zügeführten Bleioxydmenge gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis J₃ dadurch gekennzeichnet ₃ daß die. Temperatur der das Gehäuse (10) verlassenden Paste gemessen und die Kühlraittelströmung als Funktion der gemessenen Temperatur gesteuert wird..

S-, Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8j gekennzeichnet durch ein im Inneren mit Mischvorrichtungen (20, 2o) für Paste versehenes und von einem Kühlmantel (6l) umgebenes langes Gehäuse (1O)₃ dem Blaloxyd von einem Förderband (32) in abgemessenen Mengen zugeführt wird und welches Einspritzvorrichtungen (44, 48j 52) für Wasser, Schwefelsäure und andere Zugaben aufweist und von dem die gemischten Materialien durch ein Förderband (56) abgeführt werden, wobei das Gewicht der zugeführten Bleioxydmengen auf dem Förderband (32) gemessen wird und durch eine Steuervorrichtung (80) die Einspritzmengen an Wasser_s Schwefelsäure und sonstigen Zugaben sowie die Drehzahl der Mischvorrichtungen (20 j 26) steuert und wobei die Temperatur der aus dem Gehäuse (10) austretenden Paste die Kühlmittelströmung steuert.

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